无损检测技术在航天航空领域的应用

无损检测技术在航天航空领域的应用

1会议的内容和讨论16日，第一届世界破坏测试会议（wcndt）在加拿大伊斯坦布尔结束。9月3日，这条新闻在四年内举行。这条新闻被称为缺陷测试协会的奥古伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛伊洛。以中国无损检测学会副理事长、2008年第17届世界无损检测会议主席耿荣生为团长,无损检测学会总干事、2008年第17届世界无损检测会议秘书长徐永昌为副团长的我国无损检测学会一行24人参加了这次盛会。我国还有一些单位也组团参加了此次大会。本次会议对于中国无损检测学会代表团还有一个更加特殊的意义,那就是,再过四年,WCNDT将落户中国无损检测学会和中国上海。因此,盘点本次会议,或者在更广泛的意义下盘点一下我们中国的无损检测技术,对于我们更好地发展中国的无损检测技术、对于我们成功举办第17届世界无损检测会议将会有一定的启示作用。本次会议共收到论文700余篇,列入大会报告的论文有500篇左右,有575篇论文被收入会议论文集。共有约50个国家和地区的代表向会议递交了论文,其中美国以89篇论文雄居榜首,紧随其后的是德国(61篇)和加拿大(59篇)。我国(不包括台湾和香港地区)和法国并列第四(43篇)。会议特邀论文有28篇,包括主题报告两篇。参加会议的人数包括展商约有2500人,其中会议正式代表约为1800人,是历届WCNDT人数较多的一次。规模庞大的无损检测仪器展览是这次会议的另一特色,有100多家仪器制造商在大会期间展示了几乎涉及所有无损检测领域的各类最新仪器,包括超声相控阵、无胶片射线检测系统、激光和红外检测系统、多探头涡流检测系统及各类自动检测系统等。会议论文按检测技术分为超声、涡流、激光、红外、微波及信号处理技术,而按应用的工业部门,又强调了NDT技术在航天航空、石化、汽车、民用建筑、材料特征评价、微系统及加工过程中的应用等。在论文分布上,射线检测最多,有61篇,其次是红外和激光(60篇)及信号处理(39篇)。从应用领域看,论文较多的是材料特征评价(57篇)、航天航空(44篇)、过程监控(29篇)和土木结构(29篇)。有15篇论文(含大会专题报告的两篇论文)涉及到无损检测前沿技术的发展方向。同历届会议一样,本次会议也为NDT人员培训和资格鉴定提供了足够的展示空间。本次会议继承了罗马会议方式,论文集采用电子文本并用光盘代替传统的书面出版物。实事求是地讲,从文章检索方便性、快捷性和电子文本的用户友好性来看,本次会议论文集远不如罗马会议论文集(至少笔者的感觉是如此),后者可很方便地用作者、国家、方法(ET,UT和RT等)、应用领域(boiler,automobile,aerospace和bridge等)等众多关键词检索或用论文识别号(IDN)查寻,并可交叉检索且无需自己输入关键词(也可以自行输入关键词)检索,十分方便。而这些优点在本次会议论文集中已或多或少丧失,这是应当引起今后的会议承办者注意的地方。2我国无损检测技术的现状本次会议之后,中国无损检测学会将以下届WCNDT东道主的身份活跃在世界无损检测的舞台上。如何正确认识我国无损检测技术的发展状况,搞清我国无损检测技术水平与世界先进水平的主要差距,对于今后提高我国无损检测技术的总体水平是十分重要的。但由于这是一个大课题,而且在某种程度上是仁者见仁,智者见智,笔者也只能在此发表一点个人的粗浅认识,算作是抛砖引玉。笔者在罗马会议之后曾写到,成功申办2008年第17届世界无损检测会议标志着我国的无损检测工作的发展已得到世界公认,并预见在新的千年,我国无损检测工作将变得更加活跃,并在世界无损检测界具有举足轻重的地位。在本次会议上,许多代表主动与我会代表团联系,一些国家的学会还主动寻求与我会签订NDT人员资格互认协议,在国际无损检测委员会会议上,代表们希望听到来自中国代表的声音,国际知名无损检测仪器研究开发公司GEIT与我会签订赞助第17届WCNDT的协议,我国在本次会议上发表的论文数继续保持名列前茅,这些都是上述说法的有力例证。但是,我们确实应当看到,我国虽然是一个无损检测大国,也是无损检测仪器的生产大国,但是,我们却不是无损检测技术的强国。