無損檢測Non-Destructive Testing)是指在不損害或不影響被檢測對象使用性能,不傷害被檢測對象內部組織的前提下,利用材料內部結構異?;蛉毕荽嬖谝鸬臒?、聲、光、電、磁等反應的變化,以物理或化學方法為手段,借助現代化的技術和設備器材,對試件內部及表面的結構、性質、狀態及缺陷的類型、性質、數量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化進行檢查和測試的方法。

與破壞性檢測相比,無損檢測主要具備以下3個特點:

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非破壞性:

對于試件進行檢測的同時不會損害被檢測對象的使用性能;

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全面性:

必要時可對被檢測對象進行 100%全面檢測,這是破壞性檢測無法做到的;

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全程性:

破壞性檢測一般只適用于對原材料進行檢測,對于批量生產的標準化產品只能采取抽查的方式進行檢驗;而無損檢測可以對產品制造過程中的各個環節進行檢測,直至對產成品進行全面測試。

由于無損檢測具有非破壞性、互容性、動態性和嚴格性等特點,現如今已成為工業發展中必不可少的有效工具,在一定程度上反映出一個國家的工業發展水平。

目前,常用的無損檢測方法包括超聲檢測(UT)、射線檢測(RT)、磁粉檢測(MT)、滲透檢測(PT)和渦流檢測(ET)五大類,在特種設備、軌道交通、兵器、核電、航空航天、能源電力等下游行業中得到廣泛應用。

無損檢測技術的應用已經遍及我國經濟建設和人民生活的各個方面,大到飛機、衛星,小到日常生活用品,在國民經濟的各個命脈行業中承擔關鍵角色,是保證和提高產品質量的重要手段,體現了國民經濟發展水平。

根據中國機械工程學會組編的《無損檢測發展線路圖》統計,經過實施無損檢測后,各行業的產品增值情況為:機械產品約5%,國防、宇航、原子能產品為12%~18%,火箭為20%左右。


無損檢測行業市場概況

隨著全球經濟高速發展,無損檢測行業應用領域不斷拓寬,其市場規模也保持了快速增長態勢。統計數據顯示,2018年全球無損檢測市場(NDT)容量約為83億美元,預計到2024年全球市場規模將達到126億美元,其中超聲檢測將占據最大比例的市場份額。2016年超聲檢測(UT)市場容量為24.4億美元,預計2022年超聲檢測市場規模增長至39.3億美元,2016年至2022年的年復合增長率為8.3%。

當前美國是超聲無損檢測市場消費額最高的國家,2015年約占全球無損檢測儀器市場的35.6%;其次是歐洲,占據了整個市場容量的26.5%左右。近年來,由于亞太地區基礎設施的快速發展和制造業自動化水平的持續提升,中國、印度、日本和韓國等國家已經成為全球無損檢測市場的主要增長區域,約占整個市場容量的24.2%。

總體來看,全球無損檢測行業一直保持持續增長,同時,隨著自動控制技術、計算機技術和傳感器技術的高速發展,無損檢測技術已經進入到以計算機控制為主的信息加工時代,在盡可能提高檢測可靠性的基礎上,力爭實現由無損檢測(NDT)向無損評價(NDE)的順利升級。近年來,超聲檢測作為無損檢測的先進技術代表已經率先進入現代化進程,目前正朝著數字化、自動化、智能化和圖像化的科技方向不斷前進。

相比西方發達國家,我國檢測行業的發展歷史比較短。20世紀80年代,我國為了適應改革開放和市場經濟建設的需要,同時為推動國內產業的發展,政府在技術法規、標準、合格評定程序等方面制定規定,著手推動在各行業成立了標準化組織、檢驗檢測機構、認證機構等。

