無(wú)損檢測(cè)
目錄
1.什么是無(wú)損檢測(cè)
非破壞性檢驗(yàn)包括如下三種:(1)外觀檢驗(yàn);(2)密封性檢驗(yàn)或耐壓試驗(yàn);(3)無(wú)損檢測(cè)。[1]
無(wú)損檢測(cè)是在不損壞試件的前提下,以物理或化學(xué)方法為手段,借助先進(jìn)的報(bào)術(shù)和設(shè)備器材,對(duì)試件的內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)進(jìn)行檢查和測(cè)試的方法。[2]
2.無(wú)損檢測(cè)的方法[3]
無(wú)損檢測(cè)方法很多據(jù)美國(guó)國(guó)家宇航局調(diào)研分析,認(rèn)為可分為六大類約70余種。但在實(shí)際應(yīng)用中比較常見(jiàn)的有以下幾種:
(1)常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法有:超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢驗(yàn)、渦流檢測(cè)。
(2)非常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有:聲發(fā)射、泄漏檢測(cè)、光全息照相、紅外熱成像、微波檢測(cè)。
應(yīng)用對(duì)象主要是各類材料(金屬、非金屬等)、各種工件(焊接件、鍛件、鑄件等)、各種工程(道路建設(shè)、水壩建設(shè)、橋梁建設(shè)、機(jī)場(chǎng)建設(shè)等)。
3.無(wú)損檢測(cè)的目的[4]
(1)質(zhì)量管理。每種產(chǎn)品的使用性能、質(zhì)量水平,通常在其技術(shù)文件中都有明確規(guī)定,如技術(shù)條件、規(guī)范、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等,均以一定的技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)予以表征。無(wú)損檢測(cè)的主要目的之一,就是對(duì)非連續(xù)加工(如多工序生產(chǎn))或連續(xù)加工(如自動(dòng)化生產(chǎn)流水線)的原材料、零部件提供實(shí)時(shí)的質(zhì)量控制,例如控制材料的冶金質(zhì)量、加工工藝質(zhì)量、組織狀態(tài)、涂鍍層的厚度以及缺陷的大小、方位與分布等等。在質(zhì)量控制過(guò)程中,將所得到的質(zhì)量信息反饋到設(shè)計(jì)與工藝部門,便可反過(guò)來(lái)促使其進(jìn)一步改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造工藝,產(chǎn)品質(zhì)量必然得到相應(yīng)的鞏固與提高,從而收到降低成本、提高生產(chǎn)效率的效果。當(dāng)然,利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)也可以根據(jù)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),把原材料或產(chǎn)品的質(zhì)量水平控制在設(shè)計(jì)要求的范圍之內(nèi),無(wú)需無(wú)限度地提高質(zhì)量要求,甚至在不影響設(shè)計(jì)性能的前提下,使用某些有缺陷的材料,從而提高社會(huì)資源利用率,亦使經(jīng)濟(jì)效益得以提高。
(2)在役檢測(cè)。使用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)裝置或構(gòu)件在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)測(cè),或者在檢修期進(jìn)行定期檢測(cè),能及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響裝置或構(gòu)件繼續(xù)安全運(yùn)行的隱患,防止事故的發(fā)生。這對(duì)于重要的大型設(shè)備,如核反應(yīng)堆、橋梁建筑、鐵路車輛、壓力容器、輸送管道、飛機(jī)、火箭等等,能防患于未然,具有不可忽視的重要意義。
