Jiao-C-5第五節(jié) 無損檢測技術(shù)

1、 本文由xuneu貢獻 doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 第五節(jié) 一、無損檢測技術(shù)概述 無損檢測技術(shù) 所謂無損檢測技術(shù)，是指在不破壞或不改變被檢物體的前提下，利用物質(zhì)因存在缺陷而 使其某一物理性能發(fā)生變化的特點，完成對該物體的檢測與評價的技術(shù)手段的總稱。它由無 損檢測和無損評價兩個不可分割的部分組成。 一個設(shè)備在制造過程中，可能產(chǎn)生各種各樣的缺陷，如裂紋、疏松、氣泡、夾渣、未焊 透和脫粘等；在運行過程中，由于應(yīng)力、疲勞、腐蝕等因素的影響，各類缺陷又會不斷產(chǎn)生 和擴展?，F(xiàn)代無損檢測與評價技術(shù)，不但要檢測出缺陷的存在，而且要對其作出定性、定量 評

2、定，其中包括對缺陷的定量測量（形狀、大小、位置、取向、內(nèi)含物等） ，進而對有缺陷的 設(shè)備分析其缺陷的危害程度，以便在保障安全運行的條件下，作出帶傷設(shè)備可否繼續(xù)服役的 選擇，避免由于設(shè)備不必要的檢修和更換所造成的浪費。 現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，為無損檢測技術(shù)的發(fā)展提供了更加完善的理論和新的 物質(zhì)基礎(chǔ)，使其在機械、冶金、航空航天、原子能、國防、交通、電力、石油化工等多種工 業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。它被廣泛應(yīng)用于制造廠家的產(chǎn)品質(zhì)量管理、用戶訂貨的驗收檢 查以及設(shè)備使用與維護過程中的安全檢查等方面，例如鍋爐、壓力容器、管道、飛機、宇航 器、船舶、鐵軌和車軸、發(fā)動機、汽車、電站設(shè)備等等方面，特別

3、是在高溫、高壓、高速、 高負載條件下運行的設(shè)備。無損檢測技術(shù)包括超聲檢測、射線檢測、磁粉檢測、滲透檢測、 渦流檢測等常規(guī)技術(shù)以及聲發(fā)射檢測、激光全息檢測、微波檢測等新技術(shù)。常見的分類形式 如表 2-17 所示。實踐證明，開展無損檢測技術(shù)，對于改進產(chǎn)品的設(shè)計制造工藝、降低制造 成本以及提高設(shè)備的運行可靠性等具有重要的意義，已成為機械故障診斷學(xué)的一個重要組成 部分。 表 2-17 無損檢測的分類 類別 射線檢測 聲和超聲檢測 電學(xué)和電磁檢測 力學(xué)與光學(xué)檢測 熱力學(xué)方法 化學(xué)分析方法 主要方法 X 射線，射線，高能 X 射線，中子射線，質(zhì)子和電子用線 聲振動，聲撞擊，超聲脈沖反射，超聲透射，超聲共振

4、，超聲成像，超聲頻譜， 聲發(fā)射，電磁超聲 電阻法，電位法，渦流，錄磁與漏磁，磁粉法，核磁共振，微波法，巴克豪森效 應(yīng)和外激電子發(fā)射 目視法和內(nèi)窺法，熒光法，著色法、脆性涂層，光彈性覆膜法，激光全息攝影干 涉法，泄漏檢定，應(yīng)力測試 熱電動勢，液晶法，紅外線熱圖 電解檢測法，激光檢測法，離子散射，俄歇電子分析和穆斯鮑爾譜 71 其中，在工程技術(shù)中得到比較廣泛的應(yīng)用，并較成熟的檢測方法有：x 射線，超聲，渦 流、磁粉、滲透等常規(guī)的幾種測試方法。 二、超聲波檢測 超聲波檢測是無損檢測的主要方法之一。 利用聲響從物體外界不損壞地檢測其內(nèi)部情況的方法早就問世了。超聲波檢測就是利用 電振蕩在發(fā)射探頭中激發(fā)高

5、頻超聲波，入射到被檢物內(nèi)部后若遇到缺陷，超聲波會被反射、 散射或衰減，再用接收探頭接收從缺陷處反射回來（反射法）或穿過被檢工件后（穿透法） 的超聲波，并將其在顯示儀表上顯示出來，通過觀察與分析反射波或透射波的時延與衰減情 況，即可獲得物體內(nèi)部有無缺陷以及缺陷的位置、大小及其性質(zhì)等方面的信息，并由相應(yīng)的 標準或規(guī)范判定缺陷的危害程度的方法。 超聲波檢測具有靈敏度高、穿透力強、檢驗速度快、成本低、設(shè)備簡便和對人體無害等 一系列優(yōu)點，既適合在制造廠生產(chǎn)線上成批檢查，也可以用于野外作業(yè)。 （一）超聲波基礎(chǔ) 1超聲波及其特性 所謂超聲波，是一種質(zhì)點振動頻率高于 20kHz 的機械波，因其頻 率超過人耳所

6、能聽見的聲頻段而得名超聲波。無損檢測用的超聲波頻率范圍為 0.525MHz， 其中最常用的頻段為 15MHz。超聲波是一種機械波，它是由于機械振動在彈性介質(zhì)中引 起的波動過程。產(chǎn)生機械波有兩個主要條件：一是作機械振動的波源，二是能傳播機械振動 的彈性介質(zhì)。 超聲波之所以被廣泛地應(yīng)用于無損檢測，是基于超聲波的如下特性 （1） 指向性好超聲波是一種頻率很高、波長很短的機械波，在無損檢測中使用的超 聲波波長為毫米數(shù)量級。它像光波一樣具有很好的指向性，可以定向發(fā)射，猶如一束手電筒 燈光可以在黑暗中尋找所需物品一樣在被檢材料中發(fā)現(xiàn)缺陷。 （2） 穿透能力強超聲波的能量較高，在大多數(shù)介質(zhì)中傳播時能量損失小