在我國加入WTO以后,在外資檢測機構的沖擊以及我國經濟迅速發展帶來的檢測市場需求的雙重因素作用下,我國檢測行業進入了快速發展階段。根據中國認證認可協會發布的數據,截至2019年底,我國共有檢驗檢測機構44,007家、從業人員128.47萬人,分別較上年增長11.49%、9.4%;對社會出具各類檢驗檢測報告5.27億份、實現營業收入3225.09億元,分別較上年增長23.13%、14.75%。同時,我國檢測機構擁有的各類儀器設備數量規模也呈逐年持續增長趨勢,截至2019年底,我國檢驗檢測機構共擁有各類儀器設備710.8萬臺/套,同比增長12.16%。

無損檢測作為檢驗檢測的重要方式之一,隨著中國經濟改革開放形式不斷深入,進入了快速發展期。其中,超聲無損檢測的應用不斷拓展,超聲檢測被大量用于金屬材料和構件的檢驗檢測,幾乎涵蓋了所有的下游工業領域,如特種設備、軌道交通、能源電力、鋼鐵冶金、航空航天、核電等。

隨著我國經濟持續增長,我國無損檢測技術基礎研究和應用水平在不斷解決這些檢測/監測難題時得到快速發展和提高,在此過程中不僅建立了完整的無損檢測技術和標準體系,同時對于技術人員的培訓考核體系也形成了系統化的規范模式。

目前,我國無損檢測技術水平能夠獨立解決我國所有工程需求中的絕大部分技術難題,并能開發出大部分常用的無損檢測技術裝備和儀器,已成為國際無損檢測標準和學術界的中堅力量。

根據《無損檢測發展線路圖》,我國目前擁有直接從事或從事與工業無損檢測相關技術工作的人員30萬名以上,從事無損檢測服務的檢驗檢測機構約2000家,有2萬多家機械制造和安裝企業擁有自己的無損檢測隊伍,無損檢測費用占產品的比例為1%~50%,無損檢測行業每年的儀器銷售和技術服務超過100億元。

近年來,隨著我國傳統產業的轉型升級,新興行業保持高速發展,新材料、新結構和新工業不斷涌現,對無損檢測行業提供持續發展機遇。與此同時,雖然國內企業總體水平和綜合實力有了很大程度的提高,在無損檢測基礎理論、技術開發、儀器設計和研制及產品應用等方面都已在世界占有重要一席。

但在一些高端無損檢測儀器制造方面,與歐美等發達國家仍存在一定差距,如在全聚焦相控陣超聲檢測的應用領域方面,仍然大量采用進口的國際品牌。根據中國海關統計相關數據,2017年至2020年我國進口的無損檢測設備(不包含探頭和配件)情況如下:

從上表可以看出,受超聲波探傷檢測儀進口額逐年快速上升的影響,我國無損檢測設備近年來進口額呈持續上升趨勢,其中超聲波探傷檢測儀進口額占無損檢測設備的比例總體逐年上升,2017年至2020年的占比分別為43.68%、45.28%、50.66%和 46.98%。

具體從超聲無損檢測儀來看,根據中國海關統計相關數據,2017年至2020年,我國超聲波探傷檢測儀(海關編碼:90318031, 不包含探頭和配件)進口金額分別達48928.02萬元、68534.43萬元、83382.45萬元和69819.16萬元,進口額總體逐年快速上升,國產進口替代市場空間廣闊。

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行業競爭態勢

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行業壁壘高,市場競爭緩和,主要以技術競爭為主

超聲無損檢測行業屬于技術密集型行業,專業技術性強、科技水平高,行業會涉及到聲學、自動化、計算機科學技術和材料學等多個專業學科。在超聲檢測設備領域,檢測儀器的穩定性、檢出率、信噪比、頻帶寬度和成像質量等指標性能,以及在超聲換能器領域的通道數量、檢測頻率、楔塊角度和晶片數等參數要求是否滿足條件及客戶要求,都直接決定了產品本身是否具有競爭力,而指標性能的改良,不僅涉及材料、機械、電路設計和工業自動化等多個領域的專有技術,還要求企業投入較大的資金及時間進行研發,需要企業進行長期的技術積累。因此,超聲無損檢測行業壁壘較高,市場參與主體較少,競爭相對較為緩和。
無損檢測是保證和提高產品質量的重要手段,下游行業使用超聲檢測設備目的在于保障產品質量及性能的穩定性。因此,客戶在選擇超聲檢測設備的主要考慮因素在于能否滿足差異化的檢測需求,加上隨著新材料、新結構和新工藝不斷涌現,專用化和定制化成為無損檢測設備的特點。因此,行業內的競爭以技術競爭為主,能否針對客戶的行業特點和需求差異提供完整的無損解決方案及在此基礎上的產品配套能力成為核心競爭力。

