NDT是無損檢測的英文(Non-destructive testing)縮寫。
NDT是指對材料或工件實施一種不損害或不影響其未來使用性能或用途的檢測手段。通過使用 NDT,能發現材料或工件內部和表面所存在的缺欠,能測量工件的幾何特征和尺寸,能測定材料或工件的內部組成、結構、物理性能和狀態等。
NDT能應用于產品設計、材料選擇、加工制造、成品檢驗、在役檢查(維修保養)等多方面,在質量控制與降低成本之間能起最優化作用。NDT還有助于保證產品的安全運行和(或)有效使用。
NDT包含了許多種已可有效應用的方法,最常用的 NDT方法是:射線照相檢測、超聲檢測、渦流檢測、磁粉檢測、滲透檢測、目視檢測、泄漏檢測、聲發射檢測、射線透視檢測等。
由于各種NDT方法,都各有其適用范圍和局限性,因此新的 NDT方法一直在不斷地被開發和應用。通常,只要符合 NDT的基本定義,任何一種物理的、化學的或其他可能的技術手段,都可能被開發成一種 NDT方法。
在我國,無損檢測一詞最早被稱之為探傷或無損探傷,其不同的方法也同樣被稱之為探傷,如射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷等等。這一稱法或寫法廣為流傳,并一直沿用至今,其使用率并不亞于無損檢測一詞。
在國外,無損檢測一詞相對應的英文詞,除了該詞的前半部分——即 non-destructive 的寫法大多相同外,其后半部分的寫法就各異了。如日本習慣寫作 inspection,歐洲不少國家過去曾寫作 flaw detection、現在則統一使用 testing,美國除了也使用 testing 外,似乎更喜歡寫作 examination 和 evaluation。這些詞與前半部分結合后,形成的縮略語則分別是 NDI、NDT 和 NDE,翻譯成中文就出現了無損探傷、無損檢查(非破壞檢查)、無損檢驗、無損檢測、無損評價等不同術語形式和寫法。
實際上,這些不同的英文及其相應的中文術語,它們具有的意義相同,都是同義詞。為此,國際標準化組織無損檢測技術委員會(ISO/TC 135)制定并發布了一項新的國際標準(ISO/TS 18173:2005),旨在將這些不同形式和寫法的術語統一起來,明確它們是有一個相同定義的術語、都是同義詞,即都等同于無損檢測(non-destryctive testing)。而不同的寫法,僅僅是由于語言習慣不同而已。
因此,作為標準化的術語,推薦使用“無損檢測”一詞,對應的英文詞則推薦使用“Non-destructive testing”。各種無損檢測方法的名稱,也同樣推薦使用“檢測”一詞,如射線照相檢測、超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測、渦流檢測等等。在翻譯時,與 Non-destructive 相連用的如 inspection、examination、evaluation 等英文詞,都推薦譯成“無損檢測”一詞,盡量避免寫作“無損探傷”、“無損檢查”、“無損檢驗”、“無損評價”等。這一譯法也同樣適用于各種無損檢測方法名稱的譯法。
注:inspection、examination、evaluation 等詞,僅在翻譯無損檢測及其方法的名稱時才推薦譯成“檢測”一詞,其他場合宜依據原文內容和中文習慣來翻譯。
一. 常規無損檢測方法有
1. 超聲檢測Ultrasonic Testing(縮寫UT)
2. 射線膠片照相Radiographic Testing(縮寫RT)
3. 磁粉檢測Magnetic particle Testing(縮寫MT)
4. 滲透檢驗Penetrant Testing(縮寫PT)
5. 脈沖渦流檢測Eddy current Testing(縮寫ET)
6. 衍射時差法超聲檢測 Time of flight diffraction(縮寫TOFD)
7. 相控陣超聲檢測Phased array ultrasonic testing(縮寫PAUT)
8.目視檢測Visual testing(縮寫VT)
二. 非常規無損檢測技術有
1. 聲發射Acoustic Emission testing (縮寫AE、AT)
2. 泄漏檢測Leak Testing(縮寫LT)
3. 光全息照相Optical Holography(縮寫OH)
4. 紅外熱成象Infrared Thermography(縮寫IT)
5. 微波檢測Microwave Testing
