無(wú)損檢測(cè) (NDT ) 包括不同的技術(shù)，用于評(píng)估材料質(zhì)量特性（如密度、硬度或熱導(dǎo)率），而不會(huì)損壞它們。目標(biāo)是評(píng)估資產(chǎn)的耐用性，并在開始時(shí)檢測(cè)出裂紋、夾雜物或空洞等缺陷。

如果不加以處理，裂紋可能會(huì)造成災(zāi)難性的后果。儲(chǔ)罐破裂可能會(huì)造成災(zāi)難性的后果，例如乙醇泄漏導(dǎo)致嚴(yán)重污染或運(yùn)輸過(guò)程中的原油泄漏。此類事件會(huì)給資產(chǎn)所有者造成巨大的財(cái)務(wù)、環(huán)境和監(jiān)管損失。

定期進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)有助于發(fā)現(xiàn)表面及下方裂紋發(fā)展的早期跡象。

6 種最常用的 NDT 裂紋檢測(cè)方法

根據(jù)使用情況和材料類型，檢查人員可以應(yīng)用數(shù)十種不同的裂紋檢測(cè)技術(shù)。然而，以下六種技術(shù)最常用于工業(yè)資產(chǎn)檢查場(chǎng)景。

超聲波裂紋檢測(cè)

超聲波檢測(cè)是廣泛使用的無(wú)損檢測(cè)方法之一，可用于高精度檢測(cè)表面以下和表面裂紋。通過(guò)跟蹤和定時(shí)穿透測(cè)試對(duì)象的超聲波脈沖，可以檢測(cè)厚度損失、空隙、夾雜物、腐蝕和其他可能導(dǎo)致疲勞裂紋的異常情況。同樣，超聲波檢測(cè)對(duì)于發(fā)現(xiàn)肉眼看不見的微小表面裂紋也很有效。

現(xiàn)代NDT 設(shè)備允許您收集A 掃描、B 掃描和 C 掃描超聲波數(shù)據(jù)。

A 掃描在工業(yè)檢測(cè)中應(yīng)用最為廣泛，因?yàn)樗鼈兛梢圆扇∠劝l(fā)制人的措施。腐蝕、侵蝕和磨損會(huì)隨著時(shí)間的推移削弱資產(chǎn)的結(jié)構(gòu)完整性。A 掃描有助于在裂紋開始形成之前，評(píng)估資產(chǎn)在受到機(jī)械應(yīng)力或腐蝕環(huán)境影響的早期厚度損失。

例如，借助Voliro UT 無(wú)人機(jī)有效載荷，檢查員可以對(duì)厚度范圍為 2-150 毫米、分辨率為 0.06 毫米的物體進(jìn)行實(shí)時(shí) A 掃描。無(wú)人機(jī)的 360 度移動(dòng)性使操作員可以輕松掃描具有復(fù)雜幾何形狀的大型工業(yè)資產(chǎn)（例如，火炬塔、地上管道、海上鉆井平臺(tái)組件），而無(wú)需使用昂貴的起重設(shè)備。

借助我們的技術(shù)，即使在難以到達(dá)的地方，檢查人員每小時(shí)也可以收集多達(dá)120 個(gè)厚度測(cè)量值，確保不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致開裂的疲勞、腐蝕或侵蝕的早期跡象。

Voliro 應(yīng)用程序的 UT A 掃描報(bào)告示例

EMAT裂紋檢測(cè)

電磁聲換能器 (EMAT) 是另一種常用的厚度測(cè)量和裂紋檢測(cè)工具。與 UT 儀表類似，EMAT 型號(hào)可以執(zhí)行 A、B 和 C 掃描以提供相同的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

EMAT 和 UT 的區(qū)別在于，前者是一種非接觸式檢查方法。使用 EMAT，您無(wú)需使用耦合介質(zhì)（例如水或凝膠）來(lái)準(zhǔn)備掃描表面，因?yàn)槌暡ㄊ峭ㄟ^(guò)電磁感應(yīng)直接產(chǎn)生的。這意味著 EMAT 可以穿透保護(hù)涂層來(lái)評(píng)估其下方的表面，也可以用于粗糙表面。

