無損檢測(檢測技術)

無損檢測是指在不損害或不影響被檢測對象使用性能,不傷害被檢測對象內部組織的前提下，利用材料內部結構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，藉助現代化的技術和設備器材，對試件內部及表面的結構、性質、狀態及缺陷的類型、性質、數量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化進行檢查和測試的方法。無損檢測是工業發展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一個國家的工業發展水平，無損檢測的重要性已得到公認，主要有射線檢驗（RT）、超聲檢測（UT）、磁粉檢測（MT）和液體滲透檢測（PT） 四種。其他無損檢測方法有渦流檢測（ECT）、聲發射檢測（AE）、熱像/紅外（TIR）、泄漏試驗（LT）、交流場測量技術（ACFMT）、漏磁檢驗（MFL）、遠場測試檢測方法（RFT）、超音波衍射時差法（TOFD）等。

基本介紹

• 中文名：無損檢測
• 外文名：Non Destructive Testing (NDT)
• 類型：檢測
• 定義：無損害的對物件進行各種測試

簡介

無損檢測就是Non Destructive Testing，縮寫是NDT（或NDE，non-destructive examination），也叫無損探傷，是在不損害或不影響被檢測對象使用性能的前提下，採用射線、超聲、紅外、電磁等原理技術並結合儀器對材料、零件、設備進行缺陷、化學、物理參數檢測的技術。常見的如超音波檢測焊縫中的裂紋。中國機械工程學會無損檢測學會是中國無損檢測學術組織，TC56是其標準化機構。

無損檢測是工業發展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一個國家的工業發展水平，其重要性已得到公認。中國在1978年11月成立了全國性的無損檢測學術組織——中國機械工程學會無損檢測分會。此外，冶金、電力、石油化工、船舶、宇航、核能等行業還成立了各自的無損檢測學會或協會；部分省、自治區、直轄市和地級市成立了省（市）級、地市級無損檢測學會或協會；東北、華東、西南等區域還各自成立了區域性的無損檢測學會或協會。在無損檢測的基礎理論研究和儀器設備開發方面，中國與世界先進國家之間仍有較大的差距，特別是在紅外、聲發射等高新技術檢測設備方面更是如此。

常用的無損檢測方法：渦流檢測(ECT）、射線照相檢驗（RT）、超聲檢測(UT）、磁粉檢測(MT）和液體滲透檢測(PT) 五種。其他無損檢測方法：聲發射檢測（AE）、熱像/紅外（TIR）、泄漏試驗（LT）、交流場測量技術（ACFMT）、漏磁檢驗（MFL）、遠場測試檢測方法（RFT）、超音波衍射時差法（TOFD）等。

原理

無損檢測是利用物質的聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢測對象使用性能的前提下，檢測被檢對象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷大小，位置，性質和數量等信息。與破壞性檢測相比，無損檢測有以下特點。第一是具有非破壞性，因為它在做檢測時不會損害被檢測對象的使用性能；第二具有全面性，由於檢測是非破壞性，因此必要時可對被檢測對象進行100%的全面檢測，這是破壞性檢測辦不到的；第三具有全程性，破壞性檢測一般只適用於對原材料進行檢測，如機械工程中普遍採用的拉伸、壓縮、彎曲等，破壞性檢驗都是針對製造用原材料進行的，對於產成品和在用品，除非不準備讓其繼續服役，否則是不能進行破壞性檢測的，而無損檢測因不損壞被檢測對象的使用性能。所以，它不僅可對製造用原材料，各中間工藝環節、直至最終產成品進行全程檢測，也可對服役中的設備進行檢測。

無損檢查目視檢測範圍：1、焊縫表面缺陷檢查。檢查焊縫表面裂紋、未焊透及焊漏等焊接質量。2、狀態檢查。檢查表面裂紋、起皮、拉線、劃痕、凹坑、凸起、斑點、腐蝕等缺陷。3、內腔檢查。當某些產品(如蝸輪泵、發動機等)工作後，按技術要求規定的項目進行內窺檢測。4、裝配檢查。當有要求和需要時，使用同三維工業視頻內窺鏡對裝配質量進行檢查;裝配或某一工序完成後，檢查各零部組件裝配位置是否符合圖樣或技術條件的要求;是否存在裝配缺陷。5、多餘物檢查。檢查產品內腔殘餘內屑，外來物等多餘物。

