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我國無損檢測行業的進展與挑戰

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我國無損檢測行業的進展與挑戰

發布日期:2018-03-19 作者:南通香蕉视频app污破解版在线電子有限公司 點擊:

1 我國無損檢測技術的總體發展情況

  無損檢測技術的發展在很大程度上取決於國家的生產技術水平和經濟發展程度。過去一段時期我國經濟的高速發展和綜合國力的快速增強給無損檢測事業的發展創造了前所未有的發展機遇,各工業部門和國防單位的無損檢測事業都進入快速發展期並取得了令世人矚目的成績。

  我國無損檢測技術近幾年的發展具有如下一些顯著特點。首先是應用領域十分廣泛,幾乎涵蓋各主要工業部門。除大家熟知的航空航天、石油化工、鐵路、核電、冶金、壓力容器和特種設備、礦山機械等領域外,無損檢測技術在一些過去甚少應用的工業部門或新工業領域也能順勢前進,滿足國家的需要,諸如在海底石油勘探和海洋石油平台,高速鐵路,高速公路、超超臨界發電鍋爐,特高壓輸電線路和變壓器,核反應堆部件等領域也有十分良好的應用勢頭。

  其次,檢測方法更加多樣化以適應不同部件、不同材料的檢測需求。超聲(包括相控和TOFD)、射線(包括數字射線成像、CT)、渦流(包括脈衝渦流、遠場渦流)、磁學方法(磁粉、漏磁場、磁記憶)和滲透這五大常規檢測方法都有進一步發展並已派生出許多新的檢測方法和新的檢測理念。

  聲發射技術、紅外熱成像、微波檢測和激光幹涉技術的應用也日趨成熟並成為新的常規檢測方法。此外,ACFM(交流場測量)、機器視覺檢測技術、中子射線成像檢測等也有了應用。

  我國無損檢測技術總體水平已步入世界強國之列,這首先表現在無損檢測在工程應用領域處於國際先進甚至領先水平。目前,我國無損檢測技術人員可以自行解決各種大型工程項目的各類常規無損檢測所麵臨的各種技術疑難問題;現有的各種無損檢測方法,包括各種新方法幾乎無一例外都在我國得到應用或開展了深入研究,這應當是一個很了不起的成就。

  無損檢測技術發展的另一重要標誌是創新能力的迅速增長,一批擁有自主知識產權的新技術、新方法和新儀器已經問世,特別是大型和集成型檢測儀器的不斷問世並迅速投入無損檢測市場。

  超聲相控陣(包括相控陣超聲波換能器)、超聲衍射時差(TOFD)技術和電磁檢測儀器已形成有很強競爭能力的生產基地。

  汕頭超聲儀器研究所和武漢中科創新等單位已可規模化生產具有相控檢測和TOFD檢測功能並具有國際先進水平的超聲成像係統,汕頭超聲電子股份有限公司研究開發了滾輪探頭單軸C掃描檢測係統用於複合材料大麵積快速掃查,因其耦合效果好,掃查速度快,特別適合航空航天領域複合材料的快速C掃描檢測,這些都標誌著我國在超聲相控陣儀器開發方麵已步入世界最先進水平之列。

  集多頻、多通道陣列渦流檢測功能於一體並能擴展成具有遠場渦流、低頻電磁場和磁記憶等檢測功能的智能型電磁檢測儀也已在愛德森(廈門)電子有限公司批量生產。我國已能完全自主開發和生產能量範圍在2MeV至15MeV的工業CT/DR係統,國產高能工業CT/DR係統可實現二維、三維成像,檢測工件直徑可達2000mm以上,這應當是引以自豪的成就。此外,一些重大或特大型無損檢測儀器專項正在列入國家層麵科研計劃,這是十分可喜的現象。

  例如,可為航空、航天及軍工產品大型結構件進行檢測和測繪的中子斷層成像檢測係統的研製工作已取得重大進展;能滿足特種設備和油氣管道檢測需求的基於頻域可變的高端電磁檢測儀器開發及應用項目也已全麵展開。