然而，物體的導(dǎo)電性和磁性會(huì)對(duì)信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生影響。例如，與 UT 壓電傳感器相比，EMAT A 掃描的信號(hào)幅度可能較低。不過(guò)，這在很大程度上取決于 EMAT 儀表類型和所選設(shè)置。

例如，Voliro 的 EMAT 無(wú)人機(jī)安裝式儀表的測(cè)量范圍與我們的 UT 有效載荷相同，均為 2-150 毫米，分辨率為 0.06 毫米。為了說(shuō)明這些數(shù)字，檢查人員可以使用我們的檢查無(wú)人機(jī)和 EMAT 有效載荷在高架管道上每小時(shí)收集 50-100 個(gè)厚度讀數(shù)。

由于 EMAT 適用于熱、粗糙和涂層表面，操作員不再需要進(jìn)行冗長(zhǎng)的預(yù)檢準(zhǔn)備工作（例如，用液體填充氣管以提高導(dǎo)電性）。使用檢查無(wú)人機(jī)還無(wú)需調(diào)試額外的起重設(shè)備或搭建腳手架，從而進(jìn)一步延長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間并增加檢查成本。

Voliro 無(wú)人機(jī)使用 EMAT 儀表對(duì)熱高架管道進(jìn)行 A 掃描。

渦流裂紋檢測(cè)

渦流檢測(cè)是檢測(cè)不銹鋼、鋁、銅等導(dǎo)電材料表面裂紋的首 選方法?；陔姶鸥袘?yīng)原理，EDT 工具在測(cè)試表面產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng)，在材料中感應(yīng)出圓形電流（渦流）。

裂紋會(huì)擾亂渦流的流動(dòng)，導(dǎo)致線圈阻抗發(fā)生變化。該工具會(huì)解讀信號(hào)偏差的幅度和相位，以指示裂紋的大小、深度和方向。最終的精度取決于物體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率和所選的工具頻率。低頻可確保更高的穿透深度，但代價(jià)是靈敏度降低，反之亦然。盡管較新的工具可以彌補(bǔ)這些不足。例如，EddyFi Sharck 探頭依靠切向渦流陣列技術(shù) (TECA)（切向和扁平線圈的多路復(fù)用拓?fù)洌﹣?lái)提高信號(hào)質(zhì)量。Sharck 探頭可以檢測(cè)到碳鋼資產(chǎn)中最 大深度為 7 毫米 (0.28 英寸) 的裂紋，并以高精度測(cè)量其長(zhǎng)度。

一般來(lái)說(shuō)，渦流檢測(cè)用于檢測(cè)：

l焊縫、儲(chǔ)罐、壓力容器和工業(yè)管道中的應(yīng)力腐蝕開裂

l暴露的碳鋼設(shè)備中濕硫化氫會(huì)迅速引發(fā)開裂，且沒(méi)有任何征兆

l鋼材在高溫高壓下發(fā)生的高溫氫腐蝕（HTHA）開裂

與 EMAT 類似，渦流檢測(cè)是一種無(wú)接觸、無(wú)耦合劑的裂紋檢測(cè)方法。不過(guò)，為了獲得更高的缺陷分辨率，探頭必須放置在較短的距離處。要檢測(cè)與渦流平行的裂紋，您還需要重新調(diào)整探頭的方向，這意味著您需要一個(gè)具有良好可操作性的工具。

除了表面裂紋檢查外，渦流檢測(cè)還可用于檢測(cè)絕緣層下腐蝕 (CUI)——這是絕緣管道、儲(chǔ)罐和熱交換容器等資產(chǎn)中裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的常見原因。

由于無(wú)法直接觀察 CUI 的發(fā)展過(guò)程，因此很難檢測(cè) CUI。長(zhǎng)時(shí)間暴露會(huì)導(dǎo)致金屬厚度損失，損害資產(chǎn)的結(jié)構(gòu)完整性，導(dǎo)致變形，并最終導(dǎo)致開裂。

