無(wú)損檢測(cè)技術(shù)綜述

1、-. z.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)原理與應(yīng)用 平安工程1401班 2014074201無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的定義及開展概況隨著中國(guó)科學(xué)和工業(yè)技術(shù)的開展，高溫、高壓、高速度和高負(fù)荷已成為現(xiàn)代化工業(yè)的重要標(biāo)志。但它的實(shí)現(xiàn)是建立在材料高質(zhì)量的根底之上的。必須采用不破壞產(chǎn)品原來(lái)的形狀，不改變使用性能的檢測(cè)方法，以確保產(chǎn)品的平安可靠性，這種技術(shù)就是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)不損害被檢測(cè)對(duì)象的使用性能，應(yīng)用多種物理原理和化學(xué)現(xiàn)象，對(duì)各種工程材料，零部件，構(gòu)造進(jìn)展有效地檢驗(yàn)和測(cè)試，借以評(píng)價(jià)它們的連續(xù)性、完整性、平安可靠性及*些物理信息。目的是為了評(píng)價(jià)構(gòu)件的允許負(fù)荷、壽命或剩余壽命，檢測(cè)設(shè)備在制造和使用過(guò)程中產(chǎn)生的構(gòu)造不完整性及

2、缺陷情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，保障設(shè)備平安1。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是機(jī)械工業(yè)的重要支柱，也是一 項(xiàng)典型的具有低投入、高產(chǎn)出的工程應(yīng)用技術(shù)。可 能很難找到其他任何一個(gè)應(yīng)用學(xué)科分支，其涵蓋的 技術(shù)知識(shí)之淵博、覆蓋的根本研究領(lǐng)域之眾多、所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域之廣泛能與無(wú)損檢測(cè)相比。美國(guó)前總統(tǒng)里根在發(fā)給美國(guó)無(wú)損檢測(cè)學(xué)會(huì)成立20周年的賀電中曾說(shuō)過(guò)，(無(wú)損檢測(cè))能給飛機(jī)和空間飛行器、發(fā)電廠、船舶、汽車和建筑物等帶來(lái)更高的可 靠性，沒有無(wú)損檢測(cè)(美國(guó))就不可能享有目前在飛 機(jī)、船舶和汽車等眾多領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。作為一門應(yīng)用性極強(qiáng)的技術(shù)，只有與國(guó)家大型工程工程結(jié)合，解決國(guó)家大型和重點(diǎn)工程工程中急需解決的平安保障問題，

3、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)才能有用武之地和廣闊的開展空間2。我國(guó)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的快速開展得益于經(jīng)濟(jì)的快速開展和國(guó)家綜合實(shí)力的快速增強(qiáng)。近十年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)一直處于快速開展期，無(wú)損檢測(cè)事業(yè)也處于蒸蒸日上的局面，其總體形勢(shì)和水平已是十年前無(wú)法比較。在我國(guó)各工業(yè)部門和國(guó)防單位，我國(guó)無(wú)損檢測(cè)工作者取得了令世人矚目的成績(jī)2。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的根本類型及其原理目前常用的無(wú)損檢測(cè)類型主要有超聲檢測(cè)技術(shù)、射線檢測(cè)技術(shù)、磁粉檢測(cè)技術(shù)、滲透檢測(cè)和紅外檢測(cè)技術(shù)五種，本文選取其中3種檢測(cè)技術(shù)對(duì)其根本原理和應(yīng)用進(jìn)展簡(jiǎn)單的講述，選取超聲波檢測(cè)技術(shù)和紅外檢測(cè)技術(shù)這兩種檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展較為詳細(xì)的論述。2.1超聲檢測(cè)技術(shù)超聲檢測(cè)技術(shù)主要是檢測(cè)設(shè)備構(gòu)件部

