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無損檢測文化
熊博士轉(zhuǎn)載 阿斯米 2017-09-22
一、無損檢測-—現(xiàn)代工業(yè)的“質(zhì)量衛(wèi)士”
無損檢測是建立在現(xiàn)代科學技術(shù)基礎上的一門應用型技術(shù)學科,它以不損壞被檢測物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)為前提,應用物理的方法,檢測物體內(nèi)部或表面的物理性能、狀態(tài)特性以及內(nèi)部結(jié)構(gòu),檢查物質(zhì)內(nèi)部是否存在不連續(xù)性(即缺陷),從而判斷被檢測物體是否合格,進而評價其適用性。
無損檢測學科幾乎涉及到了物理科學中的光學、電磁學、聲學、原子物理學以及計算機、數(shù)據(jù)通訊等學科,在冶金、機械、石油、化工、航空、航天各個領域有廣泛的應用。
假如沒有無損檢測技術(shù)的應用,鋼鐵的質(zhì)量難于保證,機器可能會停止運轉(zhuǎn),飛機難于起飛,火箭難于上天,汽車可能會在路上翻車,火車可能會出軌,石油和天然氣管道可能會發(fā)生泄漏,鍋爐和壓力容器可能會發(fā)生爆炸……,可以說,在現(xiàn)代科學技術(shù)應用領域中,沒有哪種技術(shù)能夠象無損檢測那樣具有如此廣泛的科學基礎和應用領域。
作為現(xiàn)代工業(yè)的基礎技術(shù)之一,無損檢測技術(shù)在保證產(chǎn)品質(zhì)量和工程質(zhì)量上發(fā)揮著愈來愈重要的作用,其“質(zhì)量衛(wèi)士”的美譽已得到工業(yè)界的普遍認同。
無損檢測就其自身性質(zhì)而言,它著重于科學技術(shù)的具體應用,因此,它是一門應用性很強的技術(shù)性學科,具有很強的操作性或工藝性。
操作技術(shù)的嫻熟與否,很大程度上決定著檢測結(jié)果的準確性,這種技術(shù)不僅表現(xiàn)在具體的操作上(例如:超聲波探頭的運動),而且表現(xiàn)在檢測機械的運動、自動化的控制、以及計算機的應用上,因此將無損檢測稱之為綜合應用型技術(shù)學科并不為過。
無損檢測技術(shù)不僅有著深刻的科學背景,而且有著豐富的文化內(nèi)涵;無損檢測凝聚著現(xiàn)代科學的智慧,閃耀著現(xiàn)代文化的光輝,現(xiàn)代文明有無損檢測的一份貢獻。在人類進入輝煌的21世紀的今天,我們應該以更高的視角來審視無損檢測文化現(xiàn)象。
二、無損檢測文化的歷史底蘊
以德國科學家倫琴1895年發(fā)現(xiàn)X射線為標志,無損檢測作為應用型技術(shù)性學科已有一百多年的歷史;然而,當我們打開歷史的篇章,拂去歲月的封塵,我們會驚奇地發(fā)現(xiàn),無損檢測技術(shù)的起源和發(fā)展有著豐厚的歷史底蘊。
讓我們沿著歷史長河,隨著物理科學發(fā)史的線索,以更寬廣的視野去尋找無損檢測學科成長的足跡。
2.1 中國古代無損檢測的樸素思想
我們的祖國是世界文明古國, 對科學技術(shù)的發(fā)展有過偉大的貢獻, 我國古代科學技術(shù)文化遺產(chǎn)中就有不少應用無損檢測技術(shù)的記載,從中可以看出我國古代早已具有樸素的無損檢測科學思想。
在我國先秦時期的《考工記》、《墨經(jīng)》等著作中,記載著光學、力學和聲學的物理學知識,從而使無損檢測的樸素思想可以追溯到遠古的時代。
早在2500多年前,我國春秋時期的齊國有部重要的手工業(yè)工藝技術(shù)典籍《考工記》,就記載著當時銅冶煉過程中用無損檢測的方法控制鑄銅質(zhì)量內(nèi)容:“凡鑄金之狀,金(銅)與錫,黑濁之氣竭,黃白次之;黃白之氣竭,青白次之;青白之氣竭,青氣次之,然后可鑄也?!?