針對(duì)此類情況，Voliro 正準(zhǔn)備在 2024 年第四季度推出脈沖渦流 (PEC) 有效載荷。通過(guò)將 Voliro 的檢查無(wú)人機(jī)與第二代 Sixpec? 渦流模塊相結(jié)合，我們將高效、準(zhǔn)確的 CUI 檢查提升到了新的高度。在 Tupras 煉油廠的測(cè)試中，我們的工具成功檢測(cè)到了工藝管道中絕緣厚度高達(dá) 100 毫米的早期 CUI，從而實(shí)現(xiàn)了預(yù)防性資產(chǎn)調(diào)節(jié)實(shí)踐。

用于無(wú)人機(jī)無(wú)損檢測(cè)的脈沖渦流探頭

熱成像裂紋檢測(cè)

工業(yè)熱成像技術(shù)可以通過(guò)分析物體的溫度特征來(lái)確認(rèn)是否存在裂紋或空隙等缺陷。

熱像儀可捕捉紅外輻射和表面溫度分布的差異，從而指示潛在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，例如裂縫或空隙。根據(jù)資產(chǎn)類型，這些缺陷可能出現(xiàn)在較冷或較熱的區(qū)域。熱掃描有助于在大型工業(yè)綜合體中定位問(wèn)題。

例如，石油和天然氣公司使用熱成像無(wú)人機(jī)勘測(cè)數(shù)英里的地面管道，以尋找泄漏跡象。同樣，無(wú)人機(jī)可以幫助檢測(cè)熱交換器管道、煙囪和大型壓力容器中的裂縫，使人員遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域。

加州資源公司(CRS) 是首批在其運(yùn)營(yíng)場(chǎng)地成功實(shí)施無(wú)人機(jī)資產(chǎn)檢查計(jì)劃的公司之一，其運(yùn)營(yíng)場(chǎng)地面積超過(guò) 220 萬(wàn)凈英畝。具體來(lái)說(shuō)，該團(tuán)隊(duì)使用熱探測(cè)無(wú)人機(jī)來(lái)監(jiān)測(cè)甲烷或硫化氫泄漏、井場(chǎng)地面沉降和火炬煙囪異常情況。

傳統(tǒng)的檢查方法，如包租直升機(jī)和徒步巡邏，成本高昂且不切實(shí)際。通過(guò)使用無(wú)人機(jī)捕捉熱圖像，CRC 可以盡早發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)問(wèn)題，讓工作人員能夠更快地根據(jù)這些信息采取行動(dòng)。該公司成功將所有檢查工作流程減少了40%，并在部署無(wú)人機(jī)計(jì)劃的前 6 個(gè)月內(nèi)節(jié)省了六位數(shù)的成本。

捕獲的熱數(shù)據(jù)可以用軟件進(jìn)一步分析，該軟件有助于根據(jù)捕獲的溫度曲線和熱梯度估計(jì)裂縫的大小和深度，從而節(jié)省維護(hù)團(tuán)隊(duì)的現(xiàn)場(chǎng)考察時(shí)間。

例如，紐約市立大學(xué)的研究人員訓(xùn)練了一種近紅外熒光成像人工智能算法，可以高精度地識(shí)別混凝土中寬度為 0.2-1.5 毫米的裂縫。韓國(guó)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)則提出了一種深度學(xué)習(xí)算法，利用無(wú)人機(jī)拍攝的熱圖像自動(dòng)檢測(cè)發(fā)電廠行業(yè)的裂縫。

磁粉檢測(cè)

磁粉檢測(cè)是一種常見的無(wú)損檢測(cè)方法，用于檢測(cè)由鋼鐵制成的鐵磁資產(chǎn)中的裂紋。通過(guò)向覆蓋有干或濕磁粉的測(cè)試對(duì)象發(fā)送直流或交流電，您可以檢測(cè)到靠近表面的裂紋或其他類型分層的準(zhǔn)確位置。粒子會(huì)積聚在缺陷區(qū)域，顯示其大小和形狀。