4、及外表缺或用于壓力容器或管道壁厚的測(cè)量等，能有效的發(fā)現(xiàn)對(duì)焊縫部埋藏缺陷和壓力容器焊縫外表裂紋，而且可測(cè)出焊縫缺陷的自身高度。由于超聲探傷儀器體積小、質(zhì)量輕，便于攜帶和操作，適合在多種工況下工作，因此在過(guò)程設(shè)備檢驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。超聲檢測(cè)技術(shù)主要有以下幾種方法：1共振法：通過(guò)調(diào)整超聲波的發(fā)射頻率，以改變發(fā)射到工件中超聲波的波長(zhǎng)，并使工件的厚度為超聲波半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，入射波和反射波相互疊加便產(chǎn)生共振。根據(jù)共振時(shí)諧波的階數(shù)以及超聲波的波長(zhǎng)，就可測(cè)出工件的厚度。2穿透法：將兩個(gè)探頭分布置于被測(cè)試件相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面， 一個(gè)探頭用于發(fā)射超聲波，另一個(gè)探頭用于接收透射到另一側(cè)面的超聲波，并根據(jù)所承受超聲波的

5、強(qiáng)弱來(lái)判斷工件部是否有缺陷。3脈沖反射法：將具有一定持續(xù)時(shí)間和一定頻率間隔的超聲脈沖發(fā)射到被測(cè)工件，當(dāng)超聲波在工件部遇到缺陷時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反射，根據(jù)反射信號(hào)的時(shí)差變化及在顯示器上的位置就可以判斷缺陷的大小和深度。4液浸法：在探頭與工件之間填充一定厚度的液體耦合劑， 使探頭發(fā)射的聲波經(jīng)過(guò)液體耦合層后，再入射到工件中去。由于探頭與工件不直接接觸，聲波的發(fā)射和接收都比較穩(wěn)定1。 2.2射線檢測(cè)技術(shù)射線檢測(cè)是工業(yè)無(wú)損檢測(cè)的一個(gè)重要專業(yè)門類。在過(guò)程設(shè)備的無(wú)損檢測(cè)中占有重要的地位，一般用于檢測(cè)焊接和鑄件中存在的氣孔、密集氣孔、夾渣和未融合、未焊透等缺陷，不適用于鍛件、管材、棒件的檢測(cè)3。利用射線穿過(guò)材料或工

6、件時(shí)的強(qiáng)度衰減，檢測(cè)其部構(gòu)造不連續(xù)的技術(shù)成為射線檢測(cè)。當(dāng)射線入射到物體時(shí)，射線的光子將與原子發(fā)生一系列相互作用，導(dǎo)致透射射線減弱，低于入射射線強(qiáng)度，即射線在穿過(guò)物體時(shí)強(qiáng)度發(fā)生了衰減。如果物體局部區(qū)域存在缺陷，它將改變物體對(duì)射線的衰減，即可判斷物體中是否存在缺陷。射線檢測(cè)技術(shù)可分為以下兩類：1CR技術(shù)：基于*些熒光發(fā)射物質(zhì)具有的保存潛在圖像信息能力，這些熒光物質(zhì)在較高能帶俘獲的電子形成光激發(fā)射熒光中心，在激光激發(fā)下，光激發(fā)射熒光中心的電子將返回它們的初始能級(jí)，并以發(fā)射可見光的形成輸出能量。這種光發(fā)射與原來(lái)接收的射線劑量成正比。這樣，當(dāng)激光束掃描存儲(chǔ)熒光成像板時(shí)，就可得到射線照相圖像。2射線實(shí)時(shí)成

7、像檢驗(yàn)技術(shù)：射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)系統(tǒng)有多種，主要是圖像增強(qiáng)器、成像板和線陣列射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)系統(tǒng)等。成像板和線陣列射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)使用基于非晶硅的閃爍檢測(cè)器和熒光光電培增器制成的成像板或線陣列拾取信號(hào)，具有很高的分辨力和很大的動(dòng)態(tài)圍，可檢驗(yàn)厚度差或密度差很大的物體。2.3磁粉檢測(cè)技術(shù)磁粉檢測(cè)技術(shù)是應(yīng)用較早的一種無(wú)損檢測(cè)方法。它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、檢驗(yàn)速度快、觀察缺陷直觀和有較高的檢測(cè)靈敏度等優(yōu)點(diǎn)。主要用于壓力容器的在役維修、定期檢驗(yàn)及在線監(jiān)護(hù)檢測(cè)等方面，目的是保障使用平安以及預(yù)防事故發(fā)生。磁粉檢測(cè)是利用磁粉的聚集顯示磁性材料及其工件外表與近外表缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法4。磁粉檢測(cè)法只適用于檢測(cè)鐵磁性

