在現(xiàn)代生產(chǎn)中針對不同對象選擇何種無損檢測方法已成為人們關(guān)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(nèi)部和表面有無缺陷的手段。也就是說,它利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的異?；蛉毕莸拇嬖谒鸬膶?、聲、光、電、磁等反應(yīng)的變化,評價結(jié)構(gòu)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(yīng)用和發(fā)展。

一、激光技術(shù)在無損檢測領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展

激光技術(shù)在無損檢測領(lǐng)域的應(yīng)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(lǐng)域的應(yīng)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(shù),這些技術(shù)由于其在現(xiàn)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(lǐng)域的新成員。
1.激光全息無損檢測技術(shù)
激光全息術(shù)是激光技術(shù)在無損檢測領(lǐng)域應(yīng)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(shù)總應(yīng)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(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在缺陷。
激光全息無損檢測技術(shù)的發(fā)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(xiàn)干涉圖像的實時顯現(xiàn)。
(2)利用計算機圖像處理技術(shù)獲取干涉條紋的實時定量數(shù)據(jù)。
(3)采用新的干涉技術(shù),如相移干涉技術(shù)。在原來的基礎(chǔ)上進一步提高全息技術(shù)的分辨率和準確性。
2.激光超聲無損檢測技術(shù)
激光超聲技術(shù)是七十年代中期發(fā)展起來的無損檢測新技術(shù)。它利用Q開關(guān)脈沖激光器發(fā)出的激光束照射被測物體,激發(fā)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(yōu)越性如下。
(1)能實現(xiàn)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(nèi)提取信息,實現(xiàn)寬帶檢測。
(3)易于聚焦,實現(xiàn)快速掃描和成像。
3.激光無損檢測的發(fā)展
激光超聲檢測成本高,安全性較差,目前仍處于發(fā)展階段。但在無損檢測領(lǐng)域,激光超聲檢測在以下幾方面的應(yīng)用前景引起了人們的關(guān)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(fù)合材料的檢測、熱態(tài)鋼的在線檢測的報道,在化學(xué)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(shù)在無損檢測中的應(yīng)用與發(fā)展

超聲無損檢測技術(shù)(UT)是五大常規(guī)檢測技術(shù)之一,與其它常規(guī)無損檢測技術(shù)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(xiàn)場使用等特點。
1.超聲檢測技術(shù)的應(yīng)用
(1)目前大量應(yīng)用于金屬材料和構(gòu)件質(zhì)量在線監(jiān)控和產(chǎn)品的在投檢查。如鋼板、管道、焊鞋、堆焊層、復(fù)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(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)陶瓷材料、陶瓷基復(fù)合材料等,超聲檢測技術(shù)已成為復(fù)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(zhì)量檢驗,包括對其內(nèi)部缺陷、內(nèi)應(yīng)力、強度的檢測應(yīng)用也逐漸增多。
(4)大型結(jié)構(gòu)、壓力容器和復(fù)雜設(shè)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(shù)及超聲信號處理技術(shù)等多學(xué)科前沿成果于一體的超聲機器人檢測系統(tǒng)已研制成功,為復(fù)雜形狀構(gòu)件的自動掃描超聲成像檢測提供了有效手段。
(5)核電工業(yè)的超聲檢測。
(6)其它方面的超聲檢測。如醫(yī)學(xué)診斷廣泛應(yīng)用超聲檢測技術(shù);目前人們正試圖將超聲檢測技術(shù)用于開辟其它新領(lǐng)域和行業(yè),如人們正努力將超聲檢測技術(shù)用于血壓控制系統(tǒng)進行系統(tǒng)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(shù)的發(fā)展
在現(xiàn)代無損檢測技術(shù)中,超聲成像技術(shù)是一種令人矚目的新技術(shù)。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(xué)和力學(xué)性質(zhì),有著非常廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)代超聲成像技術(shù)都是計算機技術(shù)、信號采集技術(shù)和圖象處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)據(jù)采集技術(shù)、圖象重建技術(shù)、自動化和智能化技術(shù)以及超聲成像系統(tǒng)的性能價格比等發(fā)展直接影響超聲檢測圖像化的進程?，F(xiàn)代超聲成像技術(shù)大多有自動化和智能化的特點,因而有許多優(yōu)點,如檢測的一致性好,可靠性、復(fù)現(xiàn)性高,存儲的檢測結(jié)果可隨時調(diào)用,并可以對歷次檢測的結(jié)果自動比較,以對缺陷做動態(tài)檢測等。
目前已經(jīng)使用和正在開發(fā)的成像技術(shù)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(shù)。
三、射線技術(shù)在無損檢測領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用與發(fā)展