發展

無損檢測已不再是僅僅使用X 射線，包括聲、電、磁、電磁波、中子、雷射等各種物理現象幾乎都被用做於了無損檢測，譬如：超聲檢測、渦流檢測、磁粉檢測、射線檢測、滲透檢測、目視檢測、紅外檢測、微波檢測、泄漏檢測、聲發射檢測、漏磁檢測、磁記憶檢測、熱中子照相檢測、雷射散斑成像檢測、光纖光柵感測技術，等等，而且還在不斷地開發和套用新的方法和技術。
一些看上去非常傳統的無損檢測方法，實際上也已經發展出了許多新技術，譬如：
射線檢測——傳統技術是：膠片射線照相（X 射線和伽馬射線）。新技術有：加速器高能X射線照相、數字射線成像（DR）、計算機射線照相（CR，類似於數碼照相）、計算機層析成像（CT）、射線衍射等等。
超聲檢測——傳統技術是：A 型超聲（A 掃描超聲，A 超）。新技術有：B 掃描超聲（B 超）、C 掃描超聲（C 超）、超聲衍射（TOFD）、相控陣超聲、共振超聲、電磁超聲、超聲導波等等。

特點

1、非破壞性

無損檢測系統

非破壞性——是指在獲得檢測結果的同時，除了剔除不合格品外，不損失零件。因此，檢測規模不受零件多少的限制，既可抽樣檢驗，又可在必要時採用普檢。因而，更具有靈活性（普檢、抽檢均可）和可靠性。

2、互容性

互容性——即指檢驗方法的互容性，即：同一零件可同時或依次採用不同的檢驗方法；而且又可重複地進行同一檢驗。這也是非破壞性帶來的好處。

3、動態性

動態性——這是說，無損探傷方法可對使用中的零件進行檢驗，而且能夠適時考察產品運行期的累計影響。因而，可查明結構的失效機理。

4、嚴格性

嚴格性——是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驗人員，按照嚴格的規程和標準進行操作。

5、檢驗結果的分歧性

檢驗結果的分歧性——不同的檢測人員對同一試件的檢測結果可能有分歧。特別是在超音波檢驗時，同一檢驗項目要由兩個檢驗人員來完成。需要“會診”。
概括起來,無損檢測的特點是：非破壞性、互容性、動態性、嚴格性以及檢測結果的分歧性等。

檢測形式

無損檢測方法很多，據美國國家宇航局調研分析，其認為可分為六大類約70餘種。但在實際套用中比較常見的有以下幾種：

目視檢測（VT）

目視檢測，在國內實施的比較少，但在國際上非常重視的無損檢測第一階段首要方法。按照國際慣例，目視檢測要先做，以確認不會影響後面的檢驗，再接著做四大常規檢驗。例如BINDT的PCN認證，就有專門的VT1、2、3級考核，更有專門的持證要求。VT常常用於目視檢查焊縫，焊縫本身有工藝評定標準，都是可以通過目測和直接測量尺寸來做初步檢驗，發現咬邊等不合格的外觀缺陷，就要先打磨或者修整，之後才做其他深入的儀器檢測。例如焊接件表面和鑄件表面較多VT做的比較多，而鍛件就很少，並且其檢查標準是基本相符的。

射線照相法（RT）

是指用X射線或γ射線穿透試件，以膠片作為記錄信息的器材的無損檢測方法，該方法是最基本的，套用最廣泛的一種非破壞性檢驗方法。

原理：射線能穿透肉眼無法穿透的物質使膠片感光，當X射線或γ射線照射膠片時，與普通光線一樣，能使膠片乳劑層中的鹵化銀產生潛影，由於不同密度的物質對射線的吸收係數不同，照射到膠片各處的射線強度也就會產生差異，便可根據暗室處理後的底片各處黑度差來判別缺陷。

總的來說，RT的定性更準確，有可供長期保存的直觀圖像，總體成本相對較高，而且射線對人體有害，檢驗速度會較慢。

超音波檢測（UT）

原理：通過超音波與試件相互作用，就反射、透射和散射的波進行研究，對試件進行巨觀缺陷檢測、幾何特性測量、組織結構和力學性能變化的檢測和表征，並進而對其特定套用性進行評價的技術。

超音波檢測

適用於金屬、非金屬和複合材料等多種試件的無損檢測；可對較大厚度範圍內的試件內部缺陷進行檢測。如對金屬材料，可檢測厚度為1～2mm的薄壁管材和板材，也可檢測幾米長的鋼鍛件；而且缺陷定位較準確，對面積型缺陷的檢出率較高；靈敏度高，可檢測試件內部尺寸很小的缺陷；並且檢測成本低、速度快，設備輕便，對人體及環境無害，現場使用較方便。

但其對具有複雜形狀或不規則外形的試件進行超聲檢測有困難；並且缺陷的位置、取向和形狀以及材質和晶粒度都對檢測結果有一定影響，檢測結果也無直接見證記錄。

磁粉檢測（MT）

原理：鐵磁性材料和工件被磁化後，由於不連續性的存在，使工件表面和近表面的磁力線發生局部畸變而產生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合適光照下目視可見的磁痕，從而顯示出不連續性的位置、形狀和大小。