8、材料。由于鐵磁質(zhì)具有磁疇構(gòu)造，在外磁場(chǎng)的作用下，磁疇從無(wú)序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行驙顟B(tài)，從而顯示出很強(qiáng)的磁性。外磁場(chǎng)除去后，鐵磁質(zhì)仍能保存局部磁性。磁粉檢測(cè)法可以檢測(cè)鐵磁性材料和構(gòu)件外表或近外表的缺陷，對(duì)裂紋、折疊、夾層等缺陷較為靈敏。一般來(lái)說(shuō)，采用交流電磁化可以檢測(cè)外表下2mm以的缺陷，采用直流電磁化可以檢測(cè)外表下 6 mm以的缺陷1。2.4滲透檢測(cè)技術(shù)滲透檢測(cè)是一種檢驗(yàn)材料外表和近外表開口缺陷的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，可有效應(yīng)用于檢驗(yàn)非多孔性的金屬與非金屬材料。它幾乎不受被檢驗(yàn)部件的形狀、大小、組織構(gòu)造等因素的限制，主要用于設(shè)備外表缺陷的檢測(cè)，如外表裂紋、熔合不良、氣孔等。滲透的檢測(cè)方法可分為以下幾類。1著色

9、檢測(cè)法：因其滲透液為著色滲透液而得名。著色滲透液的主要成分是紅色染料、溶劑和滲透劑。這種方法要求滲透液具有滲透力強(qiáng)、滲透速度快、色深而醒目、洗滌性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、對(duì)受檢材料無(wú)腐蝕性、無(wú)毒等特性。2熒光檢測(cè)法：所用滲透液中含有至少兩種熒光物質(zhì)，缺陷的觀察采用紫外線光源，使?jié)B入缺陷的熒光物質(zhì)激發(fā)出熒光以發(fā)現(xiàn)缺陷，因而對(duì)熒光滲透液的要熒光亮度高、滲透性好、檢測(cè)靈敏度高、易于清洗、無(wú)毒無(wú)味、不腐蝕材料等。熒光液主要由熒光材料、溶劑、滲透劑以及適量的外表活性劑、助溶劑、增光劑和乳化劑等組成。3其他滲透檢測(cè)方法：除了常用的熒光法和著色法外，還有著色熒光法、冷光法、化學(xué)反響法、液晶滲透法、靜電噴涂法、真空

10、滲透法、超聲振蕩法等新方法1。兩種重要的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的原理和應(yīng)用3.1超聲檢測(cè)技術(shù)3.1.1超聲檢測(cè)技術(shù)的根本原理眾所周知，2020000Hz為聲波的頻率圍，頻率高于20000的機(jī)械波為超聲波。超聲波的穿透本領(lǐng)很大，在液體、固體中衰減很小，能傳播幾十米，不同的介質(zhì)聲阻抗不同，遇到雜質(zhì)或媒質(zhì)分界面有顯著的反射。超聲波在介質(zhì)中的傳播特性，如波速、衰減、吸收等都與介質(zhì)的各種宏觀的非聲學(xué)的物理量有著密切的關(guān)系，如聲速與介質(zhì)的彈性模量、密度、溫度等有關(guān)；聲強(qiáng)的衰減與材料的空隙率、粘滯性等有關(guān)。通過(guò)各種對(duì)超聲傳播特性中特征信息量的提取，可實(shí)現(xiàn)非聲量檢測(cè), 如濃度、密度、強(qiáng) 度、硬度、濕度、流量、物位、厚度

11、、彈性的測(cè)量，還能對(duì)物體的缺陷進(jìn)展檢測(cè)和探傷，對(duì)材料進(jìn)展物性評(píng)價(jià)。超聲波頻率越高，波長(zhǎng)越短，擴(kuò)散角越小，聲束越窄，能量越集中，分辨率越高，對(duì)缺陷的定位越準(zhǔn)確。高頻超聲波傳播特性是方向性好，能定向傳播。頻率在0. 520M Hz以上，主要用于金屬材料工件的超聲檢測(cè)。混凝土等非金屬材料的超聲檢測(cè)應(yīng)選用較低頻率的超聲波，常用頻率為20500KHz，因?yàn)榛炷翞榉蔷鶆虿牧?，散射作用使材料?duì)聲波的衰減較大，方向性差，頻率越高，傳播距離越小，繞過(guò)顆粒的能力越差。超聲檢測(cè)系統(tǒng)重要部件探頭換能器是壓電晶片，是一種具有逆壓電效應(yīng)的壓電元件，其在交流電作用下產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。材料包括石英晶體、 PZT鋯鈦酸鉛和偏鈮酸

