无人机空中检查-无损检测 (NDT)：类型和技术

无论您从事汽车行业还是石油行业，您可能都听说过无损检测。它要么是产品开发的一部分，用于提高新零件的质量，要么是监管要求。

本指南解释了何时使用无损检测、定期检查哪些资产以及不同材料的最 佳检测方法。

什么是无损检测（NDT）？

无损检测 (NDT) 是指保持被检测材料、部件和资产完整性的质量保证和材料检验技术。

工业资产（例如储油罐、风力涡轮机上的防雷系统、管道和支撑塔）需要定期检查，以进行维护和监管。无损检测可识别结构中的缺陷、瑕疵、不规则或磨损，以确保安全性和坚固性

无损检测是在不损坏资产的情况下获取资产高保真材料特性的唯 一方法。

最常见的无损检测方法是使用声波、声脉冲或伽马射线进行深入的材料评估。通过结合不同的方法，无损检测技术人员可以检测物体上肉眼看不见的最小裂纹、空隙或焊缝不连续性。

可以使用 NDT 检测的材料类型：

l金属

l合金

l塑料

l陶瓷

l复合材料

l具体的

l涂料

l木头

l玻璃

l玻璃纤维

l橡皮

l电子元件

l焊接件

l管道

l铸件

l锻件

无损检测的重要性

NDT 有两个主要目的：质量控制和资产维护。

航空航天和汽车公司在开发新产品部件时，容错空间很小。飞机发动机涡轮叶片必须在极端温度和压力下运行，同时保持最 佳速度。质量保证工程师使用超声波检测 (UT) 或射线检测 (RT) 等无损检测技术来检查叶片在碰撞测试后是否存在材料不一致或裂纹，以确保耐用性。无损检测允许在不干扰产品最终用途的情况下进行检查，从而平衡质量控制和成本效益。

定期进行无损检测评估是许多行业的合规要求。石油钻井平台、发电厂和化工厂的运营商必须遵守安全标准，确保资产不会泄漏、变形或退化到危险的程度。

磁粉检测用于检测铸件、锻件和金属部件的表面冷切或收缩裂纹。涡流检测是检测管道、锅炉和储罐中腐蚀或材料损失的早期迹象的好方法。

及早发现问题可防止代价高昂的泄漏、变形和突发设备故障。财富全球 500 强制造业和工业公司每年因非计划停机而损失超过 1.5 万亿美元。定期进行无损检测有助于避免操作故障、节省维修费用并延长资产使用寿命。

依赖 NDT 进行资产评估和检查的行业：

· 航空航天

· 汽车

· 石油和天然气

· 制造业

· 发电

· 基础设施

· 电信

· 矿业

· 化学品

· 建造

· 铁路和交通

· 海洋与造船

破坏性检测与非破坏性检测：关键区别

破坏性测试和非破坏性测试使用不同的原理来衡量材料的耐久性。非破坏性测试旨在保持材料完整性，而破坏性测试 (DT) 则施加不同的压力（例如高温、极端负载），直到资产变形或损坏。

破坏性测试有助于确定材料或部件的故障点，而无损检测测试则提供有关资产状况、质量和可靠性的数据。

何时需要进行无损检测 (NDT)？

NDT 检测频率因所使用的资产而异，由监管机构和认证组织（如SAFed、IoP或ASNT ）确定。

在英国，起重设备（例如高空作业平台）及其用于起重人员的相关配件必须每六个月检查一次，其他起重设备（例如起重机）必须每十二个月检查一次。美国石油学会标准（API 653 ）规定，必须至少每 5 年对储罐进行一次内部和外部检查。

即使不直接需要进行无损检测，定期进行测试也比更换设备更具成本效益。尽管大多数风力涡轮机都配有防雷击 (LPS) 系统，但雷击损坏每年给运营商造成超过 1 亿美元的损失，占叶片损失的 60%。这会导致额外的停机时间、维护费用和更高的保险成本。使用无人机进行定期 LPS 测试可以最 大限度地减少这些损失——这是一种经济高效的方法，只需 20 分钟，而使用绳索则需要 6 个小时。

