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无损检测概述

来源:无损检测人才网 时间:2022-07-04 作者:无损检测人才网 浏览量:

0 引言 可以这么说,听说过无损检测的人是很少的,而听说过且又知道什么是无损检测的人,则可 能更少。

1 什么是无损检测

1.1 定义 无损检测,英文:non-destructive testing,缩写:NDT。

根据 GB/T 20737-2006/ISO/TS 18173:2005《无损检测通用术语和定义》中2.20 的定义,沧州欧谱无 损检测是指:以不损害预期实用性和可用性的方式来检查材料或零部件的技术方法的开发和应 用,其目的是为了:探测、定位、测量和评定伤;评价完整性、性质和构成;测量几何特性。 因而在中国,无损检测又被称之为无损探伤,通常的解释是:不破坏材料或零部件,探测材 料或零部件内部或表面的损伤。

1.2 不同的写法 在台湾,无损检测被称之为非破坏检测。在日本则写作非破壊検査(英文为non-destructive inspection,NDI)。在美国则经常被写作non-destructive examination 或non-destructive evaluation, 缩写都是NDE。由于有 NDI、NDT 和 NDE 等不同写法,中文也就出现了非破坏检查、无损检 验、无损检测、无损检查和无损评价等不同的译法。但实际上,这些不同的英文和中文,它们具 有的意义相同,都是同义词,都是指无损检测。

2 无损检测的兴起和发展 2.1 X 射线的发现和应用 1895 年11 月8 日,伦琴发现了X 射线(俗称X 光),并为此而获得了1900 年首次颁发的诺 贝尔物理学奖。不久,伦琴给他妻子的手指拍了一张X 射线照片(即X 光片)。 这张著名的手指照片,引发了 X 射线在医学上的应用和发展。 如今,大多数人知道X 射线可用于医学,也有不少人知道X 射线也可用于天文、考古、安 检等,但却很少有人知道X 射线在工业、建筑、能源和交通运输等领域发挥着更大的作用。

2.2 无损检测的兴起 就在伦琴给他妻子的手指拍了 X 射线照片后不久,有人也用X 射线对工业产品进行了拍摄。 人们惊讶地发现,工业产品的体内竟然有如此众多的杂质甚至裂纹。 这一新发现彻底改变了人们的观念,即:看上去是非常值得信赖的东西,竟然是有那么多的 毛病,甚至是找不到一个没有一点毛病的产品。

这一新发现催生出了一门新兴的应用技术——无损检测。 无损检测的开发和应用,使得 20 世纪的材料和工业产品发生了巨大的革命。通过应用无损 检测,不断发现材料和工业产品的毛病,通过不断改进材料和工业产品,消除毛病,使得材料和 工业产品变得更强、更小、更轻、更耐用。 这一新发现也引发了一场思想革命,即认为:任何东西都是有毛病的,所以有必要经过充分 地检验去找出毛病来,然后尽可能地去消除毛病,这样才有可能做到越来越好。这种思想越来越 深入到了社会的各个层面,譬如质量管理体系,就是采用了检查、改进、再检查、再改进的模式。 真正的不合格恰恰是检查不出有什么毛病,以至于不知如何改进。

2.3 无损检测的发展 今天,无损检测已不再是仅仅使用X 射线,包括声、电、磁、电磁波、中子、激光等各种物 理现象几乎都被用做于了无损检测,譬如:超声检测、涡流检测、磁粉检测、射线检测、渗透检 测、目视检测、红外检测、微波检测、泄漏检测、声发射检测、漏磁检测、磁记忆检测、热中子 照相检测、激光散斑成像检测、光纤光栅传感技术,等等,而且还在不断地开发和应用新的方法 和技术。 一些看上去非常传统的无损检测方法,实际上也已经发展出了许多新技术,譬如: 射线检测——传统技术是:胶片射线照相(X 射线和伽马射线)。新技术有:加速器高能X 射线照相、数字射线成像(DR)、计算机射线照相(CR,类似于数码照相)、计算机层析成像(CT)、 射线衍射等等。 超声检测——传统技术是:A 型超声(A 扫描超声,A 超)。新技术有:B 扫描超声(B 超)、 C 扫描超声(C 超)、超声衍射(TOFD)、相控阵超声、共振超声、电磁超声、超声导波等等。

