無損檢測文化概論介紹

無損檢測是建立在現(xiàn)代科學技術(shù)基礎(chǔ)上的一門應(yīng)用型技術(shù)學科，它以不損壞被檢測物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)為前提，應(yīng)用物理的方法，檢測物體內(nèi)部或表面的物理性能、狀態(tài)特性以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，檢查物質(zhì)內(nèi)部是否存在不連續(xù)性(即缺陷)，從而判斷被檢測物體是否合格，進而評價其適用性。無損檢測學科幾乎涉及到了物理科學中的光學、電磁學、聲學、原子物理學以及計算機、數(shù)據(jù)通訊等學科，在冶金、機械、石油、化工、航空、航天各個領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。假如沒有無損檢測技術(shù)的應(yīng)用，鋼鐵的質(zhì)量難于保證，機器可能會停止運轉(zhuǎn)，飛機難于起飛，火箭難于上天，汽車可能會在路上翻車，火車可能會出軌，石油和天然氣管道可能會發(fā)生泄漏，鍋爐和壓力容器可能會發(fā)生爆炸……,可以說，在現(xiàn)代科學技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中，沒有哪種技術(shù)能夠象無損檢測那樣具有如此廣泛的科學基礎(chǔ)和應(yīng)用領(lǐng)域。作為現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)之一，無損檢測技術(shù)在保證產(chǎn)品質(zhì)量和工程質(zhì)量上發(fā)揮著愈來愈重要的作用，其“質(zhì)量衛(wèi)士”的美譽已得到工業(yè)界的普遍認同。

無損檢測就其自身性質(zhì)而言，它著重于科學技術(shù)的具體應(yīng)用，因此，它是一門應(yīng)用性很強的技術(shù)性學科，具有很強的操作性或工藝性。操作技術(shù)的嫻熟與否，很大程度上決定著檢測結(jié)果的準確性，這種技術(shù)不僅表現(xiàn)在具體的操作上(例如：超聲波探頭的運動)，而且表現(xiàn)在檢測機械的運動、自動化的控制、以及計算機的應(yīng)用上，因此將無損檢測稱之為綜合應(yīng)用型技術(shù)學科并不為過。

無損檢測技術(shù)不僅有著深刻的科學背景，而且有著豐富的文化內(nèi)涵;無損檢測凝聚著現(xiàn)代科學的智慧，閃耀著現(xiàn)代文化的光輝，現(xiàn)代文明有無損檢測的一份貢獻。在人類進入輝煌的21世紀的今天，我們應(yīng)該以更高的視角來審視無損檢測文化現(xiàn)象。

2.無損檢測文化的歷史底蘊

以德國科學家倫琴1895年發(fā)現(xiàn)X射線為標志，無損檢測作為應(yīng)用型技術(shù)性學科已有一百多年的歷史;然而，當我們打開歷史的篇章，拂去歲月的封塵，我們會驚奇地發(fā)現(xiàn)，無損檢測技術(shù)的起源和發(fā)展有著豐厚的歷史底蘊。讓我們沿著歷史長河，隨著物理科學發(fā)史的線索，以更寬廣的視野去尋找無損檢測學科成長的足跡。

2.1 中國古代無損檢測的樸素思想

我們的祖國是世界文明古國,對科學技術(shù)的發(fā)展有過偉大的貢獻,我國古代科學技術(shù)文化遺產(chǎn)中就有不少應(yīng)用無損檢測技術(shù)的記載，從中可以看出我國古代早已具有樸素的無損檢測科學思想。

