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无损检测 (NDT) 是一套分析技术，旨在评估材料、组件或系统的性能，而不会造成损坏。
与破坏性测试（物理施压直至断裂）不同，无损检测允许您在保持零件完好无损以供将来使用的情况下，检查结构完整性并对零件采用缺陷检测技术。
我过去觉得质量保证的概念有点让人压力大。把一个完美的零件从生产线上拿下来并毁掉它（有人要做拉伸测试吗？）只是为了证明它很坚固，这似乎完全是一种浪费。
事实证明，这是制造业中常见的摩擦点。我们需要确保安全保障，但我们也想实际使用我们制造的零件。
这就是无损检测大放异彩的地方。
无论您称之为无损评估 (NDE)、无损检查还是无损检验 (NDI)，其实质都是一样的：我们在保证质量的同时寻求保持可用性。
它是现代工业中如此重要的组成部分，以至于美国劳工统计局 (BLS) 预计到 2033 年，无损检测技术人员的就业人数将超过 72,000 人。
在这篇文章中，我将分享无损检测的定义、主要目标以及依赖它的行业应用。
我们还将详细分解最常见的无损检测方法和技术，包括深入了解高效的超声波检测方法和基于印模的检测。
让我们开始吧！
目录
什么是无损检测？
无损检测 (NDT) 是指在不改变或损坏受检组件的情况下，检查材料特性和结构完整性的分析程序。
核心理念很简单：我们需要验证零件是否安全且功能正常，但我们无法承受在此过程中破坏它。
当产品通过无损检测时，它仍然完全可用。
它可以直接进入供应链，安装在发动机中，或出售给客户。这与需要牺牲样品来证明批次合格的方法形成了对比。
NASA 有效地定义了这种方法：它是检查材料和结构，”而不会对其未来的实用性造成任何有害影响。”
您可以在 NASA NDE 计划中阅读更多关于他们严格方法的信息。
通过使用无损检测，制造商可以在确保产品完整性的同时保持生产速度并减少浪费。
作为一种测量活动的无损检测
人们很容易将无损检测视为一个简单的“通过/不通过”检查。
然而，
对于计量工程师来说，无损检测数据必须被视为适当的测量数据。就像卡尺读数或三坐标测量机 (CMM) 图表一样，无损检测结果具有统计权重。
结构完整性决策依赖于量化指标，如检出概率 (POD)、误报率和测量不确定度。
在现代制造业中，我们不仅仅问“有裂缝吗？”我们问，“缺陷的尺寸估算是多少，该测量的置信水平是多少？”
验证这些系统需要与校准千分尺相同的严谨度。您必须考虑可变条件以建立可靠的基准。
破坏性测试与无损检测
这种区别经常让人困惑，但归根结底在于测试之后零件的状态。
破坏性测试 (DT) 涉及对材料施压直至其失效。常见的破坏性测试方法包括拉伸测试（拉伸金属直至断裂）、硬度测试（在表面压出凹痕）和冲击测试。
虽然这提供了关于极限（如屈服强度）的具体数据，但它使测试样品无法使用。公司必须分配额外的预算来制造专门用于销毁的样品。
无损检测在不造成损坏的情况下评估材料。
由于该物品仍在服役，无损检测是在役维护和检查高价值资产（如管道或机翼）的理想选择，因为破坏这些零件显然是不可行的。
无损检测的目标
无损检测通常服务于两个主要目的：
- 制造过程中的质量控制，
- 在役设备的资产维护。
虽然许多行业进行这些测试是为了满足严格的合规要求，但实际目标是尽早发现问题。
在腐蚀或细微裂纹扩散之前识别出这些问题，可以防止昂贵的泄漏、严重的变形和突然的设备故障。
忽视这些检查的财务影响是巨大的。
据估计，《财富》世界 500 强制造和工业企业每年因意外停机损失超过 1.5 万亿美元。
通过实施一致的无损检测计划，您可以从被动维修转变为预测性维护，确保生产线保持运行，并使运营成本保持可预测。
安全保障
无损检测最重要的功能是预防事故。
目标是在组件达到断裂点之前很久就识别出危险状况（如应力断裂或管壁减薄）。
在故障可能导致伤害或环境灾难的高风险环境中，这一点不容妥协。
例如，技术人员定期测试能够输送危险材料（如石油、天然气或核元素）的管道。
他们还验证运输和基础设施部门中高应力焊缝的完整性。在这些场景中，无损检测技术人员充当保障者。
