無損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)

1、無損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)2目 錄無損檢測(cè)概論缺陷的種類及產(chǎn)生原因檢測(cè)儀器簡(jiǎn)介射線檢測(cè)超聲波檢測(cè)磁粉檢測(cè)滲透檢測(cè)渦流檢測(cè)聲發(fā)射檢測(cè)無損檢測(cè)方法的應(yīng)用選擇3 無損檢測(cè)概論無損檢測(cè)概論4應(yīng)用方面1. 加工前對(duì)原材料的檢測(cè)2.作為一種過程控制手段，多材料加工過程的評(píng)估（在線控制）-工業(yè)即時(shí)檢測(cè)技術(shù)3.對(duì)成品的檢驗(yàn)4.對(duì)在用產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)的評(píng)估5與人體的關(guān)系人體被認(rèn)為是有史以來最獨(dú)特的無損檢測(cè)一種儀器。依靠各種感官！ 視覺視覺最甚！VT無損檢測(cè)可以看著對(duì)人類感覺的延伸，通常使用精密的電子儀器和其他專業(yè)設(shè)備。6NDT的 發(fā)展歷史（1）何時(shí)開始？盤古開天地以1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線為標(biāo)志，無損檢測(cè)作為一門多學(xué)科的綜合技

2、術(shù)，正式開始進(jìn)入工業(yè)化大生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，迄今已有一百多年的歷史。1900年法國(guó)海關(guān)開始應(yīng)用X射線檢驗(yàn)物品1922年美國(guó)建立了世界第一個(gè)工業(yè)射線實(shí)驗(yàn)室，用X射線檢查鑄件質(zhì)量，以后在軍事工業(yè)和機(jī)械制造業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 7NDT的 發(fā)展歷史（2）1912年超聲波探測(cè)技術(shù)最早在航海中用于探查海面上的冰山，1929年超聲波技術(shù)用于產(chǎn)品缺陷的檢驗(yàn)，至今仍是鍋爐壓力容器、鋼管、重要機(jī)械產(chǎn)品的主要檢測(cè)手段。二十世紀(jì)30年代，開始用磁粉檢測(cè)方法來檢測(cè)車輛的曲柄等關(guān)鍵部件，以后在鋼結(jié)構(gòu)件上廣泛應(yīng)用磁粉探傷方法，使磁粉檢測(cè)得以普及到各種鐵磁性材料的表面檢測(cè)。8NDT的 發(fā)展歷史（3）50年代， Dona

3、ld C. Erdman發(fā)明了第一代浸入式超聲檢測(cè)掃描儀二十世紀(jì)中期，在現(xiàn)代化工業(yè)大生產(chǎn)促進(jìn)下，建立了以射線檢測(cè)（RT）、超聲檢測(cè)（UT）、磁粉檢測(cè)（MT）、滲透檢測(cè)（PT）和電磁檢測(cè)（ET）五大常規(guī)檢測(cè)方法為代表的無損檢測(cè)體系。進(jìn)入二十世紀(jì)后期，以計(jì)算機(jī)和新材料為代表的新技術(shù)，促進(jìn)無損檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展 9材料中常見的缺陷1011目視檢測(cè) VT（見下表）宏觀檢測(cè)滲透檢測(cè)PT （見下表）磁粉檢測(cè)MT （見下表）射線檢測(cè)RT超聲波檢測(cè)UT：如B超 彩超渦流檢測(cè)ET紅外熱成像法TIR聲發(fā)射檢測(cè)AE12 缺陷的種類及產(chǎn)生原因缺陷的種類及產(chǎn)生原因一、外觀缺陷鋼焊縫中常見缺陷及產(chǎn)生原因鋼焊縫中常見缺陷及