7、，傳播距離 遠，穿透能力強，在有些金屬材料中，其穿透能力可達數(shù)米。 2超聲波的分類 與其他機械波一樣，超聲波也可有多種方法來對其進行分類描述。按 質(zhì)點振動方向分根據(jù)波動傳播時介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向的相互關(guān)系的不同，可 將超聲波分為縱波、橫波、表面波和板波等。 （1）縱波 縱波是指介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向平行的波，用 L 表示。當 彈性介質(zhì)的質(zhì)點受到交變的拉壓應(yīng)力作用時， 質(zhì)點之間產(chǎn)生相互的伸縮變形， 從而形成縱波， 又稱壓縮波或疏密波?？v波可在任何彈性介質(zhì)（固體、液體和氣體）中傳播。由于縱波的產(chǎn) 72 生和接收都比較容易，因而在工業(yè)探傷中得到廣泛的應(yīng)用。 （2） 橫波 介質(zhì)

8、中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向互相垂直的波稱為橫波， 常用 S 或 T 表示。當介質(zhì)質(zhì)點受到交變的剪切應(yīng)力作用時產(chǎn)生切變變形，從而形成橫波，故橫波又稱剪 切波。橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。 （3）表面波 當介質(zhì)表面受到交變應(yīng)力作用時，產(chǎn)生沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟?，稱為表面 波，常用 R 表示。表面波是瑞利（Rayleigh）于 1887 年首先提出來的，因此又稱瑞利波。 表面波同橫波一樣也只能在固體介質(zhì)中傳播，而且只能在固體表面?zhèn)鞑ァ１砻娌ǖ哪芰?隨距表面深度的增加而迅速減弱。當傳播深度超過兩倍波長時，其振幅降至最大振幅的 0.37 倍。因此，通常認為，表面波檢測只能發(fā)現(xiàn)距工件表面兩倍波長深度內(nèi)的缺陷

9、。 （4）板波 在厚度與波長相當?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡ǚQ為板波。板波亦稱蘭姆波。 其特點是整個板都參與傳聲，適用于對薄的金屬板進行探傷。 （二）超聲波檢測設(shè)備 超聲波檢測設(shè)備是從事超聲檢測的工具，通常指超聲波檢測儀和超聲波探頭。此外，由 于目前的超聲檢測方法多以直接耦合方式將探頭與工件接觸， 故在此也對耦合劑作簡要介紹。 1超聲波探頭 超聲波檢測中，超聲波的產(chǎn)生和接收過程是一個能量轉(zhuǎn)換過程。這種轉(zhuǎn) 換是通過探頭實現(xiàn)的，探頭的功能就是將電能轉(zhuǎn)換為超聲能（發(fā)射探頭）和將超聲能轉(zhuǎn)換為 電能（接收探頭） 。探頭通常又稱為超聲波換能器，是超聲波檢測設(shè)備的重要組成部分，其性 能的好壞對超聲波檢測的成功與

10、否起關(guān)鍵性作用。超聲波檢測用的探頭多為壓電型，其作用 原理為壓電晶體在高頻電振蕩的激勵下產(chǎn)生高頻機械振動，并發(fā)射超聲波（發(fā)射探頭） ；或在 超聲波的作用下產(chǎn)生機械變形，并因此產(chǎn)生電荷（接收探頭） 。 （1）探頭的類型 超聲波檢測中，由于被檢測工件的形狀和材質(zhì)、檢測的目的和條件不 同而使用不同形式的探頭。 按照在被檢測工件中產(chǎn)生的波型不同，可將超聲波探頭分為縱波探頭、橫波探頭、板波 （蘭姆波）探頭和表面波探頭等四種類型。 按入射聲束方向分可分為直探頭和斜探頭兩大類。 按耦合方式分可分為直接接觸式探頭（探頭通過薄層耦合劑與被探工件表面直接接觸） 和液浸式探頭（探頭與被探工件表面之間有一定厚度的液層

11、） 。 按晶片數(shù)目分可分為單晶片探頭、雙晶片探頭和多晶片探頭等幾種。 按聲束形狀分可分為聚焦探頭和非聚焦探頭兩大類。 按頻帶分可分為寬頻帶探頭和窄頻帶探頭。 73 按使用環(huán)境分可分為常規(guī)探頭（通用目的）和特殊用途探頭（如機械掃描切換探頭、電 子掃描陣列探頭、高溫探頭、瓷瓶檢測專用扁平探頭等） 。 （2）探頭的結(jié)構(gòu) 超聲波檢測中常用的探頭主要有直探頭、斜探頭、表面波探頭、雙晶 片探頭、水浸探頭和聚焦探頭等。 直探頭又稱平探頭，應(yīng)用最普遍，可以同時發(fā)射和接收縱波，多用于手工操作接觸法檢 測，既適宜于單探頭反射法，又適宜于雙探頭穿透法。它主要由壓電晶片、阻尼塊、殼體、 接頭和保護膜等基本元件組成。其

12、典型結(jié)構(gòu)如圖 2- 所示。 斜探頭利用透聲楔塊使聲束傾斜于工件表面射入工件。壓電晶片產(chǎn)生的縱波，在斜楔和 工作界面發(fā)生波型轉(zhuǎn)換。依入射角的不同，斜探頭可在工件中產(chǎn)生縱波、橫波和表面波，也 可在薄板中產(chǎn)生板波。斜探頭主要由壓電晶片、透聲楔塊、吸聲材料、阻尼塊、外殼和電氣 接插件等幾部分組成，其典型結(jié)構(gòu)如圖 2-32 所示。 a） b） 圖 2-32 常見超聲波探頭的典型結(jié)構(gòu) a）縱波直探頭：l-接頭，2-殼體，3-阻尼塊，4-壓電晶片，5-保護膜，6-接地環(huán) b）橫波斜探頭：1-阻尼塊，2-接頭，3-吸聲材料，4-殼體，5-透聲楔塊，6-壓電晶片 2超聲波檢測儀 超聲波檢測儀是超聲檢測的主體設(shè)備

