無損檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用

1、2021/3/2312021/3/232第一章 無損檢測(cè)概述第二章 電磁基本理論第三章 超聲波檢測(cè)第四章 射線檢測(cè)第五章 滲透檢測(cè) 第六章 磁粉檢測(cè) 第七章 渦流檢測(cè) 第八章 無損檢測(cè)新技術(shù)2021/3/233無損檢測(cè)的定義無損檢測(cè)的目的和任務(wù)常用無損檢測(cè)技術(shù)的方法及應(yīng)用缺陷的種類和產(chǎn)生原因無損檢測(cè)新方法2021/3/234無損檢測(cè)是指在不損傷和破壞材料、機(jī)器和結(jié)構(gòu)物的情況下,對(duì)它們的物理性質(zhì)、機(jī)械性能以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)等進(jìn)行檢測(cè)的一種方法,是探測(cè)其內(nèi)部或外表的缺陷(傷痕)的現(xiàn)代檢驗(yàn)技術(shù)。宏觀與微觀;定性與定量2021/3/235一、無損檢測(cè)的目的 1確保工件或設(shè)備質(zhì)量,保證設(shè)備安全運(yùn)行 用無損檢測(cè)

2、來保證產(chǎn)品質(zhì)量,使之在規(guī)定的使用條件下,在預(yù)期的使用壽命內(nèi),產(chǎn)品的部分或整體都不會(huì)發(fā)生破損,從而防止設(shè)備和人身事故。這就是無損檢測(cè)最重要的目的之一。 2改進(jìn)制造工藝 無損檢測(cè)不僅要把工件中的缺陷檢測(cè)出來,而且應(yīng)該幫助其改進(jìn)制造工藝。例如,焊接某種壓力容器,為了確定焊接規(guī)范,可以根據(jù)預(yù)定的焊接規(guī)范制成試樣,然后用射線照相檢查試樣焊縫,隨后根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,修正焊接規(guī)范,最后確定能夠達(dá)到質(zhì)量要求的焊接規(guī)范。 3降低制造成本 通過無損檢測(cè)可以達(dá)到降低制造成本的目的。例如,焊接某容器,不是把整個(gè)容器焊完后才無損檢測(cè),而是在焊接完工前的中間工序先進(jìn)行無損檢測(cè),提前發(fā)現(xiàn)不合格的缺陷,及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。這樣就可以避

3、免在容器焊完后,由于出現(xiàn)缺陷而整個(gè)容器不合格,從而節(jié)約了原材料和工時(shí)費(fèi),達(dá)到降低制造成本的目的。2021/3/236（一）檢測(cè)范圍 1組合件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或內(nèi)部組成情況的檢查組合件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或內(nèi)部組成情況的檢查 2材料、鑄鍛件和焊中缺陷縫的檢查材料、鑄鍛件和焊中缺陷縫的檢查 (1)質(zhì)量評(píng)定質(zhì)量評(píng)定 (2)壽命評(píng)定壽命評(píng)定 3材料和機(jī)器的計(jì)量檢測(cè)材料和機(jī)器的計(jì)量檢測(cè) 通過定量的測(cè)定材料和機(jī)器的變形量或腐蝕量來確定能不能繼續(xù)使用。例如,用超聲波測(cè)厚儀來測(cè)定容器的腐蝕量,通過射線照相來測(cè)定原子反應(yīng)堆用過的燃料棒的變形量、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的變形量等。 4材質(zhì)的無損檢測(cè)材質(zhì)的無損檢測(cè) 無損檢測(cè)可以用來驗(yàn)證材料

4、品種是否正確,是否按規(guī)定進(jìn)行處理,例如,可采用電磁感應(yīng)法來進(jìn)行材質(zhì)混料的分選和材料熱處理狀態(tài)的判別。 5表面處理層的厚度測(cè)定表面處理層的厚度測(cè)定 確定各種表面層的深度和厚度。例如,用電磁感應(yīng)檢測(cè)法可以測(cè)定滲碳淬火層的深度和鍍層的厚度。 6應(yīng)變測(cè)試應(yīng)變測(cè)試2021/3/237(二二)應(yīng)用特點(diǎn)應(yīng)用特點(diǎn)1無損檢測(cè)要與破壞性檢測(cè)相配合無損檢測(cè)要與破壞性檢測(cè)相配合 無損檢測(cè)的最大特點(diǎn)是在不損傷材料、工件和機(jī)器結(jié)構(gòu)物的前提下來進(jìn)行檢測(cè)的。但是無損檢測(cè)不能代替破壞性檢測(cè)。 2正確選用實(shí)施無損檢測(cè)的時(shí)間正確選用實(shí)施無損檢測(cè)的時(shí)間 在進(jìn)行無損檢測(cè)時(shí),必須根據(jù)無損檢測(cè)的目的,正確選用無損檢測(cè)實(shí)施的時(shí)間。例如,要檢

5、查高強(qiáng)鋼焊縫有無延遲裂紋,無損檢測(cè)實(shí)施時(shí)間,就應(yīng)安排在焊接后一晝夜以后進(jìn)行。又如,要檢查熱處理工藝是否正確,就應(yīng)將無損檢測(cè)實(shí)施時(shí)間放在熱處理后進(jìn)行。從上述例子說明,只有正確的選用實(shí)施無損檢測(cè)時(shí)間,才能正確評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量。 3正確選用最適當(dāng)?shù)臒o損檢測(cè)方法正確選用最適當(dāng)?shù)臒o損檢測(cè)方法 無損檢測(cè)在應(yīng)用中,由于檢測(cè)方法本身特點(diǎn)所限,缺陷不能完全檢出。為了提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性,必須在檢測(cè)前,根據(jù)被檢物的材質(zhì)、加工種類、加工過程或使用過程,預(yù)計(jì)可能產(chǎn)生什么種類、什么形狀的缺陷,在什么部位、什么方向產(chǎn)生;根據(jù)以上種種情況分析,然后根據(jù)無損檢測(cè)方法各自的特點(diǎn)選擇最合適的檢測(cè)方法。 4綜合應(yīng)用各種無損檢測(cè)方法綜合

6、應(yīng)用各種無損檢測(cè)方法 在無損檢測(cè)應(yīng)用中,必須認(rèn)識(shí)到任何一種無損檢測(cè)方法都不是萬能的,每種無損檢測(cè)方法都有它自己的優(yōu)點(diǎn),也有它的缺點(diǎn)。因此,在無損檢測(cè)的應(yīng)用中,如果可能,不要只采用一種無損檢測(cè)方法,而應(yīng)盡可能多的同時(shí)采用幾種方法,以便保證各種檢測(cè)方法互相取長(zhǎng)補(bǔ)短,從而取得更多的信息。另外,還應(yīng)利用無損檢測(cè)以外的其他檢測(cè)所得的信息,利用有關(guān)材料、焊接、加工工藝的知識(shí)及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的知識(shí),綜合起來進(jìn)行判斷。在無損檢測(cè)的應(yīng)用中,還應(yīng)充分的認(rèn)識(shí)到,檢測(cè)的目的不是片面的追求那種過高要求的產(chǎn)品“高質(zhì)量”,而是在保證充分安全性的同時(shí)要保證產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性。只有這樣,無損檢測(cè)應(yīng)用才是一種正確的應(yīng)用。各種無損檢測(cè)方法的區(qū)

7、別見表121。應(yīng)特別指出的是,射線檢測(cè)和超聲檢測(cè)不能互為代替,因?yàn)閮烧吒饔袀?cè)重功能。雖然標(biāo)準(zhǔn)中曾有過可以互為代替使用的規(guī)定?，F(xiàn)行規(guī)定:選擇超聲波檢測(cè)時(shí),還可對(duì)超聲波檢測(cè)部位作射線檢測(cè)復(fù)驗(yàn),選擇射線探傷時(shí)也可進(jìn)行超聲波檢測(cè)復(fù)驗(yàn)。2021/3/238常規(guī)無損檢測(cè)方法有: 超聲檢測(cè) Ultrasonic Testing（縮寫 UT）; 射線檢測(cè) Radiographic Testing（縮寫 RT）; 磁粉檢測(cè) Magnetic particle Testing（縮寫 MT）; 滲透檢驗(yàn) Penetrant Testing （縮寫 PT）; 渦流檢測(cè)Eddy current Testing（縮寫 E

