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徐濱士院士論文摘錄回顧：再制造涂層無損檢測技術研究進展
再制造技術,，主要是指應用*表面工程技術（如高速電弧噴涂、納米電刷鍍,、微弧等離子熔覆,、超音速等離子噴涂等），在廢舊零件的損傷表面制備一層耐磨,、耐蝕,、耐疲勞的涂層,，以恢復其超差的尺寸并提升其使用性能，使得再制造零件能夠繼續(xù)服役,。
對于再制造零件進行壽命預測和質量控制,，是再制造過程中一個非常重要的環(huán)節(jié)，因為這直接關系到再制造零件的可靠性是否能夠達到新品的標準,。
再制造零件的表面涂層性能對其質量起決定性作用,。再制造涂層的主要失效形式為疲勞破壞，而涂層形成過程中產生的應力集中,、微孔隙,、微裂紋以及氧化夾雜等是疲勞裂紋萌生的源頭。因此,，應用無損檢測技術對再制造涂層中的缺陷進行檢測和監(jiān)控,，可以為再制造零件的壽命預測和質量控制提供重要依據(jù)和指導。
常用的無損檢測技術包括射線法,、超聲法,、渦流法、磁記憶,、聲發(fā)射法,、紅外檢測等。將這些無損檢測技術應用到再制造涂層缺陷的檢測中去,，指示再制造涂層中是否存在缺陷，并對缺陷進行定性,、定位和定量,，這對再制造零件的壽命預測和質量控制具有重大的意義。
射線檢測技術
射線檢測的優(yōu)勢在于適用對象廣,，對金屬,、非金屬、復合材料均可檢測,，可以得到缺陷的影像,，直觀且便于定性和定量分析缺陷的種類、大小和分布狀況,。
常用的射線檢測方法包括膠片照相法,、電離檢測法、熒光屏直接觀察法,、電視觀察法以及后面發(fā)展起來的工業(yè)射線CT技術等,，這些方法在壓力容器壁和焊接件焊縫部位裂紋等缺陷的檢測中已經(jīng)得到比較普遍的應用。
徐維普通過研究對接焊縫的射線檢測照片,，分析并建立了焊縫中常見的線型缺陷（夾渣,、未焊透,、焊瘤、內凹,、上下咬邊和溢流等）與射線檢測得到的線條圖像的對應關系,。
鋼鐵等采用實時成像射線檢測系統(tǒng)，對復雜結構鈦合金激光焊件進行了檢測,，得到了含有微小缺陷的激光焊件射線圖像,，并對焊縫中氣孔缺陷的位置和分布進行了研究，推導出了氣孔缺陷埋藏深度的計算公式,。
許多研究者也開展了將射線檢測技術運用到涂層（薄膜）缺陷檢測中的研究,。K. Banerjee等利用X射線掃描的方法檢測典型航空結構件的多層膜內亞表層的隱藏裂紋，在 K. Banerjee所建立的模型中,，裂紋區(qū)域的平均密度和交互作用系數(shù)均比未受影響的塊體材料小,，研究表明，設計適當?shù)腦射線背散射掃描器可以檢測出延基層擴展的長度大于1 cm的隱藏裂紋,。
E. Hollmann等的研究證明了精確的X射線衍射分析能夠有效地檢測出復合氧化外延薄膜的缺陷和密度分布情況,，并將此方法應用于檢測YBa2Cu3O7-δ薄膜的缺陷。
可見,，射線檢測技術可以用于檢測再制造涂層近表面的隱藏缺陷,。但是，由于射線法難于檢測與射線方向垂直的平面缺陷,，在用于檢測再制造涂層中的缺陷時需要考慮這些缺點的影響,，此外對于射線輻射的防護也是一個不容忽視的問題。
超聲檢測技術
超聲波檢測方法按檢測原理不同，主要分為脈沖反射法、穿透法和共振法等,，而其中的脈沖反射法根據(jù)判斷缺陷情況的回波性質的不同，又包括缺陷回波法,、底面回波高度和底面多次回波法。
目前,，超聲檢測技術在焊縫缺陷等工業(yè)檢測方面已經(jīng)得到比較成熟的應用,，國內外許多工作者在該領域進行了大量的研究。
盛朝陽等開發(fā)了TOFD（時間渡越衍射法）缺陷檢測及定位系統(tǒng)對焊接中裂紋類缺陷進行定位,、定量檢測,，應用該系統(tǒng)對模擬試件進行了檢測，獲得的D,、B掃描圖像清晰,、直觀、易分辨、噪聲低,，能迅速確定缺陷位置,，可以為實際焊縫質量評價提供可靠的參考數(shù)據(jù)。