在我國先秦時期的《考工記》、《墨經(jīng)》等著作中，記載著光學、力學和聲學的物理學知識，從而使無損檢測的樸素思想可以追溯到遠古的時代。早在2500多年前，我國春秋時期的齊國有部重要的手工業(yè)工藝技術(shù)典籍 《考工記》，就記載著當時銅冶煉過程中用無損檢測的方法控制鑄銅質(zhì)量內(nèi)容：“凡鑄金之狀，金(銅)與錫，黑濁之氣竭，黃白次之;黃白之氣竭，青白次之;青白之氣竭，青氣次之，然后可鑄也。”這段文字準確地記載了銅冶煉時，通過觀察煙氣的顏色以確定冶煉的過程，即借助冶煉時煙氣的不同顏色來判斷被冶煉的銅料中雜質(zhì)揮發(fā)的情況，從而判定銅水出爐的時機。這說明我國春秋時代就有樸素的無損檢測技術(shù)應(yīng)用，這與今天的紅外測控技術(shù)何其相似。公元前400年，墨翟(公元前478—前392)在《墨經(jīng)》中記載并論述了有關(guān)小孔成像及光色與溫度的關(guān)系。

在春秋戰(zhàn)國時期，我國發(fā)現(xiàn)磁石具有吸鐵和指南的性質(zhì)。公元前3世紀，古書《韓非子》記載有司南(磁鐵石指南的現(xiàn)象);《呂氏春秋》記有“慈(磁)石召鐵”， 這也許是磁場吸引力的最早記載。公元前2世紀，劉安(公元前179—前122)著《準南子》，記載了人造磁鐵和磁極斥力等現(xiàn)象。

《論衡》是東漢王充(公元27 97年)所著，記載有關(guān)力學、熱學、聲學、磁學等方面的物理知識，內(nèi)容十分豐富。王充在《論衡》中有：“生人所以言語呼吁者，氣括口喉之中，動搖其舌，張歙其口，故能成言。譬猶****笙，蕭笙折破，氣越不括，手無所弄，則不音。夫簫之管猶人之口吞也，手弄其孔猶人之動吞也。”又說：“令人操行變氣遠近，宜與魚等，氣應(yīng)而變，宜與水均。”可見他已認識到人發(fā)聲是使空氣振動而產(chǎn)生的，指出了振動的傳播要通過媒質(zhì)，并將聲音在空氣中的傳播用可見的水波的傳播來作了比喻。這種比喻，在今天超聲檢測中講聲波的干涉和衍射時，仍然適用。

《夢溪筆談》是北宋中期的政治家和科學家沈括(1031—1195)所著，這是一部在中國科學史上占有重要地位的著作，記載有關(guān)于地磁偏角的發(fā)現(xiàn)，凹面鏡成像原理和共振現(xiàn)象等?！秹粝P談》指出“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。”說明沈括在實驗中已發(fā)現(xiàn)了磁偏角?！秹粝P談》還除了通俗地講了凹面鏡成像和針孔成像的道理，對光的直線傳播、光的折射現(xiàn)象和虹的形成進行了研究和解釋。這些道理在今天的磁力探傷和射線探傷中仍然適用。

元朝時代的實驗物理學家趙友欽(1279—1368)著《革象新書》，記載有他作過的光學實驗以及光的照度、光的直線傳播、視角與小孔成象等問題。他在書中對光學現(xiàn)象作了比較深入的研究和詳細的描述，并用實驗進行小孔成像的研究，指出了小孔成像的規(guī)律。他在實驗中指出，光通過小孔時，不論孔的形狀如何，屏上得到的光斑總是發(fā)光物的像。當孔相當大時，則屏上得到的光斑形狀隨孔的形狀而定，孔方則方，孔圓則圓。他對這個現(xiàn)象的解釋是“罅小則不足容日月之體，是以隨日、月之形而圓，及其缺則皆缺。”“罅大而可容日、月之體也。”說明了小孔成像與孔的大小有關(guān)。經(jīng)過一系列的周密的觀察實驗以后，趙友欽指出：“凡景近竅者狹，景遠竅者廣;燭遠竅者景亦狹，燭近竅者景亦廣。景廣則淡，景狹則濃。燭雖近而光衰者，景亦淡，燭雖遠而光盛者，景亦濃。由是察之，燭也，光也，竅也，景也，四者消長勝負，皆所當論者也。”這段論述與今天射線探傷中關(guān)于幾何不清晰度的解釋可以說是完全一樣。