资产所有者根据其资产的风险水平和行业标准制定无损检测计划，以防止计划外停机。

主要 NDT 方法：概述

NDT 使用各种分析技术来评估材料、零件、组件和大型结构。

主要的无损检测方法有：

· 视觉测试（VT）

· 磁粉检测（MT）

· 漏磁检测（MFL）

· 液体渗透检测 (PT)

· 超声波检测（UT）

· 射线检测（RT）

· 涡流检测

· 声发射测试

· 探地雷达 (GPR)

· 导波检测

· 热/红外测试（IR）

· 微波测试（MW）

· 激光测试（LM）

§ 泄漏测试 (LT)

l视觉测试（VT）

视觉检测 (VT)涉及观察测试对象的表面是否存在不连续性或损坏。远程视觉检测可有效识别腐蚀、物理损坏、部件错位和裂纹，尤其是在难以触及的区域。

NDT 技术人员使用视觉测试作为评估可见损坏的独立方法，例如石油管道焊接不良或储罐裂缝。借助 Voliro 无人机，技术人员可以在一天内使用 UT 和 EMAT 载荷检查 8-10 个储罐（内部或外部）是否有磨损迹象。

目视检测是超声波和射线检测的第 一步。它可定位感兴趣的区域并确保表面没有可能干扰检测的污染物、涂层或障碍物。

目视检查是液体渗透剂和磁粉检测的第二步。它确认渗透剂或磁粉的正确使用，并捕捉缺陷迹象。

适用于初步资产检查和测试场地准备的最 佳 NDT 方法。

l磁粉检测（MT）

磁粉检测 (MT) 可检测金属表面或金属下方的瑕疵或缺陷。技术人员使用永磁体、电线圈或手持电极棒产生磁场。

当磁场施加到金属上时，缺陷会破坏磁场，导致磁力线泄漏。这些线会吸引微小的金属颗粒，形成可见的标记，显示缺陷的位置。彩色磁性粒子粘附在金属上，肉眼或紫外线下可见。

磁粉检测是检测金属结构焊接和发电设备（如风力涡轮机、发电机、锅炉和结构钢部件）裂纹的首 选方法。

最适合于易于获取的铁磁资产的无损检测方法。

l漏磁检测 (MFL)

磁通量泄漏测试还利用磁场变化来检测金属部件的腐蚀或其他损坏迹象。这就像使用磁铁来寻找口袋中隐藏的金属物体。如果金属管道出现问题，例如出现孔洞或变薄，磁场就会泄漏，传感器可以检测到它。

与磁粉检测不同，MFL 不使用有色粒子来检测表面损坏。相反，它使用来自各种传感器（霍尔效应、磁通门和线圈传感器）的数据来检测表明存在缺陷的磁场的最小变化。

大多数数据都是由专用设备上的传感器收集的，因此 MFL 用于测试储罐、管道等大型结构。检查无人机允许近距离接触测试件，从而简化了检查过程。

大型铁磁资产和结构的最 佳无损检测方法。

l液体渗透检测 (PT)

液体渗透检测 (PT) 是另一种发现金属结构表面缺陷的方法。检查员将高流动性液体渗透剂涂抹在结构上。该物质渗入裂缝中。技术人员将显影剂涂抹在表面，使被困的渗透剂着色，从而暴露缺陷。

不锈钢、铝或非铁合金等非铁磁性材料可以用渗透检测法进行检测。这种检测方法也更适用于形状不规则的结构部件（例如具有多个曲线或弯角的管道）。

针对具有复杂几何形状的非铁磁资产的最 佳 NDT 测试方法。

l超声波检测 (UT)

超声波检测 (UT ) 利用高频声波进行资产检查。声波的不规则性会导致部分声音反弹，从而提醒检查员可能存在缺陷。这就像使用声纳鱼探仪定位鱼群，但您是在寻找瑕疵。

UT 中使用不同的声波。有些声波的振动方向与声音相同（压缩波），而有些声波的振动方向与声音垂直（剪切波）。

压缩波有助于检测：

· 平行表面裂纹或断裂

· 材料中的空隙或孔隙

剪切波有助于检测：

· 层压和分层（材料内的层分离）

· 测试资产中嵌入的杂质或异物

超声波检测可以检测结构、管道、压力容器和储罐中的焊接问题以及管道系统的问题（例如腐蚀、侵蚀、壁厚变化）。它是压力容器和储罐的常用无损检测方法，用于检测壁变薄、点蚀或应力腐蚀开裂的早期迹象。

