淺談無損探傷檢測成像技術(shù)的發(fā)展

肖天雷 王舒卉 茅曉晨

【摘? 要】無損探傷檢測技術(shù)是一門綜合性應用學科，隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展而獲得越來越廣泛的應用。文章針對無損探傷檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、主流的檢測和成像方法，以及發(fā)展方向進行介紹和探討。

【關(guān)鍵詞】無損檢測;成像;發(fā)展

引言

隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全已經(jīng)成為人們關(guān)心的重中之重。無損探傷檢測以其適用范圍廣、安全性高得到了廣泛的應用。它不僅可以探測產(chǎn)品零部件的缺陷、檢查焊接是否牢固，還可以檢測物體表面涂層是否有缺陷等。無損探傷檢測已經(jīng)成為汽車、航天、建筑等行業(yè)不可或缺的一部分。

無損探傷技術(shù)是指在不破壞被檢測對象內(nèi)外部結(jié)構(gòu)與組織的基礎上，對特定對象進行的無損化檢驗與檢測。目的是為了掌握結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀況，為采取相應的技術(shù)處理措施提供基礎性參考與依據(jù)。其基本過程是采用無損檢測手段，確定檢測信息為偽缺陷、相關(guān)缺陷或非相關(guān)缺陷，然后評估確定該構(gòu)件是否符合特定的可接受的標準。

1.發(fā)展現(xiàn)狀

無損探傷檢測技術(shù)是一門交叉學科，它作為工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一部分，在國外已發(fā)展了100多年，我國從上世紀50年代也開始無損檢測的研究，在總體上還很薄弱。近年來，我國在統(tǒng)一標準、政策制定、環(huán)境優(yōu)化等方面實施了一系列政策。至今我國已通過各種金屬無損探傷規(guī)程近200項，極大地加速了無損檢測領域的發(fā)展。

目前無損探傷檢測的發(fā)展具有自動化、圖像化、智能化等特點。無損檢測技術(shù)不但要在不損傷被檢對象使用性能的前提下，探測其內(nèi)部或表面的各種缺陷， 判斷缺陷的位置、大小、形狀和性質(zhì)，還應能對對象的固有屬性、狀態(tài)和發(fā)展趨勢（安全性和剩余壽命）等進行分析和預測， 并做出綜合評價。

2.主流無損探傷檢測成像技術(shù)

2.1 CT斷層掃描和可視化三維重建技術(shù)

CT斷層掃描系統(tǒng)采用線陣探測器獲取投影數(shù)據(jù)重建出斷層圖像，將采集到的上千幅二維斷層圖像通過三維重建算法在計算機內(nèi)還原成工件的三維數(shù)據(jù)模型。CT不受試件結(jié)構(gòu)形狀的影響，可以反映樣品表面和內(nèi)部的狀況。目前，CT斷層掃描和可視化三維重建技術(shù)已經(jīng)非常成熟，廣泛應用于寶馬等知名廠商的生產(chǎn)線上。

2.2康普頓散射成像檢測技術(shù)。

1976年前蘇聯(lián)完成了γ射線康普頓散射成像檢驗金屬表面缺陷的實驗?？灯疹D散射成像檢驗技術(shù)采用散射成像，射線源與檢測器位于物體的同一側(cè)，其技術(shù)上的顯著特點是：①單側(cè)幾何布置，即射線源與檢測器位于物體的同一側(cè)。②一次掃描可得到三維圖象，具有層析功能，一次可得到多個截面的圖象。③在理論上圖象的對比度可達到100%。由于采用散射成像，因此康普頓散射成像技術(shù)主要適于低原子序數(shù)物質(zhì)、近表面區(qū)較小厚度范圍內(nèi)缺陷的檢驗。

2.3超聲無損檢測成像技術(shù)

超聲成像技術(shù)就是用超聲波獲得物體可見圖像的方法。由于聲波可以穿透很多不透光的物體，故利用聲波可以獲得這些物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)聲學特性的信息。超聲成像技術(shù)將這些信息變成人眼可見的圖像， 即可以獲得不透光物體（金屬）內(nèi)部聲學特性分布的圖像。

超聲成像技術(shù)在很長一段時間內(nèi)只能生成二維影像，對金屬內(nèi)部橫向缺陷檢測能力差，表面缺陷與近表面缺陷容易混淆。但在2008年日本開發(fā)出了利用超聲波反射來實現(xiàn)金屬等物體內(nèi)部三維影像化的系統(tǒng)“三維超聲波探傷系統(tǒng)”。與以前的方式相比，能以更短的時間檢查金屬等物體的整個內(nèi)部情況。

2.4激光無損檢測成像技術(shù)

激光技術(shù)在無損檢測領域的應用始于七十年代初期，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)由于其特殊的性能而擴大了無損檢測的應用范圍。例如其可用于高溫條件下熱鋼材的在線檢測，也適用于不宜接近的放射性樣品的檢測。此外，由于激光照射角度靈活，它還可以用于檢測外形不規(guī)則的樣品、或者更加全面的完成復合材料的檢測。

2.5微波無損檢測成像技術(shù)

微波無損檢測技術(shù)是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，檢測復合材料內(nèi)部密度的不均勻程度。

微波相比于超聲波不需要耦合劑，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。

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電性能較好的復合材料，因而不能檢測此類復合結(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。

2.6超聲渦流復合式無損檢測成像技術(shù)

超聲和渦流檢測技術(shù)可以用來互相補充檢測不同部位、不同缺陷和不同構(gòu)件，也可以兩者相互驗證檢測同一部位的缺陷。渦流檢測技術(shù)是以電磁感應為基礎的檢測方法，適用于導電材料。它對工件表面或近表面缺陷有很高的檢出率且在一定范圍內(nèi)有良好的線性指示，可對大小不同的缺陷進行評價。加拿大Lamarrea、Dupuiso和Molesm于2006年用超聲和渦流陣列檢測技術(shù)對鋁制品的摩擦焊縫進行全面檢測，非?？煽康貦z測出摩擦焊縫內(nèi)部的體積型缺陷。英國Edwards R. S、Sophiana 等人也于2006年將一個含有一對電磁超聲傳感器的雙重探頭和一個渦流探頭相結(jié)合，利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)得到樣品缺陷的描述。

3.發(fā)展趨勢和展望

無損檢測成像技術(shù)發(fā)展的歷史清楚地記載了人們對物體各種特性的認知的過程。無損檢測成像技術(shù)隨著科學技術(shù)的進步而發(fā)展， 可以說是先進科學技術(shù)的集合。不同無損檢測方式的融合以及成像的智能化分析將成為今后的發(fā)展方向。無損檢測成像技術(shù)的發(fā)展必將促進整體工業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展，促進了不同的行業(yè)技術(shù)升級，又反過來推動了損檢測技術(shù)進入新的發(fā)展階段。

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作者簡介：肖天雷（1987-），男，上海人，碩士研究生，中級工程師，研究方向為在線檢測與校準技術(shù)。