更快、更可靠和更直观――第16届世界无损检测会议综述

1、综述更快、更可靠和更直观第16届世界无损检测会议综述耿荣生(北京航空工程技术研究中心,北京100076摘要:介绍了在加拿大蒙特利尔召开的第16届世界无损检测会议的概况,就我国当前无损检测技术的发展情况和无损检测技术的发展方向进行了探讨。关键词:无损检测;相控阵技术;自动化检测;新技术;综述中图分类号:TG115.28文献标识码:A文章编号:100026656(20041120565204FASTER,MORE RE L IAB L E AN D MORE INTUITIVE:AN OVERVIEW OF THE16th WOR LD CONFERENCE ON N ON DESTRUCTIVE

2、 TESTINGGENG R ong2sheng(Beijing Aeronautical Technology Research Centre,Beijing100076,ChinaAbstract:An overview of the16th world conference on NDT held in Montreal,Canada,waspresented.State of art of nondestructive testing technique both in China and abroad was described and s pecial attentions wer

3、e paid to the trend of the technique.K eyw ords:Nondestructive testing;Phased controll array technique;Automatic ins pection;New techniques;Survey1概述第16届世界无损检测会议(WCND T已于9月3日在加拿大蒙特利尔落下帷幕,四年一次的这一盛会又被称之为无损检测界的奥林匹克大会。以中国无损检测学会副理事长、2008年第17届世界无损检测会议主席耿荣生为团长,无损检测学会总干事、2008年第17届世界无损检测会议秘书长徐永昌为副团长的我国无损检测学会

4、一行24人参加了这次盛会。我国还有一些单位也组团参加了此次大会。本次会议对于中国无损检测学会代表团还有一个更加特殊的意义,那就是,再过四年,WCND T 将落户中国无损检测学会和中国上海。因此,盘点本次会议,或者在更广泛的意义下盘点一下我们中国的无损检测技术,对于我们更好地发展中国的无损检测技术、对于我们成功举办第17届世界无损检测会议将会有一定的启示作用。收稿日期:2004210208本次会议共收到论文700余篇,列入大会报告的论文有500篇左右,有575篇论文被收入会议论文集。共有约50个国家和地区的代表向会议递交了论文,其中美国以89篇论文雄居榜首,紧随其后的是德国(61篇和加拿大(59

5、篇。我国(不包括台湾和香港地区和法国并列第四(43篇。会议特邀论文有28篇,包括主题报告两篇。参加会议的人数包括展商约有2500人,其中会议正式代表约为1800人,是历届WCND T人数较多的一次。规模庞大的无损检测仪器展览是这次会议的另一特色,有100多家仪器制造商在大会期间展示了几乎涉及所有无损检测领域的各类最新仪器,包括超声相控阵、无胶片射线检测系统、激光和红外检测系统、多探头涡流检测系统及各类自动检测系统等。会议论文按检测技术分为超声、涡流、激光、红外、微波及信号处理技术,而按应用的工业部门,又强调了ND T技术在航天航空、石化、汽车、民用建筑、材料特征评价、微系统及加工过程中的应用等

6、。在论文分布上,射线检测最多,有61篇,其次是红外565第26卷第11期2004年11月无损检测ND TVol.26No.11Nov.2004和激光(60篇及信号处理(39篇。从应用领域看,论文较多的是材料特征评价(57篇、航天航空(44篇、过程监控(29篇和土木结构(29篇。有15篇论文(含大会专题报告的两篇论文涉及到无损检测前沿技术的发展方向。同历届会议一样,本次会议也为ND T人员培训和资格鉴定提供了足够的展示空间。本次会议继承了罗马会议方式,论文集采用电子文本并用光盘代替传统的书面出版物。实事求是地讲,从文章检索方便性、快捷性和电子文本的用户友好性来看,本次会议论文集远不如罗马会议论文

7、集(至少笔者的感觉是如此,后者可很方便地用作者、国家、方法(ET,U T和R T等、应用领域(boil2 er,automobile,aerospace和bridge等等众多关键词检索或用论文识别号(IDN查寻,并可交叉检索且无需自己输入关键词(也可以自行输入关键词检索,十分方便。而这些优点在本次会议论文集中已或多或少丧失,这是应当引起今后的会议承办者注意的地方。2我国无损检测技术在世界无损检测大家庭的地位本次会议之后,中国无损检测学会将以下届WCND T东道主的身份活跃在世界无损检测的舞台上。如何正确认识我国无损检测技术的发展状况,搞清我国无损检测技术水平与世界先进水平的主要差距,对于今后提

