无损检测文化概论2

1、无损检测文化概论 摘要：无损检测技术具有丰厚的历史底蕴和深刻的文化内涵；无损检测文化体现一种技艺精湛和品质优良完美统一的质量理念。“21世纪是质量的世纪，质量将成为新世纪的主题”，无损检测技术作为“质量卫士”,在现代化大工业生产中将会发挥越来越大的作用。 1无损检测 现代工业的“质量卫士” 无损检测是建立在现代科学技术基础上的一门应用型技术学科，它以不损坏被检测物体内部结构为前提，应用物理的方法，检测物体内部或表面的物理性能、状态特性以及内部结构，检查物质内部是否存在不连续性（即缺陷），从而判断被检测物体是否合格，进而评价其适用性。无损检测学科几乎涉及到了物理科学中的光学、电磁学、声学、原子物

2、理学以及计算机、数据通讯等学科，在冶金、机械、石油、化工、航空、航天各个领域有广泛的应用。假如没有无损检测技术的应用，钢铁的质量难于保证，机器可能会停止运转，飞机难于起飞，火箭难于上天，汽车可能会在路上翻车，火车可能会出轨，石油和天然气管道可能会发生泄漏，锅炉和压力容器可能会发生爆炸,可以说，在现代科学技术应用领域中，没有哪种技术能够象无损检测那样具有如此广泛的科学基础和应用领域。作为现代工业的基础技术之一，无损检测技术在保证产品质量和工程质量上发挥着愈来愈重要的作用，其“质量卫士”的美誉已得到工业界的普遍认同。 无损检测就其自身性质而言，它着重于科学技术的具体应用，因此，它是一门应用性很强的

3、技术性学科，具有很强的操作性或工艺性。操作技术的娴熟与否，很大程度上决定着检测结果的准确性，这种技术不仅表现在具体的操作上（例如：超声波探头的运动），而且表现在检测机械的运动、自动化的控制、以及计算机的应用上，因此将无损检测称之为综合应用型技术学科并不为过。 无损检测技术不仅有着深刻的科学背景，而且有着丰富的文化内涵；无损检测凝聚着现代科学的智慧，闪耀着现代文化的光辉，现代文明有无损检测的一份贡献。在人类进入辉煌的21世纪的今天，我们应该以更高的视角来审视无损检测文化现象。 2无损检测文化的历史底蕴 以德国科学家伦琴1895年发现X射线为标志，无损检测作为应用型技术性学科已有一百多年的历史；然

4、而，当我们打开历史的篇章，拂去岁月的封尘，我们会惊奇地发现，无损检测技术的起源和发展有着丰厚的历史底蕴。让我们沿着历史长河，随着物理科学发史的线索，以更宽广的视野去寻找无损检测学科成长的足迹。 2.1 中国古代无损检测的朴素思想 我们的祖国是世界文明古国,对科学技术的发展有过伟大的贡献,我国古代科学技术文化遗产中就有不少应用无损检测技术的记载，从中可以看出我国古代早已具有朴素的无损检测科学思想。 在我国先秦时期的考工记、墨经等著作中，记载着光学、力学和声学的物理学知识，从而使无损检测的朴素思想可以追溯到远古的时代。早在2500多年前，我国春秋时期的齐国有部重要的手工业工艺技术典籍 考工记，就记

5、载着当时铜冶炼过程中用无损检测的方法控制铸铜质量内容：“凡铸金之状，金(铜)与锡，黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，青气次之，然后可铸也。”这段文字准确地记载了铜冶炼时，通过观察烟气的颜色以确定冶炼的过程，即借助冶炼时烟气的不同颜色来判断被冶炼的铜料中杂质挥发的情况，从而判定铜水出炉的时机。这说明我国春秋时代就有朴素的无损检测技术应用，这与今天的红外测控技术何其相似。公元前400年，墨翟(公元前478前392)在墨经中记载并论述了有关小孔成像及光色与温度的关系。 在春秋战国时期，我国发现磁石具有吸铁和指南的性质。公元前3世纪，古书韩非子记载有司南（磁铁石指南的现象）；吕氏