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國內廠商競爭力不斷增加,但高端產品仍以國外企業為主

隨著無損檢測行業不斷發展,國內企業總體水平和綜合實力有了很大程度的提高,在無損檢測基礎理論、技術開發、儀器設計和研制及產品應用等方面都已在世界占有重要一席。由于受到資金、技術、研發力量、品牌等因素的限制,國內無損檢測企業規模普遍偏小,產品結構也相對較為單一,在全聚焦相控陣超聲檢測設備等高端產品的技術水平和質量穩定性與國外企業尚存在一定差距。

根據我國海關統計相關數據,我國高端無損檢測設備進口額持續增加,2019年和2020年,我國進口的無損檢測設備(不含探頭等配件)進口額分別16.46億元和14.86億元,其中2019年和2020年超聲探傷檢測儀進口額分別為8.34億元和6.98億元,2019年較2018年增加21.68%,2020年受新冠疫情的影響有所下降,但仍然保持在較高水平。

隨著國內企業不斷加大各方面等的投入,改進生產工藝,提高研發水平,改善產品性能,目前已在中高端市場與國外廠家直接展開競爭,未來逐步取代部分由國外產品占據的市場份額將成為國內無損檢測行業市場趨勢之一。

行業面臨的機遇

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國家產業政策持續支持

自2016年開始,國家陸續修訂了《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄(2016版)》、《戰略新興產業分類(2018)》和《產業結構調整指導目錄(2019年本)》等產業政策指導文件,文件中都指出檢驗檢測儀器將被列入國家戰略性新興產業重點產品或服務行列。
同時,國務院、國家質檢總局也相繼出臺《中國制造 2025》、《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》、《質量品牌提升“十三五規劃”》和《中共中央國務院關于開展質量提升行動的指導意見》等一系列國家戰略規劃和政策措施,同樣將“國家質量基礎設施效能充分釋放”列為提高供給質量的四大主要目標之一,以促進供給側改革,具體指出“計量、標準、檢驗檢測、認證認可等國家質量基礎設施系統完整、高效運行,技術水平和服務能力進一步增強,國際競爭力明顯提升,對科技進步、產業升級、社會治理、對外交往的支撐更加有力”。

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國民經濟持續快速發展

我國已經成為世界第二大經濟體,目前正在經歷由制造業大國向制造業強國的轉變。隨著供給側改革的深化實施,國民經濟持續向好,產業結構調整不斷深入,傳統產業逐漸完成轉型升級,向更高端發展;同時,人力和資本等資源向先進制造業集聚,直接刺激航空航天、汽車、高鐵、船舶制造、軌道交通等重點行業的迅速發展,不斷出現新材料、新結構和新工藝,從而促進對超聲檢測設備需求的增長。

根據《無損檢測發展線路圖》統計,經過實施無損檢測后,各行業的產品增值情況為:機械產品約5%,國防、宇航、原子能產品為12%~18%,火箭為20%左右。因此,超聲無損檢測行業將服務于國家戰略性基礎行業和新興行業,也會推動國家其他產業的持續發展。

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行業質量標準持續完善

超聲檢測的發展前提是相關標準體系的建立,后續發展離不開標準和評價體系的支撐。目前,國家正積極加快相關法規建設,完善各領域國家及行業標準體系,推進強制性新標準改革,提升諸如超聲相控陣等技術標準和檢測設備的有效性、先進性和適用性。

