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无损检测在国民生产中应用及新技术

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无损检测在国民生产中的无损检测在国民生产中的应用及新技术

前言：

随着现代科学和工业技术的迅速发展，工业现代化进程日新月异，高温、高压、高速度和高负荷，无疑已成为现代工业的重要标志，但他的实现是建立在材料（构件）高质量的基础上的，为了确保这些构件优异的质量，还必须采用不破坏产品的形状、不改变使用性能的检测方法，对产品进行百分之百的检测（抽检），以确保产品的安全可靠性，这种技术即是无损检测技术。

【50】无损检测技术的应用范围十分广泛，已在机械制造、石油化工、造船、汽车、航空、建筑、桥梁、核能和食品等工业生产中被普遍采用【51】。

无损检测技术是产品质量控制中不可缺少的基础，随着产品复杂程度增加和对安全性的严格要求，无损检测技术在国民生产中发挥着越来越重要的作用。

近年来，随着军事工业和航空航天工业中各种高性能的复合材料、陶瓷材料的应用，必将大大推动无损检测技术的发展。

【47】

一、无损检测浅析

无损检测技术以不损害被检测对象的使用性能为前提，应用多种物理原理和化学现象，对各种工程材料、零部件、结构件进行有效的检测和测试，借以评价他们的连续性、完整性、安全可靠性和某些物理性能，包括被检测材料和构件中是否有缺陷，并对缺陷的形状、大小、方位、取向、分布和内含物等情况进行判断【50】。

1.无损检测的目的及其方法的选用

无损检测的目的各种各样，不管在什么情况下，都必须首先搞清楚究竟想检测什么东西，随后才能确定应该采用什么样的检测方法和检测规范来达到预定目的。

目前，无损检测的目的大致有以下三个:

（1）改进制造工艺为了知道采用的制造工艺是否合适，需要对样品进行无损检测，一边观察检测结果，一边改进制造工艺，并反复进行实验，直至确定满足要求的产品制造工艺。

2）降低制造成本进行产品生产时，不进行无损检测就有可能造成产品有缺陷或不符合要求，而要修补或者返工所需费用往往很大，而提前进行无损检测花费很小，且能大大的提高生产效率，减少制造成本。

（3）提高可靠性为了在满足所需性能的条件下，使构件正常工作的时间内不至发生故障或意外，而造成大的经济损失和机器人身事故，故提高可靠性也至关重要。

按照不同的原理和不同的探测方法及信息处理方式，详细统计各种无损检测方法可达70余种，其中最常用的有射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测五种常规检测方法，还有目前应用比较多的无损检测的新技术激光全息无损检测技术。

【49】

2．无损检测常用方法

2.1射线检测方法射线检测是利用各种射线对材料的投射性能及不同材料对射线的吸收、衰减程度的不同，使底片感光成黑度不同的图像来观察，它作为一种行之有效而又不可缺少的检测材料（零件）内部缺陷的手段为工业上许多部门所采用。

2.2超声检测法

超声检测技术是工业无损检测技术中应用最为广泛的检测技术之一，也是无损检测领域中应用和研究最为活跃的技术之一。

超声检测应用较多的有共振法、投射法和脉冲反射法。

3.3磁粉检测法利用磁粉的聚集显示铁磁性材料及其工件表面与近表面缺陷的无损检测方法即是磁粉检测方法，根据缺陷的漏磁磁场的强度同缺陷漏磁的磁通密度成正比，其强度与分布均取决于缺陷的尺寸、位置以及试件的磁化强度等，漏磁场强度越大，缺陷部位越容易吸附磁粉，而且内部缺陷的漏磁磁场比表面开口缺陷的漏磁场要弱，利用该方法可以直接显示出缺陷的形状，大小和位置，并能大致确定缺陷的性质，但是只局限于能被显著磁化的铁磁性材料。

3.4渗透检测法渗透探伤是一种表面缺陷的探伤方法，可以应用于金属和非金属材料，用的是黄绿色的荧光渗透液或红色的着色渗透液，由于渗透液的润湿作用和毛细现象而进入表面开口的缺陷，随后被吸附和显像，通过显示放大的缺陷图像的痕迹，从而能够用肉眼查处试件表面的开口缺陷。

3.5涡流检测法利用电磁感应原理，通过测定被检测工件内感生涡流的变化来无损的评定导电材料及其工件的某些性能或发现缺陷的无损检测的方法即是涡流检测。

涡流检测由于趋肤效应的存在，因此只能发现导电材料表面和近表面的缺陷，由于其操作简单，不需要耦合剂和易于实现高速、自动化检测等优点，因此在金属材料及其零部件尤其是管、棒和线材等型材料的无损检测中应用最广。