6、春秋记有“慈（磁）石召铁”， 这也许是磁场吸引力的最早记载。公元前2世纪，刘安（公元前179前122）著准南子，记载了人造磁铁和磁极斥力等现象。 论衡是东汉王充（公元27 97年）所著，记载有关力学、热学、声学、磁学等方面的物理知识，内容十分丰富。王充在论衡中有：“生人所以言语呼吁者，气括口喉之中，动摇其舌，张歙其口，故能成言。譬犹吹萧笙，萧笙折破，气越不括，手无所弄，则不音。夫箫之管犹人之口吞也，手弄其孔犹人之动吞也。”又说：“令人操行变气远近，宜与鱼等，气应而变，宜与水均。”可见他已认识到人发声是使空气振动而产生的，指出了振动的传播要通过媒质，并将声音在空气中的传播用可见的水波的传播来作了

7、比喻。这种比喻，在今天超声检测中讲声波的干涉和衍射时，仍然适用。 梦溪笔谈是北宋中期的政治家和科学家沈括（10311195）所著，这是一部在中国科学史上占有重要地位的著作，记载有关于地磁偏角的发现，凹面镜成像原理和共振现象等。梦溪笔谈指出“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”说明沈括在实验中已发现了磁偏角。梦溪笔谈还除了通俗地讲了凹面镜成像和针孔成像的道理，对光的直线传播、光的折射现象和虹的形成进行了研究和解释。这些道理在今天的磁力探伤和射线探伤中仍然适用。 元朝时代的实验物理学家赵友钦(12791368)著革象新书，记载有他作过的光学实验以及光的照度、光的直线传播、视角与小孔

8、成象等问题。他在书中对光学现象作了比较深入的研究和详细的描述，并用实验进行小孔成像的研究，指出了小孔成像的规律。他在实验中指出，光通过小孔时，不论孔的形状如何，屏上得到的光斑总是发光物的像。当孔相当大时，则屏上得到的光斑形状随孔的形状而定，孔方则方，孔圆则圆。他对这个现象的解释是“罅小则不足容日月之体，是以随日、月之形而圆，及其缺则皆缺。”“罅大而可容日、月之体也。”说明了小孔成像与孔的大小有关。经过一系列的周密的观察实验以后，赵友钦指出：“凡景近窍者狭，景远窍者广；烛远窍者景亦狭，烛近窍者景亦广。景广则淡，景狭则浓。烛虽近而光衰者，景亦淡，烛虽远而光盛者，景亦浓。由是察之，烛也，光也，窍也，

9、景也，四者消长胜负，皆所当论者也。”这段论述与今天射线探伤中关于几何不清晰度的解释可以说是完全一样。 根据声音频率的变化来判断物体内部结构是一种古老的检验方法。在我国明朝时期宋应星所著天工开物一书有如下记载：“凡釜，即成后，试法以敲之，响声如木者佳，声有差音则铁质未熟之故，它日易损坏。”这种古老的声音检测方法，在今天质量检测中仍有广泛的应用。 我国古代的科学技术如同群星灿烂，光辉闪耀，只是到了近代由于清朝封建王朝的腐败和外国帝国主义的入侵，我国的科学技术才逐渐落后了。 22 物理学 无损检测技术的摇篮 世界物理学的发展史，在致可分为古代物理学、经典物理学、现代物理学三个阶段。 古代有关物理学的

10、知识是与其它科学技术知识交织在一起被记录下来的。公元前4世纪、5世纪、古希腊的亚里士多德在著作中就有关于物质原子论的思想和力学思想。阿基米德发现了水的浮力现象。公元前3世纪欧几里得论述了光的直线传播性质和反射定律。在中国先秦时期的考工记、墨经以及北宋时期的梦溪笔谈等大量的科学史料中均有光学、力学和声学等物理学知识的记载。 在欧洲公元5世纪到14世纪漫长的中世纪，封建神权社会制度严酷地禁锢着思想文化领域，自然科学发展极其缓慢。欧洲封建社会后期，从14世纪、15世纪开始，资本主义生产方式逐步发展，在资产阶级反封建，反神学斗争中，自然科学的革命首先在天文学中取得突破，哥白尼日心说在与教会激烈斗争中得

