无损检测技术的发展概述及认识

无损检测技术的发展概述及认识摘要：本文概述了无损检测与评估技术在国内外的研究现状，提出了无损检测与评估技术存在的问题和不足，最后分析了无损检测与评估技术的发展趋势。关键词：无损检测；探伤；发展概况；一、引言任何设备或构件自身都可能有各种缺陷，关键是这种缺陷是否发展、发展得快慢及最后的危害如何。国内与国际上对承压类特种设备所含缺陷的危害性进行了大量的研究并取得了长足进展，同时，无损检测技术的发展，为人们的研究提供了新的方法和手段，对含缺陷焊接特种设备安全评定已成为可能。而在进行评定分析时，结构缺陷的准确定位与定量是一个关键问题，因为缺陷对焊接结构的完整性起着重要作用。为保证设备服役时的安全性，通常采用的方法是利用无损检测手段对设备进行检查，再应用安全评价分析技术和手段对检查得到的缺陷进行安全评定。可见，锅炉、压力容器安全评定与爆炸预防等技术应用的基本前提是无损检测技术。本文对工业中常用的无损检测原理及特点进行分析，概述了无损检测与评估技术在国内外的研究现状，提出了无损检测与评估技术存在的问题和不足，最后分析了无损检测与评估技术的发展趋势。二、工业常用无损检测原理及特点分析2.1射线检测技术原理：射线探伤法是利用射线透过物体时,会发生吸收和散射这一特性,通过测量材料中因缺陷存在而影响射线的吸收来探测缺陷的,有缺陷部位对射线的衰减减弱,运用胶片的照相原理浏黄穿透工件后射线的强度变化,从而,测量出工件内部缺陷大小、数和性质的一种方法。该方法是最基本的、应用最广泛的一种射线检测方法。常用于探伤的射线有X光和同位素发出的γ射线，分别称为X光探伤和γ射线探伤。一般情况下，射线探伤是不易发现裂纹的，或者说，射线探伤对裂纹是不敏感的。因此，射线探伤对气孔、夹渣、未焊透等体积型缺陷最敏感。即射线探伤适宜用于体积型缺陷探伤，而不适宜面积型缺陷探伤。2.2超声波检测技术原理：超声波检测主要用于探测试件的内部缺陷,所谓超声波是指超过人耳听觉、频率大于20kHz的声音。目前用的最多的探伤方法是脉冲反射法。脉冲反射法在探伤时用纵波或者横波把超声波射入被检物的一面,然后在同一面接收从缺陷处反射回来的回波,根据回波情况判断缺陷的情况。通常用超声波探头与待探工件表面良好的接触，探头则可有效地向工件发射超声波，并能接收(缺陷)界面反射来的超声波，同时转换成电信号，再传输给仪器进行处理。根据超声波在介质中传播的速度(常称声速)和传播的时间，就可知道缺陷的位置。当缺陷越大，反射面则越大，其反射的能量也就越大，故可根据反射能量的大小来查知各缺陷(当量)的大小。常用的探伤波形有纵波、横波、表面波等。前者适用于探测内部缺陷；后者适宜于探测表面缺陷，但对表面的条件要求高，不平或粗糙的表面会影响耦合和扫查,从而影响检测精度和可靠性。2.3磁粉检测技术原理：铁磁性材料被磁化后，其内部产生很强的磁感应强度，磁力线增大几百倍到几千倍,如果材料中存在不连续性缺陷,磁力线会发生畸变，由于缺陷中空气介质的磁导率远远低于试件的磁导率，使磁力线受阻，一部分磁力线挤到缺陷的底部，一部分穿过裂纹，一部分排挤出工件的表面再进入工件。如果这时在工件上撒上磁粉，漏磁场就会吸附磁粉，形成与缺陷形状相近的磁粉堆积。我们称之为磁痕，从而显示缺陷。磁粉是一种磁性强的徽细铁粉，通常有黑色的、株色的勺和灰白色的纯铁三种。操作简单，检查迅速,灵教度高，适用于徽性工件表面及近表面缺陷的检。探伤前应除去表面的油漆、涂抖及铁锈,以免防碍磁粉的附看。2.4渗透检测技术原理：渗透检测技术又称着色检测技术，是利用毛细现象来进行探伤的方法。对于表面光滑而清洁的零部件，用一种带色(常为红色)或带有荧光的、渗透性很强的液体，涂覆于待探零部件的表面。若表面有肉眼不能直接察知的微裂纹，由于该液体的渗透性很强，它将沿着裂纹渗透到其根部。然后将表面的渗透液洗去，再涂上对比度较大的显示液(常为白色)。