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无损检测与评价技术发展大事记

国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证委员会 专家顾问

无损检测与评价技术发展大事记

摘  要:简述了无损检测与评价技术的发展,介绍了无损检测的原理、作用、应用及带来的经济效益。展望了无损检测正从单纯的检测技术发展成为评价技术。无损检测与评价技术已经成为机械工业的四大支柱(设计、工艺、材料、无损检测)之一,它必将为现代科技工业的发展发挥越来越重要的作用。
关键词:无损检测;评价技术;质量控制

1  从“陶瓷—china”到“TOFT—超声检测”
翻开“无损检测” 的历史长卷,我们知道“无损检测”这门技术,来源于生产实践,而又高于生产实践。
很多人认识“中国”,是从认识“陶瓷—china”开始的。
几千年前,我们的祖先就会使用敲击法来判断陶瓷的好与坏。即敲击陶瓷时,根据陶瓷发出的不同声音(清脆声或破裂声),就可判断陶瓷的不同质量。这就是一种原始的“无损检测”方法。
这种原始的敲击的方法,沿用至今。例如火车到大站,工人师傅就拿着铁榔头敲击车厢下的弹簧,根据弹簧发出的不同声音,判断弹簧的不同质量,防止火车翻车事故。后来,这种利用声音检测产品质量的方法,得到了极大的发展。例如声发射检测技术、超声波检测技术(TOFT、相共振)已经成功运用在现代工业。
人工智能技术、自适应技术、机器人技术和相关技术在超声无损检测中的应用,实现了复杂形面复合构件的超声扫描成像无损检测,满足了现代质量对无损检测的要求。
2  伦琴—世界上第一个获得諾贝尔奖的德国物理学家
1895年,德国物理学家伦琴在研究高压气体放电管时,发现了X射线。伦琴也因此新发现,于1901年成为世界上第一个获得諾贝尔奖的佼佼者。伦琴拍摄了第一张人的X射线手骨照片,伦琴拍的第一张工业照片就是他的猎枪的照片。X射线很快在医学上得到应用。例如早期用于检测骨折,继而在工业上也得到广泛应用。
1922年美国水城兵工厂设计并制造了第一个工业用射线成像检测实验室。
X射线检测与计算机技术结合,研制成功X射线断层摄影技术(CT)。1972年,CT技术在医学上应用,这一消息引起科技界的极大震动,被誉为自伦琴发现X射线以后,医学放射诊断学上最重要的成就。1979年,CT技术获得诺贝尔医学奖。
射线检测技术,从最初的单纯胶片射线照相检验,经100多年的发展,已经形成以先进的数字技术为特征,包括射线照相检验、射线实时成像检验和射线层析检测等多种技术的无损检测手段。
注1:X射线图像是对客观存在的受检物体的一种相似性的、生动的写真或描述。
注2:X射线胶片成象是模拟图象,它反映了受检物体在连续空间上的特征。在数学上主要用连续函数来描述,主要特点表现为图像的光照位置和光照强度均为连续变化。
注3:X射线DR、CR技术的成象是数字图像,它反映了受检物体在离散空间上的特征,数字图像主要用矩阵或数组来描述。
注4:X射线胶片模拟图象经过抽样和量化就可以转化为X射线数字图象。X射线胶片模拟图象发展成为X射线数字图像,是随着计算机和数字技术发展起来的新的表现或再现受检物体的方式。
美国《材料评价》杂志曾在“射线无损检测的趋势”文章中提出,在21世纪初期,下列技术将得到广泛应用:
① 数字X射线实时检测系统在制造、在役检验和过程控制方面;
② 具有数据交换、使用NDT工作站的计算机化的射线检测系统;
③ 小型、低成本的CT系统;
④ 微焦点放大成像的X射线成像检验系统;
⑤ 小型高灵敏度的X射线摄像机;
⑥ 大面积的光电导X射线摄像机。
3  美国《金属手册》第十一卷《无损检测与质量控制》出版
上世纪50年代,美国《金属手册》第十一卷《无损检测与质量控制》正式出版。该书较全面、系统地介绍了各种无损检测方法(包括基本原理、操作概要、涉及的仪器设备);叙述了无损检测在金属部件质量控制上的应用,列举了相应的技术数据与应用实例;还介绍了无损检测与质量控制中的管理考虑,无损检测的质量保证,无损检测缺陷的可靠性等。
《无损检测与质量控制》的正式出版,标志着 “无损检测” 从此登上大雅之堂,与焊接、铸造、锻造等工艺制造技术一样,并列为机械制造工业的关键重要技术。
注1:《无损检测与质量控制》第一部分《无损检测方法》中,介绍了十六种无损检测方法。当然,无损检测方法远不止这十六种。
据美国国家宇航局调研分析,无损检测方法可分为六大类约70余种。但在实际应用中比较常见的常规无损检测方法包括:超声检测(UT)、射线检测(RT)、磁粉检测(MT)、渗透检测(PT)和涡流检测(ET)等五项无损检测方法,常简称为“五大常规无损检测方法”。
注2:《无损检测与质量控制》第一部分《无损检测方法》,对无损检测方法的划分与我们不尽相同。例如:在介绍的十六种无损检测方法中,《硬度试验》在国内是被划入《机械性能试验》范围的,《铁合金的火花试验》在国内是被划入《化学分析试验》范围的等。
