工业常用无损检测技术

工业常用无损检测技术

1.无损检测技术损伤检测技术（ndt）是一门新兴的综合应用学科。在确定测试对象的前提下，利用材料的内部或外部缺陷，评估和评估异常或缺陷的变化，并利用材料的内部或外部缺陷，以确定各种工程材料、零件和结构的内部或外部缺陷，评估和评估缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、大小、分布和变化。无损检测作为整个检测的分支,已成为工业产品生产线不可缺少的一部分。无损检测作为控制产品质量的一种手段,不仅在工业机械行业越来越受到重视,而且在各种领域,如铸造、石化、汽车制造业、航天、航空等方面,也受到高度重视。无损检测技术的发展,在某个方面反映着一个企业的生产水平,实际上能起到降低产品成本、提高产品可靠性和增加市场竞争力的作用。2.正常损伤检测方法目前常规无损检测方法主要有五种:射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测。2.1缺陷漏磁场的形成和加工磁粉检测是利用磁粉的聚集显示铁磁性材料及其工件表面与近表面缺陷的无损检测方法。进行磁粉检测需要将被检工件磁化,在磁化的过程中,应尽量使工件内的磁力线能与缺陷表面基本正交,获得尽可能强的缺陷漏磁场。该方法适用于铁磁性材料制品及其零部件表面、近表面缺陷的检测,包括干磁粉、湿磁粉、荧光和非荧光磁粉检测方法。2.2荧光和染色渗透检测渗透探伤是一种表面缺陷的探伤方法,适用于金属制品及其零部件表面开口缺陷的检测,包括荧光和着色渗透检测,采用的是黄绿色的荧光渗透液或红色的着色渗透液。由于渗透液的润湿作用和毛细现象而进入表面开口的缺陷,随后被吸附和显像,通过显示放大的缺陷图像的痕迹,从而能够用肉眼查出试件表面开口缺陷。2.3钛合金材料的焊缝射线检测适用于碳素钢、低合金钢、铝及铝合金、钛及钛合金材料制成的机械产品、器件等的焊缝及钢管对接环缝。射线对人体不利,应尽量避免射线的直接照射和散射线的影响。图1为X射线检测原理示意图。2.4超声检测试验超声检测是指用A型脉冲反射超声波探伤仪检测缺陷,适用于金属制品原材料、零部件和焊缝的超声检测以及超声测厚。A型显示脉冲超声波探伤仪(模拟式)的基本工作原理可用图2所示的工作原理方框图说明。2.5导电材料的无损检测涡流检测是利用电磁感应原理,通过测定被检测工件内感生涡流的变化来无损的评定导电材料及其工件的某些性能或发现缺陷的无损检测的方法。目前,应用比较多的有多频涡流检测技术、深层涡流检测技术、脉冲涡流检测技术以及远场涡流检测技术等。3.激光无损检测技术近年来,随着工业生产和科学技术的进步,无损检测技术也得到飞速发展,不仅传统检测技术日趋成熟和不断进步,而且还产生了像激光全息干涉、电子剪切成像、激光超声、红外热波、声发射、微波、远场涡流、电磁超声、磁记忆、超声相控阵技术等众多的无损检测新方法、新技术。3.1声相控阵技术超声检测是应用最广泛的无损检测技术,具有许多优点,但需要耦合剂和换能器接近被检材料,因此,超声换能、电磁超声、超声相控阵技术得到快速发展。其中,超声相控阵技术是近年来超声检测中的一个新的技术热点。超声相控阵技术使用不同形状的多阵元换能器来产生和接收超声波波束,通过控制换能器阵列中各阵元发射(或接收)脉冲的时间延迟,改变声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系,实现聚焦点和声束方向的变化,然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。与传统超声检测相比,由于声束角度可控和可动态聚焦,超声相控阵技术具有可检测复杂结构件和盲区位置缺陷和较高的检测频率等特点,可实现高速、全方位和多角度检测。3.2激光全息检测技术应用由于激光具有单色性好、能量高度集中、方向性很强等特点,其在无损检测领域的应用不断扩大,并逐渐形成了激光全息、激光散斑、激光超声等无损检测新技术。