4、產(chǎn)生原因序號(hào)缺陷名稱定義產(chǎn)生原因危害防止措施備注1咬邊咬邊是指沿著焊趾，在母材部分形成的凹陷或溝槽。它是由于電弧將焊縫邊緣的母材熔化后沒有得到熔敷金屬的充分補(bǔ)充所留下的缺口。1、電弧熱量太高，即電流太大，運(yùn)條速度太小所造成的。2、焊條與工件間角度不正確，擺動(dòng)不合理，電弧過長(zhǎng)，焊接次序不合理等都會(huì)造成咬邊。3、直流焊時(shí)電弧的磁偏吹也是產(chǎn)生咬邊的一個(gè)原因。4、某些焊接位置（立、橫、仰）會(huì)加劇咬邊1、咬邊減少了母材的有效截面積，降低結(jié)構(gòu)的承載能力。2、造成應(yīng)力集中，發(fā)展為裂紋源。1、矯正操作姿勢(shì)，選用合理的規(guī)范，采用良好的運(yùn)條方式都會(huì)有利于消除咬邊。2、焊角焊縫時(shí)用交流代替直流焊也能有效地防止咬邊。

5、13序缺陷名稱定義產(chǎn)生原因危害防止措施備注2焊瘤焊縫中的液態(tài)金屬流到加熱不足未熔化的母材上或從焊縫根部溢出，冷卻后形成的未與母材熔合的金屬瘤即為焊瘤1、焊接規(guī)范過強(qiáng)、焊條熔化過快、焊條質(zhì)量欠佳（如偏芯），焊接電源特性不穩(wěn)定及操作姿勢(shì)不當(dāng)?shù)榷既菀讕砗噶觥?、在橫、立、仰位置更易形成焊瘤。1、焊瘤常伴有未熔合、夾渣缺陷，易導(dǎo)致裂紋。2、焊瘤改變了焊縫的實(shí)際尺寸，會(huì)帶來應(yīng)力集中。3、管子內(nèi)部的焊瘤減少了他的內(nèi)徑，可能造成流動(dòng)物堵塞。1、使焊縫處于平焊位置。2、正確選用規(guī)范，選用無偏芯焊條，合理操作3凹坑凹坑指焊縫表面或背面局部的低于母材的部分。1、凹坑多是由于收弧時(shí)焊條（焊絲）未作短時(shí)間停留造成的

6、（此時(shí)的凹坑稱為弧坑）。2、仰、立、橫焊時(shí)，常在焊縫背面根部產(chǎn)生內(nèi)凹。1、凹坑減小了焊縫的有效截面積。2、弧坑常帶有弧坑裂紋和弧坑縮孔。1、選用有電流衰減系統(tǒng)的焊機(jī)。2、盡量選用平焊位置。3、選用合適的焊接規(guī)范。4、收弧時(shí)讓焊條在熔池內(nèi)短時(shí)間停留或環(huán)形擺動(dòng)，填滿弧坑。14序缺陷名稱定義產(chǎn)生原因危害防止措施備注4未焊滿未焊滿是指焊縫表面上連續(xù)的或斷續(xù)的溝槽。1、填充金屬不足是產(chǎn)生未焊滿的根本原因。2、規(guī)范太弱，焊條太細(xì)，運(yùn)條不當(dāng)?shù)葧?huì)導(dǎo)致未焊滿。1、未焊滿同樣削弱了焊縫。2、容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。3、由于規(guī)范太弱使冷卻速度增大，容易帶來氣孔、裂紋等。1、加大焊接電流。2、加焊蓋面焊縫。5燒穿燒穿是指焊