根據(jù)聲音頻率的變化來判斷物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一種古老的檢驗方法。在我國明朝時期宋應(yīng)星所著《天工開物》一書有如下記載：“凡釜，即成后，試法以敲之，響聲如木者佳，聲有差音則鐵質(zhì)未熟之故，它日易損壞。”這種古老的聲音檢測方法，在今天質(zhì)量檢測中仍有廣泛的應(yīng)用。

我國古代的科學技術(shù)如同群星燦爛，光輝閃耀，只是到了近代由于清朝封建王朝的腐敗和外國帝國主義的入侵，我國的科學技術(shù)才逐漸落后了。

2.2 物理學無損檢測技術(shù)的搖籃

世界物理學的發(fā)展史，在致可分為古代物理學、經(jīng)典物理學、現(xiàn)代物理學三個階段。

古代有關(guān)物理學知識是與其它科學技術(shù)知識交織在一起被記錄下來的。公元前4世紀、5世紀、古希臘的亞里士多德在著作中就有關(guān)于物質(zhì)原子論的思想和力學思想。阿基米德發(fā)現(xiàn)了水的浮力現(xiàn)象。公元前3世紀歐幾里得論述了光的直線傳播性質(zhì)和反射定律。在中國先秦時期的《考工記》、《墨經(jīng)》以及北宋時期的《夢溪筆談》等大量的科學史料中均有光學、力學和聲學等物理學知識的記載。

在歐洲公元5世紀到14世紀漫長的中世紀，封建神權(quán)社會制度嚴酷地禁錮著思想文化領(lǐng)域，自然科學發(fā)展極其緩慢。歐洲封建社會后期，從14世紀、15世紀開始，資本主義生產(chǎn)方式逐步發(fā)展，在資產(chǎn)階級反封建，反神學斗爭中，自然科學的革命首先在天文學中取得突破，哥白尼日心說在與教會激烈斗爭中得到捍衛(wèi)和發(fā)展，開始了近代自然科學革命。

到17世紀以后，英國科學家牛頓發(fā)現(xiàn)了力學三大定律，在此基礎(chǔ)上建立起物理學完整理論體系 經(jīng)典物理學。1687年牛頓發(fā)表了《自然哲學的數(shù)學原理》，創(chuàng)立了經(jīng)典力學。從17世紀到19世紀，經(jīng)典物理學得到了快速的發(fā)展：惠更斯提出光的波動說，導(dǎo)出了光的直線傳播和光的反射、折射定律，并解釋了雙折射現(xiàn)象;焦耳和赫姆霍茲等人完成了熱力學和分子物理學;富克林提出了“正電”、“負電”的概念，以后出現(xiàn)了庫侖定律，法拉弟定律;麥克斯韋建立了電磁場理論;惠更斯 菲涅耳原理解釋了波的直線傳播及折射現(xiàn)象;奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流可以使周圍的磁針偏轉(zhuǎn);焦耳和楞次先后發(fā)現(xiàn)了電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱效應(yīng)的規(guī)律，稱之為焦耳 楞次定律;多普勒發(fā)現(xiàn)振動所產(chǎn)生的波源與波的頻率會出現(xiàn)不同的現(xiàn)象，稱之為多普勒效應(yīng);傅科發(fā)現(xiàn)處在迅變磁場中導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流會象旋渦一樣的運動，被稱為渦電流;瑞利從理論上分析了光的散射現(xiàn)象，稱之為瑞利散射;瑞利的《聲學原理》為近代聲學奠定了基礎(chǔ);居里兄弟發(fā)現(xiàn)石英晶體受壓力時，它的表面會生產(chǎn)電荷，電荷量與壓力成正比的現(xiàn)象，稱為壓電效應(yīng);到了1895年德國科學家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，揭開了現(xiàn)代物理學的革命序幕;1896年貝可勒爾發(fā)現(xiàn)鈾的放射線，標志著原子物理學的開始。1898年居里夫婦在研究了放射性物質(zhì)后發(fā)現(xiàn)了鐳;1899年盧瑟福通過實驗還分出兩種射線即α射線和β射線;1900年，維拉德發(fā)現(xiàn)放射線中還有一種不受磁場影響的射線，稱之為γ射線;1905年愛因斯坦創(chuàng)立了狹義相對論，揭示了時間與空間的本質(zhì)聯(lián)系，提出了光量子理論，解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象，揭示微觀物體的波粒二象性，引起了物理學基本概念的重大變革，開創(chuàng)了物理學的新紀元;1915年愛因斯坦建立了廣義相對論，標志著物理學進入到現(xiàn)代物理的新時代。

