無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

陳健

摘要：隨著現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。它可以利用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，通過(guò)物理或化學(xué)方法，對(duì)試樣的內(nèi)部和表面的結(jié)構(gòu)、性能和狀態(tài)進(jìn)行檢查或測(cè)試，而不損壞試樣?，F(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)技術(shù)正朝著高精度、低輻射、智能化、信息化和交叉場(chǎng)的前沿方向發(fā)展。目前，現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、航空航天、電力、冶金和國(guó)防等領(lǐng)域。檢測(cè)技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)資源共享和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使社會(huì)各部門(mén)全面、協(xié)調(diào)、多元發(fā)展，促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高。

關(guān)鍵詞：無(wú)損檢測(cè);NDT;X射線檢測(cè)膠片;

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦邪l(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，在食品安全、工業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)療診斷等檢測(cè)中有著廣泛的應(yīng)用。

一、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段，即無(wú)損探傷（Nondestructiveinspection，NDI）、無(wú)損檢測(cè)（Nondestructivetesting，NDT）和無(wú)損評(píng)價(jià)（Non-destructiveevaluation，NDE）。目前一般統(tǒng)稱為無(wú)損檢測(cè)（NDT），而不是特指上述的第二階段。無(wú)損檢測(cè)就是利用聲、光、磁、電等特性，在不損害或不影響被檢對(duì)象使用性能的前提下，檢測(cè)被檢對(duì)象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，進(jìn)而判定被檢對(duì)象所處技術(shù)狀態(tài)（如合格與否、剩余壽命等）的所有技術(shù)手段的總稱。無(wú)損探傷技術(shù)主要于20世紀(jì)50～60年代開(kāi)始得到應(yīng)用，作為無(wú)損檢測(cè)的初級(jí)階段，其特點(diǎn)是技術(shù)和任務(wù)都較為簡(jiǎn)單。在技術(shù)手段上可選擇的并不豐富，主要采用超聲、射線等技術(shù);在任務(wù)上主要是檢測(cè)試件是否存在缺陷或者異常，其基本任務(wù)是在不破壞產(chǎn)品的情況下發(fā)現(xiàn)零件或者構(gòu)件中的缺陷，滿足工程需要，其檢測(cè)結(jié)論主要分為有缺陷和無(wú)缺陷兩類。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是生產(chǎn)對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的需求不斷提升，僅僅檢測(cè)出是否有缺陷顯然不能滿足人們的實(shí)際需求。在無(wú)損檢測(cè)這一發(fā)展階段，不僅僅是探測(cè)出試件是否含有缺陷，還包括探測(cè)試件的一些其他信息，如缺陷的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、位置等，并試圖通過(guò)檢測(cè)掌握更多的信息，對(duì)于國(guó)際上的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，這一階段大致開(kāi)始于20世紀(jì)70年代末或者80年代初。盡管第二階段的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)能夠滿足大部分工業(yè)生產(chǎn)的需求，但是隨著對(duì)材料、構(gòu)件等質(zhì)量要求不斷提高，特別是對(duì)在役設(shè)備的安全性和經(jīng)濟(jì)性的需求越加突出，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)入了第三階段，即無(wú)損評(píng)價(jià)階段。這一階段的一個(gè)標(biāo)志性事件是1996年在新德里召開(kāi)的第14界世界無(wú)損檢測(cè)大會(huì)（WordconferenceonNDT，WC-NDT）上，提出了將無(wú)損檢測(cè)變?yōu)闊o(wú)損評(píng)價(jià)這一重要觀點(diǎn)，并很快被各國(guó)無(wú)損檢測(cè)界所接受。在這一階段，人們不僅要對(duì)缺陷的有無(wú)、屬性、位置、大小等信息進(jìn)行掌握，還要進(jìn)一步評(píng)估分析缺陷的這些特性對(duì)被檢構(gòu)件的綜合性能指標(biāo)（例如壽命、強(qiáng)度、穩(wěn)定性等）的影響程度，最終給出關(guān)于綜合性指標(biāo)的某些結(jié)論。目前工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)處于這一發(fā)展階段，其他國(guó)家有些尚以第二階段的技術(shù)為主，有些則已經(jīng)處在第二階段到第三階段的發(fā)展過(guò)渡中。

二、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

目前無(wú)損檢測(cè)按原理及檢測(cè)對(duì)象和檢測(cè)目的的不同分為了不同方法，常用的無(wú)損檢測(cè)方法有射線照相檢測(cè)、超聲檢測(cè)、渦流檢測(cè)、磁粉檢測(cè)及滲透檢測(cè)等等，每種檢測(cè)方式均有其適用性，如磁粉檢測(cè)對(duì)象為鐵磁性材料，對(duì)表面及近表面的缺陷檢出率高，而超聲檢測(cè)則能夠測(cè)定內(nèi)部缺欠的埋藏深度及自身高度等。因此在眾多領(lǐng)域中無(wú)損檢測(cè)都能發(fā)揮著重要的作用。

