无损检测技术的发展及其研究领域

　　无损检测又可以称为非破坏检查(NDINONDESTRUCTIVE INSPECTION)。目的是为了实现对各种材料和器件的检查而又不对其原有的各种属性造成破坏。与此相近的概念还有非破坏评价(NDE)技术及非破坏试验(NDT)技术。目前世界各国对NDI技术的发展也极为重视。在加拿大、英国、美国、新西兰、日本等工业国都有相应的技术学会存在。以日本的非破坏检查协会为例,其分科会就是以研究领域来进行划分,共有4个分会：放射线透过检查；超声波透过检查；磁气、浸透、电磁诱导的各探伤检查；应力、压力的测定。其各个分会还能够再细分为小委员会,其研究的领域也更为专业和具体。

　　在现实生活中,NDI技术也扮演着极为重要的角色,飞机的制造、输油管道、桥梁、火车的检查,发电站及炼油厂等等都离不开NDI技术。与人们日常生活密切相关的电梯用的钢丝绳、风景区的缆车的缆绳的检测,也都需要无损检测技术。一些材料或设备因为没有检出的损伤而导致重大的损失甚至伤亡,这在我国已有过先例。所以,在一个项目的建设过程中,NDI技术应用到每一个阶段,以确保整个项目的安全。总之,应用无损检测技术可以防止事故的发生,减少不必要的消耗,改善产品的可靠性等,实现起来需要有经过训练的专业人员、实施检测的程序、报告检测结果的体系以及正确解释结果的标准。

　　通常的方法有以下几种：

　　(1)目视法；

　　(2)液体浸透探伤法；

　　(3)磁粉检查探伤；

　　(4)射线法；

　　(5)涡流探伤法；

　　(6)声波辐射法；

　　(7)超声波法等。

　　可视化检查(TV Visual Testing)：这是NDI广泛使用的一种方法,可以检查焊点及元件的质量好坏,便于实现,无需复杂的装置,因为一些表面状态的缺陷,通过肉眼或借助一些简单的工具,如放大镜来检查,但还需要一定的经验知识。

　　液体浸透探伤(PT Liquid Penetrant Test-ing)：通过红色的染色浸透液或黄绿色萤光浸透液从表面的损伤处渗出,来指示损伤。这项技术基于液体在毛细作用下的深透能力,经过以下几个步骤：首先,“清洁”好待测表面,之后施以浸透处理,用毛刷在试验体表面均匀涂抹上浸透液；第二,用水或洗净液,将缺陷以外的试验体表面附着的浸透液除去；第三,显像处理,在试验体上涂抹显像剂；第四,观察,对显像剂的指示加以评定。

　　磁粉检查探伤(MT Magnetic Particle Test-ing)：对于钢或铁这种铁磁性材料的表面或近表面的损伤可以运用这种方法。其原理是利用了这些损伤会改变磁力线的分布情况,从而显现出这些损伤来。磁粉可以是干燥的也可以是潮湿的、悬浮在液体中、着色或带萤光的。虽然,这种方法主要用于表面的探伤,仍可用于浅层表面的损伤。但随着损伤的的深度和类型的变化,其有效性则会受到极大的影响。值得注意的是试样表面的不平和划痕也会对磁力线的走向产生影响。因而,在应用这种方法时,应先对表面进行处理。

　　射线透过试验法(RT Radiographic Test-ing)：放射线的种类很多,X射线、γ射线等。检测时,射线靠近试样,由胶片捕捉到穿过物体材料的射线。胶片经过处理得到了图像。进而对图像进行分析得出结论。

　　选择什么样的射线取决于待测物体材料的厚度。由于γ射线源可以携带,因而,可成为建筑工地的理想的检测手段。但无论X射线还是γ射线都对人体有害。因此操作者除了必须懂得操作的规程外,还应有有效的保护措施及警告信号。