激光全息是激光无损检测中应用最早、最多的一种方法,其基本原理是通过对被测物体施加外加载荷,利用有缺陷部位的形变量与其它部位不同的特点,通过加载前、后所形成的全息图像的迭加来判断材料、结构内部是否存在不连续性。作为一种干涉计量术,激光全息技术可以检测微米级的变形,灵敏度极高,具有不需接触被测物体,检测对象不受材料、尺寸限制,检测结果便于保存等优点,已应用在复合材料、印制电路板、飞机轮胎等的缺陷检测中。激光散斑技术是利用激光照射被检物时的散射形成的自相干技术,通过被检物体在加载前后的激光散斑图的叠加,从而在有缺陷部位形成干涉条纹。激光散斑干涉检测技术始于轮胎检测,目前主要是应用于对复合材料、蜂窝夹层、火药柱包覆等的检测。可检缺陷类型包括分层、脱粘、冲击损伤和孔洞等。激光散斑干涉技术受外界干扰小,检测速率高,便于在现场使用。应用激光可实现非接触式的高灵敏度测量,但不能通过非透明材料的内部,而超声波却可以。激光超声技术是近年无损检测领域中迅速发展并得到工程应用的一项十分引人注目的新技术。其基本原理是使激光与被测材料直接作用激发出超声波,或利用被测材料周围的物质作为中介来产生超声波,然后运用表面栅格衍射、反射等非干涉技术或差分、光外差等干涉技术,利用激光检测所产生的超声波,从而确定被测材料的缺陷。激光超声技术不使用耦合剂,有极强的抗干扰能力,易于实现远距离的遥控,可以在恶劣环境中进行检测,并能实现工件的在线检测,具有快速、非接触、不受被检对象结构形状影响的特点,目前已在航空领域得到较好的应用。3.3红外检测技术红外检测是基于红外辐射原理,通过扫描记录或观察被检测工件表面上由于缺陷所引起的温度变化来检测表面和近表面缺陷的无损检测方法,可分为有源红外检测(主动红外检测)和无源红外检测(被动红外检测)。红外检测的主要设备有红外热像仪、红外探测器等。红外检测具有非接触、遥感、大面积、快速有效、结果直观的优点。红外热波技术是最新发展起来的一种无损检测技术,受到国内外的广泛关注。它是一种利用红外热成像技术,通过主动式受控加热来激发被检测物中缺陷的无损检测。该方法使用大功率闪光灯、超声波、激光、微波和电磁感应等作为热源,具有适用面广、速度快、直观、可定量测量等特点。作为一项通用技术,红外热波无损检测具有很强应用性和可拓展性,有着十分广泛的应用前景。3.4微波技术的应用微波无损检测技术将在330~3300MHz中某段频率的电磁波照射到被测物体上,通过分折反射波和透射波的振幅和相位变化以及波的模式变化,了解被测样品中的裂纹、裂缝、气孔等缺陷,确定分层煤质的脱粘、夹杂等的位置和尺寸,检测复合材料内部密度的不均匀程度。微波的波长短、频带宽、方向性好、贯穿介电材料的能力强,类似于超声波。微波也可以同时在透射或反射模式中使用。但是微波不需要耦合剂,避免了耦合剂对材科的污染。由于微波能穿透声衰减很大的非金属材料,因此该技术最显著的特点在于可以进行最有效的无损扫描。微波的极比特性使材料纤维束方向的确定和生产过程中非直线性的监控成为可能。它还可提供精确的数据,使缺陷区域的大小和范围得以准确测定。此外,无须做特别的分析处理,采用该技术就可随时获得缺陷区域的三维实时图像。微波无损检测设备简单、费用低廉、易于操作、便于携带。但是由于微波不能穿透金属和导电性能较好的复合材料,因而不能检测此类复合结构内部的缺陷,只能检测金属表面裂纹缺陷及粗糙度。3.5应力集中部位的检测磁记忆检测方法就是通过测量构件磁化状态来推断其应力集中区的一种无损检测方法。该检测技术是俄罗斯杜波夫教授于20世纪90年代初提出,并于90年代后期发展起来的用于检测材料应力集中和疲劳损伤的一种新的无损检测与诊断方法。压力容器在运行过程中受介质、压力和温度等因素的影响,易在应力集中的部位产生应力腐蚀开裂、疲劳开裂和诱发裂纹,在高温设备上还容易产生蠕变损伤。因此,应力集中区常常是构件受损的薄弱部位,而50%以上的损伤和事故是在应力集中区突然发生的。