2021.11.11

广东国际现代展览中心

无损检测:工业领域中的无名英雄


时间:2019-11-09   访问量:43

在生活中,当我们乘坐火车、跨过桥梁或者进入商城时,我们的脑海里基本不会去考虑这个火车是否安全?桥梁是否坚固?商城的混凝土结构是否完好等。因为我们的潜意识里已经将这些结构认为是理所当然的安全。而这一切,全都得益于检测行业。


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无损检测技术(NDT)是工业发展必不可少的有效工具,在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平,已经在检测行业中扮演了一个举足轻重的角色。但是,人们似乎并没有真正意识到这一点。有人说无损检测技术是当代的无名英雄,因为人们只有在出现重大事故(例如空难或者游乐场事故等)的时候才会想起它。


众所周知,乘坐飞机比开车或乘船更安全,但是却并没有太多人知道无损检测技术在这里面所起的作用。尽管现在全球范围内的飞机乘客数量和飞行航程都在快速增加,但致命事故却在不断减少,平均每80亿旅客里只有一位因空难死亡。可以说,无损检测技术不仅有效的提升了飞机的稳定行和安全性,而且也从侧面保证了航班的准时性。


NDT及其相关的结构健康监测(SHM)和状态监测(CM)技术不仅可以提高安全性,还可以降低检测成本。NDT可以通过在线检查来确定组件是否满足其所需要具备的性能,例如在设计阶段对其进行检测核实可以确保其制造符合设计要求(过程控制和质量控制),因此说NDT有助于设计人员进行更有效的结构设计。


新的检查技术也开辟了新的可能性。现在,使用状态监测技术可以将航空发动机的数据在飞机飞行过程中自动传回控制中心,从而能够及早发现故障的先兆,并在设备齐全的下一个机场马上开始维护工作。类似的技术也经常被用于在风力涡轮机上执行状态监视。


展望未来,无损检测技术在许多领域都将发挥更大的作用。通过增加对结构设计的信心,可以使结构变得更轻巧并减少燃料消耗。NDT将使空中、陆地和海上旅行变得更加节能、环保,并提供足够的安全保障。


此外,它还将在第四次工业革命和工业4.0中发挥中心作用。利用人工智能和机器学习处理来自物联网的大数据,将使人们可以利用“digital twin(数字孪生)”概念来追踪组件的使用寿命。这里所使用的主要数据类型之一是通过安装不同的传感器接收来自NDT,SHM和CM的反馈信息。





迎接挑战




研发工作对于开发新的检测技术以及引入这些可能改变规则的技术至关重要。来自英国无损评估研究中心(RCNDE,是由学术界和行业人士组成的联盟,致力于研究21世纪重要检测技术需求。每年都会在全球举办讲习班并发布报告,以识别不同行业部门的需求)的Peter Thayer说道:“NDT提供了能够推动许多工业部门不断发展的关键功能。无损检测和状态监控有时是一个部门运营中必不可少的要素。现在已经有越来越多的人意识到,无损检测和状态监测是提高科学发展的驱动力,而不仅仅是相关部门提高绩效和创造盈利能力的机会。包括空中客车、BAE系统、EDF能源和日立等公司的成员都认识到,必须进一步规划和筹集资金对该技术进行更为深入的研发。”




他补充道:“尽管每个部门可能有不同的理由要求使用无损检测,但挑战和要求通常在两个或多个部门之间共同承担,这也使无损检测成为跨部门研究合作的绝佳机会”。


RCNDE的成员们发现了许多共同的挑战,包括开发用于增材制造(3D打印)产品的检验技术;新的工程设计,例如用于航空航天或可再生能源工厂的轻量化设计;新材料,包括复合材料和纳米材料的检测;以及新的工作条件,例如深水或放射性环境的监测等。还有一个问题,那就是应对老化的基础设施,无论是发电厂、石油天然气结构还是飞机,改进现有的检测技术可以在安全性和经济效益方面取得更大的改观。


但是,各领域也都会面临一些特定挑战。RCNDE根据研讨会以及从行业成员那里收集到的信息,整理出以下的一些情况:

航空航天:


该行业在高性能结构材料方面处于领先地位,但其生命周期长、认证过程全面、成本高昂、轻量化设计等一系列目标都极具挑战性。尽管无损检测已被广泛用于结构完整性检测,但该行业可以在其设计和制造阶段中加入这类技术,从而实现更高效、更轻量化的设计目标。




降低检测成本和飞机停机时间同样非常重要,这需要更快的检测速度,例如采用新型技术检测一些新材料以发现越来越小的缺陷及故障,来充分满足社会对安全航空旅行越来越高的期望。


汽车行业:


无损检测由于其优异的检测效果,以及它赋予零部件更高的使用价值而被广泛用于高性能“超级跑车”和赛车的研发和检测中,但尽管如此,很多制造商依然是仅仅依靠它来解决特定的生产问题,例如点焊接或粘接的质量控制,随后再将自动化解决方案引入到生产线上。




然而,电动汽车的兴起正在推进一些变革;尽管该技术有提高电池效率的潜力,但效率的最大增长点还将来自于汽车的轻量化。即使是量产的汽车,也将包含大量的复合材料,将这些材料进行轻量化的需求将改变汽车设计、生产和使用中的检测要求。


海洋领域:


海洋领域原来一般使用无损检测来满足安全标准,并确保所采用的维护措施具有一定的成本效益,而新材料的使用正在推动着对新技术的需求。最近的海洋复合材料相关研讨会上提及了各种各样新的需求,某些问题可以通过加强领导力来解决,例如建立一个工作组来实现培训、认证和标准化等目标;但其他的大多数需求则需要专业的技术解决方案,并且只有与专业的无损检测技术人员紧密合作才能解决这些问题。


核能领域:


在几乎所有的现代工业中,无损检测在能源供应中都发挥着重要作用。在这其中,核能理所当然地成为了安全要求最高的能源种类。例如核能设备要求在组件和工厂的整个生命周期内进行多次检查,而提供特殊用途的材料可能具有特别苛刻的要求,这些要求都会推动NDT的发展,并成为研究工作的强大动力。由于环境危险,许多情况会要求远程操作,因此该行业也越来越多地需要使用新发展的机器人技术。


风能和可再生能源:


可再生能源依赖于低成本、大规模和众多的分布式发电设备。这意味着人们将急切的需要降低设备运行和维护成本,这类设施通常位于偏远地区,难以实地检测,并且还需要低成本的大区域检查覆盖范围以确保其长期稳定运行。目前符合该需求的检测技术主要包括复合检查、机器人交付以及固定安装传感器网络等技术。


工业4.0:


从无人驾驶汽车到医疗机器人,再到工业和基础设施的变革,我们周围正在发生着第四次工业革命。随着越来越多的产品和系统连接到物联网(嵌入式传感器可提供一些必要的数据),无损检测将受到工业4.0的影响,并成为工业改革的巨大推动力。



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