无损检测虚拟仿真在实验教学中的应用

一 引言

无损检测是指在不损害或不影响被检测对象使用性能,不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法[1-2]。无损检测是工业发展必不可少的有效工具。射线检测是无损检测的重要组成部分，在工程实际中占有重要地位，但由于射线检测设备昂贵、检测过程繁琐复杂、检测存在一定的辐射性等诸多问题，射线检测的实验操作无法在实际教学中全面展开，严重的影响了教学效果[3-4]。通过设立虚拟仿真实验，借助虚拟仿真技术，搭建无损检测实验教学模块，能在一定程度上降低实验成本，提高学生的学习和工程实践能力，提升教学质量[5-6]。

图1 虚拟仿真实验搭建方案图

二 无损检测虚拟仿真平台的构建

无损检测虚拟仿真平台以X射线检测实验为主，同时融合超声、磁粉、渗透、涡流等常规检测知识，主要内容包括无损检测实验微视频，X射线机的结构介绍，配套设备及设施介绍，典型 X射线检测实验，实验平台的搭建方案如图1所示。

（一） 理论强化，构架知识体系

理论强化部分包括实验指导及射线检测原理剖析实验。其中，实验指导部分利用实验指导书、实验教学视频、行业相关标准等多个方式加深学生对课堂所讲知识的理解，使学生掌握常见无损检测设备的使用方法，会利用相关行业标准指导检测。作为实验前的指导，有效缩短常规实验时间，扩展实验内容及深度。

图2 实验指导相关内容

图3 射线检测原理剖析

射线检测原理剖析实验，旨在向学生阐明X射线的产生、X射线的性质、射线检测的原理、射线检测的特点以及X射线检测器材，系统主界面如图3所示。系统以XXG-3505移动式射线探伤机为对象，学生通过三维模型、演示动画等形式，形象生动地的掌握射线检测的原理、射线机的基本机构，、胶片的结构及特性及相应的辅助器材，熟悉设备的使用方法，为进一步的实验开展打下基础。

（二） 工艺培训，深化教学内容

软件设置有射线检测工艺流程实验，旨在通过工艺流程的方式展示射线检测的一般步骤，让学生掌握并熟知射线检测的整个流程，工艺菜单中的每一步指令单击会进行相关指令的说明，例如单击“射线检测工艺卡”可以进入工艺卡的编制方法，屏幕下方会弹出相应栏的的填写要求；单击“暗室准备”，会自动进入暗室三维空间，展示暗室布局，提示基本流程，对设备参数及药液调配做必要的说明；单击“洗片及评片”，可以调用系统底片库，完成底片的评判；点击工艺流程中的“检测准备”，进入实验场景，模拟完成射线检测前的准备，包括：试件检查及清理、划线、摆放像质剂和标记、贴片、对焦等。

图4 工艺流程实验界面图

通过该部分内容的学习，学生可以了解射线检测的实验环境、熟悉暗室的主要布局，掌握评洗片的方法，掌握常规检测工艺。通过工艺卡的填写，掌握透照方式的选择、一次透照长度的计算、胶片布置摆放、曝光参数等的设置方法。使学生有效地将理论课堂的理论内容和实践操作有机结合，可以沉浸于计算机生成的虚拟环境中，而有“身临其境”之感[7]。

（三） 虚拟实验，模拟典型工程实际

射线检测是目前管道、容器焊缝的主要检测手段，系统针对不同的工况，设置了三个典型的在线实验项目，分别是小管径环向焊缝、安放式接管管座焊缝、大径管X射线检测实验。学生根据在线实验给出的实验内容（如图5a所示），按照要求编制工艺卡（如图5b所示），完成射线检测相关准备工作，进行透照（如图5c所示），、完成洗片及评片（如图5d所示），系统根据学生提交的工艺卡片给出判定成绩。

实验内容包含了常见的长输管道焊缝、压力容器焊缝、接管焊缝等，具有一定的代表性，学生针对不同工况选择相应的检测方法，编写对应的工艺卡进行的实验准备，根据结果完成底片的判断，整个流程模拟实际操作的具体步骤，增强学生的实际操作应用能力。

图5 (a) 实验题目

图5(b) 编制工艺

文章来源：《无损检测》 网址: http://www.wsjczzs.cn/qikandaodu/2021/0709/601.html