13、，其性能的好壞直接影響到檢測 結(jié)果的可靠性。超聲波檢測儀的作用是產(chǎn)生電振蕩并加于探頭，使之發(fā)射超聲波，同時，還 將探頭接收的電信號進行濾波、檢波和放大等，并以一定的方式將檢測結(jié)果顯示出來，人們 以此獲得被檢工件內(nèi)部有無缺陷以及缺陷的位置、大小和性質(zhì)等方面的信息。 （1）超聲波檢測儀的類型 按超聲波的連續(xù)性，可將超聲波檢測儀分為脈沖波檢測儀、 連續(xù)波檢測儀、調(diào)頻波檢測儀等。脈沖波檢測儀通過向工件周期性地發(fā)射不連續(xù)且頻率固定 的超聲波，根據(jù)超聲波的傳播時間及幅度來判斷工件中缺陷的有無、位置、大小及性質(zhì)等信 息，這是目前使用最為廣泛的一類超聲波檢測儀。 按缺陷顯示的方式分按其顯示缺陷的方式不同，可將

14、超聲波檢測儀分為 A 型、B 型和 C 型等三種類型。 74 1） 型顯示檢測儀 A A 型顯示是一種波形顯示， 檢測儀示波屏的橫坐標代表聲波的傳播 時間域距離） ，縱坐標代表反射波的幅度。由反射波的位置可以確定缺陷的位置，而由反射波 的波高則可估計缺陷的性質(zhì)和大小。 2） 型顯示檢測儀 B B 型顯示是一種圖像顯示， 檢測儀示波屏的橫坐標是靠機械掃描來 代表探頭的掃查軌跡，縱坐標是靠電子掃描來代表聲波的傳播時間（或距離） ，因而可直觀地 顯示出被探工件任一縱截面上缺陷的分布及缺陷的深度。 3） 型顯示檢測儀 C C 型顯示也是一種圖像顯示， 檢測儀示波屏的橫坐標和縱坐標都是 靠機械掃描來代表

15、探頭在工件表面的位置。探頭接收信號幅度以光點輝度表示，因而當探頭 在工件表面移動時，示波屏上便顯示出工件內(nèi)部缺陷的平面圖像（頂視圖） ，但不能顯示缺陷 的深度。 三種顯示方式的圖解說明如圖 2-33 所示。 圖 2- 超聲波檢測儀的三種顯示方式 根據(jù)通道數(shù)的多少不同，可將超聲波檢測儀分為單通道型和多通道型兩大類，其中前者 應(yīng)用最為廣泛，而后者則主要應(yīng)用于自動化檢測。 目前廣泛使用的是 A 型顯示脈沖反射式超聲波檢測儀。 （2）A 型顯示脈沖反射式超聲波檢測儀 A 型顯示脈沖反射式檢測儀主要由同步電路、 時基電路（掃描電路） 、發(fā)射電路、接收電路、顯示電路和電源電路等幾部分組成。此外，實 用中的

16、超聲波檢測儀還有延遲、標距、閘門和深度補償?shù)容o助電路。 其主要性能指標包括 水平線性 也稱時基線性或掃描線性，是表征檢測儀水平掃描線掃描速度的均勻程 度，亦即掃描線上顯示的反射波距離與反射體距離成正比的程度的性能指標。水平線 性的好壞影響對缺陷的定位。 垂直線性 也稱放大線性，它是描述檢測儀示波屏上反射波高度與接收信號電壓成正 比關(guān)系的程度。垂直線性影響對缺陷的定量分析。 動態(tài)范圍 是檢測儀示波屏上反射波高度從滿幅降至消失時儀器衰減器的變化范圍。 75 動態(tài)范圍大，對小缺陷的檢出能力強。 靈敏度 在規(guī)定深度內(nèi)能檢出的最小缺陷。 盲區(qū) 由探頭到能夠檢測出缺陷位置的最小距離。 探測深度 在示波屏上

17、能獲得一次底面反射時的超聲波的最大距離。 分辨力 能夠區(qū)分兩個缺陷的最小距離。 與其他超聲波檢測儀相比，脈沖反射式超聲波檢測儀具有如下的突出特點 在被檢工件的一個面上，用單探頭脈沖反射法即可檢測，這對于諸如容器、管道等一 些很難在雙面放置探頭進行檢測的場合，更顯示出明顯的優(yōu)越性； 可以準確地確定缺陷的深度； 靈敏度遠高于其他方法； 可以同時探測到不同深度的多個缺陷，分別對它們進行定位、定量和定性； 適用范圍廣，用一臺檢測儀可進行縱波、橫波、表面波和板波檢測，而且適用于探測 很多種工件，不僅可以檢測，而且還可用于測厚、測聲速和測量衰減等。 3耦合劑 在超聲波檢測中，耦合劑的作用主要是排除探頭與工

18、件表面之間的空氣， 使超聲波能有效地傳入工件。當然，耦合劑也有利于減小探頭與工件表面間的摩擦，延長探 頭的使用壽命。 一般要求耦合劑能潤濕工件和探頭表面，流動性、粘度和附著力適當，易于清洗；聲 阻抗高，透聲性能好；對工件無腐蝕，對人體無害，不污染環(huán)境；性能穩(wěn)定，能長期保存； 來源廣，價格便宜等等。 （三）超聲波檢測方法 超聲波檢測方法可從多個角度來對其進行分類：按檢測原理不同，可分為脈沖反射法、 穿透法和共振法等；按超聲波的波形不同，可分為縱波法、橫波法、表面波法和板波法等； 按探頭的數(shù)目的多少，可分為單探頭法、雙探頭法和多探頭法等；按探頭與試件的耦合方式 的不同， 可分為直接接觸法和液浸法兩

19、大類等。 下面簡單討論超聲波檢測按原理的分類情況。 1脈沖反射法 脈沖反射法是目前應(yīng)用最為廣泛的一種超聲波檢測法。它將持續(xù)時間 極短的超聲波脈沖發(fā)射到被檢試件內(nèi)，根據(jù)反射波來檢測試件內(nèi)的缺陷，檢測結(jié)果一般用 A 型顯示。其基本原理為：當試件完好時，超聲波可順利傳播到達底面，在底面光滑且與探測 面平行的條件下，檢測圖形中只有表示發(fā)射脈沖及底面回波的兩個信號，如圖 2-34a 所示。 若試件內(nèi)存在有缺陷，則在檢測圖形中的底面回波前有表示缺陷的回波，如圖 2-34b 所示。 脈沖反射法可分為垂直檢測與斜角檢測兩種。 76 垂直檢測時，探頭垂直地或以小于第一臨界角的入射角耦合到工件上，在工件內(nèi)部只產(chǎn)

