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姓名学号翻译章节组长：王志刚11.5节周明61.1节孙琦31.4节王代君11.3节林焱41.2和1.6节1.1 NDT in Industry缺陷和裂纹能对材料的结构性能造成重大的破坏，为了在实用条件下成功而且安全，所以固体中的缺陷检测在工程体制中的质量监控部分是十分必要的。已知的各种各样的无损探伤，无损评估，无损特性表征，或者无损检验，质量控制，质量技术，和非接触测量所涉及的行业都包含或者使用了无损检测技术，然而，相比于直接的缺陷检测，无损检测的应用越来越深入，使用范围越来越广，它涉及了所有固体材料的各方面特性，如微观结构，质地，纹理，形态和化学成分，物理化学属性以及它们的制备方法。为了可能导致的破坏，所有需要严格控制的材料特性必须细微检查，因为涉及的最微小的细节有可能影响到材料在将来使用中的客观性能。在使用的已知的元件的特性和信息时，一概而论是不合适的每一个细节和每一个案例都应该具体区分处理，本文中的缩写NDT是无损检测。 Mullins描述了早期的无损检测的发展，在他提及的方法中包含了很多目前都还在使用的方法，这些已建立的方法中包括了射线检测，超声检测，磁粉检测，渗透检测，热成像，电磁方法和目视检测。在射线检测中，X射线和射线技术已经成熟了，中子，质子和康普顿散射也被使用且在最近的热成像技术中有重要的进展。很多无损检测的方法很复杂，也有些方法比较简单的，例如目视检测，只需要一个放大镜即可。这种简单的方法被重视主要是由于在有些工程零件检测中只需要检测那些显而易见的缺陷即可。无损检测在工业中的应用涉及了金属，非金属，检测大件的或者小件的东西，固定零件和活动零件，在医学方面，NDT包含了乳化成像，核磁共振扫描，一般的X射线，微动脉造影技术。非接触式测量技术在自然科学中大范围的使用了传感器，如法医研究，大气温度，气象服务，厚薄测量和艺术鉴定。这些检测有针对的对裂纹，气孔，焊接交接的未焊透，夹杂，折叠断层和无法修补改变的表面污染影响进行检测。操作员对检测结果的影响是另一个重要的因素，操作者的疲劳，以及培训，表现情况都是几个影响NDT检测结果的因素的基本重要组成部分，由于NDT包括的东西很多，最有用的就是建立一个有尽可能多的实际案例研究数据库。冶金协会给出的一个调查结果发现所有无损检测方法在工业中的使用中，渗透和磁粉检测的应用比例占了NDT检测的一半，超声和射线方法位居第三，涡流检测大约占10%，其他检测方法占了2%，另外一些合适但很复杂的检测方法没有用到。表1-1是一个关于常用的NDT方法复杂程度和相关特点的简单分类表，表1-2给出了一个五大常规检测的比较评估。评定标准的指定是美国的NIST无损检测委员会。（NIST。USA）表1-1 一些无损检测方法的优点及相关使用分类检测方法超声射线涡流磁粉渗透总成本中等偏高高中等偏低中等低耗材成本很少高低中等低检测耗时中等延迟低中等中等几何影响重要重要重要不是很重要不是很重要使用问题重要重要重要重要重要缺陷类型内部的大部分外部的外部的外表面相对灵敏度高中等高低低正规记录贵一般的贵低低操作者技巧高高中等低低操作者培训重要重要重要重要-培训要求高高中等低低设备可携性高低中等偏高中等偏高高对材料要求高一般高仅磁性材料低智能程度好差好差差功能多样性厚度测量，一些多样的检测厚度检测厚度检测，等级分选仅仅缺陷检测仅仅缺陷检测表1-2 一些无损检测方法的比较方法检测原理优势局限性应用举例超声声波遇到夹杂，未融合，未接合或者裂纹发生波形改变能深入到厚材料的裂纹检测，能自动化通常需要耦合剂涂在材料表面，通过接触表面浸入流动的水中，要求材料表面光滑胶粘件的粘合性检测，薄板叠层，氢脆裂纹射线成像射线强度穿过夹渣，气孔空隙，材料内部位置的缺陷时发生改变能够检测的材料范围广，和检测的材料厚度，用途广，底片能提供检测记录要求安全防护措施，价格贵，检测裂纹难度大，除非能够垂直放置射线底片管道焊接点的穿孔，夹杂，空隙，铸造件的内部缺陷等目视检测表面特征的处理如刮痕，裂纹，或者透明材料的弯曲应变，腐蚀很方便，能够实现自动化仅仅只能用于表面检测，检测