无损检测

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无损检测(Nondestructive Testing—NDT)

　　非破坏性检验包括如下三种：(1)外观检验；(2)密封性检验或耐压试验；(3)无损检测。^[1]

　　无损检测是在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的报术和设备器材，对试件的内部及表面的结构、性质、状态进行检查和测试的方法。^[2]

　　无损检测方法很多据美国国家宇航局调研分析，认为可分为六大类约70余种。但在实际应用中比较常见的有以下几种：

　　(1)常规无损检测方法有：超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检验、涡流检测。

　　(2)非常规无损检测技术有：声发射、泄漏检测、光全息照相、红外热成像、微波检测。

　　应用对象主要是各类材料(金属、非金属等)、各种工件(焊接件、锻件、铸件等)、各种工程(道路建设、水坝建设、桥梁建设、机场建设等)。

　　(1)质量管理。每种产品的使用性能、质量水平，通常在其技术文件中都有明确规定，如技术条件、规范、验收标准等，均以一定的技术质量指标予以表征。无损检测的主要目的之一，就是对非连续加工(如多工序生产)或连续加工(如自动化生产流水线)的原材料、零部件提供实时的质量控制，例如控制材料的冶金质量、加工工艺质量、组织状态、涂镀层的厚度以及缺陷的大小、方位与分布等等。在质量控制过程中，将所得到的质量信息反馈到设计与工艺部门，便可反过来促使其进一步改进产品的设计与制造工艺，产品质量必然得到相应的巩固与提高，从而收到降低成本、提高生产效率的效果。当然，利用无损检测技术也可以根据验收标准，把原材料或产品的质量水平控制在设计要求的范围之内，无需无限度地提高质量要求，甚至在不影响设计性能的前提下，使用某些有缺陷的材料，从而提高社会资源利用率，亦使经济效益得以提高。

　　(2)在役检测。使用无损检测技术对装置或构件在运行过程中进行监测，或者在检修期进行定期检测，能及时发现影响装置或构件继续安全运行的隐患，防止事故的发生。这对于重要的大型设备，如核反应堆、桥梁建筑、铁路车辆、压力容器、输送管道、飞机、火箭等等，能防患于未然，具有不可忽视的重要意义。

　　在役检测的目的不仅仅是及时发现和确认危害装置安全运行的隐患并予以消除，更重要的是根据所发现的早期缺陷及其发展程度(如疲劳裂纹的萌生与发展)，在确定其方位、尺寸、形状、取向和性质的基础上，还要对装置或构件能否继续使用及其安全运行寿命进行评价。虽然在我国无损评价工作才刚刚起步，但这已成为无损检测技术的一个重要的发展方向。

　　(3)质量鉴定。对于制成品(包括材料、零部件)在进行组装或投入使用之前，应进行最终检验，此即为质量鉴定。其目的是确定被检对象是否达到设计性能，能否安全使用，亦即判断其是否合格，这既是对前面加工工序的验收，也可以避免给以后的使用造成隐患。应用无损检测技术在铸造、锻压、焊接、热处理以及切削加工的每道(或某一种、某几种)工序中，检测材料或部件是否符合要求，以避免对不合格产品继续进行徒劳无益的加工。该项工作一般称作质量检查，实质上也属于质量鉴定的范畴。产品使用前的质量验收鉴定是非常必要的，特别是那些将在复杂恶劣条件(如高温、高压、高应力、高循环载荷等)下使用的产品。在这方面，无损检测技术表现了能进行百分之百的检验的无比优越性。

　　综上所述，无损检测技术在生产设计、制造工艺、质量鉴定以及经济效益、工作效率的提高等方面都显示了极其重要的作用。所以无损检测技术已越来越被有远见的企业领导人和工程技术人员认识和接受。无损检测的基本理论、检测方法和对检测结果的分析，特别是对一些典型应用实例的剖析，也就成为工程技术人员的必备知识。

　　值得说明的是，无损检测技术并非所谓的“成形技术”，因而对产品所期待的使用性能或质量只能在产品制造中达到，而不可能单纯靠产品检验来完成。

• 提高产品的可靠性；

• 确定产品是否达到了规定的要求；

• 为检修提供资料；

• 防止事故；

• 降低损失。

• 制造期间：作为过程检验和质量控制的手段。在制造期间，无损检测用来检验产品是否符合给定的质量标准。它可以检测制造中产生的缺陷。这些缺陷的物理性能和危害性也都能得到评估。

• 在役检验：在这种情况下，无损检测用来检测组件或结构在运行过程中可能产生的缺陷。检测是否有裂纹产生，或原有裂纹是否有扩展。这些裂纹的形成或扩展通常与疲劳有关。

• 临界缺陷评估：这时无损检测的使用通常包括对结构中已知缺陷进行彻底检查，为“合乎使用”评估和断裂力学计算提供详细的信息。

　　随着科学技术的发展，无损检测的新技术也越来越多，例如激光全息无损检测、声振检测、微波无损检测、声发射检测技术等。

　　1．激光全息无损检测

　　激光全息无损检测是在全息照相技术的基础上发展起来的一种检测技术。

　　激光全息检测是利用激光全息照相来检测物体表面和内部缺陷的，因为物体在受到外界载荷作用下会产生变形，这种变形与物体是否含有缺陷直接相关，在不同的外界载荷作用下，物体表面的变形程度是不相同的。激光全息照相是将物体表面和内部的缺陷，通过外界加载的方法，使其在相应的物体表面造成局部的变形，用全息照相来观察和比较这种变形，并记录在不同外界载荷作用下的物体表面的变形情况，进行观察和分析，然后判断物体内部是否存在缺陷。