目前应用比较多的有多频涡流检测技术、深层涡流检测技术、脉冲涡流检测技术以及远场涡流检测技术等。

远场涡流检测技术是最近几年发展起来的涡流检测新技术，它使用一个激励线圈和一个较小的接收线圈，两者同时置于被检管道中，之间相距较远，致使接收线圈所接收到的磁场几乎完全是穿过管道后返回管内的磁场，从接收到的磁场的幅度和相位的变化可以断定检测线圈所检测区域中的缺陷情况。

【50】

二、无损检测在国民生产中的应用

无损检测是建立在现代科学技术基础上的一门应用型技术学科，它以不损坏被检测物体内部结构为前提，应用物理的方法，检测物体内部或表面的物理性能、状态特性以及内部结构，检查物质内部是否存在不连续性（即缺陷），从而判断被检测物体是否合格，进而评价其适用性。

无损检测学科几乎涉及到了物理科学中的光学、电磁学、声学、原子物理学以及计算机、数据通讯等学科，在冶金、机械、石油、化工、航空、航天各个领域有广泛的应用。

假如没有无损检测技术的应用，钢铁的质量难于保证，机器可能会停止运转，飞机难于起飞，火箭难于上天，汽车可能会在路上翻车，火车可能会出轨，石油和天然气管道可能会发生泄漏，锅炉和压力容器可能会发生爆炸…，可以说，在现代科学技术应用领域中，没有哪种技术能够像无损检测那样具有如此广泛的科学基础和应用领域。

作为现代工业的基础技术之一，无损检测技术在国民生产中发挥着愈来愈重要的作用，其”质量卫士”的美誉已得到工业界的普遍认性同。

【24】

（一）、无损检测在钢板生产中的应用

钢板的表面质量是钢板最为重要的质量因素之一，表面质量的优劣直接影响其最终产品的性能与质量。

然而在加工过程中，由于原材料、轧制设备和工艺等原因，导致钢板表面出现结疤、裂纹、辊印、刮伤、针眼、磷皮、孔洞、麻点等不同类型的缺陷。

这些缺陷不仅影响产品的外观，而且降低了产品的抗腐蚀性、耐磨性和疲劳强度等性能。

如何在生产过程中在线检测钢板的表面缺陷，从而控制和提高钢板产品的表面质量，一直是钢铁企业非常关注的问题。

目前钢板表面缺陷检测的装置主要分为采用传统无损检测技术的检测装置和采用机

器视觉技术的缺陷检测装置。

1.涡流检测技术1989年法国洛林连轧公司福斯厂研制成功一种能够在线无损检测热连铸板坯表面质量的涡流探测设备。

该设备通过配置在板坯上下表面做横向往复移动的涡流探测器检测纵裂纹，通过配置在板坯窄面和棱边处固定的涡流探测器检测横裂和角裂。

由于热连铸板坯宽面温度通常都大大高于居里点，而板坯的棱边附近和窄面的温度只是接近或者低于居里点，因此根据板坯钢是否具有铁磁性来设计相应的工作频率，并对于纵裂、横裂和角裂的检测分别采用了两种不同的差动式涡流探测器。

但是涡流方法有很大的缺点，只能检测金属板材表面和表皮下层阻流缺陷，并且此种检测需要大电流励磁，如果在生产线上，将造成能源的极大浪费。

用涡流检测方法实现热图像检测，检测前的板材必须为匀温场，这点对于热轧钢板来说是无法满足的。

为了使缺陷有足够的加热时间以使缺陷充分暴露，速度必须足够慢，这必然限制了检测和生产的速度，不利于生产的高速化实现。

因此这种方法不适宜高速轧制带钢的表面检测。

2．红外检测技术挪威公司研制出连铸钢坯红外自动检测系统，在钢坯传送辊道上设置一个高频感应线圈，钢坯通过时，表面会产生感应电流，由于高频感应的集肤效应，其穿透深度将小于lmm。

在有缺陷的区域，感应电流从缺陷下方流过，从而增加了电流的行程，导致在单位长度的表面上消耗更多电能，这将引起钢坯局部表面的温度上升。

由于缺陷处的局部升温取决于缺陷的平均深度、特定的输入电能、钢坯的运动速度、感应线圈的宽度、线圈工作频率、被检钢坯的电性能和热性能等因素，因此如使其它各种因素在一定范围内保持恒定，就可通过检测局部升温值来计算缺陷深度。