　　涡流探伤(电磁诱导试验ET Eddy CurrentTesting)：这是一项仅能用于导体的电磁技术。其应用范围很广,从划伤的检测,到依据不同的损伤、不同的尺寸、不同的材料来对小的试样进行分类。

　　当励磁线圈移到金属物的表面,涡流则导入了试样。这种电流所建立起来的磁场与原磁场的方向相反。由于损伤的存在以及材料的不同,涡流的将发生畸变,线圈的阻抗也将因此而发生变化。下一步,测出这一变化,从而进一步进行显示。

　　声波辐射法(AE Acoustic Emission Test-ing)：这种方法一方面要探测各种不同条件下的物体发出的“声音”(人的耳朵是无法听到的)；另一方面,依据探测的结果得出结论来。这就要使用一个以上的超声波麦克风。测得的声波可以用基于计算机的分析系统进行分析。

　　但由于物体的摩擦运动,损伤的生长,由于腐蚀等原因引起的材料变化等等,都会带来噪声。AE法的优点在于从几个点可以对整体的结构进行检测,连续的检测与报警都是可能的。很微小的变化也能够测出。只要释放出足够的能量。比如输送管道、储油罐、光纤的结构、旋转的机械装置、焊接的监视、生物及化学的变化的检测等等。

　　超声波法(UT UltrasoNIc Testing)：超声波检测法的实现是在1880年Pierre和JacquesCurie兄弟发现压阻效应之后,直至第二次世界大战时发明了雷达,才具备了必要的技术条件。在这之后,美国的Firestone与英国的Sproule分别独立发明了超声波探伤仪。从此,超声波技术迅猛地发展,特别是随着计算机技术的进步,越发促进了这项研究领域的进步。与射线法相比,超声波法具有很多的优点：首先它具有很强的穿透力,对于同种钢材来讲,超声波大约是3m,而射线仅仅为50cm；其次,对于很小的伤痕,也能够准确地测出来并进行定位,同时,配以一些自动扫描装置及微处理器计算机等设备,这项技术的应用则更为完善和丰富。但同时对操作者有较高的要求。对于一个很大的检测来讲,一次只能检测很小的一部分。当然,如果使用传感器陈列的话,上述情况也能得以改善。在通用的检测方法中,只有射线法和超声波法能可靠地检测内部损伤,在一些较为特殊的例子中,还可以用高灵敏度的霍尔元件来检测铁磁材料的泄漏磁束,以及用微波来测非导体材料,其它方法局限于表面和浅层表面的检测,无疑超声波法也能胜任。

　　除以上这些技术之外,红外线测试(In-frared Ray Testing)技术应用也很广泛,绝对零度的物体除外,一切物体因为具有热能而发出红外射线,其波长在可见光与微波之间,常温物体的波长在8~14μm,典型的事例就是气象卫星对地球表面的放射出的红外线检测制成图像,由此来分析天气的变化,以及地球表面发生的变化,温度计通常是直接接触式的点的测量,现在对红外线的检测已经是非接触型的二维的计测,同时还可以通过对物体表面温度分布及发生变化的情况对物体内部发生的物理现象加以解析、预测。

　　今后的无损检测技术,应是向着机械化、自动化和机器人化的方向发展。一方面,要省力、省能源,提高速度并提高精度；另一方面,机器人在恶劣的条件下的非破坏检查意义十分重大。视觉化的检查,通过对高温物体红外线的检测,以图像方式来显示温度的分布,对不可视现象的仿真表示、复合化技术的应用,各种方法手段各有所长所短。根据试验体的不同,有时需要同时应用几种技术(参见附图)。

　　安全性的评价是个较为复杂的问题,还需要有关的理论知识以及其它领域的技术的应用。

　　在无损检测研究领域,鉴于其广阔的前景及巨大的应用价值和显著的经济效益,值得我们付出精力去研究,以促进我国无损检测技术的发展,实现工业技术的进步。