郭立偉等研究了超聲波自動檢測過程中影響C掃描圖像成像質量的各種參數(shù),，并對模擬試件進行了超聲水浸檢測,，獲得焊縫中的模擬缺陷圖像，通過與X射線照相圖片對比,，發(fā)現(xiàn)應用超聲法可以檢測出表面粗糙度較小的T型鈦合金激光焊縫表面以下1.0~2.5 mm深處,、直徑>0.3 mm的缺陷。
湯桂榮等研究了應用超聲波檢測技術對鋁合金材質封閉母線焊縫的缺陷進行檢測和定位,，檢測實例表明,，超聲法對缺陷的定位準確，定位誤差<2%,。
相關的研究表明,，采用合適的檢測方式（如表面波），超聲檢測技術可望在再制造涂層表面和近表面的微裂紋,、微孔隙,、氧化夾雜等微缺陷和疲勞裂紋等的檢測中得到更為深入的應用。
渦流檢測技術
渦流檢測對導電材料表面和近表面缺陷的檢測靈敏度較高,，相對超聲檢測來說具有不需耦合劑的優(yōu)點,，適用于檢測合金和其他導電涂層的表面和近表面的疲勞裂紋等缺陷。
Noritaka Yusa等研究了渦流反演技術是否適用于粗糙表面的鉻鎳鐵合金焊縫的缺陷尺寸定位,，使用6種不同的渦流探頭進行渦流檢測,，并評價了6個探頭的效率。結果顯示,，如果使用合適的探頭,，即使焊件的表面粗糙，在渦流檢測過程中鉻鎳鐵合金焊縫也不會引起大的噪聲,，可以得到理想的檢測結果。
張斌強等利用寬頻語脈沖渦流檢測技術對硬鋁材料標準試件不同深度的表面缺陷進行了檢側,，分析了差分信號的特征值與缺陷深度之間的關系,，試驗表明峰值與缺陷的深度呈線性關系，且采用一階微分信號分析可提高脈沖渦流檢測系統(tǒng)的線性度,。
徐宋娟等采用外穿過式線圈對刻有人工缺陷的不銹鋼異型管件和普通管件進行了渦流檢測試驗,，通過渦流阻抗平面圖分析和數(shù)據(jù)整理，發(fā)現(xiàn)外穿過式線圈在最佳檢測頻率時可以檢測出異型不銹鋼管件表面深0.20 mm的周向槽模擬的缺陷,。
張思全等采用一種小波分析方法對采集核電站熱交換管道,、壓力容器等關鍵設備結構的應力腐蝕裂紋渦流檢測信號進行了預處理，減少了噪聲及非缺陷信號，并提取了缺陷信號特征,，然后采用神經(jīng)網(wǎng)絡方法對裂紋形狀進行了重構,。
應用渦流檢測技術時，還要注意它的一些局限性：只能檢測導電材料,；信號不夠直觀,；只能給出有無缺陷的結論，難于進一步對缺陷進行定性,、定位和定量,。
磁記憶檢測技術
金屬磁記憶檢測技術對零件表面和深達幾十毫米的缺陷均可檢測，檢測速度快,，在壓力容器,、電站、管道和航空等領域已展開了缺陷檢測的應用,。
董麗虹等對于金屬磁記憶技術在鐵磁材料的應力集中,、缺陷和殘余應力方面的檢測進行了大量的研究，分析磁記憶信號對不同應力集中程度,、疲勞裂紋及殘余應力的反映,，發(fā)現(xiàn)金屬磁記憶技術適宜表征鐵磁材料存在磁導率急劇變化的位置；對于應用磁記憶信號表征殘余應力還有進一步的深入研究,。
應用金屬磁記憶技術對鐵磁性構件中疲勞裂紋的擴展進行了檢測,，對中心裂紋平板試件進行拉-拉疲勞試驗，而后在不同疲勞周次的試件表面測試了Hp(y)等磁記憶相關參數(shù),，結果表明：金屬磁記憶技術對于監(jiān)測鐵磁材料的疲勞裂紋擴展簡單可行,。
朱有利等針對高壓五裝甲鋼板裂紋利用金屬磁記憶方法進行了檢測，采用預制裂紋-疲勞試驗-金屬磁記憶檢測-信號比較分析的標定方法,，對不同預制裂紋深度,、不同疲勞載荷幅、不同載荷循環(huán)周次的試樣進行了研究,。結果表明：漏磁場法向分量的變化率與裂紋深度成正比,；載荷幅越大，載荷循環(huán)周次越多,，漏磁場法向分量的變化率越大,。
