無人機空中檢查-無損檢測 (NDT)：類型和技術(shù)

無論您從事汽車行業(yè)還是石油行業(yè)，您可能都聽說過無損檢測。它要么是產(chǎn)品開發(fā)的一部分，用于提高新零件的質(zhì)量，要么是監(jiān)管要求。

本指南解釋了何時使用無損檢測、定期檢查哪些資產(chǎn)以及不同材料的最 佳檢測方法。

什么是無損檢測（NDT）？

無損檢測 (NDT) 是指保持被檢測材料、部件和資產(chǎn)完整性的質(zhì)量保證和材料檢驗技術(shù)。

工業(yè)資產(chǎn)（例如儲油罐、風(fēng)力渦輪機上的防雷系統(tǒng)、管道和支撐塔）需要定期檢查，以進(jìn)行維護(hù)和監(jiān)管。無損檢測可識別結(jié)構(gòu)中的缺陷、瑕疵、不規(guī)則或磨損，以確保安全性和堅固性

無損檢測是在不損壞資產(chǎn)的情況下獲取資產(chǎn)高保真材料特性的唯 一方法。

最常見的無損檢測方法是使用聲波、聲脈沖或伽馬射線進(jìn)行深入的材料評估。通過結(jié)合不同的方法，無損檢測技術(shù)人員可以檢測物體上肉眼看不見的最小裂紋、空隙或焊縫不連續(xù)性。

可以使用 NDT 檢測的材料類型：

l金屬

l合金

l塑料

l陶瓷

l復(fù)合材料

l具體的

l涂料

l木頭

l玻璃

l玻璃纖維

l橡皮

l電子元件

l焊接件

l管道

l鑄件

l鍛件

無損檢測的重要性

NDT 有兩個主要目的：質(zhì)量控制和資產(chǎn)維護(hù)。

航空航天和汽車公司在開發(fā)新產(chǎn)品部件時，容錯空間很小。飛機發(fā)動機渦輪葉片必須在極端溫度和壓力下運行，同時保持最 佳速度。質(zhì)量保證工程師使用超聲波檢測 (UT) 或射線檢測 (RT) 等無損檢測技術(shù)來檢查葉片在碰撞測試后是否存在材料不一致或裂紋，以確保耐用性。無損檢測允許在不干擾產(chǎn)品最終用途的情況下進(jìn)行檢查，從而平衡質(zhì)量控制和成本效益。

定期進(jìn)行無損檢測評估是許多行業(yè)的合規(guī)要求。石油鉆井平臺、發(fā)電廠和化工廠的運營商必須遵守安全標(biāo)準(zhǔn)，確保資產(chǎn)不會泄漏、變形或退化到危險的程度。

磁粉檢測用于檢測鑄件、鍛件和金屬部件的表面冷切或收縮裂紋。渦流檢測是檢測管道、鍋爐和儲罐中腐蝕或材料損失的早期跡象的好方法。

及早發(fā)現(xiàn)問題可防止代價高昂的泄漏、變形和突發(fā)設(shè)備故障。財富全球 500 強制造業(yè)和工業(yè)公司每年因非計劃停機而損失超過 1.5 萬億美元。定期進(jìn)行無損檢測有助于避免操作故障、節(jié)省維修費用并延長資產(chǎn)使用壽命。

依賴 NDT 進(jìn)行資產(chǎn)評估和檢查的行業(yè)：

· 航空航天

· 汽車

· 石油和天然氣

· 制造業(yè)

· 發(fā)電

· 基礎(chǔ)設(shè)施

· 電信

· 礦業(yè)

· 化學(xué)品

· 建造

· 鐵路和交通

· 海洋與造船

破壞性檢測與非破壞性檢測：關(guān)鍵區(qū)別

破壞性測試和非破壞性測試使用不同的原理來衡量材料的耐久性。非破壞性測試旨在保持材料完整性，而破壞性測試 (DT) 則施加不同的壓力（例如高溫、極端負(fù)載），直到資產(chǎn)變形或損壞。

