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2022-2027年无损检测市场调查研究与发展前景预测报告

2021-11-22 10:57     来源:普华有策     无损检测超声检测
无损检测行业发展趋势及面临的机遇及挑战分析

1、无损检测的基本概念

检测方法中,无损检测(Non-Destructive Testing)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。与破坏性检测相比,无损检测主要具备以下 3 个特点:①非破坏性,对于试件进行检测的同时不会损害被检测对象的使用性能;②全面性,必要时可对被检测对象进行 100%全面检测,这是破坏性检测无法做到的;③全程性,破坏性检测一般只适用于对原材料进行检测,对于批量生产的标准化产品只能采取抽查的方式进行检验;而无损检测可以对产品制造过程中的各个环节进行检测,直至对产成品进行全面测试。

相关报告:北京普华有策信息咨询有限公司《2022-2027年无损检测市场调查研究与发展前景预测报告》

由于无损检测具有非破坏性、互容性、动态性和严格性等特点,现如今已成为工业发展中必不可少的有效工具,在一定程度上反映出一个国家的工业发展水平。目前,主要无损检测方法包括超声检测(UT)、射线检测(RT)、磁粉检测(MT)、渗透检测(PT)和涡流检测(ET)五类,在特种设备、轨道交通、兵器、核电、航空航天、能源电力等下游行业中得到广泛应用。

无损检测技术的应用已经遍及我国经济建设和人民生活的各个方面,大到飞机、卫星等航空航天,小到日常生活用品,在国民经济的各个命脉行业中承担关键角色,是保证和提高产品质量的重要手段,体现了国民经济发展水平。根据中国机械工程学会组编的《无损检测发展线路图》统计,经过实施无损检测后,各行业的产品增值情况为:机械产品约 5%,国防、宇航、原子能产品为 12%-18%,火箭为 20%左右。

2、无损检测行业市场概况

随着全球经济高速发展,无损检测行业应用领域不断拓宽,其市场规模也保持了快速增长态势。统计数据显示,2018年全球无损检测市场(NDT)容量约为 83 亿美元,预计到 2024 年全球市场规模将达到 126 亿美元,其中超声检测将占据最大比例的市场份额。2016 年超声检测(UT)市场容量为 24.4 亿美元,预计 2022 年超声检测市场规模增长至 39.3亿美元,2016 年至 2022 年的年复合增长率为 8.3%。

当前美国是超声无损检测市场消费额最高的国家,2015 年约占全球无损检测仪器市场的 35.6%;其次是欧洲,占据了整个市场容量的 26.5%左右。近年来,由于亚太地区基础设施的快速发展和制造业自动化水平的持续提升,中国、印度、日本和韩国等国家已经成为全球无损检测市场的主要增长区域,约占整个市场容量的 24.2%。

总体来看,全球无损检测行业一直保持持续增长,同时,随着自动控制技术、计算机技术和传感器技术的高速发展,无损检测技术已经进入到以计算机控制为主的信息加工时代,在尽可能提高检测可靠性的基础上,力争实现由无损检测(NDT)向无损评价(NDE)的顺利升级。近年来,超声检测作为无损检测的先进技术代表已经率先进入现代化进程,目前正朝着数字化、自动化、智能化和图像化的科技方向不断前进。

相比西方发达国家,我国检测行业的发展历史比较短。20 世纪 80 年代,我国为了适应改革开放和市场经济建设的需要,同时为推动国内产业的发展,政府在技术法规、标准、合格评定程序等方面制定规定,着手推动在各行业成立了标准化组织、检验检测机构、认证机构等。在我国加入 WTO 以后,在外资检测机构的冲击以及我国经济迅速发展带来的检测市场需求的双重因素作用下,我国检测行业进入了快速发展阶段。根据中国认证认可协会发布的数据,截至 2019 年底,我国共有检验检测机构 44,007 家、从业人员 128.47 万人,分别较上年增长11.49%、9.4%;对社会出具各类检验检测报告 5.27 亿份、实现营业收入 3,225.09亿元,分别较上年增长 23.13%、14.75%。同时,我国检测机构拥有的各类仪器设备数量规模也呈逐年持续增长趋势,截至 2019 年底,我国检验检测机构共拥有各类仪器设备 710.8 万台/套,同比增长 12.16%。