由于其高靈敏度，MPT 非常適合檢測(cè)細(xì)微的表面裂紋。但是，其深度檢測(cè)范圍有限。還需要接觸物體表面并進(jìn)行大量準(zhǔn)備，這可能會(huì)妨礙資產(chǎn)的使用。例如，您需要清空并清潔測(cè)試過(guò)的管道才能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試后，您還需要對(duì)零件進(jìn)行消磁。

可以說(shuō)，MPT 最 具挑戰(zhàn)性的部分是結(jié)果解釋。較小物體上的細(xì)小裂紋可能難以被檢查員用肉眼發(fā)現(xiàn)。缺陷嚴(yán)重程度也取決于檢查員的判斷——結(jié)果解釋可能因人而異。

為了獲得更客觀的評(píng)估，一些團(tuán)隊(duì)正在試驗(yàn)自動(dòng)裂紋檢測(cè)方法。來(lái)自中國(guó)的一個(gè)研究小組評(píng)估了不同的深度學(xué)習(xí)算法在檢測(cè)覆蓋熒光磁粉的火車鉚釘裂紋方面的表現(xiàn)。最 佳模型的準(zhǔn)確率為 90.1%，遠(yuǎn)高于基線。

聲發(fā)射測(cè)試

聲發(fā)射測(cè)試是少數(shù)幾種在早期階段識(shí)別測(cè)試對(duì)象內(nèi)部疲勞裂紋的有效方法之一。如果未能檢測(cè)到，深裂紋和微觀結(jié)構(gòu)變化可能會(huì)導(dǎo)致資產(chǎn)突然故障，對(duì)人員和環(huán)境造成風(fēng)險(xiǎn)。

高頻 AE 傳感器的工作頻率范圍為 50 kHz 至 1 MHz，有助于檢測(cè)由結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂紋擴(kuò)展、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)或纖維斷裂引起的聲發(fā)射。

聲發(fā)射過(guò)程的原理。來(lái)源：ScienceDirect

測(cè)試可以在正在使用的資產(chǎn)上進(jìn)行，以評(píng)估其在現(xiàn)有負(fù)載下的當(dāng)前性能。例如，AE 測(cè)試可以檢測(cè)內(nèi)部壓力和程序化循環(huán)負(fù)載等當(dāng)前配置是否會(huì)導(dǎo)致壓力容器應(yīng)力過(guò)大?；蛘撸珹E 可用于混凝土測(cè)試，以確保橋梁或大壩等大型結(jié)構(gòu)保持完好無(wú)損。

AET 還可用于評(píng)估資產(chǎn)在承受高于正常水平的壓力（例如更高的外部負(fù)載或高溫暴露）時(shí)的表現(xiàn)。例如，鋁合金管的均勻循環(huán)負(fù)載測(cè)試的 AE 數(shù)據(jù)可以表明其在某些條件下易開裂。

與其他 NDT 方法相比，聲發(fā)射測(cè)試可確保在最早階段（初始階段）檢測(cè)出裂紋。還可配置 AE 傳感器以連續(xù)向分析軟件發(fā)送信號(hào)數(shù)據(jù)，以進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控。

缺點(diǎn)是，背景噪音（如操作振動(dòng)）會(huì)影響信號(hào)的準(zhǔn)確性。AE 信號(hào)數(shù)據(jù)解釋也很復(fù)雜。它需要人類專業(yè)知識(shí)和頂 級(jí)分析模型才能準(zhǔn)確識(shí)別和表征缺陷。

結(jié)論

未能解決裂縫問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致許多安全關(guān)鍵問(wèn)題和巨大的經(jīng)濟(jì)成本。然而，許多團(tuán)隊(duì)由于測(cè)試過(guò)程的復(fù)雜性而推遲檢查——資產(chǎn)停工、人員協(xié)調(diào)和現(xiàn)場(chǎng)額外設(shè)備調(diào)試。Voliro 的檢查無(wú)人機(jī)消除了過(guò)程中許多固有的低效率。由于您不需要安排額外的設(shè)備或協(xié)調(diào)資產(chǎn)停工時(shí)間表，因此檢查時(shí)間可以縮短 90%，檢查成本可以降低 30%