8、高我国无损检测技术的总体水平是十分重要的。但由于这是一个大课题,而且在某种程度上是仁者见仁,智者见智,笔者也只能在此发表一点个人的粗浅认识,算作是抛砖引玉。笔者在罗马会议之后曾写到,成功申办2008年第17届世界无损检测会议标志着我国的无损检测工作的发展已得到世界公认,并预见在新的千年,我国无损检测工作将变得更加活跃,并在世界无损检测界具有举足轻重的地位。在本次会议上,许多代表主动与我会代表团联系,一些国家的学会还主动寻求与我会签订ND T人员资格互认协议,在国际无损检测委员会会议上,代表们希望听到来自中国代表的声音,国际知名无损检测仪器研究开发公司GEIT与我会签订赞助第17届WCND T的

9、协议,我国在本次会议上发表的论文数继续保持名列前茅,这些都是上述说法的有力例证。但是,我们确实应当看到,我国虽然是一个无损检测大国,也是无损检测仪器的生产大国,但是,我们却不是无损检测技术的强国。我们虽然拥有世界上从事ND T人数最多的无损检测学会,也拥有无损检测仪器最大的生产量和销售量,但是,我国的无损检测仪器基本上仅占据了低端市场,绝大多数高端的无损检测设备还必须依靠进口。此外,我们在ND T仪器开发方面缺少原创性的成果,基本上是走仿制或者是跟在别人的后面前进。这方面的例子实在太多了。例如,虽然我们已自主研制出工业射线CT多年,但包括航空、航天在内的许多工业部门所需要的CT检测设备还需要从

10、国外进口;我们在射线数字图像平板研制方面要落后西方和日本数年,且目前仍看不出有赶上的趋势;虽然我们生产的超声A扫描检测仪器已占据国际上该类设备的相当高比例,但大多数超声C扫描装置和精密声显微镜仍需要进口;虽然我们在超声成像和相控阵技术方面发表过很多高水平的论文并也有一些设备问世,但我国工业部门需要的超声相控阵检测系统几乎100%地从国外进口。同样,我们在高端红外、激光检测系统方面也基本上依赖进口。所以,从技术层面上讲,我国在无损检测领域还不是一个强国。无论是2000年的意大利罗马会议还是此次加拿大蒙特利尔会议,当全世界众多厂商向无损检测界的同行展示其各种新型设备时,我们都未能看到中国无损检测仪

11、器生产商的身影,这不能说不是一件令人遗憾的事情。因此,笔者还是那句老话,随着无损检测技术更深入、更广泛地参与到国计民生的各个领域,我们确实应当从更深的层次上来推进我国无损检测事业的发展。3会议所展示的无损检测技术发展方向相对而言,每一届世界无损检测大会都会有一个主题并与当时的ND T发展方向或者迫切发展的话题紧密相联系。1996年的印度新德里第14届世界无损检测会议突出了应当将无损检测(ND T技术发展为无损评价(NDE,即Non2Destructive Evalu2 ation,并强调了ND T技术在质量控制过程中的巨大作用。2000年在罗马召开的第15届世界无损检测会议提出无损检测技术应当

12、为保护生态环境服务、为预防地球的温室效应服务、为提高人类生活质量服务。罗马会议展示了无损检测仪器的发展趋势检测自动化、图像化、计算机化,强调要尽快将ND T的研究成果转化为市场产品,都对近几年无损检测技术的快速发展起到推动作用。本次会议上,超声相控阵技术、非接触超声波检665测、多探头涡流检测技术、导波技术、激光和红外检测技术受到了特别的关注,也成为最受会议代表欢迎的话题。从会议的一些主题报告来看,如何利用现有的理论、设计方法和技术平台来创造新的ND T 技术和应用领域,成为人们的特别关注之点1。会议强调应当在这方面进行长期的国际合作,以方便利用人类现有的知识和资源来加速ND T发明和创新,这

13、可能已成为无损检测领域人们的共识。如果说较为传统的ND T发展方向是要求检测技术能朝着自动化(更快、图像化(更直观和高可靠性(更可靠发展的话,那么,如何将无损检测技术融合到科学技术发展的大舞台则成为人们又一关注的焦点。在这方面,随着纳米技术、微机电系统的广泛应用,如何无损地检测纳米结构和微2纳机电系统也向ND T或NDE技术提出了挑战,但这恰恰为ND T提供了发展的舞台。同历届世界无损检测大会一样,本次会议的与会者也特别强调并呼吁人们重视对无损检测之源传感器技术的研究。利用新型智能传感器,并将传感器、信号处理和计算机集成到一个微系统中,这一领域的发展也将为无损检测技术的发展提供新的空间。3.1