他们的工作维护了重要机器和结构的安全，保护了操作人员。
质量验证
在制造环境中，无损检测允许您在不牺牲测试样品的情况下保证产品质量。
与破坏性测试（您可能会压碎零件以证明其坚固性）不同，无损检测验证的是实际销售单元的完整性。这是检查铸件、锻件和复杂加工部件的标准程序。
这种方法创造了一个明显更准确的测试过程。
您可以验证 100% 的批次（虽然我同意，在实践中这并不总是最佳的），而不是测试随机样品并假设批次的其余部分是好的。
这确保没有缺陷零件流向客户，从而直接提高客户满意度并减少责任风险。
检查焊缝是无损检测用于质量验证的最常见应用之一。要深入了解其工作原理，请阅读我们的焊接质量控制指南。
成本效益
由于通过无损检测的产品可以直接进入供应链，这种方法大大减少了材料浪费。
公司通过不必分配资源来制造用于破坏性测试的特定“牺牲”样品，从而节省了时间和金钱。
如果您测试真实的零件并且它通过了，它就会被出售。
除了生产节约之外，定期的无损检测有助于避免操作故障。在检查期间发现微小缺陷并进行修复，总是比更换意外故障的主要设备更具成本效益。
定期的无损评估有助于您延长资产的有效寿命并避免提前更换的资本支出。
常见的无损检测方法和技术
无损检测不是单一的方法，而是一个完整的类别。它建立了一个基于物理学的完整工具箱。
选择正确的科学原理决定了您是发现微米级裂纹还是完全错过它。
虽然有几十种专门的技术，但该行业主要依赖六种主要方法（通常称为“六大方法”）来处理绝大多数缺陷检测技术。
每种方法都依赖于特定的物理特性，从电磁学到毛细管作用。
选择正确的方法本质上是棘手的，因为性能取决于材料类型和瑕疵位置。
您不会用磁铁来检查铝，也不能用光来寻找实心钢块内部的空隙。
目视检测 (VT)
目视检测 (VT) 很简单：它涉及直接观察零件。然而，它是各行各业最常见的无损检测方法，因为它可以立即发现明显的问题。
在应用昂贵的技术之前，我们严格依赖肉眼和良好照明的可靠结合。
您可以在组件生命周期的任何阶段使用 VT。为了超越人类的极限，我们使用光学辅助工具，如放大镜、内窥镜和高分辨率相机。
事实上，VT 几乎总是应用其他无损检测方法和技术之前的第一步。如果焊缝表面看起来很糟糕，就不需要X射线来确认有问题。
超声波检测 (UT)
当您需要在没有辐射的情况下观察材料内部时，您可以使用超声波检测方法。
这种技术利用高频声波（远高于人类听觉）来检测表面和次表面不连续性。它的工作原理主要类似于声纳或雷达，但是针对固体材料。
一种称为换能器的设备通过探头将声脉冲传输到试件中。
这些波在材料中传播，直到它们碰到另一侧（或缺陷）。
如果声波碰到材料内部的反射体（如裂缝或空隙），它会作为电脉冲反射回换能器。我们分析那个回波的时间来确定瑕疵的深度。
UT 是检查压力容器、机械轴和管道的标准。它对其他方法错过的深层瑕疵非常敏感。
射线检测 (RT)
射线检测 (RT) 使用穿透性辐射（通常是 X 射线或 伽马射线）来生成组件内部结构的图像。
这本质上是工业零件的医学 X 光检查。
它是最值得信赖的射线检测应用之一，因为它能提供内部质量的永久视觉记录。
这个过程很简单：它创建一个阴影图像。我们将射线胶片或数字探测器放置在金属零件的另一侧。
然后，我们施加辐射源。密度较大的材料吸收更多的辐射，而不连续性（如空隙或裂缝）允许更多的辐射通过，导致胶片在特定区域变暗。
对于更厚、更致密的材料，我们通常使用强大的放射性同位素，如铱-192（有效厚度达 7 厘米）或用于更重物体的钴-60。
RT 是检查铸件、焊件和复杂机械组件的首选。
磁粉检测 (MT)
磁粉检测 (MT) 是一种发现铁磁性材料表面或近表面杂质的巧妙方法。
如果您可以磁化材料（如铁或钢），您就可以对其进行测试。
如果材料是非磁性的（如铝），这种方法物理上将不起作用。
我们首先在零件中产生强大的磁场。如果有裂缝，磁力线会在该点“泄漏”出零件。
然后，我们要么以干粉形式，要么以悬浮液形式应用彩色磁粉（铁屑）。
这些颗粒会被磁漏瞬间吸引，聚集在一起形成高度可见的瑕疵显示。
