無損檢測技術(shù)在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用

無損檢測技術(shù)在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用

1會議的內(nèi)容和討論16日，第一屆世界破壞測試會議（wcndt）在加拿大伊斯坦布爾結(jié)束。9月3日，這條新聞在四年內(nèi)舉行。這條新聞被稱為缺陷測試協(xié)會的奧古伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛。以中國無損檢測學(xué)會副理事長、2008年第17屆世界無損檢測會議主席耿榮生為團(tuán)長,無損檢測學(xué)會總干事、2008年第17屆世界無損檢測會議秘書長徐永昌為副團(tuán)長的我國無損檢測學(xué)會一行24人參加了這次盛會。我國還有一些單位也組團(tuán)參加了此次大會。本次會議對于中國無損檢測學(xué)會代表團(tuán)還有一個更加特殊的意義,那就是,再過四年,WCNDT將落戶中國無損檢測學(xué)會和中國上海。因此,盤點本次會議,或者在更廣泛的意義下盤點一下我們中國的無損檢測技術(shù),對于我們更好地發(fā)展中國的無損檢測技術(shù)、對于我們成功舉辦第17屆世界無損檢測會議將會有一定的啟示作用。本次會議共收到論文700余篇,列入大會報告的論文有500篇左右,有575篇論文被收入會議論文集。共有約50個國家和地區(qū)的代表向會議遞交了論文,其中美國以89篇論文雄居榜首,緊隨其后的是德國(61篇)和加拿大(59篇)。我國(不包括臺灣和香港地區(qū))和法國并列第四(43篇)。會議特邀論文有28篇,包括主題報告兩篇。參加會議的人數(shù)包括展商約有2500人,其中會議正式代表約為1800人,是歷屆WCNDT人數(shù)較多的一次。規(guī)模龐大的無損檢測儀器展覽是這次會議的另一特色,有100多家儀器制造商在大會期間展示了幾乎涉及所有無損檢測領(lǐng)域的各類最新儀器,包括超聲相控陣、無膠片射線檢測系統(tǒng)、激光和紅外檢測系統(tǒng)、多探頭渦流檢測系統(tǒng)及各類自動檢測系統(tǒng)等。會議論文按檢測技術(shù)分為超聲、渦流、激光、紅外、微波及信號處理技術(shù),而按應(yīng)用的工業(yè)部門,又強調(diào)了NDT技術(shù)在航天航空、石化、汽車、民用建筑、材料特征評價、微系統(tǒng)及加工過程中的應(yīng)用等。在論文分布上,射線檢測最多,有61篇,其次是紅外和激光(60篇)及信號處理(39篇)。從應(yīng)用領(lǐng)域看,論文較多的是材料特征評價(57篇)、航天航空(44篇)、過程監(jiān)控(29篇)和土木結(jié)構(gòu)(29篇)。有15篇論文(含大會專題報告的兩篇論文)涉及到無損檢測前沿技術(shù)的發(fā)展方向。同歷屆會議一樣,本次會議也為NDT人員培訓(xùn)和資格鑒定提供了足夠的展示空間。本次會議繼承了羅馬會議方式,論文集采用電子文本并用光盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)的書面出版物。實事求是地講,從文章檢索方便性、快捷性和電子文本的用戶友好性來看,本次會議論文集遠(yuǎn)不如羅馬會議論文集(至少筆者的感覺是如此),后者可很方便地用作者、國家、方法(ET,UT和RT等)、應(yīng)用領(lǐng)域(boiler,automobile,aerospace和bridge等)等眾多關(guān)鍵詞檢索或用論文識別號(IDN)查尋,并可交叉檢索且無需自己輸入關(guān)鍵詞(也可以自行輸入關(guān)鍵詞)檢索,十分方便。而這些優(yōu)點在本次會議論文集中已或多或少喪失,這是應(yīng)當(dāng)引起今后的會議承辦者注意的地方。2我國無損檢測技術(shù)的現(xiàn)狀本次會議之后,中國無損檢測學(xué)會將以下屆WCNDT東道主的身份活躍在世界無損檢測的舞臺上。如何正確認(rèn)識我國無損檢測技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r,搞清我國無損檢測技術(shù)水平與世界先進(jìn)水平的主要差距,對于今后提高我國無損檢測技術(shù)的總體水平是十分重要的。