常見缺陷無損檢測精品PPT課件

1、第2章 常見缺陷 本章提要：缺陷分析是無損檢測的技術(shù)基礎(chǔ)。主要解決兩方面的問題： 一是弄清缺陷的分類、性質(zhì)、危害性； 二是分析缺陷的產(chǎn)生原因，以便有效地識(shí)別缺陷、消除缺陷本章重點(diǎn)講授缺陷分類、。缺陷的產(chǎn)生原因應(yīng)結(jié)合材料成型工藝、材料合成與制備方法等課程內(nèi)容深入理解與總結(jié)。 最后，對(duì)作。1內(nèi)容2.1 缺陷分類2.2材料和加工工藝中常見缺陷2.3 缺陷的危害2.4 缺陷和常用無損檢測方法22.1 工藝缺陷的概念及分類2.1.1 工藝缺陷的概念 （1）什么是工藝缺陷？ 在材料加工成型過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn) 某種或某些不合乎質(zhì)量要求的外觀缺陷、性能缺陷、組織缺陷和更為嚴(yán)重的內(nèi)部幾何不連續(xù)型缺陷（如裂紋、孔

2、洞、夾雜等）。我們把這些“冶金因素、結(jié)構(gòu)因素、工藝因素”導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的各類缺陷統(tǒng)稱為工藝缺陷。3工藝缺陷種類繁多，產(chǎn)生原因也相當(dāng)復(fù)雜。為了便于分析和處理工藝缺陷、制定檢驗(yàn)工藝、方便技術(shù)交流，有必要對(duì)其進(jìn)行分類。 2.1.2 工藝缺陷的分類 4金屬材料： 焊接缺陷 鑄造缺陷 鍛壓缺陷 熱處理缺陷 淬火、回火、退火 冷加工 金屬型材：板材， 管材，棒材非金屬材料：混凝土，陶瓷，高分子復(fù)合材料： （1）按材料和加工藝方法分為：5(2)按技術(shù)內(nèi)涵大體分為： 加工、裝配缺陷 如焊件坡口角度、裝配間隙不均勻，錯(cuò)邊量過大等； 形狀、尺寸缺陷 如工件變形、焊縫寬窄不一致、焊縫余高過大、表面

3、塌陷、滿溢、焊瘤等等； 6 幾何不連續(xù)型缺陷 如焊件中的裂紋、孔洞、夾雜、未熔合、未焊透，鑄件中的縮孔、疏松、裂紋等等； 組織、性能缺陷 如機(jī)械性能不良、耐腐蝕性下降、過熱組織、脆性組織、偏析等等； 其它工藝缺陷 如飛濺、表面劃傷、電弧擦傷、鑿痕、磨痕等等。 7 （3）按缺陷性質(zhì)不同分為： 裂紋如冷裂紋、熱裂紋、再熱裂紋、 層狀撕裂、火口裂紋等； 孔穴如縮孔、氣孔等； 固體夾雜如夾渣、夾鎢等； 未熔合如坡口未熔合、層間未熔合； 未焊透如根部未焊透、中部未焊透； 其它缺陷未包含在以上5種缺陷中的缺陷，如咬邊、燒穿、焊瘤、電弧劃傷等。8 （4）按缺陷的埋藏深度分為： 表面缺陷如表面氣孔、表面裂紋、

4、砂眼、咬邊等； 近表面缺陷如皮下氣孔、夾雜等； 內(nèi)部缺陷如內(nèi)部夾雜、氣孔、縮孔、裂紋、未熔合、未焊透等； (5)按缺陷的幾何特征不同分為： 體積型 如孔洞、夾雜等； 面積型如裂紋、未熔合、夾層等；9 （6）按具體缺陷的位置特征又有不同的稱謂：例如：裂紋可分為：HAZ 裂紋、焊縫裂紋、火口裂紋、焊趾裂紋、焊根裂紋等；未熔合可分為：坡口未熔合、層間未熔合、根部未熔合。 （7）其它分類： 按裂紋走向不同有：橫向裂紋、縱向裂紋、人字形裂紋、輻射形裂紋等稱謂； 按裂紋尺寸不同又有：宏觀裂紋、微裂紋等稱謂。 10按具體缺陷產(chǎn)生機(jī)理又有不同的分類，例如：焊接接頭中的裂紋因其產(chǎn)生機(jī)理不同有： 熱裂紋、冷裂紋、