20、生縱波。常用于板材、鍛件、鑄件、復(fù)合材料等的檢測。 斜角檢測時，用不同角度的斜探頭在工件中分別產(chǎn)生橫波、表面波或板波。它的主要優(yōu) 點是：可對直探頭探測不到的缺陷進行檢測；可改變?nèi)肷浣莵戆l(fā)現(xiàn)不同方位的缺陷；用表面 波可探測復(fù)雜形狀的表面缺陷；用板波可對薄板進行檢測。 a） 圖 2-34 脈沖反射法 a）無缺陷 b）有缺陷 b） 2穿透法 依據(jù)超聲波（連續(xù)波或脈沖波）穿透試件之后的能量變化來判斷缺陷情況 的一種方法。它是最早采用的超聲波檢測方法。將兩個探頭分別置于被檢測工件的兩個相對 表面，一個探頭發(fā)射超聲波，透過工件被另一面的探頭所接收。當工件內(nèi)有缺陷時，由于缺 陷對超聲波的遮擋作用，減少了穿透

21、的超聲波的能量。根據(jù)能量減少的程度即可判斷缺陷的 大小。這種方法的優(yōu)點是不存在盲區(qū)，適于檢測較薄的工件；缺點是不能確定缺陷的深度位 置，且需要在工件的兩個相對表面進行操作。 3共振法 一定波長的超聲波，在物體的相對表面上反射，所發(fā)生的同相位疊加的物 理現(xiàn)象叫做共振。 根據(jù)共振特性來檢測試件的方法稱為共振法。 共振法常用于單面測試壁厚， 其基本原理為：將頻率可調(diào)（掃頻）的連續(xù)超聲波施加在被檢試件上，當試件的厚度為超聲 波的半波長的整數(shù)倍時，由于入射波和反射波的相位相同而引起共振，轉(zhuǎn)換器上能量增加， 儀器可顯示出共振頻率點，并計算出試件的厚度。 （四）超聲波檢測的應(yīng)用實例 超聲波檢測既可用于鍛件、

22、棒材、板材、管材以及焊縫等的檢測，又可用于厚度、硬度 以及材料的彈性模量和晶粒度等的檢測。下面簡述超聲波檢測的幾個應(yīng)用實例。 1螺栓的超聲波檢測 電站中高溫高壓部件（如汽缸、主蒸汽門、調(diào)速汽門等）用的螺 栓，在運行中經(jīng)常有斷裂的現(xiàn)象。 77 緊固螺栓螺紋根部產(chǎn)生的裂紋是沿螺栓橫斷面發(fā)展的橫向裂紋，中心孔加熱不當產(chǎn)生的 內(nèi)孔裂紋也是橫向裂紋。因此將直探頭放在螺栓端面上探測，聲束剛好與裂紋面垂直，對發(fā) 現(xiàn)這些裂紋很有利，如圖 2-35 所示。 圖 2-35 螺栓的超聲波檢測 2車軸的超聲波檢測 車軸是機車、車輛運行時受力的關(guān)鍵部件之一，它在水氣的浸 蝕中承受載荷，容易產(chǎn)生裂紋，多數(shù)是危險性較大的橫

23、向裂紋。經(jīng)常采用橫波探傷法和小角 度縱波探傷法，如圖 2-36a 和圖 2-36b 所示。 a） 圖 2-36 車軸的超聲波檢測 a）橫波法 b）小角度縱波法 b） 3. 非金屬材料的超聲波檢測 超聲波在非金屬材料（塑料、有機玻璃、陶瓷、橡膠、混凝土等）中的衰減一般都比金 屬大，為了減小衰減而多采用低頻檢測，一般為 20200kHz，有的也用 25MHz。為了獲得 較窄的聲束，常采用較大尺寸的探頭。 塑料零件的檢測多采用縱波法，探測頻率為 0.51MHz，使用脈沖反射法。陶瓷材料可 用 0.52MHz 的縱波或橫波探測。橡膠檢測的頻率更低，可用穿透法檢測。 三、射線檢測 （一）射線檢測的基本原

24、理 射線檢測是以 X 射線、射線和中子射線等易于穿透物質(zhì)的特性為基礎(chǔ)的。其基本工作 原理為：射線在穿過物質(zhì)的過程中，由于受到物質(zhì)的散射和吸收作用而使其強度衰減，強度 78 衰減的程度取決于物體材料的性質(zhì)、射線種類及其穿透距離。當把強度均勻的射線照射到物 體上一個側(cè)面，在物體的另一側(cè)使透過的射線在照相底片上感光、顯影后，就可得到與材料 內(nèi)部結(jié)構(gòu)或缺陷相對應(yīng)的黑度不同的圖象，即射線底片。通過觀察射線底片，就可檢測出物 體表面或內(nèi)部的缺陷，包括缺陷的種類、大小和分布情況并作出評價。 射線檢測對缺陷的形象非常直觀，對缺陷的尺寸、性質(zhì)等情況判斷比較容易。采用計算 機輔助斷層掃描法還可以了解斷面的情況，可

25、以進行自動化分析。射線檢測對所測試檢查物 體既不破壞也不污染，但射線檢測成本較高，且對人體有害，在檢測過程中必須注意要妥善 保護。 工業(yè)上常用的是 X 射線、射線檢測。 （二）X 射線、射線及其檢測裝置 X 射線與射線都是電磁波。它們具有波動性，粒子性，都可產(chǎn)生反射、折射、干涉、 光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子效應(yīng)等。它們又是不可見，不帶電荷，不受電場和磁場影響； 它們能透過可見光不能透過的物質(zhì)，使物質(zhì)起光化學(xué)反應(yīng)；使照相膠片感光；使熒光物質(zhì)產(chǎn) 生熒光。 在工業(yè)上使用的 X 射線檢測是由一種特制的 X 射線管產(chǎn)生的。如圖 2-37 ，它的基本構(gòu) 造是一個保持一定真空度的兩極管。通常是熱陽極式，陰極

