無損檢測

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無損檢測(Nondestructive Testing—NDT)

　　非破壞性檢驗包括如下三種：(1)外觀檢驗；(2)密封性檢驗或耐壓試驗；(3)無損檢測。^[1]

　　無損檢測是在不損壞試件的前提下，以物理或化學方法為手段，藉助先進的報術和設備器材，對試件的內部及錶面的結構、性質、狀態進行檢查和測試的方法。^[2]

　　無損檢測方法很多據美國國家宇航局調研分析，認為可分為六大類約70餘種。但在實際應用中比較常見的有以下幾種：

　　(1)常規無損檢測方法有：超聲檢測、射線檢測、磁粉檢測、滲透檢驗、渦流檢測。

　　(2)非常規無損檢測技術有：聲發射、泄漏檢測、光全息照相、紅外熱成像、微波檢測。

　　應用對象主要是各類材料(金屬、非金屬等)、各種工件(焊接件、鍛件、鑄件等)、各種工程(道路建設、水壩建設、橋梁建設、機場建設等)。

　　(1)質量管理。每種產品的使用性能、質量水平，通常在其技術文件中都有明確規定，如技術條件、規範、驗收標準等，均以一定的技術質量指標予以表徵。無損檢測的主要目的之一，就是對非連續加工(如多工序生產)或連續加工(如自動化生產流水線)的原材料、零部件提供實時的質量控制，例如控制材料的冶金質量、加工工藝質量、組織狀態、塗鍍層的厚度以及缺陷的大小、方位與分佈等等。在質量控制過程中，將所得到的質量信息反饋到設計與工藝部門，便可反過來促使其進一步改進產品的設計與製造工藝，產品質量必然得到相應的鞏固與提高，從而收到降低成本、提高生產效率的效果。當然，利用無損檢測技術也可以根據驗收標準，把原材料或產品的質量水平控制在設計要求的範圍之內，無需無限度地提高質量要求，甚至在不影響設計性能的前提下，使用某些有缺陷的材料，從而提高社會資源利用率，亦使經濟效益得以提高。

　　(2)在役檢測。使用無損檢測技術對裝置或構件在運行過程中進行監測，或者在檢修期進行定期檢測，能及時發現影響裝置或構件繼續安全運行的隱患，防止事故的發生。這對於重要的大型設備，如核反應堆、橋梁建築、鐵路車輛、壓力容器、輸送管道、飛機、火箭等等，能防患於未然，具有不可忽視的重要意義。

　　在役檢測的目的不僅僅是及時發現和確認危害裝置安全運行的隱患並予以消除，更重要的是根據所發現的早期缺陷及其發展程度(如疲勞裂紋的萌生與發展)，在確定其方位、尺寸、形狀、取向和性質的基礎上，還要對裝置或構件能否繼續使用及其安全運行壽命進行評價。雖然在我國無損評價工作才剛剛起步，但這已成為無損檢測技術的一個重要的發展方向。

　　(3)質量鑒定。對於製成品(包括材料、零部件)在進行組裝或投入使用之前，應進行最終檢驗，此即為質量鑒定。其目的是確定被檢對象是否達到設計性能，能否安全使用，亦即判斷其是否合格，這既是對前面加工工序的驗收，也可以避免給以後的使用造成隱患。應用無損檢測技術在鑄造、鍛壓、焊接、熱處理以及切削加工的每道(或某一種、某幾種)工序中，檢測材料或部件是否符合要求，以避免對不合格產品繼續進行徒勞無益的加工。該項工作一般稱作質量檢查，實質上也屬於質量鑒定的範疇。產品使用前的質量驗收鑒定是非常必要的，特別是那些將在複雜惡劣條件(如高溫、高壓、高應力、高迴圈載荷等)下使用的產品。在這方面，無損檢測技術表現了能進行百分之百的檢驗的無比優越性。

　　綜上所述，無損檢測技術在生產設計、製造工藝、質量鑒定以及經濟效益、工作效率的提高等方面都顯示了極其重要的作用。所以無損檢測技術已越來越被有遠見的企業領導人和工程技術人員認識和接受。無損檢測的基本理論、檢測方法和對檢測結果的分析，特別是對一些典型應用實例的剖析，也就成為工程技術人員的必備知識。

　　值得說明的是，無損檢測技術並非所謂的“成形技術”，因而對產品所期待的使用性能或質量只能在產品製造中達到，而不可能單純靠產品檢驗來完成。

• 提高產品的可靠性；

• 確定產品是否達到了規定的要求；

• 為檢修提供資料；

• 防止事故；

• 降低損失。

• 製造期間：作為過程檢驗和質量控制的手段。在製造期間，無損檢測用來檢驗產品是否符合給定的質量標準。它可以檢測製造中產生的缺陷。這些缺陷的物理性能和危害性也都能得到評估。

• 在役檢驗：在這種情況下，無損檢測用來檢測組件或結構在運行過程中可能產生的缺陷。檢測是否有裂紋產生，或原有裂紋是否有擴展。這些裂紋的形成或擴展通常與疲勞有關。

• 臨界缺陷評估：這時無損檢測的使用通常包括對結構中已知缺陷進行徹底檢查，為“合乎使用”評估和斷裂力學計算提供詳細的信息。

　　隨著科學技術的發展，無損檢測的新技術也越來越多，例如激光全息無損檢測、聲振檢測、微波無損檢測、聲發射檢測技術等。

　　1．激光全息無損檢測

　　激光全息無損檢測是在全息照相技術的基礎上發展起來的一種檢測技術。

　　激光全息檢測是利用激光全息照相來檢測物體錶面和內部缺陷的，因為物體在受到外界載荷作用下會產生變形，這種變形與物體是否含有缺陷直接相關，在不同的外界載荷作用下，物體錶面的變形程度是不相同的。激光全息照相是將物體錶面和內部的缺陷，通過外界載入的方法，使其在相應的物體錶面造成局部的變形，用全息照相來觀察和比較這種變形，並記錄在不同外界載荷作用下的物體錶面的變形情況，進行觀察和分析，然後判斷物體內部是否存在缺陷。