磁记忆检测方法用于发现压力容器存在的高应力集中部位,它采用磁记忆检测仪器对压力容器焊缝进行快速扫查,从而发现焊缝上存在的应力峰值部位,然后对这些部位进行表面磁粉检测、内部超声检测、硬度测试或金相分析,以发现可能存在的表面裂纹、内部裂纹或材料微观损伤。传统无损检测方法(如射线、声发射、磁粉和渗透检测等)只能检测出一定尺寸的宏观缺陷,很难发现微观缺陷。而金属磁记忆检测技术可以在保持金属的原有状态下检出可能诱发损伤或破坏的应力集中部位。另外,磁记忆检测仪器一般都自带电源,所以在现场检测时无需使用外部电源。如果只是对外表面进行磁记忆扫查,还可以进行在线检测。在线磁记忆检测可以从总体上了解压力容器的状态,预测应力发展情况,为合理判断压力容器的安全等级提供依据,并可提前作好检验计划。4.无损检测技术近年来,无损检测技术的发展比以往任何时候都更快、更新,这得益于人们在无损检测和相关领域的不断创新。随着技术的不断进步和社会发展的需要,无损检测技术发展呈现出了一些新的发展趋势:4.1宏观缺陷评价无损检测技术不但要在不损伤被检对象使用性能的前提下,探测其内部或表面的各种宏观缺陷,判断缺陷的位置、大小、形状和性质,还应能对被评价对象的固有属性、功能、状态和发展趋势(安全性和剩余寿命)等进行分析、预测,并作出综合评价。4.2高pod的绿色ndr检测方法机械制造业的一个重要发展方向即所谓绿色制造,低耗能、低排放和环境友好是绿色的核心。未来的无损检测设备也应该是绿色的,即环境友好型设备。因此,随着技术本身的发展和进步,一些传统的、可能会对环境产生污染的检测方法将会逐步被淘汰,或者被新的方法、新的检测媒介所代替。具有高POD的绿色NDT方法,即节能、环保型的方法必然是发展方向。绿色检测技术首当其冲的是着色渗透,其次是磁粉探伤。对着色渗透而言,优先采用环境友好型的渗透媒介,目前已有一些低污染或者基本无污染的渗透液产品问世,它使用无色透明的表面渗透剂,采用光的折射效应来发现缺陷。而磁粉探伤,随着漏磁检测技术的进步和检测灵敏度的提高,以及后者可能更容易实现智能检测和可视检测,由其代替或者部分代替磁粉探伤应当是早晚会发生的事情。4.3图像化检测技术无损检测设备的自动化对于一些大型结构,特别是表面形状复杂的结构(如飞机、管道等)来说有特别重要的意义。同样,生产线的自动化检测也特别重要。这不仅是节省人力的问题,同时也是能够保证检测重复性和可靠性的问题。简单的自动检测装置和爬行器等已得到广泛应用,而对于一些更复杂的装置,无损检测工作者需要与工作在自动化领域,特别是机器人领域的工作者密切结合。图像化在NDT中的重要作用是其它方法所不可替代的。人类在探索自然界的奥秘时希望能有一个最直观的解答,即使是对十分复杂的现象也是如此。目视(加上借助于孔探仪、放大镜和显微镜等辅助工具)仍然是用得最多的检测方法。传统的A扫描超声检测仪器虽然还有一定的市场,但其将要被成像显示方式的仪器(B扫描、C扫描和超声CT)所代替已是一个不争的事实。涡流检测仪器从指针式变为平面相位图显示是一大进步,但目前,它也几乎要被涡流成像检测仪器代替。光学检测方法是一颗正在冉冉升起的新星,这在很大程度上是由于光学方法的检测结果是以图像显示的方式出现。热成像和振动热图是另一得到广泛应用的领域,也是得益于其检测结果以图像显示的优越性。4.4ndt集成技术每一种NDT检测方法都有各自的基础原理和检测特点,各有优劣。面对复杂的检测对象及不同的检测要求,单靠一种检测技术很难全面准确判定缺陷程度并作出寿命评估。利用各种检测方法之间的互补性,发展NDT集成技术,在一台设备中融合多种检测方法,对关键部件采用多种检测手段,可以提高检测结果的置信度。随着数字电子技术的发展,FPGA,ARM和DSP等集成电子器件大量应用,使得研制和开发全新的NDT集成技术产品成为可能。NDT集成技术的应用,将使检测结果从定性到定量转变,并融入到设备健康状态评估和再制造技术之中,从而形成设备制造、使用、维护和再制造的绿色循环经济体系。相信在不远的将来,该技术将成为无损检测技术发展的一个重要里程碑。4.5传感器技术的应用越来越受