注3:《无损检测与质量控制》第二部分《用于评定特定金属制品质量的无损检测》中,《焊件》、《硬钎焊部件》、《软钎焊部件》、《胶粘接头》、《螺纹紧固件》,是分开作为特定的金属制品,单独叙述其特定的无损检测方法的。
4  无损检测的工作原理、作用、应用及带来的经济效益
无损检测是一门什么技术?
它是在不损伤被检物体(零件、材料或部件)使用功能的前提下;利用声、光、热、电、磁、射线等与物质的相互作用,并利用现代科学方法及仪器;探测被检物体的不连续性(缺陷),并判断其位置、大小、形状和种类,继而进行验收/拒收/返收评价;或探测被检物体的各种物理性能,继而进行评价的一门技术。    
美国材料协会(American  Society of  Testing  Materials,ASTM)将无损检测定义为:在不损害其后续有用性和适用性的前提下,发展和应用测试材料或构件的技术方法来探测、定位、测量和评价缺陷;评估材料的完整性、性质和组成;测量几何特征。其基本过程是采用无损检测手段,确定检测信息为伪缺陷、相关缺陷或非相关缺陷,然后评估确定该构件是否符合特定的可接受的标准。
无损检测的工作原理是什么?
受检物体存在不连续性(缺陷)或组织结构上存在差异…,这些不连续性(缺陷)或差异会使其某些物理量/物理性质发生变化;人们通过一定的检测手段来检测或测量,并将这些物理量/物理性质的变化通过某种型式(例如图形、波形、数字)显示出来,进而评估这些变化,从而了解和评价受检物件的性质、状态或内部结构等。
受检物件的每种特性:例如声、光、电、磁、电磁、热、机械、核辐射、物理化学、粒子束或其中某些特性的组合应用……,几乎都可以用作某种无损检测方法的基础,所有形式的能量都能被利用来确定受检物件的物理特性,或用于检测缺陷。
无损检测的作用是什么?
防止零件或材料在使用过程中达不到设计的强度功能。
它可以用于发现材料、工件内部或表面存在的缺陷,能测量工件的几何特征和尺寸,能测定材料或工件的内部组成、结构、物理性能和状态等。
它可以用于工艺制造过程中的制品检测、最终成品检测及在役零部件的维修检测;借以评定它们的完整性、连续性及安全可靠性。
它是实现质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产率的重要手段,也是设备维修中不可缺少的手段。
它在航空、航天、兵器、舰艇、原子能等国防军事工业领域中应用特别广泛;在锅炉、压力容器、压力管道等承压设备,在电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施等机电设备,在船舶、机械行业里应用也非常广泛。
无损检测技术所能带来的经济效益十分明显。统计资料显示,经过无损检测后的产品增值情况大致是:机械产品为5%,国防、宇航、原子能产品为12%-18% ,火箭为20%。
例如,德国奔驰公司汽车几千个零件经过无损检测后,整车运行公里数提高了一倍,大大提高了产品在国际市场的竞争能力;日本小汽车生产中30%零件采用无损检测后质量迅速超过美国。
5  美国杂志《无损检测》已更名为《材料评价》
无损检测技术正从单纯的检测技术发展为无损评价技术(Non-Destructive Evaluation technology,简称NDE),不仅包含了无损检查与测试;还涉及到产品与设备的安全使用与寿命评价,与以断裂力学理论为基础的损伤容限设计概念发生了紧密的联系。
无损检测已逐步由NDI和NDT向NDE过渡,即用无损评价来代替无损探伤和无损检测,并且向自动化无损评价(ANDE)和定量化无损评价(QNDE)的方向发展和应用。
随着电子学和计算机科学技术的飞速发展,采用人工智能技术、自适应技术、机器人技术、相关技术、信息融合技术、激光技术和CAD\CAM等技术与无损检测技术有机结合,使得无损检测的定位、定性和定量的可靠性大幅度提高,为无损评价奠定了良好的判定基础。
所以,从严格意义上来说,无损检测的全称应该是无损检测与评价技术。
注:上世纪70年代,美国杂志《无损检测》已更名为《材料评价》。
无损检测技术已经历一个世纪,尽管无损检测技术本身并非一种生产技术,但其技术水平却能反映该部门、该行业、该地区甚至该国的工业技术水平。德国科学家认为,无损检测技术是机械工业的四大支柱(设计、工艺、材料、无损检测)之一。
6  美国总统也关心无损检测
美国第40任总统罗纳德•威尔逊•里根非常关心无损检测技术,曾经为美国无损检测学术会议专门发去贺电,在贺电中说:“没有先进的无损检测技术,美国就不可能享有在众多领域的领先地位。”
无损检测技术正向着智能化、自动化、图像化、数字化、小型化、系列化、多功能
化、信息化和交叉领域的前沿方向发展。我们相信:无损检测与评价技术--这门理论与实践紧密结合的、多学科综合应用的、新兴的、朝阳的技术,必将为现代科技工业的发展发挥越来越重要的作用。

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