王 昭 尤衛(wèi)宏 常 宇 張衛(wèi)東 李子軒

（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）

無損檢測技術廣泛的應用在工業(yè)生產(chǎn)中的各個領域。以石油工程建設為例，常用的基本無損檢測方法有以下四種：超聲檢測UT（Ultrasonic Testing）、射線檢測RT （Radiographic Testing）、磁 粉 檢 測MT（Magnetic particle Testing）、滲透檢測PT（Penetrant Testing）。目前無損檢測在很多領域的生產(chǎn)一線上，其檢驗方法已經(jīng)較為固定，但是在文獻情報方面，對于該領域的技術成熟度，尚未有一個回顧與梳理。本文使用TBM 和TPA 這兩種技術成熟度研究方法，對檢驗方法進行了分析。

1 無損檢驗技術

無損檢驗技術（Nondestructive testing），是指對于被檢驗物體，沒有破壞性測試方法的進行其完整性、缺陷探測，探傷等。在與金屬焊接相關的領域，無損檢驗可以說是質(zhì)量安全的生命線。無損檢測廣泛應用在機械、軍工、石油、船舶、能源工程、管道等工程建設的各個領域。

超聲檢驗是以設備向外發(fā)射高頻超聲波，然后接收并分析回波的波特性，進而分析被檢物體內(nèi)部特性的一種技術。超聲檢驗需要與被測物體緊密接觸，并使用具有良好聲傳導特性的液體作為耦合劑。目前工業(yè)用手工超聲設備已經(jīng)做到小型化，自動化檢驗的技術也已經(jīng)越來越完善。射線檢驗則是將待測物體放置在射線源與底片中間，通過記錄射線經(jīng)過物體后在膠片上的圖像，分析物體的內(nèi)部特性。射線檢驗有輻射風險，同時傳統(tǒng)射線檢驗洗膠片會產(chǎn)生大量的廢液，對環(huán)境造成一定的負擔。目前在海洋石油工程建設中，射線檢驗正逐步向不使用膠片的數(shù)字化射線(DR）發(fā)展。磁粉檢驗通過磁化被測物體并向表面噴灑磁性懸浮液，利用缺陷處的磁場更強的特性，來檢驗近表面的缺陷。在石油工程領域，磁粉檢驗通常作為手動超聲檢驗盲區(qū)的補充。滲透檢驗則是利用液體表面張力的特性，檢驗物體的表面缺陷。

2 技術評判方法

技術的發(fā)展，科技論文與專利，都是對技術發(fā)展的一個記載。每個技術都有發(fā)展程度，技術成熟度可以描述這一現(xiàn)象，常用的方法是對載體數(shù)量進行分析。對于論文和專利的分析，就分別是技術文獻計量方法（Technology Biblio Metrics，TBM）和技術專利分析方法（Technology Patent Analysis，TPA）[1]。

SCI-E 庫是SCI 核心庫中的網(wǎng)絡在線版本部分，SCI數(shù)據(jù)庫是1961 年由美國科學信息研究所創(chuàng)辦的引文數(shù)據(jù)庫，它是國際公認的進行科學統(tǒng)計與科學評價的主要三大科技文獻檢索工具之一。德溫特（Derwent Innovations Index）庫是Clarivate 公司創(chuàng)辦的國際專利索引庫，該數(shù)據(jù)庫收錄了上世紀六十年代以來各領域約7 000 萬份專利文獻，涵蓋了不同國家、不同領域，收錄全面[2]。選取這兩個數(shù)據(jù)庫，能較大程度的覆蓋到國際中相關載體的記錄，涵蓋人類智慧的積累，進而描述技術發(fā)展的歷史與趨勢。

技術生命周期理論表明，每一個技術的發(fā)展都會經(jīng)歷萌芽期、成長期、成熟期、衰退期，其發(fā)展趨勢如圖1 所示[2]。

圖1 技術發(fā)展趨勢圖

3 技術發(fā)展模型

G.S.Altshuller[3]認為，技術的發(fā)展可以定量為一條用數(shù)學公式擬合的曲線，常用的曲線為以下兩種：

3.1 指數(shù)增長模型

指數(shù)增長模型，其曲線類似于一條指數(shù)方程，其增長非常迅速。在技術成長期，通常比較符合指數(shù)模型。

式(1)中，t 代表時間（年度），a 是一個定值，代表著最開始的載體數(shù)量，b 是一個定值，代表時間常數(shù)，反映了該年度載體的累積量與上一年度的累積量的比值，e 為自然對數(shù)（2.7182…）。