在役檢測(cè)的目的不僅僅是及時(shí)發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)危害裝置安全運(yùn)行的隱患并予以消除,更重要的是根據(jù)所發(fā)現(xiàn)的早期缺陷及其發(fā)展程度(如疲勞裂紋的萌生與發(fā)展),在確定其方位、尺寸、形狀、取向和性質(zhì)的基礎(chǔ)上,還要對(duì)裝置或構(gòu)件能否繼續(xù)使用及其安全運(yùn)行壽命進(jìn)行評(píng)價(jià)。雖然在我國(guó)無(wú)損評(píng)價(jià)工作才剛剛起步,但這已成為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)重要的發(fā)展方向。
(3)質(zhì)量鑒定。對(duì)于制成品(包括材料、零部件)在進(jìn)行組裝或投入使用之前,應(yīng)進(jìn)行最終檢驗(yàn),此即為質(zhì)量鑒定。其目的是確定被檢對(duì)象是否達(dá)到設(shè)計(jì)性能,能否安全使用,亦即判斷其是否合格,這既是對(duì)前面加工工序的驗(yàn)收,也可以避免給以后的使用造成隱患。應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在鑄造、鍛壓、焊接、熱處理以及切削加工的每道(或某一種、某幾種)工序中,檢測(cè)材料或部件是否符合要求,以避免對(duì)不合格產(chǎn)品繼續(xù)進(jìn)行徒勞無(wú)益的加工。該項(xiàng)工作一般稱作質(zhì)量檢查,實(shí)質(zhì)上也屬于質(zhì)量鑒定的范疇。產(chǎn)品使用前的質(zhì)量驗(yàn)收鑒定是非常必要的,特別是那些將在復(fù)雜惡劣條件(如高溫、高壓、高應(yīng)力、高循環(huán)載荷等)下使用的產(chǎn)品。在這方面,無(wú)損檢測(cè)技術(shù)表現(xiàn)了能進(jìn)行百分之百的檢驗(yàn)的無(wú)比優(yōu)越性。
綜上所述,無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在生產(chǎn)設(shè)計(jì)、制造工藝、質(zhì)量鑒定以及經(jīng)濟(jì)效益、工作效率的提高等方面都顯示了極其重要的作用。所以無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已越來(lái)越被有遠(yuǎn)見(jiàn)的企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人和工程技術(shù)人員認(rèn)識(shí)和接受。無(wú)損檢測(cè)的基本理論、檢測(cè)方法和對(duì)檢測(cè)結(jié)果的分析,特別是對(duì)一些典型應(yīng)用實(shí)例的剖析,也就成為工程技術(shù)人員的必備知識(shí)。
值得說(shuō)明的是,無(wú)損檢測(cè)技術(shù)并非所謂的“成形技術(shù)”,因而對(duì)產(chǎn)品所期待的使用性能或質(zhì)量只能在產(chǎn)品制造中達(dá)到,而不可能單純靠產(chǎn)品檢驗(yàn)來(lái)完成。
4.無(wú)損檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)[5]
- 提高產(chǎn)品的可靠性;
- 確定產(chǎn)品是否達(dá)到了規(guī)定的要求;
- 為檢修提供資料;
- 防止事故;
- 降低損失。
5.無(wú)損檢測(cè)的使用[5]
- 制造期間:作為過(guò)程檢驗(yàn)和質(zhì)量控制的手段。在制造期間,無(wú)損檢測(cè)用來(lái)檢驗(yàn)產(chǎn)品是否符合給定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。它可以檢測(cè)制造中產(chǎn)生的缺陷。這些缺陷的物理性能和危害性也都能得到評(píng)估。
- 在役檢驗(yàn):在這種情況下,無(wú)損檢測(cè)用來(lái)檢測(cè)組件或結(jié)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷。檢測(cè)是否有裂紋產(chǎn)生,或原有裂紋是否有擴(kuò)展。這些裂紋的形成或擴(kuò)展通常與疲勞有關(guān)。
- 臨界缺陷評(píng)估:這時(shí)無(wú)損檢測(cè)的使用通常包括對(duì)結(jié)構(gòu)中已知缺陷進(jìn)行徹底檢查,為“合乎使用”評(píng)估和斷裂力學(xué)計(jì)算提供詳細(xì)的信息。
6.無(wú)損檢測(cè)的新技術(shù)[3]