我们虽然拥有世界上从事NDT人数最多的无损检测学会,也拥有无损检测仪器最大的生产量和销售量,但是,我国的无损检测仪器基本上仅占据了低端市场,绝大多数高端的无损检测设备还必须依靠进口。此外,我们在NDT仪器开发方面缺少原创性的成果,基本上是走仿制或者是跟在别人的后面前进。这方面的例子实在太多了。例如,虽然我们已自主研制出工业射线CT多年,但包括航空、航天在内的许多工业部门所需要的CT检测设备还需要从国外进口;我们在射线数字图像平板研制方面要落后西方和日本数年,且目前仍看不出有赶上的趋势;虽然我们生产的超声A扫描检测仪器已占据国际上该类设备的相当高比例,但大多数超声C扫描装置和精密声显微镜仍需要进口;虽然我们在超声成像和相控阵技术方面发表过很多高水平的论文并也有一些设备问世,但我国工业部门需要的超声相控阵检测系统几乎100%地从国外进口。同样,我们在高端红外、激光检测系统方面也基本上依赖进口。所以,从技术层面上讲,我国在无损检测领域还不是一个强国。无论是2000年的意大利罗马会议还是此次加拿大蒙特利尔会议,当全世界众多厂商向无损检测界的同行展示其各种新型设备时,我们都未能看到中国无损检测仪器生产商的身影,这不能说不是一件令人遗憾的事情。因此,笔者还是那句老话,随着无损检测技术更深入、更广泛地参与到国计民生的各个领域,我们确实应当从更深的层次上来推进我国无损检测事业的发展。3ndr的展望相对而言,每一届世界无损检测大会都会有一个主题并与当时的NDT发展方向或者迫切发展的话题紧密相联系。1996年的印度新德里第14届世界无损检测会议突出了应当将无损检测(NDT)技术发展为无损评价(NDE,即Non-DestructiveEvaluation),并强调了NDT技术在质量控制过程中的巨大作用。2000年在罗马召开的第15届世界无损检测会议提出无损检测技术应当为保护生态环境服务、为预防地球的温室效应服务、为提高人类生活质量服务。罗马会议展示了无损检测仪器的发展趋势——检测自动化、图像化、计算机化,强调要尽快将NDT的研究成果转化为市场产品,都对近几年无损检测技术的快速发展起到推动作用。本次会议上,超声相控阵技术、非接触超声波检测、多探头涡流检测技术、导波技术、激光和红外检测技术受到了特别的关注,也成为最受会议代表欢迎的话题。从会议的一些主题报告来看,如何利用现有的理论、设计方法和技术平台来创造新的NDT技术和应用领域,成为人们的特别关注之点。会议强调应当在这方面进行长期的国际合作,以方便利用人类现有的知识和资源来加速NDT发明和创新,这可能已成为无损检测领域人们的共识。如果说较为传统的NDT发展方向是要求检测技术能朝着自动化(更快)、图像化(更直观)和高可靠性(更可靠)发展的话,那么,如何将无损检测技术融合到科学技术发展的大舞台则成为人们又一关注的焦点。在这方面,随着纳米技术、微机电系统的广泛应用,如何无损地检测纳米结构和微-纳机电系统也向NDT或NDE技术提出了挑战,但这恰恰为NDT提供了发展的舞台。同历届世界无损检测大会一样,本次会议的与会者也特别强调并呼吁人们重视对无损检测之源——传感器技术的研究。利用新型智能传感器,并将传感器、信号处理和计算机集成到一个微系统中,这一领域的发展也将为无损检测技术的发展提供新的空间。3.1无损检测技术的研发具有局限性早在几年前,无损检测界的一些有识之士就提出,发展NDT技术必须与国家科技发展的大环境结合,要在国家特别关心的新材料、新能源、环境和公共安全等领域进行应用性研究。无损检测技术有其强烈的应用性背景,虽然也有很多基本理论问题尚待解决,但更重要的还是解决如何尽可能利用其它学科现有的知识和技术来开发新的无损检测技术和仪器并用于解决工程实践中急需要解决的项目。很难想象,工作在同公共安全有关的科研部门的无损检测工作者不去解决埋地油、气管道的监/检测问题,工作在航空、航天领域的无损检测工作者不将自己的研究工作同重点型号的安全相结合,其研究工作会有什么样的后果。除研究所、高校人员活跃在讲台上外(这一点与国内会议的情况是一致的),这次会议的另一特色是,不少仪器制造公司(如R/DTECH,GEIT,ETTERMEYER等)的代表在大会讲台上特别活跃,其报告由于在展示其最新开发的仪器的同时,还带来了这些新研制的仪器在工程上的应用范例,因此受到与会者的欢迎,会后的讨论也特别热烈。