7、接過程中，焊深超過工件厚度，熔化金屬自焊縫背面流出，形成穿孔性缺陷。1、焊接電流過大，速度太慢，電弧在焊縫處停留過久，都會(huì)產(chǎn)生燒穿缺陷。2、工件間隙太大，鈍邊太小也容易出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象。完全破壞了焊縫，使接頭喪失其聯(lián)接及承載能力。1、選用較小電流并配合合適的焊接速度。2、減小裝配間隙。3、在焊縫背面加設(shè)墊板或藥墊。4、使用脈沖焊。燒穿是鍋爐壓力容器產(chǎn)品上不允許存在的缺陷6其他表面缺陷成形不良指焊縫的外觀幾何尺寸不符合要求。有焊縫超高（圖2-25a或b），表面不光滑（圖2-25c），以及焊縫過寬，焊縫向母材過渡不圓滑等。錯(cuò)邊指兩個(gè)工件在厚度方向上錯(cuò)開一定位置，見圖2-25d，它既可視作焊縫表面缺陷，

8、又可視作裝配成形缺陷。塌陷單面焊時(shí)由于輸入熱量過大，熔化金屬過多而使液態(tài)金屬向焊縫背面塌落，成形后焊縫背面突起，正面下榻，見圖2-25e。表面氣孔及弧坑縮孔見圖2-25f、g。各種焊接變形如角變形、扭曲、波浪變形等都屬于焊接缺陷。角變形也屬于裝配成形缺陷。15二.氣孔序缺陷名稱定義分類形成機(jī)理產(chǎn)生原因危害防止措施1氣孔氣孔是指焊接時(shí)，熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出殘存于焊縫之中所形成的空穴。其氣體可能是熔池從外界吸收的，也可能是焊接冶金過程中反應(yīng)生成的。1.從其形狀上分： a.球狀氣孔 b.條蟲狀氣孔2從數(shù)量上分 a.單個(gè)氣孔 b.群狀氣孔群狀氣孔又有均勻分布?xì)饪?，密集氣孔和鏈狀分布?xì)饪字?

9、.按氣孔內(nèi)氣體成分a.氫氣孔b.氮?dú)饪譪.二氧化碳?xì)饪譫.一氧化碳?xì)饪譭.氧氣孔等。熔焊氣孔多為氫氣孔和一氧化碳?xì)饪住３毓虘B(tài)金屬中氣體的溶解度只有高溫液態(tài)金屬中氣體溶解度的幾十分之一至幾百分之一，熔池金屬在凝固過程中，有大量的氣體要從金屬中逸出來。當(dāng)凝固速度大于氣體逸出速度時(shí)，就形成氣孔。表2-4給出了氫在不同溫度金屬中的溶解度。1.母材或填充金屬表面有銹、油污等，焊條及焊劑未烘干會(huì)增加氣孔量。因?yàn)殇P、油污及焊條藥皮、焊劑中的水分在高溫下分解為氣體，增加了高溫金屬中氣體的含量。2.焊接線能量過小，熔池冷卻速度大，不利于氣體逸出。3.焊縫金屬脫氧不足也會(huì)增加氧氣孔。1.氣孔減少了焊縫的有效截面

10、積，使焊縫疏松，從而降低了接頭的強(qiáng)度，降低塑性，還會(huì)引起泄漏。2.氣孔也是引起應(yīng)力集中的因素。3.氫氣孔還可能促成冷裂紋。1.清除焊絲，工作坡口及其附近表面的油污、鐵銹、水分和雜物。2.采用堿性焊條、焊劑，并徹底烘干。3.采用直流反接并用短電弧施焊。4.焊前預(yù)熱，減緩冷卻速度。5.用偏強(qiáng)的規(guī)范施焊。16三.夾渣序號(hào)缺陷名稱定義分類分布與形狀產(chǎn)生原因危害防止措施1夾渣夾渣是指焊后熔渣殘存在焊縫中的現(xiàn)象。a.金屬夾渣：指鎢、銅等金屬顆粒殘留在焊縫中，習(xí)慣上稱為夾鎢、夾銅。b.非金屬夾渣：指未熔的焊條藥皮或焊劑、硫化物、氧化物、氮化物殘留于焊縫之中。1.單個(gè)點(diǎn)狀?yuàn)A渣2.條狀?yuàn)A渣3.鏈狀?yuàn)A渣4.密集夾

