超聲無損檢測技求的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

    無損檢測技術(shù)已經(jīng)歷一個(gè)世紀(jì)，盡管無損檢測技術(shù)本身并非一種生產(chǎn)技術(shù)，但其技術(shù)水平卻能反映該部門、該行業(yè)、該地區(qū)甚至該國的工業(yè)技術(shù)水平。無損檢測技術(shù)所能帶來的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。統(tǒng)計(jì)資料顯示，經(jīng)過無損檢測后的產(chǎn)品增值情況大致是，機(jī)械產(chǎn)品為5%，國防、宇航、原子能產(chǎn)品為12%-18% ，火箭為20%。例如，德國奔馳公司汽車幾千個(gè)零件經(jīng)過無損檢測后，整車運(yùn)行公里數(shù)提高了一倍，大大提高了產(chǎn)品在國際市場的競爭能力：日本小汽車生產(chǎn)中30%零件采用無損檢測后質(zhì)量迅速超過美國。德國科學(xué)家認(rèn)為，無損檢測驗(yàn)技術(shù)是機(jī)械工業(yè)的四大支柱之一。美國前總統(tǒng)里根曾說:“沒有先進(jìn)的無損檢測技術(shù)，美國就不可能享有在眾多領(lǐng)域的領(lǐng)先地位”?？梢姮F(xiàn)代工業(yè)是建立在無損檢測基礎(chǔ)上的說法并不為過。世界各國都對超聲無損檢測給予了高度的重視。

　　超聲無損檢測技術(shù)(UT)是五大常規(guī)檢測技術(shù)之一，與其它常規(guī)無損檢橄技術(shù)相比，它具有被測對象范圍廣，檢測深度大：缺陷定位準(zhǔn)確.檢測靈敏度高：成本低，使用方便：速度快，對人體無害以及便于現(xiàn)場使用等特點(diǎn)。因此.超聲無損檢測技術(shù)是國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、使用頗率最高且發(fā)展較快的一種無損檢測技術(shù)，體現(xiàn)在改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、成品檢驗(yàn)以及設(shè)備服役的各個(gè)階段，體現(xiàn)在保證機(jī)器零件的可靠性和安全性上。世界各國出版的無損檢測書籍、資料、文獻(xiàn)中，超聲探傷所占的數(shù)量都是首屈一指的。有關(guān)資料表明，國外每年大約發(fā)表3000篇涉及無損檢測的文獻(xiàn)資料，全部文獻(xiàn)資料中有關(guān)超聲無損檢測的內(nèi)容約占45 %。前幾屆世界無損檢測會議論文集收錄的論文中有關(guān)超聲檢測的論文數(shù)遙遙領(lǐng)先于其它檢測方法，特別是2000年10月在羅馬召開的第十五屆世界無損檢測會議(WCNDT)收錄的663篇論文中，超聲檢測就占250篇(2000年WCNDT會議收錄的論文分布情況)。這些都說明超聲無損檢測的研究勢頭和其在無損檢測中的重要地位。

    1 超聲無損檢測技術(shù)
　　1.1 無損檢測技術(shù)向高準(zhǔn)確度、高可靠性方向發(fā)展
　　20世紀(jì)70 年代以來，超聲檢測的數(shù)宇化、自動化、智能化和圖象化成為超聲無損檢測技術(shù)研究的熱點(diǎn)，標(biāo)志著超聲無損檢測的現(xiàn)代化進(jìn)程。近年來，隨著傳感技術(shù)、電子技術(shù)、自動控俐技術(shù)、記算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代無損檢測技術(shù)已經(jīng)進(jìn)人到以計(jì)算機(jī)控制為主的信息加工時(shí)代。表現(xiàn)在：生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控和產(chǎn)品運(yùn)行過程的監(jiān)督(如對軋鋼的生產(chǎn)線的監(jiān)控)。對涂有各種厚度的防腐材料和保溫層的工程檢測技術(shù)：能自動掃描、自動定位與跟蹤檢測對象的各種檢測機(jī)器人：對缺陷的自動識別與記算機(jī)模擬技術(shù)的深入研究等。其中計(jì)算機(jī)模擬或仿真技術(shù)就是可以不通過制造試件(頂埋有各種人工與自然缺陷).獲得各種缺陷信號。采用計(jì)算機(jī)軟件方法模擬檢測過程，要對檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與缺陷參數(shù)建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型比較困難，所以在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用還相當(dāng)少。
