无损检测(NDT)是保障工业产品、关键构件与重大装备质量安全的核心技术,其人员认证体系的规范化水平直接决定从业人员专业能力,深刻影响中国制造业产品可靠性与国际竞争力。本文梳理国内外无损检测人员认证制度的发展历程,系统剖析中国认证体系的行业格局、现存短板与国际先进经验,结合制造强国战略、“一带一路” 倡议下制造业高质量发展与国际产能合作需求,提炼标准化建设、国际互认、数字化转型、行业资源整合等核心发展方向,并提出可落地的优化路径。本研究可为中国无损检测人员认证体系的统一规范、国际接轨与高质量发展提供理论参考与实践依据。

智能无损检测分级技术是工业无损检测领域技术升级的核心方向,依托人工智能(AI)、工业机器人、数字孪生、网络通信等技术深度融合,构建了从手工检测1.0到感知检测4.0的阶梯式、体系化发展体系,实现了检测视觉智能从 “被动执行” 到“主动优化”、从“人操作设备”到“人指挥机器人操作设备”的跨越式升级,为工业检测精度提升、效率优化及复杂工况适配提供关键技术支撑。本文系统阐述了各等级检测的技术内涵与应用特征,适用场景覆盖工业领域各类检测需求,包括以人工、自动化设备、AI技术及人机协同为核心的感知检测场景,以手工操作、电脑控制、AI自学习及机器人执行为特征的仪器作业场景,以及以精度提升、效率优化、复杂场景适配与人机协同灵活化为目标的无损检测业务。未来,智能机器人与感知机器人将在产品检测中形成分工明确、优势互补的协同格局,人工检测仅作为极少数特殊情况下的补充手段;感知机器人将深度融入生产全流程,实现高效人机交互与协同作业,构建人主导、机协同、智赋能的新型工作模式。

空气耦合超声技术(ACUT)是指以空气作为耦合介质,通过非接触方式实现超声波在换能器、空气与被测材料之间的激发、传播及信号捕获,从而对材料进行无损评估的一种无损检测技术。该技术无需使用液体耦合剂,可有效降低传统超声检测中耦合剂对敏感材料造成污染或损伤的风险,因而有利于与自动化检测平台集成,实现材料内部质量的在线检测。本文在阐明空气耦合超声检测工作原理和典型检测方式的基础上,系统梳理了空气耦合超声技术的核心软硬件体系,总结了该技术在航空航天、新能源储能和轨道交通等高端制造业中的典型应用,并进一步分析了空气耦合超声与人工智能、机器人及5G通信技术的深度融合及其未来发展趋势,表明该项技术具有广阔的工业应用前景。

航空复合材料以轻质、高比强度、高比模量及耐疲劳等优势,已成为新一代民用与军用航空器减重增效、提升性能的核心结构材料。但复合材料在制备与服役过程中易产生分层、孔隙、纤维褶皱、脱粘等缺陷,严重威胁飞行安全。超声无损检测凭借穿透性强、灵敏度高、成像直观、适用范围广等特点,成为航空复合材料缺陷检测与质量评价的主流技术。本文系统梳理航空复合材料典型缺陷类型与声学特性,综述传统超声检测、相控阵超声、空气耦合超声、激光超声、超声导波等主流技术原理与研究进展,对比分析各技术优势与适用场景;重点阐述全聚焦成像、三维可视化、层析成像等先进成像算法,以及人工智能在缺陷识别、定量表征中的应用;总结当前技术在各向异性材料适配、复杂结构检测、微小缺陷定量、高温/在役监测等方面的挑战,展望多模态融合、智能感知、数字孪生、标准化评价等发展方向。旨在为航空复合材料超声无损检测技术的工程应用与创新研发提供全面参考。