1.射線檢測技術(shù)的應(yīng)用
射線檢測技術(shù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)不連續(xù)性的技術(shù)。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(nèi)部不連續(xù)的圖像。
(1)早期使用在石油工業(yè).分析鉆井巖芯。
(2)在航空工業(yè)用于檢驗與評價復(fù)合材料和復(fù)合結(jié)構(gòu)。評價某些復(fù)合件的制造過程。也用于一系列情況下樣件的評價;這種檢測與評價過程,大大簡化了取樣破壞分析過程。
(3)檢測大型固體火箭發(fā)動機,這樣的射線系統(tǒng)使用電子直線加速器X射線源,能量高迭25MeV,可檢驗直徑達3m的大型同體火箭發(fā)動機。
(4)檢驗小型、復(fù)雜、精密的鑄件和鍛件,進行缺陷檢驗和尺寸測量。
(5)檢查工程陶瓷和粉末冶金產(chǎn)品制造過程發(fā)生的材料或成分變化,特別是對高強度、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。
(6)組件結(jié)構(gòu)檢查。
2.射線檢測技術(shù)的發(fā)展
(1)數(shù)字射線照相技術(shù)時代。1990年,R.Halmshaw和N.A.Ridyard在《英國無損檢測雜志》上發(fā)表題為“數(shù)字射線照相方法評述”的文章,在評述了各種數(shù)字射線照相方法的發(fā)展之后認為,數(shù)字射線照相時代已經(jīng)到來。近年來射線檢測技術(shù)發(fā)展的基本特點是數(shù)字圖象處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于射線檢測。射線層析檢測和實時成像檢測技術(shù)的重要基礎(chǔ)之一是數(shù)字圖象處理技術(shù),即使常規(guī)膠片射線照相技術(shù),也在采用數(shù)字圖象處理技術(shù)。 (2)今后重點應(yīng)用的技術(shù)。1994年Harold Berger在美國《材料評價》發(fā)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(shù)將得到廣泛應(yīng)用:①數(shù)字X射線實時檢測系統(tǒng)在制造、在役檢驗和過程控制方面。②具有數(shù)據(jù)交換、使用NDT工作站的計算機化的射線檢測系統(tǒng)。③小型、低成本的CT系統(tǒng)。④微焦點放大成像的x射線成像檢驗系統(tǒng)。⑤小型高靈敏度的X射線攝像機。⑥大面積的光電導(dǎo)X射線攝像機。

四、無損檢測的發(fā)展趨勢

1.超聲相控陣技術(shù)
超聲檢測是應(yīng)用最廣泛的無損檢測技術(shù),具有許多優(yōu)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(shù)得到快速發(fā)展。其中,超聲相控陣技術(shù)是近年來超聲檢測中的一個新的技術(shù)熱點。
超聲相控陣技術(shù)使用不同形狀的多陣元換能器來產(chǎn)生和接收超聲波波束,通過控制換能器陣列中各陣元發(fā)射(或接收)脈沖的時間延遲,改變聲波到達(或來自)物體內(nèi)某點時的相位關(guān)系,實現(xiàn)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(jié)合的方法來實現(xiàn)圖像成像。與傳統(tǒng)超聲檢測相比,由于聲束角度可控和可動態(tài)聚焦,超聲相控陣技術(shù)具有可檢測復(fù)雜結(jié)構(gòu)件和盲區(qū)位置缺陷和較高的檢測頻率等特點,可實現(xiàn)高速、全方位和多角度檢測。對于一些規(guī)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(shù)可提高檢測效率、簡化設(shè)計、降低技術(shù)成本。特別是在焊縫檢測中,采用合理的相控陣檢測技術(shù),只需將換能器沿焊縫方向掃描即可實現(xiàn)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(shù)將在330～3300 MHz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(zhì)的脫粘、夾雜等的位置和尺寸,檢測復(fù)合材料內(nèi)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(shù)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(chǎn)過程中非直線性的監(jiān)控成為可能。它還可提供精確的數(shù)據(jù),使缺陷區(qū)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(shù)就可隨時獲得缺陷區(qū)域的三維實時圖像。微波無損檢測設(shè)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(dǎo)電性能較好的復(fù)合材料,因而不能檢測此類復(fù)合結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷,只能檢測金屬表面裂紋缺陷及粗糙度。
近年來,隨著軍事工業(yè)和航空航天工業(yè)中各種高性能的復(fù)合材料、陶瓷材料的應(yīng)用,微波無損檢測的理論、技術(shù)和硬件系統(tǒng)都有了長足的進步,從而大大推動了微波無損檢測技術(shù)的發(fā)展。