  經曆了數十年的不懈努力,我國無損檢測技術無論是在檢測設備還是在檢測技術本身上對國外發達國家的依賴幾乎已不存在或已降到很低的水平,與國外無損檢測機構包括廠商的交往更多已表現為一種以技術交流、互通有無和相互促進為重點的發展常態,這也是無損檢測強國的一個重要標誌。

  1.1 新檢測理念

  林俊明提出了新概念——“雲檢測”,這一新概念將雲計算與集成檢測技術相結合,使雲計算植入無損檢測。這一新概念最早出現在2011年的全球華人無損檢測高峰論壇上,其核心是將多種傳感器采集到的信號收集於“雲端”進行存儲、處理並對結果進行評價和預測。

  實施雲檢測,用戶可共享軟、硬件等物理資源,享受無損檢測帶來的便捷服務。雲檢測旨在構建無損檢測技術物理資源和管理的資源池,它的廣泛應用將會對無損檢測的發展帶來深遠影響。

  在全球華人無損檢測高峰論壇上還出現了綠色無損檢測這一新提法,強調無損檢測技術的發展必須與我國工業發展的總體思路相適應,當綠色製造,采用節能、減排技術生產環境友好型機械製造設備成為機械製造業的發展方向的時候.

  無損檢測本身也應當走綠色檢測的發展思路,一些傳統的、可能會對環境產生汙染的檢測方法將會逐步被淘汰,或者被新的方法、新的檢測媒介所代替。

  1.2 基本理論方麵的發展

  在無損檢測基本理論或應用理論研究方麵取得領先成果。磁記憶檢測的基礎理論研究取得了具有國際領先水平的成果。

  清華大學的無損檢測團隊係統研究了非線性應力分布下的力磁耦合問題、闡明了地磁場和其它外部磁場在鐵磁性金屬材料應力損傷中的作用機製。他們還針對壓力容器和管道等特種設備,與中國特種設備檢測研究院合作研究了這些特種設備的金屬磁記憶檢測評價方法和典型圖譜,建立了一套較為完整的金屬磁記憶檢測方法體係。

  任吉林等係統研究了磁記憶效應的機製和應用前景,提出利用磁記憶信號的垂直和水平分量,並用其一階導數構成李薩如圖形,構建了其閉合麵積與應力集中程度的關係,從而在利用磁記憶技術定量檢測方麵邁出重要一步。

  國內還有不少學者在研究應力集中對磁記憶效應影響的機理方麵也作出了重要貢獻,這些都有助於人們認識磁記憶效應的物理本質。

  北京航空航天大學無損檢測研究團隊在激光超聲、空氣耦合超聲波檢測方麵進行了領先研究,包括檢測方法和信號處理方法。采用的相位編碼脈衝壓縮方法已在一些權威學術刊物上發表。

  1.3 工程應用

  在利用聲發射技術進行常壓儲罐安全評價技術方麵已取得重要突破和領先成果。

  沈功田領導的科研團隊針對國內外常壓金屬儲罐底板腐蝕聲發射檢測均無成熟方法和標準的現狀,研究建立了常壓金屬儲罐聲發射檢測及評價方法,在國際上首次提出儲罐底板基於時差定位分析和基於區域定位分析的聲發射源分級方法。

  同時給出了儲罐底板腐蝕狀況的評價技術,研究成果極大地推動了壓力容器和大型常壓儲罐安全保障科學技術的進步。

  輸油和輸氣管道的在役檢測取得重大進展。沈陽工業大學楊理踐教授領導的團隊完成了長輸油氣管道內檢測技術的研究和實施,進入了國際上這一高端技術的研究領域,使我國長距離油/氣輸送管道等的安全檢測不再受製於人,為我國管道業的安全運行和管道信息安全作出了貢獻,也使我國成為名副其實的管道檢測技術強國。

