設備維修中應用無損檢測技術的重要性
摘 要 無損檢測技術是第二次世界大戰后迅速發展起來的一門新的綜合性工程科學，它已經廣泛地應用于眾多的科技領域特別是工業領域。本文積筆者從事無損檢測技術工作二十多年的實踐經驗, 介紹了無損檢測技術的特點與先進性, 通過許多典型事例說明在設備維護中應用無損檢測技術的重要性, 指出這是非常有效的故障探查與診斷技術, 并且以具體實例介紹了無損檢測技術的應用方法、檢測工藝及適用的設備器材, 本文力圖使設備維護人員對代表當今世界先進工業水平的無損檢測技術能有一個較好的了解，希望能促使設備維修人員在設備工程中重視應用無損檢測技術, 進一步提高設備維護水平以保障機械設備的安全運行和延長設備使用壽命, 滿足經濟發展的需要和獲取更好的經濟效益。
1.前言
無損檢測技術是在第二次世界大戰后迅速發展起來的一門綜合工程技術，它主要是根據物質的各種物理特性變化，在不損傷被檢物使用性能與形狀的條件下可以實現百分之百檢查，從而判斷被檢物的質量狀況。因此，它的應用已經在工業生產、物理研究和生物工程等廣大科技領域獲得極大的重視和迅猛發展，已經成為控制產品質量、保證設備安全運行等方面的極為重要的技術手段。不僅如此，它已經從單純的檢測技術發展為無損評價技術，不僅包含了無損檢查與測試，還涉及以斷裂力學為基礎的損傷容限設計而對產品及設備的安全使用壽命作出評估，因此盡管無損檢測技術本身并非是一種生產技術，但其技術水平卻能反映該部門、該行業、該地區甚至該國的工業技術水平。在機械制造業以及軍事工業中它已經占據了相當重要的地位，在許多重要的大型設備安全保障體系中都發揮著重要作用。然而，在一般設備或者普通民用設備的診斷維護工程中則尚未受到足夠的重視和廣泛應用。本文欲就這方面的問題闡述筆者的一些看法。
2.問題的提出
除了航空工業、航天工業、核工業以及許多軍事工業等已經廣泛采用無損檢測技術外，在一些民用工業如鍋爐壓力容器、大型發電設備以及一些大型的、承受高載荷的機械設備等的安全保障系統中也已經由國家有關管理部門立法強制實施無損檢測技術。但是在眾多的民用、公用和游樂設備中與人身安全密切相關的設備安全保障體系往往沒有考慮無損檢測技術，目前這些設備的檢查大多數采用目視檢查及運行中用人耳監聽有無異常響聲或者定期解體檢查等落后的在役設備安全檢查方法，因此常常不能及早有效地發現事故隱患。就以廣東省近年來發生的多起重大安全事故為例，例如廣州東方樂園的高速慣性列車--“過山車”因疲勞裂紋引起輪軸螺栓斷裂、從化市天湖鐵索橋的鐵索斷裂、廣州海印橋吊索鋼纜腐蝕斷裂、廣州西基港塔吊的吊臂折斷等事故，又如筆者曾經工作過的某機械廠四柱液壓沖床的液壓缸因緊固螺栓疲勞斷裂造成缸蓋飛出....等。如果在這些設備的維護條例中規定采用無損檢測技術進行定期檢查，并且無損檢測技術往往可以在不解體的條件下實行檢查(稱做原位檢查)則是可以盡早發現事故徵候從而避免事故發生的。然而，由于許多設備管理人員對于無損檢測技術并無認識，不了解無損檢測技術的應用范圍及其特點，在制定設備維護管理制度時往往未把無損檢測技術的應用考慮進去，因此可以說在設備工程體系中缺少了一種先進而且有效的強有力的質量保障手段。據筆者所知，例如起重設備的吊鉤、鋼纜，壓榨設備中的輥軸直到混凝土結構件或高架橋、高速公路的路面，驚險游樂設施中承受高載荷的零部件等均尚未制定有關的無損檢測方法與驗收標準。因此，如何把先進的無損檢測技術引入這些領域是一個很重要的課題。
3.無損檢測技術在設備工程中的作用