放置片刻后，由于裂纹很窄，毛细现象作用显著，原渗透到裂纹内的渗透液将上升到表面并扩散，在白色的衬底上显出较粗的红线，从而显示出裂纹露于表面的形状。2.5涡流检测技术原理：在通有交流电i1的线圈周围有一交变磁场H1。如果被测导体位于该线圈之内，则导体表层因电磁感应就产生电涡流i2，电涡流又产生一个与磁场H1方向相反的次生磁场H2。由于磁场H2的反作用使通电线圈的有效阻抗发生变化，这种线圈阻抗的变化完整而且唯一地反映了待测物体的涡流效应。电涡流式传感器可以用来检查金属表面裂纹及伤痕。检测时使传感器与被测体相对移动并保持距离不变，如有裂纹出现，将引起金属电阻率、磁导率的变化，在裂纹处也会有位移值的变化，这些综合参数的变化将引起传感器参数的变化，从而通过测量传感器参数的变化即可达到探伤的目的。一般用于表面及近表面缺陷的检，检浏前应清除表面附若物。三、我国无损检测技术发展概况目前，我国已发展为世界上开展无损检测教育和培训工作比较好的国家之一，无损检测事业也站在了较高的起点上，并继续发展。但是我国无损检测技术的发展却是经过了一个艰辛的过程。在上个世纪的五十年代出，江南造船厂研制出电子管式超声波探伤仪，六十年代后生产出成熟的市场产品，从此，开创了我国自主研制无损检测仪器的新篇章。1978年，无损检测学会诞生了，我国无损检测开始融入到世界无损检测的大家庭，成为我国无损检测发展史上的一个里程碑。在接下来的二十年里，我国无损检测学会和无损检测人员开放市场，开始引入国外的先进技术融入学会中，带动我国无损检测技术的发展。自1895年发现X-射线，1900年X-射线在法国海关正式应用后，无损检测技术已历经一个多世纪的发展里程。新中国诞生后的50多年，我国的无损检测事业获得了长足的发展。早在建国后不久的上世纪五十年代初，我国已有相当一批科技人员在航空部门和科研机构从事X-射线、磁粉、渗透、超声等无损检测工作，其中不少工作是在苏联专家指导下进行的。国外早在二战期间无损检测技术即得以迅速发展并在1943年出现商品化的脉冲回波式超声波探伤仪。我国也在上世纪五十年代初由江南造船厂研制出电子管式超声波探伤仪，虽然生产出成熟的市场产品是六十年代后的事情，但它却开创了我国自主研制无损检测仪器的新的一页。1978年无损检测学会的诞生是我国无损检测发展史上的一个里程碑。在中国从基本闭关型社会转变为对外开放型社会过程中，我国无损检测学会和广大无损检测人员就最早实施对外开放、采取积极措施融入世界无损检测大家庭。1978年无损检测学会诞生之际就同当时的西德无损检测学会签订了合作协议，为后来日益发展的国际交往和学术交流之奠定了良好的基础。上世纪八、九十年代，在中国从计划经济转变为市场经济过程中，我国无损检测学会和广大无损检测人员又最早开放无损检测市场、引入国外先进技术并将市场和竞争机制融入学会工作。目前，我国已有3万多人获得中国无损检测学会颁发的等级证书，而获得锅炉压力容器、铁路、核电、航空航天和化工等工业部门颁发证书的人数远多于这一数字。例如，我国仅特种设备持证无损检测人员就达13万多人，从事无损检测的检验检测机构近1000多家，有一万多家特种设备制造和安装企业自身拥有专业无损检测人员开展无损检测工作。因此，我国每年对无损检测技术和仪器的需求十分强劲，在国际上已成为无损检测仪器最重要的市场之一。几乎所有的国外主要无损检测制造商都已进入中国抢占市场，开设中国公司、办事处、代表处，寻求代理商等。但另一方面，中国本身的无损检测设备器材制造以及无损检测工程技术也已经越来越多地引起国外无损检测界，特别是无损检测仪器制造商与无损检测用户的兴趣，来电来函进行技术咨询、求购设备器材和寻求培训者也日益增多。我国于1993年9月成功举办了第七届亚太地区无损检测会议，又将于2008年8月在上海举办第17届世界无损检测会议，这从一个侧面反映出我国的无损检测工作已得到世界公认，在世界无损检测界具有举足轻重的地位。进入21世纪，我国在无损检测基本理论研究、无损检测设备的研制和生产上都处于世界先进水平。