在現(xiàn)代生產(chǎn)中針對(duì)不同對(duì)象選擇何種無(wú)損檢測(cè)方法已成為人們關(guān)注的問(wèn)題,為解決好這個(gè)問(wèn)題,就必須對(duì)無(wú)損檢測(cè)方法及其特征有較全面的了解。所謂無(wú)損檢測(cè),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(wú)缺陷的手段。也就是說(shuō),它利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的異常或缺陷的存在所引起的對(duì)熱、聲、光、電、磁等反應(yīng)的變化,評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)異常和缺陷存在及其危害程度。下面簡(jiǎn)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(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展

激光技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)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(dú)特性能,使其在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大,并逐漸形成了激光全息、激光超聲等無(wú)損檢測(cè)新技術(shù),這些技術(shù)由于其在現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)方面具有獨(dú)特能力而無(wú)可爭(zhēng)議地成為無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的新成員。
1.激光全息無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
激光全息術(shù)是激光技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用最早、用得最多的方法。激光全息無(wú)損檢測(cè)約占激光全息術(shù)總應(yīng)用的25%。其檢測(cè)的基本原理是通過(guò)對(duì)被測(cè)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(diǎn),通過(guò)加載前后所形成的全息圖像的疊加來(lái)反映材料、結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在缺陷。
激光全息無(wú)損檢測(cè)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(shí)現(xiàn)干涉圖像的實(shí)時(shí)顯現(xiàn)。
(2)利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)獲取干涉條紋的實(shí)時(shí)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(lái)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高全息技術(shù)的分辨率和準(zhǔn)確性。
2.激光超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
激光超聲技術(shù)是七十年代中期發(fā)展起來(lái)的無(wú)損檢測(cè)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(cè)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(wú)損檢測(cè)方法相比,激光超聲檢測(cè)的主要優(yōu)越性如下。
(1)能實(shí)現(xiàn)一定距離之外的非接觸檢測(cè),不存在耦合與匹配問(wèn)題。
(2)利用超短激光脈沖可以得到超短聲脈沖和高時(shí)間分辨率,可以在寬帶范圍內(nèi)提取信息,實(shí)現(xiàn)寬帶檢測(cè)。
(3)易于聚焦,實(shí)現(xiàn)快速掃描和成像。
3.激光無(wú)損檢測(cè)的發(fā)展
激光超聲檢測(cè)成本高,安全性較差,目前仍處于發(fā)展階段。但在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域,激光超聲檢測(cè)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(cè).如熱鋼材的在線檢測(cè);(2)適用于某些不宜接近的樣品,如放射性樣品的檢測(cè);(3)激光束可入射到任何部位,可用于檢測(cè)形狀奇異的樣品;(4)可用于超薄超細(xì)的樣品及表面或亞表面層的檢測(cè)。國(guó)外近幾年已有將激光超聲檢測(cè)用于飛機(jī)復(fù)合材料的檢測(cè)、熱態(tài)鋼的在線檢測(cè)的報(bào)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(guò)程中膜層厚度的實(shí)時(shí)檢測(cè)方面也進(jìn)行了研究。

二、超聲檢測(cè)技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用與發(fā)展

超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)(UT)是五大常規(guī)檢測(cè)技術(shù)之一,與其它常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比,它具有被測(cè)對(duì)象范圍廣。檢測(cè)深度大;缺陷定位準(zhǔn)確,檢測(cè)靈敏度高;成本低,使用方便;速度快,對(duì)人體無(wú)害以及便于現(xiàn)場(chǎng)使用等特點(diǎn)。
1.超聲檢測(cè)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(jī)車車輛零部件、棱元件及集成電路引線的檢測(cè)等。
(2)各種新材料的檢測(cè)。如有機(jī)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(cè)技術(shù)已成為復(fù)合材料的支柱。
(3)非金屬的檢測(cè)。如混凝土、巖石、樁基和路面等質(zhì)量檢驗(yàn),包括對(duì)其內(nèi)部缺陷、內(nèi)應(yīng)力、強(qiáng)度的檢測(cè)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(cè)。由于超聲成像直觀易懂,檢測(cè)精度較高。因此,近幾年我國(guó)集超聲成像技術(shù)及超聲信號(hào)處理技術(shù)等多學(xué)科前沿成果于一體的超聲機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)已研制成功,為復(fù)雜形狀構(gòu)件的自動(dòng)掃描超聲成像檢測(cè)提供了有效手段。
(5)核電工業(yè)的超聲檢測(cè)。
(6)其它方面的超聲檢測(cè)。如醫(yī)學(xué)診斷廣泛應(yīng)用超聲檢測(cè)技術(shù);目前人們正試圖將超聲檢測(cè)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(cè)技術(shù)用于血壓控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)作非接觸檢測(cè)、辨識(shí)。性能分析和故障診斷等。
2.超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展
在現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)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。現(xiàn)代超聲成像技術(shù)都是計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)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(dòng)化和智能化技術(shù)以及超聲成像系統(tǒng)的性能價(jià)格比等發(fā)展直接影響超聲檢測(cè)圖像化的進(jìn)程。現(xiàn)代超聲成像技術(shù)大多有自動(dòng)化和智能化的特點(diǎn),因而有許多優(yōu)點(diǎn),如檢測(cè)的一致性好,可靠性、復(fù)現(xiàn)性高,存儲(chǔ)的檢測(cè)結(jié)果可隨時(shí)調(diào)用,并可以對(duì)歷次檢測(cè)的結(jié)果自動(dòng)比較,以對(duì)缺陷做動(dòng)態(tài)檢測(cè)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(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用與發(fā)展