由于金屬磁記憶檢測技術不僅可以檢測鐵磁材料的疲勞裂紋等成形缺陷，對于應力集中這種缺陷的萌生和高發(fā)區(qū)域也可以進行表征和定位,?？梢姡瑢τ谠僦圃焱繉訌膽械狡诹鸭y的萌生和擴展再到疲勞破壞的這一過程的各個階段,，磁記憶技術均能進行檢測,。所以,，磁記憶檢測技術在再制造零件的缺陷檢測和質量控制方面應用前景廣闊。但是,，磁記憶的微觀機理至今也沒有一個統(tǒng)一清晰的理論,，檢測的定量化和標準化也需要進行大量的工作來完善。
聲發(fā)射檢測技術
從20世紀50年代初興起至今的幾十年來,，聲發(fā)射技術廣泛應用于監(jiān)測和評價重要設備（如壓力容器,、核反應堆等）的服役安全性以及焊接過程的質量監(jiān)控和焊縫的缺陷檢測等工業(yè)領域。
大量的研究表明,，材料斷裂包含的裂紋成核,、裂紋擴展和最終斷裂三個階段都是強烈的聲發(fā)射源，多余的能量全部以彈性應力波的形式釋放出來,，對于裂紋形成也有諸如位錯塞積理論,、位錯反應理論和位錯銷毀理論等解釋，這些研究為聲發(fā)射用于監(jiān)測再制造涂層內部疲勞裂紋的萌生和擴展過程提供了理論基礎,。
Y.C. Zhou等采用聲發(fā)射研究熱障涂層系統(tǒng)破壞的演變過程,，微觀觀察和聲發(fā)射檢測均顯示疲勞裂紋分為兩種形式：表面裂紋和界面分層。
L. Fu等結合聲發(fā)射的熱震試驗考查等離子噴涂梯度熱障涂層的斷裂行為,，采集了梯度涂層熱循環(huán)中驟冷階段的聲發(fā)射信號,，分析認為較高數(shù)值范圍的聲發(fā)射能量數(shù)值和積累數(shù)值與宏觀裂紋的形成和擴展有關，而微裂紋和相變只會增大較低數(shù)值范圍的聲發(fā)射信號,。
Fujun Wang等利用聲發(fā)射技術對五種不同粉末材料激光熔覆過程中產生的裂紋進行了在線測試,，并通過有限元分析計算出裂紋萌生和擴展的溫度區(qū)間。
Thomas Ganne等利用聲發(fā)射技術分析了磁控濺射鎢涂層在拉伸和四點彎曲試驗中的斷裂機理,。
Min–Rae Lee等使用聲發(fā)射技術研究了Nb3Sn基復合超導電薄膜在室溫下的顯微變性行為和斷裂機理,。使用聲發(fā)射的振幅、持續(xù)時間,、振鈴數(shù)等參數(shù)分析了Nb3Sn基復合超導電薄膜拉伸行為中有代表性的變形參數(shù)如彈性,、屈服和裂紋等。結果表明,，聲發(fā)射技術在評估Nb3Sn基復合超導電薄膜的變形行為中非常有效,。
紅外檢測技術
紅外檢測有結果形象直觀、便于保存,；檢測效率高,；適用的材料范圍廣；靈敏度較高,；操作安全等優(yōu)點。
該領域研究人員已經(jīng)開展了應用紅外熱成像技術檢測復合材料,、焊件缺陷以及涂層涂覆質量等方面的研究,。
Manyong Choi等利用紅外熱成像技術通過檢測鋼盤缺陷區(qū)域和完好區(qū)域的溫度差異，定量測定了鋼盤亞表面缺陷的大小和位置，并且測定結果與實際情況對應良好,。
陳大鵬等利用超聲紅外熱像技術對激光焊接試件進行了檢測,，所得試驗結果可用以分析激光功率和焊接速度對焊接質量的影響。
薛書文等在考慮缺陷大小對紅外熱成像深度計算影響的基礎上,，通過對峰值時間與材料熱特性參數(shù),、缺陷深度以及缺陷大小進行擬合，得到了一個新的紅外無損檢測的計算缺陷深度的公式,，并通過實驗驗證了其可行性,。
再制造涂層中的疲勞裂紋，氧化夾雜等多屬于熱隔性缺陷,，通過檢測涂層熱導率異常位置可以指示出涂層表面和近表面的缺陷,，但是紅外檢測對表面缺陷敏感，對較深入的內部缺陷不易檢出,，并且具有難于檢測低發(fā)射率材料和導熱快的材料的涂層以及檢測費用很高等缺點,。
-結束語-
近年來，各種無損檢測技術在廣大科研工作者的辛勤工作下得到了迅猛的發(fā)展,，技術不斷成熟,，應用范圍日益擴大，在確保設備安全,，控制產品質量和提高工業(yè)科技生產水平等方面起了重要的作用,。