超聲波探傷儀、測厚儀等無損檢測技術論文

只看該作者 · 2012-8-21 15:42:14

無損檢測技術
   無損檢測（ Non Destructive Testing 或 Non Destructive Evaluation ，簡稱 NDT 或 NDE ），又稱非破壞性檢測，是利用材料的不同物理力學或化學性質在不破壞目標物體內部及外觀結構與特性的前提下，對目標物體相關特性（如形狀、位移、應力、光學特性、流體性質、力學性質等）進行測試與檢驗，尤其是對各種缺陷的測量。無損檢測的最大特點是既不破壞材料的原有特性，而且能在短時間內獲得期望的結果，以便操作人員迅速作出判斷，有利于連續(xù)生產和提高生產效率，還有利于作出正確的決策。同時也是指對材料或工件實施一種不損害或不影響其未來使用性能或用途的檢測手段。    通過使用無損檢測，能發(fā)現(xiàn)材料或工件內部和表面所存在的缺欠，能測量工件的幾何特征和尺寸，能測定材料或工件的內部組成、結構、物理性能和狀態(tài)等。  無損檢測能應用于產品設計、材料選擇、加工制造、成品檢驗、在役檢查（維修保養(yǎng)）等多方面，在質量控制與降低成本之間能起最優(yōu)化作用。無損檢測還有助于保證產品的安全運行和（或）有效使用。  無損檢測包含了許多種已可有效應用的方法，最常用的無損檢測方法是：射線照相檢測、超聲檢測、渦流檢測、磁粉檢測、滲透檢測、目視檢測、泄漏檢測、聲發(fā)射檢測、射線透視檢測等。下面我們就通過兩個具體的例子來說明一下無損檢測技術的應用：
　一. 無損檢測在木材保護中的主要用途和常用的無損檢測技術
　主要用途為：1.木材含水率無損檢測：木材含水率是影響與決定木材使用的重要指標，對古建筑木構件，含水率更具有重要意義。一般地，木構件含水含水率過高，則意味著古建筑木構件發(fā)生病蟲害的可能性增大，必須引起重視。常用的木材含水率無損檢測儀器有根據(jù)直流電、高頻電流、介電常數(shù)、微波、紅外線等原理開發(fā)制造的儀器。
      2.古建筑木結構部件的現(xiàn)場檢測：古建筑木結構維修和保護，不能破壞原有木構件，就需要采用無損檢測技術對其木結構安全進行評價，通過無損檢測為在維修前進行設計與確定維修或更換木構件等工作，提供有力的證據(jù)。這也是無損檢測的一個重要應用，主要檢測木構件的殘余強度和木構件內部缺陷 , 為木結構建筑的可靠性、安全性和使用壽命做出評價。
　　3.古樹名木的健康狀況評價：古樹名木不僅是重要的自然資源和景觀，也已成為重要的文化遺產，得到世界各國政府的重視與保護。為加強古樹名木的保護，必須對古樹內部缺陷在不破壞其生長和引起新的災害的條件下進行檢測，這就需要應用無損檢測技術，這也是目前美國、歐洲和日本等發(fā)達國家對城市樹木進行保護必須采用的重要技術。
　常用的技術：
   1.肉眼觀察：最簡單和最古老至今仍在使用的無損檢測方法就是肉眼觀察，可幫助對無損檢測結果進行判別和驗證。如對產品和組成成分的變化等需要做出判斷時，就需要肉眼觀察和識別，采用的辦法包括對破裂碎片、機械破壞、后期腐朽和嚴重的蟲蛀等情況的進行仔細觀察和分析。根據(jù)肉眼觀察判斷的結果確定檢測部件或產品的優(yōu)劣與是否合格或淘汰。
　 2. 聲應力波：聲應力波是最常用的古建筑木結構安全評價的無損檢測方法。聲應力波是通過沖擊或用給定的應力使其產生振動，但目前主要采用的是沖擊產生振動的方法。
聲應力波方法常采用測定聲傳播速度或測定振動波譜的方法來進行分析。對木構件常用測定聲速來計算木構件的殘余動彈性模量，因為聲速測定簡便易行，其計算公式為E=DV 2
　　其中 E—— 是木材動彈性模量； D—— 木材密度； V—— 聲應力波速度
　　利用應力波測定殘余動彈性模量需要檢測木材密度，而密度測定必須在現(xiàn)場采樣，然后在實驗室進行測定。
　　當木材發(fā)生腐朽或蟲蛀時，垂直于木材紋理方向的傳播速度急速增加。一般地，當應力波傳播速度增加 30% 時，就意味著木材強度損失已達到 50% ；當應力波傳播速度增加 50% 時，就意味著木材遭到了嚴重損害；橫向（徑向或弦向）是探測腐朽的最佳途徑。