但由于這是一個大課題,而且在某種程度上是仁者見仁,智者見智,筆者也只能在此發(fā)表一點個人的粗淺認(rèn)識,算作是拋磚引玉。筆者在羅馬會議之后曾寫到,成功申辦2008年第17屆世界無損檢測會議標(biāo)志著我國的無損檢測工作的發(fā)展已得到世界公認(rèn),并預(yù)見在新的千年,我國無損檢測工作將變得更加活躍,并在世界無損檢測界具有舉足輕重的地位。在本次會議上,許多代表主動與我會代表團(tuán)聯(lián)系,一些國家的學(xué)會還主動尋求與我會簽訂NDT人員資格互認(rèn)協(xié)議,在國際無損檢測委員會會議上,代表們希望聽到來自中國代表的聲音,國際知名無損檢測儀器研究開發(fā)公司GEIT與我會簽訂贊助第17屆WCNDT的協(xié)議,我國在本次會議上發(fā)表的論文數(shù)繼續(xù)保持名列前茅,這些都是上述說法的有力例證。但是,我們確實應(yīng)當(dāng)看到,我國雖然是一個無損檢測大國,也是無損檢測儀器的生產(chǎn)大國,但是,我們卻不是無損檢測技術(shù)的強國。我們雖然擁有世界上從事NDT人數(shù)最多的無損檢測學(xué)會,也擁有無損檢測儀器最大的生產(chǎn)量和銷售量,但是,我國的無損檢測儀器基本上僅占據(jù)了低端市場,絕大多數(shù)高端的無損檢測設(shè)備還必須依靠進(jìn)口。此外,我們在NDT儀器開發(fā)方面缺少原創(chuàng)性的成果,基本上是走仿制或者是跟在別人的后面前進(jìn)。這方面的例子實在太多了。例如,雖然我們已自主研制出工業(yè)射線CT多年,但包括航空、航天在內(nèi)的許多工業(yè)部門所需要的CT檢測設(shè)備還需要從國外進(jìn)口;我們在射線數(shù)字圖像平板研制方面要落后西方和日本數(shù)年,且目前仍看不出有趕上的趨勢;雖然我們生產(chǎn)的超聲A掃描檢測儀器已占據(jù)國際上該類設(shè)備的相當(dāng)高比例,但大多數(shù)超聲C掃描裝置和精密聲顯微鏡仍需要進(jìn)口;雖然我們在超聲成像和相控陣技術(shù)方面發(fā)表過很多高水平的論文并也有一些設(shè)備問世,但我國工業(yè)部門需要的超聲相控陣檢測系統(tǒng)幾乎100%地從國外進(jìn)口。同樣,我們在高端紅外、激光檢測系統(tǒng)方面也基本上依賴進(jìn)口。所以,從技術(shù)層面上講,我國在無損檢測領(lǐng)域還不是一個強國。無論是2000年的意大利羅馬會議還是此次加拿大蒙特利爾會議,當(dāng)全世界眾多廠商向無損檢測界的同行展示其各種新型設(shè)備時,我們都未能看到中國無損檢測儀器生產(chǎn)商的身影,這不能說不是一件令人遺憾的事情。因此,筆者還是那句老話,隨著無損檢測技術(shù)更深入、更廣泛地參與到國計民生的各個領(lǐng)域,我們確實應(yīng)當(dāng)從更深的層次上來推進(jìn)我國無損檢測事業(yè)的發(fā)展。3ndr的展望相對而言,每一屆世界無損檢測大會都會有一個主題并與當(dāng)時的NDT發(fā)展方向或者迫切發(fā)展的話題緊密相聯(lián)系。1996年的印度新德里第14屆世界無損檢測會議突出了應(yīng)當(dāng)將無損檢測(NDT)技術(shù)發(fā)展為無損評價(NDE,即Non-DestructiveEvaluation),并強調(diào)了NDT技術(shù)在質(zhì)量控制過程中的巨大作用。2000年在羅馬召開的第15屆世界無損檢測會議提出無損檢測技術(shù)應(yīng)當(dāng)為保護(hù)生態(tài)環(huán)境服務(wù)、為預(yù)防地球的溫室效應(yīng)服務(wù)、為提高人類生活質(zhì)量服務(wù)。羅馬會議展示了無損檢測儀器的發(fā)展趨勢——檢測自動化、圖像化、計算機化,強調(diào)要盡快將NDT的研究成果轉(zhuǎn)化為市場產(chǎn)品,都對近幾年無損檢測技術(shù)的快速發(fā)展起到推動作用。本次會議上,超聲相控陣技術(shù)、非接觸超聲波檢測、多探頭渦流檢測技術(shù)、導(dǎo)波技術(shù)、激光和紅外檢測技術(shù)受到了特別的關(guān)注,也成為最受會議代表歡迎的話題。從會議的一些主題報告來看,如何利用現(xiàn)有的理論、設(shè)計方法和技術(shù)平臺來創(chuàng)造新的NDT技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域,成為人們的特別關(guān)注之點。