表面开裂，或者透明材料纸，木头，或者金属的均匀表面处理涡流检测材料的不同种类，裂纹，空隙，夹杂改变了电导率容易实现自动化，花费一般局限于导电材料，探测深度有限制热交换管的薄壁和裂纹液体渗透检测由裂纹和小孔，接合缝折叠产生的表面开口价格不贵，易于使用，便携，对表面小裂纹的灵敏度高缺陷必须在表面开口，对多孔材料和表面粗糙材料没用涡轮机叶片表面裂纹和小孔，或者磨削裂纹磁粉检测表面或近表面的缺陷如裂纹，空隙，夹杂，材料几何形变引起的漏磁场价格不贵或者花费一般，对表面和近表面的缺陷灵敏度高局限于铁磁性材料，要表面处理和布置检测条件，还需要退磁处理铁路，轮子的裂纹，大型铸造件。1.2无损检测在生活中众所周知，无损检测是工业程序的一部分。同时，在生活中方方面面都很重要，例如，像艺术中的画、雕塑、家具、陶器、和制陶技术等都需要鉴定，而且这种鉴定不能破坏物件本身的结构。这种鉴定技术包括X-射线、原子活性分析、热释电技术等。X-射线已经用于检测工作时钟和印制电路板缺陷的检测。通过较低的放射源光谱仪系统钻的直径只有4英寸的孔，用原子活性分析，确定地质中的化学成分。而地球内部结构主要是通过地震产生的地震波效应进行分析。使用偏振光对物体进行检测可以有效地避免光的散射和反射现象以及对应力进行分析。通过使用阴影莫尔条纹技术可以描绘大物体的3维图像。在超声波可用于探测潜艇，鱼群，并作为导航设备. 行李在机场控制以及金属探测器利用涡流检测. 红外技术用于检测建筑的热损失，蒸汽疏水阀的性能，热点电气设备摩擦在机械系统，金属缺陷，金属应力，以及空中摄影。从17世纪已使用射线检查镀铅的棺材。，使用铱-192的伽马射线检测美国国会大厦的自由雕像，揭示了存在和青铜结构的铁骨架的条件，因此说无损检测用于生活中的各个方面1.3 无损检测的历史在各章节开始之前，都有关于无损检测各项技术发展历史的概述。早些年，这些技术的绝大部分在几乎所有的场合中都很少得到应用，直到本世纪才发展起来。表1-3列举了无损检测技术发展史上的一些重要事件。表1-3 无损检测早期发展史上的重要事件约公元前当上帝创造了天堂和地球，并看到了它们是完好的之后，目视检测就成为了第一种无损检测方法。1800威廉 赫尔舍进行了首次热成像观察。1831法拉第首次发现电磁感应现象。1840赫尔舍的儿子约翰制作了首幅红外图像。1868S.H.Saxby 对磁化椎管对指南针的影响进行了观察，并在其报告中提及磁粒的检测。1879E.Hughes 开启了用涡流检测传导性能，磁导率和温度差异的早期应用。1880-1920渗透检测技术的前身，即“油和白粉”技术用于检测铁轨和锅炉钢板。1895伦琴发现X射线。1922H.H.Leste 博士研制出用于金属的工业射线。1927-1928Elmer Sperry和H.C. Drake博士研制出电导率和磁场检测系统，并用于铁轨的检测。1929A.V.deForest和F.B.Doane首先发明磁粉检测及其设备。1929俄国科学家S.Y.Sokolov 首次通过实验用石英传感器使材料产生超声波。1930Robert F.Mehl 博士论证了用镭产生射线并得到了实际应用。1935-1940Betz, Doane.和DeForest发展了渗透技术。1940-1944由Dr. Floyd Firesone发明的超声检测技术在美国问世。20世纪30年代中期-40年代H.C.Knerr.C.Farrow, Theo Zuschlag 和Dr.F.Foerster开发了涡流检测设备。1942英国科学家D.O.Sproule发明了第一台脉冲反射式超声缺陷检测仪。1946Branson发明了第一台便携式超声测厚仪，并命名为Audigage.1950J.Kaiser将声发射技术引入到无损检测领域。20世纪50年代中期Donald C. Erdman发明了第一台浸没式超声检测的B型和C型扫描仪。我们今天的无损检测技术具体是什么时候开始的，这已经无从考证。在远古时代，一把带环并能发出声音的大马革士宝剑也许可以证明金属在战争中的威力。同样的“声音”技术已经被铁匠们利用了数十年时间，他们通过听环的声音来识别正在成形的不同金属。以前制造钟的人也运用了这个方法。