從古代物理、經(jīng)典物理到現(xiàn)代物理，從阿基米德浮力學、牛頓力學到愛因斯坦的相對論，這一串串閃耀著的智慧光輝的科學家的名家名字和他們的成就，至今使我們當今從事無損檢測的科技工作者感到無限景仰;物理學的一個個原理，一個個效應(yīng)，都出現(xiàn)在當今《無損檢測》的教科書上，使我們讀起來至今仍然是感到哪么的深奧，然后當它們轉(zhuǎn)化為具體的檢測方法時，使我們感到又是哪么的親切，掌握檢測技術(shù)是哪么的得心應(yīng)手。物理學的發(fā)展，孕育了豐厚的無損檢測文化歷史底蘊，物理學是無損檢測技術(shù)的搖籃。今天重溫無損檢測文化的歷史底蘊，象一把啟迪無損檢測科學技術(shù)知識殿堂的鑰匙，給我們智慧和力量，讓我們勇敢地去迎接現(xiàn)代科學技術(shù)的挑戰(zhàn)，為現(xiàn)代化的工業(yè)作出貢獻。

3.現(xiàn)代無損檢測體系的建立和無損檢測文化的形成

以1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線為標志，無損檢測作為一門多學科的綜合技術(shù)正式開始進入工業(yè)化大生產(chǎn)的實際應(yīng)用領(lǐng)域。

1900年法國海關(guān)開始應(yīng)用X射線檢驗物品，1922年美國建立了世界第一個工業(yè)射線實驗室，用X射線檢查鑄件質(zhì)量，以后在軍事工業(yè)和機械制造業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，射線檢測至今仍然是許多工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要手段。

1912年超聲波探測技術(shù)最早在航海中用于探查海面上的冰山，1929年超聲波技術(shù)用于產(chǎn)品缺陷的檢驗，至今仍是鍋爐壓力容器、鐵軌、重要機械產(chǎn)品的主要檢測手段。

早在我國春秋時期《呂氏春秋》有“慈(磁)石召鐵”的說法，但磁力檢測真正工業(yè)產(chǎn)品檢測還是二十世紀初的事。30年代用磁粉檢測方法來檢測車輛的曲柄等關(guān)健部件，以后在鋼結(jié)構(gòu)件上廣泛應(yīng)用磁粉探傷方法，使磁粉檢測得以普及到各種鐵磁性材料的表面檢測。

毛細管現(xiàn)象是土壤水份蒸發(fā)的一種常見現(xiàn)象，隨著工業(yè)化大生產(chǎn)的出現(xiàn)，將“毛細管現(xiàn)象”的原理成功地應(yīng)用于金屬和非金屬材料開口缺陷的檢驗，其靈敏度與磁粉檢測相當，它的最大好處是可以檢測非鐵磁性物質(zhì)。

經(jīng)典的電磁感應(yīng)定律和渦流電荷集膚效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，促進了現(xiàn)代導(dǎo)電材料渦流檢測方法的產(chǎn)生。1935年第一臺渦流探測儀器研究成功。五十年代初，德國科學家霍斯特發(fā)表了一系列有關(guān)電磁感應(yīng)的論文，開創(chuàng)了現(xiàn)代渦流檢測的新篇章。

到了二十世紀中期，在現(xiàn)代化工業(yè)大生產(chǎn)促進下，建立了以射線檢測(RT)、超聲檢測(UT)、磁粉檢測(MT)、滲透檢測(PT)和電磁檢測(ET)五大常規(guī)檢測方法為代表的無損檢測體系。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷發(fā)展和相互間的滲透，新的無損檢測技術(shù)不斷涌現(xiàn)，新的無損檢測方法層出不窮，建立起一套較完整的無損檢測體系，覆蓋工業(yè)化大生產(chǎn)的大部分領(lǐng)域;在無損檢測體系建立的過程中，逐漸形成了一套較完整的無損檢測文化。