12、鋰等。種類繁多, 在不同場(chǎng)合需要用不同形式、不同頻率的探頭5。 3.1.2超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域金屬材料的檢測(cè)：主要為超聲回波反射法。用于鑄件、型材、焊縫、石油化工工業(yè)中的厚壁容器的檢測(cè)。如板材厚度檢測(cè)，鋼管厚度測(cè)量。管道環(huán)焊縫檢測(cè)： 20世紀(jì)90年代采用相控陣超聲探傷技術(shù)，多壓電元件相控陣探頭，用電子方法依次鼓勵(lì)壓電元件，用可變延遲元件依次錯(cuò)開壓電元件的相位，能任意改變合成波的方向。 復(fù)合材料檢測(cè)：碳纖維復(fù)合板材的分層、夾雜、孔洞和裂紋的檢測(cè)。膠接構(gòu)造的強(qiáng)度檢測(cè)：所有的飛機(jī)、導(dǎo)彈構(gòu)造中有一局部膠接組件，假設(shè)能無(wú)損檢測(cè)膠接強(qiáng)度意義重大5。 非金屬材料檢測(cè)：混凝土超聲檢測(cè)。由于混凝土為非均勻性材

13、料，散射作用使材料對(duì)聲波的衰減較大，方向性差，應(yīng)選用較低頻率的超聲波，用透射法。本實(shí)驗(yàn)室用超聲檢測(cè)法進(jìn)展了實(shí)際工程工程的混凝土質(zhì)量檢測(cè)，取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果。 高溫材料檢測(cè)：鋼胚探傷，用高壓水耦合法或電磁超聲法。80年代初冶金部研制的電磁超聲裝置可測(cè)7501000高溫9。 3.2紅外檢測(cè)技術(shù)3.2.1紅外檢測(cè)技術(shù)的根本原理任何物體由于其自身分子的運(yùn)動(dòng)，不停地向外輻射紅外熱能。而且，物體的溫度越高，發(fā)射的紅外輻射能量就越強(qiáng)。在生產(chǎn)過(guò)程與物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，熱和溫度的變化無(wú)處不在，溫度檢測(cè)與控制是生產(chǎn)正常進(jìn)展的重要保證。當(dāng)設(shè)備生產(chǎn)故障時(shí)，如磨損、疲勞、破裂、變形、腐蝕、剝離、滲漏、堵塞、松動(dòng)、熔融、材

14、料劣化、污染和異常振動(dòng)等，絕大局部都直接或間接的會(huì)引起溫度的相關(guān)變化。設(shè)備的整體或局部的熱平衡也同樣要受到破壞或影響，通過(guò)熱的傳播，造成外表溫度場(chǎng)的變化。因此，不同的溫度分布狀態(tài)與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)嚴(yán)密相關(guān)，包含了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信息。紅外檢測(cè)技術(shù)正是通過(guò)對(duì)這種紅外輻射能量的測(cè)量，測(cè)出設(shè)備外表的溫度及溫度場(chǎng)的分布，通過(guò)對(duì)被測(cè)對(duì)象紅外輻射特性的分析，就可以對(duì)其熱狀態(tài)做出判斷，進(jìn)而確定被測(cè)對(duì)象的實(shí)際工作狀態(tài)，這就是紅外檢測(cè)技術(shù)的根本原理6。3.2.2紅外檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域復(fù)合材料檢測(cè)：紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)不僅可檢測(cè)金屬、非金屬材料部缺陷，尤其對(duì)蜂窩材料、碳纖維和玻璃纖維增強(qiáng)型多層復(fù)合材料的檢測(cè)、損傷判別與評(píng)估