　　激光全息檢測對被檢對象沒有特殊要求，可以對任何材料、任意粗糙的錶面進行檢測。這種檢測方法還具有非接觸檢測、直觀、檢測結構便於保存等特點。但如果物體內部的缺陷過深或過於微小，激光全息檢測這種方法就無能為力了。

　　2．聲振檢測

　　聲振檢測是激勵被測件產生機械振動，通過測量被測件振動的特征來判定其質量的一種無損檢測技術。

　　3．微波無損檢測

　　微波能夠貫穿介電材料，能夠穿透聲衰很大的非金屬材料，所以微波檢測技術在大多數非金屬和複合材料內部的缺陷檢測及各種非金屬測量等方面獲得了廣泛的應用。

　　4．聲發射檢測

　　技術聲發射是一種物理現象，大多數金屬材料塑性變形和斷裂是有聲發射產生，但其信號的強度很弱，需要採用特殊的具有高靈敏度的儀器才能檢測到。各種材料的聲發射頻率範圍很寬，從次聲頻、聲頻到超聲頻。利用儀器檢測、分析聲發射信號並利用聲發射信息推斷聲發射源的技術稱為聲發射技術。

　　聲發射檢測必須有外部條件的作用，使材料或構件發聲，使材料內部結構發生變化。因此聲發射檢測是一種動態無損檢測方法，即結構、焊接接頭或材料的內部結構、缺陷處於運動變化的過程中，才能實施檢測。

　　5．紅外無損檢測

　　紅外無損檢測是利用紅外物理理論，把紅外輻射特性的分析技術和方法，應用於被檢對象的無損檢測的一個綜合性應用工程技術。

　　紅外無損檢測具有操作安全、靈敏度高、檢測效率高等優點。但是紅外無損檢測也存在確定溫度值困難，難以確定被檢物體的內部熱狀態，價格昂貴等問題。

　　1.經濟方面

　　目前，在加工製造業利用無損檢測技術對成品進行最終檢測，其主要目的是使用戶滿意。當然將無損檢測指定用作工藝質量控制時，第一步便是根據產品(或工程)的要求制訂實用的驗收回收標準，該標准將成為實際檢測工作的依據。

　　但無損檢測技術在質量和成本競爭中的地位又如何呢?這裡應評估的有兩個成本因數，即製造成本和使用期成本。成本的高低，往往主要取決於對產品的內在質量及對關鍵零部件及組裝件的檢測效能。例如：日本小汽車中30％的零件，採用無損檢測後，質量迅速超過美國；德國賓士汽車公司對汽車的幾千個零件全部進行無損檢測後，運行公裡數增加了一倍，大大提高了在國際市場上的競爭能力。

　　當然應用無損檢測技術，必須有全局觀念，對其局部的有限的使用，經濟收益未必能表現得那麼明顯。例如：若能檢測出鋼中的夾層，就可減少焊縫中產生的缺陷，而要防止鋼中存在夾層，在軋鋼時就應檢測鋼坯，當然要保證鋼坯的質量，在連續鑄造時就應對工藝過程進行有效的控制。在此過程中，一環緊扣一環，無損檢測摻插或融入產品的生產製造過程。而這一切控制和檢測工作，在資本投入方面，往往是某些企業領導人最為關註的。據資料統計，世界上先進的大型企業，在檢測方面的投資有的高達整個企業投資的10％。也就是說，無損檢測方法的採用，首先應考慮必要的資本投入，並詳細評估資金的回收(如圖所示)。

　　2.技術方面

　　在工程技術界人們普遍認為：(1)沒有缺陷的材料是不存在的，而所有的裝置、設備又都是選用不同材料來製作零部件，然後安裝而成的；(2)不產生缺陷的(多少輕重不一)加工方法是沒有的，而所有的零部件都是經過多種加工工序製造的。

　　在對材料或構件進行無損檢測時，不論在什麼情況下，首先檢測對象要明確，才能確定應該採用怎樣的檢測方法和檢測規範來達到預定的目的。為此，必須預先分析被檢工件的材質、成形方法、加工過程和使用經歷，必須預先分析缺陷的可能類型、方位和性質，以便有針對性地選擇恰當的檢測方法進行檢測。為了達到各種不同的檢測目的，發展並應用了各種不同的檢測方法。在所有這些無損檢測方法中，可以說都是很重要的，且往往又是不能完全相互替代的。或者說在諸多的無損檢測方法中，沒有哪一種方法是萬能的。

　　根據檢測目的或被檢對象的重要性，需要用來描述材料和構件中缺陷狀態的數據相應的有多有少，且任何一種檢測方法都不可能給出所需要的全部信息。因此，從發展的角度來看，有必要使用兩種或多種無損檢測方法，並使之形成一個檢測系統，才能比較滿意地達到檢測目的，對大型複雜設備的檢測就更是如此。