浅谈无损检测及其新技术应用

浅谈无损检测及其新技术应用摘要：由于无损检测设计面非常广，在许多行业的发展都十分迅猛，本文介绍了当前无损检测领域中常用技术，如超声、射线、渗透、涡流、磁粉等常规无损检测技术，以及迅速发展并受人们普遍关注的超声相控阵、激光、红光、微波等无损检测新技术，包括其基本原理、技术特点及应用范围关键词：无损检测技术；超声相控技术；激光无损检测；微博无损检测引言：无损检测技术是一门新兴的综合性应用学科，它是在不破坏被检测对象的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化，来探测各种工程材料、零部件、结构件内部和表面缺陷，并对缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化作出判断和评价。

一、常规无损检测方法无损检测技术是产品质量控制中不可或缺的基础技术，随着产品复杂程度增加和对安全性的严格要求，无损检测技术在产品质量控制中发挥着越来越重要的作用。

目前常用的无损检测方法主要有：超声检测、射线照相检测、液体渗透检测、涡流检测、磁粉检测等五种。

1、超声检测。

超声检测是利用超声波在介质中传播时产生衰减，遇到界面产生反射的性质来检测缺陷的无损检测方法，该方法具有灵敏度高、指向性好、穿透能力强，检测速度快的优点，超声检测是无损检测中应用最为广泛的方法之一，适用于各种尺寸的锻件、轧制件、焊缝和某些铸件，无论是钢铁、有色金属或非金属，都可以采用超声法进行检测。

包括各种机械零件、结构件、电站设备、船体、压力容器等，就物理性能而言，用超声法可以检测厚度、材料硬度、淬硬层深度、晶粒度、液位和流量、残余应力和胶接强度等，但无法检测表面和近表面的延伸方向平等于表面的缺陷，表面粗糙、形状复杂的试件，此外，该方法对缺陷的定性、定量表征常常不准确，超声检测常使用的超声探伤仪、探头、耦合剂等。

2、射线检测射线检测是基于被检测对透入射线（无论是电磁辐射还是粒子辐射）的不同吸收来检测零件内部缺陷的检测方法，工业应用的射线检测技术主要用X射线，γ射线和中子射线，使用得最广泛的是X射线照相检测，射线检测技术可划分为四部分：射线实时成像检测技术；层析射线检测技术；辐射测量技术，射线检测技术几乎适用于所有材料，能直观地显示缺陷影像，便于对缺陷进行定性、定量分析，射线底片课长期保存，对体积型缺陷比较灵敏，但难于发现垂直射线方向的薄层缺陷，检测费用较高，同时射线对人体模型有害，需作特殊保护。

射线检测技术一般适用于检测焊缝和铸件中存在的气孔、夹渣、密集气孔、冷隔和未焊透、未融合等缺陷。

3、渗透检测渗透检测是最早使用的无损检测方法之一，它基于毛细管现象揭示非多孔固体表面开口缺陷，其方法是将液体渗透液渗入工件表面开口缺陷中，用去除剂清除多余渗透液后，用显像剂表示出缺陷，包括预处理、渗透、去除、干燥、显像、检验和后处理共7个步骤渗透检测方法简单，成本低廉，缺陷显示直观，检测灵敏度高，可检测的材料与缺陷范围广，一次操作可检测多个零件，但只能检出零件的表面开口的缺陷，不适用于多孔材料的检测，对零件和环境有污染，渗透检测适用于各种锻件、铸件、焊接件、机架工件、陶瓷、塑料、玻璃制品的表面裂纹、折叠、冷隔、疏松等缺陷的检测。

4、涡流检测涡流检测是基于电磁感应原理揭示导电材料表面和近表面缺陷的无损检测方法，涡流检测速度快，特别适用管、棒材的检测，对于表面和近表面缺陷有较高的灵敏度，可对大小不同的缺陷进行评价，能在高温状态下进行探伤，可用于异型材和小零件的检测，不仅适用于导电材料的缺陷检测，而且可检测材料的电导率、磁导率、热处理状况、硬度和几何尺寸等，使用广泛，根据不同的检测目的，可采用涡流电导仪、涡流探伤仪、涡流测厚仪等不同类型的仪器，涡流检测机动化率较高，但只能检测导电材料，难以判断缺陷种类，灵敏度相对较低。

