无损检测技术在金属制品检测中的应用

文|张明浩 王晓玄 刘苏柳 韩忠义

所谓无损检测NDT(Nondestructive Testing)，就是在不损坏检测对象的前提下，以物理或化学方法为手段，借助相应的设备器材，按照规定的技术要求，对检测对象的内部及表面的结构、性质或状态进行检查和测试，并对结果进行分析和评价。无损检测技术在各行各业中都有应用，例如医学中的B超、CT，工业中的UT、RT等，都属于无损检测技术。下面我们重点讨论无损检测技术在金属制品检测中的应用。

无损检测技术是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，其重要性已得到世界各国公认。无损检测最大的优势就是不损坏检测对象，这是其他检测方法都无法实现的。在金属制品检测中，超声检测UT(Ultrasonic Testing)、射线检测RT(Radiographic Testing)、磁粉检测MT(Magnetic particle Testing)、渗透检测PT(Penetrant Testing)称为四大无损检测技术，几乎所有的金属制品都能在这四大检测技术中选择合适的检测方法。

超声检测在这四种检测方法中为操作最简便的方法，只要试件表面足够光滑，一台超声波探伤仪、一把刷子、一瓶耦合剂就可以进行检测。超声检测的原理是基于超声波在试件中的传播特性。超声波在试件中沿直线传播，遇到异质界面时，超声波发生反射。当使用直探头时，超声波发生180度反射，沿原路线返回。当使用斜探头时，超声波在异质界面发生反射，反射角与入射角相同。因此，在检测管件、铸件、锻件时采用直探头，在检测焊缝时采用斜探头。由于超声波在不同的金属材料中传播速度不同，这就需要不同种类的试块。在试块上制造出各种人工缺陷，即可模拟试件中缺陷的种类、大小、位置等参数。超声波可穿透几毫米壁厚的钢管，也可穿透几米厚的大块铸件，所以超声检测对于检测对象的尺寸没有什么特殊要求。任何一种技术都存在不足之处，超声检测也不例外。首先，超声检测对于检测结果显示不直观，其次，对于缺陷的精确定量和定性还需做深入研究。但是，瑕不掩瑜，超声波探伤仪体积较小，产生的超声波是一种机械波，没有辐射性，对人体无害，所以在施工现场得到了广泛应用。

射线检测是指用X射线或γ射线穿透试件，以胶片作为记录信息的器材的无损检测方法。射线能穿透肉眼无法穿透的物质使胶片感光，当X射线或γ射线照射胶片时，与普通光线一样，能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜影，由于不同密度的物质对射线的吸收系数不同，照射到胶片各处的射线能量也就会产生差异，便可根据暗室处理后的底片各处黑度差来判别缺陷。射线检测能够获得缺陷的直观图像，所以定性、定量、定位都比较准确；同时，射线底片的保存期限很长，可达数十年；还有，射线检测的可重复性较好，检测结果能够很容易复现，这些都恰恰弥补了超声检测的不足。射线检测也有不少缺点和不方便之处：首先，射线如果防护不当能够对人体造成辐射，影响人的身体健康；其次，射线的检测过程比较繁琐，检测时间长；再次，检测工件的厚度越大，射线检测灵敏度越低。随着科学技术的发展，计算机辅助射线照相技术和工业电视技术使得射线照相不需要洗片即可进行，大大简化了射线检测程序。总之，只要做好射线的安全防护，就能保证射线检测技术在最大程度上安全、便捷、准确使用。

磁粉检测是利用铁磁性材料磁化后产生磁场，而工件表面和近表面的磁力线由于缺陷的存在会产生漏磁场，从而吸附施加在工件表面的磁粉，通过磁痕显示出缺陷的位置、形状和大小。常见的铁磁性材料包括铁、钴、镍等，而不锈钢、铜、铝等均属于非铁磁性材料。磁粉检测的优点显而易见，操作简便，检测灵敏度高，对于微米级的表面裂纹都能发现。磁粉检测的局限性是只能用于铁磁性材料的表面和近表面缺陷检测，应用范围不如超声检测和射线检测。

渗透检测是利用液体的毛细管作用，将渗透液渗入固体材料表面开口缺陷处，再通过显像剂将渗入的渗透液析出到表面显示缺陷的存在。零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透剂后，在毛细管作用下，经过一段时间，渗透液可以渗透进表面开口缺陷中；经去除零件表面多余的渗透液后，再在零件表面施涂显像剂，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液，渗透液回渗到显像剂中，在一定的光源下（紫外线光或白光），缺陷处呈现黄绿色荧光或鲜艳红色。渗透检测对于金属制品是否是铁磁性材料没有要求，可检测到微米级的表面开口缺陷。其局限性是只能检测表面开口缺陷，不能确定缺陷深度，同时不适于检测多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的工件。

综上可得，当只需检测金属工件的表面开口缺陷，便可选择渗透检测；如果该金属材料是铁磁性材料，可选择磁粉检测；对于几米厚的金属制品，可选择超声检测；对于要对金属制品内的缺陷准确定性、定量、定位时，可选择射线检测。这四种无损检测技术各有优缺点，只要能够合理选择利用，发挥各种检测方法的自身优势，便能够保质保量完成金属制品检测。