8、T）; 目視檢測(cè) Visual Testing （縮寫 VT）;非常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)有:聲發(fā)射 Acoustic Emission(縮寫 AE);泄漏檢測(cè) Leak Testing（縮寫 LT）; 衍射波時(shí)差法超聲檢測(cè)技術(shù)Time of Flight Diffraction (縮寫 ToFD); 導(dǎo)波檢測(cè)Guided Wave Testing; 光全息照相Optical Holography; 紅外熱成象Infrared Thermography; 微波檢測(cè) Microwave Testing 2021/3/2392021/3/23102021/3/23112021/3/23122021/3/2

9、313 缺陷是工件或材料中不連續(xù)部分。缺陷對(duì)材料強(qiáng)度有影響,但缺陷對(duì)材料強(qiáng)度有什么影響,不能一概而論,應(yīng)根據(jù)材料在使用中的應(yīng)力、溫度和環(huán)境條件,以及缺陷的形狀、大小、方向、位置等而定。另外,根據(jù)試樣所作的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果,往往同實(shí)際的機(jī)器和結(jié)構(gòu)物在使用條件下的損壞情況大不相同。所以,不能片面地相信強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果,以此來推斷其損壞情況。當(dāng)然,在評(píng)定有缺陷的材料的牢固性時(shí),應(yīng)參考有關(guān)缺陷材料強(qiáng)度的試驗(yàn)研究結(jié)果。還應(yīng)吸收迄今所知的引起過損壞事故的教訓(xùn)。并對(duì)下述因素進(jìn)行研究來確定質(zhì)量評(píng)定時(shí)所用的缺陷評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。2021/3/2314 缺陷的評(píng)定原材料和焊縫所處的應(yīng)力條件和環(huán)境條 件;缺陷的位置和方向、大小;材

10、料本身的厚度;原材料和焊縫的機(jī)械性能;有缺陷部位的殘余應(yīng)力情況;各種使用條件的情況。2021/3/2315對(duì)于材料使用條件情況應(yīng)加以研究的有以下幾方面的材料性能: 材料的靜態(tài)強(qiáng)度;材料的蠕變斷裂強(qiáng)度;材料的疲勞強(qiáng)度;材料的抗脆性斷裂強(qiáng)度;材料的抗腐蝕性;材料的抗泄漏性。2021/3/2316防止損壞的基本對(duì)策是:選擇合適品種的材料是避免損壞的最主要手段應(yīng)首先從材料品種上消除損壞的因素。另外還要研究可能發(fā)生損壞的形式,以創(chuàng)造防止損壞的各種條件。由于缺陷與材料強(qiáng)度的關(guān)系極其復(fù)雜,只靠試樣來進(jìn)行缺陷與材料強(qiáng)度之間關(guān)系的研究是不夠的,如果要將強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果作為重要的判斷基礎(chǔ),則應(yīng)將試樣各方面的條件做得盡

11、可能接近實(shí)物。小試樣的試驗(yàn)結(jié)果并不是不能利用,它作為研究缺陷與材料關(guān)系的大致趨向和在一定條件大致的標(biāo)準(zhǔn)還是有效的,但不能只依賴于它。為了正確地進(jìn)行無損檢測(cè),必須預(yù)計(jì)原材料和焊縫中的缺陷種類。2021/3/2317各種材料中出現(xiàn)的主要缺陷及其產(chǎn)生的原因如下:(一)鑄件中常見的缺陷及其產(chǎn)生原因 (1)氣孔 溶化的金屬在凝固時(shí),其中的氣體來不及逸出而在金屬表面或內(nèi)部發(fā)生的圓孔。(2)夾渣 澆鑄時(shí)由于鐵水包中的溶渣沒有與鐵水分離,混進(jìn)鑄件而形成的缺陷。(3)夾砂 澆鑄時(shí)由于砂型的砂子剝落,混進(jìn)鑄件而形成的缺陷。(4)密集氣孔 鑄件在凝固時(shí)由于金屬的收縮而發(fā)生的氣孔群。(5)冷夾主要是由于澆鑄溫度太低,

12、金屬熔液在鑄模中不能充分流動(dòng),在鑄件表面生成冷夾。(6)縮孔和疏松 鑄件在凝固過程中由于收縮以及補(bǔ)縮不足所產(chǎn)生的缺陷叫縮孔。而沿鑄件中心呈多孔性組織分布叫中心疏松。(7)裂紋 由于材質(zhì)和鑄件形狀不適當(dāng),在凝固時(shí)因收縮應(yīng)力而產(chǎn)生的裂紋。在高溫下產(chǎn)生的叫熱裂紋,在低溫下產(chǎn)生的叫冷裂紋。(8)型芯撐和內(nèi)冷鐵 型芯的支撐物遺留在鑄件內(nèi),或者為了增加凝固速度所用的冷鐵和內(nèi)冷鐵附著,遺留于鑄件上形成的缺陷。2021/3/2318(二)鍛件中常見的缺陷及其產(chǎn)生的原因(1)縮孔和縮管鑄錠時(shí),因冒口切除不當(dāng),鑄模設(shè)計(jì)不良,以及鑄造條件(溫度、澆注速度、澆注方法、熔煉等)不良所產(chǎn)生的縮孔沒有被鍛合而遺留下來的缺陷

13、。(2)非金屬夾雜物煉鋼時(shí),由于熔煉不良以及鑄錠不良,混進(jìn)硫化物和氧化物等非金屬夾渣物或者耐火材料等所造成的缺陷。(3)夾渣由于鑄錠時(shí),溶渣和耐火材料或夾渣時(shí)太多,留在鍛件中形成的缺陷。(4)龜裂鍛鋼件表面上出現(xiàn)的較淺的龜狀表面缺陷叫龜裂。它是由于原材料成分不當(dāng),原材料表面情況不好,加熱溫度和加熱時(shí)間不合適而產(chǎn)生的。2021/3/2319(5)鍛造裂紋鍛造裂紋種類很多,在工件中的位置也不同,在實(shí)際生產(chǎn)中遇到的鍛造裂紋有以下幾類:由縮孔殘余或二次縮孔在鍛造時(shí)擴(kuò)大而形成的裂紋; 由皮下氣泡引起的裂紋;柱狀晶引起的裂紋;軸芯晶間裂紋引起的鍛造裂紋; 非金屬夾雜物引起的裂紋;鍛造加熱不當(dāng)引起的裂紋;終

14、鍛溫度過低引起的裂紋。 (6)白點(diǎn) 白點(diǎn)是一種微細(xì)的裂紋,它是由于鋼水中含氫,鍛造過程中有殘余變形應(yīng)力,熱加工后產(chǎn)生的相變應(yīng)力和熱應(yīng)力等產(chǎn)生的。由于白點(diǎn)在縱向斷口上呈銀白色的圓點(diǎn)或橢圓形斑點(diǎn),故稱該種缺陷為白點(diǎn)。2021/3/2320(三)軋材中常見的缺陷及其產(chǎn)生原因 軋材的種類包括管、棒、板、絲、鋼軌和各種型材,由于形狀和材質(zhì)的不同,出現(xiàn)的缺陷分布規(guī)律和缺陷特征也不同,以下就鋼材中幾大類軋材簡(jiǎn)要說明。 (1)鋼管中的缺陷及其產(chǎn)生原因 縱裂紋,由于加熱不良,熱處理加工不當(dāng)而引起的缺陷。 橫裂紋,由于軋制過于劇烈,加熱過度或者冷態(tài)加工過多而引起的缺陷。 表面劃傷,由于加工時(shí)的導(dǎo)管和拉模的形狀不良

15、以及燒傷等所引起的缺陷。 翹皮和折疊,由于圓鋼表面夾人雜質(zhì)或有偏析,或有非金屬夾渣物、裂紋等缺陷,鋼管穿孔時(shí)產(chǎn)生這種缺陷。 夾雜和分層,由于圓鋼內(nèi)部有非金屬夾雜物和片狀缺陷在穿孔軋制時(shí)就產(chǎn)生夾雜和分層缺陷。2021/3/2321 (2)鋼棒和型材中的缺陷及其產(chǎn)生原因 內(nèi)部缺陷。 鋼棒內(nèi)部缺陷有由于鋼錠中縮孔未壓合而產(chǎn)生的芯部裂紋,還有嚴(yán)重偏析和偏析小裂紋,白點(diǎn)性小裂紋,非金屬夾渣雜物等,這些缺陷都有一定的延伸性,當(dāng)軋制比較大時(shí),缺陷也會(huì)變?yōu)殚L(zhǎng)形,這些缺陷由于延展作用,大多變?yōu)樾菭罨虮馄綘睢?表面缺陷。 表面缺陷有材料性缺陷和軋制不當(dāng)造成的缺陷兩類。材料性缺陷是指由鋼坯表面和近表面層的氣孔和非金