破壞性測試有助于確定材料或部件的故障點，而無損檢測測試則提供有關(guān)資產(chǎn)狀況、質(zhì)量和可靠性的數(shù)據(jù)。

何時需要進(jìn)行無損檢測 (NDT)？

NDT 檢測頻率因所使用的資產(chǎn)而異，由監(jiān)管機構(gòu)和認(rèn)證組織（如SAFed、IoP或ASNT ）確定。

在英國，起重設(shè)備（例如高空作業(yè)平臺）及其用于起重人員的相關(guān)配件必須每六個月檢查一次，其他起重設(shè)備（例如起重機）必須每十二個月檢查一次。美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)（API 653 ）規(guī)定，必須至少每 5 年對儲罐進(jìn)行一次內(nèi)部和外部檢查。

即使不直接需要進(jìn)行無損檢測，定期進(jìn)行測試也比更換設(shè)備更具成本效益。盡管大多數(shù)風(fēng)力渦輪機都配有防雷擊 (LPS) 系統(tǒng)，但雷擊損壞每年給運營商造成超過 1 億美元的損失，占葉片損失的 60%。這會導(dǎo)致額外的停機時間、維護(hù)費用和更高的保險成本。使用無人機進(jìn)行定期 LPS 測試可以最 大限度地減少這些損失——這是一種經(jīng)濟(jì)高效的方法，只需 20 分鐘，而使用繩索則需要 6 個小時。

資產(chǎn)所有者根據(jù)其資產(chǎn)的風(fēng)險水平和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定無損檢測計劃，以防止計劃外停機。

主要 NDT 方法：概述

NDT 使用各種分析技術(shù)來評估材料、零件、組件和大型結(jié)構(gòu)。

主要的無損檢測方法有：

· 視覺測試（VT）

· 磁粉檢測（MT）

· 漏磁檢測（MFL）

· 液體滲透檢測 (PT)

· 超聲波檢測（UT）

· 射線檢測（RT）

· 渦流檢測

· 聲發(fā)射測試

· 探地雷達(dá) (GPR)

· 導(dǎo)波檢測

· 熱/紅外測試（IR）

· 微波測試（MW）

· 激光測試（LM）

§ 泄漏測試 (LT)

l視覺測試（VT）

視覺檢測 (VT)涉及觀察測試對象的表面是否存在不連續(xù)性或損壞。遠(yuǎn)程視覺檢測可有效識別腐蝕、物理損壞、部件錯位和裂紋，尤其是在難以觸及的區(qū)域。

NDT 技術(shù)人員使用視覺測試作為評估可見損壞的獨立方法，例如石油管道焊接不良或儲罐裂縫。借助 Voliro 無人機，技術(shù)人員可以在一天內(nèi)使用 UT 和 EMAT 載荷檢查 8-10 個儲罐（內(nèi)部或外部）是否有磨損跡象。

目視檢測是超聲波和射線檢測的第 一步。它可定位感興趣的區(qū)域并確保表面沒有可能干擾檢測的污染物、涂層或障礙物。

目視檢查是液體滲透劑和磁粉檢測的第二步。它確認(rèn)滲透劑或磁粉的正確使用，并捕捉缺陷跡象。

適用于初步資產(chǎn)檢查和測試場地準(zhǔn)備的最 佳 NDT 方法。

l磁粉檢測（MT）

磁粉檢測 (MT) 可檢測金屬表面或金屬下方的瑕疵或缺陷。技術(shù)人員使用永磁體、電線圈或手持電極棒產(chǎn)生磁場。

當(dāng)磁場施加到金屬上時，缺陷會破壞磁場，導(dǎo)致磁力線泄漏。這些線會吸引微小的金屬顆粒，形成可見的標(biāo)記，顯示缺陷的位置。彩色磁性粒子粘附在金屬上，肉眼或紫外線下可見。

磁粉檢測是檢測金屬結(jié)構(gòu)焊接和發(fā)電設(shè)備（如風(fēng)力渦輪機、發(fā)電機、鍋爐和結(jié)構(gòu)鋼部件）裂紋的首 選方法。

最適合于易于獲取的鐵磁資產(chǎn)的無損檢測方法。

l漏磁檢測 (MFL)

磁通量泄漏測試還利用磁場變化來檢測金屬部件的腐蝕或其他損壞跡象。這就像使用磁鐵來尋找口袋中隱藏的金屬物體。如果金屬管道出現(xiàn)問題，例如出現(xiàn)孔洞或變薄，磁場就會泄漏，傳感器可以檢測到它。

