涡流测厚仪原理(无损检测发展史)

Posted 2023-06-01

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涡流测厚仪原理(无损检测发展史)

世界无损检测技术的起源与发展

无损检测技术是以物理现象为基础的，回顾一下世界无损检测技术的起源，都是一种新的物理现象被发现后，随之进行深入研究并投入应用，一般的规律往往首先是在医学领域、军工领域应用，然后推广到工业领域应用。

下面我们来回顾一下部分无损检测技术的起源。

射线检测

1895 年 11 月德国渥茨堡大学教授伦琴（W．K．Rontgen）发现 X 射线（伦琴射线），随后首先在医学领域得到应用；　　

1896 年法国贝克勒尔（A．H．Becquerel）发现放射性和γ射线；　

1898 年法国居里夫妇（P．Curie 与 M．S.Curie）发现放射性元素镭和钋，从铀矿中分离出镭；

1900 年法国维拉尔德（P.Villard）发现γ射线，法国海关首次应用 X 射线检查物品；

1919 年英国卢瑟福用α粒子轰击氮原子打出质子，首次实现人工核反应，建立起第一个核反应装置；　　

1920 年前后 X 射线开始在工业领域广泛应用；　　

1931 年美国劳伦斯（E．O．Lawrence）等人建成第一台回旋加速器；　　

1933 年美国图夫（M．A．Tuve）建立第一台静电加速器；　　

1938 年德国哈恩（OttoHahn）与史特拉斯曼（F．Strassmann）发现铀裂变现象，此后人工制造的放射性同位素逐渐进入γ射线检验领域；　　

1940 年美国开尔斯特（D．W．Kerst）建造第一台电子感应加速器；　

1946 年携带式 X 射线机诞生……

　超声检测　

1830 年已经有利用机械装置人工产生超声波的实验（达到 24000Hz）；　　

1877 年瑞利（J.W.S.Rayleigh）的《声学原理》出版，为近代声学奠定了基础；　　

1880 年法国居里兄弟（PierreCurie 与 JacquesCurie）发现晶体的压电效应，从而为广泛应用的压电换能器打下基础；　　

1914-1918 年已经开始利用声波反射的性质探测水下舰艇的研究；　　

1943 年出现商品化脉冲回波式超声波探伤仪……

2.磁粉检测　

1820 年丹麦奥斯特（H.C.Oersted）发现导线通电产生磁效应；　　

1868年英国应用漏磁通探测枪管上的不连续性；　　

1876 年应用漏磁通探测钢轨的不连续性；　　

1918 年美国开创磁粉检测首例；　　

1919年德国巴克豪森（H．G．Barkhausen）发现磁畴；　　

1930 年德国福斯特（Forster）将磁粉检测正式引入工业领域；　　

1933 年漏磁检测技术设想提出；　　

1947 年第一套漏磁检测系统研制成功……

　渗透检测　

1930-1940 年代：煤油、“油-白垩法”、有色染料作为渗透剂的渗透检测方法出现；

1941 荧光染料的发现与应用，采用紫外线辐照显示，吸收剂-显像剂应用；　　

1950 出现以煤油与滑油混合物作为荧光液的荧光渗透检测；　　

1960 后出现自动流水线，水基渗透液和水洗法技术，开始关注对氟、氯、硫的控制……

3.涡流检测　

1824 年加贝（Gambey）用实验发现金属中有涡电流存在，几年后法国的佛科（Foucauit）确认了涡电流的存在；　　

1831 年英国的法拉第（Faradey）发现电磁感应现象；　　

1865 年英国的麦克斯韦完成法拉第概念的完整数学表达式，建立电磁场理论；　

1879 年美国的休斯（D.E.Hughes）首先将涡流用于实际金属材料分选；

1921~1935 年涡流探伤仪和涡流测厚仪先后问世；　　

1930 年实现用涡流法检验钢管焊接质量；　　

50年代初期德国福斯特（Forster）开创现代涡流检测理论和设备研究新阶段，涡流检测技术开始正式进入实用阶段……

4.微波检测

　　德国物理学家海因里希·鲁道夫·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）于 1888 年首先证实了电磁波的存在，用火花振荡得到了微波信号；　　

1936 年 4 月美国科学家 South Worth 用直径为 12．5cm 青铜管将 9cm 的电磁波传输了 260m 远，波导传输实验成功；　

　　微波技术始于 20 世纪 30 年代，1948 年微波被首次用于工业材料测试；　　

1943 年第一台微波雷达制造成功，工作波长在 10cm；　　

1963 年美国首先使用微波法成功检测了“北极星”A3 导弹固体火箭发动机玻璃钢壳体内部缺陷；　　

20 世纪 70 年代初期，大功率磁控管研制成功，为微波检测技术的推广打下基础……

世界无损检测技术的发展历史可以大致上以二次世界大战为重要的转折点：二战前已经起步并开始得到少量的初步应用，在二战期间由于医学和军事的需要得到迅速发展，在二战后随着工业生产技术的迅猛发展，特别是近代和现代机械制造、电子技术、计算机技术的迅猛发展，现代无损检测技术已经发展到了很高的水平。

