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粘接检测上的技术创新
  文章来源: 发布时间:2004-10-10 【字号: 小  中  大   

李明轩 声学检测专家。1939年7月生于辽宁省桓仁县,1963年毕业于北京大学无线电系声学专业。现任中国科学院声学研究所特聘研究员、博士生导师,兼任中国声学学会常务理事、检测分会主任委员、中国声学学会会士和美国声学学会会员、国家自然科学基金委数理学部第六、七届学科评审专家组成员、《应用声学》和《无损检测》杂志编委。

主要从事检测超声和超声检测研究工作。先后参加主持完成了核元件和固体火箭发动机等多项国家超声检测任务。还负责开展了“检测用超声压电换能器瞬态行为研究”和“声波全面评价固井质量”的方法和设备研究。获国家级、部委级成果奖3项和发明专利4项。在国内外核心刊物发表论文130余篇,出版专著1部,合著1部。

粘接工艺是现代工业尤其是国防工业越来越广泛采用的工艺技术。由于粘接层间脱粘或粘接强度未达到设计要求或在使用过程中强度降低而引发的各种灾难性事故时有发生,粘接结构的安全和质量问题是人们普遍关心的问题。因此,粘接质量的检测与评价一直就是国际上超声检测一个极其重要的研究前沿领域。粘接质量的检测不同于一般材料内的缺陷检测,它主要关注材料介质的界面部位,特别是对于高波阻下多层低波阻材料界面的脱粘粘接检测、机械贴合脱粘检测和粘接强度的检测,是国内外长期悬而未决的问题。

比较常见的高波阻下多层低波阻材料界面结构是在钢层下有多层橡胶粘接的结构,这一类脱粘检测的困难主要有两点:其一,钢层的两个界面都是波阻抗相差较大的界面,换能器检测到的橡胶层间(二、三、四界面)的反射信号相对入射信号而言是经过了钢层两个界面四次镜面屏蔽作用之后的十分微弱的信号;其二,声波在钢层内的多次反射强信号淹没了橡胶层反射的波信号。对于二、三、四界面的超声检测,犹如光学中要看到一个双面镜子后面的物体一样。

从60年代起,我所从事的工作都是按照当时“以任务带学科”的办院方针,承担当时国家战略需求的一些重大项目中的有关超声粘接检测任务。这其中包括固体火箭发动机中壳体、绝热层、包覆层、药柱各界面,反应堆核元件中包覆层、过渡扩散层、铀芯各界面,飞机上蒙皮、衬层、蜂窝各界面等粘接超声检测。

我们对这些从实际需求中提出的检测问题的研究,大体经历了三个阶段。

第一阶段是60年代初至70年代中,结合当时承担的国家多项有关检测任务,系统地研究了声阻法检测原理,在国际上首次给出完整系统理论并对具体的一些方法作了详细分析,同时我们还将国际上广泛应用的福克仪归为声阻法中的一种,对其检测原理给出了唯象的理论分析,胶结层的物理模型就是后来被国际上广泛采用的弹簧模型。就这些工作我出版了一本专著《声阻法检测原理》,在国内外产生了重要影响。但可惜的是,这一方法只能很好地解决一界面脱粘检测而不能解决二、三、四界面的脱粘检测问题。

第二阶段是80年代中至90年代中,承担了中国石油天然气总公司与中国科学院的重大合作项目,与大庆油田合作,全面研究声波检测水泥固井质量的方法和设备。目的是检测钢套管与地层之间水泥胶结质量,与我们早期研究的问题一样,是高波阻下低波阻多层粘接检测问题。钢套管类似于钢层,水泥类似于橡胶层,需要检测钢套管与水泥层间的一界面脱粘、水泥层与地层间的二界面脱粘问题。我们用了10年时间研究了全面的检测评价方法,获得了发明专利,研制的设备获得中国石油天然气总公司科技进步奖二等奖,从方法上成功地解决了二界面检测问题。

第三阶段是从1992年至2001年底,在60年代初承担的任务的基础上提出了更高要求,必须解决二、三、四界面的粘接检测问题。我们有了1985年至1995年大庆声波测井检测二界面的积累,同时从1987年开始开展了5项国家自然科学基金项目的相关研究。在这10年间先后招收了7名博士、2名硕士,大家围绕有关二、三、四界面脱粘检测问题开展了全方位的系统的基础研究工作。这其中包括传播理论研究、各种信号处理方法研究以及关键器部件研制和关键技术支撑研究。1999年至2001年底在中国科学院一期创新工程试点项目的支持下实现了突破,2001年11月通过了技术鉴定,实现了多通道、数字化、智能化、自动扫描、自动判别、实时成像、全方位立体显示对一、二、三、四界面脱粘检测。对我们的设备,有的用户讲,“我们几十年跑遍了国内外,可以负责地说这是全世界第一台”。还有的用户讲,“我们一直跟踪国内外情况,可以保证地说这是世界第一台”。鉴定意见认为是达到了世界领先水平,实现了有关粘接检测上的技术创新,解决了国家的重大需求。

通过近40年的有关粘接检测的研究工作,我们深深体会到:其一,创新不可能凭空创新,常常源于国家战略需求项目中,去解决国家战略需求、国际上没有解决的、常规方法和技术解决不了的实际问题,去研究的过程就是创新的过程,问题得到解决就实现了某些技术的创新。国家战略需求提供了重要的创新机遇和选题,是创新的源头;其二,我们在国家自然科学基金项目和研究生论文多方面的基础研究起到了重要作用,创新不能浮躁,不能急功近利,必须以深入的基础研究为基础,以几十年的积累为条件,我们的创新成果的取得是经历了几十年的艰苦努力,就是从1992年项目的重新提出算起,也是10年磨一剑。

撰稿人:李明轩

点评:

李明轩先生几十年专心研究粘接质量的检测,从最初解决一界面的脱粘检测,到进而一步步解决了二、三、四界面的脱粘检测问题,基础研究与应用研究交相辉映,不断追求,实现了该领域里的技术创新。从中我们看到他的研究工作是怎样越做越深入,并取得突破的。李先生把国家的战略需求作为技术创新的源头,把基础研究作为技术创新的根基很有道理;他耐住性子、步步深入认真解决国内外没有解决的技术难题的态度难能可贵。这个案例,对于我们深化研究、克服浮躁很有帮助。

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