液体渗透检测 (PT)
液体渗透检测 (PT) 依靠毛细管力来发现表面缺陷。
这是发现裂缝的一种低成本、有效的方法，但有一个主要的“陷阱”：缺陷必须通向表面。如果裂缝密封在表皮之下，PT 无法发现它。
该过程涉及清洁零件并施加液体渗透剂（通常是红色染料或荧光液）。
我们让它静置，以便液体渗入狭小的空间。在擦去多余的渗透剂后，我们施加显像剂粉末。
这就像吸水纸一样，将受困的渗透剂吸出来，从而揭示裂缝、折叠和气孔。它广泛用于不锈钢、铝和各种合金等非铁磁性材料。
涡流检测 (ET)
涡流检测 (ET) 是一种复杂的电磁测试形式。
我们不直接磁化零件，而是使用交流线圈在导电材料附近产生磁场。
这会在试件内部直接感应出微小的圆形电流（称为涡流）。
我们精确监控这些电流的流动方式。如果电流遇到裂缝或材料特性的变化，流动就会被破坏，阻抗也会发生变化。
这使我们能够检测非常小的表面和近表面瑕疵。
ET 速度极快，是飞机维护、检查薄壁管和检查热交换器盘管的标准。
其他无损检测方法
虽然六种主要的检查类型涵盖了大多数制造场景，但它们在特定材料或复杂几何形状方面会遇到限制。
例如，检查埋地管道或蜂窝复合材料通常需要专门的无损检测方法和技术才能获得可靠的数据。
这些先进的方法为综合分析提供了进一步的能力，使您能够检测到标准超声波或射线照相工具可能遗漏的瑕疵。
印模/复制品检测 (复制胶泥)
当由于接触限制、零件几何形状或环境条件而无法直接测量表面特征时，印模/复制品检测提供了一种实用的解决方案。
该技术涉及将专门的成型化合物（如复制胶泥产品）直接涂抹在表面上。
材料迅速固化，并以微米级的精度捕获了每个表面细节的精确负印模。
取下后，可以将复制品运输到实验室或检查站，使用光学比较仪、轮廓仪或三坐标测量机 (CMM) 等标准计量设备进行详细分析。
印模复制品检测的一个主要优势是记录。
每个复制品都作为特定时间点表面状况的永久性、物理记录，使得在未来的检查中能够进行比较分析，以跟踪退化趋势。
声发射检测 (AE)
与声发射检测不同，大多数无损检测方法是主动式的——它们向零件发送能量进行检测。
AE 检测是被动的。它“监听”材料在受压时能量的释放。当裂缝形成或生长时，它会产生明显的机械振动或应力波。
技术人员将高灵敏度的压电传感器连接到表面以检测这些波。
这种方法对于实时的结构健康监测特别有价值。
它可以告诉您缺陷是否在验证测试期间活跃地生长，而不仅仅是显示静态裂缝的位置。
红外和热检测 (IR)
红外检测依赖于热在固体材料中流动的方式与在气隙或瑕疵中流动的方式不同的原理。
通过使用热成像摄像机，您可以绘制表面温度模式以发现异常。次表面缺陷充当绝缘体，导致表面出现可测量的温差 (Delta T)。
该技术广泛用于电气检查，以便在组件故障前发现过热组件。
它也是航空航天复合材料的一种有效的缺陷检测技术，有助于在不接触零件的情况下识别分层或进水。
它可以帮助您即时可视化能量损失和热诱导变形。
导波检测 (GW)
标准超声波检测直接检查探头下方的区域。导波检测则不同，因为它发送低频超声波，沿着结构长度传播，利用管壁本身作为波导。
这允许信号在两个方向上传播数十米。
这对于检查长管道而无需接触表面的每一英寸非常有用。
GW 的一个巨大优势是您通常不需要去除绝缘层或保护涂层来运行测试。
它可以有效地检测长距离内的横截面变化。
泄漏检测 (LT)
泄漏检测包含用于检测密封或加压系统漏洞的一系列方法。
它确认容器能防止液体或气体逸出。其复杂程度从简单的气泡泄漏测试（肥皂溶液）到高灵敏度的质谱仪测试不等。
对于储气罐、制冷系统或化学池等关键应用，技术人员经常使用卤素二极管测试或压力变化测试来测量随时间推移的压力衰减。
这确保了气密密封完好无损，并且系统可以在运行条件下安全地容纳危险材料。
使用无损检测的行业
这些测试不仅仅属于单一的利基市场。如果零件故障具有危险性、昂贵或存在法律风险，您可能会发现涉及无损检测 (NDT)。
根据美国劳工统计局 (BLS) 的数据，无损检测技术人员的最大雇主是建筑和工程服务、机械制造和运输设备制造。
