工業無損害檢測技術特征分析論文

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摘要：本文針對應用激光、超聲和射線等方法的無損檢測技術，分別對其概念、檢測方法、優缺點做了詳細闡述。在跟蹤和預測無損檢測技術未來發展動態的基礎上，說明了無損檢測技術在未來的工業檢測領域中的重大意義。

關鍵詞：激光無損檢測超聲無損檢測射線無損檢測

在現代生產中針對不同對象選擇何種無損檢測方法已成為人們關注的問題，為解決好這個問題，就必須對無損檢測方法及其特征有較全面的了解。所謂無損檢測，是在不損傷材料和成品的條件下研究其內部和表面有無缺陷的手段。也就是說，它利用材料內部結構的異常或缺陷的存在所引起的對熱、聲、光、電、磁等反應的變化，評價結構異常和缺陷存在及其危害程度。下面簡要介紹三種常用方法的應用和發展。

一、激光技術在無損檢測領域的應用與發展

激光技術在無損檢測領域的應用始于七十年代初期，由于激光本身所具有的獨特性能，使其在無損檢測領域的應用不斷擴大，并逐漸形成了激光全息、激光超聲等無損檢測新技術，這些技術由于其在現代無損檢測方面具有獨特能力而無可爭議地成為無損檢測領域的新成員。

1.激光全息無損檢測技術

激光全息術是激光技術在無損檢測領域應用最早、用得最多的方法。激光全息無損檢測約占激光全息術總應用的25%。其檢測的基本原理是通過對被測物體加外加載荷，利用有缺陷部位的形變量與其它部位不同的特點，通過加載前后所形成的全息圖像的疊加來反映材料、結構內部是否存在缺陷。

激光全息無損檢測技術的發展方向主要有以下幾方面。

(1)將全息圖記錄在非線性記錄材料上，以實現干涉圖像的實時顯現。

(2)利用計算機圖像處理技術獲取干涉條紋的實時定量數據。

(3)采用新的干涉技術，如相移干涉技術。在原來的基礎上進一步提高全息技術的分辨率和準確性。

2.激光超聲無損檢測技術

激光超聲技術是七十年代中期發展起來的無損檢測新技術。它利用Q開關脈沖激光器發出的激光束照射被測物體，激發出超聲波，采用干涉儀顯示該超聲波的干涉條紋。與其他超聲無損檢測方法相比，激光超聲檢測的主要優越性如下。

(1)能實現一定距離之外的非接觸檢測，不存在耦合與匹配問題。

(2)利用超短激光脈沖可以得到超短聲脈沖和高時間分辨率，可以在寬帶范圍內提取信息，實現寬帶檢測。

(3)易于聚焦，實現快速掃描和成像。

3.激光無損檢測的發展

激光超聲檢測成本高，安全性較差，目前仍處于發展階段。但在無損檢測領域，激光超聲檢測在以下幾方面的應用前景引起了人們的關注:(1)可用于高溫條件下的檢測.如熱鋼材的在線檢測；(2)適用于某些不宜接近的樣品，如放射性樣品的檢測；(3)激光束可入射到任何部位，可用于檢測形狀奇異的樣品；(4)可用于超薄超細的樣品及表面或亞表面層的檢測。國外近幾年已有將激光超聲檢測用于飛機復合材料的檢測、熱態鋼的在線檢測的報道，在化學氣相沉積、物理氣相沉積、等離子體濺射等高溫鍍膜工藝過程中膜層厚度的實時檢測方面也進行了研究。

二、超聲檢測技術在無損檢測中的應用與發展

超聲無損檢測技術(UT)是五大常規檢測技術之一，與其它常規無損檢測技術相比，它具有被測對象范圍廣。檢測深度大；缺陷定位準確，檢測靈敏度高；成本低，使用方便；速度快，對人體無害以及便于現場使用等特點。

1.超聲檢測技術的應用

(1)目前大量應用于金屬材料和構件質量在線監控和產品的在投檢查。如鋼板、管道、焊鞋、堆焊層、復合層、壓力容器及高壓管道、路軌和機車車輛零部件、棱元件及集成電路引線的檢測等。

(2)各種新材料的檢測。如有機基復合材料、金屬基復合材料、結構陶瓷材料、陶瓷基復合材料等，超聲檢測技術已成為復合材料的支柱。

(3)非金屬的檢測。如混凝土、巖石、樁基和路面等質量檢驗，包括對其內部缺陷、內應力、強度的檢測應用也逐漸增多。

(4)大型結構、壓力容器和復雜設備的檢測。由于超聲成像直觀易懂，檢測精度較高。因此，近幾年我國集超聲成像技術及超聲信號處理技術等多學科前沿成果于一體的超聲機器人檢測系統已研制成功，為復雜形狀構件的自動掃描超聲成像檢測提供了有效手段。

(5)核電工業的超聲檢測。

(6)其它方面的超聲檢測。如醫學診斷廣泛應用超聲檢測技術；目前人們正試圖將超聲檢測技術用于開辟其它新領域和行業，如人們正努力將超聲檢測技術用于血壓控制系統進行系統作非接觸檢測、辨識。性能分析和故障診斷等。

