无损检测技术及应用

无损检测技术及应用

白昭昭

浙江省特种设备科学研究院 浙江杭州 310000

摘要:随着现代工业的发展，对产品质量和结构安全性、使用可靠性提出越来越高的要求，由于无损检测技术具有不破坏试件、检测灵敏度高等优点，所以其应用日益广泛。本文主要就无损检测技术及其应用进行探讨。

关键词：无损检测;技术;应用

1无损检测技术及原理

1.1射线检测

射线无损检测是工程检测特别是焊接检验中应用最广泛，历史最悠久的一种无损检测方法。按所使用的射线源种类不同，可分为X射线探伤、γ射线探伤和高能射线探伤等；按其显示缺陷方法不同，又可分为射线电离法探伤、射线荧光屏观察法探伤、射线照相法探伤、射线实时图像法探伤和射线计算机断层扫描技术等。射线检测对零件形状及表面粗糙度无严格要求，能直观显示缺陷影像，便于对缺陷进行定位、定量、定性，检验缺陷准确可靠，且射线底片可长期保存，便于分析事故原因，但射线检测设备复杂，成本高，射线对人体有辐射损伤。

射线照相法的原理：射线既是波长很短的电磁波，又是能量很高的光子流，具有微观物质的波粒二象性。由于具有较短的波长和较高的能量，所以具有很大的贯穿能力，能够穿透金属等可见光不能穿透的固体材料。

当射线穿透物体时，不同密度的物质对射线的吸收能力不同，射线能量的衰减程度就不同。物体的密度越小，射线能量的衰减也越小，透过物质的射线能量就越大。当射线穿过工件到达胶片上时，由于无缺陷部位和有缺陷部位的密度或厚度不同，射线在这些部位的衰减不同，因而射线透过这些部位照射到胶片上的强度不同，致使胶片感光程度不同，经暗室处理后就产生了不同的黑度。根据底片上的黑度差，评片人员借助观片灯即可判断缺陷情况并评价工件质量^[1]。

1.2超声无损检测

超声波检测方法是利用进入被检材料的超声波对材料表面及内部缺陷进行检测。利用超声波进行材料厚度的测量也是常规超声波检测的一个重要方面。超声波检测的适用范围非常广，可用于多种金属材料和非金属材料；可以是锻件、铸件、焊接件、胶接件、复合材料构件等；可以是板材、棒材、管材等；厚度可小至1mm，也可大至几米；既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷^[2]。

超声无损检测的原理是将一定频率间断发射的超声波通过一定耦合剂的耦合后传入工件，当遇到异质界面时，超声波将产生反射，反射波为仪器接收并以电脉冲信号在示波屏上显示出来，由此判断缺陷的有无，以及进行定位、定量和评定。渗透探伤是一种以毛细作用原理为基础的检查表面开口缺陷的无损检测方法。可用于各种金属材料和非金属材料构件表面开口缺陷的质量检验^[3]。

1.3渗透检测

同其它无损检测方法一样，渗透探伤也是以不损坏被检对象的使用性能为前提，运用物理、化学、材料科学及工程学理论为基础，对各种工程材料、零部件和产品进行有效的检验，借以评价它们的完整性、连续性及安全可靠性。

渗透检测的原理是：将溶有着色染料或荧光染料的渗透剂施加于工件表面，由于毛细现象的作用，渗透剂渗入到各类开口至表面的微小缺陷中，清除附着于工件表面上多余的渗透剂，干燥后再施加显像剂，缺陷中的渗透剂重新回渗到工件表面上，放大缺陷显示，在白光下或在黑光灯下观察，缺陷处可显红色显示或发出黄绿色荧光^[4]。

1.4磁粉无损检测及其原理

磁粉无损检测是通过对铁磁性材料进行磁化所产生的漏磁场，来发现其表面或近表面缺陷的无损检测方法。检测时，先将被检区域磁化到接近饱和状态，然后再把磁粉撒到其表面上。这样磁粉就会因磁场的泄露作用而堆积于裂纹或其它线状缺陷上，形成磁痕，从而将缺陷显示出来。磁粉检测被广泛用于机械、石油、汽车、造船、铁路、航空、航天等部门。磁化设备、磁粉、全自动探伤装置的研究也取得了较大的进展。一些国家先后研制和使用了钢坯、方钢、棒材等自动磁粉探伤机。半自动荧光磁粉探伤机在我国的汽车、铁道、兵器等部门已获得应用。

