項目三：無損檢測認知

1.什么是無損檢測

無損檢測指在檢測被檢對象的同時，不影響或不損害其使用性能、不傷害其內部組織的一種技術，人稱工業醫生。其原理為利用材料結構組織異常或缺陷存在引起的熱、聲、光、電、磁等反應的變化，以物理或化學方法為手段，借助現代化的技術和設備器材，對試件內部及表面的結構、狀態及缺陷的類型、數量、形狀、性質、位置、尺寸、分布及其變化進行有效的檢查和測試。目前，在我國現代化工業突飛猛進的過程中，無損檢測技術在軌道交通、航空航天、船舶制造、國防科技領域獲得廣泛應用，成為控制產品質量、保證設備安全運行的重要技術支撐，對于改進產品質量，保證材料、零件和產品的可靠性，保障設備的安全運行以及提高生產效率、降低成本等都起著重要的作用，是發展現代工業和科學技術必不可少的重要技術手段，也是進行全面“質量管理”的重要環節，在一定程度上直接反映了我國的工業發展水平。

其中，在軌道交通領域，隨著時速350km跨海高鐵的快速建設、時速600km高速磁懸浮列車的研制成功，在我國高速鐵路的飛速發展同時，運行安全亦得到了人們的高度重視。無損檢測技術作為一門綜合性技術，現已廣泛應用于機車車輛的車軸、車輪、滾動軸承、轉向架側架、搖枕等關鍵零部件的加工生產、質量改進、修理維護過程中，對于保障軌道車輛的安全運行起著至關重要的作用。

在無損檢測技術的應用中，其中主要方法包括：射線檢測（RT）、超聲波檢測（UT）、磁粉檢測（MT）、滲透檢測（PT）和渦流檢測（ET）五種，其他無損檢測方法有聲發射檢測（AE）、熱像/紅外（TIR）、泄漏試驗（LT）、交流場測量技術（ACFMT）、漏磁檢測（MFL）、遠場測試檢測方法（RFT）、超聲波衍射時差法（TOFD）等。針對不同的行業，相關人員必須進行應用方法的系統培訓，取得相應證書才得上崗。在具體應用過程中，針對檢測對象需要配備專業的檢驗/檢測人員、選擇最佳的檢測方法/技術、制定嚴格的檢測工藝對產品實施檢測。

2.無損檢測特點

無損檢測作為工業發展中必不可少的有效工具，其主要特點是：非破壞性、互容性、動態性、嚴格性以及檢測結果的分歧性等。

（1）非破壞性 與拉伸、壓縮、彎曲、金相等破壞性檢測技術不同，無損檢測技術在獲得檢測結果的同時，剔除不合格品外，檢測過程不會損壞試件，因此，檢測規模不受零件多少的限制，既可抽樣檢測，又可在必要時采用普檢，因而更具有靈活性（普檢、抽檢均可）和可靠性。在實踐工程應用中，破壞性測試用于使用原材料的制造，成品以及耗材，除非它們不準備繼續使用，否則將無法執行破壞性測試，而非破壞性測試不會損害被測物體的性能，因此，它不僅可以檢查原材料制造的整個過程，中間過程環節以及最終產品，還可以檢查使用中的設備。可以說，通過無損檢測，許多行業產品的使用壽命大大提高，性能也得到了提高。

（2）互容性 即指檢測方法的互容性，對于同一零件可同時或依次采用不同的檢測方法，而且針對相同工件又可重復地進行同一種檢測。例如，在軌道車輛齒輪傳動系統的在役檢修維護過程中，可對齒輪采用滲透、磁粉、渦流等多種方法進行檢測，對比分析各種無損檢測方法對齒輪傳送系統在役檢測的合適程度，選擇適用的一種或者多種無損檢測方法組合，滿足齒輪的檢測需求，優化檢測工藝，提高檢測效率。

（3）動態性 無損檢測可對使用中的設備進行經常性、定期性或者實時檢測（稱為在役檢測）。因此無損檢測技術能及時發現影響設備繼續安全運行或使用的隱患，防止事故的發生。例如，疲勞裂紋、產品中原有的微小缺陷等，此類缺陷在使用過程中容易擴展成為危險性缺陷，特別是重要的大型設備，采用無損檢測技術對其進行在役檢測，不僅能盡早發現或者確認危害設備安全運行的隱患，而且能確定缺陷類型、尺寸、位置、形狀或取向等，根據斷裂力學理論和損傷容限設計、耐久性等對設備構件狀態、能否繼續使用、安全使用的極限壽命或者剩余壽命做出評估和判斷。因此無損檢測技術不僅是產品設計制造過程和最終成品靜態質量控制的重要手段，而且幾乎是保障產品安全使用與運行的動態質量控制的唯一手段。