　　國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家的無損檢測技術(shù)已逐步從NDI和NDT向NDE過渡。無損探傷(Nondestruction Inspection NDI)、無損檢測(Nondestrutuve testing NDT)和無損評價(jià)(Nondestruction Evauation NDE)是無損檢測發(fā)展的三個(gè)階段。超聲無損探傷是初級階段，它的作用僅僅是在不損害零部件的前提下，發(fā)現(xiàn)其人眼不可見的內(nèi)部缺陷，以滿足工業(yè)設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度要求。超聲無損檢測是近20年來應(yīng)用最廣泛的術(shù)語，它不僅要檢測最終產(chǎn)品，而且還要對生產(chǎn)過程的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。超聲無損評價(jià)是超聲檢測發(fā)展的最高境界，不但要探測缺陷的有無，還要給出材質(zhì)的定量評價(jià)，也包括對材料和缺陷的物理和力學(xué)性能的檢測及其評價(jià)。
　　無損檢測的另一個(gè)發(fā)展是從一般無損評價(jià)向自動無損評價(jià)和定量無損評價(jià)發(fā)展(即從NED向ANED和QNED發(fā)展)。逐步減少人為因素的影響，改用計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢測和分析數(shù)據(jù)，以提高檢測的可靠性。
　　1.2 超聲檢測儀器的應(yīng)用與發(fā)展
　　超聲檢測儀器性能直接影響超聲檢測的可靠性，其發(fā)展與電子技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展是息息相關(guān)的。計(jì)算機(jī)的介入，一方面提高了設(shè)備的抗干擾能力，另一方面利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算功能，實(shí)現(xiàn)了對缺陷信號的定量、自動讀數(shù)、自動識別、自動補(bǔ)償和報(bào)警。20世紀(jì)80年代，新一代的超聲檢測儀器——數(shù)字化、智能化超聲儀問世，標(biāo)志著超聲檢測儀器進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。
　　超聲無損檢測儀器將向數(shù)字化、智能化、圖象化、小型化和多功能化發(fā)展。在第十三、十四世界無損檢測會議儀器展覽會、1996年中國國際質(zhì)量控制技術(shù)與測試儀器展覽會、1997年日本無損檢測展覽會等大型國際會議會展中，數(shù)字化、智能化、圖象化超聲儀最引人注目，顯示了當(dāng)今世界無損檢測儀器的發(fā)展趨勢。其中以德國Krautraemer公司、美國Panametrics公司、丹麥Force Institutes公司與美國PAC公司的產(chǎn)品最具代表性。真正的智能化超聲儀應(yīng)該是全面、客觀地反映實(shí)際情況，而且可以運(yùn)用頻譜分析，自適應(yīng)專家網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提高可靠性。提高超聲檢測中對缺陷的定位、定量和定性的可靠性也是超聲檢測儀器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化急待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　現(xiàn)代的掃查裝置也在向智能化方向發(fā)展。掃查裝置是自動檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，檢測結(jié)果準(zhǔn)確性、可靠性都依賴于掃查裝置。例如采用聲藕合監(jiān)視或藕合不良反饋控制方式提高探頭與工件表面的耦合穩(wěn)定度以及檢測的可靠性。從20世紀(jì)90年代以來，出現(xiàn)的各種智能檢測機(jī)器人，已經(jīng)形成了機(jī)器人檢測的新時(shí)代及工程檢測機(jī)器人的系列與商業(yè)市場。例如日本東京煤氣公司的蜘蛛型機(jī)器人，移動速度約60m/h ，重約140kg，采用16個(gè)超聲探頭可以對運(yùn)行狀態(tài)下的球罐上任意點(diǎn)坐標(biāo)位置進(jìn)行掃描。日本NKK公司研制的機(jī)器人借助管道內(nèi)液體推力前進(jìn)，可以測量輸油管道腐蝕狀況，其檢測精度小于1mm。丹麥Force研究所的爬壁機(jī)器人，重約10噸，采用磁吸附與預(yù)置磁條跟蹤方式可檢測各類大型儲罐與船體的缺陷。