通过听钟响，很容易就可以确定是何种金属发出的声音了。虽然目视检查不能“正式地”被看作早期无损检测技术的一部分，但它在很多的应用场合中已经使用了多年。热感应用于监测材料温度的变化。在“无损检测”这个术语问世之前，“声波”检测一词一直广泛使用。从20世纪50年代至今，无损检测技术得到了空前的发展和创新，并且由于材料和仪器的更新而不断进步。众多新设备与电脑的接口能力对无损检测技术有着很大的影响。海量存储能力及快速存档能力把无损检测推到了一个新高度，对于这一切，我们以前只能想想罢了。然而，无损检测技术依然处理“婴儿期”。令人振奋的挑战随着技术和新型材料的发展而来，这将继续改写无损检测的历史。检测和识别微小缺陷的要求不会停止，除非材料缺陷的存在与致命的失效不再相关。无损检测的技术早在1920年就开始成型了，但今天熟知的大多数检测方法直到20世纪三四十年代才诞生。二战的需求促进了无损检测的新发展。上世纪20年代，人们对一些磁粉检测（MT），可视化检测（VT）和射线检测（RT）已经有了一定的认识，当时主要将这些技术用于金属领域。在铁路时代的早期，渗透检测（PT）的前身，即“油和白粉检测”技术已应用得相当广泛。也有一基本电气试验用到了涡流检测(ED)的基本原理。声波或“响铃”的方法以及早期的一些用镭作为放射源的射线技术都在一定范围内得到了成功应用。基于此，早期无损检测技术已经涉及到了很多今天正在使用的复杂而独特的方法。1.4 无损检测方法的选择：当决定使用无损检测的方法来提高产品质量或确保产品的完整性时，为特定的应用选择一个合适的无损检测方法要考虑许多的因素。我们必须能知道哪种无损检测方法最可能检测出材料的裂缝或者是我们需要的材料特性，同时也要考虑经济，规格等因素。选择无损检测的基本标准有：1：了解待检物体的材料特性，物理特性和不连续性；2：了解相关无损检测的物理过程3：了解探测领域和测试材料的交互作用的物理特性4：了解可用技术的潜在性和局限性5：考虑经济，环境，规格以及其他方面。要使用任意一种无损检测方法，对于需要检测的材料的特性，不连续性例如空隙或者裂纹，层面或者涂层厚度等特性有个合理的知识。对于材料特性，我们关心的是力学特性（弹性常数）或者电磁特性（电导率，介电常数或者磁导率）。对于不连续性，不仅要注意到他的特性，还要了解到它和母材的关系，例如，在陶瓷结构材料中的裂纹和在增强聚合物材料中裂纹就截然不同。我们需要对不同无损检测方式如何工作有个基本的知识。例如，涡流检测采用的是电磁场在测试部分产生一个感应电流。因此，涡流检测方法要求测试部分是导电的。另外，我们还得掌握无损检测的方法原理和测试部分的材料特征的相互影响。这就需要（a）决策既定的方法是否能工作，（b）在综合的选项中选择一个方法，（c）测定检测方法和工件的相容性。举个例子，大部分超声检测的方法需要耦合液体或者凝胶体可能污染到工件从而引起敏感部分腐蚀。在选择一个无损检测的方式时，我们必须了解到这个技术的潜在性和局限性。因为无损检测方法的物理原理和检测部分的一致性并不能说明设备的可靠或者能测量到需要特征指标的敏感度。我们需要知道设备在使用环境下的设备的敏感度。尽管从业者经常引用实验室中测量到的敏感度，这都会和你在工业检测中预想到的情况大相径庭。还有许多其他的因素会影响到我们选择无损检测方法。使用无损检测是否高效的？检测的速度也可以是一个因素？哪些现有的规格参数不仅影响到无损检测的方法甚至还包括步骤？什么样的环境因素会限制我们的选择？检测是在室外还是在专门的检测场地中进行的？在对这五个标准有了基本的理解之后，我们可以就能对于应用制约因素从容的选择优化的无损检测方法。1.5 无损检测的可靠性 在历史的大部分时期，零件或者结构的完整性都是通过简单的时间测试来验证的：你构建一个结构，然后耐心的等待着它是否会掉下来，在中期，我们已经发展起来许多方法来查询零件或结构的完整性，使用破坏性和非破坏性方法，一旦我们有一种方法，我们就必须知道它的可靠性有多少，这个问题有很多方面，其中的大部分都是以统计分析为基础的，一部分统计分析是基于断裂力学理论，结合加载条件下，材料的性能，材料力学。