（4）嚴格性 指無損檢測技術的嚴格性，首先無損檢測需要專用儀器、設備，同時也需要專門訓練的檢測人員，按照嚴格的規程和標準進行操作。應用無損檢測技術，相關的雇主或責任單位應對無損檢測人員、無損檢測設施和無損檢測檔案進行有效管理。相關人員應按照標準規定進行資格鑒定與認證，并取得相應的證書，經認證的無損檢測人員按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個等級從事相應的工作，此外還應得到雇主或責任單位的授權，涉及到特定目的的無損檢測人員，還應按相關的法規或者標準要求進行附加認證。無損檢測設備和器材的制造商應按相應的標準組織生產和提供服務。

檢測結果的分歧性：不同的檢測人員對同一試件進行檢測時，其檢測結果主要受三個方面因素的影響：

1）檢測人員的技術水平、操作技能、知識水準等。

2）檢測人員對工作的責任心。

3）檢測人員在操作期間的心理和生理狀況，因此檢測結果可能會產生分歧，故同一檢測項目往往要由兩個及以上檢測人員來完成，針對不同的檢測結果需要“會診”，確保檢測結果的可靠性與準確性。

3.無損檢測方法及應用

經過數十年的不斷發展，無損檢測技術種類方法眾多，根據美國國家宇航局調研分析，認為可分為六大種類約70余種，在各領域的實際應用中，比較常見的有超聲波檢測技術（UT）、射線檢測技術（RT）、滲透檢測技術（PT）、磁粉檢測技術（MT）、渦流檢測技術（ET）。

（1）超聲波檢測技術 超聲波檢測技術是利用材料本身或內部缺陷的聲學性質的變化對超聲波傳播產生一定的影響，通過對超聲波受影響程度和狀況的監測分析，來非破壞性探測材料內部和表面的缺陷（如裂紋、氣孔、夾渣等）的大小、形狀和分布狀況以及測定材料性質的一種主要的無損檢測技術方法。超聲波檢測主要應用于對金屬板材、管材和棒材，鑄件、鍛件和焊縫以及橋梁、房屋建筑等混泥土構件的檢測。

與其他無損檢測方法如射線、電磁波、光波等相比，超聲波檢測最大的特點是穿透力強，幾乎可以在任何物體中傳播，同時，超聲波檢測還具有靈敏度高、檢測速度快、成本低、設備輕巧便于攜帶、可實現自動化和對人體無害等一系列優點，在鐵路、航空航天、電力、石油化工、機械、特種設備等眾多領域被廣泛應用，已然成為保證產品質量、保障設備設施安全運行、節約能源、降低成本的一種重要手段，也是目前國內外應用最廣泛、使用頻率最高且發展較快的一種無損檢測技術。

（2）射線檢測技術 射線檢測，本質上是利用電磁波或者電磁輻射（X射線和γ射線）的能量進行檢測的技術。射線在穿透物體過程中會與物質發生相互作用，如果被透照物體（工件）的局部存在缺陷，且構成缺陷的物質的衰減系數又不同于試件（例如，在焊縫中，氣孔缺陷里面的空氣衰減系數遠遠低于鋼的衰減系數），該局部區域的透過射線強度就會與周圍產生差異。把膠片放在適當位置使其在透過射線的作用下感光，經過暗室處理后得到底片。由于缺陷部位和完好部位的透射射線強度不同，底片上相應部位會出現黑度差異。射線檢測員通過對底片的觀察，根據其黑度的差異，便能識別缺陷的位置和性質。

射線檢測在工業上有著非常廣泛的應用，不僅可用于金屬材料（黑色金屬和有色金屬）檢測，也可用于非金屬材料和復合材料的檢測，特別是它還可以用于放射性材料的檢測。檢測技術對被檢工件或試件的表面和結構沒有特殊要求，所以它可以應用于各種產品的檢測，應用于各種缺陷的檢測。在工業中，應用最廣泛的是鑄件和焊件的檢測。其對于體積型缺陷敏感，檢測面狀缺陷時則必須考慮射線束的方向，當射線束與缺陷平面的夾角較大時，容易發生漏檢，特別是對于開裂較小的裂紋類缺陷。目前，射線檢測技術廣泛地應用于鐵道、機械、兵器、造船、電子、核工業、航空、航天等各工業領域，在某些問題中（例如，電子元器件的裝配質量、復雜的金屬與非金屬結構質量等），它是目前唯一可行的檢測技術。由于射線對人體不利，輻射防護問題是射線檢測技術應用中必須要考慮的問題。必須嚴格防止發生輻射事故。