16、屬夾雜物為起點(diǎn)造成的線狀缺陷(發(fā)紋)和小裂紋以及夾雜物引起的翹皮。軋制不當(dāng)引起的缺陷是指由軋輥加工時(shí)造成的折疊和皺紋,軋制不當(dāng)還引起過燒和鱗狀折疊。過燒是由于加熱太激烈使表面脆化,因而在壓延時(shí)產(chǎn)生小鱗狀裂紋。鱗狀折疊是由于軋制的模子過緊加上材料表面粗糙而造成的。2021/3/2322 (3)鋼板中的缺陷及其產(chǎn)生原因 鋼板按其厚度可分為薄板和中厚板,其厚度劃分上沒有嚴(yán)格的界限。參照我國(guó)有關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),薄板一般指厚度在5mm以下的鋼板。6-120mm厚度的鋼板為中厚板。鋼板中的缺陷與鍛件和型材中的缺陷大致相同,主要是由材料引起的和軋制引起的兩類。這些缺陷主要有分層、裂紋、線狀缺陷、非金屬夾雜物、夾渣

17、、折疊、偏析等。由于鋼板的軋制是平面壓下的長(zhǎng)方面軋制,軋制時(shí)有非常大的壓下比,所以形成的缺陷平行于表面的平面狀缺陷較多。這類缺陷按其嚴(yán)重程度可分為三類: 全剝離的層狀裂縫或分層,屬大缺陷。 在某個(gè)小范圍內(nèi)分層的,屬中缺陷。 有點(diǎn)狀?yuàn)A雜集合但未形成裂紋的叫小缺陷。2021/3/2323 (四)鋼焊縫中常見的缺陷及其產(chǎn)生原因 焊接接頭缺陷的類型很多,按在接頭中的位置可分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷兩大類。 1外部缺陷 位于接頭的表面,用肉眼或低倍放大鏡就可看到,如咬邊、焊瘤、弧坑、表面氣孔和裂紋等。這類缺陷不加討論。 2內(nèi)部缺陷 位于接頭內(nèi)部,必須通過各種無損檢測(cè)方法或破壞性試驗(yàn)才能發(fā)現(xiàn)。內(nèi)部缺陷有未焊透

18、、未熔合、夾渣、氣孔、裂紋等。2021/3/2324 內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的原因: (1)未焊透 焊接時(shí)接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象。在底片呈現(xiàn)規(guī)則性的黑色條紋,成直線連續(xù)狀或間斷分布,邊緣整齊。產(chǎn)生的原因:坡口鈍邊間隙太小,焊接電流太小或運(yùn)條速度過快。坡口角度小,運(yùn)條角度不對(duì)及電弧偏吹等。 未焊透缺陷不僅降低了焊接接頭的機(jī)械性能,而且在未焊透處的缺口和端部形成應(yīng)力集中點(diǎn)承載后往往會(huì)引起裂紋,是一種危險(xiǎn)性缺陷,這類缺陷一般是不允許存在的。 (2)未熔合 熔焊時(shí),焊道與母材之間或焊道與焊道之間,未完全熔化結(jié)合的部分,點(diǎn)焊時(shí)母材與母材之間未完全熔化結(jié)合的部分。產(chǎn)生原因:坡口不干凈,焊速太快,電流過小或過大,焊

19、條角度不對(duì),電弧偏吹等。2021/3/2325 (3)夾渣、夾雜物 夾渣是指焊后殘留在焊縫中的熔渣。夾雜物是指由于焊接冶金產(chǎn)生的、焊后殘留在焊縫金屬中的非金屬雜質(zhì)(如氧化物、硫化物等)。兩種缺陷是焊縫中常見的缺陷,其形狀有條狀和點(diǎn)狀,外形不規(guī)則。產(chǎn)生原因:焊接電流過小,速度過快,熔渣來不及浮起,被焊邊緣和各層焊縫清理不干凈,基本金屬和焊接材料化學(xué)成分不當(dāng),含硫、磷量較多等。2021/3/2326 (4)氣孔 在焊接過程中,由于焊縫內(nèi)部存在的或外界侵入的氣體。在熔池金屬凝固之前來不及逸出,而殘留在焊縫金屬內(nèi)所形成的空穴,按分布情況可分為單個(gè)氣孔、密集氣孔和鏈狀氣孔。產(chǎn)生原因:焊材未按規(guī)定溫度烘干

20、,焊條藥皮變質(zhì)脫落、焊芯銹蝕、焊絲清理不干凈、手工焊時(shí)電流過大、電弧過長(zhǎng);埋弧焊時(shí)電壓過高或網(wǎng)路電壓波動(dòng)太大,氣體保護(hù)焊時(shí)保護(hù)氣體純度低等,均易產(chǎn)生氣孔。 氣孔的危害:焊縫中存在氣孔,既破壞了焊縫金屬的致密性,又使焊縫有效截面積減少,降低了機(jī)械性能。特別是存在鏈狀氣孔時(shí),對(duì)彎曲和沖擊韌性會(huì)有比較明顯的降低。2021/3/2327 (5)焊接裂紋 按焊接裂紋產(chǎn)生的時(shí)間和溫度的不同,裂紋可分熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋。 熱裂紋。熱裂紋又稱結(jié)晶裂紋,產(chǎn)生在結(jié)晶時(shí)的冷卻過程中,即焊縫金屬由結(jié)晶開始一直到723以前所產(chǎn)生的裂紋。主要發(fā)生在晶界,為沿晶裂紋,具有晶間破壞性質(zhì),大多數(shù)產(chǎn)生在焊縫金屬中心和弧坑處

21、,縱向?yàn)槎?。?dāng)裂紋貫穿表面與外界空氣相通時(shí),截面有明顯的氧化色,即發(fā)藍(lán)或發(fā)黑色。2021/3/2328 冷裂紋。冷裂紋是焊后冷卻產(chǎn)生的,有時(shí)在焊接后立即出現(xiàn),有時(shí)在焊后幾天、幾周甚至更長(zhǎng)的時(shí)間才出現(xiàn),此種裂紋也稱延遲裂紋或氫致裂紋。常產(chǎn)生在熱影響區(qū)熔合線附近的過熱區(qū)中,裂紋平行于熔合線,穿晶擴(kuò)展。裂紋表面無明顯氧化色彩,屬腑睦斷口。 冷裂紋成因:在焊件熱影響區(qū)的低塑性組織,焊接接頭中的氫氣和焊接應(yīng)力三個(gè)成因素(氫、淬硬組織、應(yīng)力)的共同作用下,導(dǎo)致冷裂紋的產(chǎn)生。2021/3/2329 熱裂紋成因:冶金因素焊接時(shí)熔池的冷卻速度很快,很容易造成偏析(所謂偏析就是合金中純金屬或其他雜質(zhì)分布不均勻的現(xiàn)

22、象,雜質(zhì)集中等)。被偏析出來的物質(zhì),大多數(shù)為低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì),它們的熔點(diǎn)比焊縫金屬低,在結(jié)晶過程中以“液態(tài)間層”存在。 力的因素當(dāng)焊縫金屬開始冷卻時(shí),體積要縮小,由于焊縫受熱不均勻,周圍冷金屬勢(shì)必阻止它的收縮,故必然產(chǎn)生拉應(yīng)力,這種拉應(yīng)力隨著溫度的降低而增大,如果這種拉應(yīng)力是在結(jié)晶尚未完畢,且有“液態(tài)間層”時(shí)呈現(xiàn),就必然產(chǎn)生“熱裂紋”。2021/3/2330 再熱裂紋。焊后焊件在一定溫度范圍內(nèi)再次加熱(消除應(yīng)力熱處理或其他加熱過程)而產(chǎn)生的裂紋。2021/3/2331 (五)維修檢查中常見的缺陷及其產(chǎn)生原因 1疲勞裂紋 一種只加一次不足以引起損壞的應(yīng)力,而把它反復(fù)作用在工件上則可能產(chǎn)生裂紋,這

