乐凯医疗科技有限公司, 河北 保定 071054
2019-07-21 收稿, 2019-07-25 录用
摘要: 无损检测技术经历了3个发展阶段，即无损探伤、无损检测和无损评价。目前一般统称为无损检测（NDT），而不是特指上述的第二阶段。无损检测技术在产品质量控制中起着不可替代的作用，很多无损检测技术是从航空航天装备的制造和检验中发展起来的，在承压设备制造和焊接等工业领域也有着广泛的应用。中国航天科技有限公司旗下的乐凯医疗科技有限公司，与其他几家跨国感光材料企业一道，在传统射线检测领域服务多年，生产的立方体和T颗粒卤化银系列工业无损探伤胶片，是航天"黑科技"之一。本文介绍了无损检测技术的发展、检测方法，以及在航天和铁路桥梁上的应用。
关键词: 无损检测NDTX射线检测胶片
Non-destructive Testing Technology and Application
MA Chao
Lucky Healthcare Co., Ltd., Baoding 071054, Hebei, P. R. China
Abstract: Nondestructive testing technology has gone through three stages of development, nondestructive inspection, nondestructive testing and nondestructive evaluation. At present, NDT is generally referred to the nondestructive technology collectively, rather than referring specifically to the second stage mentioned above. Non-destructive testing technology plays an irreplaceable role in product quality control, and a wide range of applications developed in the manufacturing and inspection of aerospace equipment, as well as applied in the manufacturing and welding of pressure equipment. As one of the "black technology" in aerospace technology, a series of industrial non-destructive flaw detection X-ray films, with cube and T-particle silver halide, produced by Lucky Healthcare Corporation, a subsidiary of China Aerospace Technology Co. Ltd., has been serving for many years in traditional x-ray detection as same as the several other famous multinational photosensitive 46 materials enterprises. This paper introduces the development of NDT technology, testing methods, and its application in aerospace and railway bridges.
Key words: nondestructive testingNDTNDT X-ray film
1 无损检测技术的发展历程无损检测技术经历了3个发展阶段，即无损探伤(Nondestructive inspection，NDI)、无损检测(Nondestructive testing，NDT)和无损评价(Nondestructive evaluation，NDE)。目前一般统称为无损检测(NDT)，而不是特指上述的第二阶段。无损检测就是利用声、光、磁、电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态(如合格与否、剩余寿命等)的所有技术手段的总称。不仅在产品质量控制中起着不可替代的作用，已为众多科技人员和企业界所认同，而且对运行中设备的在役检查也发挥着重要作用。
