有關(guān)無(wú)損探傷及其應(yīng)用

1、有關(guān)無(wú)損探傷及其應(yīng)用Nondestructive Inspection，即無(wú)損探傷技術(shù)，常用的無(wú)損探傷方法有：X光射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷、渦流探傷、射線探傷、螢光探傷、著色探傷等方法。如下圖所示：無(wú)損探傷用于檢查材料表面和內(nèi)部的宏觀缺陷（裂紋、氣孔、夾渣、未透），而化工設(shè)備中的無(wú)損探傷技術(shù)主要有滲透(著色和熒光)探傷(PT)、磁粉(或磁力)探傷(MT)、渦流探傷(ET)、超聲波探傷(UT)與射線探傷（RT）等。無(wú)損探傷技術(shù)主要應(yīng)用于設(shè)備的制造和定期檢修階段，近年來(lái)無(wú)損探傷技術(shù)逐漸用于檢查運(yùn)行中的設(shè)備。下面就其幾種主要的探傷方法做簡(jiǎn)要的介紹。一、 滲透(著色和熒光)探傷(PT)

2、 Liquid Penetranl Examination (PT) 利用滲透性強(qiáng)的液體滲入構(gòu)件表面缺陷內(nèi)，再設(shè)法使其顯示出缺陷，這是一種表面缺陷的無(wú)損探傷方法。根據(jù)所用滲透液的不同，可以分為著色滲透法和熒光滲透法。二、 磁粉(或磁力)探傷(MT)磁粉探傷或稱磁力探傷。也是比較古老的無(wú)損檢測(cè)方法，國(guó)外已有50年的歷史，國(guó)內(nèi)也有30多年。廣泛用于檢測(cè)鐵磁性材料及其構(gòu)件的表面和近表層的缺陷，可檢測(cè)的缺陷類型：裂紋、重疊、分層等。磁粉探傷可以探測(cè)材料或零件表面和近表面的缺陷，對(duì)裂紋、發(fā)紋、折疊、夾層和未焊透等缺陷極為靈敏。采用交流電磁化可探測(cè)表面下2mm以內(nèi)的缺陷，采用直流電磁化可探測(cè)表面下6mm以

3、內(nèi)的缺陷。磁粉探傷設(shè)備有固定式、移動(dòng)式和手提式三種磁力探傷機(jī)。顯示介質(zhì)為較細(xì)的純鐵磁粉（Fe3O4）。直接使用干粉靈敏度高，但操作不便；把磁粉和煤油混合成濕粉，使用方便。磁粉探傷原理：鐵磁性材料構(gòu)件的表面或近表層有缺陷時(shí)磁阻大，一旦被磁化，則會(huì)有部分磁力線外溢而形成漏磁場(chǎng)，它對(duì)施加到構(gòu)件表面的磁粉會(huì)產(chǎn)生吸附作用，因而顯示出缺陷的痕跡，根據(jù)磁粉的痕跡來(lái)判斷缺陷的大小、取向和位置等。漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度和分布，取決于缺陷的長(zhǎng)度、取向、位置（近表層）和被測(cè)表面的磁化強(qiáng)度。當(dāng)缺陷垂直于磁化方向時(shí)，靈敏度最高；當(dāng)缺陷平行于磁化方向時(shí)，則無(wú)磁粉痕跡顯示。磁粉探傷方法：磁粉探傷方法按分類方法不同有按磁化電流性質(zhì)分為

4、交流電磁化法和直流電磁化法；按磁場(chǎng)方向分為縱向磁化、周向磁化和復(fù)合磁化；按顯示介質(zhì)狀態(tài)和性質(zhì)分為干粉法、濕粉法和熒光磁粉法等；按磁化方法為直接通電法、局部磁化支桿法、心軸法、線圈法和鐵軛法等。下面介紹的是MT無(wú)損探傷技術(shù)在勝利油田的應(yīng)用 目前, 勝利油田現(xiàn)役油管大部分都是舊油管,其表面特別是內(nèi)壁都不同程度地存在著缺陷, 這些有缺陷的油管重新下井之后, 可能發(fā)生油管穿孔或斷裂事故。目前對(duì)油管本體主要依靠現(xiàn)場(chǎng)人工目測(cè)和后方對(duì)油管試壓檢查, 前者只能檢查油管本體外壁, 后者雖然能夠證明油管能夠承受一定的壓力,但不能清楚描述油管內(nèi)缺陷狀況, 有重大隱患的油管往往繼續(xù)下井使用, 進(jìn)而造成油井頻繁作業(yè),

