设备维修中应用无损检测技术的重要性

 

    无损检测技术是第二次世界大战后迅速发展起来的一门新的综合性工程科学，它已经广泛地应用于众多的科技领域特别是工业领域。本文积笔者从事无损检测技术工作二十多年的实践经验, 介绍了无损检测技术的特点与先进性, 通过许多典型事例说明在设备维护中应用无损检测技术的重要性, 指出这是非常有效的故障探查与诊断技术, 并且以具体实例介绍了无损检测技术的应用方法、检测工艺及适用的设备器材, 本文力图使设备维护人员对代表当今世界先进工业水平的无损检测技术能有一个较好的了解，希望能促使设备维修人员在设备工程中重视应用无损检测技术, 进一步提高设备维护水平以保障机械设备的安全运行和延长设备使用寿命, 满足经济发展的需要和获取更好的经济效益。

    1.前言

    无损检测技术是在第二次世界大战后迅速发展起来的一门综合工程技术，它主要是根据物质的各种物理特性变化，在不损伤被检物使用性能与形状的条件下可以实现百分之百检查，从而判断被检物的质量状况。因此，它的应用已经在工业生产、物理研究和生物工程等广大科技领域获得极大的重视和迅猛发展，已经成为控制产品质量、保证设备安全运行等方面的极为重要的技术手段。不仅如此，它已经从单纯的检测技术发展为无损评价技术，不仅包含了无损检查与测试，还涉及以断裂力学为基础的损伤容限设计而对产品及设备的安全使用寿命作出评估，因此尽管无损检测技术本身并非是一种生产技术，但其技术水平却能反映该部门、该行业、该地区甚至该国的工业技术水平。在机械制造业以及军事工业中它已经占据了相当重要的地位，在许多重要的大型设备安全保障体系中都发挥着重要作用。然而，在一般设备或者普通民用设备的诊断维护工程中则尚未受到足够的重视和广泛应用。本文欲就这方面的问题阐述笔者的一些看法。

    2.问题的提出

    除了航空工业、航天工业、核工业以及许多军事工业等已经广泛采用无损检测技术外，在一些民用工业如锅炉压力容器、大型发电设备以及一些大型的、承受高载荷的机械设备等的安全保障系统中也已经由国家有关管理部门立法强制实施无损检测技术。但是在众多的民用、公用和游乐设备中与人身安全密切相关的设备安全保障体系往往没有考虑无损检测技术，目前这些设备的检查大多数采用目视检查及运行中用人耳监听有无异常响声或者定期解体检查等落后的在役设备安全检查方法，因此常常不能及早有效地发现事故隐患。就以广东省近年来发生的多起重大安全事故为例，例如广州东方乐园的高速惯性列车--“过山车”因疲劳裂纹引起轮轴螺栓断裂、从化市天湖铁索桥的铁索断裂、广州海印桥吊索钢缆腐蚀断裂、广州西基港塔吊的吊臂折断等事故，又如笔者曾经工作过的某机械厂四柱液压冲床的液压缸因紧固螺栓疲劳断裂造成缸盖飞出....等。如果在这些设备的维护条例中规定采用无损检测技术进行定期检查，并且无损检测技术往往可以在不解体的条件下实行检查(称做原位检查)则是可以尽早发现事故徵候从而避免事故发生的。然而，由于许多设备管理人员对于无损检测技术并无认识，不了解无损检测技术的应用范围及其特点，在制定设备维护管理制度时往往未把无损检测技术的应用考虑进去，因此可以说在设备工程体系中缺少了一种先进而且有效的强有力的质量保障手段。据笔者所知，例如起重设备的吊钩、钢缆，压榨设备中的辊轴直到混凝土结构件或高架桥、高速公路的路面，惊险游乐设施中承受高载荷的零部件等均尚未制定有关的无损检测方法与验收标准。因此，如何把先进的无损检测技术引入这些领域是一个很重要的课题。