23、就是疲勞裂紋。疲勞裂紋中有接觸應(yīng)力疲勞裂紋、熱應(yīng)力疲勞裂紋以及腐蝕疲勞裂紋等。 2應(yīng)力裂紋 將處于腐蝕劑中的金屬材料表面加上較高的靜態(tài)拉應(yīng)力時(shí)則產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋,一般認(rèn)為它與氫脆性有關(guān)。 3熱應(yīng)力裂紋 由于金屬?gòu)募訜岬嚼鋮s或者由于多次反復(fù)從熱到冷的熱應(yīng)力所引起的裂紋。 4摩擦腐蝕 兩接觸面處在微小振動(dòng)和互相摩擦狀態(tài)時(shí),其微小部分反復(fù)進(jìn)行結(jié)合與分離,同時(shí)與周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)反應(yīng),引起摩擦腐蝕。 5空化浸蝕 液體中產(chǎn)生的氣泡破滅時(shí),對(duì)材料表面進(jìn)行沖擊,產(chǎn)生空化浸蝕。2021/3/2332第二節(jié)第二節(jié) 磁學(xué)基礎(chǔ)磁學(xué)基礎(chǔ)一一 、物質(zhì)的磁化、物質(zhì)的磁化 1物質(zhì)磁化的物理本質(zhì)物質(zhì)磁化的物理本質(zhì) 如果在磁場(chǎng)中

24、放人一種物質(zhì),就會(huì)發(fā)現(xiàn),不管是什么物質(zhì)都會(huì)使物質(zhì)所占空間的磁場(chǎng)發(fā)生變化。這就是說,物質(zhì)在磁場(chǎng)中由于受磁場(chǎng)的作用表現(xiàn)出一定的磁性,這種現(xiàn)象就稱為磁化。 可以把物質(zhì)分為三類:使磁場(chǎng)減弱的物質(zhì)稱為抗磁性物質(zhì);使磁場(chǎng)略有增強(qiáng)的物質(zhì)稱為順磁性物質(zhì);使磁場(chǎng)強(qiáng)烈增加的物質(zhì)稱為鐵磁性物質(zhì)。 近代物 理證明,每個(gè)電子都在作循軌和自旋運(yùn)動(dòng),物質(zhì)的磁性就是由于電子的這些運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。2021/3/2333電子的循軌運(yùn)動(dòng)可看作是一個(gè)閉合電流,由此將產(chǎn)生一個(gè)一個(gè)磁矩,稱為軌道磁矩m0,其大小可用下式表示 式中:e電子的電荷; h普朗克常數(shù); c電子的質(zhì)量; c光速; l軌道角動(dòng)量。2021/3/2334 原子核也是有磁

25、矩的,不過它的磁矩很小,約為電子磁矩的12000,故通常不予考慮2021/3/2335 既然電子是有磁矩的,那么原子有沒有磁矩呢?理論證明當(dāng)原子中的一個(gè)電子層排滿時(shí),這個(gè)層電子磁矩的總和就等于零,若一個(gè)原子的電子層未排滿,這時(shí)電子磁矩的總和就不為零,該原子就有磁矩了。當(dāng)原子結(jié)合成分子時(shí),其外層電子磁矩要發(fā)生變化,所以分子磁矩不是各單個(gè)原子磁矩的總和。由于不同的原子具有不同的磁矩,故當(dāng)由這些原子組成不同的物質(zhì)時(shí),物質(zhì)表現(xiàn)出不同的磁性。通常在無外加磁場(chǎng)時(shí),物體本身的自旋和軌道磁矩之和為零,所以物體對(duì)外是不顯磁性的。但如對(duì)物體加上一個(gè)外磁場(chǎng),物體被磁化之后,就表現(xiàn)出一定的磁性。通常,用磁化強(qiáng)度矢量M

26、(單位為Am)來表示物體被磁化的強(qiáng)弱,其大小為2021/3/23362021/3/23372021/3/2338 (1)抗磁性 物質(zhì)為什么會(huì)有抗磁性呢?可以說是由于電子的循軌運(yùn)動(dòng)在外磁場(chǎng)的作用產(chǎn)生了抗磁磁矩所造成的。設(shè)有兩個(gè)電子,其循軌運(yùn)動(dòng)的平面和磁場(chǎng)H的方向垂直,而其循軌運(yùn)動(dòng)的方向相反,如圖221所示。當(dāng)無外磁場(chǎng)時(shí),電子的循軌運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)閉合電流,由此產(chǎn)生的磁矩v2021/3/23392021/3/2340 電子在做循軌運(yùn)動(dòng)時(shí),必然要受到一個(gè)向心力F,見圖221(a),當(dāng)加上一個(gè)外磁場(chǎng)后,在磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生一個(gè)附加力F,即洛侖茲力,其方向和F是一致的。這無疑等于使向心力增加,變?yōu)镕+F。已

27、知向心力Fmr2,可以認(rèn)為m和r是不變的,故只能設(shè)想,當(dāng)向心力增加時(shí),必然導(dǎo)致電子循軌運(yùn)動(dòng)的角速度;發(fā)生變化,即F+AFmr(+)2。增加一個(gè),從式(2211)可得增加一個(gè)m0, m0與軌道磁矩的m0方向相同,但與外磁場(chǎng)的方向相反。同理可以證明,圖2211(b)中相反方向運(yùn)動(dòng)的電子產(chǎn)生與外加磁場(chǎng)相反的m0。對(duì)于一個(gè)電子產(chǎn)生的m0 既然抗磁性是由電子在軌道運(yùn)動(dòng)場(chǎng)產(chǎn)生的,而任何物質(zhì)都存在電子的軌道運(yùn)動(dòng),故可以說任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下都要產(chǎn)生抗磁矩。但應(yīng)注意,并不能說任何物質(zhì)都是抗磁性物質(zhì)。因?yàn)樵映嗽谕獯艌?chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生抗磁矩之外,還存在產(chǎn)生順磁矩的軌道和自旋磁矩。因此,只有那些抗磁性大于順磁性的

28、物質(zhì)才成為抗磁性物質(zhì)。2021/3/23412021/3/2342 順磁物質(zhì)的單個(gè)原子是有磁矩的,原子的磁矩在外磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生順磁。對(duì)于金屬來說,當(dāng)點(diǎn)陣離子的順磁矩和自由電子的順磁矩大于外加磁場(chǎng)下產(chǎn)生的抗磁矩時(shí),即表現(xiàn)為順磁物質(zhì)。但是由于熱運(yùn)動(dòng)的影響,在無外加磁場(chǎng)時(shí)其原子磁矩的取向是無序的,也就是磁矩沿著所有可能的方向分布,如圖222(a)所示。圖中箭頭是指磁矩的方向,此時(shí)物質(zhì)的總磁矩為零。假如將物質(zhì)放在磁場(chǎng)中,在外磁場(chǎng)作用下,原子磁矩排向磁場(chǎng)方向,總磁矩便大于零了,即表現(xiàn)為正向磁化,如圖222(b)和222(c)所示。應(yīng)當(dāng)指出,當(dāng)溫度約為室溫或室溫以上范圍時(shí),順磁物質(zhì)的原子或分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生

29、無序的傾向是很大的,所以進(jìn)行磁化十分困難,故室溫下磁化很微弱,其磁化率約為106。2021/3/2343 鐵磁性與抗磁性或順磁性有很大差異。對(duì)于鐵磁介質(zhì),不太大的外磁場(chǎng)便會(huì)使它達(dá)到磁飽和。另外,鐵磁質(zhì)的磁化與溫度的關(guān)系也很奇特,在某一溫度丁:之下,隨著溫度的上升,飽和磁化強(qiáng)度逐漸減小;當(dāng)達(dá)到丁c溫度時(shí)便降為零。而在丁c以上,鐵磁質(zhì)變成為一般的順磁物質(zhì),其磁化率與溫度的關(guān)系亦服從居里外斯定律,即2021/3/23442021/3/2345 鐵磁物質(zhì)和順磁物質(zhì)一樣,原子有固有磁矩,但它們的磁化根本不相同。鐵磁物質(zhì)的原子磁矩主要來源于電子的自旋磁矩。在沒有外磁場(chǎng)的條件下,鐵磁質(zhì)中的電子自旋磁矩可以在