11、渣1.坡口尺寸不合理；2.坡口有污物；3.多層焊時(shí)，層間清渣不徹底；4.焊接線能量?。?.焊縫散熱太快，液態(tài)金屬凝固過快；6.焊條藥皮，焊劑化學(xué)成分不合理，熔點(diǎn)過高，冶金反應(yīng)不完全，脫渣性不好；7.鎢極惰性氣體保護(hù)焊時(shí)，電源極性不當(dāng)，電流密度大，鎢極熔化脫落于熔池中。8.手工焊時(shí)，焊條擺動(dòng)不良，不利于熔渣上浮。1.點(diǎn)狀?yuàn)A渣的危害與氣孔相似2.帶有尖角的夾渣會(huì)產(chǎn)生尖端應(yīng)力集中，尖端還會(huì)發(fā)展為裂紋源，危害較大。根據(jù)原因分別采取對(duì)應(yīng)措施以防止夾渣的產(chǎn)生17四、裂紋1.定義焊縫中原子結(jié)合遭到破壞，形成新的界面而產(chǎn)生的縫隙稱為裂紋。2.裂紋的分類序分類依據(jù)各類名稱特點(diǎn)1裂紋尺寸大小宏觀裂紋肉眼可見的裂紋

12、。微觀裂紋在顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)。超顯微裂紋在高倍數(shù)顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)，一般指晶間裂紋和晶內(nèi)裂紋。2產(chǎn)生溫度熱裂紋產(chǎn)生于Ac3線附近的裂紋。一般是焊接完畢即出現(xiàn)，又稱為結(jié)晶裂紋。這種裂紋主要發(fā)生在晶界，裂紋面上有氧化色彩，失去金屬光澤。冷裂紋指在焊畢冷至馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms點(diǎn)以下產(chǎn)生的裂紋，一般是在焊后一段時(shí)間（幾小時(shí)，幾天甚至更長(zhǎng)）才出現(xiàn)，故又稱為延遲裂紋。3裂紋產(chǎn)生的原因再熱裂紋接頭冷卻后再加熱至500700時(shí)產(chǎn)生的裂紋。再熱裂紋產(chǎn)生于沉淀強(qiáng)化的材料（如Cr、Mo、V、Ti、Nb的金屬）的焊接熱影響區(qū)內(nèi)的粗晶區(qū)，一般從熔合線向熱影響區(qū)內(nèi)的粗晶區(qū)發(fā)展，呈晶間開裂特性。層狀撕裂再具有丁字接頭或角接頭的

13、厚大構(gòu)件中，沿鋼板的軋制方向分層出現(xiàn)的階梯狀裂紋，見圖2-28。層狀撕裂主要是由于鋼材再軋制過程中，將硫化物（MnS）、硅酸鹽類、Al2O3等雜質(zhì)夾在其中，形成各向異性。在焊接應(yīng)力或外拘束應(yīng)力的使用下，金屬沿軋制方向的雜物開裂。應(yīng)力腐蝕裂紋在應(yīng)力合腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生的裂紋。除殘余應(yīng)力或拘束應(yīng)力的因素外，應(yīng)力腐蝕裂紋主要與焊縫組織組成及形態(tài)有關(guān)。183. 裂紋的危害裂紋，尤其是冷裂紋，帶來的危害是災(zāi)難性的。世界上的壓力容器事故除極少數(shù)是由于設(shè)計(jì)不合理，選材不當(dāng)?shù)脑蛞鸬囊酝猓^大部分是由于裂紋引起的脆性破壞。 名稱特征產(chǎn)生機(jī)理防止措施影響因素?zé)崃鸭y（結(jié)晶裂紋）結(jié)晶裂紋最常見的情況是沿焊縫中