    3.无损检测技术在设备工程中的作用

    为了保障在役设备的安全运行，无损检测技术可以充分发挥其非破坏性及可靠性并且在许多情况下更可以实施原位检测(即不需拆卸解体)的特长。众所周知，无损检测与评价技术是一门新兴的、多学科综合应用的、理论与实践紧密结合的工程科学，无论在理论性、系统性和工艺性方面都有较高的要求，它包括了诸如物理学、材料科学、电子技术、测量技术以及信息技术等多方面的内容，可以说材料的每一种特性几乎都可以用作某种无损检测方法的基础，几乎所有形式的能量都能被利用来确定材料的物理特性或者用于检测缺陷。就目前已经应用的无损检测技术方法而言就已达到数十种，它涉及到的物理基础就有声、光、热、电、磁、机械、核辐射、物理化学、电磁、粒子束或者其中某些特性的组合应用，目前应用最多的无损检测方法主要有超声波检测、磁粉检测、涡流检测、射线照相检测和渗透检测(称为五大常规方法)，此外声发射检测和泄漏检测方法也已获得越来越多的应用。当然，各种无损检测方法也各有其不同特点，有各自的检测工艺要求、适用对象与检测范围。

    在役设备重要承力件中最常见也是最危险的缺陷就是疲劳裂纹，特别是早期疲劳裂纹更是难以用目视检查发现的，而若是正确地采用渗透检测(对被检件表面粗糙度有一定要求)、磁粉检测(必须是铁磁材料)、涡流检测(必须是导电材料)、超声波检测以及射线照相检测(基本上不受材料种类影响)这些常规的无损检测方法就能有效地检测出来。下面根据笔者从事无损检测技术工作多年的实践经验举出一些最常见的设备部件在役检查中采用无损检测方法的例子：

    在役的承力钢丝绳：目前已经有商品化的便携式电磁(涡流)钢缆断丝检测仪，可以进行原位检测；机械设备上的紧固螺栓或轴类零件或者壳体等只要有一端或一侧暴露在外就可以采用超声波检测方法原位探测有无疲劳裂纹而无需拆卸解体后检查，实际上由于这些零件或部位在原位上处于张应力或者弯曲应力作用下，所产生的疲劳裂纹的开隙度往往大于卸载后的状况，因此利用原位无损检测方法的效果反而常常优于解体拆卸下来进行检测的效果；外露的设备承力部位或部件(例如起重设备的吊臂、吊钩；轨道及夹板、轮轴或轮毂等)可以采用磁粉检测、涡流检测、渗透检测等方法进行检测；承力弹簧：可以采用超声表面波法或磁粉检测方法；承压容器或筒体等：除了可以采用超声波检测、磁粉检测、渗透检测以及射线照相检测等方法外，还可以在耐(水)压试验过程中同时作声发射检测进行动态监控；此外诸如利用热红外线检测技术监察高速运行部件的异常热点、利用遥控声发射技术监测运行设备中的异常、使用内窥镜技术检查内孔表面缺陷....等等，例子是很多的，在此不一一例举。

    4.在设备工程中推广应用无损检测技术需要注意的的问题

    在设备工程中推广应用无损检测技术时有以下几个问题是必须高度重视的：

    [1] 首先是设备工程管理人员应该对无损检测技术的方法原理、应用对象及适用范围、适用的检测器材以及新的技术与器材发展有较好的认识和较多的了解，在设备管理工作中正确建立应用无损检测技术的观念；

    [2] 无损检测技术人员应当与设备管理人员建立良好的沟通与配合协作关系，正确开展在役设备的无损检测技术工作以及编制适用的检验质量验收标准和检验工艺；

    [3] 无损检测技术本身对从事无损检测工作的人员有严格的技术资格等级要求，我国已经与世界各国一样实行了无损检测人员技术资格等级定期考核鉴定制度，把无损检测人员分为初级、中级和高级三个等级，无损检测人员必须具有相应的技术资格等级并在此技术资格等级授权的范围内工作。因此，在设备工程中应用无损检测技术时必须注意无损检测人员的技术资格等级和有效期限。

    5.结束语

    无损检测技术属于高新科技领域的特种测试技术，当把它与断裂力学、损伤容限设计等安全评价技术相结合时，它不但能有效地检测出危害性缺陷而且可以根据检测评定缺陷的大小、数量、长度、密集度、缺陷所在位置及缺陷性质等因素对在役设备继续运行的安全性、使用寿命等做出评价，因此，如果能在设备工程中广泛推广应用无损检测技术，相信对在役设备安全运行的保障体系将做出极其有益的贡献和获得良好的经济效益。