近日，科技部国家重点研发计划重点专项“国家质量基础的共性技术研究与应用（NQI）”立项支持了《金属材料超声无损检测及微损测试关键技术研究与仪器研制》项目（编号：2016YFF0203000）。该项目由中国特种设备检测研究院牵头，参加单位有中北大学、北京工业大学、南京大学、大连理工大学、南昌航空大学、中国科学院声学研究所、合肥通用机械研究院、中石化工程质量监测中心、山东省特种设备检测研究院、宁波市特种设备检验研究院等20家。

　　金属材料是工业装备的基础用材，其质量控制水平直接决定了工业装备的整体质量水平。无损检测和材料性能测试是质量控制的主要技术手段，在装备制造阶段用于检测母材和结构中的缺陷及测定材料性能；在装备服役阶段用于检测腐蚀、裂纹、疲劳等损伤及测定材料性能劣化程度。随着技术的进步和社会的发展，工业装备质量水平不断提高，对无损检测和材料性能测试技术提出了更高的要求。当前国内外无损检测技术研究发展趋势主要表现为：由发现缺陷向精确定量、准确定性缺陷发展；由定期检测扩大到损伤在线监测；由常温环境检测扩大到高温等极端环境下检测；由缺陷形成后检测扩大到早期损伤检测。材料性能测试也由常规大试样测试发展至微损取样测试阶段。

　　该项目重点研发超声及微损方向相关新型检测技术、仪器和方法，主要包括：研究阵列传感器柔性激励的超声三维透视成像检测技术并研制仪器，实现结构中宏观缺陷的准确定性与精确定量检测；开发超声检测仪器、试块性能测试评价平台及检测工艺验证平台，实现对检测装备及工艺的评价；研究压电阵列式超声导波多模态成像技术并研制监测仪器，实现不可达区域材料开裂与腐蚀减薄等损伤的在线监测；研究电磁超声高温在线无损检测技术并研制仪器，实现高温状态下结构宏观缺陷的在线检测；研究磁声发射检测技术并研制仪器，实现铁磁性金属材料构件疲劳早期损伤检测；研究液压鼓胀和在线压痕的微损材料性能检测及试验制备技术并研制仪器，实现金属构件材料性能的微损伤测试与评价。其实施有望大力提升我国无损检测和材料性能测试技术水平，为石油化工、电力、交通、航空航天、军工装备等领域金属材料设备制造和服役过程中的无损检测及材料性能评估提供有力技术手段，为产品质量控制提供技术支撑。

　　阵列超声三维透视成像是一种全新性的相控阵超声技术，其主要特征是硬件平台每一个通道均可以激励任意信号类型的波形，具有强大的柔性激励能力，基于此不但可以对相控合成声束进行精确的调幅、调相、调频，还具有强大的高级成像算法开发潜力，有望实现对缺陷的三维形貌重构，达到对缺陷准确定性和精确定量的目标。美国verasonics公司将此项技术称为超声领域具有革命性意义的进步，该公司开发此类产品目前主要应用在医学领域，对于问题复杂的工业领域，也处于起步研究阶段。

　　超声导波作为大面积快速检测技术手段，已在工业无损检测中获得了大量应用。以往的检测主要强调采用单模态导波作为信号，然而近年来关于超声导波与缺陷交互作用的研究表明，导波各模态对缺陷的响应灵敏性不同，且导波入射到缺陷后会发生模态转换从而产生多模态信号，如果只采用单模态信号进行检测，将会丢失大量缺陷信息。该项目采用多模态导波进行缺陷检测，经过多模态信息融合后进行缺陷成像，可以获得更多的缺陷细节信息。

　　电磁超声是一项非接触式检测技术，主要通过电磁声耦合实现超声波的激励与接收。相较于常用压电超声检测技术，其主要的优势是不用耦合剂、无需打磨材料表面即可进行超声波检测，非常适用于高温结构检测。其缺点主要是电磁声转换效率低，需要大功率的激励源和高信噪比高增益的接收放大，对仪器设备及信号处理过程要求高。该项目开发适用温度可达780℃的电磁超声高温在线无损检测技术，填补目前工程上450℃~780℃高温在线检测技术空白。

　　磁声发射检测技术是利用动态磁化过程中，铁磁性材料磁畴转换过程产生的应力波为特征信号，实现对铁磁性金属材料微观结构变化反演的技术。它是疲劳等材料早期损伤程度检测的有效手段，此时由于宏观损伤尚未形成，常用的超声、射线、磁粉、渗透、漏磁等检测手段，难以实现检测。该项目研究采用磁声发射信号特征进行材料疲劳程度检测技术，对于像疲劳这种损伤具有长期积累性且失效破坏具有突发性的材料失效模式检测具有重要意义，是装备服役中的安全监测和灾害预警的重要技术手段。

　　材料性能微损测试技术是在役设备材料性能检测的主要技术手段，它以最小取样或微压痕的基础上准确获得材料力学和理化性能为目标，使得即使不采用常规的大试样，也能获得材料的强度、硬度等力学性能。该项目研究液压鼓胀法微损材料性能检测及试验制备技术，是中国特种设备检测研究院近年来发展起来的特色技术之一，可有效解决在役金属构件材料性能的测试与评价，为材料在役力学性能退化检测提供了重要技术方法。

　　该项目的研究涉及声学、电磁学、材料和力学等多学科交叉融合，对于新科学思想的产生、新的领域交叉热点的形成有极大的促进。项目预期产生新仪器8台套，新型传感器2种，新检测方法7项，新标准3项，形成超声三维透视成像、超声导波多模态成像、电磁超声高温检测、磁声发射早期损伤检测、材料性能微损检测等新技术，对提高我国工业装备产品质量控制水平，实现装备缺陷检测及安全防护，减少金属工业设备因损伤失效导致的灾难性事故具有重要意义。（作者：林树青　中国特检院）