前言

在現(xiàn)代工業(yè)領域，檢測技術的發(fā)展對于推動科學研究進步以及保障工業(yè)產品質量具有重大意義。無損檢測（NDT），如圖 1～3，是一種不損害或不影響被檢測對象使用性能的先進檢測技術，采用射線、超聲、紅外、電磁等原理技術并結合儀器對材料、零件、設備進行缺陷、化學、物理參數(shù)檢測的技術。

無損檢測技術在航空航天、機械制造、石油化工、電力、鐵路等眾多領域都有著廣泛的應用。在工業(yè)生產過程中，無損檢測技術發(fā)揮著至關重要的作用，如實時檢測缺陷以調整工藝參數(shù)、評估產品性能，確保符合產品設計和依據(jù)檢測數(shù)據(jù)以優(yōu)化生產工藝。

隨著科技的不斷進步，無損檢測技術正朝著更精準、更高效、更智能化的方向持續(xù)發(fā)展，為現(xiàn)代工業(yè)高質量發(fā)展提供更有力的保障。

1、無損檢測在鈦合金成形加工中的應用

1.1 鑄造領域

機械制造中鑄造工藝應用廣泛，鑄造企業(yè)采用的鑄件檢測方法一般為 X 射線無損檢測技術，但是該檢測方法自動化程度不高，檢測效率低，如圖 4 所示。為了使檢測智能高效，研究者針對 X 射線的無損鑄造缺陷檢測技術做出了更新，采用機器視覺目標檢測。機器視覺目標檢測分為兩類，分別是單階段和兩階段目標檢測，單階段目標檢測算法體積小、檢測速度快，但是對于鑄件缺陷的檢測不夠高，雙階段檢測算法檢測速度稍慢，但是檢測精度高。

Xiaoyuan J[1]等人提出了一種新的人工智能方法，能夠從 X 射線圖像中檢測和識別航天鈦鑄件缺陷。針對計算機識別技術難以從圖像中判別出缺陷，李沁陽[2]等人提出了基于三維模型和二維射線探傷圖像的鑄件缺陷檢測技術。建立了類 X 射線照射探傷圖像模型，通過模擬射線穿透鑄件STL 模型的過程，提取出射線穿透模型的信息，輸出類平行光源 X 射線照射的仿真射線探傷圖像。

通過有缺陷和無缺陷圖像灰度值相減，結果提取缺陷輪廓，進行邊緣檢測，最終進行缺陷標定。該方法可從圖片中有效識別出缺陷，并準確標定位置。

1.2 鍛造領域

在機械制造領域，鍛造件廣泛應用于關鍵零部件的生產。如在礦山裝備中的大型破碎機、磨機等關鍵零部件、風電主軸、汽輪機的轉子、葉片等也是鍛造而成。大型鍛件尺寸及質量大、工藝過程復雜，內部可能存在裂紋、夾雜、疊層等缺陷，這些難以用常規(guī)方法檢測，常采用超聲無損檢測對大型鍛件進行質量檢測，如圖 5。

Dupont- Marillia F[3]等人研究了超聲相控陣檢測，在各個方向上適用于尺寸高達 1000 mm 的鍛鋼塊檢測的可能性，達到優(yōu)化探頭和超聲波發(fā)射序列的目標。使用 CIVA 軟件優(yōu)化相控陣探頭陣元數(shù)量和寬度，制造 32 陣元換能器，并用全矩陣采集、平面波和哈達瑪發(fā)射序列進行測試。研究結果表明平面波和哈達瑪序列因陣元同時發(fā)射能提高信噪比，但大尺寸鋼塊中平面波水平分辨率受限，哈達瑪序列在缺陷反射幅度、信噪比和分辨率方面表現(xiàn)最佳。

1.3 焊接領域

焊接接頭是眾多工業(yè)產品的關鍵制造部位。在焊接過程中，接頭處會經歷從高溫融化到凝固的過程，在該過程中，容易出現(xiàn)各種缺陷。各種缺陷會直接影響壓力容器的使用和壽命。為評估其結構完整性，工業(yè)上常采用無損檢測方式對接頭處進行檢測，如圖 6。射線照相、超聲波、磁粉、液體滲透和目視檢查測試是用于檢測焊接接頭的常見無損檢測技術。

Mirjana O[4]等人對壓力容器關鍵區(qū)域——焊接接頭的缺陷影響容器完整性問題進行了評估與分析。傳統(tǒng)的無損檢測方法，如 UT 和射線照相，基于檢測到的焊接接頭中不可接受的缺陷，為結構完整性評估提供有價值的數(shù)據(jù)。但傳統(tǒng) UT 發(fā)現(xiàn)的不可接受的缺陷很少，數(shù)據(jù)結構不完整，因此需要使用先進的 NDT UT 方法，如相控陣超聲檢測（PAUT），以更精確地評估缺陷的位置和尺寸。通過先進的 NDT 方法，可以更可靠地評估失效風險。