针对高端装备复杂曲面关键零部件的检测需求,为解决传统多轴C扫描(等深度扫描)设备适配性差、扫查死角多、路径规划不灵活等突出问题,本文研制了8轴联动复杂曲面机械臂超声检测系统,完成了硬件系统集成、自主化C扫软件开发及超声检测算法优化三大核心模块的研制工作,实现了复杂曲面关键零部件的精准检测。重点突破多轴联动机电协同控制、复杂曲面全区域路径规划与仿形扫查技术、自主化超声 C 扫成像与控制技术、超声信号处理算法等核心技术。测试结果表明,系统的硬件结构完整可靠,人机交互与软件界面合理易用,优化算法可靠并由数据验证可将信噪比由4.4 dB提升至18 dB。系统可对复杂盘环件9个面无死角进行全扫查,对ϕ0.4 mm和ϕ0.8 mm微小平底孔缺陷和横孔缺陷具有稳定检出能力,且定位误差均小于1%,检测结果一致性好、稳定性高。系统已实现内部检测场景的工程化应用,实现了高端装备复杂零部件超声检测装备的国产化替代和产业化应用。

高品质大断面连铸坯内部缺陷是引发特钢产品质量异议的主要因素。针对人工手持超声探伤存在主观性强、易漏检和误判的问题,本文引入机器学习方法,通过对超声A扫描信号的时域特征提取与建模,实现了42CrMoA大断面连铸坯内部缺陷的自动分类识别。共提取13个时域特征,构建了精细决策树、支持向量机(SVM)等分类器以及前馈神经网络,并采用莱文贝格-马夸尔特(LM)、贝叶斯正则化(BR)和缩放共轭梯度(SCG)3种算法进行训练。结果表明:SVM的分类准确率最高,达99.8%;3种神经网络算法中,BR的拟合精度最优,LM与SCG的收敛速度较快,其中SCG在收敛速度与泛化性能之间表现均衡。回归分析显示,SCG模型的输出与目标值相关系数达0.98以上,验证了其有效性。研究表明,机器学习方法可有效替代人工判别,实现连铸坯内部缺陷的智能识别。基于上述对比分析,本文提出“传统方法初筛+神经网络精检”的级联策略,为特钢企业连铸坯质量智能判定提供了可行的技术路径。

大口径钢棒是工程领域重要的关键结构用材,其内部缺陷的存在会直接影响构件服役安全。针对当前大口径钢棒缺陷超声检测存在效率偏低、自动化水平不足的技术难点,本文研制开发了一套全水浸式相控阵超声检测(PAUT)自动化系统。该系统采用相控阵电子聚焦与C扫描成像技术,结合螺旋扫查方式,实现了对ϕ100~ϕ355 mm钢棒的全覆盖检测,并集成了自动上下料、智能转运及可编程逻辑控制器 (PLC)控制系统,完成了检测流程的全自动化。采用含平底孔和横孔的人工缺陷对比样棒,依据YB/T 4082—2020标准开展了信噪比、稳定性及盲区等关键指标测试,并与多通道全水浸超声系统及穿过式相控阵系统进行了性能对比。结果表明:该系统可稳定检出规定当量人工缺陷,其中动态信噪比不小于12 dB、连续4 h同一通道检测灵敏度波动不大于1 dB及端部检测盲区不大于10 mm这3项指标均高于YB/T 4082—2020标准要求;在保持同等检测灵敏度的前提下,检测效率显著高于多通道全水浸超声方法,且有效解决了现有穿过式相控阵系统难以覆盖大规格棒材(大于ϕ220 mm)的技术局限。系统已在实际产线投入运行,验证了其工程适用性和可靠性,为大口径棒材的质量控制提供了有效的无损检测手段。

针对核电用钢板在线自动化检测实施难度大、传统人工超声检测效率低、劳动强度高等问题,本文设计一种可模拟人工超声检测的钢板自动超声检测装置。装置由全向移动探伤小车、激光定位制导机构、多功能探头架、多通道超声检测仪、供电及耦合供水单元组成,采用伺服电机驱动麦纳姆轮实现全向行走,结合激光制导与多通道检测系统,沿预设轨迹完成板面全自动扫查,适用于20～100 mm厚度钢板的快速自动化检测。现场试验表明:装置可有效检出内部分层及非分层缺陷,检出率与判定准确度与人工检测相当;检测效率是传统人工检测的3倍,缺陷误报率可控制在3%以内,能够满足高端钢板个性化、高标准无损检测需求。