磁粉检测原理：磁粉检测的基础是不连续性处漏磁场与磁粉的磁性相互作用。铁磁性材料的工件被磁化后，由于不断连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，在适当的光照下形成目视可见的磁痕，从而显示出缺陷的位置、大小、形状和严重程度。

2无损检测技术的应用

2.1航天航空

航天航空领域仍然是无损检测使用最频繁的领域。航空零件组装到航空器之前要进行检查，而后在其使用寿命中也要进行定期检查。航空器的零件需要设计成重量尽量轻，并能够发挥高强度的功能，这就意味着它们要承受很高的载荷，而本身轻薄的重量使得一个小的缺陷就能够导致器件的损坏。航空器持续进行飞行、降落、滑行、机舱加压，许多器件会产生疲劳裂纹，这些疲劳裂纹会随着时间而逐渐生长、长大，会造成航天器破损而带来极大的安全隐患。因此，定期对航天器进行检验成为航天器安全使用的必要措施。在航空领域无损检测应用的领域主要有：（1）涡扇叶片的检测：叶片边缘等检测；（2）复合粘接件的检测：在航空器领域应用了许多，利用胶粘剂粘合的零件。利用无损检测对其检验会增加其可靠性；（3）复合蒙皮材料结构的检测：在航天器和航空领域，大量使用碳纤维／环氧树酯蒙皮和铝蜂窝复合材料，这主要是为了减轻重量，从而降低燃料消耗、降低运营成本。这些材料同样要进行定期的检查；（4）航空零件的检测：大量的航空用异形零件，需要用无损检测技术进行检查；（5）多层铝结构器件的检测：机身结构的监测对于安全来讲非常重要。通过对铝多层铆接零件监测，可以防止灾难性的结构损坏。无损检测这时能够发挥重要作用。毫无疑问，飞机工业的成功依赖于无损检测技术。没有无损检测，飞机的保养、飞行将会增加巨大的成本，而飞行的安全性也会降低。

2.2铁轨检测

在铁路发展早期，由于铁轨缺陷造成许多事故，甚至脱轨事故。人工巡检也变成了铁路多年的例行制度。铁轨的无损检测，早期采用的是磁场检测。磁场检测对于铁轨横向的裂缝比较敏感，而其他内含的缺陷、接缝、分层、腐蚀等缺陷不敏感。而这些缺陷也是造成疲劳裂缝的原因。当前，我国铁路里程越来越长，而且高铁行驶里程也在万公里以上，高铁车辆及路轨对无损检测的要求也越来越高。除了制度上完善每天“窗口期”的人工巡检，还有更多的无损检测设施也投入使用，这些设施包括有轨检（动检）车、机载报警仪、便携式添乘仪、人工添乘、线路精测小车、电子轨检仪等，均能进行精密作业。

2.3桥梁检测

桥梁检测一般配置一定数量的高性能养修设备，加强对桥梁的监控。高性能的无损检测设备，如：电阻探头、声发射探头等探测混凝土中钢筋的腐蚀情况；先进的超声波、射线设备检测钢结构的裂缝、缺陷；超声回探仪测混凝土的强度等。在我国，越来越多的桥梁建在峡谷上，需要大量使用斜拉结构，对使用斜拉钢材的无损检测也越来越重要。同时，当前运输中存在的超载等违法现象时有发生，容易造成桥梁结构的疲劳裂缝等，道路桥梁的承载也承受着考验。此外，无损检测在造船、钢索检测、石油输送管道的检测，以及国防领域也正大量使用。

结束语

无损检测的发展和技术的提高会对许多工业领域带来极大的便利，并使许多行业的运行成本得到极大降低。因此，无损检测的研究有极其重要的意义。

参考文献

[1]王宏新，王俊.射线检测［M］.沈阳：辽宁大学出版社，2008.

[2]王宏新，王俊.超声波检测［M］.沈阳：辽宁大学出版社，2008.

[3]赵熹华.焊接检验［M］.北京：机械工业出版社，1992.

[4]王宏新，王俊.渗透检测［M］.沈阳：辽宁大学出版社，2008.