26、由鎢絲繞成。當通電加熱時，鎢 絲在白熾狀態(tài)下放出電子，這些高速運動的電子因受到陽極靶阻止，就與靶碰撞而發(fā)生能量 轉(zhuǎn)換，其中大部分轉(zhuǎn)換成熱能，其余小部分轉(zhuǎn)換成光子能量，即 X 射線。電子的速度越高， 轉(zhuǎn)換成 X 射線的能量就越大。X 射線的強度，即單位時間內(nèi)發(fā)射 X 射線的能量，隨管電流的 增加而增加。 圖 2-37 X 射線的產(chǎn)生 射線是由放射性同位素的原子核在衰變過程中產(chǎn)生的放射性同位素，分為天然和人工 放射性同位素兩種，它們在衰減或衰變的同時放射出射線。 射線是一種波長很短的電磁波，它的輻射是從原子核里釋放出來的，射線是由原子 79 核從激發(fā)能級躍遷到較低能量的產(chǎn)物，因此它的發(fā)生不同于原子

27、核外電殼層放出的 X 射線。 放射性同位素的原子核在自發(fā)地放射出某種粒子（如粒子、粒子）或射線后會變成另 一種不同的核，這種現(xiàn)象稱為衰變。放射性同位素的衰變速度有的很快，有的很慢。其衰變 的速度不受外界環(huán)境如溫度、濕度、壓力等物理、化學(xué)條件的影響，而是由原子核本身的性 質(zhì)所決定的、這也是放射性同位素的一個特性。這也說明每一種放射性同位素有一種恒定的 衰變速度。 射線與 X 射線雖然產(chǎn)生的機理不同，但同屬電磁波，性質(zhì)很相似，只不過射線的波 長比一般 X 射線更短。 X 射線檢測裝置通常分為兩大類；一類為移動式 X 射線機，另一類為攜帶式 X 射線機。 移動式 X 射線機通常體積和重量都較大，適合

28、于實驗室或車間使用，它們采用的電壓、電流 也較大，可以透照較厚的物體和工件。便攜式 X 射線機體積小，重量輕，適用于流動性檢驗 或大型設(shè)備的現(xiàn)場探傷。 射線檢測裝置的結(jié)構(gòu)比 X 射線檢測裝置要簡單得多，價格便宜、使用方便。射線檢 測、探傷一般多采用照相方法進行工作。射線檢測裝置使用靈活方便，不易發(fā)生故障，并 且能按照需要的情況發(fā)射一定寬度的錐形射線束或進行圓周爆光探測管形工件的缺陷。但必 須很好地做到預(yù)防射線對人體的危害。 （三）射線檢測的操作過程 射線檢測包括 X 射線、射線和中子射線三種。對射線穿過物質(zhì)后的強度檢測方法有： 直按照相法、間按照相法和透視法等多種。其中，對微小缺陷的檢測以 X

29、 射線和射線的直 接照相法最為理想。其典型操作的簡單過程如下： 一般把被檢物安放在離 X 射線裝置或射線裝置 0.51m 處，將被檢物按射線穿透厚度 為最小的方向放置，把膠片盒緊貼在被檢物的背后，讓 X 射線或射線照射一定時間（幾分 鐘至幾十分鐘不等）進行充分曝光。把曝光后的膠片在暗室中進行顯影、定影、水洗和干燥。 再將干燥的底片放在顯示屏的觀察燈上觀察，根據(jù)底片的黑度和圖像來判斷缺陷的種類、大 小和數(shù)量，隨后按通行的要求和標準對缺陷進行等級分類。 （四）射線檢測（照相法）的特點和適用范圍 射線檢測是一種常用于檢測物體內(nèi)部缺陷的無損檢測方法，它幾乎適用于所有的材料， 檢測結(jié)果（照相底片）可永久

30、保存。但從檢測結(jié)果很難辨別缺陷的深度，要求在被檢試件的 兩面都能操作，對厚的試件曝光時間需要很長。 對厚的被檢測物來說，可使用硬 X 射線或射線；對薄的被檢物則使用軟 X 射線。射線 80 穿透物質(zhì)的最大厚度為：鋼鐵約 450mm、銅約 350mm、鋁約 1200mm。 對于氣孔、夾渣和鑄造孔洞等缺陷，在 X 射線透射方向有較明顯的厚度差別，即使很小 的缺陷也較容易檢查出來。而對于如裂紋等雖有一定的投影面積但厚度很薄的一類缺陷，只 有用與裂紋方向平行的 X 射線照射時，才能夠檢查出來，而用與裂紋面幾乎垂直的射線照射 時就很難查出。這是因為在照射方向上幾乎沒有厚度差別的緣故。因此，有時要改變照射

31、方 向來進行照相。 觀察一張透射底片能夠直觀地知道缺陷的兩維形狀大小及分布，并能估計缺陷的種類， 但無法知道缺陷厚度以及離表面的位置等信息。要了解這些信息，就必須用不同照射方向的 兩張或更多張底片。 在進行檢測時，應(yīng)注意到射線輻射對人體健康（包括遺傳因素）的損害作用。X 射線在 切斷電源后就不再發(fā)生，而同位素射線（如射線）是源源不斷地發(fā)生射線的。此外，還應(yīng) 特別注意，射線不只是筆直地向前輻射，它還可通過被檢物、周圍的墻壁、地板以及天花板 等障礙物進行反射與透射傳播。 其次還應(yīng)注意，X 射線裝置是在幾萬乃至幾十萬伏高電壓下工作的，通常雖有充分的絕 緣，但也必須注意防止意外的高壓危險。 四、渦流檢

32、測 （一）渦流檢測的基本原理 渦流檢測是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的。當把一個通有交流電的線圈靠近金屬導(dǎo)體時，由 于電磁耦合作用，就會在導(dǎo)體中產(chǎn)生感生電流，這種電流的流線在金屬體內(nèi)自行閉合，通常 就稱它為電渦流。此電渦流又反過來作用于原線圈而使其電磁特性（等效阻抗、等效電感和 品質(zhì)因素）發(fā)生改變，其變化情況與導(dǎo)體的種類（電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率） 、形狀以及材質(zhì)均勻 度等因素有關(guān)，同時還與線圈與導(dǎo)體之間的相對距離和線圈本身的特性有關(guān)。當固定后兩者 不變時，則線圈電磁特性的變化就反應(yīng)了導(dǎo)體性質(zhì)的變化。這樣，通過檢測線圈的電磁特性 的變化，即可獲得關(guān)于被檢試件的材質(zhì)均勻性以及缺陷的種類、形狀和大小等方面的信息，