5、既增加作業(yè)成本, 還嚴(yán)重影響采油生產(chǎn)。從有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看, 油管漏失井的作業(yè)量占總作業(yè)量的六分之一以上。隨著增產(chǎn)措施的不斷強(qiáng)化和生產(chǎn)任務(wù)的不斷加重, 必須加大油井井筒管理力度, 進(jìn)而降低作業(yè)成本, 確保采油生產(chǎn)正常進(jìn)行。為此, 勝利油田引進(jìn)了一套TYMT 數(shù)字化油管無(wú)損檢測(cè)儀,該套設(shè)備的應(yīng)用為現(xiàn)役油管的分級(jí)使用和報(bào)廢提供了科學(xué)依據(jù)。TYMT 數(shù)字化油管無(wú)損檢測(cè)儀檢測(cè)原理TYMT 數(shù)字化油管無(wú)損檢測(cè)儀的磁化系統(tǒng)將被測(cè)油管磁化至深度飽和, 當(dāng)油管內(nèi)外表面有裂紋、坑點(diǎn)、孔洞以及油管壁厚變化時(shí), 就會(huì)產(chǎn)生漏磁場(chǎng)或被磁化段的主磁通發(fā)生變化, 這些變化被探傷傳感器獲取, 經(jīng)信號(hào)調(diào)理整形放大后, 再經(jīng)A/D

6、 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī), 用探傷分析軟件對(duì)缺陷信號(hào)進(jìn)行分析、處理, 以曲線形式顯示出來(lái),也可用打印機(jī)打印檢測(cè)結(jié)果?；緟?shù)：檢測(cè)油管直徑: 外徑2 (3 英寸(73mm) 、3 -英寸(89mm) , 內(nèi)徑62 、74mm ;橫向裂紋(光滑表面) 分辨率: 013mm (深度) 5mm (長(zhǎng)度) ;腐蝕坑及孔洞分辨率(光滑表面) :112mm ,深015mm ;壁厚減薄分辨率: 壁厚的3 %;檢測(cè)速度: 150m/ min ;油管兩端檢測(cè)盲區(qū): 80mm。探頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：TYMT 數(shù)字化油管無(wú)損檢測(cè)儀的探頭主體是8 個(gè)周向分布的磁敏傳感器和各自的磁化器件。探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為隨動(dòng)定心結(jié)構(gòu), 具體形

7、式為: 傳感器與其載體組成游動(dòng)體, 游動(dòng)體的各傳感器在各自的滑槽內(nèi)由彈簧與其載體相連, 能自動(dòng)張合; 游動(dòng)體置于探頭體內(nèi), 其上下端均由多顆鋼珠與外殼的上下端相連。這種結(jié)構(gòu)形式有效地解決了檢測(cè)過(guò)程中的兩個(gè)問(wèn)題: 其一, 檢測(cè)過(guò)程中碰到油管接箍時(shí)探頭內(nèi)的傳感器能自動(dòng)避讓; 其二, 油管在起(或下) 的過(guò)程中, 水平方向常會(huì)有不同程度的擺動(dòng),而根據(jù)漏磁檢測(cè)的特點(diǎn),為了保證檢測(cè)精度與準(zhǔn)確性, 在檢測(cè)過(guò)程中磁敏傳感器與被檢油管表面之間的距離必須保持在5mm 以內(nèi)。由于探頭是隨動(dòng)定心結(jié)構(gòu), 滿足了檢測(cè)工藝的要求。參考文獻(xiàn)1 楊叔子, 康宜華1 鋼絲繩斷絲定量檢測(cè)原理與技術(shù)1 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 1

8、995 : 61832 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局1GB/ T 12606 1999 鋼管漏磁探傷方法1 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1999三、渦流探傷(ET)利用電磁感應(yīng)的原理，使被檢件的表面感應(yīng)出渦流，零件中存在缺陷時(shí)會(huì)改變渦流的強(qiáng)弱，渦流產(chǎn)生反作用磁場(chǎng)，又使檢測(cè)線圈的阻抗發(fā)生變化，因此通過(guò)檢測(cè)線圈的阻抗的變化，來(lái)判斷缺陷的有無(wú)，這種探傷方法稱為渦流探測(cè)法。出現(xiàn)于40年代，我國(guó)50年代開(kāi)始研究。由于交流感應(yīng)電流的集膚效應(yīng)，所以ET法僅能用于導(dǎo)體表層（表面和近表層）的缺陷檢測(cè).優(yōu)點(diǎn)：渦流探傷可探測(cè)零件表面0.11mm0.2mm深處的缺陷，靈敏度較高，檢測(cè)速度快，易于實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)化檢測(cè)；屬于電學(xué)測(cè)量法