6. 計算機層析成像檢測 computed tomographic testing (縮寫 CT)
7. 目視檢測 visual testing (縮寫VT)
8. X射線計算機輔助成像檢測 Computed radiography testing(縮寫CR)
9. 漏磁檢測Magnetic flux leakage(縮寫MFL)
10. X射線數字成像Digital radiography(縮寫DR)
三. 常用檢測方法的優缺點
1. 射線檢測
利用射線(X射線、γ射線、中子射線等)穿過材料或工件時的強度衰減,檢測其內部結構不連續性的技術稱為射線檢測。穿過材料或工件的射線由于強度不同在X射線膠片上的感光程度也不同,由此生成內部不連續的圖象。
1.1 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,應用最廣泛的一種非破壞性檢驗方法。
1.2 射線照相檢驗法的原理: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,由于不同密度的物質對射線的吸收系數不同,照射到膠片各處的射線能量也就會產生差異,便可根據暗室處理后的底片各處黑度差來判別缺陷。
1.3 射線照相法的優點和局限性總結如下:
1.3.1 可以獲得缺陷的直觀圖像,定性準確,對長度、寬度尺寸的定量也比較準確;
1.3.2 檢測結果有直接記錄,可長期保存;
1.3.3 對體積型缺陷(氣孔、夾渣、夾鎢、燒穿、咬邊、焊瘤、凹坑等)檢出率很高,對面積型缺陷(未焊透、未熔合、裂紋等),如果照相角度不適當,容易漏檢;
1.3.4 適宜檢驗厚度較薄的工件而不宜較厚的工件,因為檢驗厚工件需要高能量的射線設備,而且隨著厚度的增加,其檢驗靈敏度也會下降;
1.3.5 適宜檢驗對接焊縫,不適宜檢驗角焊縫以及板材、棒材、鍛件等;
1.3.6 對缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸(高度)的確定比較困難;
1.3.7 檢測成本高、速度慢;
1.3.8 具有輻射生物效應,無損檢測超聲波探傷儀能夠殺傷生物細胞,損害生物組織,危及生物器官的正常功能。
1.4 RT的特性是定性更準確,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。
2. 超聲檢測(UT)
超聲波在被檢測材料中傳播時,材料的聲學特性和內部組織的變化對超聲波的傳播產生一定的影響,通過對超聲波受影響程度和狀況的探測了解材料性能和結構變化的技術稱為超聲檢測。
2.1 超聲波工作的原理:主要是基于超聲波在試件中的傳播特性。
2.1.1 聲源產生超聲波,采用一定的方式使超聲波進入試件;
2.1.2 超聲波在試件中傳播并與試件材料以及其中的缺陷相互作用,使其傳播方向或特征被改變;
2.1.3 改變后的超聲波通過檢測設備被接收,并可對其進行處理和分析;
2.1.4 根據接收的超聲波的特征,評估試件本身及其內部是否存在缺陷及缺陷的特性。
2.2 超聲波檢測的優點:
2.2.1 適用于金屬、非金屬和復合材料等多種制件的無損檢測;
2.2.2 穿透能力強,可對較大厚度范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;
2.2.3 缺陷定位較準確;
2.2.4 對面積型缺陷的檢出率較高;
2.2.5 靈敏度高,可檢測試件內部尺寸很小的缺陷;
2.2.6 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。
2.3 超聲波檢測的局限性:
2.3.1 對試件中的缺陷進行精確的定性、定量仍須作深入研究;
2.3.2 對具有復雜形狀或不規則外形的試件進行超聲檢測有困難;
2.3.3 缺陷的位置、取向和形狀對檢測結果有一定影響;
2.3.4 材質、晶粒度等對檢測有較大影響;
2.3.5 以常用的手工A型脈沖反射法檢測時結果顯示不直觀,且檢測結果無直接見證記錄。
2.4 超聲檢測的適用范圍:
2.4.1 從檢測對象的材料來說,可用于金屬、非金屬和復合材料;
2.4.2 從檢測對象的制造工藝來說,可用于鍛件、鑄件、焊接件、膠結件等;
2.4.3 從檢測對象的形狀來說,可用于板材、棒材、管材等;
2.4.4 從檢測對象的尺寸來說,厚度可小至1mm,也可大至幾米;
2.4.5 從缺陷部位來說,既可以是表面缺陷,也可以是內部缺陷。