  由清華大學和勝利油田共同開發研製的油氣輸送管道及儲罐底板缺陷檢測關鍵技術與應用項目更進一步發展了管道在線檢測技術,特別是海底輸油管道的檢測。

  油氣輸送管道缺陷內檢測器、儲罐底板缺陷檢測器和電磁超聲導波管道缺陷外檢測係統的研製成功實現了油氣輸送管道及儲罐底板電磁檢測的集成化係統和集成技術,確保了我國在這一領域成為國際上少數領先團隊的地位。

  在航空無損檢測領域,作者所在的北京航空工程技術研究中心的無損檢測團隊在先前對某三代機的全尺寸疲勞試驗中采用以聲發射技術為中心的綜合裂紋監、控技術並成功將機群疲勞壽命延長50%以上。

  在此基礎上,近幾年又在另一機型飛機的全尺寸疲勞試驗中進一步發展了損傷監測理論,實現了該機型飛機機群壽命75%以上的提高。

  類似這種時間跨度近十年、在兩類不同機型飛機全尺寸疲勞試驗中全麵引入無損檢測技術開展關鍵結構件的損傷監控並獲得如此成功的案例,國內外尚未見有報導。

  1.4 高水平國際會議和大量高水平學術論文的湧現

  我國已出現一批高水平甚至形成品牌效應的國際無損檢測會議。2011年11月在廈門召開的全球華人無損檢測高層論壇,向世人展現了華人無損檢測同仁的一批富有創造性的前沿成果,提出了不少頗具新意的無損檢測新理念,諸如“綠色無損檢測”,“雲檢測”,“渦流精密C-掃描技術”等。

  基於我國聲發射檢測領域近年來取得眾多前沿成果,由我國無損檢測工作者發起的首屆世界聲發射會議於2011年8月在北京召開,並於2013年11月在上海舉辦了第二屆會議,經篩選的該次會議論文集已由Springer出版發行。

  由江蘇特種設備檢測研究院等多家單位聯合舉辦的遠東無損檢測會議每年定期在我國召開,已成為具有較高知名度的國際無損檢測論壇。

  2013年11月,我國無損檢測技術人員還與國內外不同學科的科學家聯合舉辦了“大數據”學術交流會,努力將“大數據”這一新理念引入無損檢測,這項工作必將對無損檢測技術的未來跨越式發展起到重要作用。

  我國無損檢測工作者的學術和理論水平有了明顯提高。係統總結了一些領域無損檢測成果的專著,可為檢測人員提供十分有用的學術參考,例如,浙江特種設備檢測研究院丁守寶和劉富君主編的《無損檢測新技術及應用》係統總結和介紹了無損檢測技術的國內外發展情況,特別是係統地介紹了超聲相控陣、超聲TOFD、導波、漏磁檢測、磁記憶和聲發射等技術,並使用了大量的工程應用實例。

  清華大學施克仁教授主編的《相控陣超聲成像檢測》匯集了多名博士研究生在這一領域的創新研究成果,對於人們了解相控檢測基礎理論、聲場理論、聲場控製以及陣列換能器的設計原則很有參考價值。

  清華大學黃鬆嶺教授於2013年出版的專著《電磁超聲導波理論與應用》係統闡述了電磁超聲換能器(EMAT)換能機理及設計方法、基於洛倫茲力和磁致伸縮機理的電磁超聲計算及仿真方法,詳細敘述了超聲導波的傳播特性、導波與缺陷的作用機製及缺陷量化方法等內容,也論述了該技術未來的發展趨勢,是國內電磁超聲導波檢測領域第一本學術專著,必定會為推動電磁超聲導波檢測技術及其相關產業的發展起到重要作用。該專著即將由Springer出版發行。

  1.5 直接參與有關無損檢測國際標準的起草和製訂

  在2014年10月ISO/TC 135國際標準化組織無損檢測技術委員會第19次會議上,學會理事長沈功田介紹了有關紅外ISO檢測標準撰寫的最新進展,包括已於2012年3月立項的ISO 18251-1 “無損檢測 紅外熱成像檢測 係統和設備 第1部分:性能描述”的完成情況,以及將於2015年完成的ISO 18251-2 “無損檢測 紅外熱成像檢測 係統和設備 第2部分:一體化性能參數的測試方法”需要補充和完善的部分。