33、這就是電渦流檢測的簡單原理。 如圖 2-38 所示，如果用一個扁平線圈置于金屬導(dǎo)體附近，當線圈中通以正弦交變電流 時，線圈的周圍空間就產(chǎn)生了正弦交變磁場 H1，置于此磁場中的金屬導(dǎo)體就產(chǎn)生電渦流，而 此電渦流也將產(chǎn)生交變磁場 H2，H2 的方向與 H1 的方向相反，由于磁場 H2 的反作用使通電線 圈的有效阻抗發(fā)生變化，這種線圈阻抗的變化完整地而且唯一地反映了待測體的渦流效應(yīng)。 81 圖 2-38 渦流檢測的基本原理 顯然，線圈阻抗的變化既與電渦流效應(yīng)有關(guān)，又與靜磁學(xué)效應(yīng)有關(guān)，也就是說，與金屬 導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀、線圈的幾何參數(shù)、激勵電流頻率以及線圈到金屬導(dǎo)體的 距離等參數(shù)有關(guān)。假

34、定金屬導(dǎo)體是勻質(zhì)的，其性能是線性和各向同性的，則線圈，金屬導(dǎo)體 系統(tǒng)的物理性質(zhì)通常可由磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、尺寸因子 x 或 r、激勵電流強度 I 和頻率 等參數(shù)來描述，線圈的阻抗 Z 可用如下函數(shù)表示 Z=F(,x,r,I,) （2-40） 如果控制上式中的某些參數(shù)恒定不變，而只改變其中的一個參數(shù)，這樣阻抗就成為這個 參數(shù)的單值函數(shù)。 可以利用這種渦流效應(yīng)把距離 x 的變化變換為電量的變化， 從而做成位移、 振幅、厚度等傳感器；也可以利用這渦流效應(yīng)把電導(dǎo)率的變化變換為電量的變化，從而做 成表面溫度、電解質(zhì)濃度、材質(zhì)判別等傳感器；還可以利用它把磁導(dǎo)率的變化變換為電量 的變化，從而做成應(yīng)力、硬度等傳感

35、器，以及利用變換量為 x、等綜合影響做成材料 探傷裝置等。 （二）渦流檢測的特點與適用范圍 電渦流檢測具有如下的特征 檢測結(jié)果可以直接以電信號輸出，故可用于自動化檢測； 由于實行非接觸式檢測，所以檢測速度很快； 適用范圍較廣，除可用于檢測缺陷外，還可用于檢測材質(zhì)的變化、形狀與尺寸的變化 等； 對形狀復(fù)雜的試件檢測有困難； 對表面下較深部位的缺陷檢測困難； 除檢測項目外，試件材料的其他因素一般也會引起輸出的變化，成為干擾信號； 難以直接從檢測所得的顯示信號來判別缺陷的種類。 82 由以上渦流檢測的原理及其特性可知，渦流檢測適用于由鋼鐵、有色金屬以及石墨等導(dǎo) 電材料所制成的試件，而不適用于玻璃、石

36、頭和合成樹脂等非導(dǎo)電材料的檢測。 從檢測對象來說，電渦流方法適用于如下項目的檢測： 缺陷檢測檢測試件表面或近表面的內(nèi)部缺陷； 材質(zhì)檢查檢測金屬的種類、成分、熱處理狀態(tài)等變化； 尺寸檢測檢測試件的尺寸、涂膜厚度、腐蝕狀況和變形等； 形狀檢測檢測試件形狀的變化情況。 （三）電渦流檢測的應(yīng)用 電渦流傳感器具有一些獨特的優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。下面就幾種主要應(yīng)用作一 簡略介紹。 1位移測量 它可以用來測量各種形狀試件的位移值。凡是可變換成位移量的參數(shù)， 都可用電渦流式傳感器來測量。如鋼水液位，紗線張力，液體壓力，汽輪機主軸的軸向位移 和金屬試件的熱膨脹系數(shù)等。 2振幅測量 電渦流式傳感器無接觸地測

37、量各種振動的幅值。在汽輪機、空氣壓縮機 中常用電渦流式傳感器來監(jiān)控主軸的徑向振動。 3厚度測量 電渦流式傳感器可以無接觸地測量金屬板厚度和非金屬板的鍍層厚度。 4轉(zhuǎn)速測量 在一個旋轉(zhuǎn)體上開一條或數(shù)條槽，旁邊安裝一個電渦流傳感器，當旋轉(zhuǎn) 體轉(zhuǎn)動時，電渦流傳感器將周期性地改變輸出訊號，此電壓經(jīng)過放大、整形，可用頻率計指 示出脈沖數(shù)，此脈沖數(shù)與旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速有關(guān)。 5渦流探傷 電渦流式探傷傳感器可以用來檢查金屬的表面裂紋、熱處理裂紋以及焊 接部位的探傷等。使傳感器與被測體距離不變，如果裂紋出現(xiàn)，將引起金屬的電阻率、磁導(dǎo) 率、位移值等的變化，這些綜合參數(shù)（x,）的變化將引起傳感器參數(shù)變化，從而通過測 量

38、傳感器參數(shù)的變化即可達到探傷的目的。 五、磁粉探傷 （一）磁粉檢測的基本原理 把一根中間有橫向裂紋的強磁性材料（鋼鐵等）試件進行磁化處理后，可以認為磁化的 材料是許多小磁鐵的集合體，在沒有缺陷的連續(xù)部分，由于小磁鐵的 N、S 磁極互相抵消，而 不呈現(xiàn)出磁極，而在裂紋等缺陷處，由于磁性的不連續(xù)而呈現(xiàn)磁極。在缺陷附近的磁力線繞 過空間出現(xiàn)在外面，此即缺陷漏磁，如圖 2-39 所示。缺陷附近所產(chǎn)生的稱作為缺陷的漏磁 場的磁場，其強度取決于缺陷的尺寸、位置及試件的磁化強度等。這樣，當把磁粉散落在試 83 件上時， 在裂紋處就會吸附磁粉， 磁粉檢測就是利用磁化后的試件材料在缺陷處會吸附磁粉， 以此來顯示