无损检测作为检验检测的重要方式之一,随着中国经济改革开放形式不断深入,进入了快速发展期。其中,超声无损检测的应用不断拓展,超声检测被大量用于金属材料和构件的检验检测,几乎涵盖了所有的下游工业领域,如特种设备、轨道交通、能源电力、钢铁冶金、航空航天、核电等。随着我国经济持续增长,我国无损检测技术基础研究和应用水平在不断解决这些检测/监测难题时得到快速发展和提高,在此过程中不仅建立了完整的无损检测技术和标准体系,同时对于技术人员的培训考核体系也形成了系统化的规范模式。目前,我国无损检测技术水平能够独立解决我国所有工程需求中的绝大部分技术难题,并能开发出大部分常用的无损检测技术装备和仪器,已成为国际无损检测标准和学术界的中坚力量。根据中国机械工程学会组编的《无损检测发展线路图》,我国目前拥有直接从事或从事与工业无损检测相关技术工作的人员 30 万名以上,从事无损检测服务的检验检测机构约 2,000 家,有 2 万多家机械制造和安装企业拥有自己的无损检测队伍,无损检测费用占产品的比例为 1%-50%,无损检测行业每年的仪器销售和技术服务超过 100 亿元。

近年来,随着我国传统产业的转型升级,新兴行业保持高速发展,新材料、新结构和新工业不断涌现,对无损检测行业提供持续发展机遇。与此同时,虽然国内企业总体水平和综合实力有了很大程度的提高,在无损检测基础理论、技术开发、仪器设计和研制及产品应用等方面都已在世界占有重要一席。但在一些高端无损检测仪器制造方面,与欧美等发达国家仍存在一定差距,如在全聚焦相控阵超声检测的应用领域方面,仍然大量采用进口的国际品牌。根据中国海关统计相关数据,2017 年至 2020 年我国进口的无损检测设备(不包含探头和配件)情况如下:


资料来源:中国海关、普华有策调研整理

从上表可以看出,受超声波探伤检测仪进口额逐年快速上升的影响,我国无损检测设备近年来进口额呈持续上升趋势,其中超声波探伤检测仪进口额占无损检测设备的比例总体逐年上升,2017 年至 2020 年的占比分别为 43.68%、45.28%、50.66%和 46.98%。

具体从超声无损检测仪来看,根据中国海关统计相关数据,2017 年至 2020年,我国超声波探伤检测仪(海关编码:90318031, 不包含探头和配件)进口金额分别达 48,928.02 万元、68,534.43 万元、83,382.45 万元和 69,819.16 万元,进口额总体逐年快速上升,国产进口替代市场空间广阔。

3、行业竞争态势

(1)行业壁垒高,市场竞争缓和,主要以技术竞争为主

超声无损检测行业属于技术密集型行业,专业技术性强、科技水平高,行业会涉及到声学、自动化、计算机科学技术和材料学等多个专业学科。在超声检测设备领域,检测仪器的稳定性、检出率、信噪比、频带宽度和成像质量等指标性能,以及在超声换能器领域的通道数量、检测频率、楔块角度和晶片数等参数要求是否满足条件及客户要求,都直接决定了产品本身是否具有竞争力,而指标性能的改良,不仅涉及材料、机械、电路设计和工业自动化等多个领域的专有技术,还要求企业投入较大的资金及时间进行研发,需要企业进行长期的技术积累。因此,超声无损检测行业壁垒较高,市场参与主体较少,竞争相对较为缓和。

无损检测是保证和提高产品质量的重要手段,下游行业使用超声检测设备目的在于保障产品质量及性能的稳定性。因此,客户在选择超声检测设备的主要考虑因素在于能否满足差异化的检测需求,加上随着新材料、新结构和新工艺不断涌现,专用化和定制化成为无损检测设备的特点。因此,行业内的竞争以技术竞争为主,能否针对客户的行业特点和需求差异提供完整的无损解决方案及在此基础上的产品配套能力成为核心竞争力。

(2)国内厂商竞争力不断增加,但高端产品仍以国外企业为主

随着无损检测行业不断发展,国内企业总体水平和综合实力有了很大程度的提高,在无损检测基础理论、技术开发、仪器设计和研制及产品应用等方面都已在世界占有重要一席。由于受到资金、技术、研发力量、品牌等因素的限制,国内无损检测企业规模普遍偏小,产品结构也相对较为单一,在全聚焦相控阵超声检测设备等高端产品的技术水平和质量稳定性与国外企业尚存在一定差距。

根据我国海关统计相关数据,我国高端无损检测设备进口额持续增加,2019年和 2020 年,我国进口的无损检测设备(不含探头等配件)进口额分别 16.46亿元和 14.86 亿元,其中 2019 年和 2020 年超声探伤检测仪进口额分别为 8.34 亿元和 6.98 亿元,2019 年较 2018 年增加 21.68%,2020 年受新冠疫情的影响有所下降,但仍然保持在较高水平。随着国内企业不断加大各方面等的投入,改进生产工艺,提高研发水平,改善产品性能,目前已在中高端市场与国外厂家直接展开竞争,未来逐步取代部分由国外产品占据的市场份额将成为国内无损检测行业市场趋势之一。