  在聲發射檢測標準方麵,已通過立項的ISO/NP 19835“無損檢測 橋式與門式起重機鋼結構的聲發射檢測”標準草案的進展工作良好並獲得ISO/TC 135標準化委員會與會代表的認可。

  2 麵臨的挑戰

  雖然我國無損檢測的總體水平和綜合實力都有很大程度的提高,在無損檢測基礎理論研究、技術開發、儀器設計和研製等方麵都能在世界占有重要一席,但就整體而言,在一些領域,我國的無損檢測儀器、設備製造商目前尚不完全具備參與國際競爭的能力。

  我國無損檢測儀器的生產和製造在滿足更多更新的無損檢測要求方麵尚有較大的開拓空間,特別是適應新型無損檢測技術應用的設備,例如混凝土結構領域的無損檢測、水下無損檢測、城市地下管線的無損檢測等。

  在一些高端無損檢測儀器和設備製造方麵,歐美等發達國家的總體水平要高於香蕉视频app污破解版。

  特別需要一提的是數字化射線檢測這一具有極強生命力的綠色檢測技術,我國雖在這一領域取得突飛猛進的進步,一些檢測標準也已問世,但其前端技術-數字圖像板還依賴從國外進口,這在某種程度上限製了該技術的發展,但它又是需要從國家層麵上來解決的問題。

  另外,在紅外和激光檢測領域,其高端設備也麵臨主要依靠從國外進口的局麵。

  這幾年,國家層麵已加強了對高端無損檢測技術的投入,無損檢測儀器的製造銷售單位也需要對新型、高端產品的研發增加投入,努力克服低端同類產品過多而高端產品又無廠家研製、開發的局麵。

  2.1 新的製造方式向無損檢測傳統檢測技術發起挑戰

  一直以來,無損檢測麵臨的金屬材料檢測對象基本是通過傳統的“去除型”方式製造而成的,它是在原材料基礎上,使用切割、磨削、腐蝕、熔融等辦法,去除多餘部分,得到零部件,再以拚裝、焊接等方法組合成最終產品。

  香蕉视频app污破解版對這些鍛造、鑄造和焊接件的缺陷形式已有比較充分的了解。新的製造方式即所謂3D打印是一種增材製造方式,它是通過增加材料、基於三維CAD模型數據,再采用逐層製造方式直接製造與相應數學模型完全一致的三維物理實體模型。

  增材製造形成模型的方法有激光粉末燒結成型,激光固化和熔融沉積造型等。對通過這樣的方式形成的金屬零部件的缺陷香蕉视频app污搜索知之甚少,各種不同的增材製造方式可能會形成什麽樣的缺陷,是否需要及通過什麽樣的檢測技術和檢測手段來發現缺陷並評價其危害,需要香蕉视频app污破解版在线提前研究和認真考慮。

  2.2 微、納及精細加工製造技術帶來的新問題

  傳統意義下的無損檢測總是解決宏觀缺陷的問題。微、納及精細加工製造技術出現了微納米級的需要檢測對象,它們雖然比微觀尺寸要大很多,但已遠不是傳統意義下的宏觀缺陷。

  傳統的檢測方法應當如何改進才能應對這些缺陷的挑戰,超聲顯微技術、微波檢測和太赫茲檢測技術在這一領域有無用武之地及如何運用這些技術,這也是需要認真考慮並加以解決的研究內容。

  2.3 複合材料結構件的檢測

  複合材料結構件將大量用於未來民用航空飛機和四代、五代軍用飛機上,這些結構件將成為主要承力部件,它們不但型麵複雜,而且因製造方式多采用整體成形技術,因此,其檢測方式及關心點與過去用傳統方式製造的複合材料結構將有明顯不同。