　　1.3 超聲成象技術(shù)
　　超聲成象技術(shù)是在電視技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，經(jīng)歷了一個(gè)漫長發(fā)展歷程。早在20年代，人們就開始探索超聲成象的原理及方法，使超聲成象成為最早實(shí)現(xiàn)的超聲無損檢測技術(shù)。其后由于技術(shù)上的原因，早期的超聲成象檢測技術(shù)很快被其它超聲無損檢測技術(shù)所取代。20世紀(jì)60年代，激光的發(fā)明和光學(xué)全息技術(shù)的成就極大地刺激了人們對聲象研究的興趣。然而，在聲學(xué)領(lǐng)域，簡單地模仿光全息等光學(xué)成象方法遇到了極大的障礙，迫使人們在新技術(shù)基礎(chǔ)上，根據(jù)聲波的特點(diǎn)，發(fā)展出以掃描成象技術(shù)為主流的各種新成象方法。
　　在現(xiàn)代無損檢測技術(shù)中，超聲成象技術(shù)是一種令人矚目的新技術(shù)。超聲圖象可以提供直觀和大量的信息，直接反映物體的聲學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，有著非常廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)代超聲成象技術(shù)都是計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號采集技術(shù)和圖象處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)據(jù)采集技術(shù)、圖象重建技術(shù)、自動化和智能化技術(shù)以及超聲成象系統(tǒng)的性能價(jià)格比等發(fā)展直接影響超聲檢測圖象化的進(jìn)程?，F(xiàn)代超聲成象技術(shù)大多有自動化和智能化的特點(diǎn)，因而有許多優(yōu)點(diǎn)，如檢測的一致性好，可靠性、復(fù)現(xiàn)性高，存儲的檢測結(jié)果可隨時(shí)調(diào)用，并可以對歷次檢測的結(jié)果自動比較，以對缺陷做動態(tài)檢測等。總之，超聲成象技術(shù)克服了傳統(tǒng)超聲檢測不直觀、判傷難，無記錄的缺陷，減少了檢測中人為干擾，有效地提高無損檢測的可靠性，是定量無損檢測的重要工具。
　　目前已經(jīng)使用和正在開發(fā)的成象技術(shù)包括:超聲B掃描成象，超聲C掃描成象、超聲D掃描成象，ALOK(德文“振幅—傳播時(shí)間—位置曲線”的縮寫)成象，SAFT(合成孔徑聚焦)成象，P掃描成象，超聲全息成象，超聲CT成象等技術(shù)。
　　2 我國無損檢測發(fā)展的現(xiàn)狀
　　近年來我國超聲無損檢測事業(yè)取得了巨大進(jìn)步和發(fā)展。超聲無損檢測已經(jīng)應(yīng)用到了幾乎所有工業(yè)部門，其用途正日趨擴(kuò)大。超聲無損檢測的相關(guān)理論和方法及應(yīng)用的基礎(chǔ)性研究正在逐步深入，已經(jīng)取得了許多具有國際先進(jìn)水平的成果。許多不同用途的微機(jī)控制自動超聲檢測系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。我國在這方面開展的主要研究有：計(jì)算機(jī)化超聲設(shè)備；用戶友好界面操作系統(tǒng)軟件；超聲數(shù)字信號處理，包括人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式識別、相位補(bǔ)償?shù)?；高頻超聲無損檢測技術(shù)：各種掃描成象技術(shù)：多坐標(biāo)、多通道的自動超聲檢查系統(tǒng)：超聲機(jī)器人檢測系統(tǒng)：復(fù)雜構(gòu)件的自動掃描超聲成象檢測(如5維以上多維探頭調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)等輔助設(shè)備的開發(fā)研究)等。這其中許多成果已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，這些研究為我國超聲無損檢測技術(shù)的持續(xù)發(fā)展提供了保證。
　　無損檢測的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，檢測儀器的數(shù)字化、智能化、圖象化、小型化和系列化工作也都取得了很大發(fā)展。我國已經(jīng)制訂了一系列國標(biāo)、部標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而且引進(jìn)了ISO，ATSM、DIN、SS、BS、NF、JIS等一百多個(gè)國外標(biāo)準(zhǔn)。無損檢測人員的培訓(xùn)也逐漸與國際接軌。