11、到捍卫和发展，开始了近代自然科学革命。 到17世纪以后，英国科学家牛顿发现了力学三大定律，在此基础上建立起物理学完整理论体系 经典物理学。1687年牛顿发表了自然哲学的数学原理，创立了经典力学。从17世纪到19世纪，经典物理学得到了快速的发展：惠更斯提出光的波动说，导出了光的直线传播和光的反射、折射定律，并解释了双折射现象；焦耳和赫姆霍兹等人完成了热力学和分子物理学；富克林提出了“正电”、“负电”的概念，以后出现了库仑定律，法拉弟定律；麦克斯韦建立了电磁场理论；惠更斯 菲涅耳原理解释了波的直线传播及折射现象；奥斯特发现了电流可以使周围的磁针偏转；焦耳和楞次先后发现了电流通过导体时产生热效应的规

12、律，称之为焦耳 楞次定律；多普勒发现振动所产生的波源与波的频率会出现不同的现象，称之为多普勒效应；傅科发现处在迅变磁场中导体内部会产生感应电流，这种电流会象旋涡一样的运动，被称为涡电流；瑞利从理论上分析了光的散射现象，称之为瑞利散射；瑞利的声学原理为近代声学奠定了基础；居里兄弟发现石英晶体受压力时，它的表面会生产电荷，电荷量与压力成正比的现象，称为压电效应；到了1895年德国科学家伦琴发现了X射线，揭开了现代物理学的革命序幕；1896年贝可勒尔发现铀的放射线，标志着原子物理学的开始。1898年居里夫妇在研究了放射性物质后发现了镭；1899年卢瑟福通过实验还分出两种射线即射线和射线；1900年，

13、维拉德发现放射线中还有一种不受磁场影响的射线，称之为射线；1905年爱因斯坦创立了狭义相对论，揭示了时间与空间的本质联系，提出了光量子理论，解释了光电效应现象，揭示微观物体的波粒二象性，引起了物理学基本概念的重大变革，开创了物理学的新纪元；1915年爱因斯坦建立了广义相对论，标志着物理学进入到现代物理的新时代。 从古代物理、经典物理到现代物理，从阿基米德浮力学、牛顿力学到爱因斯坦的相对论，这一串串闪耀着的智慧光辉的科学家的名家名字和他们的成就，至今使我们当今从事无损检测的科技工作者感到无限景仰；物理学的一个个原理，一个个效应，都出现在当今无损检测的教科书上，使我们读起来至今仍然是感到哪么的深奥

14、，然后当它们转化为具体的检测方法时，使我们感到又是哪么的亲切，掌握检测技术是哪么的得心应手。物理学的发展，孕育了丰厚的无损检测文化历史底蕴，物理学是无损检测技术的摇篮。今天重温无损检测文化的历史底蕴，象一把启迪无损检测科学技术知识殿堂的钥匙，给我们智慧和力量，让我们勇敢地去迎接现代科学技术的挑战，为现代化的工业作出贡献。 3现代无损检测体系的建立和无损检测文化的形成 以1895年伦琴发现X射线为标志，无损检测作为一门多学科的综合技术正式开始进入工业化大生产的实际应用领域。 1900年法国海关开始应用X射线检验物品，1922年美国建立了世界第一个工业射线实验室，用X射线检查铸件质量，以后在军事工

15、业和机械制造业等领域得到广泛的应用，射线检测至今仍然是许多工业产品质量控制的重要手段。 1912年超声波探测技术最早在航海中用于探查海面上的冰山，1929年超声波技术用于产品缺陷的检验，至今仍是锅炉压力容器、铁轨、重要机械产品的主要检测手段。 早在我国春秋时期吕氏春秋有“慈（磁）石召铁”的说法，但磁力检测真正工业产品检测还是二十世纪初的事。30年代用磁粉检测方法来检测车辆的曲柄等关健部件，以后在钢结构件上广泛应用磁粉探伤方法，使磁粉检测得以普及到各种铁磁性材料的表面检测。 毛细管现象是土壤水份蒸发的一种常见现象，随着工业化大生产的出现，将“毛细管现象”的原理成功地应用于金属和非金属材料开口缺陷

16、的检验，其灵敏度与磁粉检测相当，它的最大好处是可以检测非铁磁性物质。 经典的电磁感应定律和涡流电荷集肤效应的发现，促进了现代导电材料涡流检测方法的产生。1935年第一台涡流探测仪器研究成功。五十年代初，德国科学家霍斯特发表了一系列有关电磁感应的论文，开创了现代涡流检测的新篇章。 到了二十世纪中期，在现代化工业大生产促进下，建立了以射线检测（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）和电磁检测（ET）五大常规检测方法为代表的无损检测体系。随着现代科学技术的不断发展和相互间的渗透，新的无损检测技术不断涌现，新的无损检测方法层出不穷，建立起一套较完整的无损检测体系，覆盖工业化大生产

