淺談無損探傷檢測成像技術的發展

肖天雷 王舒卉 茅曉晨

【摘? 要】無損探傷檢測技術是一門綜合性應用學科，隨著現代科學技術的發展而獲得越來越廣泛的應用。文章針對無損探傷檢測技術的發展現狀、主流的檢測和成像方法，以及發展方向進行介紹和探討。

【關鍵詞】無損檢測;成像;發展

引言

隨著我國現代化工業的蓬勃發展，產品質量和生產安全已經成為人們關心的重中之重。無損探傷檢測以其適用范圍廣、安全性高得到了廣泛的應用。它不僅可以探測產品零部件的缺陷、檢查焊接是否牢固，還可以檢測物體表面涂層是否有缺陷等。無損探傷檢測已經成為汽車、航天、建筑等行業不可或缺的一部分。

無損探傷技術是指在不破壞被檢測對象內外部結構與組織的基礎上，對特定對象進行的無損化檢驗與檢測。目的是為了掌握結構內部狀況，為采取相應的技術處理措施提供基礎性參考與依據。其基本過程是采用無損檢測手段，確定檢測信息為偽缺陷、相關缺陷或非相關缺陷，然后評估確定該構件是否符合特定的可接受的標準。

1.發展現狀

無損探傷檢測技術是一門交叉學科，它作為工業生產中不可或缺的一部分，在國外已發展了100多年，我國從上世紀50年代也開始無損檢測的研究，在總體上還很薄弱。近年來，我國在統一標準、政策制定、環境優化等方面實施了一系列政策。至今我國已通過各種金屬無損探傷規程近200項，極大地加速了無損檢測領域的發展。

目前無損探傷檢測的發展具有自動化、圖像化、智能化等特點。無損檢測技術不但要在不損傷被檢對象使用性能的前提下，探測其內部或表面的各種缺陷， 判斷缺陷的位置、大小、形狀和性質，還應能對對象的固有屬性、狀態和發展趨勢（安全性和剩余壽命）等進行分析和預測， 并做出綜合評價。

2.主流無損探傷檢測成像技術

2.1 CT斷層掃描和可視化三維重建技術

CT斷層掃描系統采用線陣探測器獲取投影數據重建出斷層圖像，將采集到的上千幅二維斷層圖像通過三維重建算法在計算機內還原成工件的三維數據模型。CT不受試件結構形狀的影響，可以反映樣品表面和內部的狀況。目前，CT斷層掃描和可視化三維重建技術已經非常成熟，廣泛應用于寶馬等知名廠商的生產線上。

2.2康普頓散射成像檢測技術。

1976年前蘇聯完成了γ射線康普頓散射成像檢驗金屬表面缺陷的實驗。康普頓散射成像檢驗技術采用散射成像，射線源與檢測器位于物體的同一側，其技術上的顯著特點是：①單側幾何布置，即射線源與檢測器位于物體的同一側。②一次掃描可得到三維圖象，具有層析功能，一次可得到多個截面的圖象。③在理論上圖象的對比度可達到100%。由于采用散射成像，因此康普頓散射成像技術主要適于低原子序數物質、近表面區較小厚度范圍內缺陷的檢驗。

2.3超聲無損檢測成像技術

超聲成像技術就是用超聲波獲得物體可見圖像的方法。由于聲波可以穿透很多不透光的物體，故利用聲波可以獲得這些物體內部結構聲學特性的信息。超聲成像技術將這些信息變成人眼可見的圖像， 即可以獲得不透光物體（金屬）內部聲學特性分布的圖像。

超聲成像技術在很長一段時間內只能生成二維影像，對金屬內部橫向缺陷檢測能力差，表面缺陷與近表面缺陷容易混淆。但在2008年日本開發出了利用超聲波反射來實現金屬等物體內部三維影像化的系統“三維超聲波探傷系統”。與以前的方式相比，能以更短的時間檢查金屬等物體的整個內部情況。