4、行业面临的机遇

(1)国家产业政策持续支持

自 2016 年开始,国家陆续修订了《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录(2016 版)》、《战略新兴产业分类(2018)》和《产业结构调整指导目录(2019年本)》等产业政策指导文件,文件中都指出检验检测仪器将被列入国家战略性新兴产业重点产品或服务行列。同时,国务院、国家质检总局也相继出台《中国制造 2025》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《质量品牌提升“十三五规划”》和《中共中央国务院关于开展质量提升行动的指导意见》等一系列国家战略规划和政策措施,同样将“国家质量基础设施效能充分释放”列为提高供给质量的四大主要目标之一,以促进供给侧改革,具体指出“计量、标准、检验检测、认证认可等国家质量基础设施系统完整、高效运行,技术水平和服务能力进一步增强,国际竞争力明显提升,对科技进步、产业升级、社会治理、对外交往的支撑更加有力”。

(2)国民经济持续快速发展

我国已经成为世界第二大经济体,目前正在经历由制造业大国向制造业强国的转变。随着供给侧改革的深化实施,国民经济持续向好,产业结构调整不断深入,传统产业逐渐完成转型升级,向更高端发展;同时,人力和资本等资源向先进制造业集聚,直接刺激航空航天、汽车、高铁、船舶制造、轨道交通等重点行业的迅速发展,不断出现新材料、新结构和新工艺,从而促进对超声检测设备需求的增长。根据中国机械工程协会组编的《无损检测发展线路图》统计,经过实施无损检测后,各行业的产品增值情况为:机械产品约 5%,国防、宇航、原子能产品为 12%-18%,火箭为 20%左右。因此,超声无损检测行业将服务于国家战略性基础行业和新兴行业,也会推动国家其他产业的持续发展。

(3)行业质量标准持续完善

超声检测的发展前提是相关标准体系的建立,后续发展离不开标准和评价体系的支撑。目前,国家正积极加快相关法规建设,完善各领域国家及行业标准体系,推进强制性新标准改革,提升诸如超声相控阵等技术标准和检测设备的有效性、先进性和适用性。2016 年 1 月,国家能源局修订了《在役油气管道对接接头超声相控阵及多探头检测》的工业标准,规定了采用超声相控阵及多探头超声检测系统对于石油天然气在役管道环向对接接头、角向对接接头及制管对接接头的检测及质量评定要求;2016 年 2 月,国家标准《无损检测 超声检测 相控阵超声检测方法》发布;2019 年 3 月,中广核集团发布消息阳江核电站在常规岛法定焊缝检测工作中的射线探伤将由相控阵超声检测技术取代,阳江核电站成为国内首家常规岛完全使用相控阵超声检测技术的核电站;2020 年 5 月,中化泉州百万吨乙烯项目采用超声相控阵设备对外径为 508 毫米至 1.93 米规格的大口径管道焊缝进行无损检测,是国内炼化工程首次使用超声相控阵技术(替代射线检测);2021 年 8 月,承压设备超声相控阵检测行业标准《承压设备无损检测 第15 部分:相控阵超声检测》获得国家能源局批准并正式实施。各领域标准体系的不断完善,将逐渐满足并扩大现有应用领域对超声检测设备的市场需求,推动行业更好地发展。

(4)质量安全意识不断提升

随着我国经济的高速发展,重大工程和大型基础设施的建设日新月异,例如国家天然气长输管线和燃气管网、大型石化装置和储备库、百万千瓦级别的火电机组、三代核电反应堆和高速铁路网络相继投入使用。上述重大工程和基础设施的建设,大大促进了我国经济发展和人民生活水平的提高,但同时存在巨大的公共安全隐患。2013 年,山东青岛黄岛区中石化黄潍输油管线一输油管道发生破裂事故,造成多人死亡及重大经济损失;2017 年 11 月,中石油乌鲁木齐石化炼油厂在换热器检修作业中发生安全事故,同样造成多人死亡重大影响;2019 年,GE 公司已经发生了 5 起风电机组倒塌事故;2021 年湖北十堰发生燃气爆炸事故,造成重大人员经济损失。重大安全事故的不断发生引起了国家有关部门对于社会公众安全的高度关注,而产品质量反映了一个国家的综合实力,是企业和产业核心竞争力的体现,这将为无损检测行业发展提供良好的发展环境。

(5)自主可控带来的进口替代趋势

随着无损检测行业不断发展,国内企业总体水平和综合实力有了很大程度的提高,在无损检测基础理论、技术开发、仪器设计和研制及产品应用等方面都已有巨大进步,为国产产品代替进口产品奠定了坚实的技术基础。根据中国海关统计的无损检测设备进口设备金额(不含扫查装置、探头等配套产品),我国无损检测设备进口金额持续增长,2019 年和 2020 年进口金额分别 16.46 亿元和 14.86 亿元。随着全球贸易争端及摩擦的增加,国民经济各行业及企业对核心产品和工艺技术的掌握、对产品正常生产受制于人的危机意识越来越强,尤其是支持国家重点实验、科技前沿,应用于航空航天、核电、国防军工等领域的关键仪器设备的自主可控要求,这为国内厂家提供了巨大发展机遇及替代空间。