　　但是，我國超聲無損檢測事業(yè)從整體水平而言，與發(fā)達(dá)國家之間存在很大差距。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
　　檢測專業(yè)隊(duì)伍中高級技術(shù)人員和高級操作人員所占比例較小，極大阻礙了超聲無損檢測技術(shù)自動化、智能化、圖象化的進(jìn)展。由于經(jīng)驗(yàn)豐富的老一輩檢測工作者缺乏把實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為理論總結(jié)，而年輕的檢測人員雖擁有豐富的計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代技術(shù)，卻缺乏切實(shí)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).這有可能導(dǎo)致現(xiàn)有的超聲檢測軟件系統(tǒng)不同程度的缺陷，降低了檢測的可靠性。特別像專家系統(tǒng)軟件，以及有自動判傷。自動評定缺陷級別功能的軟件編寫應(yīng)該引起足夠的重視。組織一定的人力、才力對超聲無損檢測的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行收集和總結(jié)，不斷充實(shí)檢測理論和檢測規(guī)范，把無損檢測技術(shù)人員和計(jì)算機(jī)技術(shù)人員有機(jī)結(jié)合起來，才能開發(fā)出實(shí)用的無損檢測軟件。另外，應(yīng)該樹立對各類無損檢測軟件的正確觀念，任何軟件都是依靠正確的檢測方法、檢測狀態(tài)和在一定的適用范圍限制下得到的結(jié)果。
　　專業(yè)無損檢測人員相對較少，現(xiàn)有無損檢測設(shè)備利用率低。我國無損檢測技術(shù)經(jīng)過40年的發(fā)展，雖然應(yīng)用已經(jīng)遍及近30個(gè)系統(tǒng)領(lǐng)域，直接從事無損檢測技術(shù)方面的人員已近20萬左右，但是高技術(shù)專業(yè)人員較少。目前我國的投入不比日本少，國民生產(chǎn)總值只有日本的三分之一左右，這主要是由于我國產(chǎn)品質(zhì)量上存在問題而導(dǎo)致大量產(chǎn)品報(bào)廢所致。據(jù)測算，我國不良品的年損失約2000億元。更嚴(yán)重的后果是產(chǎn)品的競爭能力差，影響產(chǎn)品進(jìn)入國際市場。我們調(diào)研的幾個(gè)大型機(jī)械制造企業(yè)，都擁有為數(shù)不少的無損檢測設(shè)備，但由于對無損檢測重要性認(rèn)識不夠，專門從事無損檢測的人員缺乏等因素，無損檢測在生產(chǎn)中并未發(fā)揮其應(yīng)有的作用。無損檢測方面的書籍缺乏，很不利于無損檢測后繼人員的培養(yǎng)。
　　重視對無損檢測技術(shù)領(lǐng)域的信息技術(shù)應(yīng)用。當(dāng)信息技術(shù)和無損檢測結(jié)合以后，人們就可以最大限度地從檢測過程中獲取大量信息。我國對無損檢測信息技術(shù)的建設(shè)工作還處在相當(dāng)薄弱的階段。目前國內(nèi)已經(jīng)建立的無損檢測專業(yè)網(wǎng)站或涉及無損檢測技術(shù)范疇內(nèi)容的網(wǎng)站的初步估算超過50個(gè)，但是專業(yè)的無損檢測技術(shù)資訊綜合網(wǎng)站少，僅有無損檢測幾家，其余網(wǎng)站的內(nèi)容大多局限于其自身的生產(chǎn)經(jīng)營、服務(wù)業(yè)務(wù)等，范圍相對比較狹窄。重視無損檢測技術(shù)領(lǐng)域的信息技術(shù)應(yīng)用，建立無損檢測各類相關(guān)技術(shù)、設(shè)備儀器等方面的專業(yè)的、綜合性的資訊網(wǎng)站，是當(dāng)前無損檢測技術(shù)發(fā)展所必須的。要使超聲檢測的專業(yè)隊(duì)伍技術(shù)水平普遇得到提高，就要認(rèn)識到信息技術(shù)應(yīng)用必要性。
　　總之，當(dāng)前迫切需要解決的問題是涉及實(shí)際工程應(yīng)用中亟待解決的問題，如檢測方法的規(guī)范化，判傷的標(biāo)準(zhǔn)化，檢測和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的制訂，操作步驟的程序化.檢測技術(shù)領(lǐng)域的信息化。另外.應(yīng)該注重對無損檢測人員資格進(jìn)行全國統(tǒng)一的培訓(xùn)、鑒定和考核，力爭使無損檢測人員的培訓(xùn)與國際接軌。