3. 磁粉檢測(MT)
3.1 磁粉檢測的原理:鐵磁性材料和工件被磁化后,由于不連續性的存在,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 磁粉檢測不連續性的位置、形狀和大小。
3.2 磁粉檢測的適用性和局限性:
3.2.1 磁粉探傷適用于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。
3.2.2 磁粉檢測可對原材料、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。
3.2.3 可發現裂紋、夾雜、發紋、白點、折疊、冷隔和疏松等缺陷。
3.2.4 磁粉檢測不能檢測奧氏體不銹鋼材料和用奧氏體不銹鋼焊條焊接的焊縫,也不能檢測銅、鋁、鎂、鈦等非磁性材料。對于表面淺的劃傷、埋藏較深的孔洞和與工件表面夾角小于20°的分層和折疊難以發現。
4. 滲透檢測(PT)
4.1 液體滲透檢測的基本原理:零件表面被施涂含有熒光染料或著色染料的滲透劑后,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;經去除零件表面多余的滲透液后,再在零件表面施涂顯像劑,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,(黃綠色熒光或鮮艷紅色),從而探測出缺陷的形貌及分布狀態。
4.2 滲透檢測的優點:
4.2.1 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;
4.2.2 具有較高的靈敏度(可發現0.1μm寬缺陷)
4.2.3 顯示直觀、操作方便、檢測費用低。
4.2.4 滲透檢測的缺點及局限性:
4.2.5 它只能檢出表面開口的缺陷;
4.2.6 不適于檢查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的工件;
4.2.7 滲透檢測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。
5. 渦流檢測(ET)
利用鐵磁線圈在工件中感生的渦流,分析工件內部質量狀況的無損檢測方法稱為渦流檢測。
5.1渦流檢測的基本原理:將通有交流電的線圈置于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,還取決于試件的電導率、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。但由于渦流是交變電流,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。
5.2 應用:按試件的形狀和檢測目的的不同,可采用不同形式的線圈,通常有穿過式、探頭式和插入式線圈3種。
5.2.1 穿過式線圈用來檢測管材、棒材和線材,它的內徑略大于被檢物件,使用時使被檢物體以一定的速度在線圈內通過,可發現裂紋、夾雜、凹坑等缺陷。
5.2.2 探頭式線圈適用于對試件進行局部探測。應用時線圈置于金屬板、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。
5.2.3 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,可用于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。
5.3 渦流法主要用于生產線上的金屬管、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涂膜的厚度。
5.4 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,易于實現自動化,但不適用于形狀復雜的零件,而且只能檢測導電材料的表面和近表面缺陷,檢測結果也易于受到材料本身及其他因素的干擾。
6. 目視檢測(VT)
目視檢測,屬于無損檢測的一種,又稱外觀檢驗,是一種手續簡便而又應用廣泛的檢驗方法,主要是發現材料表面的缺陷。目視檢測包括直接和間接兩種方法,直接檢測不依靠輔助工具直接用肉眼進行觀測,間接檢測則可以借助放大鏡、鏡片、內窺鏡(迷你相機)、閉路電視等工具協助進行檢測。