无损探伤技术主要于20世纪50~60年代开始得到应用，作为无损检测的初级阶段，其特点是技术和任务都较为简单。在技术手段上可选择的并不丰富，主要采用超声、射线等技术；在任务上主要是检测试件是否存在缺陷或者异常，其基本任务是在不破坏产品的情况下发现零件或者构件中的缺陷，满足工程需要，其检测结论主要分为有缺陷和无缺陷两类。
随着科学技术的不断发展，特别是生产对无损检测技术的需求不断提升，仅仅检测出是否有缺陷显然不能满足人们的实际需求。在无损检测这一发展阶段，不仅仅是探测出试件是否含有缺陷，还包括探测试件的一些其他信息，如缺陷的结构、性质、位置等，并试图通过检测掌握更多的信息，对于国际上的工业发达国家，这一阶段大致开始于20世纪70年代末或者80年代初。
尽管第二阶段的无损检测技术已经能够满足大部分工业生产的需求，但是随着对材料、构件等质量要求不断提高，特别是对在役设备的安全性和经济性的需求越加突出，无损检测技术进入了第三阶段，即无损评价阶段。这一阶段的一个标志性事件是1996年在新德里召开的第14界世界无损检测大会(Word conference on NDT，WCNDT)上，提出了将无损检测变为无损评价这一重要观点，并很快被各国无损检测界所接受。在这一阶段，人们不仅要对缺陷的有无、属性、位置、大小等信息进行掌握，还要进一步评估分析缺陷的这些特性对被检构件的综合性能指标(例如寿命、强度、稳定性等)的影响程度，最终给出关于综合性指标的某些结论。目前工业发达国家已经处于这一发展阶段，其他国家有些尚以第二阶段的技术为主，有些则已经处在第二阶段到第三阶段的发展过渡中。
2 常用无损检测技术介绍无损检测主要有6种方法：超声波检测UT(Ultrasonic Testing)、射线检测RT(Radiographic Testing)、磁粉检测MT(Magnetic Particle Testing)、渗透检测PT(Penetrate Testing)、涡流检测ET(Eddy Current Testing)和目测VT(Visual Testing)。
国家能源局在2015年发布的新标准NB/T 47013《承压设备无损检测》中，除了这6种常用方法之外，还对泄露检测(使用空气、惰性气体，例如自行车补胎)、声发射检测、TOFD、X射线数字成像检测、漏磁检测、脉冲涡流检测(相比常规涡流检测范围更宽、效率更高、厚度更大)等方法进行标准化，其中TOFD实际应用较多。此外，没有列入标准的工业CT和实时成像也有着广泛的应用。下面就常用方法进行介绍。
2.1 超声检测UT超声波换能器产生的声波发射到被测试的材料，随着声波穿透材料，在背面会发生反射或回波，任何内部的不连续性都会反射声波，并且生成一个信号发送到接收器。收到不同回波的时间被记录下来，以确定材料的厚度和产品中不连续的距离。
2.2 射线检测RT2.2.1 传统射线检测射线对于检测材料和制品中隐藏的缺陷是非常有用的。值得一提的是，射线检测在检测物品的体积性缺陷方面尤其有效，如孔隙、气孔和固体内含物。尽管它不能用于测量缺陷的厚度，但很容易确认缺陷的性质和尺寸(长度和宽度)，这种检测方法的另一个好处是：通过将被测试物品放到一个底片上，就能永久记录缺陷。为了做到这一点，将电离辐射的源放在被检测产品的一侧，将装在暗袋内的底片放置在非常靠近产品另一侧的地方。辐射在传输过程中被部分吸收，由于材料厚度或吸收特性的不同，导致辐射被吸收的不同程度被记录在底片上。事实上，底片是对可见光敏感的，而不是对X射线敏感，是暗袋内底片两侧的金属增感屏将射线转换为可见光。这种底片也就是工业无损探伤胶片。
中国航天科技有限公司旗下的乐凯医疗科技有限公司，与其他几家跨国感光材料企业一道，在传统射线检测领域服务多年，生产的立方体和T颗粒卤化银系列工业无损探伤胶片，是航天“黑科技”之一。具体工业探伤胶片类别、特性以及各公司型号，请参考表 1。乐凯工业无损检测系列胶片采用先进的双注乳剂制备技术，精确控制乳剂晶型及大小，制备不同特性工业无损检测胶片，满足不同用途需要。
表1
 表 1 工业探伤胶片类别、特性及各公司型号[1-3]
| 表 1 工业探伤胶片类别、特性及各公司型号[1-3] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
此外，阳光片在欧美发达国家和沙特阿拉伯等能源国家有着广泛的应用，阳光片顾名思义，也就是能够见得了阳光的胶片，这是相对于传统概念感光胶片不能见光而言的，也就是生产厂家事先将胶片包好在含有增感屏的暗袋里，在工地现场直接使用，省去了在暗室将胶片装暗袋这一步骤。
