无损检测在国民生产中的应用和新技术

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1、1无损检测在国民生产中的应用和新技术无损检测是什么？定义一：在不损伤构件性能和完整性的前提下， 检测构件金属的某些物理性能和组织状态，以及查 明构件金属表面和内部各种缺陷的技 术。定 义二：在不损伤被检测结构构件的条件下，检查 构件内在或表面缺陷， 检测有关物理量的材料 试验方法。无损检测即 NDT （Non-destructive testing），就是利用声、光、磁和 电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下， 检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态 （如合格与否、剩余寿命等）的所有技术手段的总称。无损检测 是工

2、业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，其重要性已得到公 认。常用的无 损检测 方法：射线照相检验(RT) 、超声 检测(UT)、磁粉 检测 (MT)和液体渗透检测(PT) 四种。其他无损检测方法：涡流检测(ET)、声发射检测（ET）、热 像/红外（TIR）、泄漏 试验（LT）、交流场测量技术（ACFMT）、漏磁检验（MFL)、远场测试检测方法（RFT)等。无损检测有如此作用注定了在国民生产中占有重要的地位。射线照相法（RT），是指用射线穿透试件，以胶片作为记录信息的器材的无损检测方法，该方法是最基本的，应用最广泛的一种非破坏性 检验方法。射线照相检验法的原理：射线

3、能穿透肉眼无法穿透的物质使胶片感光，当 X 射线或 r 射线 照射胶片时，与普通光线一样，能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜影，由于不同密度的物 质对 射线的吸收系数不同，照射到胶片各处的射线能量也就会产生差异，便可根据暗室 处理后的底片各 处黑度差来判别缺陷。射线检测的检测结果有直接记录，可以作 为档案资料长期保存，检测图像直观，对缺陷尺寸和性质判断比较容易。因此，射 线探伤在化工。炼油、 电站设备 制造以及飞机、宇航、造船等工业中得到广泛应用，还有射线检测 在复合材料的检测中有着重要的作用（其中运用了 X 射线照相法、X 射线实时成像法、射 线计算机断层扫描法、射 线 断层形貌成像法、康普顿散

4、射法及中子照相法等）。对控制和提高 产品的制造质量起了积极的作用。渗透检测（PT）基本原理：零件表面被施涂含有 荧光染料或着色染料的渗透剂后，在毛细管作用下，经过一段时间，渗透液可以渗透进表面开口缺陷中； 经去除零件表面多余的渗透液后，再在零件表面施涂显 像剂，同 样，在毛细管的作用下，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液，渗透液回渗到显像剂 中，在一定的光源下（紫外 线 光或白光），缺陷处的渗透液痕迹被现实， （黄绿色荧光或鲜艳红 色），从而探 测出缺陷的形貌及分布状 态。现代工业探伤应用中液体的渗透探伤分两大类，即 荧光渗透和着色渗透探伤。渗透检验已被广泛地应用于航空工业、核工业、机械制造业和石

5、油化工工业等领域 ,为原材料 检验、加工制造检验和在役设备检验提供了一种有效的检测表面缺陷的方法。磁粉检测（MT）原理：铁磁性材料和工件被磁化后，由于不 连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不 连续性的位置、形状和大小。适用于 检测铁磁性材料工件表面和近表面尺寸很小，间隙极窄的裂 纹和目视难以看出的缺陷、检测马氏体不锈钢和沉锈钢材料，不适用于检测奥氏体不锈钢 材料、 检测未加工的原材料（如 纲坯）和加工的半成品、成品件及在役与使用过的工件、适用于 检测管材棒材板材形材和 锻钢件铸钢件及焊接件、使用

6、于2检测工件表面和陷，淀 硬 化 不 但不适用于检测工件表面浅而宽的缺陷、埋藏较深的内部缺陷和延伸方向与磁力线方向夹角小于度的缺陷磁粉探伤主要分为普通磁粉探伤和荧光磁粉探伤两种。在国内广泛应 用于药理容器及锅炉制造、化工、电力、造船、航空部门的重要零部件的表面质量检验。如：船舶 业的磁粉探伤主要应用于船用 铸锻件的大型部件，如舵叶、舵钮等上的重要部位。涡流检测（ET） 英文名称是：Eddy Current Testing，工业上无损检测的方法之一。给一个线圈通入交流电，在一定条件下通 过的电流是不变的。如果把线圈靠近被测工件，像船在水中那样，工件内会感应出涡流，受涡流影响，线圈电流会发生变化。