39、缺陷存在的一種檢測方法。 磁粉檢測方法可以用于探測鐵磁性材料及構(gòu)件的表面和近表面缺陷。對存在于淺表面的 裂紋、折疊、夾層、夾渣等缺陷極為敏感。一般情況下，采用交流電磁化適用于檢查 2mm 以 內(nèi)的淺表面缺陷，用直流電磁化適用于檢查 6mm 以內(nèi)的表面缺陷。隨著深度的變化，探測缺 陷的能力迅速下降。 a） 圖 2-39 缺陷漏磁 a）表面缺陷 b） b）表層缺陷 （二）磁粉檢測的基本步驟 磁粉檢測由預(yù)處理、磁化、施加磁粉、觀察、記錄以及后處理等幾個基本步驟組成。 1預(yù)處理 用溶劑等把試件表面的油脂、涂料以及鐵銹等去掉，以免妨礙磁粉附著在缺 陷上。用干磁粉時還要使試件的表面干燥。組裝的部件要一件件

40、拆開后再進行檢測。 2磁化 磁化是磁粉檢測的關(guān)鍵步驟。首先應(yīng)根據(jù)缺陷特性與試件形狀選定磁化方法， 其次還應(yīng)根據(jù)磁化方法、磁粉、試件的材質(zhì)、形狀、尺寸等確定磁化電流值，使得試件的表 面有效磁場的磁通密度達到試件材料飽和磁通密度的 8090。 3.施加磁粉 磁粉是用幾微米至幾十微米的鐵粉等材料制成，分白色和黑色的，非熒光 的和熒光的。磁粉還分為干式和濕式兩種。干磁粉是在空氣中分散地撒上，濕磁粉是把磁粉 調(diào)勻在水或無色透明的煤油中作為磁懸液來使用的。把粉或磁懸液撒在磁化的試件上叫做施 加磁粉。它分連續(xù)法和剩磁法兩種。連續(xù)法是在試件加有磁場的狀態(tài)下施加磁粉的，且磁場 一直持續(xù)到施加完成為止。而剩磁法則

41、是在磁化過后施加磁粉的。 4觀察與記錄 磁粉痕跡的觀察是在施加磁粉后進行的。用非熒光磁粉時，在光線明亮 的地方進行觀察；而用熒光磁粉時，則在暗室等暗處用紫外燈進行觀察。 應(yīng)該注意，在材質(zhì)改變的界面處和截面大小突然變化的部位，即使沒有缺陷，有時也會 出現(xiàn)磁粉痕跡，此即假痕跡。要確認磁粉痕跡是不是缺陷，需用其他檢測方法重新進行檢測 84 才能確定。 5后處理 檢測完成后，按需要進行退磁、除去磁粉和防銹處理。退磁時，一邊使磁場 反向，一邊降低磁場強度。退磁有直流法和交流法兩種。 （三）磁粉檢測的特點與適用范圍 磁粉檢測適用于檢測鋼鐵材料的裂紋等表面缺陷，如鑄件、鍛件、焊縫和機械加工的零 件等的表面缺

42、陷。其特征如下 特別適宜對鋼鐵等強磁性材料的表面缺陷檢測； 對于在表面沒有開口但深度很淺的裂紋也可以探測出來； 對于奧氏體不銹鋼那樣的非磁性材料是不適用的； 能知道缺陷的位置和表面的長度，但不能知道缺陷的深度。此外，對內(nèi)部缺陷的檢測 還有困難。 六、滲透檢測 （一）滲透檢測的基本原理 滲透檢測是一種最簡單的無損檢測方法，用于檢測表面開口缺陷，幾乎適用于所有材質(zhì) 的試件和各種形狀的表面。 它所依據(jù)的基本原理是應(yīng)用液體表面張力對固體產(chǎn)生的浸潤作用， 以及液體的相互乳化作用等特性來實現(xiàn)檢測的。檢測時將滲透劑涂于被檢試件的表面，當表 面有開口缺陷時，滲透劑將滲透到缺陷中，去除表面多余的部分，再涂以顯像

43、劑，在適當?shù)?光線下即可顯示放大了的缺陷圖像的痕跡，從而能夠用肉眼檢查出試件表面的開口缺陷。如 圖 2-40 所示。 圖 2-40 滲透檢測的原理 a）預(yù)清洗，b）滲透，c）后清洗，d）顯像和觀察 （二）滲透檢測的操作步驟 1預(yù)處理 為使?jié)B透容易進行，需要進行預(yù)先清除處理，以去除試件表面的油脂、涂 85 料、鐵銹、及污物等。 2滲透 將試件浸漬于滲透液中或者用噴霧器或刷子等工具把滲透液涂在試件表面， 讓滲透劑有足夠的時間充分地滲入到缺陷中。滲透時間取決于滲透劑、試件材質(zhì)、缺陷種類 及大小等。 3乳化等處理 噴上乳化劑。 4清洗 用水或清洗劑去除附著在試件表面的殘余滲透劑。 5顯像 將顯像劑涂敷

44、在試件表面上，殘留在缺陷中的顯像劑吸出就會被顯像劑吸出， 到表面上形成放大的帶色顯示痕跡。此過程中，顯像劑吸出全部滲透劑并使其充分擴散的時 間稱為顯像時間。 6觀察 熒光滲透檢測的觀察必須在暗室內(nèi)用紫外線燈照射。而著色滲透檢測法在一 為了使?jié)B透液容易被水清洗，對某些滲透液有時還要進行乳化處理， 定亮度的可見光下即可以觀察出紅色的缺陷痕跡 7后處理 檢測結(jié)束后，清除表面殘留的顯像劑，以防腐蝕被檢測表面。 （三）滲透檢測方法 根據(jù)不同的滲透液和不同的清洗方式，滲透檢測法可以分為幾種類型。 根據(jù)滲透液的不同色調(diào)，滲透檢測可分為熒光法和著色法兩種。其中，熒光滲透檢測法 是采用含熒光材料的滲透液進行檢測