9、，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)化；設(shè)備可以很輕，可以原地探惻；對(duì)封閉在表層下的缺陷有很高的檢測(cè)靈敏度；探傷深度比磁粉探傷所達(dá)到的深；能提供缺陷的深度信息；非接觸式的檢測(cè)方法等。缺點(diǎn)：理論復(fù)雜；距表層較深的缺陷難檢測(cè)（集膚效應(yīng)）；影響因素多；渦流探傷僅適用于導(dǎo)電材料，對(duì)缺陷顯示不直觀，更不適于形狀復(fù)雜零件的探傷。發(fā)展方向：分析方法：相位分析、相關(guān)分析、幅值分析等。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和探頭的改進(jìn)（旋轉(zhuǎn)探頭、扇形探頭等）。四、超聲波探傷(UT) 利用超聲波來(lái)檢查金屬或非金屬材料零件內(nèi)部缺陷的方法，稱為超聲波探傷。超聲波探傷是利用超聲能透入金屬材料的深處，并由一截面進(jìn)入另一截面時(shí)，在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來(lái)檢查零

10、件缺陷的一種方法，當(dāng)超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內(nèi)部，遇到缺陷與零件底面時(shí)就分別發(fā)生反射波來(lái)，在螢光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來(lái)判斷缺陷位置和大小。超聲波無(wú)損檢測(cè)儀主要由同步電路、時(shí)基電路(即掃描電路)、發(fā)射電路、接收放大電路4 個(gè)主要電路和示波電路、延遲電路、時(shí)標(biāo)電路、電源電路以及探頭等幾部分組成(如圖所示)超聲波探傷的方法按波的傳播方式分為脈沖反射波法和透射波法；按耦合方式分為接觸法和水浸法；按波型分為縱波法、橫波法、表面波法。探頭分為直探頭、斜探頭、表面波探頭、雙晶探頭、專用探頭等。直探頭可發(fā)射和接收縱波，斜探頭可發(fā)射和接收橫波。超聲波探傷中較為普遍采用縱波接觸法，單探頭或雙

11、探頭發(fā)射和接收超聲波。探頭與零件表面上的耦合劑薄層接觸進(jìn)行探傷。單探頭多用于探測(cè)中厚板、大型鍛件、大厚度焊縫和形狀簡(jiǎn)單的毛坯制件。雙探頭特別適于探測(cè)近表面的缺陷。下面就超聲波無(wú)損探傷技術(shù)簡(jiǎn)要介紹它在十字軸維護(hù)中的應(yīng)用十字軸的基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介十字軸是軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)萬(wàn)向接的主要部件，其材料為18Cr2Ni4W,是一種力學(xué)性能比較優(yōu)良的合金鋼，目前國(guó)內(nèi)很少幾家企業(yè)能夠生產(chǎn)。左圖是軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)十字軸立體圖。十字軸斷裂分析實(shí)踐中該十字軸由于各種主客觀原因，頻繁發(fā)生斷裂事故（斷裂部位在十字軸耳軸根部過(guò)渡圓角處），有專家曾指出是靜力學(xué)無(wú)法解釋的原因，因此，該軋鋼廠曾聯(lián)合國(guó)內(nèi)一家著名的大學(xué)對(duì)軋機(jī)進(jìn)行了各種動(dòng)力學(xué)

12、性能測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該軋機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生很大的附加彎矩和水平力，在它們的綜合作用下，導(dǎo)致十字軸在遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到其設(shè)計(jì)壽命前失效，右圖為十字軸斷口形貌。 檢測(cè)方案確定(1)儀器：通用A 型脈沖反射式超聲波探傷儀CTS22 型、CTS23 型和CTS26 型。(2)探頭：2.5MHz:雙晶探頭；2.5MHz 微型斜探頭。(3)試塊：用實(shí)際檢測(cè)的十字軸制做。(4)探傷步驟：由于檢測(cè)的目的只要達(dá)到檢測(cè)出裂縫擴(kuò)展到半徑方向5mm 以上（現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)），就認(rèn)為十字軸失效，基于此設(shè)計(jì)探傷步驟。探傷前必須先經(jīng)外觀檢查，方可進(jìn)行超聲波探傷。對(duì)十字軸上的的污垢（主要是油脂）和氧化皮等必須進(jìn)行清除。清除的寬度應(yīng)能保證探頭沿十字