我国无损检测技术的发展历史

中国的无损检测技术实际上从20世纪30年代起就已经开始在一些机械工业领域中得到少量应用，但是由于历史的原因，并没有发展起来。

中华人民共和国成立后，在 20 世纪 50 年代初，首先在军工领域(特别是航空工业)以及和军工相关的重工业领域和科研机构开始注重 X 射线、磁粉、渗透、超声等无损检测技术的应用，其中不少工作是在苏联援华专家指导下进行，当年的一批年轻人加入到了无损检测技术行业，成为今天被我们尊称为我国无损检测界的“爷爷辈”，他们为我国无损检测技术的起步和发展做出了卓越的贡献。

下面是我国无损检测技术发展的部分历史资料：

超声检测：

1951-1954 年航空工业系统(如沈阳飞机制造厂和飞机发动机制造厂以及相关的研究所)、机械工业系统的上海综合实验所(上海材料研究所前身)、中国科学院长春机电研究所、哈尔滨锅炉厂、富拉尔基重型机器厂等开始陆续引进苏联、德国的超声波探伤仪;

1952 年铁道科学院孙大雨仿制苏联узд-12 型超声波探伤仪成功;

1953 年江南造船厂吴绳武烧制钛酸钡压电陶瓷成功;

1954 年长春机电研究所笪天锡、吴绳武仿制加拿大超声波探伤仪成功;

1954-1955 年长春机电研究所开办超声波探伤技术和仪器调试及试制培训班;

1957 年上海中原无线电厂仿制苏联超声波探伤仪成功;

1955-1958 年江南造船厂仿制出中国第一台电子管式脉冲回波超声探伤仪并陆续有改进型，即“江南I、IB、IC、II、IIB、III 型”;

1959 年富拉尔基重型机器厂首先制造出超声探伤试块;

1960 年富拉尔基重型机器厂、上海综合实验所已经开始了超声探头的研制;

1962 年汕头无线电厂(汕头超声波仪器厂前身，现为广东汕头超声电子股份有限公司超声仪器分公司)以姚锦钟为首研制成功 TS-II 工业用电子管式脉冲回波超声探伤仪和 TS-I 医用超声诊断仪，并陆续研发系列型号和批量生产投入市场，如 CTS-4\\5\\6\\11\\12 型等;

1962 年北京航空材料研究所(现为北京航空材料研究院)陈小泉和北京航空工艺研究所(现为北京航空制造工程研究所)叶 xx 合作研制出“69 型超声波谐振探伤仪”用于检查蜂窝结构胶接质量; 1962~1965 年航空工业系统的哈尔滨国营伟建机器厂刘毓秀、仲维畅研制出“松花江-III、IV、65-I 型声阻探伤仪”;

1963 年哈尔滨国营伟建机器厂刘毓秀研制出“松花江-I 型超声波(谐振)测厚仪”;

1966 年哈尔滨国营伟建机器厂刘毓秀、仲维畅研制出“松花江-IX 型胶接质量检查仪”;

1967 年多家单位联合研制出“声谐振式胶接强度检验仪”;

20 世纪 60 年代初期，国产的金属胶接质量检测仪研制成功;

20 世纪 70 年代后期汕头超声波仪器厂研制出晶体管式超声波探伤仪并批量生产投入市场，如CTS-8\\8A\\8C;

20 世纪 80 年代初期汕头超声波仪器厂研制出 CTS-21\\22 型大规模集成电路晶体管式超声波探伤仪批量生产投入市场，随后又研制成功 CTS-23\\26 型等;

1988 年 5 月中国科学院武汉物理数学研究所的武汉科声技术公司(后为武汉中科创新技术有限公司) 蒋危平主持研制出我国第一台数字超声探伤仪 KS-1000 型;

20 世纪 80 年代末到 90 年代初，江苏几家单位研制出应用单片机芯片的半模拟、半智能型电子管超声波探伤仪;

2008 年武汉中科创新技术有限公司研发出国产第一台具有 TOFD 功能的数字式超声探伤仪 HS-800型;

2008 年以后，国产超声相控阵、TOFD 等最新技术的超声检测仪器相继面世并投入市场

2011 年，浙江大学研制出磁致伸缩导波检测仪用于管线检测，深圳市市政设计研究院有限公司研制出磁致伸缩导波检测仪用于桥梁斜拉索的在役原位检测……

　　射线检测：

1915 年山东济南共合医道学堂(齐鲁大学前身之一)已经有了国外进口的医疗诊断用 X 光机;