14、N DT技术必须为工程、特别是大型或重点工程项目服务早在几年前,无损检测界的一些有识之士就提出,发展ND T技术必须与国家科技发展的大环境结合,要在国家特别关心的新材料、新能源、环境和公共安全等领域进行应用性研究。无损检测技术有其强烈的应用性背景,虽然也有很多基本理论问题尚待解决,但更重要的还是解决如何尽可能利用其它学科现有的知识和技术来开发新的无损检测技术和仪器并用于解决工程实践中急需要解决的项目。很难想象,工作在同公共安全有关的科研部门的无损检测工作者不去解决埋地油、气管道的监/检测问题,工作在航空、航天领域的无损检测工作者不将自己的研究工作同重点型号的安全相结合,其研究工作会有什么样的后

15、果。除研究所、高校人员活跃在讲台上外(这一点与国内会议的情况是一致的,这次会议的另一特色是,不少仪器制造公司(如R/D TECH,GEIT,ET2 TERM EYER等的代表在大会讲台上特别活跃,其报告由于在展示其最新开发的仪器的同时,还带来了这些新研制的仪器在工程上的应用范例,因此受到与会者的欢迎,会后的讨论也特别热烈。3.2检测结果图像化是N DT技术发展的必然趋势图像化在ND T中的重要作用是其它方法所不可替代的。有很多古老的说法说明了图像化的重要性,如“百闻不如一见”“耳闻是虚,眼见为实”“一幅图片抵得上千句话”“看到了才是最美丽的”。这些说法的最基本含义就是人类在探索自然界的奥秘时希

16、望能有一个最直观的解答,即使是对十分复杂的现象也是如此。电视能迅速发展和普及即是得益于它能满足人类的这一最基本要求,这也是为什么在无损检测的众多方法中,目视(加上借助于孔探仪、放大镜和显微镜等辅助工具仍然是用得最多的检测方法。传统的A扫描超声检测仪器虽然还有一定的市场,特别是在发展中国家,但其将要被成像显示方式的仪器(B扫描、C扫描和超声CT所代替已是一个不争的事实。涡流检测仪器从指针式变为平面相位图显示是一大进步,但目前,它也几乎要被涡流成像检测仪器代替。由于有很多方法可以扩大目视的范围和消除其局限性,这就使这些方法得到广泛应用。因此,本次会议上展示的仪器,即使是超声相控阵和多(线圈探头涡流

17、检测仪,都是以图像显示的方式呈现检测结果。从本次会议的论文和展示的仪器来看,光学检测方法无疑是一颗正在冉冉升起的新星2,这在很大程度上是由于光学方法的检测结果是以图像显示的方式出现。热成像和振动热图是另一得到广泛应用的领域,其原因也几乎一样。这几种检测方法的另一最大优点是不接触、远距离、大面积检测。它们可以检测物体表面的状态和缺陷,也可以采用适当方法获得有关其内部的信息。这些特点正好满足了人们对检测速度、检测的方便性的一些最基本要求,那就是:更快、更可靠和更直观。前面叙述的强调利用现有的理论、设计方法和技术平台来创造新的ND T技术和应用领域,这一点在光学无损检测领域得到了最强有力的证明。无论

18、是激光全息术、电子散斑干涉、电子剪切散斑(激光错位成像以及激光超声等几乎都是利用了现有的激光技术,对其稍加改造,使之成为无损检测技术,而对结果的解释恰恰正是无损检测工作者自己需要去深入研究的课题。作为激光全息无损检测系统的一个变种,电子剪切散斑即错位成像技术在航空、航天部门得到广泛应用,因为它特别适合复合材料损伤的快速、大面积检测,且检测结果相对比较直765观3。其基本原理是将激光全息系统中的空间滤波器改为错位装置,原理示于图1。 图1电子剪切散斑干涉检测光路布置简图本次会议上,生产错位成像检测系统的德国Ettemeyer 公司的创始人Ettemeyer 博士介绍了该公司在该领域仪器研制方面的