技术人员通常使用各种超声波传感器和探头来检查资产。这些设备可以手持或连接到无人机上，以到达狭窄的空腔或高处。与派遣人员登上高架结构相比，UT 检查无人机是一种更安全的替代方案，可降低风险。

Voliro 开发了两种超声波传感器有效载荷，可在高达 260°C (500 °F) 的温度下进行实时扫描，从而节省大量数据收集时间和精力。Voliro 无人机拥有高灵活性，可以在烟囱、储罐或烟囱等复杂环境中进行彻底检查。超声波检查可以在一天内完成，无需停机。了解有关 Voliro 检查无人机的更多信息。

l导波（GW）检测

导波检测是另一种使用超声波识别缺陷的无损评估技术。由于地波检测不需要直接接触，因此通常用于检测管道等大型物体的表面异常。

检查员将传感器环或激励线圈放置在管道外部，并沿其侧面发射超声波。超声波会从管道内外表面上的任何不规则之处（如腐蚀）反射回来。

导波检测的优点是无需去除任何涂层或绝缘层即可检查管道。缺点是导波检测结果的分辨率较低，因此更难检测到较小的缺陷或确定其精 确的尺寸、形状或位置。

大型管道和管材的最 佳无损检测方法。

l射线检测 (RT)

射线检测 (RT) 使用辐射线（又称 X 射线）检查致密材料。伽马射线穿过测试物体，使另一侧的胶片或数字探测器曝光。较暗的区域表示较多辐射穿过的区域，表示存在间隙或裂缝。

工业射线照相术使用两种放射性同位素：

· 铱-192（Ir-192）用于检查厚度达 7 厘米（3 英寸）的物体。

· 钴-60（Co-60）用于检查较厚的物体。

由于我们谈论的是伽马射线，检查员必须遵守特殊的安全协议，并始终使用适当的个人防护设备 (PPE) 以尽量减少暴露。因此工业射线照相术相当费力且昂贵。

l涡流检测

涡流检测是一种电磁检测方法，用于检测导电材料，如某些金属、合金以及金属表面的导电涂料或镀层。与 MPT 和 LT 不同，涡流检测不需要表面与检测设备直接接触。

在检测过程中，检测人员将交流电施加到材料上以产生磁场，从而在材料内部产生涡流。材料中的瑕疵或缺陷会改变电流的模式。检测和分析这种变化有助于检测人员高精度地识别瑕疵。

涡流检测是一种经济高效且可靠的技术，用于电力电缆、热交换器盘管、冷凝器管、非热原合金和碳纤维复合材料的质量保证和安全检查。

对导电材料进行非接触检查的最 佳 NDT 测试方法。

l探地雷达 (GPR)

探地雷达 (GPR) 的工作原理是向地下发射电磁脉冲，然后监听其反射回来的回声。这种信号可以生成地下图像，类似于超声波生成人体内部图像的方式。

当信号碰到地下某物（如管道或岩石）时，它会以不同的方式反弹，而 GPR 可以检测到这些差异。借助 GPR，资产所有者可以检测地下管道、电缆和地面变化，例如土壤是湿的还是干的。GPR 无法扫描金属（即金属管道内的峰值）——它只能指示其位置。

GPR 可用于寻找混凝土中埋藏的设施或隐藏结构。因此，这种测试方法经常用于土木工程和建筑。

探测地下物体或障碍物的最 佳无损检测方法。

l声发射测试 (AE)

声发射测试 (AE)可捕获受力材料或结构的机械振动。技术人员将传感器（例如压电传感器）或换能器（例如应变计）连接到测试对象的表面，以将应力波转换为电信号。然后，他们对结构施加突然的力、温度变化或压力，并分析产生的振动。

