浅谈无损探伤检测成像技术的发展

肖天雷 王舒卉 茅晓晨

【摘  要】无损探伤检测技术是一门综合性应用学科，随着现代科学技术的发展而获得越来越广泛的应用。文章针对无损探伤检测技术的发展现状、主流的检测和成像方法，以及发展方向进行介绍和探讨。

【关键词】无损检测;成像;发展

引言

随着我国现代化工业的蓬勃发展，产品质量和生产安全已经成为人们关心的重中之重。无损探伤检测以其适用范围广、安全性高得到了广泛的应用。它不仅可以探测产品零部件的缺陷、检查焊接是否牢固，还可以检测物体表面涂层是否有缺陷等。无损探伤检测已经成为汽车、航天、建筑等行业不可或缺的一部分。

无损探伤技术是指在不破坏被检测对象内外部结构与组织的基础上，对特定对象进行的无损化检验与检测。目的是为了掌握结构内部状况，为采取相应的技术处理措施提供基础性参考与依据。其基本过程是采用无损检测手段，确定检测信息为伪缺陷、相关缺陷或非相关缺陷，然后评估确定该构件是否符合特定的可接受的标准。

1.发展现状

无损探伤检测技术是一门交叉学科，它作为工业生产中不可或缺的一部分，在国外已发展了100多年，我国从上世纪50年代也开始无损检测的研究，在总体上还很薄弱。近年来，我国在统一标准、政策制定、环境优化等方面实施了一系列政策。至今我国已通过各种金属无损探伤规程近200项，极大地加速了无损检测领域的发展。

目前无损探伤检测的发展具有自动化、图像化、智能化等特点。无损检测技术不但要在不损伤被检对象使用性能的前提下，探测其内部或表面的各种缺陷， 判断缺陷的位置、大小、形状和性质，还应能对对象的固有属性、状态和发展趋势（安全性和剩余寿命）等进行分析和预测， 并做出综合评价。

2.主流无损探伤检测成像技术

2.1 CT断层扫描和可视化三维重建技术

CT断层扫描系统采用线阵探测器获取投影数据重建出断层图像，将采集到的上千幅二维断层图像通过三维重建算法在计算机内还原成工件的三维数据模型。CT不受试件结构形状的影响，可以反映样品表面和内部的状况。目前，CT断层扫描和可视化三维重建技术已经非常成熟，广泛应用于宝马等知名厂商的生产线上。

2.2康普顿散射成像检测技术。

1976年前苏联完成了γ射线康普顿散射成像检验金属表面缺陷的实验。康普顿散射成像检验技术采用散射成像，射线源与检测器位于物体的同一侧，其技术上的显著特点是：①单侧几何布置，即射线源与检测器位于物体的同一侧。②一次扫描可得到三维图象，具有层析功能，一次可得到多个截面的图象。③在理论上图象的对比度可达到100%。由于采用散射成像，因此康普顿散射成像技术主要适于低原子序数物质、近表面区较小厚度范围内缺陷的检验。

2.3超声无损检测成像技术

超声成像技术就是用超声波获得物体可见图像的方法。由于声波可以穿透很多不透光的物体，故利用声波可以获得这些物体内部结构声学特性的信息。超声成像技术将这些信息变成人眼可见的图像， 即可以获得不透光物体（金属）内部声学特性分布的图像。

超声成像技术在很长一段时间内只能生成二维影像，对金属内部横向缺陷检测能力差，表面缺陷与近表面缺陷容易混淆。但在2008年日本开发出了利用超声波反射来实现金属等物体内部三维影像化的系统“三维超声波探伤系统”。与以前的方式相比，能以更短的时间检查金属等物体的整个内部情况。

2.4激光无损检测成像技术

激光技术在无损检测领域的应用始于七十年代初期，并逐渐形成了激光全息、激光超声等无损检测新技术。这些技术由于其特殊的性能而扩大了无损检测的应用范围。例如其可用于高温条件下热钢材的在线检测，也适用于不宜接近的放射性样品的检测。此外，由于激光照射角度灵活，它还可以用于检测外形不规则的样品、或者更加全面的完成复合材料的检测。

2.5微波無损检测成像技术

微波无损检测技术是通过分折反射波和透射波的振幅和相位变化以及波的模式变化，了解被测样品中的裂纹、裂缝、气孔等缺陷，确定分层媒质的脱粘、夹杂等的位置和尺寸，检测复合材料内部密度的不均匀程度。

微波相比于超声波不需要耦合剂，避免了耦合剂对材料的污染。由于微波能穿透对声波衰减很大的非金属材料，因此该技术最显著的特点在于可以进行最有效的无损扫描。微波的极比特性使材料纤维束方向的确定和生产过程中非直线性的监控成为可能。

此外，无需做特别的分析处理，采用该技术就可随时获得缺陷区域的三维实时图像。微波无损检测设备简单、费用低廉、易于操作、便于携带。但是由于微波不能穿透金属和导电性能较好的复合材料，因而不能检测此类复合结构内部的缺陷，只能检测金属表面裂纹缺陷及粗糙度。

2.6超声涡流复合式无损检测成像技术

超声和涡流检测技术可以用来互相补充检测不同部位、不同缺陷和不同构件，也可以两者相互验证检测同一部位的缺陷。涡流检测技术是以电磁感应为基础的检测方法，适用于导电材料。它对工件表面或近表面缺陷有很高的检出率且在一定范围内有良好的线性指示，可对大小不同的缺陷进行评价。加拿大Lamarrea、Dupuiso和Molesm于2006年用超声和涡流阵列检测技术对铝制品的摩擦焊缝进行全面检测，非常可靠地检测出摩擦焊缝内部的体积型缺陷。英国Edwards R. S、Sophiana 等人也于2006年将一个含有一对电磁超声传感器的双重探头和一个涡流探头相结合，利用数据融合技术得到样品缺陷的描述。

3.发展趋势和展望

无损检测成像技术发展的历史清楚地记载了人们对物体各种特性的认知的过程。无损检测成像技术随着科学技术的进步而发展， 可以说是先进科学技术的集合。不同无损检测方式的融合以及成像的智能化分析将成为今后的发展方向。无损检测成像技术的发展必将促进整体工业和经济的发展，促进了不同的行业技术升级，又反过来推动了损检测技术进入新的发展阶段。

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作者简介：肖天雷（1987-），男，上海人，硕士研究生，中级工程师，研究方向为在线检测与校准技术。