2016年1月,國家能源局修訂了《在役油氣管道對接接頭超聲相控陣及多探頭檢測》的工業標準,規定了采用超聲相控陣及多探頭超聲檢測系統對于石油天然氣在役管道環向對接接頭、角向對接接頭及制管對接接頭的檢測及質量評定要求;2016年2月,國家標準《無損檢測 超聲檢測 相控陣超聲檢測方法》發布;2019年3月,中廣核集團發布消息陽江核電站在常規島法定焊縫檢測工作中的射線探傷將由相控陣超聲檢測技術取代,陽江核電站成為國內首家常規島完全使用相控陣超聲檢測技術的核電站;2020年5月,中化泉州百萬噸乙烯項目采用超聲相控陣設備對外徑為508毫米至1.93米規格的大口徑管道焊縫進行無損檢測,是國內煉化工程首次使用超聲相控陣技術(替代射線檢測);2021年8月,承壓設備超聲相控陣檢測行業標準《承壓設備無損檢測 第15部分:相控陣超聲檢測》獲得國家能源局批準并正式實施。

各領域標準體系的不斷完善,將逐漸滿足并擴大現有應用領域對超聲檢測設備的市場需求,推動行業更好地發展。

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質量安全意識不斷提升

隨著我國經濟的高速發展,重大工程和大型基礎設施的建設日新月異,例如國家天然氣長輸管線和燃氣管網、大型石化裝置和儲備庫、百萬千瓦級別的火電機組、三代核電反應堆和高速鐵路網絡相繼投入使用。上述重大工程和基礎設施的建設,大大促進了我國經濟發展和人民生活水平的提高,但同時存在巨大的公共安全隱患。

2013年,山東青島黃島區中石化黃濰輸油管線一輸油管道發生破裂事故,造成多人死亡及重大經濟損失;2017年11月,中石油烏魯木齊石化煉油廠在換熱器檢修作業中發生安全事故,同樣造成多人死亡重大影響;2021年,湖北十堰發生燃氣爆炸事故,造成重大人員經濟損失。

重大安全事故的不斷發生引起了國家有關部門對于社會公眾安全的高度關注,而產品質量反映了一個國家的綜合實力,是企業和產業核心競爭力的體現,這將為無損檢測行業發展提供良好的發展環境。

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自主可控帶來的進口替代趨勢

隨著無損檢測行業不斷發展,國內企業總體水平和綜合實力有了很大程度的提高,在無損檢測基礎理論、技術開發、儀器設計和研制及產品應用等方面都已有巨大進步,為國產產品代替進口產品奠定了堅實的技術基礎。

根據中國海關統計的無損檢測設備進口設備金額(不含掃查裝置、探頭等配套產品),我國無損檢測設備進口金額持續增長,2019年和2020年進口金額分別16.46億元和14.86億元。隨著全球貿易爭端及摩擦的增加,國民經濟各行業及企業對核心產品和工藝技術的掌握、對產品正常生產受制于人的危機意識越來越強,尤其是支持國家重點實驗、科技前沿,應用于航空航天、核電、國防軍工等領域的關鍵儀器設備的自主可控要求,這為國內廠家提供了巨大發展機遇及替代空間。

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行業面臨的挑戰

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與國際領先企業相比,國內超聲檢測設備廠商規模小

隨著我國經濟的持續增長及產業結構調整和轉型升級,國內無損檢測市場需求不斷增加,國際領先的無損檢測儀器生產廠商如美國貝克休斯、奧林巴斯紛紛加強對市場的開拓,這些企業憑借國際化、規?;?、綜合化、專業化和市場化的競爭優勢,日漸成為我國超聲檢測設備市場的重要力量,對國內企業形成較大的競爭壓力。

國內企業雖然近年來發展較快,但與國際先進企業相比,在技術水平、產品類型和規模實力上仍存在差距,特別是在一些高端檢測儀器上國外企業仍占據主導地位,致使國內企業拓展空間受限,對經營規模的擴張和技術實力的提升帶來不利影響。