  周正幹領導的北京航空航天大學無損檢測團隊在複合材料層壓板檢測方麵取得一些進展,他們將激光超聲技術應用於層壓板分層缺陷的檢測獲得一些重要進展。

  劉鬆平等針對碳纖維複合材料層壓結構衝擊損傷提出了采用高分辨率的超聲掃描成像檢測技術並實現了複合材料衝擊損傷的可視化成像評估,其研究頗有新穎性。

  2.4 大數據時代的無損檢測-傳統檢測概念本身所受到的挑戰

  隨著計算機技術的飛速發展以及大數據技術的出現,香蕉视频app污破解版可能需要考慮未來的無損檢測究竟應當是什麽樣子,傳統的無損檢測方式和管理體係是否需要變革以及有無可能進行變革。

  對於大數據的重要性香蕉视频app污破解版在线可能還缺乏充分認識,它究竟會為香蕉视频app污搜索無損檢測工作者帶來什麽革命性的變化也缺乏必要的準備,但大數據的核心內容香蕉视频app污破解版其實並不陌生。雲計算關鍵技術中的海量數據存儲技術、海量數據管理技術、編程模型等都是大數據技術的基礎。

  大數據技術的最大優勢是能夠將隱藏於海量數據中的信息和知識挖掘出來,為人類的社會經濟活動提供依據,這正是無損檢測技術所需要的。

  從多參數識別到數據融合,再到創立雲檢測,無損檢測工作者最需要的就是能從複雜的海量數據中提取到有關材料或結構件缺陷的信息,並能對被檢對象的總體安全性作出綜合判斷,這可能正是大數據的優勢所在和香蕉视频app污破解版對它的期待。

  隨著設計理念的變化,新型高強度、抗疲勞和抗腐蝕材料的不斷問世,無損檢測本身正麵臨錯綜複雜的被檢測對象和檢測數據。

  大數據技術可以彌補數據中的誤差和錯誤,對於同一問題的分析,基於大量數據的簡單算法比基於小數據的複雜算法更高效,此外,大數據可以分析更多的研究對象,可以通過監測關聯物的變化,預測被檢對象未來可能發生的變化。

  由於大數據可以通過數據的相關關係預測事物的發展規律,它在狀態監測、健康監測和壽命預報中都會有很好的應用前景。

  無損檢測工作者需要在這一領域進行預先研究和領先研究,可喜的是無損檢測領域已出現了一些這樣的研究。

  2.5 人才培養

  我國在無損檢測人才培養方麵走在世界前列並已形成比較合理的人才培養機製。首先有為數較多的以開展無損檢測職業教育、培養具有豐富實踐經驗無損檢測人才為主的職業技術學院,例如渤海船舶職業學院、深圳職業技術學院、河北石油職業技術學院,長沙空軍職業技術學院,陝西工業職業技術學院等。

  其次,我國已在十多所高校設有無損檢測本科專業,例如,南昌航空大學,北京交通大學,華東理工大學和海軍航空工程學院等。

  此外,一些重點大學還設有無損檢測專業,培養具有博士學位或博士後的無損檢測高端人才,例如,清華大學,北京航空航天大學,哈爾濱工業大學等。

  建立相對合理的無損檢測人才結構和人才梯次是麵對工程應用難題挑戰的重要策略,也是一項長期有效的方針。

  除學術水平的培養外,能力特別是創新能力和解決工程應用中疑難問題能力的培養至關重要。最後,麵對各種挑戰,團隊精神、吃苦耐勞和獻身精神的培養也特別需要重視,這是由無損檢測的工程應用背景所決定的最基本要素。

  3 結束語

  以麵向工程應用特別是以重大工程為主要研究對象的無損檢測技術,其根本宗旨是為保障國家大型工程項目的安全服務,為保障涉及安全、民生的重大工程項目服務。

  我國無損檢測工作者在過去已取得了令人滿意的成績,我國的無損檢測總體水平已在一個比過去高得多的技術平台上保持持續穩定發展的態勢。

  麵對未來的各種挑戰,如何提升香蕉视频app污破解版在线的核心競爭力,如何利用現有的良好發展態勢,使我國的無損檢測技術真正立足於世界強國之林,仍然是廣大無損檢測工作者需要認真考慮的問題。


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