该系统可在线检出热钢坯表面纵裂纹和横裂纹等缺陷。

红外检测技术只适用于要求不高的应用场合，并且可检出的缺陷种类很少。

3．钢板表面缺陷的机器视觉检测技术机器视觉技术的检测机理是表面缺陷的光学特性间存在明显的差异。

随着激光技术、CCD技术、图象处理技术、计算机技术的飞速发展，机器视觉技术也逐步发展壮大，成为无损检测技术研究的热点。

【5】

（二）、无损检测在船舶建造中的应用

随着科学的发展，现代船舶建造均采用了高科技无损检测技术，主要检测焊缝或材料本身存在的缺陷。

常用无损检测方法有：

超声波。

磁粉，渗透和射线照相法等。

而在船舶建造中呈体积型的缺陷用射线检测法比较有利，射线照相法检测广泛用于焊接件和铸件的检验。

尤其是焊缝的检验中，射线照相法用的最多，也最为有效。

1．射线照相法射线照相法检测广泛用于焊接件和铸件的检验。

因该方法具有以下特点：

（1）它几乎不受材料种类的限制，适用于所有金属和非金属材料的检测。

（2）检测工件内部的缺陷，如在工件深部的缩孔，气孔，夹渣，未焊透，未溶合等等。

（3）可在照相底片上直接地观察缺陷的性质，便于对缺陷的定性，定量，和定位。

（4）具有可以长久保存的底片，作为检测结果记录的可靠依据。

2．超声波探伤法超声波探伤法，检测速度快，即时可反映结果，可检测的尺寸和几何形状范围很大，它可以检测深藏于表面之下内部，隐藏不连续的缺陷，不足的是不能存档。

3．磁粉和渗透法磁粉和渗透这两种方法主要用于工件表面及浅表面中存在的缺陷的检查。

磁粉检测能揭示铁磁性材料：

如碳钢。

合金结构钢沉淀硬化钢和电工钢等表面和近表面的不连续。

由于不连续的磁痕堆积在被检表面上，所以能直观地显示不连续的形状，位置和尺寸，并可大致确定其性质。

【22】

4．船舶无损检测常规技术

（1）船体无损检测：

船体包括船的外壳，它是由不同厚度的钢板焊接而成。

钢板是轧制件南冶金工厂完成无损检测项目，船舶厂主要对焊缝进行无损检测。

焊缝无损检测主要方法是：

射线检测、超声检测、磁粉检测等；

（2）船舵与螺旋推进器无损检测：

船舵是由铸钢外壳和内部钢隔板组成，铸钢外壳的无损检测南生产单位完成．船舶厂需完成内部钢隔板与外壳问的焊缝无损检测。

焊缝无损检测主要方法是：

超声检测或磁粉检测等；螺旋桨轴安装在轴孔内，轴孔需做表面检测。

（3）船内管线无损检测：

每条船都有复杂的管线，管线的主要作用是供排水它是由直径，厚度不等的管子焊接所构成。

管子焊缝主要通过射线检测完成。

【21】船舶部件的无损检测用常规技术基本上都能完成其质量检测。

（三）、无损检测技术在航空维修中的应用

无损检测已成为控制飞机和发动机零件的质量，保证飞机安全飞行的重要技术手段。

它已从单纯的检测发展到对飞机和发动机零件的安全使用寿命进行评估。

从一定角度上说，无损检测的发展水平反映了航空维修的发展水平。

1．涡流检测在飞机和航空发动机上的各种金属零件，使用中产生的裂纹90％以上是在零件的表面。

用涡流探伤法探测这些裂纹，不仅可靠性高，而且不需要清除零件表面的油脂、积碳和保护层，多数可进行原位检测，因此，涡流探伤法在航空维修中应用也是比较广泛的。

主要对飞机中的发动机二级涡轮叶片叶背第一榫槽内裂纹、飞机轮毂大固定轮缘裂纹和非磁性材料的紧固螺栓孔内壁裂纹等进行检测。

2．超声检测超声检测可以对飞机机身和机翼的主结合螺栓和前结合螺栓的疲劳裂纹，主起落架轮毂裂纹，飞机平头、平键头和铆钉杆上的裂纹，前起落架旋转臂焊缝裂纹，主起落架活塞杆焊缝裂纹，机翼一肋中与主梁连接螺栓上支壁，飞机主起落架轮毂轴套根部疲劳裂纹，发动机一级压缩器叶片裂纹，发动机放气带上的裂纹以及主液压油泵出口导管的裂纹等进行检测，采用的检测方法有纵波法、横波法、表面波法和板波法等。

3．红外检测众所周知，材料、装备及工程结构等运行中的热状态是反映其运行状态的一个重要方面，热状态的变化和异常，往往是确定被检对象的实际工作状态和判断其可靠性的重要依据。