與磁粉檢測不同，MFL 不使用有色粒子來檢測表面損壞。相反，它使用來自各種傳感器（霍爾效應(yīng)、磁通門和線圈傳感器）的數(shù)據(jù)來檢測表明存在缺陷的磁場的最小變化。

大多數(shù)數(shù)據(jù)都是由專用設(shè)備上的傳感器收集的，因此 MFL 用于測試儲罐、管道等大型結(jié)構(gòu)。檢查無人機允許近距離接觸測試件，從而簡化了檢查過程。

大型鐵磁資產(chǎn)和結(jié)構(gòu)的最 佳無損檢測方法。

l液體滲透檢測 (PT)

液體滲透檢測 (PT) 是另一種發(fā)現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)表面缺陷的方法。檢查員將高流動性液體滲透劑涂抹在結(jié)構(gòu)上。該物質(zhì)滲入裂縫中。技術(shù)人員將顯影劑涂抹在表面，使被困的滲透劑著色，從而暴露缺陷。

不銹鋼、鋁或非鐵合金等非鐵磁性材料可以用滲透檢測法進(jìn)行檢測。這種檢測方法也更適用于形狀不規(guī)則的結(jié)構(gòu)部件（例如具有多個曲線或彎角的管道）。

針對具有復(fù)雜幾何形狀的非鐵磁資產(chǎn)的最 佳 NDT 測試方法。

l超聲波檢測 (UT)

超聲波檢測 (UT ) 利用高頻聲波進(jìn)行資產(chǎn)檢查。聲波的不規(guī)則性會導(dǎo)致部分聲音反彈，從而提醒檢查員可能存在缺陷。這就像使用聲納魚探儀定位魚群，但您是在尋找瑕疵。

UT 中使用不同的聲波。有些聲波的振動方向與聲音相同（壓縮波），而有些聲波的振動方向與聲音垂直（剪切波）。

壓縮波有助于檢測：

· 平行表面裂紋或斷裂

· 材料中的空隙或孔隙

剪切波有助于檢測：

· 層壓和分層（材料內(nèi)的層分離）

· 測試資產(chǎn)中嵌入的雜質(zhì)或異物

超聲波檢測可以檢測結(jié)構(gòu)、管道、壓力容器和儲罐中的焊接問題以及管道系統(tǒng)的問題（例如腐蝕、侵蝕、壁厚變化）。它是壓力容器和儲罐的常用無損檢測方法，用于檢測壁變薄、點蝕或應(yīng)力腐蝕開裂的早期跡象。

技術(shù)人員通常使用各種超聲波傳感器和探頭來檢查資產(chǎn)。這些設(shè)備可以手持或連接到無人機上，以到達(dá)狹窄的空腔或高處。與派遣人員登上高架結(jié)構(gòu)相比，UT 檢查無人機是一種更安全的替代方案，可降低風(fēng)險。

Voliro 開發(fā)了兩種超聲波傳感器有效載荷，可在高達(dá) 260°C (500 °F) 的溫度下進(jìn)行實時掃描，從而節(jié)省大量數(shù)據(jù)收集時間和精力。Voliro 無人機擁有高靈活性，可以在煙囪、儲罐或煙囪等復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行徹底檢查。超聲波檢查可以在一天內(nèi)完成，無需停機。了解有關(guān) Voliro 檢查無人機的更多信息。

l導(dǎo)波（GW）檢測

導(dǎo)波檢測是另一種使用超聲波識別缺陷的無損評估技術(shù)。由于地波檢測不需要直接接觸，因此通常用于檢測管道等大型物體的表面異常。

檢查員將傳感器環(huán)或激勵線圈放置在管道外部，并沿其側(cè)面發(fā)射超聲波。超聲波會從管道內(nèi)外表面上的任何不規(guī)則之處（如腐蝕）反射回來。

導(dǎo)波檢測的優(yōu)點是無需去除任何涂層或絕緣層即可檢查管道。缺點是導(dǎo)波檢測結(jié)果的分辨率較低，因此更難檢測到較小的缺陷或確定其精 確的尺寸、形狀或位置。

大型管道和管材的最 佳無損檢測方法。

l射線檢測 (RT)