會議強調(diào)應(yīng)當(dāng)在這方面進(jìn)行長期的國際合作,以方便利用人類現(xiàn)有的知識和資源來加速NDT發(fā)明和創(chuàng)新,這可能已成為無損檢測領(lǐng)域人們的共識。如果說較為傳統(tǒng)的NDT發(fā)展方向是要求檢測技術(shù)能朝著自動化(更快)、圖像化(更直觀)和高可靠性(更可靠)發(fā)展的話,那么,如何將無損檢測技術(shù)融合到科學(xué)技術(shù)發(fā)展的大舞臺則成為人們又一關(guān)注的焦點。在這方面,隨著納米技術(shù)、微機電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,如何無損地檢測納米結(jié)構(gòu)和微-納機電系統(tǒng)也向NDT或NDE技術(shù)提出了挑戰(zhàn),但這恰恰為NDT提供了發(fā)展的舞臺。同歷屆世界無損檢測大會一樣,本次會議的與會者也特別強調(diào)并呼吁人們重視對無損檢測之源——傳感器技術(shù)的研究。利用新型智能傳感器,并將傳感器、信號處理和計算機集成到一個微系統(tǒng)中,這一領(lǐng)域的發(fā)展也將為無損檢測技術(shù)的發(fā)展提供新的空間。3.1無損檢測技術(shù)的研發(fā)具有局限性早在幾年前,無損檢測界的一些有識之士就提出,發(fā)展NDT技術(shù)必須與國家科技發(fā)展的大環(huán)境結(jié)合,要在國家特別關(guān)心的新材料、新能源、環(huán)境和公共安全等領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用性研究。無損檢測技術(shù)有其強烈的應(yīng)用性背景,雖然也有很多基本理論問題尚待解決,但更重要的還是解決如何盡可能利用其它學(xué)科現(xiàn)有的知識和技術(shù)來開發(fā)新的無損檢測技術(shù)和儀器并用于解決工程實踐中急需要解決的項目。很難想象,工作在同公共安全有關(guān)的科研部門的無損檢測工作者不去解決埋地油、氣管道的監(jiān)/檢測問題,工作在航空、航天領(lǐng)域的無損檢測工作者不將自己的研究工作同重點型號的安全相結(jié)合,其研究工作會有什么樣的后果。除研究所、高校人員活躍在講臺上外(這一點與國內(nèi)會議的情況是一致的),這次會議的另一特色是,不少儀器制造公司(如R/DTECH,GEIT,ETTERMEYER等)的代表在大會講臺上特別活躍,其報告由于在展示其最新開發(fā)的儀器的同時,還帶來了這些新研制的儀器在工程上的應(yīng)用范例,因此受到與會者的歡迎,會后的討論也特別熱烈。3.2渦流檢測儀器的應(yīng)用圖像化在NDT中的重要作用是其它方法所不可替代的。有很多古老的說法說明了圖像化的重要性,如“百聞不如一見”“耳聞是虛,眼見為實”“一幅圖片抵得上千句話”“看到了才是最美麗的”。這些說法的最基本含義就是人類在探索自然界的奧秘時希望能有一個最直觀的解答,即使是對十分復(fù)雜的現(xiàn)象也是如此。電視能迅速發(fā)展和普及即是得益于它能滿足人類的這一最基本要求,這也是為什么在無損檢測的眾多方法中,目視(加上借助于孔探儀、放大鏡和顯微鏡等輔助工具)仍然是用得最多的檢測方法。傳統(tǒng)的A掃描超聲檢測儀器雖然還有一定的市場,特別是在發(fā)展中國家,但其將要被成像顯示方式的儀器(B掃描、C掃描和超聲CT)所代替已是一個不爭的事實。渦流檢測儀器從指針式變?yōu)槠矫嫦辔粓D顯示是一大進(jìn)步,但目前,它也幾乎要被渦流成像檢測儀器代替。由于有很多方法可以擴大目視的范圍和消除其局限性,這就使這些方法得到廣泛應(yīng)用。因此,本次會議上展示的儀器,即使是超聲相控陣和多(線圈)探頭渦流檢測儀,都是以圖像顯示的方式呈現(xiàn)檢測結(jié)果。從本次會議的論文和展示的儀器來看,光學(xué)檢測方法無疑是一顆正在冉冉升起的新星,這在很大程度上是由于光學(xué)方法的檢測結(jié)果是以圖像顯示的方式出現(xiàn)。熱成像和振動熱圖是另一得到廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域,其原因也幾乎一樣。這幾種檢測方法的另一最大優(yōu)點是不接觸、遠(yuǎn)距離、大面積檢測。