　　抗日战争期间，1939 年新加坡华侨捐赠了 X 光机(现陈列在北京宋庆龄故居)，美国志愿航空队(飞虎队)也带来了工业 X 光探伤机;

1953 年 10 月上海精密医疗器械厂试制成功 100kV 医用大型 X 光机;

1954 年上海锅炉厂引进匈牙利 X 射线机;

1957 年哈尔滨锅炉厂引进苏联60Coγ射线机;

1959 年上海探伤机厂试制成功我国第一台工业用 X 射线探伤机;

1960 年丹东射线仪器厂试制成功工业用 X 射线探伤机和 X 射线管;

1963 年上海材料研究所张企耀研制成功60Coγ射线探测铸铁装置;

1964 年上海锅炉厂引进英国137Csγ射线检测装置;

1966 年丹东工业射线仪器厂仿制苏联 200kV 工业 X 光机成功;

1973-1989 年我国 X 射线机进入仿制国外 X 射线机并大发展时期;

20 世纪 80 年代我国已经能够自行生产60Co、192Ir等γ射线源;

　　进入 21 世纪后，国产工业 X 射线实时成像检测系统、加速器、工业 CT(图像增强器、X 射线发生器等关键部件仍为进口)已经有了很大发展，成为应用较普遍的检测设备，自行研制的 X、γ射线机性能、结构也都有了很大改善并大量投放市场，有了国产中子射线检测装置，γ射线源及中子源的生产品种也大大增加……

　　磁粉检测

　　在抗日战争时期，由英美援华和爱国华侨捐助，已经引进了磁粉探伤设备，如 1939 年新加坡华侨带入英国磁粉探伤仪用于云南修理厂(可能是国内最早的无损检测应用)，滇缅公路上的爱国华侨汽车维修大队、美国志愿航空队(飞虎队)使用了从国外带来的便携式磁粉探伤机，1941 年的昆明空军修理厂已应用磁粉探伤仪，1949 年以前，国民党南京飞机场维修部、上海综合实验所已经有美国进口的台式磁粉探伤机(蓄电池式直流磁粉探伤机);

1949 年中华人民共和国成立后，国内利用变压器(包括交、直流电焊机)作为交流电源的触棒法磁粉检测焊缝已经较为普遍，军工行业和重型机械行业在苏联援华专家帮助下引入苏联的床式磁粉探伤机，开始将磁粉探伤技术应用于产品检测;

1957 年上海联达华光仪器厂(上海探伤机厂前身)杨百林试制成功我国第一台手提式交直流磁粉探伤机;

1958 年上海探伤机厂杨百林试制成功台式磁粉探伤机;

20 世纪 60 年代我国进入仿制国外磁粉探伤机的时期;

20 世纪 70 年代我国进入磁粉探伤机系列化、半自动化、磁粉检测辅助器材完善化的时期，并在工业领域得到广泛应用;

20 世纪 80 年代初，首先由北京航空材料研究所郑文仪研制出国产荧光磁粉并迅速在航空工业得到推广应用;

20 世纪 90 年代，我国自行研制的半自动化及专用磁粉探伤机得到迅速发展和广泛应用;

　　进入 21 世纪后，我国自行研制的半自动化、自动化磁粉探伤设备得到迅速发展，如采用自动爬行器和 CCD 摄像记录，此外，配套的辅助器材也都有了很大发展，如与国际标准相适应的灵敏度试片、标准试块，黑光灯已经从高压汞灯发展到 LED 黑光灯，还有中空球形彩色磁粉等……

　　渗透检测

1949 年以前，上海综合实验所已经采用煤油为基础的渗漏检测(油-白垩法);

1949 年中华人民共和国成立后，工业领域应用的渗透检测主要是以煤油+滑油或机油为渗透剂载体，军工行业和重型机械行业在苏联援华专家帮助下引入苏联的渗透检测材料，开始将渗透探伤技术应用于产品检测;

20 世纪 60 年代初，首先在航空工业开始采用以荧光黄作染料的荧光渗透检测;

1964 年以后国内自行研制的渗透检测材料投入应用，并以沪东造船厂陈时宗等研制成功的着色渗透剂为代表;

1970 年后国产荧光染料 YJP-15 出现，开始生产自乳化型和后乳化型荧光渗透液;

　　进入 21 世纪后，国产渗透检测材料的质量、灵敏度有了很大提高，适用于各种特殊行业、材料的渗透剂也发展迅速，如用于核工业、航空航天工业、天然气运输容器等，以及与国际标准相适应的灵敏度试片、标准试块……