射線檢測 (RT) 使用輻射線（又稱 X 射線）檢查致密材料。伽馬射線穿過測試物體，使另一側(cè)的膠片或數(shù)字探測器曝光。較暗的區(qū)域表示較多輻射穿過的區(qū)域，表示存在間隙或裂縫。

工業(yè)射線照相術(shù)使用兩種放射性同位素：

· 銥-192（Ir-192）用于檢查厚度達(dá) 7 厘米（3 英寸）的物體。

· 鈷-60（Co-60）用于檢查較厚的物體。

由于我們談?wù)摰氖琴ゑR射線，檢查員必須遵守特殊的安全協(xié)議，并始終使用適當(dāng)?shù)膫€人防護(hù)設(shè)備 (PPE) 以盡量減少暴露。因此工業(yè)射線照相術(shù)相當(dāng)費力且昂貴。

l渦流檢測

渦流檢測是一種電磁檢測方法，用于檢測導(dǎo)電材料，如某些金屬、合金以及金屬表面的導(dǎo)電涂料或鍍層。與 MPT 和 LT 不同，渦流檢測不需要表面與檢測設(shè)備直接接觸。

在檢測過程中，檢測人員將交流電施加到材料上以產(chǎn)生磁場，從而在材料內(nèi)部產(chǎn)生渦流。材料中的瑕疵或缺陷會改變電流的模式。檢測和分析這種變化有助于檢測人員高精度地識別瑕疵。

渦流檢測是一種經(jīng)濟(jì)高效且可靠的技術(shù)，用于電力電纜、熱交換器盤管、冷凝器管、非熱原合金和碳纖維復(fù)合材料的質(zhì)量保證和安全檢查。

對導(dǎo)電材料進(jìn)行非接觸檢查的最 佳 NDT 測試方法。

l探地雷達(dá) (GPR)

探地雷達(dá) (GPR) 的工作原理是向地下發(fā)射電磁脈沖，然后監(jiān)聽其反射回來的回聲。這種信號可以生成地下圖像，類似于超聲波生成人體內(nèi)部圖像的方式。

當(dāng)信號碰到地下某物（如管道或巖石）時，它會以不同的方式反彈，而 GPR 可以檢測到這些差異。借助 GPR，資產(chǎn)所有者可以檢測地下管道、電纜和地面變化，例如土壤是濕的還是干的。GPR 無法掃描金屬（即金屬管道內(nèi)的峰值）——它只能指示其位置。

GPR 可用于尋找混凝土中埋藏的設(shè)施或隱藏結(jié)構(gòu)。因此，這種測試方法經(jīng)常用于土木工程和建筑。

探測地下物體或障礙物的最 佳無損檢測方法。

l聲發(fā)射測試 (AE)

聲發(fā)射測試 (AE)可捕獲受力材料或結(jié)構(gòu)的機械振動。技術(shù)人員將傳感器（例如壓電傳感器）或換能器（例如應(yīng)變計）連接到測試對象的表面，以將應(yīng)力波轉(zhuǎn)換為電信號。然后，他們對結(jié)構(gòu)施加突然的力、溫度變化或壓力，并分析產(chǎn)生的振動。

AE 測試可檢測由應(yīng)力波引起的表面變化（裂縫、變形等），從而發(fā)現(xiàn)隱藏的問題或弱點。它非常適合關(guān)鍵資產(chǎn)的質(zhì)量保證，例如支撐結(jié)構(gòu)、塔樓、橋梁和單個系統(tǒng)組件（泵、壓縮機、軸承）。

結(jié)構(gòu)承重部件、壓力容器和儲罐的最 佳無損檢測方法。

l熱/紅外測試 (IR)

熱測試（也稱為紅外熱成像）測量測試物體的表觀表面溫度，以檢查其熱導(dǎo)率。電機中過熱的金屬部件會變形，從而導(dǎo)致性能問題。配電盤中絕緣不良的電線會導(dǎo)致短路。熱測試有助于檢測這些問題。

紅外熱成像主要用于識別建筑物的能量損失。盡管制造公司也使用熱掃描來定位聚合物、塑料、陶瓷和半導(dǎo)體中的裂縫或分層。紅外測試有助于定位高熱應(yīng)力、疲勞或降解區(qū)域，這些區(qū)域可能會改變材料的完整性。