（3）滲透檢測技術 滲透檢測為工件表面被施涂含有熒光染料或者著色染料的滲透劑后，在毛細作用下，經過一定時間，滲透劑可以滲入表面開口缺陷中；去除工件表面多余的滲透劑，經過干燥后，再在工件表面施涂吸附介質——顯像劑；同樣在毛細作用下，顯像劑將吸引缺陷中的滲透劑，即滲透劑回滲到顯像中；在一定的光源下（黑光或白光），缺陷處的滲透劑痕跡被顯示（黃綠色熒光或鮮艷紅色），從而探測出缺陷的形貌及分布狀態。

滲透檢測是一種表面缺陷的無損檢測方法。由于滲透檢測不受材料種類、工件大小、形狀限制，除多孔性材料外，可一次性檢查鋼鐵、有色金屬、陶瓷、塑料等幾乎所有固體材料的表面開口缺陷，加之無需復雜設備、操作簡單、成本低、靈敏度高，特別適合野外現場無電無水的情況下檢測，被廣泛應用于各種金屬鑄件、鍛件和焊件的檢測。同時，這種技術受產品表面質量影響大，無法檢測內部缺陷，人為操作因素影響較多，檢測結果重復性差，而且所用的試劑材料對環境有污染，有一定的毒性。

（4）磁粉檢測技術 磁粉檢測技術是工業部門應用較早和較廣的一種無損檢測手段。主要用來發現鐵磁性材料表面和近表面的各種缺陷。鐵磁性材料被磁化后，在表面和近表面的缺陷處磁力線發生變形，逸出工件表面并形成可檢測的漏磁場。此時，在工件表面上撒上磁粉或澆上磁懸液，磁粉粒子便會吸附在缺陷區域，顯示出缺陷的位置、形狀和大小。

磁粉檢測主要用于檢測鐵磁性材料和工件（包括鐵、鎳、鈷等）表面或近表面的裂紋以及其他缺陷（如發紋、氣孔、夾雜、疏松、折疊、未焊透等）。由于趨膚效應，磁粉檢測對表面缺陷最靈敏，但對表面以下的缺陷，其檢測靈敏度隨埋藏深度的增加迅速下降。采用磁粉檢測方法檢測磁性材料的表面缺陷，不僅比采用超聲波或射線檢測的靈敏度高，而且操作簡便、結果可靠、價格便宜。因此它被廣泛用于磁性材料表面和近表面缺陷的檢測。對于非磁性材料，如有色金屬、奧氏體不銹鋼、非金屬材料等則不能采用磁粉檢測方法。但當鐵磁性材料的非磁性涂層厚度不超過50μm時，對磁粉檢測的靈敏度影響很小。

（5）渦流檢測技術 將通有交流電的線圈置于待測的金屬板上或套在待測的金屬管外。這時線圈內及其附近將產生交變磁場，使試件中產生呈旋渦狀的感應交變電流，稱為渦流。渦流的分布和大小，除與線圈的形狀和尺寸、交流電流的大小和頻率等有關外，還取決于試件的電導率、磁導率、形狀和尺寸、與線圈的距離以及表面有無裂紋缺陷等。因而，在保持其他因素相對不變的條件下，用一探測線圈測量渦流所引起的磁場變化，可推知試件中渦流的大小和相位變化，進而獲得有關電導率、缺陷、材質狀況和其他物理量（如形狀、尺寸等）的變化或缺陷存在等信息。

渦流檢測廣泛用于軍工、航空、鐵路、工礦企業，可在野外或現場使用，可對各類有色金屬和黑色金屬的管、棒、線、絲、型材實現在線和離線檢測。對金屬管、棒、線、絲、型材的缺陷，如表面裂紋、暗縫、夾渣和開口裂紋等缺陷均具有較高的檢測靈敏度，可進行涂層厚度測量，其厚度誤差±0.05mm，檢測過程中可實現自動檢測和記錄，實現自動化和計算機的數據處理。具有可實現在役檢測、方便快捷、高效經濟的特點。