但其应用远不止这些统计数据。
我们看到它在科学研究与开发和计算机产品制造，以及采矿、海洋和发电等重工业中被大量使用。
在任何情况下，目标都是一样的：在无需为了弄清楚而破坏组件的情况下，确定组件是否可以安全使用。
航空航天
在航空航天业，实际上没有容错余地。
30,000 英尺（约 9,000 米）高空的组件故障通常会产生灾难性后果，这与工厂车间里机器发生故障不同。这种高风险环境推动了对严格的缺陷检测技术的巨大需求。
考虑喷气发动机中的涡轮叶片。
这些零件必须在高速旋转时承受极端温度和巨大压力。
工程师使用超声波检测 (UT) 和射线检测 (RT) 等敏感技术来检查这些叶片是否存在微观的材料不一致或裂缝。
在这些条件下，即使是肉眼看不见的微小瑕疵也可能扩展成重大断裂。
通过尽早发现这些问题，我们确保了飞机在整个生命周期内保持结构完整性。
石油和天然气
该行业管理着通常输送危险材料的庞大基础设施。
输送石油或核元素的管道泄漏不仅仅是操作麻烦。这是一场环境灾难和巨大的财务责任。
为了防止这种情况，技术人员依靠无损检测方法来监控标准管道和储罐的状况。
这里一种常见的技术是漏磁检测 (MFL)。
这允许检查员扫描钢结构以检测隐藏在管壁内的腐蚀或点蚀的早期迹象。
定期检查可确保在管壁变得太薄而无法承受内部压力之前很久就维持资产完整性，从而将事故防患于未然。
印模检测在对 API 螺纹进行检查时也非常受欢迎（甚至在现场进行磨损控制）。
制造业
在一般制造业中，重点稍微转向在质量控制与成本效益之间取得平衡。
制造商需要验证铸件、锻件和加工部件是否符合规格，而无需报废有价值的库存进行测试。
焊缝验证可以说是这里最常见的应用。如果焊缝存在未熔合、气孔或内部开裂，整个组件可能会在负载下失效。
无损检测技术允许质量保证团队“看到”接头内部并验证其是否牢固。与随机抽样破坏性测试相比，这创造了一个更加准确的测试过程。
检出概率和可靠性
当您评估一个测量系统时，您很少问它是否“工作”或“不工作”。您问的是它的统计性能。
无损检测也不例外。
评估有效性的行业标准是检出概率 (POD)。该指标绘制了发现缺陷的可能性与瑕疵尺寸的关系图。
事实证明，检测几乎从来就不是二元的。随着缺陷尺寸的增加，您发现它的概率也会增加，但它很少立即达到 100%。
对于阅读本文的计量工程师来说，您可以将 POD 视为测量系统能力指数的无损检测模拟。
它量化了系统在现实条件下的可靠性，而不仅仅是理论上的最佳值。
这种区别至关重要，因为环境因素引入了巨大的变量。
这就是为什么仅仅依靠标称灵敏度，简单地声称系统“可以发现 1 毫米裂缝”是危险的。
如果没有严格的、定量的 POD 分析，您就是在猜测涉及误报率和检测阈值等风险输入的实际安全裕度。
人员认证和标准
工具的有效性取决于使用它的人。
您可以购买市场上最昂贵的相控阵超声波系统，但如果操作员不了解声波物理学或探头的局限性，数据就是无用的。
这就是为什么成功的无损检测应用在很大程度上取决于人员培训、经验和诚信。
这不仅关乎知道按哪个按钮，还关乎理解设备校准、环境影响以及您正在使用的方法的具体检测能力。
在许多工业部门，适当的认证不是可选项。
它由法律或应用规范强制执行。
目前这一能力的全球参考是 ISO 9712:2021。
该标准确保任何签署安全关键检查的人员都已证明其正确解释数据的能力。
如果没有这种验证，我们本质上就是在猜测，而在航空航天或核能等领域，猜测不是一种选择。
认证等级
为了保持井然有序，行业将能力分为三个不同的层级。
事实证明，拥有清晰的层级结构有助于在复杂项目中维持质量控制。
1 级是大多数技术人员的起点。在这个阶段，您有资格执行特定的校准和运行测试，但必须在密切监督下工作。您遵循严格的书面说明并记录数据，但不解释零件是通过还是失败。
2 级是操作的最佳位置。这些通常是工程师或经验丰富的技术人员，他们可以设置设备，无需帮助即可进行校准，并进行全面检查。最重要的是，2 级人员被授权解释结果并签署组件是否符合所需标准。