5、行业面临的挑战

(1)与国际领先企业相比,国内超声检测设备厂商规模小

随着我国经济的持续增长及产业结构调整和转型升级,国内无损检测市场需求不断增加,国际领先的无损检测仪器生产厂商如美国贝克休斯、奥林巴斯纷纷加强对市场的开拓。这些国际领先企业凭借国际化、规模化、综合化、专业化和市场化的竞争优势,日渐成为我国超声检测设备市场的重要力量,对国内企业形成较大的竞争压力。国内企业虽然近年来发展较快,但与国际先进企业相比,在技术水平、产品类型和规模实力上仍存在差距,特别是在一些高端检测仪器上国外企业仍占据主导地位,致使国内企业拓展空间受限,对经营规模的扩张和技术实力的提升带来不利影响。

(2)人才和技术经验较为欠缺

超声无损检测行业专业技术性较强,涉及声学、自动化、计算机科学技术和材料学等多个专业学科,其相关人才需要企业在实际研发过程中进行培养。而技术人才的培养离不开实际工作,国内企业规模普遍较小,难以在短时间内储备足够的技术人员。此外,相控阵超声检测设备对检测操作人员的理论知识要求也较高,操作者不仅需要掌握一般的超声理论知识,还需关于声场偏转和聚焦的物理知识以及相关数字技术、数字图像处理技术的知识,同时还需进行集中培训掌握操作检测设备的技巧,取得相关资质。因此,人才和技术经营的欠缺会影响相控阵超声检测的应用推广。

6、无损检测未来发展趋势

随着“工业 4.0”的推动,给超声无损检测技术的研究和应用提出了更高要求,也带来了新的发展机遇。为了满足工业装备智能化、高质量制造和高可靠性应用的检验检测需要,超声无损检测技术与设备向着专用精量化、自动化、全过程无人化和数据管理智能化的发现发展。

(1)专用化、精量化

随着检测环境和待检对象的多样化、复杂化和多元化,单一检测设备或者通用化检测方法已经无法满足所有客户需求,需要针对具体被检物定制化研究专用检测工艺方法和技术标准,建立与特定材料结构全生命周期检测要求相适应的专用检测标准和设备,实现各类缺陷和精量化检测和工艺参量、过程与设备的标准化。因此,针对特定客户的专项检测要求开发定制化的检测方法和检测设备,将是超声无损检测的一个发展趋势,同时也是提高超声检测适用范围、增加技术附加值的有利途径。

目前,行业内领先企业通常采用案例型服务模式为客户提供定制化整套无损检测系统,针对特定用户需求开展联合研究,提供专用无损检测设备或技术。

(2)自动化

智能化是“工业 4.0”发展的目标,智能化检测的基础是无损检测与结果评定过程的自动化。随着工业自动化和智能化的发展,下游各行业需要对各类特定精密部件进行自动化无损检测,自动化检查设备需求日趋增加。自动化检测设备集成了超声相控阵检测仪器或超声板卡、检测方法、超声换能器及扫查装置、机械传动、自动化控制、自动化机器人等多个领域,其采用机械装置夹持超声换能器和传动被检测工件,通过电气控制系统进行扫查覆盖,实现检测参量设置、激励控制、探测控制、扫描成像控制、数据管理和检测结果分析与评定过程的自动化。

(3)自主化

目前我国在无损检测新技术相关的关键器件和高端设备上依赖进口,部分自主集成建立的检测设备的性能也取决于国外器件性能,在可设计性、可集成性、检测性能和自动化程度等方面受到限制。而国外成套检测设备一般成本高昂、交货期长,且容易受到国外政策封锁禁运或限制,这已成为制约我国无损检测技术向自动化、智能化方向发展的一个主要因素。为了更好地满足国内无损检测技术设备的应用需求,推动未来的研究、应用和发展,需要实现核心器件、核心算法和高端设备的自主化。

(4)向在役监测及检测大数据分析发展

随着通信技术和物联网技术等的发展,一方面,超声在役监测在石化、压力容器等领域率先获得应用,大量的监测结果能够直接反映结构在役过程中的失效过程,对大量监测数据的汇总处理是实现失效预测,提高结构使用安全的有效手段;另一方面,超声检测发现的大量缺陷对于结构安全性影响程度的研究,是工业设计部门选材的重要依据,在超声检测所能发现的缺陷尺寸越来越小的情况下,研究缺陷检出之后的损伤评价,建立相关数据库,是未来超声无损检测的一个发展趋势。

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