目視檢測是極為重要的無損檢測方法,卻經常被忽視。目視檢測是無損檢測工業的基礎。例如,對現行工程應用目視檢測常可發現一些較為明顯的問題,如泄漏、高頻超差、腐蝕和錯位等。同時,目視檢測也可有效確認局部進階無損檢測的必要性
目視檢測,是國內實施的比較少,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,以確認不會影響后面的檢驗,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。經過國際級的培訓,其VT檢測技術會比較專業,而且很受國際機構的重視。
VT常常用于目視檢查焊縫,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,之后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,并且其檢查標準是基本相符的。
7. 衍射時差法超聲檢測(TOFD)
檢測時使用一對或多對寬聲束探頭,每對探頭相對焊縫對稱分布,聲束覆蓋檢測區域,遇到缺陷時產生反射波和衍射波。探頭同時接收反射波和衍射波,通過測量衍射波傳播時間和利用三角方程,來確定出缺陷的尺寸和位置。
7.1 TOFD檢測的特點:
7.1.1 檢驗是使用一對寬聲束、縱波探頭,探頭頻率高于脈沖回波法(PE)的探頭頻率,探頭相對于焊縫對稱分布。
7.1.2 聲束在焊縫中傳播遇到缺陷時,缺陷會產生反射波,缺陷兩端產生衍射波,衍射波比反射波低20~30dB。接收探頭具有極高的靈敏度,接收衍射波。
7.1.3 以精確測量衍射波的傳輸時間和簡單的三角方程為理論基礎,使用計算機來完成缺陷尺寸和位置的測量。
7.1.4 TOFD檢驗不是依賴于測量缺陷回波高度而是以精確測量衍射波的飛行時間確定缺陷的尺寸和位置,對于自然裂紋測量精度為1mm,對于人工反射體測量精度為0.1mm(實驗室條件下)。
7.2 TOFD 的局限性
7.2.1 在外表面和內表面附近存在盲區。
7.2.2 解釋比較困難,目前國內對缺陷定性問題沒有經驗,經常需要輔助其它檢測手段。
7.2.3 夸大了一些良性的缺陷, 如氣孔, 冷夾層, 內部未熔合。
7.2.4 實際檢測中缺陷高度方向誤差較小,長度方向誤差較大(6dB法測長)。
8. 相控陣超聲檢測(PAUT)
相控陣技術是超聲波的一種,使用微型探頭陣列產生超聲波束,通過建立聚焦規則由電子裝置控制每個陣列單元的發射和接收時間,而產生出許多的超聲波波束, 通過控制陣列的激發和接收時間,實現控制波束角度、聚焦深度、焦點尺寸等,實現工件的快速掃描成像。
8.1 相控陣技術的優點
8.1.1 多種二維成像組合顯示,甚至三維模擬,使超聲檢測結果更加直觀,評定更方便。
8.1.2 掃查中,探頭不用前后移動就能同時利用縱波和橫波及其他波形進行缺陷檢測,檢測速度快效率高,且對方向性的缺陷檢測非常有利。
8.1.3 陣列的多角度移動檢測,有利于聲束對缺陷進行最佳角度的檢測和定量。
8.1.4 檢測分辨率高,精度高。
8.1.5 通過扇掃切片圖展示體積性缺陷每個位置的缺陷斷面圖,類似對缺陷作定量表征分析的金相切片,結果分析直觀精確。
8.1.6 相控陣具有類似于常規超聲的操作員對整個A掃查數據細微觀察的額外優勢,從而有更可靠的缺陷定性能力。
8.1.7 探頭尺寸小,檢測靈活。
8.1.8 掃查范圍大、角度可變等優點,使其非常有利于檢測復雜構件及難以接近的部位。
8.1.9 基本無耗材,檢測成本低。
8.1.10 相控陣采用S掃,即同時可以擁有許多角度的超聲波,就相當于擁有多種角度的探頭同時工作,所以相控陣無需鋸齒掃查,只要沿著焊縫挪動探頭即可,檢測效率更高。適用于自動化生產,和批量生產。
8.1.11 相控陣可以擁有聚焦功能,而常規超聲波一般沒有(除了聚焦探頭外),所以相控陣檢測的靈敏度和分辨率都比常規超聲檢測高。
8.1.12 相控陣檢測可以同時擁有B掃、D掃、S掃和C掃描,可以通過建模,建立一個三維立體圖形,缺陷顯示非常直觀,哪怕不懂NDT的人都能看明白,而常規超聲波只能通過波形來分辨缺陷。
8.1.13 超聲相控陣可以檢測復雜工件,比如可以檢測渦輪葉片的葉根,常規超聲波檢測因為探頭聲束角度單一,存在很大的盲區,造成漏檢。而相控陣可以快速,直觀的檢測。
8.2 相控陣超聲檢測的缺點和局限性
8.2.1 適用于探傷5mm以上,且形狀規則的部件內部缺陷。
8.2.2 缺陷顯示不直觀,對缺陷定性比較困難。
8.2.3 對操作人員的技能有比較高的要求。