3 级代表最高水平的专业知识。3 级工程师制定其他人使用的技术和程序。他们解释复杂的规范，设计检查流程，并经常指导无损检测实验室。这也是负责培训和考核 1 级和 2 级人员的人。
结论
在本指南中我们涵盖了很多内容。
究其核心，无损检测是在不造成任何损坏的情况下评估材料的艺术和科学。
无论您是使用超声波来监听回声，还是使用磁粉来揭示不可见的裂缝，目标都是一样的：确保组件的结构完整性，而不会在此过程中将其变成废金属。
这种方法平衡了制造业中经常相互冲突的三个需求：确保公共安全、验证产品质量和保持成本效益。
通过尽早发现缺陷（通常在零件离开工厂之前），无损检测专业人员可以防止灾难性事故和昂贵的召回。
这也是为什么我们可以相信飞机机翼在湍流中能支撑住，或者天然气管道在压力下能保持密封。
同样重要的是要记住，该领域正在迅速发展。
我们正在从简单的“在我看来不错”的检查转向 NDT 4.0。随着数字传感器和自动数据分析的兴起，我们将检查结果视为硬测量数据。正如我们讨论的那样，现代人工智能驱动的方法在缺陷分类准确率方面已经超过 95%。
这种转变意味着计量工程师和 QA 团队需要以与尺寸测量相同的严谨度来对待无损检测数据。
然而，即使是最好的技术也需要熟练的双手。
可靠的检查在很大程度上取决于适当的培训和人员认证。
ISO 9712 等标准的存在是为了确保阅读屏幕的人理解波浪线背后的物理原理。
如果您打算实施这些方法，投资于合格的员工与购买正确的换能器或 X 射线源同样重要。
有一个巨大的不可见物理世界在保障我们基础设施的安全。
无论您是刚刚开始探索缺陷检测技术，还是正在完善复杂的检查计划，关键是保持好奇心和精确性。
常见问题
什么是无损检测，为什么要使用它？
无损检测 (NDT) 指的是用于评估材料或组件而不造成损坏的分析技术。您使用这些方法来识别缺陷（如裂缝或空隙），同时保持产品可用。它允许您在不破坏您正在检查的物品的情况下维持安全标准和产品质量。
无损检测与破坏性测试有何不同？
破坏性测试对材料施压直至其失效，以了解其物理极限。这使样品无法使用。相比之下，无损检测在不改变物品物理状态的情况下检查其瑕疵。在无损检测检查完成后，您仍然可以在机械或供应链中使用该组件。
最常见的无损检测方法有哪些？
六种主要方法是目视检测、超声波检测、射线检测、磁粉检测、液体渗透检测和涡流检测。每种技术都依赖于特定的物理原理（如声波或磁性）来检测表面或次表面瑕疵。您根据材料类型和需要查找的缺陷选择方法。
您可以对任何材料进行无损检测吗？
您几乎可以将无损检测应用于任何材料，但具体方法有限制。例如，磁粉检测仅适用于铁或钢等铁磁性金属。液体渗透检测对无孔材料有效。您必须将技术与材料特性相匹配才能获得准确的结果。
哪些行业最严重依赖无损检测？
安全放在首位的行业每天都在使用这些检查。这包括航空航天、石油和天然气、汽车、发电和建筑。您会发现无损检测技术人员检查管道、飞机发动机组件和桥梁结构，以防止事故并确保符合法规。
如何衡量无损检测方法的可靠性？
工程师使用检出概率 (POD) 指标评估可靠性。该统计测量表明特定技术发现特定尺寸瑕疵的可能性有多大。高可靠性需要经过验证的程序和校准的设备，以确保您不会错过可能危及结构完整性的缺陷。
在现代检查流程中，什么定义了 NDT 4.0？
NDT 4.0 涉及将数字传感器、自动数据采集和高级分析集成到检查工作流程中。不仅仅是手动读数，您还使用存储数据以进行趋势分析的连接系统。这种转变允许预测性维护和跨越产品整个生命周期的更好可追溯性。
无损检测人员的认证等级有哪些？
认证通常遵循 ISO 9712 等标准定义的三级体系。1 级技术人员在监督下执行特定测试。2 级人员可以设置设备、解释结果并验证设置。3 级工程师制定技术、编写程序并监督整个检查计划。
计算机断层扫描如何辅助增材制造验证？
计算机断层扫描 (CT) 提供了复杂 3D 打印部件内部结构的全面视图。与通常使用表面测试的大规模生产方法不同，增材制造会产生可能隐藏空隙的内部几何形状。CT 扫描允许您在不切开打印组件的情况下验证尺寸精度和材料密度。