　　為此在進行應力波無損檢測時，最好選擇聲應力波振動波譜分析的應力波檢測儀，如果采用測定聲傳播速度檢測方法的儀器，應采用相應的方法彌補測定儀器帶來的不便。
   3.超聲（應力）波：超聲應力波同聲應力波方法基本相同，主要不同在于超聲波應用的頻率超過 20kHz 。
超聲波測定的原理分為穿透應力波系統(tǒng)和脈沖 - 反應系統(tǒng)兩種，現(xiàn)有設備也是按照這兩種原理設計生產制造的。穿透應力波系統(tǒng)是指超聲波沿被檢測木材的厚度方向傳播，而被檢測的木材的聲波特性就在另一邊被記錄下來；而脈沖 - 反應系統(tǒng)是指測定記錄被傳播到材料內部表面的回聲波的特征，可以測定木材腐朽深度等。
　　4. 其它無損檢測技術：
　　① 電學方法：利用木材電阻和木材含水率的相關關系進行無損檢測，可以測定木材含水率。還可以利用木材電阻特征在現(xiàn)場探測木材腐朽。
　　② γ 射線：利用 γ 射線可以定量化探測木材內部腐朽程度，也可以定量測定防腐劑痕量元素在木材中的分布。這種檢測方法的不利因素是要用到放射性元素。
　　③ X- 射線：這是實驗室和生產線上常用的一種方法，主要用于檢測木材內部腐朽、木材微密度測定、木材節(jié)疤等的檢測等，如常見的軟 X 射線木材微密度測定儀、 X- 射線木材缺陷檢測系統(tǒng)等。
  二.混凝土無損檢測技術：
混凝土是我國建筑結構工程最為重要得材料之一，它得質量直接關系到結構得安全。多年來，結構混凝土質量得傳統(tǒng)檢查方法是以按規(guī)定得取樣方法，制作得立方體試件，在規(guī)定得溫、濕度環(huán)境下，養(yǎng)護28天時按標準實驗方法測得得試件抗壓強度來評定結構構件得混凝土強度。用試件實驗測得得混凝土性能指標，往往是與結構物中得混凝土得性能有一定差別。因此，直接在結構物上檢測混凝土質量得現(xiàn)場檢測技術，已成為混凝土質量管理得重要手段，這一檢測技術已引起各國建筑工程界得重視和承認。　  所謂混凝土“無損檢測”技術，就是要在不破壞結構構件得情況下，利用測試儀器獲取有關得混凝土質量等受力功能得物理量，因該物理量與混凝土質量（強度、混凝土缺陷）之間有較好得相關關系，
采用獲取得物理量去推定混凝土質量（強度、混凝土缺陷）。
   1、混凝土無損檢測技術特點：　（1）對混凝土結構構件不破壞，可以獲得人們最需要得混凝土物理量信息；　（2）測試操作簡單，測試費用低；　（3）不受結構物得形狀與尺寸限制，可以進行多次重復試驗；　（4）可對重要結構部位長期監(jiān)測。　對混凝土結構（或構件）進行檢（監(jiān)）測，取得各種信息后及時進行處理，以減少損失，避免事故發(fā)生等。實踐也證明了混凝土無損檢測技術，顯示了強大得生命力。
   2、被檢工程所占比例：
（1）在施工過程中由于管理不善，造成質量事故，如：混凝土強度不夠；混凝土結構（或構件）出現(xiàn)疏松、孔洞、蜂窩麻面等缺陷得檢測約占65%；　（2）根據(jù)生產工藝、使用功能改變，在原建筑物上進行改造，如需要加高接層或者樓面荷載改變等，鑒定原建筑物約占20%；　（3）受損結構，如受化學介質侵蝕、火災、地震等得檢測約占10%；　（4）重要工程得驗收檢測，如核電站安全殼、大型電站基礎、水庫閘門和電站大壩等得檢測約占5%。
由此可見無損檢測技術的重要性，不過，無損檢測技術也還是存在一定的問題的，如非接觸超聲波無損檢測技術的難點在收發(fā)換能器與之接觸界面的阻抗面，比如空氣和換能器的界面。介質密度相差越大阻抗越大，這個阻抗使超聲波很難發(fā)射出去特別是大功率時。一般換能器外殼是金屬的或不用外殼直接將晶體作為發(fā)射面。通常非接觸測量時傳感器與被測對象間都有諸如空氣、水、液體等物質，否則就不稱之為非接觸了，而這些物資的密度遠低于傳感器的密度。所以阻抗是必然存在的而且不小。出現(xiàn)換能器功率很大但是波卻發(fā)不出來的問題。以及還有存在的其它問題等等，相信不久的將來，無損檢測技術會得到很好的發(fā)展和完善。
儀器參考：http://www.mitech-ndt.com