1.射線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用
射線檢測(cè)技術(shù)是利用射線(X射線、射線、中子射線等)穿過(guò)材料或工件時(shí)的強(qiáng)度衰減,檢測(cè)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不連續(xù)性的技術(shù)。穿過(guò)材料或工件的射線由于強(qiáng)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(yàn)與評(píng)價(jià)復(fù)合材料和復(fù)合結(jié)構(gòu)。評(píng)價(jià)某些復(fù)合件的制造過(guò)程。也用于一系列情況下樣件的評(píng)價(jià);這種檢測(cè)與評(píng)價(jià)過(guò)程,大大簡(jiǎn)化了取樣破壞分析過(guò)程。
(3)檢測(cè)大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī),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(yàn)直徑達(dá)3m的大型同體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。
(4)檢驗(yàn)小型、復(fù)雜、精密的鑄件和鍛件,進(jìn)行缺陷檢驗(yàn)和尺寸測(cè)量。
(5)檢查工程陶瓷和粉末冶金產(chǎn)品制造過(guò)程發(fā)生的材料或成分變化,特別是對(duì)高強(qiáng)度、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。
(6)組件結(jié)構(gòu)檢查。
2.射線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展
(1)數(shù)字射線照相技術(shù)時(shí)代。1990年,R.Halmshaw和N.A.Ridyard在《英國(guó)無(wú)損檢測(cè)雜志》上發(fā)表題為“數(shù)字射線照相方法評(píng)述”的文章,在評(píng)述了各種數(shù)字射線照相方法的發(fā)展之后認(rèn)為,數(shù)字射線照相時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。近年來(lái)射線檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的基本特點(diǎn)是數(shù)字圖象處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于射線檢測(cè)。射線層析檢測(cè)和實(shí)時(shí)成像檢測(cè)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(diǎn)應(yīng)用的技術(shù)。1994年Harold Berger在美國(guó)《材料評(píng)價(jià)》發(fā)表的“射線無(wú)損檢測(cè)的趨勢(shì)”中提出,在20世紀(jì)的最后10年和21世紀(jì)的初期,下列技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用:①數(shù)字X射線實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)在制造、在役檢驗(yàn)和過(guò)程控制方面。②具有數(shù)據(jù)交換、使用NDT工作站的計(jì)算機(jī)化的射線檢測(cè)系統(tǒng)。③小型、低成本的CT系統(tǒng)。④微焦點(diǎn)放大成像的x射線成像檢驗(yàn)系統(tǒng)。⑤小型高靈敏度的X射線攝像機(jī)。⑥大面積的光電導(dǎo)X射線攝像機(jī)。

四、無(wú)損檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)

1.超聲相控陣技術(shù)
超聲檢測(cè)是應(yīng)用最廣泛的無(wú)損檢測(cè)技術(shù),具有許多優(yōu)點(diǎn),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(lái)超聲檢測(cè)中的一個(gè)新的技術(shù)熱點(diǎn)。
超聲相控陣技術(shù)使用不同形狀的多陣元換能器來(lái)產(chǎn)生和接收超聲波波束,通過(guò)控制換能器陣列中各陣元發(fā)射(或接收)脈沖的時(shí)間延遲,改變聲波到達(dá)(或來(lái)自)物體內(nèi)某點(diǎn)時(shí)的相位關(guān)系,實(shí)現(xiàn)聚焦點(diǎn)和聲束方向的變化,然后采用機(jī)械掃描和電子掃描相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像成像。與傳統(tǒng)超聲檢測(cè)相比,由于聲束角度可控和可動(dòng)態(tài)聚焦,超聲相控陣技術(shù)具有可檢測(cè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件和盲區(qū)位置缺陷和較高的檢測(cè)頻率等特點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)高速、全方位和多角度檢測(cè)。對(duì)于一些規(guī)則的被檢測(cè)對(duì)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(cè)效率、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、降低技術(shù)成本。特別是在焊縫檢測(cè)中,采用合理的相控陣檢測(cè)技術(shù),只需將換能器沿焊縫方向掃描即可實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫的覆蓋掃查檢測(cè)。
2.微波無(wú)損檢測(cè)
微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)將在330～3300 MHz中某段頻率的電磁波照射到被測(cè)物體上,通過(guò)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(cè)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(cè)復(fù)合材料內(nèi)部密度的不均勻程度。
微波的波長(zhǎng)短、頻帶寬、方向性好、貫穿介電材料的能力強(qiáng),類似于超聲波。微波也可以同時(shí)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(duì)材料的污染。由于微波能穿透對(duì)聲波衰減很大的非金屬材料,因此該技術(shù)最顯著的特點(diǎn)在于可以進(jìn)行最有效的無(wú)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(guò)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(zhǔn)確測(cè)定。此外,無(wú)需做特別的分析處理,采用該技術(shù)就可隨時(shí)獲得缺陷區(qū)域的三維實(shí)時(shí)圖像。微波無(wú)損檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)單、費(fèi)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(cè)此類復(fù)合結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷,只能檢測(cè)金屬表面裂紋缺陷及粗糙度。
近年來(lái),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(wú)損檢測(cè)的理論、技術(shù)和硬件系統(tǒng)都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步,從而大大推動(dòng)了微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。