15、，優(yōu)于其他檢測(cè)方式。既可測(cè)量材料厚度和各種涂層、夾層厚度，又可進(jìn)展外表下材料和構(gòu)造特征識(shí)別8。航空航天檢測(cè)：應(yīng)用紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)復(fù)合材料缺陷進(jìn)展研究的目的是將其廣泛應(yīng)用于在線、在役檢測(cè)大型設(shè)備。電力系統(tǒng)檢測(cè)：我國(guó)電力系統(tǒng)是研究開發(fā)與應(yīng)用紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)較早的行業(yè)。主要用于電力設(shè)備裸露載流導(dǎo)體和接頭熱狀態(tài)的檢測(cè)，如高壓輸電線路壓接收、線夾、高壓變電站的母線接頭、高壓變壓器套管接頭、配電線路接頭和配電變壓器接頭等等。并定期用紅外熱像儀對(duì)電力設(shè)備進(jìn)展在線檢測(cè)，找出不良的電氣接頭，及時(shí)維修以防止電氣設(shè)備發(fā)生火災(zāi)，并減少電氣設(shè)備的突發(fā)性事故。建筑物外墻飾面檢測(cè)：經(jīng)過(guò)幾年的研究工作和實(shí)際

16、工程應(yīng)用，紅外熱像法檢測(cè)建筑物外墻飾面施工質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)已趨成熟，相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已通過(guò)中國(guó)建筑科學(xué)研究院組織的技術(shù)審查。當(dāng)外墻飾面材料發(fā)生空鼓時(shí)，在其空鼓的位置就會(huì)形成很薄的空氣層，由于這個(gè)空氣層有很好的隔熱性能，所以飾面材料空鼓局部使外墻飾面和建筑構(gòu)造材料之間的熱傳遞就變得很小。日照時(shí)外墻外表溫度會(huì)升高，此時(shí)，由于空鼓的隔熱作用，空鼓部位的熱量未及時(shí)傳遞給飾面基底墻體，所以溫度比正常部位的溫度要高；當(dāng)外墻外表日照減少時(shí)，與上述情況正好相反，外表溫度會(huì)降低，空鼓部位的溫度比正常部位的溫度低。紅外熱相法就是根據(jù)這個(gè)原理，通過(guò)外墻外表溫度場(chǎng)的變化來(lái)判斷飾面工程質(zhì)量的。醫(yī)療衛(wèi)生檢測(cè)：當(dāng)人體患病或*些生

17、理狀況發(fā)生變化時(shí)，全身或局部的熱平衡受到破壞或影響，于是在臨床上表現(xiàn)為組織溫度的升高或降低。1971年在國(guó)際醫(yī)學(xué)生物工程學(xué)會(huì)議上，正式提出了醫(yī)用熱像圖攝影裝置。1979年宗橋發(fā)表了第一篇國(guó)產(chǎn)熱像儀臨床應(yīng)用的報(bào)道，此后，醫(yī)用紅外熱像技術(shù)廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域7。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)未來(lái)展望隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的開展， 超聲成像技術(shù)，工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)等就是它們相互接合的結(jié)晶，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已明顯的表現(xiàn)出以下開展趨勢(shì)。1由定性檢測(cè)向定量檢測(cè)和直接顯示缺陷圖像的方向開展。2在線自動(dòng)化檢測(cè)和儀器智能化.3與斷裂力學(xué)相結(jié)合，對(duì)重要工程構(gòu)件的壽命進(jìn)展評(píng)價(jià)。4和材料的物性評(píng)價(jià)相結(jié)合，在新材料的設(shè)計(jì)、加工和工程應(yīng)用中得到迅速開展。 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)水平從*種意義上講，可以作為衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)開展程度以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的標(biāo)志之一。為了確保過(guò)程設(shè)備平安運(yùn)行，應(yīng)該對(duì)設(shè)備進(jìn)展經(jīng)常性的檢測(cè)。除宏觀檢測(cè)外，需采用多種無(wú)損檢測(cè)方法。由于各種檢測(cè)方法都有其適用圍和特定的檢測(cè)對(duì)象，在設(shè)備的檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)該綜合利用各種檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)和互補(bǔ)性，最大程度的提高設(shè)備缺陷的檢出率1。參 考 文 獻(xiàn)王假設(shè)藝，婧帆. 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用J. 化工, 2014,41(17):76-77耿榮生，景鵬. 蓬勃開展的我國(guó)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)J. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2013, 4922: 1-7徐林，高三杰，衛(wèi)，波. 無(wú)損檢測(cè)技