AE 测试可检测由应力波引起的表面变化（裂缝、变形等），从而发现隐藏的问题或弱点。它非常适合关键资产的质量保证，例如支撑结构、塔楼、桥梁和单个系统组件（泵、压缩机、轴承）。

结构承重部件、压力容器和储罐的最 佳无损检测方法。

l热/红外测试 (IR)

热测试（也称为红外热成像）测量测试物体的表观表面温度，以检查其热导率。电机中过热的金属部件会变形，从而导致性能问题。配电盘中绝缘不良的电线会导致短路。热测试有助于检测这些问题。

红外热成像主要用于识别建筑物的能量损失。尽管制造公司也使用热扫描来定位聚合物、塑料、陶瓷和半导体中的裂缝或分层。红外测试有助于定位高热应力、疲劳或降解区域，这些区域可能会改变材料的完整性。

检测能量损失和热致变形的最 佳 NDT 测试方法。

l微波测试

微波测试 (MW) 使用微波频率范围内的电磁波来扫描不规则性。通过分析反射波信号，团队可以识别裂缝、空隙或不一致等异常情况。

微波 (MW) 检测由于其有效性，在检测塑料和复合材料方面越来越受欢迎，尤其是对于像玻璃纤维增强聚合物 (GFRP)这样的复杂复合材料。

这种无损检测技术的非接触特性使得在高温或低温以及复杂的静电环境（例如直流偏置场、电离辐射等）下对复合材料进行准确、可靠且可重复的 MNDT 读数成为可能。缺点是，微波测试对金属或其他导电材料效果不佳。提供准确的结果需要大量设置，从而导致更高的测试成本。

检测塑料和复合材料的最 佳无损检测方法。

l激光测试

激光测试使用氦氖、二极管、Nd:YAG 和准分子激光器来检测表面问题。检测员首先对材料施加压力（例如弯曲）。然后使用激光创建表面变化的图像。

两种主要的检测技术是全息照相术和剪切照相术。它们的工作原理如下：

· 全息术使用激光来创建材料表面和表面下层的详细图像。当材料受到压力时，缺陷会导致表面发生微小变化，这些变化可以在全息图像中看到。然而，测试对象的环境振动会降低这些结果

· 剪切干涉技术使用激光来检测由应力引起的表面变化。当材料受力时，缺陷会在剪切干涉图像中产生可见的微小表面变形。由于其对环境振动的敏感度较低，因此更适合检查较大的物体，例如轨道车或飞机部件。

这两种方法都是非接触式的，速度很快，而且无需紧密贴合材料形状即可检测出各种缺陷。然而，测试设置过程相当费力。

航空航天部件、半导体芯片和电子组件的最 佳 NDT 测试方法。泄漏检测泄漏测试使用非破坏性测试方法来查找密封或加压系统（如气罐、制冷系统或化学容器）完整性的漏洞。这些测试可确保资产的完整性、安全性和法规遵从性。

最常见的四种泄漏测试方法是：

· 气泡泄漏测试监测加压系统中气体（通常是空气）泄漏的视觉迹象。

· 压力变化测试监测压力条件下测试对象的压力或真空损失。

· 卤素二极管测试将卤素基示踪气体注入系统并使用二极管传感器检测密封系统中的泄漏。

· 质谱仪测试将氦气或氦气/空气混合物注入系统，然后使用质谱仪设备检测气体泄漏。在某些情况下，检查员可能会建议使用染料渗透或声发射测试等替代技术来获得更精 确的结果。

集装箱资产的最 佳无损检测方法。

无损检测：法规和国际标准

必须根据监管机构的具体标准定期进行无损检测。

NDT检测的主要监管标准包括：

· ANSI/ASNT CP-105

· 建议做法编号 SNT-TC-1A

· ISO 9712

· EN 473

上述标准为无损检测人员的资格、认证和表现，以及不同无损检测技术的正确使用和结果解释提供了指导。

此外，每个行业都必须满足各自监管机构规定的定期资产管理合规要求。以下是与资产维护相关的主要监管机构和标准的简要概述。