2.2.2 数字化射线检测计算机射线照相CR(computer radiography)是指将射线透过工件后的信息记录在成像板上，经扫描装置读取，再由计算机生出数字化图像的技术。因为IP板价格昂贵，成像板被照射次数有限，而且不适合野外作业，所以无法推广。
DR(digital radiography)通常指采用电子成像板技术-平板检测器技术(FPD Technique)，平板技术一般源于医疗数字成像。
2.3 磁粉检测MT磁粉探伤可用于检测在铁磁材料的表面和近表面的缺陷。为了进行这样的检测，一个永久磁铁、电磁铁或电磁线圈将用来在被检测样品上产生一个磁场。如果在被检测的产品中存在缺陷，磁通将被扭曲和“泄漏”。精细的磁粉颗粒(通常悬浮在载体液中以喷雾形式喷出)用于试样表面，它们被吸引到磁通泄漏的区域，形成一个可见的缺陷指示。
2.4 渗透检测PT渗透检测是一种使用广泛且成本低廉的检测方法。它被用于定位在所有非多孔性材料(如金属和塑料)表面的裂纹。该检测方法将可见或荧光染料施加到被测试产品的表面，这种染料可以用溶剂或水洗去。通过浸渍或喷雾的形式将染料施加到被测试产品表面后，它们能经由毛细作用进入任何不连续缺陷中。染料进入不连续的时间称为停留时间，通常至少需要20 min。
2.5 涡流检测ET给一个线圈通入交流电，在一定条件下通过的电流是不变的。如果把线圈靠近被测工件，像船在水中那样，工件内会感应出涡流，受涡流影响，线圈电流会发生变化。由于涡流的大小随工件内有没有缺陷而不同，所以线圈电流变化的大小能反映有无缺陷。穿过式线圈用来检测管材、棒材和线材，它的内径略大于被检物件，可发现裂纹、夹杂、凹坑等缺陷；探头式线圈用于对试件进行局部探测，应用时线圈置于金属板、管或其他零件上，可检疲劳裂纹；插入式线圈也称内部探头，放在管子或零件的孔内用来作内壁检测，可用于检查各种管道内壁的腐蚀程度等。
2.6 TOFD检测TOFD(time of flight diffraction)是衍射时差法超声检测技术，采用一发一收两个宽带窄脉冲探头进行检测，探头相对于焊缝中心线对称布置。发射探头产生非聚焦纵波波束，以一定角度入射到被检工件中，其中部分波束沿近表面传播被接收探头接收，部分波束经底面反射后被探头接收。接收探头通过接收缺陷尖端的衍射信号及其时差来确定缺陷的位置和自身高度。
特点：(1)一次扫查几乎能够覆盖整个焊缝区域(除上下表面盲区)，可以实现非常高的检测速度；(2)可靠性好，对于焊缝中部缺陷检出率很高；(3)能够发现各种类型的缺陷，对缺陷的走向不敏感；(4)可以识别向表面延伸的缺陷；(5)采用D-扫描成像，缺陷判读更加直观；(6)对缺陷垂直方向的定量和定位非常准确，精度误差小于1 mm；(7)和脉冲反射法相结合时检测效果更好，覆盖率100%；(8)不适合于T型焊缝检测。
2.7 超声相控阵技术超声技术的发展，除了TOFD之外，还有PAUT(phased array ultrasonic testing)即超声相控阵检测技术，此新技术发展很快，但是尚未建立国家标准。超声相控阵检测技术使用不同形状的多阵元换能器产生和接收超声波束，通过控制换能器阵列中各阵元发射(或接收)脉冲的不同延迟时间，改变声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系，实现焦点和声束方向的变化，从而实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。
特点：与传统的手工超声波检测和射线检测相比，相控阵具有以下优势：(1)检测灵活性高、速度快，现场检测时只需要对环焊缝进行一次简单的扫查而无需来回移动即可完成全焊缝检测；(2)检测结果直观、重复性好，可实时显示。在扫查的同时可对焊缝进行分析、评判。可打印、存盘，实现检测结果的永久性保持；(3)可检测复杂形面或难以接近的部位；(4)缺陷定位准确，检测灵敏度高；(5)作业强度小，无辐射无污物。
2.8 工业CT工业CT是工业用计算机断层成像技术的简称，它能在对检测物体无损伤条件下，以二维断层图像或三维立体图像的形式，清晰、准确、直观地展示被检测物体内部的结构、组成、材质及缺损状况，被誉为当今最佳无损检测和无损评估技术。工业CT技术涉及核物理学、微电子学、光电子技术、仪器仪表、精密机械与控制、计算机图像处理与模式识别等多学科领域，是一个技术密集型的高科技产品。工业CT广泛应用于汽车、材料、航天、航空、军工、国防等产业领域，是航天运载火箭、飞船航空发动机、大型武器、地质结构分析，以及机械产品质量的重要检测手段。