对与无损检测我们有兴趣去研究对确定什么条件导致零部件的不合格、在什么地方和什么原因造成的不合格。一旦这个信息确定我们就可以决定零件的价值和那些部分应当被检测。例如，在汽车驾驶杆的球形接头的制作当中，只有高耐磨和高应力区能接受到100%的检测，剩下的部分可能不能全部被检测到。经常性地，测试范围一直被产品设计和制造工程们所推荐。这一部分主要因素是人，因为人直接影响到无损检测的可靠性。检测的可靠性可以被很多因素所影响人、环境和外观。人为因素包括生理和心里属性。所有的无损检测方法都需要一个身体能力水平，例如视力和手的灵巧度，即使一个合格的检测员也必须具备这些能力，他们可能会因为不可靠的显像（如：萤光磁粉测试时的持久视觉冲击）而因为疲劳导致的视力削弱或破坏，对光的适应性，和一般的干扰的检测，心理因素直接影响到检测员的工作态度。当然，态度是很难去控制的；对于这个因素，检测程序被设计用来跟踪操作员的步骤，尽管如此，许多外部的压力，如生产进度、成本、疲劳度、和临时的个人问题，可以破坏操作员的状态。考虑到个人悲剧（例如家庭成员去世或者离异）对于一个操作员集中精力于一个相对重复的工作的能力所带来的影响。工作环境同样在无损检测方法的灵活性和可靠性中扮演着一个至关重要的角色。理想的测试环境是对其用途的一个特别地和独立地设计。这样的检测环境可以控制例如光强和清洁度等外界影响，允许对零件的高效处理，使用装置不会被携带和压力的限制，给检测员提供一个可控制的舒适环境，并且允许检测员在更替的时候回家。野外工作，相反地，经常在相对荒凉偏僻的地方像管道、桥梁、燃料容器、建筑工地等地方执行。在这种情况下，检测员必须弥补无法控制的环境条件，例如光强和温度，举个例子，他们可以使用比有色颗粒效果明显的多的荧光磁粉来进行检测。但是由于荧光粒子需要在黑暗的条件下观看，但是这种环境在野外作业相对来说是不现实的，相比荧光磁粉比较敏感性差的彩色颗粒还是会被用来检测。总的来说，检测员必须采用检测方法来检测结构，例如一个塔或者管道。想象这种挑战，在寒冷的天气里，考虑如何检测地面管道寒风焊缝的全周长。影响无损检测可靠性的外部因素主要反映在总的工作环境。例如，一个检测员可能是高质量地和有积极性的，但是测量结果的可靠性可能在报告程序中被颠覆，尤其是如果成本或者生成日程受到影响的时候。检测员可以自由地报告发现而没有产生特定结果的压力这样一个相对积极的环境存在是尤其重要的。给你一些建议人为因素是怎样影响无损检测的可靠性的，考虑Silk关于对驾驶过程中发生事故的类推。像无损检测，驾驶是一个熟练度的工作，如果操作不当就会造成严重的后果，它受个人、环境和外部因素的影响。通过交通控制，如果驾驶员们都能严格遵守交通规则（规则或者条例），那么将不再出现交通事故。因此，我们将所有的事故都归因于规则的失效，Silk引用事故数由于各种原因，每108英里会出现324，840次事故。这意味着一个操作者犯一个错误（有影响力的）每1000英里会有3.25次错误，如果我们出去所有非程序性的因素，例如心脏病发作或者行人从天桥上投下的南瓜，人在驾驶中犯错误的比率会降低到每1000英里一次。以上这种研究和人为因素对无损检测影响的模式是一致的。1.6无损检测和质量控制的国际组织表1-4中是关于质量控制和无损检测的国际组织，国际标准化组织位于列表的第一位是因为世界大多数国家都是国际标准化组织成员。表1-4给出的组织的名字接近于无损检测，其中包括标准制定，质量控制，材料检测。其他组织有辐射防护和放射学程序处理。在列表中有美、国焊接学会和国际焊接学会，因为在无损检测中，焊接一个非常重要的检测因素。这还有一些其他的组织关于标准，确实是世界所有国家的国际标准化组织的正式成员或相应的成员。表1-4 国际标准化组织、质量控制、无损检测编号组织缩写1国际标准化组织瑞士委员会无损检测（IOS/TC135）ISO2国际辐射单位和测量委员会ICRU3国际放射防护委员会ICRP4国际焊接协会IIW5欧洲质量控制组织EOQC6美国国家辐射防护委员会7美国检测和材料协会ASTM8美国机械工程师协会ASME9美国焊接协会AWS10美国无损检测协会ANST11国际科学协会12国际测试和研究实验室材料和结构联合委员会RILEM