多层泡沫粘接复合材料内部存在大量的多孔/蜂窝孔结构,在采用常规超声技术开展无损检测时难以实现超声波的有效耦合与入射,使得其内部缺陷的超声检测成为行业共性难题。本文采用空气作为超声耦合介质开展多层泡沫粘接复合材料无损检测,并结合该类型复合材料的实测数据确定了关键工艺参数。选取空气耦合超声技术(ACUT)的关键检测参数如探头间距、脉冲串数、平均次数、中心频率、前置放大比例、滤波频率等作为研究变量,讨论了各参数对缺陷回波信号幅值的影响规律,确定了适配多层泡沫粘接复合材料超声检测的优化参数:探头间距为250 mm、脉冲串数为5、平均次数为1、中心频率为140 kHz、前置放大比例为20%、滤波范围为80~200 Hz。通过在功能性材料界面处制备包含不同深度和尺寸的多层泡沫粘接复合材料缺陷试样,采用优化参数后的空气耦合超声技术进行检测。结果表明,对于预制直径为20、30和50 mm的圆形缺陷,检测结果的最大相对误差分别为7.50%、5.00%和4.00%。由此证实,空气耦合超声技术可实现对该类复合材料内部不同深度位置处界面脱粘缺陷的定量检测。

在对电厂锅炉P91钢管道焊接接头进行检测时,因其表面温度在50～300 ℃之间,相比现行标准NB/T 47013.3—2023要求0～50 ℃偏高,成为锅炉埋藏缺陷定期检测工作的难点问题。本文以P91钢制作等效校准试块和设计专用检测高温检测探头,用聚酰亚胺制作探头斜楔,配合900 ℃高温耦合剂,建立了一套在50～300 ℃工况下测量P91钢超声横波声速的系统,解决了P91钢焊接接头高温超声检测定位误差较大的难题。结果表明,在50~300 ℃温度区间范围内,P91钢超声横波声速随着温度的升高逐渐下降,且在同等温度下,P91钢超声横波声速高于20#钢的横波声速;校准扫描基线并制作超声探头造成的误差不可忽视,故需采用P91钢制作等效校准试块校准扫描基线并制作超声探头。

NB/T 47013.3—2023(以下简称2023版)标准已发布,其中对 A 型脉冲反射式超声探伤仪的性能要求主要集中在附录 A 中。在实际应用过程中,附录 A 仅明确了各项性能指标限值,对具体测试条件、操作步骤等技术细节的规定,相较于其他超声设备校准规范更为简略,致使第三方检测机构难以依据该附录建立完善的超声探伤仪检测能力。与此同时,承压设备特种检测行业对基于2023版标准附录 A 的超声探伤仪检测报告存在广泛需求,因此开展附录 A 各项参数实用测试方法研究具有重要的工程应用价值。本文将其与国际通用超声探伤仪测试标准 ISO 22232-1:2020 进行对比分析,研究各参数的测试实现方式,结果表明 ISO 22232-1:2020 的测试方法更为系统和详尽。通过选取发射脉冲电压、发射脉冲后盲区和动态范围等参数开展试验验证与测量不确定度评定,验证了采用 ISO 22232-1:2020 测试方法替代2023版标准附录 A 开展检测的可行性与合理性。

超声检测技术(以临界折射纵波法为核心)是材料残余应力无损检测的重要手段。本文基于声弹性效应建立超声残余应力检测数学模型,推导了测量不确定度计算公式,系统识别全流程检测不确定度主要来源。依据 JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》规范,对重复性测量、声弹性系数、仪器声时分辨率、环境温度、材料差异等关键影响因素开展 A 类、B 类不确定度分量评定,完成合成标准不确定度与扩展不确定度计算,形成完整检测结果表示方法。本文提出的评定体系兼具规范性与可操作性,可为实验室及现场超声残余应力检测结果可靠性评估提供统一指南,推动该技术在工程检测领域的标准化、规模化应用。