30、小范圍內(nèi)“自發(fā)地”排列起來,形成一個(gè)個(gè)小的“自發(fā)磁化區(qū)”,這種自發(fā)磁化區(qū)稱為“磁疇”。根據(jù)量子力學(xué)理論,電子自旋磁矩會(huì)自發(fā)形成磁化區(qū)的原因是:鐵磁質(zhì)的內(nèi)部相鄰原子的電子之間有一種靜電交換作用,正是這 種靜電交換作用迫使各原子的磁矩平行或反平行排列,這種作用的效果好像有一很強(qiáng)的磁場(chǎng)作用在各個(gè)原子磁矩上一樣,使得一個(gè)小區(qū)域內(nèi)的各個(gè)原子的磁矩按同一方向排列,從而形成磁疇。2021/3/23462021/3/2347 鐵磁物質(zhì)在外磁場(chǎng)的作用下顯示出磁性稱為技術(shù)磁化。對(duì)于鐵磁物質(zhì)在技術(shù)磁化過程中,外磁場(chǎng)的作用只是把已經(jīng)高度磁化的磁疇磁矩從各個(gè)不同的方向轉(zhuǎn)到磁場(chǎng)方向或接近磁場(chǎng)方向,因而在磁場(chǎng)方向有合成量,

31、這樣對(duì)外就顯示出磁性。 技術(shù)磁化是通過磁疇的兩種變動(dòng)進(jìn)行的,一種是磁疇磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng),一種是疇壁的位移(疇壁是指相鄰磁疇的分界層)。2021/3/2348 不加外磁場(chǎng)H(磁化場(chǎng))時(shí),鐵磁物質(zhì)中的磁疇磁矩取向雜亂無章,它們產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消,對(duì)外不顯宏觀磁性,如圖224(a)所示。若將鐵磁物質(zhì)放進(jìn)外磁場(chǎng)中磁化,在較弱的外磁場(chǎng)作用下,那些磁化方向和外磁場(chǎng)方向一致或比較接近的磁疇的體積逐漸擴(kuò)大,而鄰近的那些磁矩方向與外磁場(chǎng)方向相反的磁疇的體積則逐漸縮小,因此擴(kuò)大體積的磁疇和縮小體積的磁疇之間的疇壁相當(dāng)于向某個(gè)方向移動(dòng),這就是疇壁的位移,如圖224(b)、(c)所示。隨著外磁場(chǎng)的逐漸增大,與磁疇方向不一致

32、的磁疇磁矩將逐漸轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)方向,當(dāng)外磁場(chǎng)增大到一定值,所有磁疇的磁矩都沿外磁場(chǎng)排列,這時(shí)鐵磁體的磁化就達(dá)到了飽和,如圖224(d)、(e)所示?；蛘哒f,在一定大小的磁場(chǎng)作用下,通過疇壁位移和疇矩轉(zhuǎn)動(dòng),鐵磁質(zhì)會(huì)被磁化到所有磁疇的自發(fā)磁化強(qiáng)度M,都與外磁場(chǎng)一致取向,而成為單磁疇,這種狀態(tài)叫做飽和磁化狀態(tài)。使鐵磁物質(zhì)開始達(dá)到飽和磁化狀態(tài)的磁場(chǎng)叫飽和磁場(chǎng)玎,飽和狀態(tài)的磁化強(qiáng)度叫飽和磁化強(qiáng)度,顯然飽和磁化強(qiáng)度矢量就等于每個(gè)磁疇中的自發(fā)磁化強(qiáng)度矢量M,2021/3/2349 鐵磁物質(zhì)的磁性與磁疇結(jié)構(gòu)分不開。當(dāng)鐵磁體受到強(qiáng)烈振動(dòng),或在高溫下受到劇烈熱運(yùn)動(dòng)的影響,磁疇便會(huì)瓦解,這時(shí)與磁疇聯(lián)系的一系列鐵磁性質(zhì)便會(huì)

33、全部消失。2021/3/2350技術(shù)磁化曲線(起始磁化曲線)。 研究鐵磁物質(zhì)的磁化規(guī)律,就是找出M和H或B和H之間的依賴關(guān)系。即M-H曲線或B-H曲線,這種曲線是通過實(shí)驗(yàn)方法來測(cè)定的。 一般情況下,由于鐵磁質(zhì)中M的數(shù)值比H大得多(102一106倍),所以B0（H+M）,因而B-H曲線形狀和M-H曲線差不多,如圖226所示。因此,常常只要繪出B-H曲線。必須指出,如果待測(cè)的鐵磁材料不做成環(huán)狀,而是做成條狀,則鐵磁材料中的磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)等于磁化場(chǎng)H0減去其中的退磁場(chǎng)H,即HH0H 。2021/3/2351實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,鐵磁質(zhì)的技術(shù)磁化曲線有以下特點(diǎn):設(shè)磁化前鐵磁質(zhì)為磁中性,即H=0,M0,當(dāng)磁化場(chǎng)H逐

34、漸增加時(shí),M隨之增加,開始M增加得比較緩慢(圖227中的Oa段),然后經(jīng)過一段急劇上升的過程(ab段),又進(jìn)入緩慢變化的階段(bQ段),這時(shí),再繼續(xù)增大磁化場(chǎng),M卻幾乎不變(QS段),鐵磁質(zhì)已磁化到飽和。從磁中性狀態(tài)開始,單向地逐漸增大磁場(chǎng)H,一直到飽和磁化,把材料在各個(gè)過程中經(jīng)過的狀態(tài)點(diǎn)(H,M)連起來,就得到技術(shù)磁化曲線,下面分別對(duì)以上幾個(gè)階段加以說明。2021/3/2352Oa段:這一段稱為初始磁化區(qū),在這個(gè)區(qū)域內(nèi),磁環(huán)中的磁化強(qiáng)度隨其中的磁場(chǎng)強(qiáng)度H的增加緩慢增加,并且磁化是可逆的。因?yàn)樵谶@個(gè)階段起主要作用的是疇壁位移,而磁疇磁矩可逆轉(zhuǎn)動(dòng)的作用很小。ab段:磁化強(qiáng)度M隨H的增加劇烈,此時(shí)

35、若去掉磁化場(chǎng),磁化強(qiáng)度不再回到零,而保留足夠大的剩磁。因此,ab段稱為不可逆磁化區(qū)。在這一段起主要作用的是不可逆的磁壁位移,同時(shí),也有不少磁疇磁矩開始逐漸轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)方向,因而出現(xiàn)劇烈磁化。最大磁導(dǎo)率m就在這個(gè)區(qū)域。bQ段:磁化強(qiáng)度隨H的增加變化開始減慢。這段區(qū)域也稱為旋轉(zhuǎn)磁化區(qū),磁化中起主要作用的是磁疇磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng)。QS段:隨著H的增加,磁化強(qiáng)度變化很小,這是因?yàn)?各磁疇的磁矩與外磁方向成很小的角度,磁化以可逆磁疇磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)為主,這個(gè)區(qū)域稱為趨近飽和區(qū)。2021/3/2353 由式(2219)可以看出,當(dāng)HHS,再繼續(xù)增大時(shí),由于磁化強(qiáng)度已達(dá)到飽和值而幾乎不再變化,但B卻隨H成線性緩慢增大,如圖2

36、26所示,并無所謂飽和與否。平時(shí)說的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS,只是在以下兩種情況下有確定的意義:一是式(2219)中的H0的情況,定義BS0MS,為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度,也叫“內(nèi)稟飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度”;二是MS比HS大得多的情況(例如軟磁合金),把比HS稍大的指定磁場(chǎng)下的B叫做飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度B2,在這兩種情況下定義的B2基本相同。2021/3/23542021/3/2355磁滯回線。 當(dāng)鐵磁材料被磁化到飽和后,外磁場(chǎng)從+Hs開始逐漸減小,材料也開始退磁場(chǎng)。但是,在這個(gè)退磁過程中,磁感應(yīng)強(qiáng)度召并不沿原來的磁化曲線SQbaO減小,而是沿另一條曲線SR比較緩慢的下降,如圖228所示。就是說,在同樣的磁場(chǎng)強(qiáng)度H下,退

37、磁時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度比磁化時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大,這種B的變化落后于H變化的現(xiàn)象,叫做磁滯現(xiàn)象,簡(jiǎn)稱磁滯。造成磁滯的主要原因是,鐵磁質(zhì)中的摻雜和內(nèi)應(yīng)力在退磁過程中阻礙磁疇恢復(fù)到原來的狀態(tài)。2021/3/2356 由于存在磁滯的緣故,當(dāng)外磁場(chǎng)減小到零時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度B并不等于零,而保留一定的數(shù)值Br,(圖228中的OR段),Br稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度,簡(jiǎn)稱剩磁。為了消除剩磁(Bo),必須加一反向磁場(chǎng),當(dāng)反向磁場(chǎng)增加到某個(gè)數(shù)值Hc時(shí),B才降到零,通常把Hc稱為矯頑力(圖228中OC段)。反向磁場(chǎng)繼續(xù)增加,鐵磁材料中的B也變成反向,開始反向磁化,當(dāng)反向磁場(chǎng)增大到-Hs時(shí),材料達(dá)到反向飽和磁化點(diǎn)S,此后,再進(jìn)行反向退