磁粉檢測

適用性和局限性：

磁粉探傷適用於檢測鐵磁性材料表面和近表面尺寸很小、間隙極窄（如可檢測出長0.1mm、寬為微米級的裂紋）目視難以看出的不連續性；也可對原材料、半成品、成品工件和在役的零部件檢測，還可對板材、型材、管材、棒材、焊接件、鑄鋼件及鍛鋼件進行檢測，可發現裂紋、夾雜、發紋、白點、摺疊、冷隔和疏鬆等缺陷。

但磁粉檢測不能檢測奧氏體不鏽鋼材料和用奧氏體不鏽鋼焊條焊接的焊縫，也不能檢測銅、鋁、鎂、鈦等非磁性材料。對於表面淺的劃傷、埋藏較深的孔洞和與工件表面夾角小於20°的分層和摺疊難以發現。

滲透檢測（PT）

原理：零件表面被施塗含有螢光染料或著色染料的滲透劑後，在毛細管作用下，經過一段時間，滲透液可以滲透進表面開口缺陷中；經去除零件表面多餘的滲透液後，再在零件表面施塗顯像劑，同樣，在毛細管的作用下，顯像劑將吸引缺陷中保留的滲透液，滲透液回滲到顯像劑中，在一定的光源下（紫外線光或白光），缺陷處的滲透液痕跡被現實，（黃綠色螢光或鮮艷紅色），從而探測出缺陷的形貌及分布狀態。

優點及局限性：

滲透檢測可檢測各種材料，金屬、非金屬材料；磁性、非磁性材料；焊接、鍛造、軋制等加工方式；具有較高的靈敏度（可發現0.1μm寬缺陷），同時顯示直觀、操作方便、檢測費用低。

但它只能檢出表面開口的缺陷，不適於檢查多孔性疏鬆材料製成的工件和表面粗糙的工件；只能檢出缺陷的表面分布，難以確定缺陷的實際深度，因而很難對缺陷做出定量評價，檢出結果受操作者的影響也較大。

渦流檢測（ECT）

原理：將通有交流電的線圈置於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，還取決於試件的電導率、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。但由於渦流是交變電流，具有集膚效應，所檢測到的信息僅能反映試件表面或近表面處的情況。

套用：按試件的形狀和檢測目的的不同，可採用不同形式的線圈，通常有穿過式、探頭式和插入式線圈3種。穿過式線圈用來檢測管材、棒材和線材，它的內徑略大於被檢物件，使用時使被檢物體以一定的速度線上圈內通過，可發現裂紋、夾雜、凹坑等缺陷。探頭式線圈適用於對試件進行局部探測。套用時線圈置於金屬板、管或其他零件上，可檢查飛機起落撐桿內筒上和渦輪發動機葉片上的疲勞裂紋等。插入式線圈也稱內部探頭，放在管子或零件的孔內用來作內壁檢測，可用於檢查各種管道內壁的腐蝕程度等。為了提高檢測靈敏度，探頭式和插入式線圈大多裝有磁芯。渦流法主要用於生產線上的金屬管、棒、線的快速檢測以及大批量零件如軸承鋼球、汽門等的探傷（這時除渦流儀器外尚須配備自動裝卸和傳送的機械裝置）、材質分選和硬度測量，也可用來測量鍍層和塗膜的厚度。

優缺點：渦流檢測時線圈不需與被測物直接接觸，可進行高速檢測，易於實現自動化，但不適用於形狀複雜的零件，而且只能檢測導電材料的表面和近表面缺陷，檢測結果也易於受到材料本身及其他因素的干擾。

聲發射（AE）

通過接收和分析材料的聲發射信號來評定材料性能或結構完整性的無損檢測方法。材料中因裂縫擴展、塑性變形或相變等引起應變能快速釋放而產生的應力波現象稱為聲發射。1950年聯邦德國J.凱澤對金屬中的聲發射現象進行了系統的研究。1964年美國首先將聲發射檢測技術套用於火箭發動機殼體的質量檢驗並取得成功。此後，聲發射檢測方法獲得迅速發展。這是一種新增的無損檢測方法，通過材料內部的裂紋擴張等發出的聲音進行檢測。主要用於檢測在用設備、器件的缺陷即缺陷發展情況，以判斷其良好性。