17、的大部分领域；在无损检测体系建立的过程中，逐渐形成了一套较完整的无损检测文化。 无损检测文化内涵表现为：在近代物理学和现代物理学的基础上建立一套较完整的无损检测理论；建立了一支高素质的无损检测专业队伍，从事无损检测理论的研究和无损检测实际检测的应用；拥有一大批无损检测仪器、设备专业制造厂家；无损检测在工业生产的各个领域得到充分的应用，对工业产品，是重大工程的质量控制和质量保证起到重要作用。现代工业重要产品具有“高温、高压、高速、高应力”的特点，如果没有无损检测技术的应用，“四高”产品的质量难于得到保证。无损检测技术经过一个世纪的发展，其主要性已得到世界的公认。可以说，现代工业离不开先进的无损检

18、测技术，这个论述已经越来越被人们普遍的接受。作为一种科学文化，无损检测文化已越来越受到广泛的关注和重视。 4现代无损检测技术的发展 进入二十世纪后期，世界的科学技术得到飞速的发展，也预示着无损检测技术的飞速发展。以计算机和新材料为代表的新技术，促进无损检测技术的快速发展，例如，射线实时成像检测技术，工业CT技术的出现，使射线检测不断拓宽其应用领域。虽然传统的射线胶片照相检测技术在检测灵敏度、图象清晰度等方面已日臻完美，然而射线检测引进计算机数字图象处理技术后，得到的数字处理图象质量可以与胶片图象质量相媲美。射线的应用和高能加速器的出现，增大了射线的检测厚度，使原来不易被低能射线穿透构件的检测变

19、为可能,例如在海关对集装箱物品的检验。随着纳米技术的发展，纳米材料制成图象采集器件比现在的图象增强器体积更小，容量更大，分辨率更高，图象更加清晰。可以预想，纳米技术将会进一步推动射线成象技术的发展。 在当今的无损检测技术中，超声检测以检测灵敏度高、声束指向性好、对裂纹等危害性缺陷检出率高、适用性广泛等优点至今在无损检测领域中占有重要的地位。由于计算机技术的介入，超声成象技术异军突起，使超声检测技术向数字成象自动化方向发展；超声检测在复合材料和非金属材料以及市政工程（例如城市供水供气管网的核查）、水利工程（例如水库大坝蚁穴的检查）将发挥越来越在的作用。涡流检测正向着数字成象、自动检测和远场检测方

20、向发展。 利用铁磁性部件缺陷在外部强磁场的作用下产生漏磁现象来检测部件缺陷的漏磁检测法，已作为常规检测技术应用于各种铁磁部件的质量检验中。在此基础上又出现了一种先进的无损检测技术 金属磁记忆诊断技术，它能有效地应用于在役设备早期损伤检测。其基本原理是：铁磁性金属如出现缺陷或缺陷形成之前，其微小区域的变化在地球磁场的作用下，会发出磁场变化的信息，即所谓的磁记忆特性。由于设备构件自身的遗传性即在生产制造中形成的微观的缺陷以及在后来的运行中负荷的关系，金属的磁记忆以累积的方式表现出来，运行中构件负荷作用力的大小和方向的变化会引起金属磁量值和方向的变化，对金属构件表面漏磁场进行扫描检测，便可确定应力集中的区域，从而间接地判断该铁磁构件存在缺陷的可能性。金属的磁记忆方法不需要对设备表面进行预处理，能够快速、准确地对设备进行诊断，从而达到设备疲劳损伤早期预警控制的目的。 目前无损检测技术正向无损评价方向发展。无损检测以检出缺陷为目的，如果有超标缺陷，一般由无检测人员决定是否返修。但不一定所有超标缺陷返修得越干净越好；是否返修应取决于对缺陷进行有效的评价，因此，无损评价在无损检测无损检测的基础上应运而生。无损评价基本做法是（1）对材料（构件）进行应力分析，根据构件承受的载荷，计算和测定构件有缺陷的部位的应力；（2）测定或估算缺陷部位和残余应力；（