2.9 实时成像实时成像，是一种X射线无损检测方法。早期因得到的图像为模拟图像，因此称其为实时成像，也被称做工业电视。它是通过屏幕实时显示检测结果图像的方法，利用该图像对检测对象材料进行定性、定量的分析、判断和评估，从而获得检测对象材料的均匀性和一致性，或获得对象结构、装配、材料密度、厚度等信息，达到无损检测的目的。实时成像方法因其检测图像直观清晰、检测速度快和成本低的优势，受到业界高度关注和快速发展。
3 工件缺陷与无损检测对照表根据工件缺陷的特点选择合适的无损检测方法，是相关从业人员的必备技术。在实际工作中，经常会有复杂的、多缺陷集合在一起的情况，那么就需要具体情况具体分析，制定合适的检测方法，有时候需要专门设计、定制一些特殊装备。普通的工件缺陷与无损检测方法对照，请参考表 2。
表2
表 2 工件缺陷与无损检测方法对照表[4]
| 表 2 工件缺陷与无损检测方法对照表[4] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 无损检测技术的应用4.1 航天航空航天航空领域仍然是NDT使用最频繁的领域。航空零件组装到航空器之前要进行检查，而后在其使用寿命中也要进行定期检查。航空器的零件需要设计成重量尽量轻，并能够发挥高强度的功能，这就意味着它们要承受很高的载荷，而本身轻薄的重量使得一个小的缺陷就能够导致器件的损坏。航空器持续进行飞行、降落、滑行、机舱加压，许多器件会产生疲劳裂纹，这些疲劳裂纹会随着时间而逐渐生长、长大，会造成航天器破损而带来极大的安全隐患。因此，定期对航天器进行检验成为航天器安全使用的必要措施。
在航空领域NDT应用的领域主要有：(1)涡扇叶片的检测：叶片边缘等检测；(2)复合粘接件的检测：在航空器领域应用了许多，利用胶粘剂粘合的零件。利用NDT对其检验会增加其可靠性；(3)复合蒙皮材料结构的检测：在航天器和航空领域，大量使用碳纤维/环氧树酯蒙皮和铝蜂窝复合材料，这主要是为了减轻重量，从而降低燃料消耗、降低运营成本。这些材料同样要进行定期的检查；(4)航空零件的检测：大量的航空用异形零件，需要用NDT技术进行检查；(5)多层铝结构器件的检测：机身结构的监测对于安全来讲非常重要。通过对铝多层铆接零件监测，可以防止灾难性的结构损坏。NDT这时能够发挥重要作用。
毫无疑问，飞机工业的成功依赖于无损检测技术。没有无损检测，飞机的保养、飞行将会增加巨大的成本，而飞行的安全性也会降低。
4.2 铁轨检测在铁路发展早期，由于铁轨缺陷造成许多事故，甚至脱轨事故。因此，美国在20世纪20年代就有成立专门的铁路检测公司对铁路进行保养。当然，人工巡检也变成了铁路多年的例行制度。
铁轨的无损检测，早期采用的是磁场检测。如美国的Sperry公司，在1928年前后建立了磁场检测方法，把检测设备装进一个巡检车在铁轨上行车巡检。磁场检测对于铁轨横向的裂缝比较敏感，而其他内含的缺陷、接缝、分层、腐蚀等缺陷不敏感。而这些缺陷也是造成疲劳裂缝的原因。因此，20世纪60年代，美国开始使用超声的探伤设施，检测设备同样建成检测车以6.5英里和13英里的时速运行巡检。
当前，我国铁路里程越来越长，而且高铁行驶里程也在万公里以上，高铁车辆及路轨对无损检测的要求也越来越高。除了制度上完善每天“窗口期”的人工巡检，还有更多的无损检测设施也投入使用，这些设施包括有轨检(动检)车、机载报警仪、便携式添乘仪、人工添乘、线路精测小车、电子轨检仪等，均能进行精密作业。
4.3 桥梁检测按照桥梁的建设规范要求，桥梁的使用年限要长于道路年限，最长的要求使用年限在100年，所以，对于桥梁的维护检测更为必要。桥梁检测一般配置一定数量的高性能养修设备, 加强对桥梁的监控。高性能的无损检测设备，如：电阻探头、声发射探头等探测混凝土中钢筋的腐蚀情况；先进的超声波、射线设备检测钢结构的裂缝、缺陷；超声回探仪测混凝土的强度等。
在我国，越来越多的桥梁建在峡谷上，需要大量使用斜拉结构，对使用斜拉钢材的无损检测也越来越重要。同时，当前运输中存在的超载等违法现象时有发生，容易造成桥梁结构的疲劳裂缝等，道路桥梁的承载也承受着考验。
此外，无损检测在造船、钢索检测、石油输送管道的检测，以及国防领域也正大量使用。无损检测的发展和技术的提高会对许多工业领域带来极大的便利，并使许多行业的运行成本得到极大降低。因此，无损检测的研究有极其重要的意义。
参考文献
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| [4] | NB/T 47013-2015.承压设备无损检测[S]. NB/T 47013-2015.Nondestructive Testing of Pressure Equipments[S]. |