無損檢測文化內(nèi)涵表現(xiàn)為：在近代物理學和現(xiàn)代物理學的基礎(chǔ)上建立一套較完整的無損檢測理論;建立了一支高素質(zhì)的無損檢測專業(yè)隊伍，從事無損檢測理論的研究和無損檢測實際檢測的應(yīng)用;擁有一大批無損檢測儀器、設(shè)備專業(yè)制造廠家;無損檢測在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域得到充分的應(yīng)用，對工業(yè)產(chǎn)品，是重大工程的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證起到重要作用?，F(xiàn)代工業(yè)重要產(chǎn)品具有“高溫、高壓、高速、高應(yīng)力”的特點，如果沒有無損檢測技術(shù)的應(yīng)用，“四高”產(chǎn)品的質(zhì)量難于得到保證。無損檢測技術(shù)經(jīng)過一個世紀的發(fā)展，其主要性已得到世界的公認?？梢哉f，現(xiàn)代工業(yè)離不開先進的無損檢測技術(shù)，這個論述已經(jīng)越來越被人們普遍的接受。作為一種科學文化，無損檢測文化已越來越受到廣泛的關(guān)注和重視。

4.現(xiàn)代無損檢測技術(shù)的發(fā)展

進入二十世紀后期，世界的科學技術(shù)得到飛速的發(fā)展，也預(yù)示著無損檢測技術(shù)的飛速發(fā)展。以計算機和新材料為代表的新技術(shù)，促進無損檢測技術(shù)的快速發(fā)展，例如，射線實時成像檢測技術(shù)，工業(yè)CT技術(shù)的出現(xiàn)，使射線檢測不斷拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。雖然傳統(tǒng)的射線膠片照相檢測技術(shù)在檢測靈敏度、圖象清晰度等方面已日臻完美，然而射線檢測引進計算機數(shù)字圖象處理技術(shù)后，得到的數(shù)字處理圖象質(zhì)量可以與膠片圖象質(zhì)量相媲美。γ射線的應(yīng)用和高能加速器的出現(xiàn)，增大了射線的檢測厚度，使原來不易被低能射線穿透構(gòu)件的檢測變?yōu)榭赡?例如在海關(guān)對集裝箱物品的檢驗。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米材料制成圖象采集器件比現(xiàn)在的圖象增強器體積更小，容量更大，分辨率更高，圖象更加清晰?？梢灶A(yù)想，納米技術(shù)將會進一步推動射線成象技術(shù)的發(fā)展。

在當今的無損檢測技術(shù)中，超聲檢測以檢測靈敏度高、聲束指向性好、對裂紋等危害性缺陷檢出率高、適用性廣泛等優(yōu)點至今在無損檢測領(lǐng)域中占有重要的地位。由于計算機技術(shù)的介入，超聲成象技術(shù)異軍突起，使超聲檢測技術(shù)向數(shù)字成象自動化方向發(fā)展;超聲檢測在復(fù)合材料和非金屬材料以及市政工程(例如城市供水供氣管網(wǎng)的核查)、水利工程(例如水庫大壩蟻穴的檢查)將發(fā)揮越來越在的作用。渦流檢測正向著數(shù)字成象、自動檢測和遠場檢測方向發(fā)展。