因此在航空维修中，红外检测的应用十分普遍。

【23】近年来，随着科技的进步，无损检测技术的发展比以往任何时候都更快、更新，无损检测已经更深入、更广泛地参与到国计民生的各个领域【17】。

三、无损检测新技术

随着工业生产和科学技术的进步，无损检测技术也得到飞速发展，不仅超声、射线等传统的检测技术青春长存，而且还产生了像激光全息、激光超声、微波、电磁超声、超声相控阵等众多的无损检测新方法、新技术。

【47】1.超声相控阵技术超声检测是应用最广泛的无损检测技术,具有许多优点,但需要耦合剂和换能器接近被检材料,因此,超声换能、电磁超声、超声相控阵技术得到快速发展。

其中,超声相控阵技术是近年来超声检测中的一个新的技术热点。

超声相控阵技术使用不同形状的多阵元换能器来产生和接收超声波波束,通过控制换能器阵列中各阵元发射（或接收）脉冲的时间延迟,改变声波到达（或来自）物体内某点时的相位关系,实现聚焦点和声束方向的变化,然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。

与传统超声检测相比,由于声束角度可控和可动态聚焦,超声相控阵技术具有可检测复杂结构件

和盲区位置缺陷和较高的检测频率等特点,可实现高速、全方位和多角度检测。

对于一些规则的被检测对象,如管形焊缝、板材和管材等,超声相控阵技术可提高检测效率、简化设计、降低技术成本。

特别是在焊缝检测中,采用合理的相控阵检测技术,只需将换能器沿焊缝方向扫描即可实现对焊缝的覆盖扫查检测。

【49】2.激光全息无损检测激光全息检测是利用激光全息照相来检测物体表面和内部缺陷的，因为物体在受到外界载荷作用下会产生变形，这种变形与物体是否有缺陷直接相关，在不同的外界载荷作用下，物体表面变形的程度是不同的，激光全息照相就是将物体表面和内部的缺陷，通过外界加载的方法，使其在相应的物体表面造成局部的变形，用全息照相来观察和比较这种变形，并记录在不同外界载荷作用下的物体表面的变形情况，进行观察和分析，然后判断物体内部是否存在缺陷。

激光全息检测技术作为一种新的检测技术，解决了许多过去其他方法难以解决的无损检测问题，因此有着其明显的优点:

（1）由于激光全息检测是一种干涉计量技术，其干涉计量的精度与波长同数量级，因此极微小的变形都能检验出来，检测的灵敏度很高;

（2）由于激光的相干长度很大，因此可以检验大尺寸物体，只要激光能够充分照射到的物体表面，都能一次检验完毕;（3）激光全息检测对被检测对象没有特殊要求，可以对任何材料、任意粗糙的表面进行检测;（4）还可以借助于干涉条纹的数量和分布状态来确定缺陷的大小、部位和深度，便于对缺陷进行定量分析。

【50】3．微波无损检测微波无损检测技术将在330～3300MHz中某段频率的电磁波照射到被测物体上,通过分折反射波和透射波的振幅和相位变化以及波的模式变化,了解被测样品中的裂纹、裂缝、气孔等缺陷,确定分层媒质的脱粘、夹杂等的位置和尺寸,检测复合材料内部密度的不均匀程度。

微波的波长短、频带宽、方向性好、贯穿介电材料的能力强,类似于超声波。

微波也可以同时在透射或反射模式中使用,但是微波不需要耦合剂,避免了耦合剂对材料的污染。

由于微波能穿透对声波衰减很大的非金属材料,因此该技术最显着的特点在于可以进行最有效的无损扫描。

微波的极比特性使材料纤维束方向的确定和生产过程中非直线性的监控成为可能。

它还可提供精确的数据,使缺陷区域的大小和范围得以准确测定。

此外,无需做特别的分析处理,采用该技术就可随时获得缺陷区域的三维实时图像。

微波无损检测设备简单、费用低廉、易于操作、便于携带.但是由于微波不能穿透金属和导电性能较好的复合材料,因而不能检测此类复合结构内部的缺陷,只能检测金属表面裂纹缺陷及粗糙度。

【49】近年来,随着军事工业和航空航天工业中各种高性能的复合材料、陶瓷材料的应用,微波无损检测的理论、技术和硬件系统都有了长足的进步,从而大大推动了微波无损检测技术的发展。

结束语：

随着科学技术的迅猛发展和全球经济一体化时代的到来，市场经济的竞争将变得愈加激烈，而竞争的焦点是科技与质量。

无损检测自诞生之日起就与质量绪下不解之缘，是现代工业生产中质量控制和质量保证的重要方法，在国民生产中被广泛应用【42】。

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