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,無(wú)損檢測(cè)的新技術(shù)也越來(lái)越多,例如激光全息無(wú)損檢測(cè)、聲振檢測(cè)、微波無(wú)損檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)等。
1.激光全息無(wú)損檢測(cè)
激光全息無(wú)損檢測(cè)是在全息照相技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種檢測(cè)技術(shù)。
激光全息檢測(cè)是利用激光全息照相來(lái)檢測(cè)物體表面和內(nèi)部缺陷的,因?yàn)槲矬w在受到外界載荷作用下會(huì)產(chǎn)生變形,這種變形與物體是否含有缺陷直接相關(guān),在不同的外界載荷作用下,物體表面的變形程度是不相同的。激光全息照相是將物體表面和內(nèi)部的缺陷,通過(guò)外界加載的方法,使其在相應(yīng)的物體表面造成局部的變形,用全息照相來(lái)觀察和比較這種變形,并記錄在不同外界載荷作用下的物體表面的變形情況,進(jìn)行觀察和分析,然后判斷物體內(nèi)部是否存在缺陷。
激光全息檢測(cè)對(duì)被檢對(duì)象沒(méi)有特殊要求,可以對(duì)任何材料、任意粗糙的表面進(jìn)行檢測(cè)。這種檢測(cè)方法還具有非接觸檢測(cè)、直觀、檢測(cè)結(jié)構(gòu)便于保存等特點(diǎn)。但如果物體內(nèi)部的缺陷過(guò)深或過(guò)于微小,激光全息檢測(cè)這種方法就無(wú)能為力了。
2.聲振檢測(cè)
聲振檢測(cè)是激勵(lì)被測(cè)件產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),通過(guò)測(cè)量被測(cè)件振動(dòng)的特征來(lái)判定其質(zhì)量的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。
3.微波無(wú)損檢測(cè)
微波能夠貫穿介電材料,能夠穿透聲衰很大的非金屬材料,所以微波檢測(cè)技術(shù)在大多數(shù)非金屬和復(fù)合材料內(nèi)部的缺陷檢測(cè)及各種非金屬測(cè)量等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。
4.聲發(fā)射檢測(cè)
技術(shù)聲發(fā)射是一種物理現(xiàn)象,大多數(shù)金屬材料塑性變形和斷裂是有聲發(fā)射產(chǎn)生,但其信號(hào)的強(qiáng)度很弱,需要采用特殊的具有高靈敏度的儀器才能檢測(cè)到。各種材料的聲發(fā)射頻率范圍很寬,從次聲頻、聲頻到超聲頻。利用儀器檢測(cè)、分析聲發(fā)射信號(hào)并利用聲發(fā)射信息推斷聲發(fā)射源的技術(shù)稱為聲發(fā)射技術(shù)。
聲發(fā)射檢測(cè)必須有外部條件的作用,使材料或構(gòu)件發(fā)聲,使材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。因此聲發(fā)射檢測(cè)是一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)方法,即結(jié)構(gòu)、焊接接頭或材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷處于運(yùn)動(dòng)變化的過(guò)程中,才能實(shí)施檢測(cè)。
5.紅外無(wú)損檢測(cè)
紅外無(wú)損檢測(cè)是利用紅外物理理論,把紅外輻射特性的分析技術(shù)和方法,應(yīng)用于被檢對(duì)象的無(wú)損檢測(cè)的一個(gè)綜合性應(yīng)用工程技術(shù)。
紅外無(wú)損檢測(cè)具有操作安全、靈敏度高、檢測(cè)效率高等優(yōu)點(diǎn)。但是紅外無(wú)損檢測(cè)也存在確定溫度值困難,難以確定被檢物體的內(nèi)部熱狀態(tài),價(jià)格昂貴等問(wèn)題。
7.無(wú)損檢測(cè)方法選擇的影響因素[4]
1.經(jīng)濟(jì)方面
目前,在加工制造業(yè)利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)成品進(jìn)行最終檢測(cè),其主要目的是使用戶滿意。當(dāng)然將無(wú)損檢測(cè)指定用作工藝質(zhì)量控制時(shí),第一步便是根據(jù)產(chǎn)品(或工程)的要求制訂實(shí)用的驗(yàn)收回收標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)將成為實(shí)際檢測(cè)工作的依據(jù)。