利用鐵磁性部件缺陷在外部強磁場的作用下產(chǎn)生漏磁現(xiàn)象來檢測部件缺陷的漏磁檢測法，已作為常規(guī)檢測技術(shù)應(yīng)用于各種鐵磁部件的質(zhì)量檢驗中。在此基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了一種先進的無損檢測技術(shù) 金屬磁記憶診斷技術(shù)，它能有效地應(yīng)用于在役設(shè)備早期損傷檢測。其基本原理是：鐵磁性金屬如出現(xiàn)缺陷或缺陷形成之前，其微小區(qū)域的變化在地球磁場的作用下，會發(fā)出磁場變化的信息，即所謂的磁記憶特性。由于設(shè)備構(gòu)件自身的遺傳性即在生產(chǎn)制造中形成的微觀的缺陷以及在后來的運行中負荷的關(guān)系，金屬的磁記憶以累積的方式表現(xiàn)出來，運行中構(gòu)件負荷作用力的大小和方向的變化會引起金屬磁量值和方向的變化，對金屬構(gòu)件表面漏磁場進行掃描檢測，便可確定應(yīng)力集中的區(qū)域，從而間接地判斷該鐵磁構(gòu)件存在缺陷的可能性。金屬的磁記憶方法不需要對設(shè)備表面進行預(yù)處理，能夠快速、準確地對設(shè)備進行診斷，從而達到設(shè)備疲勞損傷早期預(yù)警控制的目的。

目前無損檢測技術(shù)正向無損評價方向發(fā)展。無損檢測以檢出缺陷為目的，如果有超標缺陷，一般由無檢測人員決定是否返修。但不一定所有超標缺陷返修得越干凈越好;是否返修應(yīng)取決于對缺陷進行有效的評價，因此，無損評價在無損檢測無損檢測的基礎(chǔ)上應(yīng)運而生。無損評價基本做法是(1)對材料(構(gòu)件)進行應(yīng)力分析，根據(jù)構(gòu)件承受的載荷，計算和測定構(gòu)件有缺陷的部位的應(yīng)力;(2)測定或估算缺陷部位和殘余應(yīng)力;(3)確定材料的斷裂強度;(4)進行定量的無損檢測;(5)進行斷裂力學計算，判斷缺陷的危險程度，最后對缺陷的去留作評定。無損檢測評定的出現(xiàn)促進無損檢測向更高層次發(fā)展。

5.無損檢測文化的質(zhì)量理念

無損檢測技術(shù)在工業(yè)化大生產(chǎn)中已發(fā)揮越來越大的作用，這作用主要表現(xiàn)為對重要產(chǎn)品或構(gòu)件的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證。無損檢測文化體現(xiàn)了質(zhì)量文化的價值觀念。無損檢測在行為準則中，體現(xiàn)崇尚真善美的質(zhì)量理念，追求物質(zhì)文明和精神文明完美的統(tǒng)一，這就是無損檢測文化價值觀念。

隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展和全球經(jīng)濟一體化時代的到來，市場經(jīng)濟的競爭將變得愈加激烈，而競爭的焦點是科技與質(zhì)量。無損檢測自誕生之日起就與質(zhì)量結(jié)下不解之緣，無損檢測是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中質(zhì)量控制和質(zhì)量保證的重要方法，有專家斷言：“在現(xiàn)代化大生產(chǎn)中，誰掌握了高超的無損檢測技術(shù)，誰就能在激烈的競爭中立于不敗之地。”在當今社會質(zhì)量競爭已經(jīng)逐漸取代原先的價格的競爭，質(zhì)量已不再是一種奢侈品，追求完美的質(zhì)量已是永恒的主題。無損檢測以它堅實的理論基礎(chǔ)和精湛的技藝，忠實地履行著“質(zhì)量衛(wèi)士”的職責。

以知識經(jīng)濟為主要特征的21世紀已經(jīng)到來。國際著名質(zhì)量管理學家朱蘭博士曾經(jīng)指出：“如果說20世紀是生產(chǎn)力的世紀，那么21世紀就是質(zhì)量的世紀，質(zhì)量將成為新世紀的主題”。 在21世紀，人類將感受到不斷提高的產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量，質(zhì)量文化在社會文化中的地位迅速提升，質(zhì)量觀念、質(zhì)量意識日益深人人心，無損檢測文化以“技藝精湛和品質(zhì)優(yōu)良完美統(tǒng)一”的質(zhì)量理念和價值觀念已被普遍接受。今天，新世紀的鐘聲已經(jīng)敲響，質(zhì)量的世紀已經(jīng)到來了，讓我們廣大的無損檢測科技工作者共同努力，迎接美好的未來。