19、最新进展3。图2是该公司为检测直升机旋翼叶片生产的检测装置。 图2用于检测直升机旋翼叶片的激光错位成像系统3.3大力发展自动化检测装置同先前的WCND T 一样,展示自动检测装置是仪器展览会的重要内容。自动化对于一些大型结构,特别是表面形状复杂的结构(如飞机、管道等特别重要。同样,生产线的自动化检测也特别重要。这不仅是节省人力的问题,同时也是能够保证检测重复性和可靠性的问题。简单的自动检测装置和爬行器等已得到广泛应用,而对于一些更复杂的装置,无损检测工作者需要与工作在自动化领域,特别是机器人领域的工作者密切结合4。3.4努力发展相控阵等新技术本次会议上有关相控阵技术的论文及展示的相控阵检测设备

20、可能是最受欢迎的领域,特别是R/D TECH 公司,不仅在仪器展览大厅占有显著的位置,其人员在学术报告会上也十分活跃5,6。相控阵技术能给出更高的探伤灵敏度、更大的穿透能力和更灵活的探伤方法,而且其控制电路十分复杂,研究和开发相控阵检测设备有助于其在无损检测领域的全面、深入发展。R/D TECH 公司与美国合作,已开发出适合工厂生产线的相控阵自动检测设备(图3。图3工厂生产线用相控阵检测设备从会议情况看,相控阵技术的主要发展是采用新型材料(压电复合材料传感器、制造高密度传感单元的换能器阵列和采用更先进的控制电路。压电复合材料传感器一方面可大大降低交叉干扰效应,同时因其有较低的声阻抗,易与后续电

21、路匹配。同时这种换能器阵列又具有很宽的工作频率。在过去近30年的历史中,超声波换能器一直是用单片压电材料(如PZT ,材料声阻抗很高,其电气性质受到限制。采用压电复合材料制造的相控阵探头阵列在医学上已应用了近20年,但它在ND T 中的应用还不到10年。近年来迅速发展的压电复合材料克服了这些缺点,其设计和应用范围都得到发展。压电复合材料是压电陶瓷和其它材料(多为聚脂材料的组合体,其制造技术相对比较简单。GEIT 公司将这一技术引入相控阵换能器制造中后,其应用面正不断扩大。按目前的技术已能制造芯宽0.05mm ,阵元间距<0.025mm 的压电复合材料阵列。相控阵技术的另一发展趋势是采用微

22、机电技术(M EMS 制造高密度传感单元的换能器阵列。早期的相控阵系统中,用到128阵元的已很先进,并使控制电路复杂化。本次会议上,R/D TECH 公司的512单元相控阵系统已成功应用在航空和管道的检测中。相控阵系统的性能在很大程度上取决于生产很小的、高度均匀的传感器阵元的能力,系统的灵敏度、频带宽度、旁瓣特性等都与此有关。研制适用于复杂形状工件的智能型阵列是相控865仪器动态MAGR 23M 程序控制荧光磁粉探伤机型号:MA GR 23M生产厂商:(长春 工大检测技术有限责任公司MA GR 23M 探伤机的设计在电磁学应用上有所创新,其结构及用材有利于被探伤零件的激磁和退磁。适于细长杆类零

23、件探伤(如汽车曲轴、半轴和凸轮轴等。仪器特点:(1激磁与退磁:MA GR 23M 对于很难探伤的细长杆且形状复杂的柴油机曲轴,即使在其被认为是探伤死区的平衡块部位和A2型试片十字45°方向均有优秀的灵敏度。机上退磁(无需额外退磁机后的剩磁强度2×10-4T (实际测量值<1×10-4T 。(2采用可拆卸金属罩代替布质遮光罩,卫生美观,方便耐用,可与生产线上的其它设备协调一致。(3采用大面积高亮度紫外线灯,避免漏检。(4控制柜控制板有两种形式可选择:人机界面形式和施奈德按钮形式。(5生产节拍:激磁和退磁在机上完成,机上时间1.5min/根。联系方式详见“服务指

24、南”栏目“(长春工大检测技术有限责任公司”。阵技术发展的另一方向。已研制出附有激光形状测量系统的相控阵换能器阵列,可根据表面形状调节各阵元激发脉冲的延迟量,也就是调节声束聚焦方向和深度。3.5其它值得紧密关注的研究领域本次会议所提示的研究领域甚为广泛,但以下几个领域可能更值得我们在今后密切关注:(1导波技术。它主要应用在管道,特别是埋地管道腐蚀状态的检测中。采用合适模式的导波,当工作频率<70kHz 时,一次检测的覆盖距离可达50m 以上,从而满足现场快速检测的要求。(2可以评价(新材料结构和性能的ND T 方法,例如原子力显微镜、近场声扫描显微镜等。(3多传感器(多线圈涡流成像检测仪器