7、由于涡流的大小随工件内有没有缺陷而不同，所以线 圈电流变化的大小能反映有无缺陷 涡流检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测 方法，它适用于导电材料。如果我们把一块导体置于交变磁场之中,在导体中就有感应电流存在，即产生涡流。由于 导体自身各种因素（如电导率，磁导 率，形状，尺寸和缺陷等）的变化，会导致感应电流的变化，利用这种现象而判知导体性质，状 态的检测方法叫做涡流检测 方法。由于 涡流检测具有超声波检测、磁粉检测等其他检测都不 拥有的特点，与之互相 补充，成为五大无损检测之一。近 表面 的 缺超 声 波 检 测 （UT）是一种重要的无损检测技术, 由于它的穿透能力强、对人体无害, 已

8、较广泛应用于工业及高技术产业中。近期召开的国 际与全国性无 损检测学术会议上, 超声检测方面( 含声发射) 的论文数量都几乎占到总数的一半, 成 为学术研究的活跃分支。十余年来推动超声检测发展的主要因素是 工业生产中的质量意识不断提高以及在役设备寿命预测技术的要求。 诸如复合材料和精细陶瓷等新材料的 应用, 使传统的超声检测方法遇到障碍, 促使人们探索采用若干特殊的超声检测途径。 微机技术的突飞猛进带动了传统超声检测技术水平的提高, 使其获得的结果更直观可靠, 还能方便地以二维或三维形式成象。 现代信息科学为超声检测 的发展注入了新的活力, 由此可对一些复杂的检测信号与过程作出迅速有效的提取与

9、解读。 特殊的构件对超声检测提出了非接触的要求 ,促使超声检测从换能方法上有了新的突破。目前在若干领域超声检测 开始向超声无损评价发展, 使得超声检测内容有了新的内涵。从超声 检测新技术的应用面来看 , 它包含了许多内容, 如超声波应力与残余应力测量技术、超声 显微镜技术及超声层析成象技 术等。 超 声 波 工 作 的 原 理 ：主 要 是 基 于 超 声 波 在 试 件 中 的 传 播 特 性 。a.声 源 产 生 超 声 波 ，采 用 一 定 的 方 式 使 超 声波 进 入 试 件 ；b.超 声 波 在 试 件 中 传 播 并 与 试 件 材 料 以 及 其 中 的 缺 陷 相 互 作

10、用 ，使 其 传播 方 向 或 特 征 被 改 变 ；c.改 变 后 的 超 声 波 通 过 检 测 设 备 被 接 收 ，并 可 对 其 进 行 处 理 和分 析 ；d.根 据 接 收 的 超 声 波 的 特 征 ，评 估 试 件 本 身 及 其 内 部 是 否 存 在 缺 陷 及 缺 陷 的 特性 。超 声 波 检 测 的 应 用 实 例 有 ：屏 幕 铸 铁 超 声 波 检 测 、钢 壳 和 模 具 的 超 声 波 检 测 、小型 药 理 容 器 壳 体 超 声 波 检 测 、复 合 材 料 检 测 （包 括 脉 冲 反 射 法 、脉 冲 穿 透 法 和 共 振 法 ）、各 类 结 构

11、件 焊 缝 的 超 声 波 检 测 和 各 类 非 金 属 材 料 探 伤 。超 声 波 检 测 适 用 于 金 属 、非 金属 和 复 合 材 料 等 多 种 制 件 的 无 损 检 测 ，穿 透 能 力 强 ，可 对 较 大 厚 度 范 围 内 的 试 件 内 部缺 陷 进 行 检 测 。如 对 金 属 材 料 ，可 检 测 厚 度 为 1 2mm 的 薄 壁 管 材 和 板 材 ，也 可 检 测3几 米 长 的 钢 锻 件 ，缺 陷 定 位 较 准 确 ，对 面 积 型 缺 陷 的 检 出 率 较 高 ，灵 敏 度 高 ，可 检 测 试件 内 部 尺 寸 很 小 的 缺 陷 ，检 测 成