這段文字準確地記載了銅冶煉時,通過觀察煙氣的顏色以確定冶煉的過程,即借助冶煉時煙氣的不同顏色來判斷被冶煉的銅料中雜質(zhì)揮發(fā)的情況,從而判定銅水出爐的時機。
這說明我國春秋時代就有樸素的無損檢測技術(shù)應用,這與今天的紅外測控技術(shù)何其相似。公元前400年,墨翟(公元前478—前392)在《墨經(jīng)》中記載并論述了有關(guān)小孔成像及光色與溫度的關(guān)系。
在春秋戰(zhàn)國時期,我國發(fā)現(xiàn)磁石具有吸鐵和指南的性質(zhì)。公元前3世紀,古書《韓非子》記載有司南(磁鐵石指南的現(xiàn)象);《呂氏春秋》記有“慈(磁)石召鐵”, 這也許是磁場吸引力的最早記載。公元前2世紀,劉安(公元前179—前122)著《準南子》,記載了人造磁鐵和磁極斥力等現(xiàn)象。
《論衡》是東漢王充(公元27 97年)所著,記載有關(guān)力學、熱學、聲學、磁學等方面的物理知識,內(nèi)容十分豐富。王充在《論衡》中有:“生人所以言語呼吁者,氣括口喉之中,動搖其舌,張歙其口,故能成言。譬猶吹蕭笙,蕭笙折破,氣越不括,手無所弄,則不音。夫簫之管猶人之口吞也,手弄其孔猶人之動吞也?!庇终f:“令人操行變氣遠近,宜與魚等,氣應而變,宜與水均?!?
可見他已認識到人發(fā)聲是使空氣振動而產(chǎn)生的,指出了振動的傳播要通過媒質(zhì),并將聲音在空氣中的傳播用可見的水波的傳播來作了比喻。這種比喻,在今天超聲檢測中講聲波的干涉和衍射時,仍然適用。
《夢溪筆談》是北宋中期的政治家和科學家沈括(1031—1195)所著,這是一部在中國科學史上占有重要地位的著作,記載有關(guān)于地磁偏角的發(fā)現(xiàn),凹面鏡成像原理和共振現(xiàn)象等。
《夢溪筆談》指出“方家以磁石磨針鋒,則能指南,然常微偏東,不全南也?!闭f明沈括在實驗中已發(fā)現(xiàn)了磁偏角?!秹粝P談》還除了通俗地講了凹面鏡成像和針孔成像的道理,對光的直線傳播、光的折射現(xiàn)象和虹的形成進行了研究和解釋。這些道理在今天的磁力探傷和射線探傷中仍然適用。
元朝時代的實驗物理學家趙友欽(1279—1368)著《革象新書》,記載有他作過的光學實驗以及光的照度、光的直線傳播、視角與小孔成象等問題。
他在書中對光學現(xiàn)象作了比較深入的研究和詳細的描述,并用實驗進行小孔成像的研究,指出了小孔成像的規(guī)律。他在實驗中指出,光通過小孔時,不論孔的形狀如何,屏上得到的光斑總是發(fā)光物的像。
當孔相當大時,則屏上得到的光斑形狀隨孔的形狀而定,孔方則方,孔圓則圓。他對這個現(xiàn)象的解釋是“罅小則不足容日月之體,是以隨日、月之形而圓,及其缺則皆缺?!?
“罅大而可容日、月之體也?!闭f明了小孔成像與孔的大小有關(guān)。經(jīng)過一系列的周密的觀察實驗以后,趙友欽指出:“凡景近竅者狹,景遠竅者廣;燭遠竅者景亦狹,燭近竅者景亦廣。
景廣則淡,景狹則濃。燭雖近而光衰者,景亦淡,燭雖遠而光盛者,景亦濃。由是察之,燭也,光也,竅也,景也,四者消長勝負,皆所當論者也。”這段論述與今天射線探傷中關(guān)于幾何不清晰度的解釋可以說是完全一樣。
根據(jù)聲音頻率的變化來判斷物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一種古老的檢驗方法。在我國明朝時期宋應星所著《天工開物》一書有如下記載:“凡釜,即成后,試法以敲之,響聲如木者佳,聲有差音則鐵質(zhì)未熟之故,它日易損壞。”這種古老的聲音檢測方法,在今天質(zhì)量檢測中仍有廣泛的應用。
我國古代的科學技術(shù)如同群星燦爛,光輝閃耀,只是到了近代由于清朝封建王朝的腐敗和外國帝國主義的入侵,我國的科學技術(shù)才逐漸落后了。