　　涡流检测

1960 年国内多个单位开始了涡流检测技术的研究;

1962~1964 年航空工业系统的南京金城机械厂岳允斌研制出涡流导电仪;

1963 年上海材料研究所王务同研制出我国首台涡流检测装置;

1966 年北京航空材料研究所陈小泉研制出 6442 型便携式涡流探伤仪;

1993 年爱德森(厦门)电子有限公司研制出亚洲首台全数字式涡流检测仪;

　　进入 21 世纪后，如阵列涡流检测技术、脉冲涡流检测技术、远场涡流检测技术、三维电磁场成像技术等最新涡流检测技术的商品化国产仪器陆续面世……

　　声发射检测

20 世纪 60 年代末 70 年代初中国科学院沈阳金属研究所首先开始声发射技术的研究与应用并研制了我国第一台单通道声发射仪器以后，发展到今天的国产声发射系统已经能达到 200 通道……

　　其他

1953 年 10 月出版汤良知编著的《现代放射学基础》可能是我国第一部射线检测专著;

1955 年 10 月出版朱定翻译的《焊接接头的质量检验》;

1957 年 7 月出版龚再仲、廖少葆编著的《工业 X 射线探伤基础》;

1957 年 12 月出版于在兹编的《工业无损探伤法》(磁粉、射线、超声)，可能是我国第一本无损探伤专著;

1959 年 6 月出版杜连耀、应崇福翻译的《超声工程 [美]克洛福德著》;

1963 年在河北省北戴河举办了全国第一次无损探伤技术学习班;一批物理专业毕业的大学生开始进入无损检测技术界，成为我国无损检测技术发展历史中的骨干力量;

1964 年上海锅炉厂开始应用氦质谱仪检漏;

1964 年 4 月第一机械工业部举行了首次全国无损探伤会议;

1977 年丹东仪表研究所创刊《无损检测》-后改名《无损检测技术》-再改名《检测与评价》-最终定名《无损探伤》作为辽宁省无损检测学会会刊;

1978 年 11 月中国机械工程学会无损检测学会成立;

1978 年上海材料所增开《理化检验通讯-无损检测》，1979年创刊《无损检测》作为中国机械工程学会无损检测分会会刊;

1980 年南昌航空工业学院首创开办无损检测本科专业(1982年招收第一届)，随后开办了无损检测干部专科(1987年招收第一届)、函授大专(1987年招收第一届)、专业证书班(1989 年招收第一届);

1981 年首届射线检测 II 级人员培训与资格鉴定班在南昌航空工业学院举办;

1982 年首届超声检测 II 级人员培训与资格鉴定班在北京重型电机厂举办;

1985 年昆明师范专科首创开办无损检测成人大专(2 年制，只办了一届)……

20 世纪 80-90 年代可以说是我国无损检测技术专著出版的巅峰时期……

　　【注：我国无损检测技术发展史料可参见中国机械工程学会无损检测分会编辑的《中国无损检测年鉴》以及《无损检测》杂志 2011 年 Vol.33 增刊“中国的无损探伤始于何时、何地、何人?(作者：仲维畅)”。】

　　中华人民共和国成立后的无损检测技术发展大体上可以分为四个阶段：

第一阶段：20 世纪 50 年代，中华人民共和国成立后的起步阶段，主要在军工领域(特别是航空工业系统)以及和军工相关的重工业领域和科研机构开始 X 射线、磁粉、渗透、超声等常规无损检测技术的应用;

第二阶段：20 世纪 60 年代，我国无损检测技术在机械工业领域开始推广应用，国产无损检测设备与器材陆续研制成功并投入应用，除了常规无损检测技术的应用外，也开始了新型无损检测技术的研究与应用;

　第三阶段：20 世纪 70 年代，无损检测技术在我国工业领域开始普遍应用，从事无损检测技术工作的人员快速增加;

第四阶段：20 世纪 80 年代以后，随着中国大陆经济改革开放形势不断深入发展，特别是中国加入 WTO 以后，与国际接轨越来越紧密，中国大陆的无损检测技术进入了全盛发展时期，80 年代末期中国无损检测学会加入了国际无损检测委员会，中国在国际无损检测界的地位、知名度越来越高，在世界上扮演越来越重要的角色。

　　我国无损检测人员的培训考核已经形成了比较规范的系统模式，我国在电磁、涡流检测方面的技术水平已经达到了一个较高的阶段，有些方面可以说已经达到了世界先进水平，在超声、射线、磁粉、渗透等检测领域与世界先进国家的差距也已经大大缩小，在无损检测基本理论研究、无损检测设备的研制和生产在不少方面也都接近和达到世界先进水平，成为公认的 NDT 大国，并且正在向 NDT 强国发展。