J.R. D[5]等人對低碳鋼焊接接頭的無損檢測技術進行分析研究。采用三種不同類型的焊接，如氣體保護金屬極電弧焊（GMAW），氣體保護鎢極電弧焊（GTAW）和激光束焊接（LBW）在低碳鋼上進行。在焊接過程中會出現(xiàn)焊接缺陷，采用目視檢查、液體滲透試驗、射線照相檢測、磁粉和超聲波等五種無損檢測技術來識別焊接板中的各種缺陷。實驗結果表明，三種焊接方式（GTAW、GMAW和 LBW） 的焊接板，LBW 激光束焊接板是高度可接受的。在各種無損檢測方法中，用于檢查GTAW，GMA W 和 LBW 焊接板，射線照相測試效果較好。

2、無損檢測在鈦合金增材制造中的應用

增材制造（AM）技術已得到廣泛應用，在制造過程中，不可避免地會產生諸如氣孔、夾雜物、未熔合以及分層等缺陷。這些缺陷的存在，不僅嚴重危及產品的質量和安全性能，而且極大地限制了增材制造技術的推廣與應用。因此，針對增材制造產品的無損檢測技術在研究領域受到了極大關注。

在逐層增材制造零件的過程中，確保結構完整性關鍵在于實現(xiàn)有效的在線監(jiān)測。由于零件表面粗糙、溫度高，常規(guī)的無損檢測方法難以進行檢測。Chen S[6]等人將激光超聲技術作為一種非接觸式無損檢測方法，應用于 316L 不銹鋼高溫激光熔化試件的缺陷檢測，利用有限元方法研究了瑞利波在不同激發(fā)位置和不同激發(fā)溫度下的相位演化現(xiàn)象。實驗結果表明，對于不同激發(fā)位置，激光照射在缺陷上產生的瑞利波振幅大于在缺陷周圍小區(qū)域上的振幅，并且根據(jù)瑞利波的異常演變，在高溫下使用 B 掃描可以有效地檢測缺陷；對于固定激發(fā)位置，瑞利波的振幅和速度在 100～500 ℃時逐漸降低，這將為增材制造部件的在線監(jiān)測和評估提供科學依據(jù)。

Xi H [7] 等人以激光金屬沉積 LMD 工藝、AlSi10Mg材料制造的零部件為研究對象，對激光超聲在增材制造零部件內部的傳播情況進行了對比和分析。采用有限元模擬與實驗分析結合的方式，研究增材制造零部件內部缺陷的橫波反射信號特征，并提出了一種基于激光超聲（LU）檢測系統(tǒng)的缺陷量化方法。研究結果表明，該方法能夠檢測出增材制造零部件內部亞毫米級別的內部缺陷，提取缺陷的橫波反射信號，可實現(xiàn)對增材制造零部件內部缺陷位置及深度的定量評估。

在金屬增材制造中，為保證產品質量需要在制造過程中完成檢測，如圖 7 是用于電弧增材制造熔敷道尺寸在線檢測。Rastislav Z[8]等人研究了一個多機器人單元，其中采用絲材 + 電弧增材制造工藝構建部件，并使用新的在線超聲和渦流檢測方法。研究成果表明，將制造和無損檢測結合，可顯著提高金屬增材制造的整體效益。

結論與展望

無損檢測（NDT）是一種先進的檢測技術，其特點有非破壞性、全面、可重復、靈敏度高和適用范圍廣等。主要檢測手段有超聲檢測（UT）、射線檢測（RT）、磁粉檢測（MT）、滲透檢測（PT）和渦流檢測（ET）。

本文綜述了無損檢測在鈦合金成形加工（鑄、鍛、焊）和增材制造領域相關研究。闡述了其在各領域的具體檢測應用，如運用機器視覺目標檢測鑄件缺陷，依靠超聲無損檢測鍛件缺陷，借助射線照相、超聲波、磁粉、液體滲透和目視等方法檢查焊縫缺陷，以及利用激光超聲技術檢測增材制造件缺陷等。在這些領域，眾多研究者開展大量的研究，收獲了系列成果，這些成果進一步推動無損檢測技術的推廣應用。

目前，無損檢測技術的應用廣泛，檢測方法多樣化、范圍廣、精度高。未來，無損檢測也將朝著智能化、納米尺度和綠色環(huán)保等方向發(fā)展，為航空航天、機械制造、新能源等眾多行業(yè)領域的質量控制和安全保障助力，持續(xù)推動技術進步和高質量發(fā)展。

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