12、 本 低 、速 度 快 ，设 备 轻 便 ，对 人 体 及 环 境 无 害 ，现 场 使用 较 方 便 。鉴 于 超 声 波 检 测 的 优 点 ，故 在 国 民 生 产 中 广 泛 应 用 ，对 生 产 起 到 重 要 的 作用 。超 声 波 成 功 的 应 用 实 例 ：1、英国 新科学家周刊 8 月 20 日一期报导，美国俄亥俄州阿克伦大学的科学家用超声波“照射”水中的有机污染物，污染物几分钟即分解。这些污染物包括油漆、溶剂、染料、墨水及杀虫剂中常见的含氯有机物。这种治污法比使用中间反应物的常规方法花钱少、彻底 2、日本读卖新闻二月 27 日报道，日本岩手医科大学 26 日宣布已研究出利

13、用血液流动的声音检查脑血管堵塞等，成 为脑血栓症状的 “声音诊断法”以早期发现脑血栓。诊断装置是由传感器、放大器和过滤器等构成。被诊断者躺在床上，把传感器放在额部，五分钟之后就可诊断出 结果。 对 49 名脑部有血管障碍的人和 34 名没有血管障碍的人进行了检查，结果，有血管障碍的人准确率达 83.7%，没有障碍的人准确率达 94.1%。3、便携式铁轨检测仪：日本铁道公司研制的便携式轨道检测装置检查轨道接缝处焊接是否出现异常情况，在 2-5 兆赫超声波探伤仪上安装了计算机、接口和位置检测仪，无需象以前使用的便携式检测仪那样计算超声波的入射位置，使用起来非常简 便。其机理是：当 轨道异常时就会在

14、断面和平面两种画面上按照事先设定的测试标准用三层颜色表示出来。因此即使操作人员不具备熟练地预先设定灵敏度和探伤方法的技术也可直接检测接缝处有无异常。此外，它可通过计算机卡将信息传送到计算机主机上， 还可进行档案管理。无损检测是现代工业许多领域中保证产品质量与性能、 稳 定生产工艺的重要手段。当今世界各发达国家都越来越重视无损检测技术在国民经济各部门中的作用, 日本制定的 21 世纪优先发展四大技术领域之一的设备延寿技术中, 把无损检测放在十分重要的位置。各国对于无损检测的新技术发展也越来越重视。本文从前人研究背景出发, 对超声导波技术、声 发射新技术、新型非接触超声换 能方法及超声信息处理与模

15、式 识别等四方面的研究新进展作一综述, 对它们的特点、适用性及 发展方向进行讨论。1、超声导波技术常规的主动式超声无损检测中, 假设声传播介质足够大(与波 长相比) , 人们利用超声反射及散射等现象对材料与构件进行质量或特性的检测, 并尽可能避免导波的出现, 这是因为导波的波型复杂, 且有频散现象。近年来 , 各国科学家投入了较 大的热情研究用超声导波进行无损检测的途径, 这有两方面原因, 即 纤维增强型复合材料的损伤与缺陷较难用超声反射方法探测到, 导波有望成为单面检测这类材料与构件的良好手段。 用常规超声扫查方式检测大型结构件相当费时、费 力, 导波则为一种快速有效的无 损检测技术。早些

16、时候, 人们仿照超声反射方法观察超声导波在板(或近似板结构) 、棒或管状结构中的反射形态, 试图从缺陷或组织变异体的导波反射幅度来判断构件内部状况, 但由于超声导波在传播体不同部位的能量相差较大以及模式转换等复杂因素, 使得该方式至今尚未得到工业界普遍接受。近期的研究表明, 以前尽可能避免的频散现象恰恰可以作为超声导波检测的重要参数, 超声导波的频散曲线对分层和脱胶等严重危害复合材料的现象较灵敏, 利用若干模式超声导波频散曲线可判断被测物体的内部状况。另一方面 , 分层或弱胶将使超声波在固体声腔中传播的边界条件改变, 造成其各频率分量的变化,因此超声波在波导中传播一定距离后的频谱及其变化也成为评价被测体的一个参量。采用人工神经网络技术则可准确有效地对复4杂的频散曲线及频谱曲线进行反演, 即由获得的超声参量推算出被测体的各种状况。目前, 人们已开始用超声导波对大型固体、液体火箭壳体及若干航空 结构件进行无损检测与评价,其特点是快速有效(较之常规 的超声检测) 。管状 结构是超声 导波可发挥其特长的又一对象, 用该技