　　激光全息检测对被检对象没有特殊要求，可以对任何材料、任意粗糙的表面进行检测。这种检测方法还具有非接触检测、直观、检测结构便于保存等特点。但如果物体内部的缺陷过深或过于微小，激光全息检测这种方法就无能为力了。

　　2．声振检测

　　声振检测是激励被测件产生机械振动，通过测量被测件振动的特征来判定其质量的一种无损检测技术。

　　3．微波无损检测

　　微波能够贯穿介电材料，能够穿透声衰很大的非金属材料，所以微波检测技术在大多数非金属和复合材料内部的缺陷检测及各种非金属测量等方面获得了广泛的应用。

　　4．声发射检测

　　技术声发射是一种物理现象，大多数金属材料塑性变形和断裂是有声发射产生，但其信号的强度很弱，需要采用特殊的具有高灵敏度的仪器才能检测到。各种材料的声发射频率范围很宽，从次声频、声频到超声频。利用仪器检测、分析声发射信号并利用声发射信息推断声发射源的技术称为声发射技术。

　　声发射检测必须有外部条件的作用，使材料或构件发声，使材料内部结构发生变化。因此声发射检测是一种动态无损检测方法，即结构、焊接接头或材料的内部结构、缺陷处于运动变化的过程中，才能实施检测。

　　5．红外无损检测

　　红外无损检测是利用红外物理理论，把红外辐射特性的分析技术和方法，应用于被检对象的无损检测的一个综合性应用工程技术。

　　红外无损检测具有操作安全、灵敏度高、检测效率高等优点。但是红外无损检测也存在确定温度值困难，难以确定被检物体的内部热状态，价格昂贵等问题。

　　1.经济方面

　　目前，在加工制造业利用无损检测技术对成品进行最终检测，其主要目的是使用户满意。当然将无损检测指定用作工艺质量控制时，第一步便是根据产品(或工程)的要求制订实用的验收回收标准，该标准将成为实际检测工作的依据。

　　但无损检测技术在质量和成本竞争中的地位又如何呢?这里应评估的有两个成本因子，即制造成本和使用期成本。成本的高低，往往主要取决于对产品的内在质量及对关键零部件及组装件的检测效能。例如：日本小汽车中30％的零件，采用无损检测后，质量迅速超过美国；德国奔驰汽车公司对汽车的几千个零件全部进行无损检测后，运行公里数增加了一倍，大大提高了在国际市场上的竞争能力。

　　当然应用无损检测技术，必须有全局观念，对其局部的有限的使用，经济收益未必能表现得那么明显。例如：若能检测出钢中的夹层，就可减少焊缝中产生的缺陷，而要防止钢中存在夹层，在轧钢时就应检测钢坯，当然要保证钢坯的质量，在连续铸造时就应对工艺过程进行有效的控制。在此过程中，一环紧扣一环，无损检测掺插或融入产品的生产制造过程。而这一切控制和检测工作，在资本投入方面，往往是某些企业领导人最为关注的。据资料统计，世界上先进的大型企业，在检测方面的投资有的高达整个企业投资的10％。也就是说，无损检测方法的采用，首先应考虑必要的资本投入，并详细评估资金的回收(如图所示)。

　　2.技术方面

　　在工程技术界人们普遍认为：(1)没有缺陷的材料是不存在的，而所有的装置、设备又都是选用不同材料来制作零部件，然后安装而成的；(2)不产生缺陷的(多少轻重不一)加工方法是没有的，而所有的零部件都是经过多种加工工序制造的。

　　在对材料或构件进行无损检测时，不论在什么情况下，首先检测对象要明确，才能确定应该采用怎样的检测方法和检测规范来达到预定的目的。为此，必须预先分析被检工件的材质、成形方法、加工过程和使用经历，必须预先分析缺陷的可能类型、方位和性质，以便有针对性地选择恰当的检测方法进行检测。为了达到各种不同的检测目的，发展并应用了各种不同的检测方法。在所有这些无损检测方法中，可以说都是很重要的，且往往又是不能完全相互替代的。或者说在诸多的无损检测方法中，没有哪一种方法是万能的。

　　根据检测目的或被检对象的重要性，需要用来描述材料和构件中缺陷状态的数据相应的有多有少，且任何一种检测方法都不可能给出所需要的全部信息。因此，从发展的角度来看，有必要使用两种或多种无损检测方法，并使之形成一个检测系统，才能比较满意地达到检测目的，对大型复杂设备的检测就更是如此。