文：曾 琼 肖江文 袁建辉
江西省计量测试研究院
摘 要:本文系统介绍了五种常规无损检测技术和无损检测技术的应用现状,并讨论了无损检测技术发展趋势。
关键词:无损检测;五种常规检测;应用现状;发展趋势
1 无损检测技术的概述
随着监督检测手段的不断完善,检测仪器的不断发展,质量监督检测工作的科技含量也在不断增加。无损检测就是建立在现代科学基础之上监督检测技术。无损检测技术(NDT)是在不损害材料/工件使用性能的前提下,用于检测其特征质量,确定其是否已达到特定的工程技术要求,是否还可以继续服役的方法,它是检验产品的质量、保证产品安全、延长产品寿命的必要的可靠技术手段。它有着比常规检测方法更为突出的特点:非破坏性、随机性、远距离探测、现场检测,且检测数据可连续性采集,并通过数理分析和逻辑判断,能够比较准确地推定出质量的状况,从而弥补了以往质量监督检测中单纯以“查、看、审、量”的观感检查和外形质量控制偏差来推及工程质量优劣的做法,使监督检测的结果更具有真实性、科学性和权威性。
无损检测技术几乎涉及到了物理学中的光学、电磁学、声学、原子物理学以及计算机、数据通讯等学科。从19世纪20年代开始到现在,无损检测技术已经迅速普及到生产生活的各个领域,成为不可或缺的质量保证手段。
2 无损检测的五种常规方法
经过各国科技工作者的不懈努力,无损检测技术得到了很大的进展,目前形成了五种常规的无损检测的方法,即超声检测(Ultrasonic)、射线检测(Radiographic)、涡流检测(EddyCurrent)、磁粉检测(Magnetic Particle)、渗透检测(Penetrant)。
2．1 超声检测
超声检测利用的是超声波在介质中传播的特点。当超声波在介质中传播超声时,在不同性质的介面将发生反射、折射和复杂的波型转换,使超声波被吸收和散射,检测、分析反射信号后透射信号即可实现对缺陷的检测。超声检测具有很多优点:具有很强的穿透力,并且对于很小的伤痕,也能够准确地检测出并进行定位,同时,配以一些自动扫描装置及微处理器计算机的设备,这项技术的应用则更为完善和丰富。但该技术对操作者有较高的要求,对于一个很大的检测,一次只能检测很小的一部分。
2．2 射线检测
射线的种类有很多,X射线、r射线等。选择什么样的射线取决于待测物体材料的厚度。检测时,射线靠近试样,射线与物质的原子将发生复杂的相互作用,导致透射射线强度衰减,而缺陷部位对射线的衰减不同于无缺陷的部位,由捕捉记录透射射线的强度。经过处理得到了图像,进行灵敏的实时监测。
2．3 涡流检测
涡流检测有一定的局限性,仅能用于导体的电磁技术。涡流检测是根据电磁感应原理,导电材料在变交磁场作用下将产生涡流,导电材料的表面层和近表面层的缺陷会影响产生涡流的大小和分布。当电磁线圈移到金属物的表面,涡流就导入试样中。这种由电流所建立起来的磁场刚好与原磁场的方向相反。由于损伤的存在以及材料内部的缺陷,涡流必将发生畸变,线圈的阻抗将因此而发生变化。通过仪器测量阻抗的变化,进一步分析并研究材料的缺陷和损伤。
2．4 磁粉检测
磁粉检测的原理是利用损伤会改变磁力线的分布情况,从而显现材料的缺陷。当磁性材料工件磁化时,在工件表面和近表面的缺陷处将产生漏磁场,这些漏磁场可以吸引磁粉,磁粉的痕迹可以显示缺陷的位置、形状和尺寸。现在可供使用的磁粉种类繁多,可依据要求来选择。该检测方法主要用于材料表面的探伤,有时也可用于浅表面的损伤。但随着损伤的深度和类型的变化,其有效性会受到极大的影响,值得注意的是试样表面的不平和划痕也会对磁力线的走向产生影响。因而,在应用这种方法时,应先对表面进行处理。
2．5 渗透检测
渗透检测采用渗透剂渗入工件表面开口缺陷,在清除工件表面的渗透剂后,从缺陷会渗的渗透剂可显示缺陷的位置、形状和大小。渗透剂有荧光渗透剂和着色渗透剂两种。渗透检测可用于表面穿透性裂纹的检测,具有简便、快捷、可靠等特点。但在检测前必须清洁工件,以消除渗透油和显影液的污染。