為了保障在役設備的安全運行，無損檢測技術可以充分發揮其非破壞性及可靠性并且在許多情況下更可以實施原位檢測(即不需拆卸解體)的特長。眾所周知，無損檢測與評價技術是一門新興的、多學科綜合應用的、理論與實踐緊密結合的工程科學，無論在理論性、系統性和工藝性方面都有較高的要求，它包括了諸如物理學、材料科學、電子技術、測量技術以及信息技術等多方面的內容，可以說材料的每一種特性幾乎都可以用作某種無損檢測方法的基礎，幾乎所有形式的能量都能被利用來確定材料的物理特性或者用于檢測缺陷。就目前已經應用的無損檢測技術方法而言就已達到數十種，它涉及到的物理基礎就有聲、光、熱、電、磁、機械、核輻射、物理化學、電磁、粒子束或者其中某些特性的組合應用，目前應用最多的無損檢測方法主要有超聲波檢測、磁粉檢測、渦流檢測、射線照相檢測和滲透檢測(稱為五大常規方法)，此外聲發射檢測和泄漏檢測方法也已獲得越來越多的應用。當然，各種無損檢測方法也各有其不同特點，有各自的檢測工藝要求、適用對象與檢測范圍。
在役設備重要承力件中最常見也是最危險的缺陷就是疲勞裂紋，特別是早期疲勞裂紋更是難以用目視檢查發現的，而若是正確地采用滲透檢測(對被檢件表面粗糙度有一定要求)、磁粉檢測(必須是鐵磁材料)、渦流檢測(必須是導電材料)、超聲波檢測以及射線照相檢測(基本上不受材料種類影響)這些常規的無損檢測方法就能有效地檢測出來。下面根據筆者從事無損檢測技術工作多年的實踐經驗舉出一些最常見的設備部件在役檢查中采用無損檢測方法的例子：
在役的承力鋼絲繩：目前已經有商品化的便攜式電磁(渦流)鋼纜斷絲檢測儀，可以進行原位檢測；機械設備上的緊固螺栓或軸類零件或者殼體等只要有一端或一側暴露在外就可以采用超聲波檢測方法原位探測有無疲勞裂紋而無需拆卸解體后檢查，實際上由于這些零件或部位在原位上處于張應力或者彎曲應力作用下，所產生的疲勞裂紋的開隙度往往大于卸載后的狀況，因此利用原位無損檢測方法的效果反而常常優于解體拆卸下來進行檢測的效果；外露的設備承力部位或部件(例如起重設備的吊臂、吊鉤；軌道及夾板、輪軸或輪轂等)可以采用磁粉檢測、渦流檢測、滲透檢測等方法進行檢測；承力彈簧：可以采用超聲表面波法或磁粉檢測方法；承壓容器或筒體等：除了可以采用超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測以及射線照相檢測等方法外，還可以在耐(水)壓試驗過程中同時作聲發射檢測進行動態監控；此外諸如利用熱紅外線檢測技術監察高速運行部件的異常熱點、利用遙控聲發射技術監測運行設備中的異常、使用內窺鏡技術檢查內孔表面缺陷....等等，例子是很多的，在此不一一例舉。
4.在設備工程中推廣應用無損檢測技術需要注意的的問題
在設備工程中推廣應用無損檢測技術時有以下幾個問題是必須高度重視的：
[1] 首先是設備工程管理人員應該對無損檢測技術的方法原理、應用對象及適用范圍、適用的檢測器材以及新的技術與器材發展有較好的認識和較多的了解，在設備管理工作中正確建立應用無損檢測技術的觀念；
[2] 無損檢測技術人員應當與設備管理人員建立良好的溝通與配合協作關系，正確開展在役設備的無損檢測技術工作以及編制適用的檢驗質量驗收標準和檢驗工藝；
[3] 無損檢測技術本身對從事無損檢測工作的人員有嚴格的技術資格等級要求，我國已經與世界各國一樣實行了無損檢測人員技術資格等級定期考核鑒定制度，把無損檢測人員分為初級、中級和高級三個等級，無損檢測人員必須具有相應的技術資格等級并在此技術資格等級授權的范圍內工作。因此，在設備工程中應用無損檢測技術時必須注意無損檢測人員的技術資格等級和有效期限。
5.結束語
無損檢測技術屬于高新科技領域的特種測試技術，當把它與斷裂力學、損傷容限設計等安全評價技術相結合時，它不但能有效地檢測出危害性缺陷而且可以根據檢測評定缺陷的大小、數量、長度、密集度、缺陷所在位置及缺陷性質等因素對在役設備繼續運行的安全性、使用壽命等做出評價，因此，如果能在設備工程中廣泛推廣應用無損檢測技術，相信對在役設備安全運行的保障體系將做出極其有益的貢獻和獲得良好的經濟效益。