45、，它用波長為 360nm±30nm 的紫外線進行照射，使缺陷 顯示痕跡發(fā)出黃綠色的光線，熒光滲透檢測的觀察必須在暗室里采用紫外線燈進行。而著色 滲透檢測法是采用含紅色染料的滲透液進行檢測的，它在自然決或在白光下可以觀察出紅色 的缺陷痕跡。與熒光滲透法相比，著色滲透檢測法受場所、電鍍和檢測裝置等條件的限制較 小。 根據(jù)清洗滲透液形式的不同可以分為水洗型滲透檢測法、后乳化型滲透檢測法和溶劑去 除型滲透檢測法三種。水洗型滲透液可以直接用水清洗干凈；而后乳化型滲透液要把乳化劑 加到試件表面的滲透液上以后，再用水洗凈；溶劑去除型滲透檢測法所用的滲透液要用有機 溶劑進行清洗去除。 滲透檢測法的顯

46、像法有濕式顯像、快于式顯像、干式顯像和無顯像劑式顯像四種。 濕式顯像法是把白色微細粉末狀的顯像材料調(diào)勻在水中作為濕式顯像劑的一種方法，把 試件侵漬在顯像劑中或者用噴霧器把顯像劑噴在試件上，當顯像劑干燥時，在試件表面就完 成白色顯像薄膜，由白色顯像薄膜吸出缺陷中的滲透液而形成顯示痕跡。這種方法適用于發(fā) 大批量試件的檢測，其中水洗型熒光滲透檢測法用得較多。 86 快干式顯像法是把白色微細粉末狀的顯像材料調(diào)勻在高揮發(fā)性的有機溶劑中，作為快于 式顯像劑的一種方法。本方法的操作極為簡單，在溶劑去除型熒光或著色滲透檢測法中用福 較多。 干式顯像法是直接使用干燥的白色微細粉末狀顯像材料作為顯像劑的一種方法。

47、把試件 放在顯像劑中或者把試件放在顯像裝置中再用噴粉的辦法來涂敷顯像劑，使顯像劑附著在邊 件表面，從缺陷中吸出滲透液而在表面形成固定的顯示痕跡。用這種方法，缺陷部位所附著 的顯像劑粒子全都附在滲透劑上，而沒有滲透劑的部分就不附著顯像劑。因此，痕跡不會隨 著時間的推移而發(fā)生擴散，從而能顯示出鮮明的圖像，因此可用于要求獲得與缺陷大小相接 近的痕跡的檢測。 無顯像劑式顯像法是在清洗處理之后，不使用顯像劑來形成缺陷顯示痕跡的一種方法。 它在熒光輝度高的水洗型熒光滲透檢測法中、或者在把試件加交變應(yīng)力的同時檢測缺陷顯示 痕跡等方法中使用。這種方法與干式顯像法相同，其缺陷顯示痕跡也不會擴散。本方法不能 用于

48、著色滲透檢測法。 （四）滲透檢測的特點和適用范圍 1滲透法的最小檢出尺寸即靈敏度取決于檢測劑的性能、檢測方法、檢測操作和試件 表面粗糙度等因素，一般約為深 20um、寬 lum；此外，在熒光滲透檢測時，若使用熒光輝度 高的滲透液，在檢測的同時在試件上加交變應(yīng)力，可進一步提高檢測的靈敏度； 2檢測效率高，對于形狀復(fù)雜的試件或在試件上同時存在有多個缺陷時，只需一次檢 測操作即可完成； 3適用范圍廣，檢測一般不受試件材料的種類及其外形輪廓的限制； 4設(shè)備簡單，便于攜帶，操作簡便； 5檢測結(jié)果受試件表面粗糙度的影響，同時還受檢測操作人員技術(shù)水平的影響； 6只能檢測表面開口缺陷，對多孔性材料的檢測仍很困

49、難，無缺陷深度顯示； 7不宜實現(xiàn)自動化檢測。 各種滲透檢測法的適用范圍見表 2-18 。 七、聲發(fā)射檢測檢測技術(shù) 聲發(fā)射檢測技術(shù)是本世紀 50 年代初興起的一種新的無損檢測方法。 當物體受到外力或內(nèi)應(yīng)力作用時，物體缺陷處或結(jié)構(gòu)異常部位因應(yīng)力集中而產(chǎn)生塑性變 形，其儲存能量一部分以彈性應(yīng)力波的形式釋放出來，這種現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。利用聲發(fā)射現(xiàn) 象的特點，用電子學(xué)的方法接受發(fā)射出來的應(yīng)力波，進而根據(jù)聲發(fā)射信號特征，進行處理和 87 分析以評價缺陷發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律，以尋找和推斷聲發(fā)射源的缺陷及危險性的技術(shù)稱為聲發(fā) 射技術(shù)，也叫做聲發(fā)射檢測。 表 2-18 各種滲透檢測法的適用范圍 檢測方法 檢測對象 微

50、細的裂紋， 寬而淺 的裂紋 表面粗糙的試件 大型試件的局部檢 測 疲勞裂紋、 磨削裂紋 遮光有困難的場合 無水、無電的場合 水洗型 熒光法 后乳化型 熒光法 溶劑去除型 熒光法 水洗型 著色法 后乳化型 著色法 溶劑去除型 著色法 材料在受載的情況下，缺陷周圍區(qū)域的應(yīng)力再分布以范性流變、微觀龜裂、裂縫的發(fā)生 和擴展等形式進行，實際上是一種應(yīng)變能的釋放過程。而一部分應(yīng)變能以應(yīng)力波的形式發(fā)射 出來。所以材料在滑動、孿晶、位錯、相變、開裂、斷裂等過程中都有聲發(fā)射現(xiàn)象發(fā)生。因 此，接收和研究聲發(fā)射現(xiàn)象，就可以利用聲發(fā)射的信號對材料缺陷進行檢測、預(yù)報和判斷， 并對材料或物件進行評價。 近年來，聲發(fā)射技術(shù)已經(jīng)在壓力容