3 无损检测与其他检测

3.1 无损检测与破坏检测 无损检测是非破坏检测,与破坏检测(destructive testing)有很大的不同。譬如:化学成分测 定、力学试验、振动试验等等都属于破坏检测。 无损检测与破坏检测具有一个共同点:都是针对于工业或建筑业产品的检测。 不同点却很多:

1)无损检测可以对全部产品进行检测,所以对每个产品甚至产品的每个阶段负责;破坏检 测只是对全部产品按比例取样进行检测,所以只对来样负责,对未检测到的产品不负责。

2)经过无损检测的产品或试样,可以作为放心产品销售;经过破坏检测的产品或试样,却 因遭受破坏而不可再作为产品销售。

3)无损检测的对象,就是产品本身,因为产品的形状大小各异,所以会影响无损检测的有 效实施;破坏检测的对象,沧州欧谱通常不考虑产品的形状大小,所以很少会影响检测的有效实施。

3.2 无损检测与医学检查 与工业检测类似,医学检查也可分为无损和破坏两大类。譬如:B 超、X 光拍片、CT、磁共 振、内窥镜等等,都是属于无损的。 就无损特征而言,无损检测与医学检查具有这样的共同点:检测目的和采用的技术相似。 不同点是: 医学检查的对象是人,其形状和构造不变,只有大小成比例地变化,可以较容易地制作参考 标样,并可作为统一的通用标样;而无损检测的对象是产品或物体,无论是材质还是大小、形状 或构造,都是五花八门、千变万化,而且没有规律,所以不大可能制作出通用的参考标样,而且 有些无损检测的对象,可能只有一件或成本昂贵而连一个参考标样都较难制作,这就给无损检测 的实施带来很大的困难。

4 无损检测的特点和应用

4.1 无损检测的特点 虽然无损检测比其他检测都要复杂和困难得多。但是,由于无损检测可以不破坏被检对象, 即不破坏经过了检测的材料和产品,而且可以对每件产品进行检测甚至做百分之百的检测,其优 势无可替代,因此,无损检测被广泛地应用于材料、冶金、机械、发电设备、化工设备、特种设 备、汽车、飞机、宇航、船舶、武器、火车、铁路、输油气管道、建筑、桥梁等等产品的制造、 安装和运行维护。 通常而言,无损检测能应用于产品设计、材料选择、加工制造、成品检验、在役检查(维修 保养)等多个方面,在质量控制与降低成本之间能起优化作用。此外,无损检测还有助于保证产 品和设备的有效使用和安全运行。

4.2 无损检测的开发和应用 通常,一种技术能否成为无损检测技术,首先在于运用这一技术能否发现材料和零部件中的 不连续,其次在于能否定位和测量不连续,再次在于能否评定不连续是否是伤以及伤的程度。满 足这些条件越多,就可能开发成为一种有效的无损检测方法或技术而被应用。 所谓不连续(discontinuity),根据ISO/TS 18173:2005《无损检测通用术语和定义》中2.9 的定义,是指:连续或结合的缺失;材料或工件在物理结构或形状上有意或无意的中断。通俗地 讲,不连续就是两种不同介质之间形成的界面。譬如:材料中的疏松、气孔、裂纹等,这些东西 内通常是气体或真空,故不与材料为同一介质,从而与材料形成有界面;材料中的夹杂物,也因 为与材料是不同介质,也会与材料形成界面;材料或零部件的内外表面、机加工孔,等等,都是 不连续。根据不连续的形成原因,可把不连续分为固有不连续(原材料中的)、加工不连续(机 加工产生的)和在役不连续(使用中产生的)。