5、磁粉检测磁粉检测是基于缺陷处漏磁场与磁粉相互作用而显示铁磁性材料表面和近表面缺陷的无损检测方法。

包括预处理、磁化工件、施加磁粉或磁悬液、磁痕分析和评定、退磁、后处理等6个基本步骤。

磁粉检测技术可用于检测裂纹、折叠、夹层、夹渣等，磁粉检测所用设备简单、操作方便、观察缺陷直观快捷，能确定缺陷的位置、大小和形状，有较高的检测灵敏度，尤其对裂纹特别敏感，但只能检测铁磁材料，探伤前必须清洁工件，某些应用要求探伤后给工件退磁，磁粉检测虽然古老，但经久不衰，是由于该方法操作简单、直观、结果可靠、速度快、价格低等优点，现在仍被航虹、航天、冶金、机械、石油等行业广泛应用。

二、无损检测新技术随着工业生产和科学技术的进度，无损检测技术也得到飞速发展，不仅超声、射线等传统的检测技术青春常驻，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、声发射、微波、远场涡流、电磁超声、磁记忆、超生相控阵等众多的无损检测新技术、新方法。

他们中的大部分在短时间内就在工业生产中得到应用。

1、超生相控阵技术。

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、超生相控阵技术得到快速发展，其中，超生相控阵技术是近年来超声检测中的一个新的技术热点。

超生相控阵技术使用不同形状的多阵元换能器来产生和接受超声波波束，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，视线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，超生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率等特点，可实现高速、全方位和多角度检测，对于一些规则的被检测对象，如管型焊缝、板材和管材等，超生相控阵技术可提高检测效率、简化设计、降低技术成本，特别是在焊缝检测中，采用合理的相控阵检测技术，只需将换能器沿焊缝方向扫描即可实现对焊缝的覆盖扫查检测。

激光无损检测。

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、最多第一种方法。

其基本原理就是通过被测物体施加外加载荷，利用有缺陷部位的型变量与其他部位不同的特点，通过加载前、后所形成的全息图像叠加来判断材料、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、印刷电路板、飞机轮胎等的质量缺陷检测中。

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，可检测缺陷类型包括分层、脱粘、冲击损伤和空洞等，激光散斑干涉技术受外界干扰少，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，二超声波却可以，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，反射灯非干涉技术或差分、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，激光超声技术不适用耦合剂，有极强的抗干扰能力，易于实现远距离的遥控，具有快速、非接触、不受被检对象结构形状影响的特点，目前，已在航空领域中得到较好的应用。

3、红外无损检测。

红外无损检测是基于红外辐射原理，通过扫描记录或观察被检测工作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，红外探测具有非接触、遥感、大面积、快速有效、结果直接的优点。

红外热波技术是最新发展起来的一种无损检测技术，收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的缺陷的无损检测，该方法使用大功率闪光灯、超声波、激光、微波和电磁感应作为热源，具有适用性广、速度快、直观、可定量测量等特点。

美国、俄罗斯、加拿大等国已将红外热波检测技术广泛应用于飞机复合材料构件内部缺陷及胶接质量检测，蒙皮铆接质量检测，Atlas空间发射舱复合脱粘检测，A3火箭无损检测作为一项通用技术，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。

4、微波无损检测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，通过分析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，确定分层媒质的脱粘、夹杂等的位置和尺寸，检测符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、贯穿介垫材料的能力强，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，避免了耦合剂对材料的污染，由于微波能穿透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，无需做特别的分析处理，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盒导电性能好的复合材料，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。

近年来，随着军事工业和航空航天工业中各种高性能的复合材料、陶瓷材料的应用，微波无损检测的理论、技术和硬件系统都得到了长足的进度，从而大大的推动了微波无损检测技术的发展。

结束语：近年来，无损检测技术的发展比以往任何时候都更快、更新、无损检测已经更深入、更广泛的参与到国计民生的各个领域，相信在不远的将来，新生领域如纳米材料、微机电器件行业的无损检测技术将会得到更加迅猛的发展。

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