2.超聲檢測技術的發展

在現代無損檢測技術中，超聲成像技術是一種令人矚目的新技術。超聲圖像可以提供直觀和大量的信息，直接反映物體的聲學和力學性質，有著非常廣闊的發展前景。現代超聲成像技術都是計算機技術、信號采集技術和圖象處理技術相結合的產物。數據采集技術、圖象重建技術、自動化和智能化技術以及超聲成像系統的性能價格比等發展直接影響超聲檢測圖像化的進程。現代超聲成像技術大多有自動化和智能化的特點，因而有許多優點，如檢測的一致性好，可靠性、復現性高，存儲的檢測結果可隨時調用，并可以對歷次檢測的結果自動比較，以對缺陷做動態檢測等。

目前已經使用和正在開發的成像技術包括:超聲B掃描成像，超聲C掃描成像、超聲D掃描成像，SAFT(合成孔徑聚焦)成像，P掃描成像，超聲全息成像，超聲CT成像等技術。

三、射線技術在無損檢測領域內的應用與發展

1.射線檢測技術的應用

射線檢測技術是利用射線(X射線、射線、中子射線等)穿過材料或工件時的強度衰減，檢測其內部結構不連續性的技術。穿過材料或工件的射線由于強度不同在X射線膠片上的感光程度也不同，由此生成內部不連續的圖像。

(1)早期使用在石油工業.分析鉆井巖芯。

(2)在航空工業用于檢驗與評價復合材料和復合結構。評價某些復合件的制測技術的重要基礎之一是數字圖象處理技術，即使常規膠片射線照相技術，也在采用數字圖象處理技術。

(3)今后重點應用的技術。1994年HaroldBerger在美國《材料評價》發表的“射線無損檢測的趨勢”中提出，在20世紀的最后10年和21世紀的初期，下列技術將得到廣泛應用:①數字X射線實時檢測系統在制造、在役檢驗和過程控制方面。②具有數據交換、使用NDT工作站的計算機化的射線檢測系統。③小型、低成本的CT系統。④微焦點放大成像的x射線成像檢驗系統。⑤小型高靈敏度的X射線攝像機。⑥大面積的光電導X射線攝像機。

四、無損檢測的發展趨勢

1.超聲相控陣技術

超聲檢測是應用最廣泛的無損檢測技術，具有許多優點，但需要耦合劑和換能器接近被檢材料，因此，超聲換能、電磁超聲、超聲相控陣技術得到快速發展。其中，超聲相控陣技術是近年來超聲檢測中的一個新的技術熱點。

超聲相控陣技術使用不同形狀的多陣元換能器來產生和接收超聲波波束，通過控制換能器陣列中各陣元發射(或接收)脈沖的時間延遲，改變聲波到達(或來自)物體內某點時的相位關系，實現聚焦點和聲束方向的變化，然后采用機械掃描和電子掃描相結合的方法來實現圖像成像。與傳統超聲檢測相比，由于聲束角度可控和可動態聚焦，超聲相控陣技術具有可檢測復雜結構件和盲區位置缺陷和較高的檢測頻率等特點，可實現高速、全方位和多角度檢測。對于一些規則的被檢測對象，如管形焊縫、板材和管材等，超聲相控陣技術可提高檢測效率、簡化設計、降低技術成本。特別是在焊縫檢測中，采用合理的相控陣檢測技術，只需將換能器沿焊縫方向掃描即可實現對焊縫的覆蓋掃查檢測。

2.微波無損檢測

微波無損檢測技術將在330～3300MHz中某段頻率的電磁波照射到被測物體上，通過分折反射波和透射波的振幅和相位變化以及波的模式變化，了解被測樣品中的裂紋、裂縫、氣孔等缺陷，確定分層媒質的脫粘、夾雜等的位置和尺寸，檢測復合材料內部密度的不均勻程度。

微波的波長短、頻帶寬、方向性好、貫穿介電材料的能力強，類似于超聲波。微波也可以同時在透射或反射模式中使用，但是微波不需要耦合劑，避免了耦合劑對材料的污染。由于微波能穿透對聲波衰減很大的非金屬材料，因此該技術最顯著的特點在于可以進行最有效的無損掃描。微波的極比特性使材料纖維束方向的確定和生產過程中非直線性的監控成為可能。它還可提供精確的數據，使缺陷區域的大小和范圍得以準確測定。此外，無需做特別的分析處理，采用該技術就可隨時獲得缺陷區域的三維實時圖像。微波無損檢測設備簡單、費用低廉、易于操作、便于攜帶.但是由于微波不能穿透金屬和導電性能較好的復合材料，因而不能檢測此類復合結構內部的缺陷，只能檢測金屬表面裂紋缺陷及粗糙度。公務員之家

近年來，隨著軍事工業和航空航天工業中各種高性能的復合材料、陶瓷材料的應用，微波無損檢測的理論、技術和硬件系統都有了長足的進步，從而大大推動了微波無損檢測技術的發展。