38、磁,隨著的減小,退磁曲線沿SC進(jìn)行,并隨著H的增加,充磁曲線沿CS進(jìn)行,當(dāng)H+Hs時(shí),又達(dá)到正向飽和磁化點(diǎn)S,SRCS曲線和SR,CS對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)O是對(duì)稱的。2021/3/2357 以上描述的磁化、退磁、反向磁化、反向退磁、正向磁化等過程形成了一個(gè)循環(huán),通常,將此循環(huán)過程所形成的閉合曲線SRCSR,CS稱為磁滯回線。由于磁化場(chǎng)H達(dá)到了飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度Hs,材料也達(dá)到了飽和磁化,所以閉合曲線SRCS,R,C,S也稱為飽和磁滯回線。 為了得到閉合的對(duì)稱磁滯回線,場(chǎng)強(qiáng)度必須在+Hs和-Hs之間進(jìn)行反復(fù)十幾次循環(huán),這個(gè)過程叫磁鍛煉。 如果我們從磁中性狀態(tài)開始,逐步提高HS值進(jìn)行磁鍛煉,每次都得到一條對(duì)稱的

39、磁滯回線,它們都被包圍在飽和磁滯回線之內(nèi),把這些磁滯回線的頂點(diǎn)連起來,就得到了一條基本磁化曲線,也叫換向磁化曲線,如圖229中OP曲線所示。2021/3/23582021/3/2359 綜上所述,在鐵磁質(zhì)的技術(shù)磁化過程中,由于存在磁滯現(xiàn)象,磁化規(guī)律非常復(fù)雜。鐵磁質(zhì)中的B和H(或M和)的依賴關(guān)系不僅不是線性的,而且也不是單值的,即給定一個(gè)H值,不能唯一確定鐵磁質(zhì)中的B和M?；蛘哒f,B和M的數(shù)值除了與H的數(shù)值有關(guān)外,還取決于鐵磁質(zhì)的磁化歷史,例如,當(dāng)H0時(shí),有可能B=Br,MMr(H由正值減小到零),也有可能B-Br,MMr(H由負(fù)值減小到零)。可見,對(duì)同一個(gè)H,B和M的數(shù)值等于多少還與鐵磁質(zhì)磁化

40、過程達(dá)到什么狀態(tài)有關(guān)。因此,當(dāng)H、M和H無單值關(guān)系時(shí),式(224)和式(229)就失去了意義,在這種情況下,通常不再有m,和的概念。 可以說明,B-H圖中磁滯回線所包圍的“面積”代表在一個(gè)反復(fù)磁化的循環(huán)過程中單位體積的鐵芯內(nèi)損耗的能量。磁滯回線包圍的面積越大,損耗的能量越多。不同鐵磁質(zhì)的飽和磁滯回線所包圍的面積是不同的,軟磁材料的磁滯回線狹窄。所包圍的面積小,故磁化時(shí)損耗的能量少,磁化容易;硬磁材料的磁滯回線形狀肥大,所包圍的面積大,消耗的能量多,故磁化就困難。2021/3/2360磁導(dǎo)率曲線 在技術(shù)磁化曲線上,B與H呈非線性關(guān)系,但在這種情況下,我們?nèi)钥梢园凑帐?224)和式(229)來定義

41、m和,不過此時(shí)它們不是常數(shù),而是H的函數(shù),即mm (H),(H)。 從MH和BH曲線上任何一點(diǎn)連到原點(diǎn)O的直線的斜率,分別代表該磁化狀態(tài)下該點(diǎn)的磁化率m等和磁導(dǎo)率 =(1+m) 0。2021/3/23612021/3/2362 將這些剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度與其所對(duì)應(yīng)的磁滯回線頂點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度作圖,即得到剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變化規(guī)律的曲線,稱為剩余磁化曲線,如圖2211所示。由圖可以看出,BrH曲線和BH曲線形狀基本相同,并可劃分三個(gè)區(qū)域:起始磁化區(qū)(1),劇烈磁化區(qū)(),趨于飽和區(qū)()。與B-H曲線比較,在趨于飽和區(qū)內(nèi),曲線比較平坦,開始出現(xiàn)平坦處就表示磁化已進(jìn)入飽和狀態(tài)。這樣,我們就可以從曲線開始

42、出現(xiàn)平坦的點(diǎn),找到對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度,在一般的情況下,這個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度可近似認(rèn)為飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度。2021/3/23632021/3/2364退磁曲線與最大磁能積 當(dāng)磁化去掉后,鐵磁材料中仍然保留一定的剩磁,若要將其中的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度減到零,必須加一反向磁場(chǎng),當(dāng)反向磁場(chǎng)H-Hc時(shí),材料才完全退磁(即要達(dá)到B0,或Mo的狀態(tài)),通常把從具有剩磁狀態(tài)到完全退磁的狀態(tài)這段曲線RC稱為退磁曲線,如圖2212所示。 由電磁場(chǎng)理論可知,在磁場(chǎng)中單位體積內(nèi)的磁場(chǎng)能量體密度為mBH2,因此,退磁曲線上任一點(diǎn)B與H所對(duì)應(yīng)的乘積BH的量綱是磁能密度,所以把乘積BH稱為磁能積,它等于鐵磁材料在該點(diǎn)單位體積內(nèi)的磁能的兩倍。202

43、1/3/2365圖2212可以看出,BH的乘積正比于圖中劃斜線的矩形面積。退磁曲線RC上的不同點(diǎn)對(duì)應(yīng)于一個(gè)不同的矩形面積,但在RC曲線上總可以找到一點(diǎn)N,其對(duì)應(yīng)的BH乘積最大(即對(duì)應(yīng)的矩形面積最大),稱為最大磁能積,用(BH)max表示,N點(diǎn)稱為最大磁能積點(diǎn)。2021/3/2366射線檢測(cè)(探傷)有X射線、射線和中子射線等檢測(cè)方法。它是利用各種射線源對(duì)材料的透射性能及不同材料的射線的衰減程度的不同,使底片感光成黑度不同的圖像來觀察的。射線檢測(cè)用來檢測(cè)產(chǎn)品的氣孔、夾渣、鑄造孔洞等立體缺陷。當(dāng)裂紋方向與射線平行時(shí)就能被檢查出來 2021/3/2367利用射線通過物質(zhì)時(shí)的衰減規(guī)律,即當(dāng)射線通過物質(zhì)時(shí)

44、,由于射線與物質(zhì)的相互作用發(fā)生吸收和散射而衰減。其衰減程度,則根據(jù)其被通過部位的材質(zhì)、厚度和存在缺陷的性質(zhì)不同而異。 2021/3/2368射線檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)結(jié)果可作為檔案資料長(zhǎng)期保存,檢測(cè)圖像較直觀,對(duì)缺陷尺寸和性質(zhì)判斷比較容易。 射線檢測(cè)的缺點(diǎn)是當(dāng)裂紋面與射線近于垂直時(shí)就很難檢查出來,對(duì)工件中平面型缺陷(裂紋未熔合等缺陷)也具有一定的檢測(cè)靈敏度,但與其它常用的無損檢測(cè)技術(shù)相比,對(duì)微小裂紋的檢測(cè)靈敏度較低,并且生產(chǎn)成本高于其它無損檢測(cè)技術(shù),其檢驗(yàn)周期也較其它無損檢測(cè)技術(shù)長(zhǎng),并且射線對(duì)人體有害,需要有防護(hù)設(shè)備。2021/3/2369 照相法 電離檢測(cè)法 熒光屏直接觀察法 工業(yè)射線CT技術(shù)20