13、軸前后有足夠的移動(dòng)距離。探傷操作人員首先必須了解十字軸鋼的材質(zhì)、加工工藝等。對(duì)容易出現(xiàn)的缺陷應(yīng)事先有所估計(jì)，以便在探傷時(shí)對(duì)裂縫作出合的分析和判斷。以上工作做好之后，就可以將探頭沿十字軸每一個(gè)耳軸的圓心向外檢測(cè)，直到探測(cè)到裂縫的存在為止，并據(jù)檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)做出十字軸維修的決策?，F(xiàn)場(chǎng)多次的實(shí)踐證明了該方法的可行性，為企業(yè)合理安排檢修作業(yè)提供了正確的信息，避免了十字軸斷裂事故的發(fā)生。參考文獻(xiàn)：1趙鳳蘭，等異型紫銅管對(duì)接焊縫超聲波檢測(cè)J無(wú)損檢測(cè)，1997，19(8):232-2342張貞勇,宮經(jīng)彪超聲波技術(shù)在提升短節(jié)檢驗(yàn)中的應(yīng)用J石油鉆探技術(shù)，2002,30(5):51-523董文生球罐對(duì)接焊縫的超

14、聲波探傷J石化技術(shù)，2003，10(3):32-354美國(guó)無(wú)損檢測(cè)學(xué)會(huì)美國(guó)無(wú)損檢測(cè)手冊(cè) 超聲卷（上冊(cè)）M1996，5，第1 版五、射線探傷（RT）利用X射線或g射線來(lái)檢驗(yàn)零件內(nèi)部缺陷的方法，稱為射線探傷。原理：不同的物質(zhì)對(duì)射線的吸收和衰減作用是不同的。當(dāng)射線穿過(guò)密度大的物質(zhì)時(shí)，被吸收的多，由于缺陷處的密度與金屬本身的密度不同，因此在零件下面的底片上就會(huì)產(chǎn)生不同的感光度，即在底片上顯示出零件內(nèi)部缺陷的大小、種類、分布狀態(tài)等。g射線比X射線的穿透力強(qiáng)，但靈敏度不如X射線。優(yōu)點(diǎn)：適用于所有材料，底片可永久保存，可展示內(nèi)部缺陷的大小、形狀和位置等。缺點(diǎn)：射線對(duì)人體有害，缺陷的深度很難辨別，成本高（底片

15、、暗室?；瘜W(xué)藥品等），厚件的曝光時(shí)間長(zhǎng)，零件的兩面都能操作等。發(fā)展方向:現(xiàn)有常規(guī)設(shè)備的改進(jìn)（如；減少重量和體積等），計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，提高膠片的質(zhì)量（系列化），開(kāi)發(fā)便攜式可移動(dòng)的高能射線加速設(shè)備等。下面就其中X射線做一簡(jiǎn)要介紹，X射線探傷在壓鑄生產(chǎn)中的應(yīng)用探傷裝置對(duì)壓鑄成型工藝及模具設(shè)計(jì)改進(jìn)所起的作用安全件 上海德?tīng)柛５幕瑝K（下圖） 過(guò)程描述:首次試壓，在力勁160T壓鑄機(jī)上進(jìn)行壓鑄，按以下參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)：壓射壓力100MP;高速2.6m/s，低速0.15m/s.慢壓射行路300mm,留模時(shí)間3s.缺陷分析：根據(jù)探傷圖像（下圖）顯示，在鑄件上可以看到很多零散分布的亮點(diǎn)（在零件主體內(nèi)），這就說(shuō)明，鑄件內(nèi)部多氣孔、組織稀疏、成型不好。 形成原因：壓鑄過(guò)程中，噴涂時(shí)卷入氣體，形成氣孔；模具溫度過(guò)低，金屬液流不順暢；壓射速度不夠，填充不充分；排氣效果不好。改進(jìn)措施：調(diào)整壓鑄工藝，減少噴涂量，增加吹氣時(shí)間，增加快壓射速度；更改模具，改進(jìn)橫澆道，加寬內(nèi)澆口，增加其截面積，減少填充阻力；增加排氣道（如圖）。 結(jié)果：按工藝進(jìn)行壓鑄， 再通過(guò)探傷圖像（下圖）與之前對(duì)比，效果有了明顯改善。通過(guò)與ASTM E1025標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，符合產(chǎn)品的要求。目前，該零件處在批量生產(chǎn)階段，通過(guò)日常品質(zhì)探傷檢測(cè)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量要求。結(jié)論通過(guò)實(shí)踐證明：射線探傷應(yīng)用在生產(chǎn)過(guò)程中，作為先進(jìn)的檢測(cè)手段為產(chǎn)品品質(zhì)的提高，起到了不可忽