2.4激光無損檢測成像技術

激光技術在無損檢測領域的應用始于七十年代初期，并逐漸形成了激光全息、激光超聲等無損檢測新技術。這些技術由于其特殊的性能而擴大了無損檢測的應用范圍。例如其可用于高溫條件下熱鋼材的在線檢測，也適用于不宜接近的放射性樣品的檢測。此外，由于激光照射角度靈活，它還可以用于檢測外形不規則的樣品、或者更加全面的完成復合材料的檢測。

2.5微波無損檢測成像技術

微波無損檢測技術是通過分折反射波和透射波的振幅和相位變化以及波的模式變化，了解被測樣品中的裂紋、裂縫、氣孔等缺陷，確定分層媒質的脫粘、夾雜等的位置和尺寸，檢測復合材料內部密度的不均勻程度。

微波相比于超聲波不需要耦合劑，避免了耦合劑對材料的污染。由于微波能穿透對聲波衰減很大的非金屬材料，因此該技術最顯著的特點在于可以進行最有效的無損掃描。微波的極比特性使材料纖維束方向的確定和生產過程中非直線性的監控成為可能。

此外，無需做特別的分析處理，采用該技術就可隨時獲得缺陷區域的三維實時圖像。微波無損檢測設備簡單、費用低廉、易于操作、便于攜帶。但是由于微波不能穿透金屬和導電性能較好的復合材料，因而不能檢測此類復合結構內部的缺陷，只能檢測金屬表面裂紋缺陷及粗糙度。

2.6超聲渦流復合式無損檢測成像技術

超聲和渦流檢測技術可以用來互相補充檢測不同部位、不同缺陷和不同構件，也可以兩者相互驗證檢測同一部位的缺陷。渦流檢測技術是以電磁感應為基礎的檢測方法，適用于導電材料。它對工件表面或近表面缺陷有很高的檢出率且在一定范圍內有良好的線性指示，可對大小不同的缺陷進行評價。加拿大Lamarrea、Dupuiso和Molesm于2006年用超聲和渦流陣列檢測技術對鋁制品的摩擦焊縫進行全面檢測，非常可靠地檢測出摩擦焊縫內部的體積型缺陷。英國Edwards R. S、Sophiana 等人也于2006年將一個含有一對電磁超聲傳感器的雙重探頭和一個渦流探頭相結合，利用數據融合技術得到樣品缺陷的描述。

3.發展趨勢和展望

無損檢測成像技術發展的歷史清楚地記載了人們對物體各種特性的認知的過程。無損檢測成像技術隨著科學技術的進步而發展， 可以說是先進科學技術的集合。不同無損檢測方式的融合以及成像的智能化分析將成為今后的發展方向。無損檢測成像技術的發展必將促進整體工業和經濟的發展，促進了不同的行業技術升級，又反過來推動了損檢測技術進入新的發展階段。

參考文獻

[1] 孫杰，甄宗標. 紅外熱成像技術在橋梁鋼結構涂裝檢測中的應用[J]. 世界橋梁， 2019，47（05）：69-73.

[2] 王軍. 無損探傷技術在鋼結構檢測中的應用[J]. 化工設計通訊，2020，46（07）：138-139.

[3] 盧艷平，王玨，喻洪麟. 工業CT三維圖像處理與分析系統[J]. 儀器儀表學報，2009，02：444-448.

[4] 龐勇，韓焱. 超聲成像方法綜述[J]. 測試技術學報， 2001，04：280-284.

[5] 王銳，蔣涼，高峰等. 激光技術在無損檢測領域中的應用[J]. 安徽建筑工業學院學報，2008，05：75-77.

[6] 劉康. 探究超聲無損檢測研究的新進展[J]. 科技創新導報，2019，16（22）：66-67.

[7] 張清華，陳鐵群，謝寶忠. 超聲與渦流復合式無損檢測的機理及應用[J]. 現代制造工程，2010，03：140-144.

[8] 邵長祿. 無損檢測技術在鋼棒探傷方面的應用[J]. 無損探傷，2020，44（04）：44-46.

作者簡介：肖天雷（1987-），男，上海人，碩士研究生，中級工程師，研究方向為在線檢測與校準技術。