1  引言

随着现代科学和工业技术的迅速发展，工业现代化进程日新月异，高温、高压、高速度和高负荷，无疑已成为现代工业的重要标志，但他的实现是建立在材料(构件)高质量的基础上的，为了确保这些构件优异的质量，还必须采用不破坏产品的形状、不改变使用性能的检测方法，对产品进行百分之百的检测(抽检)，以确保产品的安全可靠性，这种技术即是无损检测技术。无损检测技术以不损害被检测对象的使用性能为前提，应用多种物理原理和化学现象，对各种工程材料、零部件、结构件进行有效的检测和测试，借以评价他们的连续性、完整性、安全可靠性和某些物理性能，包括被检测材料和构件中是否有缺陷，并对缺陷的形状、大小、方位、取向、分布和内含物等情况进行判断。

2  无损检测的目的及其方法的选用

无损检测的目的各种各样，不管在什么情况下，都必须首先搞清楚究竟想检测什么东西，随后才能确定应该采用什么样的检测方法和检测规范来达到预定目的。目前，无损检测的目的大致有以下三个:

(1) 改进制造工艺
为了知道采用的制造工艺是否合适，需要对样品进行无损检测，一边观察检测结果，一边改进制造工艺，并反复进行实验，直至确定满足要求的产品制造工艺。

(2) 降低制造成本
进行产品生产时，不进行无损检测就有可能造成产品有缺陷或不符合要求，而要修补或者返工所需费用往往很大，而提前进行无损检测花费很小，且能大大的提高生产效率，减少制造成本。

(3) 提高可靠性
为了在满足所需性能的条件下，使构件正常工作的时间内不至发生故障或意外，而造成大的经济损失和机器人身事故，故提高可靠性也至关重要。
按照不同的原理和不同的探测方法及信息处理方式，详细统计各种无损检测方法可达70余种，其中最常用的有射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测五种常规检测方法，还有目前应用比较多的无损检测的新技术---激光全息无损检测技术。

3  无损检测常用方法

3.1  射线检测方法

射线检测是利用各种射线对材料的投射性能及不同材料对射线的吸收、衰减程度的不同，使底片感光成黑度不同的图像来观察，它作为一种行之有效而又不可缺少的检测材料(零件)内部缺陷的手段为工业上许多部门所采用。
常用X射线检测，当射线透过被检测物体时，有缺陷部分(如气孔、非金属杂质等)与无缺陷部位对射线吸收能力不同，一般情况是透过有缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位的射线强度，因而可以通过检测透过被检测物体后的射线强度的差异，来判断被检测物体中是否存在缺陷。图1为X射线检测原理示意图。

图1   X射线检测原理示意图

用的最多的还有照相法。照相法是将感光材料置于被检测试件后面，来接受透过试件的不同强度的射线，因为胶片乳剂的摄影作用与感受到的射线强度有直接关系，经过暗室处理后就会得到透照摄像，根据摄像形状和黑度情况就可以来评定材料中有无缺陷以及缺陷的形状、大小和位置。对与形状简单，要求不严格的产品的检测也可以利用荧光屏直接观测法。将透过试件的射线投射到涂有荧光物质(如ZnS/CaS)的荧光屏上时，在荧光屏上则会激发出不同强度的荧光来，荧光屏直接观察法是利用荧光屏上的可见摄像直接辨认缺陷的检测方法。此外还有电离检测法、电视观察法等等均可利用射线检测方法进行无损检测。

3.2  超声检测法
超声检测技术是工业无损检测技术中应用最为广泛的检测技术之一，也是无损检测领域中应用和研究最为活跃的技术之一。超声检测应用较多的有共振法、投射法和脉冲反射法。
(1) 共振法利用的是共振原理，探头把超声波辐射到试件后，通过连续调整声波的频率以改变其波长，当试件的厚度为声波半波长的整数倍时，则在试件中产生驻波，在测得超声波的频率和共振次数后，可用公式(1)计算试件的厚度δ
(1)
式(1)中c—为超声波在试件中的传播速度
     λ-波长
    n=0、1、2、3……
(2) 投射法是最早应用的一种超声检测技术。其机理是将发射探头和接收探头分别置于试件的两个对立面，根据超声波穿透试件后的能量变化情况，来判断试件内部质量的方法，如试件内无缺陷，声波穿透试件后衰减小，则接收信号较强;如试件内有小缺陷，声波在传播过程中部分被缺陷遮挡，使之在缺陷后形成阴影，接收探头只能收到较弱的信号;若试件中缺陷面积大于声束截面时，全部声束被缺陷遮挡，则接收探头接收不到任何发射信号。
(3) 脉冲反射法是目前应用最为广泛的一种超声波检测方法。利用的是超声脉冲在试件内传播的过程中，遇有声阻抗相差较大的两种介质的界面时，将发生反射来检测，采用一个探头兼做发射和接收器件，接收信号在探伤仪的荧光屏上显示，并根据缺陷及底面反射波的有无、大小及其时基轴上的位置来判断缺陷的有无、大小及其方位。