它們可以檢測物體表面的狀態(tài)和缺陷,也可以采用適當(dāng)方法獲得有關(guān)其內(nèi)部的信息。這些特點正好滿足了人們對檢測速度、檢測的方便性的一些最基本要求,那就是:更快、更可靠和更直觀。前面敘述的強調(diào)利用現(xiàn)有的理論、設(shè)計方法和技術(shù)平臺來創(chuàng)造新的NDT技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域,這一點在光學(xué)無損檢測領(lǐng)域得到了最強有力的證明。無論是激光全息術(shù)、電子散斑干涉、電子剪切散斑(激光錯位)成像以及激光超聲等幾乎都是利用了現(xiàn)有的激光技術(shù),對其稍加改造,使之成為無損檢測技術(shù),而對結(jié)果的解釋恰恰正是無損檢測工作者自己需要去深入研究的課題。作為激光全息無損檢測系統(tǒng)的一個變種,電子剪切散斑即錯位成像技術(shù)在航空、航天部門得到廣泛應(yīng)用,因為它特別適合復(fù)合材料損傷的快速、大面積檢測,且檢測結(jié)果相對比較直觀。其基本原理是將激光全息系統(tǒng)中的空間濾波器改為錯位裝置,原理示于圖1。本次會議上,生產(chǎn)錯位成像檢測系統(tǒng)的德國Ettemeyer公司的創(chuàng)始人Ettemeyer博士介紹了該公司在該領(lǐng)域儀器研制方面的最新進(jìn)展。圖2是該公司為檢測直升機旋翼葉片生產(chǎn)的檢測裝置。3.3復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)檢測同先前的WCNDT一樣,展示自動檢測裝置是儀器展覽會的重要內(nèi)容。自動化對于一些大型結(jié)構(gòu),特別是表面形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)(如飛機、管道等)特別重要。同樣,生產(chǎn)線的自動化檢測也特別重要。這不僅是節(jié)省人力的問題,同時也是能夠保證檢測重復(fù)性和可靠性的問題。簡單的自動檢測裝置和爬行器等已得到廣泛應(yīng)用,而對于一些更復(fù)雜的裝置,無損檢測工作者需要與工作在自動化領(lǐng)域,特別是機器人領(lǐng)域的工作者密切結(jié)合。3.4相控陣技術(shù)的發(fā)展本次會議上有關(guān)相控陣技術(shù)的論文及展示的相控陣檢測設(shè)備可能是最受歡迎的領(lǐng)域,特別是R/DTECH公司,不僅在儀器展覽大廳占有顯著的位置,其人員在學(xué)術(shù)報告會上也十分活躍。相控陣技術(shù)能給出更高的探傷靈敏度、更大的穿透能力和更靈活的探傷方法,而且其控制電路十分復(fù)雜,研究和開發(fā)相控陣檢測設(shè)備有助于其在無損檢測領(lǐng)域的全面、深入發(fā)展。R/DTECH公司與美國合作,已開發(fā)出適合工廠生產(chǎn)線的相控陣自動檢測設(shè)備(圖3)。從會議情況看,相控陣技術(shù)的主要發(fā)展是采用新型材料(壓電復(fù)合材料)傳感器、制造高密度傳感單元的換能器陣列和采用更先進(jìn)的控制電路。壓電復(fù)合材料傳感器一方面可大大降低交叉干擾效應(yīng),同時因其有較低的聲阻抗,易與后續(xù)電路匹配。同時這種換能器陣列又具有很寬的工作頻率。在過去近30年的歷史中,超聲波換能器一直是用單片壓電材料(如PZT),材料聲阻抗很高,其電氣性質(zhì)受到限制。采用壓電復(fù)合材料制造的相控陣探頭陣列在醫(yī)學(xué)上已應(yīng)用了近20年,但它在NDT中的應(yīng)用還不到10年。近年來迅速發(fā)展的壓電復(fù)合材料克服了這些缺點,其設(shè)計和應(yīng)用范圍都得到發(fā)展。壓電復(fù)合材料是壓電陶瓷和其它材料(多為聚脂材料)的組合體,其制造技術(shù)相對比較簡單。GEIT公司將這一技術(shù)引入相控陣換能器制造中后,其應(yīng)用面正不斷擴大。按目前的技術(shù)已能制造芯寬0.05mm,陣元間距<0.025mm的壓電復(fù)合材料陣列。相控陣技術(shù)的另一發(fā)展趨勢是采用微機電技術(shù)(MEMS)制造高密度傳感單元的換能器陣列。早期的相控陣系統(tǒng)中,用到128陣元的已很先進(jìn),并使控制電路復(fù)雜化。本次會議上,R/