14、心長(zhǎng)度方向開裂，為縱向裂紋，有時(shí)也發(fā)生在焊縫內(nèi)部?jī)蓚€(gè)柱狀晶之間，為橫向裂紋（圖2-29）。弧坑裂紋是另一種形態(tài)的，常見的熱裂紋。熱裂紋都是沿晶界開裂，通常發(fā)生在雜質(zhì)較多的碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼等材料焊縫中。熱裂紋發(fā)生于焊縫金屬凝固末期，敏感溫度區(qū)大致在固相線附近的高溫區(qū)，最常見的熱裂紋是結(jié)晶裂紋，其生成原因是在焊縫金屬凝固過程中，結(jié)晶偏析使雜質(zhì)生成的低熔點(diǎn)共晶物富集于晶界，形成所謂“液態(tài)薄膜”，在特定的敏感溫度區(qū)（又稱為脆性溫度區(qū)）間，其強(qiáng)度極小，由于焊縫凝固收縮而收到拉應(yīng)力，最終開裂形成裂紋。a.減小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量較低的材料焊接。b.加入一定的合金元素，減小柱裝晶和偏

15、析。如鉬、釩、鈦、鈮等可以細(xì)化晶粒。c.采用熔深較淺的焊縫，改善散熱條件使低熔點(diǎn)物質(zhì)上浮在焊縫表面而不存在于焊縫中。d.合理選用焊接規(guī)范，并采用預(yù)熱和后熱，減小冷卻速度。e.采用合理的裝配次序，減小焊接應(yīng)力。a.合金元素合雜質(zhì)的影響碳元素以及硫、磷等雜質(zhì)元素的增加，會(huì)擴(kuò)大敏感溫度區(qū)。使結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生機(jī)會(huì)增多。b.冷去速度的影響 冷卻速度增大，一是使結(jié)晶偏析加重，二是使結(jié)晶溫度區(qū)間增大，兩者都會(huì)增加結(jié)晶裂紋的出現(xiàn)機(jī)會(huì)。c.結(jié)晶應(yīng)力與拘束力的影響 在脆性溫度區(qū)內(nèi)，金屬的強(qiáng)度極低，焊接應(yīng)力又使這部分金屬受拉，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶裂紋。熱裂紋19名稱特征產(chǎn)生機(jī)理防止措施影響因素再熱裂紋

16、a.再熱裂紋產(chǎn)生于焊接熱影響區(qū)的過熱粗晶區(qū)。產(chǎn)生于焊后熱處理等再次加熱的過程中。b.再熱裂紋的產(chǎn)生溫度：碳鋼于合金鋼 550650 奧氏體不銹鋼 約300c.再熱裂紋為晶界開裂（沿晶開裂）。d.最易產(chǎn)生于沉淀強(qiáng)化的鋼種中。e.與焊接殘余應(yīng)力有關(guān)。a.再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理有多種解釋，其中楔型開裂理論的解釋如下：近縫區(qū)金屬在高溫?zé)嵫h(huán)作用下，強(qiáng)化相碳化物（如碳化鈦、碳化釩、碳化鈮、碳化鉻等）沉積在晶內(nèi)的位錯(cuò)上，使晶內(nèi)強(qiáng)化遷都大大高于晶界強(qiáng)化，尤其是當(dāng)強(qiáng)化相彌散分別在晶粒內(nèi)時(shí)，會(huì)阻礙晶粒內(nèi)部的局部調(diào)整，又會(huì)阻礙晶粒的整體變形，這樣由于應(yīng)力松弛而帶來的塑性變形就主要由晶界金屬來承擔(dān)，于是，晶界區(qū)金屬會(huì)產(chǎn)