25、。(4非接触超声检测技术,例如,采用空气耦合的超声波换能器、EMA T 换能器和激光超声等。(5新型无损检测换能器技术,特别是研制智能型传感器。4结束语随着微电子技术、计算机技术和与无损检测相关学科的飞速发展,无损检测技术比以往任何时候都会有更加快速的发展。当前,我国经济发展正处于一个转型期,高能耗、高污染的产业将会被逐步清理出门户,代之而起的是那些绿色产业和可保持经济持续发展的产业,因此,我国的工业发展比以往任何时候都更需要无损检测技术7,8。相信我国的无损检测工作者们能在今后若干年内取得比以往更加辉煌的成就。参考文献:1Kroening M ,Aleshin N ,Naumov L ,et

26、 al.The poten 2tial and need for NDT innovationsA .Proc of 16th WC 2NDTM/CD .Montreal ,Canada :2004.2Monchalin J P.Optical and laser NDT :a rising starA .Proc of 16th WCNDT M/CD .Montreal ,Canada :2004.3Krupka R ,Walz T ,Ettemeyer A.Advanced ins pectionof helicopter structures using shearography A .

27、Proc of 16th WCNDTM/CD .Montreal ,Canada :2004.4Bar 2Cohen Y.Biologically inspired robots as artificial in 2spectors science fiction and engineering reality A .Proc of 16th WCNDTM/CD .Montreal ,Canada :2004.(下转第592页965第26卷第11期2004年11月无损检测ND TVol.26No.11Nov.2004朱省初 : 对接焊缝表面结构状态对超声波探伤的影响 ( 4 探伤过程中注意反射

28、信号波形的变化情况 对作出正确的探伤结果判断也是非常必要的 , 一般 情况下伪反射信号的波形都是比较规则的 , 波幅非 常高 ,且相对稳定 , 而缺陷的反射波形 , 如未焊透和 气孔有其非常明显的特点 , 其它缺陷通常都是形状 不规则波幅不稳定的波形 。 ( 5 发现反射波时 , 不要根据片面的信息进行 结果判断 ,必须经过严密分析和验证以得到正确的 结果 ,验证的方法有 , 在焊缝一侧发现的反射必 须在另一侧进行验证 , 在可能的情况下最好在另一 图9 非标准不等厚削薄结构超声波反射形式 的削薄结构角度偏大 , 当削薄面上的反射角 < 3312°在反射点 O 处发生波型转换

29、1 , 产生的反射 , 横波和纵波在表面 A , B 处产生反射回波 , 由于此 面加以验证 。 采用折射角与检测用探头相差较 大的另一种探头来验证 。最好是采用折射角更大的 探头对反射波发现的缺陷用直接波验证 。 通过 测量采用结构模拟计算来验证 。 采用射线探伤方 法验证 。 时的反射声程与标准状态下的不一致 , 很可能把 A , B 点的反射误判为埋藏在焊缝内部的缺陷反射 。 3 结语 通过分析可见 ,焊缝表面余高的形状 、 高度和宽 度 ,焊接接头的错口 ,对接焊缝板材厚度不等以及焊 接接头外接结构等都可能使超声波探伤的应用受到 限制或直接导致探伤结果判断错误 , 而消除这些影 响必须

30、要坚持科学求实的工作作风 。由于水平有 限 ,上述观点势必有不当之处 ,望读者提出宝贵的修 正意见 。 参考文献 : 1 全国锅炉压力容器无损检测人员考委会编 . 超声波探 2 超声探伤中焊缝表面结构影响的控制要点 ( 1 压力容器设计和制造安装过程中 , 为实现 焊接接头结构的超声波探伤 , 主要应考虑几方面的 技术要求 , 即 焊缝的宽度及宽度的均匀性 。 焊缝余高高度和表面平滑过渡的弧面形状 。 上 下表面焊缝余高中心错位量 。 焊缝表面附近区 域外接结构的范围 。 焊缝错口和削薄结构的标 准要求 。 ( 2 对接焊缝超声波探伤必须在探伤前根据不 同焊缝表面结构状态制定对应的探伤工艺 。 ( 3 探伤实施过程中必须对有关焊缝表面结构 状态的一些几何尺寸进行仔细的测量和确认 。 ( 上接第 569 页 伤 Z . 北京 : 劳动部锅炉压力容器安全杂志社 ,1995. 2 4730 JB 1994 ,压力容器无损检测 S . 3 GB 150 1989 ,钢制压力容器 S . ( 上接第 585 页 Maziumi F , Sadeghi SHH , Moini R. ND T & E International , 2003 ,36 ( 5 :3