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人才和技術經驗較為欠缺

超聲無損檢測行業專業技術性較強,涉及聲學、自動化、計算機科學技術和材料學等多個專業學科,而技術人才的培養離不開實際工作,國內企業規模普遍較小,難以在短時間內儲備足夠的技術人員。

此外,相控陣超聲檢測設備對檢測操作人員的理論知識要求也較高,操作者不僅需要掌握一般的超聲理論知識,還需關于聲場偏轉和聚焦的物理知識以及相關數字技術、數字圖像處理技術的知識,同時還需進行集中培訓掌握操作檢測設備的技巧,取得相關資質。因此,人才和技術經營的欠缺會影響相控陣超聲檢測的應用推廣。

無損檢測未來發展趨勢

隨著“工業4.0”的推動,給超聲無損檢測技術的研究和應用提出了更高要求,也帶來了新的發展機遇。為了滿足工業裝備智能化、高質量制造和高可靠性應用的檢驗檢測需要,超聲無損檢測技術與設備向著專用精量化、自動化、全過程無人化和數據管理智能化的發現發展。

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專用化、精量化:

隨著檢測環境和待檢對象的多樣化、復雜化和多元化,單一檢測設備或者通用化檢測方法已經無法滿足所有客戶需求,需要針對具體被檢物定制化研究專用檢測工藝方法和技術標準,建立與特定材料結構全生命周期檢測要求相適應的專用檢測標準和設備,實現各類缺陷和精量化檢測和工藝參量、過程與設備的標準化。因此,針對特定客戶的專項檢測要求開發定制化的檢測方法和檢測設備,將是超聲無損檢測的一個發展趨勢,同時也是提高超聲檢測適用范圍、增加技術附加值的有利途徑。

目前,行業內領先企業通常采用案例型服務模式為客戶提供定制化整套無損檢測系統,針對特定用戶需求開展聯合研究,提供專用無損檢測設備或技術。

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自動化:

智能化是“工業4.0”發展的目標,智能化檢測的基礎是無損檢測與結果評定過程的自動化。隨著工業自動化和智能化的發展,下游各行業需要對各類特定精密部件進行自動化無損檢測,自動化檢查設備需求日趨增加。自動化檢測設備集成了超聲相控陣檢測儀器或超聲板卡、檢測方法、超聲換能器及掃查裝置、機械傳動、自動化控制、自動化機器人等多個領域,其采用機械裝置夾持超聲換能器和傳動被檢測工件,通過電氣控制系統進行掃查覆蓋,實現檢測參量設置、激勵控制、探測控制、掃描成像控制、數據管理和檢測結果分析與評定過程的自動化。

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自主化:

目前我國在無損檢測新技術相關的關鍵器件和高端設備上依賴進口,部分自主集成建立的檢測設備的性能也取決于國外器件性能,在可設計性、可集成性、檢測性能和自動化程度等方面受到限制。而國外成套檢測設備一般成本高昂、交貨期長,且容易受到國外政策封鎖禁運或限制,這已成為制約我國無損檢測技術向自動化、智能化方向發展的一個主要因素。

為了更好地滿足國內無損檢測技術設備的應用需求,推動未來的研究、應用和發展,需要實現核心器件、核心算法和高端設備的自主化。

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向在役監測及檢測大數據分析發展

隨著通信技術和物聯網技術等的發展,一方面,超聲在役監測在石化、壓力容器等領域率先獲得應用,大量的監測結果能夠直接反映結構在役過程中的失效過程,對大量監測數據的匯總處理是實現失效預測,提高結構使用安全的有效手段;另一方面,超聲檢測發現的大量缺陷對于結構安全性影響程度的研究,是工業設計部門選材的重要依據,在超聲檢測所能發現的缺陷尺寸越來越小的情況下,研究缺陷檢出之后的損傷評價,建立相關數據庫,是未來超聲無損檢測的一個發展趨勢。


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