3.2涡流检测仪器的应用图像化在NDT中的重要作用是其它方法所不可替代的。有很多古老的说法说明了图像化的重要性,如“百闻不如一见”“耳闻是虚,眼见为实”“一幅图片抵得上千句话”“看到了才是最美丽的”。这些说法的最基本含义就是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。电视能迅速发展和普及即是得益于它能满足人类的这一最基本要求,这也是为什么在无损检测的众多方法中,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,特别是在发展中国家,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。由于有很多方法可以扩大目视的范围和消除其局限性,这就使这些方法得到广泛应用。因此,本次会议上展示的仪器,即使是超声相控阵和多(线圈)探头涡流检测仪,都是以图像显示的方式呈现检测结果。从本次会议的论文和展示的仪器来看,光学检测方法无疑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,其原因也几乎一样。这几种检测方法的另一最大优点是不接触、远距离、大面积检测。它们可以检测物体表面的状态和缺陷,也可以采用适当方法获得有关其内部的信息。这些特点正好满足了人们对检测速度、检测的方便性的一些最基本要求,那就是:更快、更可靠和更直观。前面叙述的强调利用现有的理论、设计方法和技术平台来创造新的NDT技术和应用领域,这一点在光学无损检测领域得到了最强有力的证明。无论是激光全息术、电子散斑干涉、电子剪切散斑(激光错位)成像以及激光超声等几乎都是利用了现有的激光技术,对其稍加改造,使之成为无损检测技术,而对结果的解释恰恰正是无损检测工作者自己需要去深入研究的课题。作为激光全息无损检测系统的一个变种,电子剪切散斑即错位成像技术在航空、航天部门得到广泛应用,因为它特别适合复合材料损伤的快速、大面积检测,且检测结果相对比较直观。其基本原理是将激光全息系统中的空间滤波器改为错位装置,原理示于图1。本次会议上,生产错位成像检测系统的德国Ettemeyer公司的创始人Ettemeyer博士介绍了该公司在该领域仪器研制方面的最新进展。图2是该公司为检测直升机旋翼叶片生产的检测装置。3.3复杂结构的生产检测同先前的WCNDT一样,展示自动检测装置是仪器展览会的重要内容。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)特别重要。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。3.4相控阵技术的发展本次会议上有关相控阵技术的论文及展示的相控阵检测设备可能是最受欢迎的领域,特别是R/DTECH公司,不仅在仪器展览大厅占有显著的位置,其人员在学术报告会上也十分活跃。相控阵技术能给出更高的探伤灵敏度、更大的穿透能力和更灵活的探伤方法,而且其控制电路十分复杂,研究和开发相控阵检测设备有助于其在无损检测领域的全面、深入发展。R/DTECH公司与美国合作,已开发出适合工厂生产线的相控阵自动检测设备(图3)。从会议情况看,相控阵技术的主要发展是采用新型材料(压电复合材料)传感器、制造高密度传感单元的换能器阵列和采用更先进的控制电路。压电复合材料传感器一方面可大大降低交叉干扰效应,同时因其有较低的声阻抗,易与后续电路匹配。同时这种换能器阵列又具有很宽的工作频率。在过去近30年的历史中,超声波换能器一直是用单片压电材料(如PZT),材料声阻抗很高,其电气性质受到限制。采用压电复合材料制造的相控阵探头阵列在医学上已应用了近20年,但它在NDT中的应用还不到10年。近年来迅速发展的压电复合材料克服了这些缺点,其设计和应用范围都得到发展。压电复合材料是压电陶瓷和其它材料(多为聚脂材料)的组合体,其制造技术相对比较简单。GEIT公司将这一技术引入相控阵换能器制造中后,其应用面正不断扩大。按目前的技术已能制造芯宽0.05mm,阵元间距<0.025mm的压电复合材料阵列。相控阵技术的另一发展趋势是采用微机电技术(MEMS)制造高密度传感单元的换能器阵列。早期的相控阵系统中,用到128阵元的已很先进,并使控制电路复杂化。本次会议上,R/