聲發射技術的套用已較廣泛。可以用聲發射鑑定不同范性變形的類型，研究斷裂過程並區分斷裂方式，檢測出小於 0.01mm長的裂紋擴展,研究應力腐蝕斷裂和氫脆，檢測馬氏體相變，評價表面化學熱處理滲層的脆性，以及監視焊後裂紋產生和擴展等等。在工業生產中，聲發射技術已用於壓力容器、鍋爐、管道和火箭發動機殼體等大型構件的水壓檢驗，評定缺陷的危險性等級，作出實時報警。在生產過程中，用PXWAE聲發射技術可以連續監視高壓容器、核反應堆容器和海底採油裝置等構件的完整性。聲發射技術還套用於測量固體火箭發動機火藥的燃燒速度和研究燃燒過程，檢測滲漏，研究岩石的斷裂，監視礦井的崩塌，並預報礦井的安全性。

超音波衍射時差法（TOFD）

TOFD技術於20世紀70年代由英國哈威爾的國家無損檢測中心Silk博士首先提出，其原理源於silk博士對裂紋尖端衍射信號的研究。在同一時期我國中科院也檢測出了裂紋尖端衍射信號，發展出一套裂紋測高的工藝方法，但並未發展出現在通行的TOFD檢測技術。TOFD技術首先是一種檢測方法，但能滿足這種檢測方法要求的儀器卻遲遲未能問世。詳細情況在下一部分內容進行講解。TOFD要求探頭接收微弱的衍射波時達到足夠的信噪比，儀器可全程記錄A掃波形、形成D掃描圖譜，並且可用解三角形的方法將A掃時間值換算成深度值。而同一時期工業探傷的技術水平沒能達到可滿足這些技術要求的水平。直到20世紀90年代，計算機技術的發展使得數位化超聲探傷儀發展成熟後，研製便攜、成本可接受的TOFD檢測儀才成為可能。但即便如此，TOFD儀器與普通A超儀器之間還是存在很大技術差別。是一種依靠從待檢試件內部結構（主要是指缺陷）的“端角”和“端點”處得到的衍射能量來檢測缺陷的方法，用於缺陷的檢測、定量和定位。

非常規檢測方法

除以上指出的八種，還有以下三種非常規檢測方法值得注意：泄漏檢測 Leak Testing（縮寫LT）；相控陣檢測Phased Array（縮寫PA）；導波檢測Guided Wave Testing；

檢測依據

1.產品圖樣

圖樣是生產中使用的最基本的技術資料，也是加工、檢驗的依據。尤其在圖樣的技術要求中，往往規定了原材料、零件、產品的質量等級、具體要求以及是否需要作無損檢驗等等。

2.相關標準

生產企業往往要貫徹相關標準，如：企業標準、行業標準、國家標準、國際標準等等。這些都是產品加工的指導性檔案，自然也是實施無損檢測的指導性檔案。在具體標準中，往往詳細規定了檢驗對象、檢驗方法、檢驗規模等等。

3.技術檔案

產品生產工藝部門下達的各種技術檔案，如工藝規程、檢驗卡片、產品檢驗報告、返修單等等。有時還要追加或改變檢驗要求等等。

4.訂貨契約

某些產品的特殊檢驗要求、質量控制的條款，有時可能較詳細的強調在訂貨契約中，應引起特別注意。

儀器校準

在經典儀表管理中一直使用"校驗"這一名詞，現在在計量管理中，稱為"校準"。

校準(Calibration)是確定計量器具示值誤差(必要時也包括確定其他計量性能)的全部工作。

一、校準與檢定的異同

校準和檢定是兩個不同的概念，但兩者之間有密切的聯繫。校準一般是用比被校計量器具精度高的計量器具(稱為標準器具)與被校計量器具進行比較，以確定被校計量器具的示值誤差，有時也包括部分計量性能，但往往進行校準的計量器具只需確定示值誤差，如果校準是檢定工作中示值誤差的檢定內容，那樣校準可說是檢定工作中的一部分，但校準不能視為檢定，況且校準對條件的要求亦不如檢定那么嚴格，校準工作可在生產現場進行，而檢定則須在檢定室內進行。

有人把校準理解為將計量器具調整到規定誤差範圍的過程，其實這是不夠確切的。雖然校準過程中可以調整，但調整又不等於校準。

二、校準的基本要求

校準應滿足的基本要求如下：

(1) 環境條件 校準如在檢定(校準)室進行，則環境條件應滿足實驗室要求的溫度、濕度等規定。校準如在現場進行，則環境條件以能滿足儀表現場使用的條件為準。

(2) 儀器 作為校準用的標準儀器其誤差限應是被校表誤差限的1/3~1/10。

(3) 人員 校準雖不同於檢定，但進行校準的人員也應經有效的考核，並取得相應的合格證書，只有持證人員方可出具校準證書和校準報告，也只有這種證書和報告才認為是有效的。