长输油气管道在地质灾害、输送介质压力波动等多重因素耦合作用下,会产生局部应力突变;对管道应力进行检测,能够预防管道失效,减少或避免事故发生。本文基于交流电磁场应力检测(ACSM)基本理论,在构建ACSM仿真模型和探究应力作用下电磁参数变化规律的基础上,研制了应用于管道应力检测的交流电磁场检测(ACFM)探头,并搭载了管道内检测系统。针对常见的管道用钢Q235、X60、X70、X80材料,进行静态拉伸试验。实验表明,随着拉应力的增加,沿外加磁场方向的磁通密度(Bx)信号呈单调递增趋势;在不同的探头激励参数作用下,Bx信号灵敏度有所不同,随着激励频率的增加,Bx信号灵敏度呈先增加后减小趋势。用Bx信号来表征应力,针对常见管道用钢材建立Bx信号灵敏度-应力映射数据库,基于管道工况和信号变化特征,采用限幅加平滑协同去噪方法实现降噪处理。同时,实现异常区域应力的量化评估,为长输油气管道应力定量化检测提供参考。对输送介质为天然气X80管线钢管道进行现场实际测试,将8阵列探头和应力检测电子包固定在爬行装置上,采用本文研制的检测系统对检测后数据提取后进行分析,共识别出4处具有明显应力异常的区域。本研究验证了ACFM用于管道应力定量检测的可行性,为长输管道安全预警提供了可靠技术支撑。

铜镍合金广泛应用于舰船海水管系,对保证舰船动力装置、辅助机械和设备的正常工作具有重要作用。为了探究不同来源铜镍合金管腐蚀行为差异,本文开发了基于白光干涉技术的腐蚀行为原位表征方法。该方法通过测试参数筛选、统一基准面等步骤逐渐提升测试精度,使用腐蚀失重法换算值、聚焦离子束(FIB)截面法验证测量结果,最终实现了腐蚀形貌、腐蚀失厚、腐蚀产物膜厚的精确测量。将该方法应用于B10铜镍合金管腐蚀行为分析,探明了影响3种不同种类B10铜镍合金耐蚀性的主要因素。结果显示,本文建立的基于白光干涉的腐蚀行为原位表征方法,可精确表征0.2 μm及以上的腐蚀高度,与FIB表征方法相结合,为B10铜镍合金管腐蚀行为评价提供新思路。

在采用荧光渗透检测技术对航空零件表面缺陷进行检测时,通常需借助目视或放大镜对荧光显示进行观察与判定,并采用荧光比对尺进行测量与评级。然而,放大镜观察方式存在分辨率不足的局限,且无法实现对荧光图像的记录与保存;荧光比对尺仅可提供荧光显示的尺寸区间,测量精度具有显著局限性。本文基于生物荧光显微镜的成像原理,对金相体视显微镜的光路系统进行优化改造,通过集成高亮度发光二极管(LED)紫外光源,并在光源、物镜及相机接口处增设滤光装置,成功研制出一种紫外/白光双光源显微镜。该显微镜在焊缝弧坑与液压壳体内孔气蚀缺陷的评定分析以及标准裂纹试片的定期测试中,实现了对缺陷荧光图像与白光图像的同步观察与采集,并可对缺陷的多维尺寸进行精确测量,其测量精度可达±0.01 mm,有效解决了荧光渗透检测在定性评判与定量测量方面的技术难题。

针对压力容器焊缝数字射线(DR)检测图像缺陷特征微弱、背景噪声复杂等问题,传统方法是灰度直方图与全局阈值完成缺陷分割判别,属于未融合几何、纹理信息的单一灰度特征图像处理方法,存在识别精度不足、鲁棒性差等问题。本文提出了一种基于梯度提升树(GBT)模型的焊缝缺陷智能识别方法。该方法不依赖复杂深度网络,以灰度、纹理与几何多维度特征为输入,通过自适应特征权重分配与迭代拟合优化,构建了适用于焊缝缺陷的分类模型;同时,采用自适应阈值分割、方向滤波与小波变换相结合的策略,实现了缺陷特征的精准提取。试验结果表明,本文提出的“灰度+纹理+几何+ GBT模型”对裂纹缺陷识别准确率达91.2%,对气孔缺陷识别准确率为84.3%,对未焊透缺陷识别准确率为91.0%,对未熔合缺陷识别准确率达到90.0%,4项关键缺陷的综合分类效果明显优于仅采用单一灰度特征的传统检测方法。该模型具有参数量小、推理速度快、硬件要求低,在小样本与复杂工况下保持稳定可靠等优势,适合工业现场轻量化部署。该方法能够有效提升压力容器焊缝缺陷检测效率与识别精度,可为工业无损检测智能化提供轻量化技术支撑。