1.航天航空。航天航空領(lǐng)域仍然是NDT使用最頻繁的領(lǐng)域。航空零件組裝到航空器之前要進(jìn)行檢查，而后在其使用壽命中也要進(jìn)行定期檢查。航空器的零件需要設(shè)計(jì)成重量盡量輕，并能夠發(fā)揮高強(qiáng)度的功能，這就意味著它們要承受很高的載荷，而本身輕薄的重量使得一個(gè)小的缺陷就能夠?qū)е缕骷膿p壞。航空器持續(xù)進(jìn)行飛行、降落、滑行、機(jī)艙加壓，許多器件會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，這些疲勞裂紋會(huì)隨著時(shí)間而逐漸生長(zhǎng)、長(zhǎng)大，會(huì)造成航天器破損而帶來(lái)極大的安全隱患。因此，定期對(duì)航天器進(jìn)行檢驗(yàn)成為航天器安全使用的必要措施。在航空領(lǐng)域NDT應(yīng)用的領(lǐng)域主要有：（1）渦扇葉片的檢測(cè)：葉片邊緣等檢測(cè);（2）復(fù)合粘接件的檢測(cè)：在航空器領(lǐng)域應(yīng)用了許多，利用膠粘劑粘合的零件。利用NDT對(duì)其檢驗(yàn)會(huì)增加其可靠性;（3）復(fù)合蒙皮材料結(jié)構(gòu)的檢測(cè)：在航天器和航空領(lǐng)域，大量使用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)酯蒙皮和鋁蜂窩復(fù)合材料，這主要是為了減輕重量，從而降低燃料消耗、降低運(yùn)營(yíng)成本。這些材料同樣要進(jìn)行定期的檢查;（4）航空零件的檢測(cè)：大量的航空用異形零件，需要用NDT技術(shù)進(jìn)行檢查;（5）多層鋁結(jié)構(gòu)器件的檢測(cè)：機(jī)身結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)對(duì)于安全來(lái)講非常重要。通過(guò)對(duì)鋁多層鉚接零件監(jiān)測(cè)，可以防止災(zāi)難性的結(jié)構(gòu)損壞。NDT這時(shí)能夠發(fā)揮重要作用。毫無(wú)疑問(wèn)，飛機(jī)工業(yè)的成功依賴于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。沒(méi)有無(wú)損檢測(cè)，飛機(jī)的保養(yǎng)、飛行將會(huì)增加巨大的成本，而飛行的安全性也會(huì)降低。

2.鐵軌檢測(cè)。在鐵路發(fā)展早期，由于鐵軌缺陷造成許多事故，甚至脫軌事故。因此，美國(guó)在20世紀(jì)20年代就有成立專門(mén)的鐵路檢測(cè)公司對(duì)鐵路進(jìn)行保養(yǎng)。當(dāng)然，人工巡檢也變成了鐵路多年的例行制度。鐵軌的無(wú)損檢測(cè)，早期采用的是磁場(chǎng)檢測(cè)。如美國(guó)的Sperry公司，在1928年前后建立了磁場(chǎng)檢測(cè)方法，把檢測(cè)設(shè)備裝進(jìn)一個(gè)巡檢車在鐵軌上行車巡檢。磁場(chǎng)檢測(cè)對(duì)于鐵軌橫向的裂縫比較敏感，而其他內(nèi)含的缺陷、接縫、分層、腐蝕等缺陷不敏感。而這些缺陷也是造成疲勞裂縫的原因。因此，20世紀(jì)60年代，美國(guó)開(kāi)始使用超聲的探傷設(shè)施，檢測(cè)設(shè)備同樣建成檢測(cè)車以6.5英里和13英里的時(shí)速運(yùn)行巡檢。當(dāng)前，我國(guó)鐵路里程越來(lái)越長(zhǎng)，而且高鐵行駛里程也在萬(wàn)公里以上，高鐵車輛及路軌對(duì)無(wú)損檢測(cè)的要求也越來(lái)越高。除了制度上完善每天“窗口期”的人工巡檢，還有更多的無(wú)損檢測(cè)設(shè)施也投入使用，這些設(shè)施包括有軌檢（動(dòng)檢）車、機(jī)載報(bào)警儀、便攜式添乘儀、人工添乘、線路精測(cè)小車、電子軌檢儀等，均能進(jìn)行精密作業(yè)。

3.橋梁檢測(cè)。按照橋梁的建設(shè)規(guī)范要求，橋梁的使用年限要長(zhǎng)于道路年限，最長(zhǎng)的要求使用年限在100年，所以，對(duì)于橋梁的維護(hù)檢測(cè)更為必要。橋梁檢測(cè)一般配置一定數(shù)量的高性能養(yǎng)修設(shè)備，加強(qiáng)對(duì)橋梁的監(jiān)控。高性能的無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，如：電阻探頭、聲發(fā)射探頭等探測(cè)混凝土中鋼筋的腐蝕情況;先進(jìn)的超聲波、射線設(shè)備檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)的裂縫、缺陷;超聲回探儀測(cè)混凝土的強(qiáng)度等。在我國(guó)，越來(lái)越多的橋梁建在峽谷上，需要大量使用斜拉結(jié)構(gòu)，對(duì)使用斜拉鋼材的無(wú)損檢測(cè)也越來(lái)越重要。同時(shí)，當(dāng)前運(yùn)輸中存在的超載等違法現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，容易造成橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞裂縫等，道路橋梁的承載也承受著考驗(yàn)。此外，無(wú)損檢測(cè)在造船、鋼索檢測(cè)、石油輸送管道的檢測(cè)，以及國(guó)防領(lǐng)域也正大量使用。無(wú)損檢測(cè)的發(fā)展和技術(shù)的提高會(huì)對(duì)許多工業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)極大的便利，并使許多行業(yè)的運(yùn)行成本得到極大降低。因此，無(wú)損檢測(cè)的研究有極其重要的意義。

總之，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量控制中起著不可替代的作用，很多無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是從航空航天裝備的制造和檢驗(yàn)中發(fā)展起來(lái)的，在承壓設(shè)備制造和焊接等工業(yè)領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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