但無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在質(zhì)量和成本競(jìng)爭(zhēng)中的地位又如何呢?這里應(yīng)評(píng)估的有兩個(gè)成本因子,即制造成本和使用期成本。成本的高低,往往主要取決于對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量及對(duì)關(guān)鍵零部件及組裝件的檢測(cè)效能。例如:日本小汽車中30%的零件,采用無(wú)損檢測(cè)后,質(zhì)量迅速超過(guò)美國(guó);德國(guó)奔馳汽車公司對(duì)汽車的幾千個(gè)零件全部進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)后,運(yùn)行公里數(shù)增加了一倍,大大提高了在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力。
當(dāng)然應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù),必須有全局觀念,對(duì)其局部的有限的使用,經(jīng)濟(jì)收益未必能表現(xiàn)得那么明顯。例如:若能檢測(cè)出鋼中的夾層,就可減少焊縫中產(chǎn)生的缺陷,而要防止鋼中存在夾層,在軋鋼時(shí)就應(yīng)檢測(cè)鋼坯,當(dāng)然要保證鋼坯的質(zhì)量,在連續(xù)鑄造時(shí)就應(yīng)對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行有效的控制。在此過(guò)程中,一環(huán)緊扣一環(huán),無(wú)損檢測(cè)摻插或融入產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過(guò)程。而這一切控制和檢測(cè)工作,在資本投入方面,往往是某些企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人最為關(guān)注的。據(jù)資料統(tǒng)計(jì),世界上先進(jìn)的大型企業(yè),在檢測(cè)方面的投資有的高達(dá)整個(gè)企業(yè)投資的10%。也就是說(shuō),無(wú)損檢測(cè)方法的采用,首先應(yīng)考慮必要的資本投入,并詳細(xì)評(píng)估資金的回收(如圖所示)。
2.技術(shù)方面
在工程技術(shù)界人們普遍認(rèn)為:(1)沒(méi)有缺陷的材料是不存在的,而所有的裝置、設(shè)備又都是選用不同材料來(lái)制作零部件,然后安裝而成的;(2)不產(chǎn)生缺陷的(多少輕重不一)加工方法是沒(méi)有的,而所有的零部件都是經(jīng)過(guò)多種加工工序制造的。
在對(duì)材料或構(gòu)件進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)時(shí),不論在什么情況下,首先檢測(cè)對(duì)象要明確,才能確定應(yīng)該采用怎樣的檢測(cè)方法和檢測(cè)規(guī)范來(lái)達(dá)到預(yù)定的目的。為此,必須預(yù)先分析被檢工件的材質(zhì)、成形方法、加工過(guò)程和使用經(jīng)歷,必須預(yù)先分析缺陷的可能類型、方位和性質(zhì),以便有針對(duì)性地選擇恰當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)。為了達(dá)到各種不同的檢測(cè)目的,發(fā)展并應(yīng)用了各種不同的檢測(cè)方法。在所有這些無(wú)損檢測(cè)方法中,可以說(shuō)都是很重要的,且往往又是不能完全相互替代的。或者說(shuō)在諸多的無(wú)損檢測(cè)方法中,沒(méi)有哪一種方法是萬(wàn)能的。
根據(jù)檢測(cè)目的或被檢對(duì)象的重要性,需要用來(lái)描述材料和構(gòu)件中缺陷狀態(tài)的數(shù)據(jù)相應(yīng)的有多有少,且任何一種檢測(cè)方法都不可能給出所需要的全部信息。因此,從發(fā)展的角度來(lái)看,有必要使用兩種或多種無(wú)損檢測(cè)方法,并使之形成一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng),才能比較滿意地達(dá)到檢測(cè)目的,對(duì)大型復(fù)雜設(shè)備的檢測(cè)就更是如此。