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浅谈无损检测技术的应用现状及发展趋势

发布时间:2016-11-17 阅读:0次

一、前言 
无损检测是以不损坏构件或产品为前提,来检测构件或产品的某些物理、力学参量,以便确定其含有缺陷的性质,以及对结构性能带来的影响。它可以预测构件或产品是否满足工程使用要求,或在生产过程中进行监控,以保证产品满足设计要求。 
激光全息无损检测是无损检测技术中的一个新分支,是60年代末期发展起来的,是全息干涉计量技术的重要应用之一。多年来,激光全息无损检测的理论、技术、照相系统和图像处理系统都有了很大发展,在航空航天工业中,对复合材料、蜂窝夹层结构、叠层结构、航空轮胎和高压管道容器的检测具有某些独到之处,解决了用其他方法无法解决的问题。脉冲激光器出现之后,消除了全息干涉过程中的隔振要求。这就使激光全息无损检测技术应用到工业生产现场成为可能。目前,由于视频拷贝和计算机图像处理技术的迅速发展,全息干涉条纹图像可以通过CGD摄像机,快速、准确地输入计算机进行数字图像处理,满足无损检测技术的各种需要。甚至可以通过信息高速公路进行远距离传输,把畸变全息干涉条纹图像传到专家办公室,由他们来对缺陷作出共同的诊断。由此可以预测,在不久的将来,全息无损检测与CCD摄像、计算机数字图像实时处理技术相结合,通过信息高速公路传输,将把这一技术推向新的发展高潮。 

二、国内发展现状 
激光全息无损检测技术在我国的应用始于1974年。当时天津大学与南昌洪都机械厂合作,用He—Ne激光器为光源,研制了一台JD—II型全息干涉仪,用于强-5飞机上铝面板蜂窝夹层结构的检测。紧接着航空航天部门的一些主要厂所院校掀起了一股研究激光全息无损检测的热潮。先后有峨呢机械厂、松陵机械厂、303所、西工大、哈工大、606所、621所、703所、529厂、南昌航院等单位对一些常规方法难以检测的零部件,用激光全息干涉法进行了检测研究。如碳纤 维面板金属蜂窝夹层结构、直升机旋翼后段、玻璃纤维胶结中锥雷达罩、硼纤维复合材料、碳纤维喇叭内壁纯金镀层、密封橡胶油垫、固体火箭发动机推进火药柱包覆层、运载火箭姿态发动机燃烧室、高压管路、压力容器、印刷电路板焊点缺陷检测等,并取得了可喜的进展。并且有一些项目已用于生产实际,如玻璃纤维中锥雷达罩、铝蜂窝夹层板、固体火箭药拄包覆胶接质量检测等已被厂家纳入产品质量检测工 艺规程,满足了军工产品生产的需要,收到了良好的经济效益。在飞机轮胎检测方面,郑州工学院、桂林曙光橡胶研究所研究所研制的SJQL—15001型轮胎全息无损检测仪,80年代中期就投入实际应用。在此基础上,又研制成功SJQL—1500 E型轮胎激光全息无损检测仪。改进后的仪器只需进行一次双曝光即可检测整个轮胎的质量情况,且无检测盲区。达到了80年代末期同类产品的国际先进水平。 
为了摆脱对减振试验台的依赖,北京光电技术研究所和西安光机所分别研制了双脉冲和多脉冲全息干涉仪,并且已经用于生产实际。最近,西安光机所还研制成功一种高分辨瞬态全息干涉系统,用来测量“长二捆”及“东风二号”固体火箭发动机的喷流特性并取得成功。该系统能完成单脉冲、双脉冲和多脉冲全息干涉图像的摄制,这就为全息无损检测走出实验室用于现场进行实时监测提供了硬件设备。 
激光全息无损检测技术一个新的应用途径正在开辟。南昌航院、成都电子科大学应用地质力学的相似构造模型理论,在轴向压力作用下,拍摄双曝光干涉条纹图及实时干涉条纹图,为分析研究相似构造模型的变形特征和破坏规律提供了一种有用的方法。南昌航院还应用这种方法对应力腐蚀环境中的高强度钢腐蚀裂纹萌生、扩展及其破坏全过程进行了分析研究,并取得阶段性成果,为应力腐蚀断裂实验研究找到了一个新路径。 

三、国外发展现状 
早在60年代末期PRPA(美国国防部远景研究部规划局)就制定了规划,拨出专款由密执安大学Coo—leg电子实验室进行这方面的研究。他们也是应用这种新技术去解决这一些特殊问题,因而研究方向与国内情况相仿。检测的对象也是蜂窝结构、叠层结构、复合材料、火药柱包覆层、涡轮叶片、轮胎等。另外,对一些大型构件的检测也曾采用过这种方法。如用热加载法检测直径为2.7m的宇宙飞船天线;用大功率脉冲全息干涉法,检测面积为1.80m×6.6m大型机翼叠层结构,GCO公司为这类检测制造了专门设备。 
国外学者非常重视全息干涉方法和仪器系列化研究。他们研究了几种补偿技术消除和减少连续输出激光全息干涉系统对隔振的依赖,推广了剪切散斑和电子散斑干涉技术在无损检测方面的应用。由于国外科研经费投入多,因而特别注重将原理性实验尽快地仪器化,并不断改进、调整、完善,使之满足于生产实际的需要,即尽快地将科技成果转化为生产力。在采用激光全息双曝光法对飞机轮胎进行无损测以来,经过不断改型,目前第七代飞机轮胎检测仪已经问世了。其仪器产品更新速度非常快。 

四、发展趋势
激光全息无损检测技术经历了30多年的发展,真正应用到生产实际的项目并不多,而且仅局限在航空航天工业部门,造成这种局面的原因是多方面的。首先是激光全息无损检测技术本身的局限性。到目前为止,这项技术仍然依赖隔振平台、银盐干版记录、暗室条件下工作。而且检测系统复杂,投资大,操作技术要求熟练,因而很难推广应用到生产实际中去。而只能用于军工生产部门,去解决一些用常规检测方法无法解决而又必须进行无损检测的零部件。 
其次是投入不够,由于这项技术本身的局限性,因而不能引起企业家的兴趣和政府的关心,长期以来在资金投入方面很少,全靠科技工作者自发地进行研究,由此而导致了设备陈旧。第三是与相关学科交叉结合不紧。例如银盐记录介质在实时全息干涉记录中无法记录瞬态连续变形的问题亟待解决。第四是CCD应用、计算机数字图像处理等新技术发展速度非常快,相应要求激光全息无损检测设备快速更新。笔者认为激光全息无损检测技术首先要解决记录介质适应实时干涉记录位移量连续变化要求的问题,只有这样才能扩大它的应用范围。其次应尽快与光纤、CCD和微机数字图像处理等新技术相结合,形成非接触远距控制小型化检测仪器,摆脱实验室的束缚,才有可能扩大其应用范围,解决更多的生产实际中的检测问题。这样不仅可以提高全息无损检测的速度,而且还可以提高检测的定量分析。从而解决大型构件可靠性分析中的微裂纹、残余应力、疲劳损伤以及安全寿命的估算等问题。 

总之,激光全息无损检测技术尽管有其自身的独特优点,能解决一些常规检测方法或难以解决问题。但它有其自身的局限性,因而影响了其推广应用。例如对复合材料、蜂窝夹层结构、叠层结构、飞机轮胎的检测就具有明显的优点,是射线、超声、磁粉、涡流、渗透等常规方法难以比拟的。因此,激光全息无损检测技术经过不断的发展和完善,将会起到重要作用。

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