45、21/3/23702021/3/23712021/3/23722021/3/2373CT技術(shù)是斷層照相技術(shù),又稱計(jì)算機(jī)層析照相技術(shù),它根據(jù)物體橫斷面的一組投影數(shù)據(jù),經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后,得到物體橫斷面的圖像。所以,它是一種由數(shù)據(jù)到圖像的重建技術(shù)。 射線照相一般僅能提供定性信息,不能實(shí)用于測(cè)定結(jié)構(gòu)尺寸、缺陷方向和大小。它還存在三維物體二維成像、前后缺陷重疊的缺點(diǎn)。射線CT技術(shù)提出了全新的影像形成概念,它比射線照相法能更快、更精確地檢測(cè)出材料和構(gòu)件內(nèi)部的細(xì)微變化,消除了照相法可能導(dǎo)致的檢查失真和圖像重疊,并且大大提高了空間分辨力和密度分辨力。 2021/3/23742021/3/2375航空航天工業(yè)

46、核工業(yè) 鋼鐵工業(yè) 機(jī)械工業(yè):常用于檢測(cè)和評(píng)價(jià)鑄件和焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量 陶瓷工業(yè) 電子工業(yè) 2021/3/23762021/3/23772021/3/2378液體滲透檢測(cè)的基本原理利用黃綠色的熒光滲透液或紅色的著色滲透液對(duì)窄狹縫隙良好的滲透性,經(jīng)過滲透清洗、顯示處理以后顯示放大了的探傷顯示痕跡,用目視法來觀察,對(duì)缺陷的性質(zhì)和尺寸做出適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。是種檢查工件或材料表面缺陷的種方法,它不受材料磁性的限制,比磁粉探傷的應(yīng)用范圍更加廣泛。 2021/3/2379液體滲透檢測(cè)應(yīng)用于各種金屬、非金屬、磁性、非磁性材料及零件的表面缺陷的檢查?？梢哉f,除表面多孔性材料以外,幾乎一切材料的表面開口缺陷都可以應(yīng)用此方法

47、獲得滿意的檢測(cè)結(jié)果。 2021/3/2380優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用廣泛,原理簡(jiǎn)明易懂,檢查經(jīng)濟(jì),設(shè)備簡(jiǎn)單,顯示缺陷直觀,并可以同時(shí)顯示各個(gè)不同方向的各類缺陷。對(duì)大型工件和不規(guī)則零件的檢查以及現(xiàn)場(chǎng)機(jī)件的搶修檢查,更能顯示其特殊的優(yōu)點(diǎn)。但滲透探傷對(duì)埋藏于表皮層以下的缺陷是無能為力的。缺點(diǎn)它只能檢查開口暴露于表面的缺陷,另外還有操作工序繁雜等。 2021/3/2381 步驟將被探工件浸涂具有高度滲透能力的滲透液,由于液體的潤(rùn)濕作用和毛細(xì)現(xiàn)象,滲透液便滲入工件表面缺陷中將工件缺陷以外的多余滲透液清洗干凈涂一層親和吸附力很強(qiáng)的白色顯像劑,將滲入裂縫中的滲透液吸出來在白色涂層上顯示出缺陷的形狀和位置的鮮明圖案,從而達(dá)到

48、了無損檢疵的目的。 2021/3/23822021/3/2383 分類熒光滲透探傷著色滲透探傷 2021/3/2384磁粉檢測(cè)的基本原理如下:當(dāng)材料或工件被磁化后,若在工件表面或近表面存在裂紋、冷隔等缺陷,便會(huì)在該處形成一漏磁場(chǎng)。此漏磁場(chǎng)將吸引、聚集檢測(cè)過程中施加的磁粉,而形成缺陷顯示。因此,磁粉檢測(cè)首先是對(duì)被檢工件加外磁場(chǎng)進(jìn)行磁化.外加磁場(chǎng)的獲得一般有兩種方法:一種是由可以產(chǎn)生大電流(幾百安培至上萬安培)的磁力探傷機(jī)直接給被檢工件通大電流而產(chǎn)生磁場(chǎng);另一種是把被檢工件放在螺旋管線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中,或是放在電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)中使工件磁化。工件被磁化后,在工件表面上均勻噴灑微顆粒的磁粉(磁粉平均粒度

49、為510m),一般用四氧化三鐵或三氧化二鐵作為磁粉。 2021/3/2385如果被檢工件沒有缺陷,則磁粉在工件表面均勻分布。當(dāng)工件上有缺陷時(shí),由于缺陷(如裂紋、氣孔、非金屬夾雜物等)內(nèi)含有空氣或非金屬,其磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工件的磁導(dǎo)率;由于磁阻的變化,位于工件表面或近表面的缺陷處產(chǎn)生漏磁場(chǎng),形成一個(gè)小磁極,如圖3.1所示。磁粉將被小磁極所吸引,缺陷處由于堆積比較多的磁粉而被顯示出來,形成肉眼可以看到的缺陷圖像。為了使磁粉圖像便于觀察,可以采用與被檢工件表面有較大反襯顏色的磁粉。常用的磁粉有黑色、紅色和白色。為了提高檢測(cè)靈敏度,還可以采用熒光磁粉,在紫外線照射下使之更容易觀察到工件中缺陷的存在。 2

50、021/3/23862021/3/2387用于檢測(cè)鐵磁性材料和工件(包括鐵、鎳、鉆等)表面上或近表面的裂紋以及其它缺陷。對(duì)表面缺陷最靈敏,對(duì)表面以下的缺陷隨埋藏深度的增加檢測(cè)靈敏度迅速下降。采用磁粉檢測(cè)方法檢測(cè)磁性材料的表面缺陷,比采用超聲波或射線檢測(cè)的靈敏度高,而且操作簡(jiǎn)便、結(jié)果可靠、價(jià)格便宜。因此它被廣泛用于磁性材料表面和近表面缺陷的檢測(cè)。對(duì)于非磁性材料如有色金屬、奧氏體不銹鋼、非金屬材料等不能采用磁粉檢測(cè)方法。但當(dāng)鐵磁性材料上的非磁性涂層厚度不超過50m時(shí),對(duì)磁粉檢測(cè)的靈敏度影響很小。2021/3/2388 濕法磁懸液應(yīng)采用軟管澆淋或浸漬法施加于試件,使整個(gè)被檢表面被完全覆蓋。采用連續(xù)法

51、時(shí),磁化電流應(yīng)在施加磁懸液之前或從磁懸液中取出之前接通(如果檢測(cè)采用浸漬法),并保持1/51/2 s,直至試件被磁懸液覆蓋,磁懸液覆蓋膜足以產(chǎn)生良好的磁痕。采用剩磁法時(shí),試件應(yīng)通過施加電流至少1/5s的方法來磁化。此后,切斷磁化電流,采用軟管澆淋或浸漬法施加磁懸液。對(duì)于浸漬法,試件應(yīng)仔細(xì)地從磁懸液中取出,以免沖掉磁痕。對(duì)于剩磁熒光磁粉檢驗(yàn)法,如覺得有必要保證缺陷的磁痕有效,則試件可放在用于制備磁懸液的載液中仔細(xì)清洗。 2021/3/2389 干法磁粉應(yīng)直接噴撒在被檢區(qū)域,并除去過量的磁粉。輕輕地振動(dòng)試件,使其獲得較為均勻的磁粉分布。應(yīng)注意避免使用過量的磁粉,不然會(huì)影響缺陷的有效顯示。對(duì)于連續(xù)法

52、,磁化電流應(yīng)恰好在施加磁粉前接通,并應(yīng)在其后的吹風(fēng)、輕敲或振動(dòng)中,保持接通。對(duì)于剩磁法,試件應(yīng)先磁化,在切斷磁化電流之后,再按上述方法施加磁粉。 2021/3/2390檢測(cè)近表面缺陷(如軋鋼制品和鍛件中的非金屬夾雜)時(shí),應(yīng)采用濕粉連續(xù)法,因?yàn)榉墙饘賷A雜物引起的漏磁通值最小;檢測(cè)大型鑄件或焊接件中近表面的缺陷時(shí),可采用干粉連續(xù)法。 2021/3/2391 預(yù)清洗 缺陷估計(jì):使磁力線在切實(shí)可行的范圍內(nèi)橫穿過可能存在于試件內(nèi)的任何缺陷。 選擇探傷方法 進(jìn)行周向和縱向磁化 對(duì)偽磁痕進(jìn)行分析判斷 退磁 后清洗 標(biāo)記:酸蝕法 、印記 、著色 等。 記錄2021/3/2392汽輪機(jī)汽缸是高溫高壓部件,一般均