檢測能量損失和熱致變形的最 佳 NDT 測試方法。

l微波測試

微波測試 (MW) 使用微波頻率范圍內(nèi)的電磁波來掃描不規(guī)則性。通過分析反射波信號，團(tuán)隊可以識別裂縫、空隙或不一致等異常情況。

微波 (MW) 檢測由于其有效性，在檢測塑料和復(fù)合材料方面越來越受歡迎，尤其是對于像玻璃纖維增強聚合物 (GFRP)這樣的復(fù)雜復(fù)合材料。

這種無損檢測技術(shù)的非接觸特性使得在高溫或低溫以及復(fù)雜的靜電環(huán)境（例如直流偏置場、電離輻射等）下對復(fù)合材料進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠且可重復(fù)的 MNDT 讀數(shù)成為可能。缺點是，微波測試對金屬或其他導(dǎo)電材料效果不佳。提供準(zhǔn)確的結(jié)果需要大量設(shè)置，從而導(dǎo)致更高的測試成本。

檢測塑料和復(fù)合材料的最 佳無損檢測方法。

l激光測試

激光測試使用氦氖、二極管、Nd:YAG 和準(zhǔn)分子激光器來檢測表面問題。檢測員首先對材料施加壓力（例如彎曲）。然后使用激光創(chuàng)建表面變化的圖像。

兩種主要的檢測技術(shù)是全息照相術(shù)和剪切照相術(shù)。它們的工作原理如下：

· 全息術(shù)使用激光來創(chuàng)建材料表面和表面下層的詳細(xì)圖像。當(dāng)材料受到壓力時，缺陷會導(dǎo)致表面發(fā)生微小變化，這些變化可以在全息圖像中看到。然而，測試對象的環(huán)境振動會降低這些結(jié)果

· 剪切干涉技術(shù)使用激光來檢測由應(yīng)力引起的表面變化。當(dāng)材料受力時，缺陷會在剪切干涉圖像中產(chǎn)生可見的微小表面變形。由于其對環(huán)境振動的敏感度較低，因此更適合檢查較大的物體，例如軌道車或飛機部件。

這兩種方法都是非接觸式的，速度很快，而且無需緊密貼合材料形狀即可檢測出各種缺陷。然而，測試設(shè)置過程相當(dāng)費力。

航空航天部件、半導(dǎo)體芯片和電子組件的最 佳 NDT 測試方法。泄漏檢測泄漏測試使用非破壞性測試方法來查找密封或加壓系統(tǒng)（如氣罐、制冷系統(tǒng)或化學(xué)容器）完整性的漏洞。這些測試可確保資產(chǎn)的完整性、安全性和法規(guī)遵從性。

最常見的四種泄漏測試方法是：

· 氣泡泄漏測試監(jiān)測加壓系統(tǒng)中氣體（通常是空氣）泄漏的視覺跡象。

· 壓力變化測試監(jiān)測壓力條件下測試對象的壓力或真空損失。

· 鹵素二極管測試將鹵素基示蹤氣體注入系統(tǒng)并使用二極管傳感器檢測密封系統(tǒng)中的泄漏。

· 質(zhì)譜儀測試將氦氣或氦氣/空氣混合物注入系統(tǒng)，然后使用質(zhì)譜儀設(shè)備檢測氣體泄漏。在某些情況下，檢查員可能會建議使用染料滲透或聲發(fā)射測試等替代技術(shù)來獲得更精 確的結(jié)果。

集裝箱資產(chǎn)的最 佳無損檢測方法。

無損檢測：法規(guī)和國際標(biāo)準(zhǔn)

必須根據(jù)監(jiān)管機構(gòu)的具體標(biāo)準(zhǔn)定期進(jìn)行無損檢測。

NDT檢測的主要監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)包括：

· ANSI/ASNT CP-105

· 建議做法編號 SNT-TC-1A

· ISO 9712

· EN 473

上述標(biāo)準(zhǔn)為無損檢測人員的資格、認(rèn)證和表現(xiàn)，以及不同無損檢測技術(shù)的正確使用和結(jié)果解釋提供了指導(dǎo)。

此外，每個行業(yè)都必須滿足各自監(jiān)管機構(gòu)規(guī)定的定期資產(chǎn)管理合規(guī)要求。以下是與資產(chǎn)維護(hù)相關(guān)的主要監(jiān)管機構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)的簡要概述。