3.2 Logistic 增長模型

普賴斯[4]認為，指數(shù)增長模型只存在于技術發(fā)展初期，對于技術發(fā)展中期及之后，其增長放緩，勢必會脫離指數(shù)階段的快速增長期。因此，提出了著名的Logistic 增長曲線增長的理論和模型。

y 為已有載體累積值與理論上所能發(fā)表的最大值的比值，可以表征技術成熟度[5]。

4 技術分析結(jié)果

4.1 專利分析結(jié)果

對于UT、MT、PT、RT 四種技術的每年累積專利數(shù)進行擬合，在指數(shù)模型與logistic 模型中，選取擬合度較高的結(jié)果進行分析。擬合結(jié)果如圖2 所示。

圖2 不同檢驗方法累計專利數(shù)的曲線擬合圖

可以看出，四種檢驗方式的專利數(shù)UT、PT 為指數(shù)型增長，MT、RT 符合logistic 型增長，其理論最大專利量為28821、2350 篇。圖中可見，在2000 年以前，其文獻增長速度均呈現(xiàn)較慢態(tài)勢，在2000 年之后，各個技術的專利數(shù)量開始先后有了較大幅度的上升。根據(jù)式（3）計算成熟度，截至2021 年MT、RT 的專利技術成熟度分別為20%、59%，表明MT 尚處于成長期，而RT 也處于成長期的后期。而UT、PT 符合指數(shù)型增長，說明該領域目前涉及到的專利在近期有突破性發(fā)明，這也可以從圖中看出，PT 其在近兩年有著突破式的增長。

4.2 SCI-E 論文分析結(jié)果

如圖3 所示，對四種無損檢驗方法的論文數(shù)量進行檢索、分析，可以看出，四種檢驗方法均符合logistic 型增長方式。四種檢驗方法的年發(fā)表論文數(shù)呈上升趨勢，與專利分析結(jié)果對比，論文數(shù)量在2000 年以前的也是呈緩慢增長，但是其年增長速率要明顯比專利年增長速率均勻。UT、MT、PT、RT 的理論文獻數(shù)分別為73776、24419、2260、21201 篇。計算其成熟度，UT、MT、PT、RT 分別為31%、38%、55%、62%，以科技文獻數(shù)而言尚未達到成熟期，其每年發(fā)表的論文數(shù)均呈上升趨勢。

圖3 不同檢驗方法累計論文數(shù)的擬合分析

結(jié)合專利分析結(jié)果可以看出，四種傳統(tǒng)檢驗方式均未達到技術成熟期。分析專利與論文檢索結(jié)果，在目前而言，檢驗領域具有結(jié)合其它領域發(fā)展成果快速發(fā)展的趨勢。自動化、數(shù)字化、智能化等，都是能使得傳統(tǒng)的檢驗方式在不同的應用領域進行新的突破的良好助力。以UT 為例，全自動超聲波檢測技術（AUT）、相控陣超聲波檢驗技術（PAUT）[6]等新興工業(yè)檢驗方式在近年來應用領域、條件更加寬廣、檢驗方式更加成熟。其自動化檢驗設備，可以做到自動采集、存儲數(shù)據(jù)，及智能化的數(shù)據(jù)初步分析、風險提醒等，較之手工超聲檢驗，效率更高、且檢驗結(jié)果可存儲，目前已基本覆蓋管道建設的焊接檢驗中。

在RT 方面，數(shù)字化射線技術在工業(yè)界中的應用也漸漸推廣。傳統(tǒng)海洋工程建設中，由于受船舶作業(yè)條件的影響，射線設備通常以適應作業(yè)條件為首要因素。數(shù)字化射線技術由于采用數(shù)字化曝光、數(shù)字化圖像、數(shù)字化存儲，作業(yè)速度進一步提升，且不涉及膠片和廢液，是一種先進、高效、環(huán)保的技術。

MT 和PT，由于其作業(yè)方式涉及到液體及配方，因此隨著材料科學的進步，也伴隨著一定的專利、論文發(fā)展。

5 結(jié)論

通過技術成熟度分析，四種無損檢測方法無論是從專利數(shù)量還是從論文數(shù)量，均處于技術成長期，尚具有較大的增長空間。自動化、數(shù)字化、智能化等其它領域的成果，都是能使得傳統(tǒng)的檢驗方式在不同的應用領域進行新的突破的良好助力。