同时,声发射检测(Acoustic Emission)和红外检测(In-frared)也逐步被采用。包括磁记忆检测技术、磁力探伤缺陷显示膜技术、腐蚀过程产生发射的理论模型以及激光三散斑干涉技术等新技术、新理论正在研究或实验阶段。
3 无损检测的应用
无损检测技术应用范围极广,不仅是传统产业-机械制造业,而且也是现代工业检测所必须的共性技术。比如,冶金、电力、汽车、铁路、现代建筑等高新技术产业都迫切需要应用无损检测技术,以满足提高这些工业领域质量的需要。
3．1 冶金工业
冶金工业的主要产品是管、棒、丝等钢铁材料。为了保证产品的质量,必须使用机电一体化无损检测设备。目前主要采用的有超声自动检测、涡流自动检测和漏磁自动检测。这些技术提高了冶金工业的检测速度,还确保了材料的生产质量。
3．2 电力工业
随着超高压、亚临界、超临界乃至核电机组的投入运行,承压部件及高速转动部件爆破和失效的可能性增大。因此,必须对电力设备的质量进行微前和微中的无损检测,以确保设备安全可靠的运行。超声检测技术、射线检测技术及涡流检测技术都被用于压力容器的焊缝,铸件内部缺陷检测、汽轮机和发电机中心孔表面裂纹检测。
3．3 铁路运输业
现代工业的发展要求列车有更快的运行速度。速度的提高必然对路轨、机车、轮轴、轴承提出更高的安全可靠性要求。目前,各国都广泛采用手推式超声路轨检测车来检测路轨的情况。利用涡流检测、磁粉检测来保证轴承的质量和可靠性。
3．4 现代建筑业
钢结构是现代建筑中广泛采用的一种建筑形式。钢结构是用钢材经过焊接成为一个整体,有很好的整体刚度。但是,钢结构中上万条焊缝质量就直接钢结构的质量乃至整个建筑的质量。超声检测技术、红外检测技术被广泛的使用到对钢结构焊缝的无损检测中。
4 无损检测的发展趋势
第十五届世界无损检测会议(WCNDT)肯定了无损检测技术未来的发展趋势-向无损评价(NDE:Non-Destructive Evaluation)方向发展。无损检测不但要在不损伤被检对象使用性能的前提下,探测其内部或表面的各种宏观缺陷,判断缺陷的位置、大小、形状和性能,还应能对被评价对象的固有属性、功能、状态和发展趋势(安全性和剩余寿命)等进行分析、预测,并做出综合评价。
计算机技术、数字图像处理技术、电子测量技术的发展为无损检测技术奠定了良好的基础。无损检测技术的研究和应用将呈现如下的特点。
(1)数字化
随着计算机技术和数字图像处理技术在无损检测中的应用,以CT和DR为代表的数字式射线成效技术得到了飞速的发展。与传统的胶片射线照相方法相比,数字式射线成像有着突出的特点:数字图像不仅可以方便地存储和复制,可以进行各种数字处理,以提高图像显示的效果和质量,而且可以通过高效的信息系统进行传递,使得远程实施诊断和实时分析成为可能。
(2)高智能化
高智能化表现在应具有良好的用户友好界面,能开机后自检;用菜单选择仪器测试参数;可调用或存储仪器设定的参数(探伤工艺)及与主计算机进行通讯或传输数据。无损检测仪器将拥有比较完备的数据库和专家评判系统,具有对被检测对象的缺陷类型进行自动识别以及对被检对象的状态进行自动评价的功能。这是一项艰巨而富有挑战性的工作,在这方面投入研究具有重大的意义。
(3)自动化
各部门对无损检测技术的要求是提高检测自动化程度和缩短检测时间。尤其是在环境特别恶劣的地方,检测系统的自动化性能就显得更为重要。如激光超声、激光电子剪切成像、磁记忆等非接触无损检测方法的发展,无损检测传感器、换能器的改进都将促进无损检测的自动化的进程。目前,各种自动监测仪器的发展相当快,把握这方面的发展动态、跟上国际发展潮流是十分必要的。
5 结束语
国际著名质量管理学家朱兰博士曾经说过:“如果20世纪是生产力的世纪,那么21世纪就是质量的世纪,质量将成为21世纪的主题。”无损检测以其坚实的理论基础和精湛的技艺成为了现代工业生产中质量控制和质量保证的重要方法。