3.3  磁粉检测法
利用磁粉的聚集显示铁磁性材料及其工件表面与近表面缺陷的无损检测方法即是磁粉检测方法，根据缺陷的漏磁磁场的强度同缺陷漏磁的磁通密度成正比，其强度与分布均取决于缺陷的尺寸、位置以及试件的磁化强度等，漏磁场强度越大，缺陷部位越容易吸附磁粉，而且内部缺陷的漏磁磁场比表面开口缺陷的漏磁场要弱，利用该方法可以直接显示出缺陷的形状，大小和位置，并能大致确定缺陷的性质，但是只局限于能被显著磁化的铁磁性材料。
进行磁粉检测需要将被检工件磁化，在磁化的过程中，应尽量使工件内的磁力线能与缺陷表面基本正交，获得尽可能强的缺陷漏磁场。

3.4  渗透检测
渗透探伤是一种表面缺陷的探伤方法，可以应用于金属和非金属材料，用的是黄绿色的荧光渗透液或红色的着色渗透液，由于渗透液的润湿作用和毛细现象而进入表面开口的缺陷，随后被吸附和显像，通过显示放大的缺陷图像的痕迹，从而能够用肉眼查处试件表面的开口缺陷。

3.5  涡流检测法
利用电磁感应原理，通过测定被检测工件内感生涡流的变化来无损的评定导电材料及其工件的某些性能或发现缺陷的无损检测的方法即是涡流检测。涡流检测由于趋肤效应的存在，因此只能发现导电材料表面和近表面的缺陷，由于其操作简单，不需要耦合剂和易于实现高速、自动化检测等优点，因此在金属材料及其零部件尤其是管、棒和线材等型材料的无损检测中应用最广。目前应用比较多的有多频涡流检测技术、深层涡流检测技术、脉冲涡流检测技术以及远场涡流检测技术等。远场涡流检测技术是最近几年发展起来的涡流检测新技术，它使用一个激励线圈和一个较小的接收线圈，两者同时置于被检管道中，之间相距较远，致使接收线圈所接收到的磁场几乎完全是穿过管道后返回管内的磁场，从接收到的磁场的幅度和相位的变化可以断定检测线圈所检测区域中的缺陷情况。

4  无损检测新技术—激光全息无损检测

激光全息检测是利用激光全息照相来检测物体表面和内部缺陷的，因为物体在受到外界载荷作用下会产生变形，这种变形与物体是否有缺陷直接相关，在不同的外界载荷作用下，物体表面变形的程度是不同的，激光全息照相就是将物体表面和内部的缺陷，通过外界加载的方法，使其在相应的物体表面造成局部的变形，用全息照相来观察和比较这种变形，并记录在不同外界载荷作用下的物体表面的变形情况，进行观察和分析，然后判断物体内部是否存在缺陷。激光全息检测技术作为一种新的检测技术，解决了许多过去其他方法难以解决的无损检测问题，因此有着其明显的优点:
(1) 由于激光全息检测是一种干涉计量技术，其干涉计量的精度与波长同数量级，因此极微小的变形都能检验出来，检测的灵敏度很高;
(2) 由于激光的相干长度很大，因此可以检验大尺寸物体，只要激光能够充分照射到的物体表面，都能一次检验完毕;
(3) 激光全息检测对被检测对象没有特殊要求，可以对任何材料、任意粗糙的表面进行检测;
(4) 还可以借助于干涉条纹的数量和分布状态来确定缺陷的大小、部位和深度，便于对缺陷进行定量分析。
这种检测方法还具有非接触检测、直观、检测结果便于保存等特点。但是，物体内部缺陷的检测灵敏度，取决于物体内部的缺陷在外力作用下能否造成物体表面的相应变形，如果物体内部的缺陷过深或过于微小，那么激光全息照相这种检测方法就失效。对于叠层胶接结构，检测其脱粘缺陷的灵敏度取决于脱粘面积和深度比值，在近表面的脱粘缺陷面积，即使很小，也能够检测出来，而对于埋藏较深的脱粘缺陷，只有在脱粘面积相当大时才能够被检测出来。另外激光全息检测目前多在暗室中进行，并需要采用严格的隔振措施，因此不利于现场检测，这是这种方法的局限性。激光全息检测技术最重要的条件必须是能产生干涉的光波。图2即是激光全息照相检测光路示意图:

图2    激光全息照相检测的光路图
1-激光器;2-分光器;3、4、7、10-反射镜;5-试件;6、9-扩束镜;8-胶片

从激光器1发出的激光束经过放射镜4，由分光器2分成两束光。一束透过分光镜后，被扩束镜9扩大，经反射镜10反射照射到被检物体，再由物体表面漫反射到胶片上，这束光称为物光束;另一束光有分光器2表面反射，经过反射镜3到达扩束镜6，被其扩大后再由反射镜7反射照射到胶片上，这束光称为参考光束。当这两束光在胶片上叠加后，形成干涉图案，胶片经过显影、定影处出理后，干涉图案以条纹的明暗和间距变化的形式被显示出来，它们记录了物体光波的振幅和相位信息。
进行激光全息检测时，对被检测物体加载，使其表面发生微小的位移(微差位移)，物体表面的轮廓发生变化，此时获得的全息图上的条纹与没有加载时相比发生了移动。由于物体有一定的形状，所以在同样的力的作用下，物体表面各处所发生的位移并不相同，因为各处对应的干涉条纹的形状和间距也不相同。当物体内部不含缺陷时，这种条纹的形状和间距的变化是宏观的、连续的、与物体外形轮廓的变化同步调的。当被检测物体内部含有缺陷时，物体在受力的情况下，物体内部的缺陷在外部力的作用下，就在物体表面上表现出异常情况，而与内部缺陷相对应的物体表面所发生的位移与以前不同，因而所得到的全息图与不含缺陷时不同，在激光照射下进行建像时，所看到的波纹图样在对应于有缺陷的局部区域就会出现不连续的、突然的形状变化和间距变化，根据这些条纹情况可以分析判断物体内部是否含有缺陷，以及缺陷的大小和位置。
总之，激光全息检测实际上就是将不同受载情况下的物体表面状态用激光全息照相方法记录下来，进行比较和分析，从而评定被检物体的缺陷情况。

5  无损检测新技术的发展

近年来，随着复合材料和复合结构的应用不断增长，对检测的要求也不断的提高，一些常规方法不再满足要求，随之产生声振检测方法，即激励被测件产生机械振动，通过测量被测件振动的特征来判定其缺陷的情况。
由于航空和航天工业的发展，大量采用的新型材料，由于微波能够贯穿介电材料，微波无损检测方法应运而生。微波检测就是通过研究微波反射、投射、衍射、干涉、腔体微扰等物理特性的改变，以及微波作用于被检测材料时的电磁特性—介电常数的损耗正切角的相对变化，通过测量微波基本参数如微波幅度、频率、相位的变化，来判断被测材料或物体内部是否存在缺陷以及被测定其它物理参数。红外线无损检测是利用红外物理理论，把红外辐射特性的分析技术和方法，应用于被检对象的无损检测。此方法利用的是材料或工程结构等运行中的热状态的变化和异常过热，确定被测对象的实际工作状态和判断其结构有无缺陷的情况。此外还有声振无损检测等等。

6  结束语
无损检测在检测和评定材料结构损伤和控制质量生产方面，仍将继续发展，在工艺领域NDT也将逐渐成为全面质量管理中的重要的一环，也使未来的材料具有更高的性价比，随着仪器自动化程度以及数据处理技术水平的不断提高，NDT不仅将对无损检测而言变得更加重要，而且将成为工艺控制的有效方法。

参考文献
[1] 余拱信. 激光全息技术及其工业应用. 北京:航空工业出版社,2001.
[2] 王永保. 激光全息检验. 北京:国防工业出版社,1995.

作者简介
韩 伟(1979-)  男  硕士生在读  主要研究方向为控制理论与控制工程。