有關無損探傷及其應用

1、有關無損探傷及其應用Nondestructive Inspection，即無損探傷技術，常用的無損探傷方法有：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），而化工設備中的無損探傷技術主要有滲透(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。無損探傷技術主要應用于設備的制造和定期檢修階段，近年來無損探傷技術逐漸用于檢查運行中的設備。下面就其幾種主要的探傷方法做簡要的介紹。一、 滲透(著色和熒光)探傷(PT)

2、 Liquid Penetranl Examination (PT) 利用滲透性強的液體滲入構(gòu)件表面缺陷內(nèi)，再設法使其顯示出缺陷，這是一種表面缺陷的無損探傷方法。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。也是比較古老的無損檢測方法，國外已有50年的歷史，國內(nèi)也有30多年。廣泛用于檢測鐵磁性材料及其構(gòu)件的表面和近表層的缺陷，可檢測的缺陷類型：裂紋、重疊、分層等。磁粉探傷可以探測材料或零件表面和近表面的缺陷，對裂紋、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表面下2mm以內(nèi)的缺陷，采用直流電磁化可探測表面下6mm以

3、內(nèi)的缺陷。磁粉探傷設備有固定式、移動式和手提式三種磁力探傷機。顯示介質(zhì)為較細的純鐵磁粉（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磁阻大，一旦被磁化，則會有部分磁力線外溢而形成漏磁場，它對施加到構(gòu)件表面的磁粉會產(chǎn)生吸附作用，因而顯示出缺陷的痕跡，根據(jù)磁粉的痕跡來判斷缺陷的大小、取向和位置等。漏磁場的強度和分布，取決于缺陷的長度、取向、位置（近表層）和被測表面的磁化強度。當缺陷垂直于磁化方向時，靈敏度最高；當缺陷平行于磁化方向時，則無磁粉痕跡顯示。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；按磁場方向分為縱向磁化、周向磁化和復合磁化；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無損探傷技術在勝利油田的應用 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。目前對油管本體主要依靠現(xiàn)場人工目測和后方對油管試壓檢查, 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, 進而造成油井頻繁作業(yè),

5、既增加作業(yè)成本, 還嚴重影響采油生產(chǎn)。從有關統(tǒng)計資料來看, 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)措施的不斷強化和生產(chǎn)任務的不斷加重, 必須加大油井井筒管理力度, 進而降低作業(yè)成本, 確保采油生產(chǎn)正常進行。為此, 勝利油田引進了一套TYMT 數(shù)字化油管無損檢測儀,該套設備的應用為現(xiàn)役油管的分級使用和報廢提供了科學依據(jù)。TYMT 數(shù)字化油管無損檢測儀檢測原理TYMT 數(shù)字化油管無損檢測儀的磁化系統(tǒng)將被測油管磁化至深度飽和, 當油管內(nèi)外表面有裂紋、坑點、孔洞以及油管壁厚變化時, 就會產(chǎn)生漏磁場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)信號調(diào)理整形放大后, 再經(jīng)A/D

6、 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸入計算機, 用探傷分析軟件對缺陷信號進行分析、處理, 以曲線形式顯示出來,也可用打印機打印檢測結(jié)果?；緟?shù)：檢測油管直徑: 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 %;檢測速度: 150m/ min ;油管兩端檢測盲區(qū): 80mm。探頭結(jié)構(gòu)特點：TYMT 數(shù)字化油管無損檢測儀的探頭主體是8 個周向分布的磁敏傳感器和各自的磁化器件。探頭結(jié)構(gòu)設計為隨動定心結(jié)構(gòu), 具體形

7、式為: 傳感器與其載體組成游動體, 游動體的各傳感器在各自的滑槽內(nèi)由彈簧與其載體相連, 能自動張合; 游動體置于探頭體內(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過程中的兩個問題: 其一, 檢測過程中碰到油管接箍時探頭內(nèi)的傳感器能自動避讓; 其二, 油管在起(或下) 的過程中, 水平方向常會有不同程度的擺動,而根據(jù)漏磁檢測的特點,為了保證檢測精度與準確性, 在檢測過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)。由于探頭是隨動定心結(jié)構(gòu), 滿足了檢測工藝的要求。參考文獻1 楊叔子, 康宜華1 鋼絲繩斷絲定量檢測原理與技術1 北京: 國防工業(yè)出版社, 1

8、995 : 61832 國家質(zhì)量技術監(jiān)督局1GB/ T 12606 1999 鋼管漏磁探傷方法1 北京: 中國標準出版社, 1999三、渦流探傷(ET)利用電磁感應的原理，使被檢件的表面感應出渦流，零件中存在缺陷時會改變渦流的強弱，渦流產(chǎn)生反作用磁場，又使檢測線圈的阻抗發(fā)生變化，因此通過檢測線圈的阻抗的變化，來判斷缺陷的有無，這種探傷方法稱為渦流探測法。出現(xiàn)于40年代，我國50年代開始研究。由于交流感應電流的集膚效應，所以ET法僅能用于導體表層（表面和近表層）的缺陷檢測.優(yōu)點：渦流探傷可探測零件表面0.11mm0.2mm深處的缺陷，靈敏度較高，檢測速度快，易于實現(xiàn)高速自動化檢測；屬于電學測量法