国内NDT标准化近年来面貌焕然一新,锅炉、压力容器和压力管道“三位一体”的JB4730标准几经修订审议,终于闪亮推出,这是我国承压设备无损检测史上新的里程碑。我国是世界上开展无损检测教育和培训工作比较好的国家之一，目前已有20多所高校设有无损检测专业课程，不但能培养无损检测专业的本科生，还能自行培养该领域的硕士、博士研究生。目前，我国的无损检测事业已站在一个较高的起点之上并为未来的迅速发展奠定了雄厚的物质基础。但是，客观地讲，我国虽然是一个无损检测大国，也是无损检测仪器的生产大国，但离无损检测技术的强国还有一段距离。我们虽然拥有世界上从事NDT人数最多的无损检测学会，也拥有无损检测仪器最大的生产量和销售量，但是，我国的无损检测仪器基本上仅占据了中、低端市场。绝大多数高端的无损检测设备还必须要依靠进口。我国工业和国防部门需要的超声相控阵检测系统、工业射线CT系统、声发射检测系统、高端红外特别是脉冲红外成像和激光检测系统基本上依赖进口。所以，从技术层面上讲，我国在无损检测领域还不是一个强国。四、国外无损检测标准现状4.1美ASME标准针对锅炉压力容器,就原材料、焊缝、结构件和支承件内部和表面缺陷的检测,对七种NDT方法(包括RT、UT、MT、PT、ET、VT、LT、AE)提出了相关技术要求和验收条件。质量验收只有合格与不合格两种等级,便于操作;但有些方法细节交代不够周详,如射线实时成像,超声缺陷表征,及新技术超声衍射传播时差(TOFD)法、超声相控阵法等。4.2欧EN标准对各种NDE方法要求描述具体,工艺细节周密详尽,面面俱到。如RT中,透照技术等级的转换,特型焊接接头的透照布置与评定验收,RTR和CR、DR新技术的具体运作;UT中,缺陷的“五段法”定性表征(有流程图和波形图供对照),T型接头和管座角焊缝的施探,凹、凸曲面探伤的种种细节(探头入射角、折射角、曲底面声束入射角测定、缺陷深度和水平定位修正、及灵敏度传输修正),新技术TOFD法在平、凸、凹及异面上的四种探头布置、角度选择、探头间距选择、装置校验、A、B、D型三种扫描显示及图形判读等,值得精细研讨,消化吸收。4.3日JIS等标准系吸收了欧美标准系的长处,又加进了本国的实验和经验数据,有一定创新。如RT中,相关于几何修正系数Ρ的透照距离的选定,对比度计、线质计的使用,环焊缝一次透照长度的计算,T型接头的透照技能考核和评定,三类缺陷的五级制评片,及不锈钢焊缝衍射斑纹的判读和处理;UT中曲面探伤技术细节的规定(比欧标充实了一些便于应用的修正曲线图),T型接头和管座角焊缝检测的探头布置和波形分析,还有不锈钢焊缝UT的探头、试块和试探程序,端部回波法缺陷测高的各种技能(如端部回波的识别等),新技术TOFD法的运作要求和结果评价。缺点是缺陷验收繁复,操作费时。如钢板、锻件质量分五级,现场数据分类记录有难度。五、无损检测技术的发展趋势随着该技术与计算机技术、数字图像处理技术、电子测量技术的结合，实时成像技术、层析射线照相技术、数字辐射成像技术已经成为无损检测技术的主要发展方向，无损检测技术具有直观、可实时、易数字化、可实现三维图像、应用范围广等特点，无损检测技术的研究和应用呈如下发展趋势。5.1数字化随着计算机技术和数字图像处理技术在无损检测中的应用，以CT和DR为代表的数字式射线成像技术得到了飞速的发展。与传统的胶片射线照相方法相比，数字式射线成像只有突出的特点,数字图像不仅可以方便地存储和复制，可以进行各种数字处理，以提高图像显示的效果和质量。而且可以通过高效的信息系统进行传递，使得远程实施诊断和实时分析成为可能。正是凭借其存储、处理和传输方面的巨大优势，数字化已经成为无损检测技术的发展潮流。5.2实时成像与直接成像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，企业对产品质量越来越重视，对产品进行100%在线检测的要求也越来越高。为满足现代工业的要求，实时成像与直接成像就成了无损检测技术研究和发展的一条主要技