53、為低合金鋼,質(zhì)量要求極嚴(yán),表面缺陷的檢查方法最有效,最方便的是磁力探傷。試件表面經(jīng)噴砂打磨后的表面粗糙度Ra應(yīng)到12.5。把試件表面用粉筆打成150 mml50 mm或200 mm 200 mm的方格,用觸頭刺入法,逐格進(jìn)行檢查,觸頭放在對(duì)角線上,每格做兩相互垂直的兩個(gè)方向探傷。用直流電磁化,電流1 8002 400 A,觸頭間距(150200)2 mm,磁化時(shí)間3s。磁粉用干粉法,磁粉粒度15m,當(dāng)通電時(shí),用壓縮空氣吹噴在試件表面。發(fā)現(xiàn)缺陷后根據(jù)缺陷的方向再重復(fù)做一次。磁粉的噴射泵如圖3.18所示,氣壓可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)。 2021/3/23932021/3/2394超聲波是超聲振動(dòng)在介質(zhì)中的

54、傳播,它的實(shí)質(zhì)是以波動(dòng)形式在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械振動(dòng),其頻率高于20 kHz以上。 超聲波被用于無損檢測(cè),主要是因?yàn)橛幸韵聨讉€(gè)特性:超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),遇到界面會(huì)發(fā)生反射;超聲波指向性好,頻率愈高,指向性愈好;超聲波傳播能量大,對(duì)各種材料的穿透力較強(qiáng)。近年來的研究表明,超聲波的聲速、衰減、阻抗和散射等特性,為超聲波的應(yīng)用提供了豐富的信息,并且成為超聲波廣泛應(yīng)用的條件。 2021/3/2395超聲波探傷主要是通過測(cè)量信號(hào)往返于缺陷的渡越時(shí)間,來確定缺陷和表面間的距離;測(cè)量回波信號(hào)的幅度和發(fā)射換能器的位置,來確定缺陷的大小和方位。這就是通常所說的脈沖反射法或A掃描法。此外,還有B掃描和C掃描等方

55、法。B掃描可以顯示工件內(nèi)部缺陷的縱截面圖形。C掃描可以顯示工件內(nèi)部缺陷的橫剖面圖形。近年來,超聲全息成像技術(shù)也在工業(yè)無損檢測(cè)中獲得了應(yīng)用。 2021/3/2396超聲波檢測(cè)常用的工作頻率為0.45 MHz,較低頻率用于粗晶材料和衰減較大材料的檢測(cè),較高頻率用于細(xì)晶材料和高靈敏度檢測(cè)。對(duì)于某些特殊要求的檢測(cè),工作頻率可達(dá)1050 MHz。近年來隨著寬頻窄脈沖技術(shù)的研究和應(yīng)用,超聲探頭的工作頻率,有的已高達(dá)100 MHz。 2021/3/2397適應(yīng)性強(qiáng)、檢測(cè)靈敏度高、對(duì)人體無害、使用靈活、設(shè)備輕巧、成本低廉、可即時(shí)得到探傷結(jié)果,適合在車間、野外和水下等各種環(huán)境下工作,并能對(duì)正在運(yùn)行的裝置和設(shè)備進(jìn)

56、行檢驗(yàn)。超聲波檢測(cè)的最大優(yōu)點(diǎn)就是對(duì)裂紋、夾層、折疊、未焊透等類型的缺陷具有很高的檢測(cè)能力。2021/3/2398超聲波檢測(cè)通常要求工件形狀比較簡(jiǎn)單,有規(guī)則,表面比較光潔。 超聲波探傷的記錄性差,且難以識(shí)別缺陷的種類。對(duì)于表面缺陷的檢測(cè),超聲波法比磁粉法和滲透法的靈敏度要低;但是,超聲波法可以檢測(cè)表面裂紋的深度。超聲波在材料中傳播時(shí),受金屬組織特別是晶粒大小的影響很大。2021/3/2399超聲波檢測(cè)是工業(yè)無損檢測(cè)中應(yīng)用最為廣泛的一種方法。就無損探傷而言,超聲波法適用于各種尺寸的鍛件、軋制件、焊縫和某些鑄件,無論是鋼鐵、有色金屬和非金屬,都可以采用超聲波法進(jìn)行檢驗(yàn)。各種機(jī)械零件、結(jié)構(gòu)件、電站設(shè)備

57、、船體、鍋爐、壓力容器和化工容器、非金屬材料等,都可以用超聲波進(jìn)行有效的檢測(cè)。有的采用手動(dòng)方式,有的可采用自動(dòng)化方式。就物理性能檢測(cè)而言,用超聲波法可以無損檢測(cè)厚度、材料硬度、淬硬層深度、晶粒度、液位和流量、殘余應(yīng)力和膠接強(qiáng)度等。 2021/3/23100接觸法:就是探頭與工件表面之間經(jīng)一層薄的耦合劑直接接觸進(jìn)行探傷的方法。耦合劑主要起傳遞超聲波能量作用。 液浸法:就是將探頭與工件全部浸入液體,或探頭與工件之間局部充以液體進(jìn)行探傷的方法。液體一般用水,故又稱水浸法。探頭不直接與工件接觸,因而易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè),也適用于檢測(cè)表面粗糙的工件。 2021/3/231012021/3/23102202

58、1/3/23103縱波脈沖反射法:超聲波以一定的速度向工件內(nèi)傳播,一部分聲波遇到缺陷時(shí)反射回來;另一部分聲波繼續(xù)傳至工件底面后也反射回來。發(fā)射波、缺陷波和底波經(jīng)過放大后在熒光屏上顯示。由發(fā)射波、缺陷波和底波在時(shí)間基線上的位置,即可求出缺陷的部位。 2021/3/231042021/3/23105橫波探傷法是聲波以一定角度入射到工件中產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換,利用橫波進(jìn)行探傷的方法。橫波入射工件后,當(dāng)所遇缺陷與聲束垂直或夾角較大時(shí),聲波發(fā)生反射,在熒光屏上出現(xiàn)缺陷波。 2021/3/231062021/3/23107表面波探傷法是表面波沿著工件表面?zhèn)鞑z測(cè)表面缺陷的方法。表面波的能量隨著表面下深度增加而顯著

59、降低,在大于一個(gè)波長(zhǎng)的深度處,表面波的能量很小,已無法進(jìn)行檢測(cè)。表面波沿著工件表面?zhèn)鞑ミ^程中,遇到裂紋、表面劃痕或棱角等均會(huì)發(fā)生反射。在反射的同時(shí),部分表面波仍繼續(xù)向前傳播。用表面波法可以對(duì)工件上開口于表面的裂紋深度進(jìn)行測(cè)量。 2021/3/231082021/3/23109蘭姆波探傷是使蘭姆波沿著薄板(或薄壁管)兩表面及中間傳播來進(jìn)行探傷的方法。當(dāng)工件中有缺陷時(shí),在缺陷處產(chǎn)生反射,熒光屏上出現(xiàn)缺陷波,當(dāng)蘭姆波遇到端面時(shí),亦會(huì)產(chǎn)生端面反射波 。 2021/3/23110 屏蔽鑄鐵超聲波檢測(cè) 鋼殼和模具的超聲波檢測(cè) 小型壓力容器殼體超聲波檢測(cè) 復(fù)合材料檢測(cè) 各類結(jié)構(gòu)件焊縫的超聲波檢測(cè) 非金屬材料

60、探傷2021/3/23111能導(dǎo)電的試件,在周圍交變磁場(chǎng)的作用下,在導(dǎo)電試件中感應(yīng)出旋渦狀的電流,簡(jiǎn)稱渦流。 只要能影響導(dǎo)電試件中渦流的流動(dòng)和分布的各種因素,從原理上講都有可能用渦流法來進(jìn)行檢測(cè),因而,渦流檢測(cè)的實(shí)質(zhì)是檢測(cè)由各種因素引起的試件導(dǎo)電情況的變化。 2021/3/231122021/3/23113對(duì)于相同的試件,化學(xué)成分、電導(dǎo)率等都是固定的,因而在一般情況下,渦流按小圓環(huán)流動(dòng);但如果在渦流流動(dòng)的路徑上有一條裂紋或一個(gè)凹坑等缺陷,渦流的流動(dòng)就會(huì)受到影響,渦流在缺陷附近將發(fā)生畸變(見圖),這畸變的渦流將產(chǎn)生畸變的渦流磁場(chǎng),而被檢測(cè)線圈接收到,所以可用渦流來檢測(cè)試件中的缺陷。 2021/3