无损检测就是对不连续进行发现和评定。无损检测的任务,首先排除内外表面、复合层或粘 接层、机加工孔等设计所要求的不连续,剩下的不是设计所要求的不连续,就被统称为缺欠 (imperfection)。由于无损检测有其自身的适用性和局限性,所以无损检测并不能发现所有的不 连续或缺欠。根据ISO/TS 18173:2005《无损检测通用术语和定义》中2.11 的定义,用无损检 测可检测到的缺欠,称之为伤或损伤(flaw)。 伤,可分为内伤和外伤。内伤是指内部的损伤,譬如疏松、气孔、夹杂物、分层、裂纹等等。 外伤是指表面的损伤,譬如划伤、裂纹、碰撞、冲击、磨损、腐蚀等等。无论是内伤还是外伤, 有的可能是制造中产生的,有的可能是使用中产生的。

几乎所有材料或零部件,都或多或少地存在有内伤或外伤。通常情况下,因为我们没有去注 意或难以发现它们,所以就认为看上去很好的材料或零部件都是没有毛病或伤的,其实不然。 无损检测对于内外表面、机加工孔之类的不连续最为敏感,但是,发现缺欠或损伤才是无损 检测的真正目的。如果发现的损伤不大,其对材料性能虽有影响但仍在设计所允许参数要求内的, 这个损伤就是可接受的,或者说,带有这个损伤或缺欠的产品仍然是合格品。如果一个损伤较大, 其对材料性能的影响很大以至于不符合设计参数要求了,或其在使用中很可能会迅速恶化而导致 材料失效,这个损伤就是不可接受的,这样的损伤就称之为缺陷(defect),或者说,带有缺陷的 产品是不合格品。

当产品或设备交付使用后,产品就开始了遭受各种外力折磨的过程,每次使用就是一次外力 转换成应力在产品或材料体内肆虐的过程,而应力总是喜欢聚积在各种界面或不连续上,并且越 尖锐的界面或不连续又是应力最喜欢粘附或滞留在那里而成为残余应力的地方,只要有外力,残 余应力的聚积就会越来越多、越大,当残余应力聚积到一定大小后,再有应力的加入就会把不连 续发展成一种伤或裂纹,而已有的伤也会在残余应力和应力的共同作用下发展成裂纹,并且越是 尖锐的不连续或伤越会先发展成为裂纹,而只要有外力(即产品在继续使用),残余应力就会越 来越多、越大,裂纹就会继续扩展,当裂纹扩展到一定大小后,最终就会导致材料或产品的失效 或断裂。几乎所有的产品都在重复这样的经历。通常,为了提高产品的使用寿命,适当地带伤工 作通常是允许的,只要产品的损伤或者裂纹是在失效或断裂的临界值之内就行。没有毛病或缺欠 的东西是极其少见的,尤其是工业产品,被检查出有缺欠或损伤是普遍现象,但有缺欠或损伤并 不就是不合格或不能使用了。

因此,产品出厂合格所允许的损伤值,与产品失效的损伤值通常是 不相等的,它们之间的差值就称之为损伤容限。损伤容限越大,产品使用寿命可能就会越长,对 于设备或交通工具来说,就意味着安全运营的可靠性越大。 为了取得精确和合理的损伤容限参数,就需要精确的无损检测结果和可靠性。不同材料的材 质,以及不同零部件和总成件的形状和构造,会对无损检测的可靠性产生很大的影响,这种影响 又直接影响了无损检测结果的可信性。所以为了尽可能地确保无损检测的可靠性,越来越多的方 法和技术被用做于无损检测,以确保去发现需要发现的损伤或缺欠。

但即便是同一种材料使用同 一种无损检测方法或技术,也会因为零部件或总成件的形状或构造的不同,其应用效果会大相径 庭。无损检测发展至今,虽然对于金属材料,尤其是对于钢铁材料的检测能力已经越来越具有可 靠性。但随着更多产品或设备包括交通工具等要求材料越来越轻,大量轻金属和非金属材料被选 择使用,这对无损检测提出了越来越高的要求。无损检测不仅是要探测出有无损伤,更重要的还 要测量出损伤的大小和位置,这对于产品或设备来说更加重要,只有这样的无损检测才能为产品 设计和运营体检提供可靠的检测结果。因此,无损检测,其方法和技术是有很严格的条件的,它 要能探测、定位、测量和评定伤。

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