17、生滑移，且在三晶粒交界處產(chǎn)生應(yīng)力集中，就會(huì)產(chǎn)生裂紋，即所謂的楔型開裂。圖2-30是楔型開裂的示意圖。a.注意冶金元素的強(qiáng)化作用及其對(duì)再熱裂紋的影響。b.合理預(yù)熱或采用后熱，控制冷卻速度。c.降低殘余應(yīng)力避免應(yīng)力集中。d.回火處理時(shí)盡量避開再熱裂紋的敏感溫度區(qū)或縮短在此溫度區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間。再熱裂紋20名稱特征產(chǎn)生機(jī)理防止措施冷裂紋a.成生于較低溫度，且產(chǎn)生于焊后一段時(shí)間以后，故又稱為延遲裂紋。b.主要產(chǎn)生于熱影響區(qū)，也有發(fā)生在焊縫區(qū)的。c.冷裂紋可能是沿晶開裂，穿晶開裂或兩者混合出現(xiàn)。d.冷裂紋引起的構(gòu)件破壞是典型的脆斷。a.淬硬組織（馬氏體）減少了金屬的塑性儲(chǔ)備。b,接頭的殘余應(yīng)力使焊縫受拉。

18、c.接頭內(nèi)有一定的含氫量。含氫量和拉應(yīng)力是冷裂紋，（這里指氫致裂紋）產(chǎn)生的兩個(gè)重要因素。一般來說，金屬內(nèi)部原子的排列并非完全有序的，而是有許多微觀缺陷。在拉應(yīng)力的作用下，氫向高應(yīng)力區(qū)（缺陷部位）擴(kuò)散聚集。當(dāng)氫聚集到一定濃度時(shí)，就會(huì)破壞金屬中原子的結(jié)合鍵，金屬內(nèi)就出現(xiàn)一些微觀裂紋。應(yīng)力不斷作用，氫不斷地聚集，微觀裂紋不斷地?cái)U(kuò)展，直致發(fā)展為宏觀裂紋，最后斷裂。決定冷裂紋的產(chǎn)生與否，有一個(gè)臨界的含氫量和一個(gè)臨界的應(yīng)力值。當(dāng)接頭內(nèi)氫的濃度小于臨界含氫量，或所受應(yīng)力小于臨界應(yīng)力時(shí)，將不會(huì)產(chǎn)生冷裂紋（即延遲時(shí)間無限長(zhǎng)）。在所有的裂紋中，冷裂紋的危害性最大。a.采用低氫型堿性焊條，嚴(yán)格烘干，在100150下

19、保存，隨取隨用。b,提高預(yù)熱溫度，采用后熱措施，并保證層間溫度不小于預(yù)熱溫度，選擇合理的焊接規(guī)范，避免焊縫中出現(xiàn)淬硬組織。c.選用合理的焊接順序，減少焊接變形和焊接應(yīng)力。d.焊后及時(shí)進(jìn)行消氫熱處理。冷裂紋21五、未焊透和未熔合名稱定義產(chǎn)生原因危害防止措施備注未焊透未焊透指母材金屬未熔化，焊縫金屬?zèng)]有進(jìn)入接頭根部的現(xiàn)象，間圖2-31。1焊接電流小熔深淺。2坡口和間隙尺寸不合理，鈍邊太大。3磁偏吹影響。4焊條偏芯度太大。5層見及焊根清理不良。1 減少了焊縫的有效面積，使接頭強(qiáng)度下降。2未焊透引起的應(yīng)力集中所造成的危害，比強(qiáng)度下降的危害大得多。3未焊透嚴(yán)重降低焊縫的疲勞強(qiáng)度。4未焊透可能為裂紋源，是造成焊縫破壞的重要原因。1使用較大電流來焊接是防止未焊透的基本方法。2.焊角焊縫時(shí)，用交流代替直流以防止磁偏吹，合理設(shè)計(jì)坡口并加強(qiáng)清理，用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的產(chǎn)生。未熔合未熔合是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間為熔化結(jié)合在一起的缺陷。1焊接電流過??；2焊接速度過快；3焊條角度不對(duì)；4產(chǎn)生了磁偏吹現(xiàn)象；5焊接處于下坡焊位置，母材未熔化時(shí)已被鐵水復(fù)蓋；6母材表面有污物或氧化物影