9、，容易實現(xiàn)自動化和計算機化；設備可以很輕，可以原地探惻；對封閉在表層下的缺陷有很高的檢測靈敏度；探傷深度比磁粉探傷所達到的深；能提供缺陷的深度信息；非接觸式的檢測方法等。缺點：理論復雜；距表層較深的缺陷難檢測（集膚效應）；影響因素多；渦流探傷僅適用于導電材料，對缺陷顯示不直觀，更不適于形狀復雜零件的探傷。發(fā)展方向：分析方法：相位分析、相關分析、幅值分析等。計算機的應用和探頭的改進（旋轉(zhuǎn)探頭、扇形探頭等）。四、超聲波探傷(UT) 利用超聲波來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，并由一截面進入另一截面時，在界面邊緣發(fā)生反射的特點來檢查零

10、件缺陷的一種方法，當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就分別發(fā)生反射波來，在螢光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來判斷缺陷位置和大小。超聲波無損檢測儀主要由同步電路、時基電路(即掃描電路)、發(fā)射電路、接收放大電路4 個主要電路和示波電路、延遲電路、時標電路、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行探傷。單探頭多用于探測中厚板、大型鍛件、大厚度焊縫和形狀簡單的毛坯制件。雙探頭特別適于探測近表面的缺陷。下面就超聲波無損探傷技術簡要介紹它在十字軸維護中的應用十字軸的基本結(jié)構(gòu)簡介十字軸是軋機主傳動系統(tǒng)萬向接的主要部件，其材料為18Cr2Ni4W,是一種力學性能比較優(yōu)良的合金鋼，目前國內(nèi)很少幾家企業(yè)能夠生產(chǎn)。左圖是軋機主傳動系統(tǒng)十字軸立體圖。十字軸斷裂分析實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渡圓角處），有專家曾指出是靜力學無法解釋的原因，因此，該軋鋼廠曾聯(lián)合國內(nèi)一家著名的大學對軋機進行了各種動力學

12、性能測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該軋機在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生很大的附加彎矩和水平力，在它們的綜合作用下，導致十字軸在遠沒有達到其設計壽命前失效，右圖為十字軸斷口形貌。 檢測方案確定(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：用實際檢測的十字軸制做。(4)探傷步驟：由于檢測的目的只要達到檢測出裂縫擴展到半徑方向5mm 以上（現(xiàn)場經(jīng)驗），就認為十字軸失效，基于此設計探傷步驟。探傷前必須先經(jīng)外觀檢查，方可進行超聲波探傷。對十字軸上的的污垢（主要是油脂）和氧化皮等必須進行清除。清除的寬度應能保證探頭沿十字

13、軸前后有足夠的移動距離。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。對容易出現(xiàn)的缺陷應事先有所估計，以便在探傷時對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耳軸的圓心向外檢測，直到探測到裂縫的存在為止，并據(jù)檢測信號的強弱來做出十字軸維修的決策?，F(xiàn)場多次的實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：1趙鳳蘭，等異型紫銅管對接焊縫超聲波檢測J無損檢測，1997，19(8):232-2342張貞勇,宮經(jīng)彪超聲波技術在提升短節(jié)檢驗中的應用J石油鉆探技術，2002,30(5):51-523董文生球罐對接焊縫的超

14、聲波探傷J石化技術，2003，10(3):32-354美國無損檢測學會美國無損檢測手冊 超聲卷（上冊）M1996，5，第1 版五、射線探傷（RT）利用X射線或g射線來檢驗零件內(nèi)部缺陷的方法，稱為射線探傷。原理：不同的物質(zhì)對射線的吸收和衰減作用是不同的。當射線穿過密度大的物質(zhì)時，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，但靈敏度不如X射線。優(yōu)點：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：射線對人體有害，缺陷的深度很難辨別，成本高（底片

15、、暗室?；瘜W藥品等），厚件的曝光時間長，零件的兩面都能操作等。發(fā)展方向:現(xiàn)有常規(guī)設備的改進（如；減少重量和體積等），計算機的應用，提高膠片的質(zhì)量（系列化），開發(fā)便攜式可移動的高能射線加速設備等。下面就其中X射線做一簡要介紹，X射線探傷在壓鑄生產(chǎn)中的應用探傷裝置對壓鑄成型工藝及模具設計改進所起的作用安全件 上海德爾福的滑塊（下圖） 過程描述:首次試壓，在力勁160T壓鑄機上進行壓鑄，按以下參數(shù)進行試驗：壓射壓力100MP;高速2.6m/s，低速0.15m/s.慢壓射行路300mm,留模時間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（在零件主體內(nèi)），這就說明，鑄件內(nèi)部多氣孔、組織稀疏、成型不好。 形成原因：壓鑄過程中，噴涂時卷入氣體，形成氣孔；模具溫度過低，金屬液流不順暢；壓射速度不夠，填充不充分；排氣效果不好。改進措施：調(diào)整壓鑄工藝，減少噴涂量，增加吹氣時間，增加快壓射速度；更改模具，改進橫澆道，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：按工藝進行壓鑄， 再通過探傷圖像（下圖）與之前對比，效果有了明顯改善。通過與ASTM E1025標準對比，符合產(chǎn)品的要求。目前，該零件處在批量生產(chǎn)階段，通過日常品質(zhì)探傷檢測，保證了產(chǎn)品質(zhì)量要求。結(jié)論通過實踐證明：射線探傷應用在生產(chǎn)過程中，作為先進的檢測手段為產(chǎn)品品質(zhì)的提高，起到了不可忽