5、再熱裂紋、層狀撕裂等； 焊件中的氣孔又分為： 氫氣孔、氮?dú)饪住O氣孔等等。112.2 材料和加工工藝中常見缺陷2.2.1 金屬材料加工工藝： 鑄造缺陷鍛壓缺陷焊接缺陷 熱處理缺陷 淬火、回火、退火 冷加工 2.2.2 金屬型材缺陷：板材， 管材，棒材2.2.3 非金屬材料：混凝土，陶瓷，高分子復(fù)合材料：122.2.1 加工工藝缺陷鑄造鑄造是一種非常重要的生產(chǎn)工藝，具有：制成復(fù)雜的毛坯，大小不受限制從幾克到幾百噸，成本低 鑄造缺陷1. 氣孔 由于溶化的金屬在凝固時(shí)，產(chǎn)生的氣體來不及溢出金屬表面或者內(nèi)部產(chǎn)生的圓孔 危害：破壞了結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，應(yīng)力集中，降低沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度如圖 132. 縮孔和縮

6、松 金屬在凝固時(shí)，由于收縮而產(chǎn)生的缺陷?？s孔由于金屬溶液流動(dòng)性凝固產(chǎn)生的空洞；縮松，多孔疏松部分或者密集的小氣空群 危害性同氣孔如圖143. 夾砂與夾渣 夾砂：澆注時(shí)由于型砂受到熔液的沖擊滲入鑄件內(nèi)部而形成的缺陷，一般在大型的鑄件中出現(xiàn)；夾渣：澆鑄時(shí)由于鑄液中的溶渣沒有與鑄液分離開而進(jìn)入鑄件形成的危害：同上，已在經(jīng)受鍛壓或其他加工時(shí)產(chǎn)生裂紋如圖154. 裂紋 由于鑄件各部分的冷卻速度不均勻而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力超過材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)引起的，根據(jù)發(fā)生的溫度不同分為熱裂紋和冷裂紋，存在鑄件表面和內(nèi)部危害性：很大，引起鑄件的報(bào)廢如圖165. 冷隔和澆不足 澆鑄溫度太低，金屬熔液在鑄模中不能充分流動(dòng)而造成的一

7、類缺陷。發(fā)生在表面的叫做冷隔，因熔液沒流入形成的缺口叫做澆不足如圖176. 偏析 化學(xué)成分不均勻和組織不均勻如圖 182.2.1 加工工藝缺陷鍛造 鍛件的原料缺陷，缺陷多半是有鑄件遺留下來的，所以鑄件的各種缺陷在鍛件中都可能發(fā)生。此外，在鍛造過程中產(chǎn)生新的缺陷夾砂和夾渣 縮孔和疏松金屬和非金屬夾雜物龜裂 原材料成分不當(dāng)、表面狀況不好、加熱溫度和加熱速度不合適產(chǎn)生19205. 過熱 加熱溫度過高或者保溫時(shí)間過長，引起晶粒粗大的現(xiàn)象稱為過熱6. 過燒 加熱溫度超過始端溫度過多，使材料內(nèi)部晶界氧化并產(chǎn)生較大的裂紋，或者引起顯著的晶粒粗大，其形狀與龜裂相同7. 折疊 工藝不當(dāng)，將坯料已氧化的表層引入工

8、件21222.2.1 加工工藝缺陷焊接焊接常用見的生產(chǎn)工藝，船體、高爐的爐殼、建筑構(gòu)架，鍋爐與壓力容器、車廂、軌道、機(jī)翼等等缺陷很多，以未焊透和裂紋危害最大1. 裂紋 23焊接接頭組織焊縫焊接熱影響區(qū)24圖5-1 焊接裂紋的宏觀形態(tài)及分布a) T型接頭的宏觀裂紋 b) 對(duì)接接頭的焊接裂紋 c) 焊縫收弧處的弧坑裂紋1焊縫中縱向裂紋 2焊縫中橫向裂紋 3熔合區(qū)裂紋 4焊縫根部裂紋5熱影響區(qū)根部裂紋 6，7焊趾裂紋 8焊道下裂紋 9層狀撕裂10弧坑縱向裂紋 11弧坑橫向裂紋 12弧坑星形裂紋 25根據(jù)裂紋產(chǎn)生的機(jī)理，焊接裂紋可分為：焊接熱裂紋 結(jié)晶裂紋 液化裂紋 多邊化裂紋焊接冷裂紋 延遲裂紋 淬

9、硬脆化裂紋 低塑性裂紋再熱裂紋層狀撕裂應(yīng)力腐蝕裂紋26一、熱裂紋的主要特征 熱裂紋出現(xiàn)時(shí)間： 在結(jié)晶后期，鄰近固相線的溫度范圍內(nèi)，焊后立即產(chǎn)生；結(jié)晶裂紋主要產(chǎn)生鋼種： 在含碳、硫、磷等雜質(zhì)較多的碳鋼、低合金鋼焊縫中和單相奧 氏體鋼、鎳基合金以及某些鋁合金的焊縫中 ；熱裂紋主要分布位置： 在焊縫中心、弧坑，有的分布在焊縫的柱狀晶晶界，有的分布 在熱影響區(qū)的過熱區(qū) 熱裂紋的顯微特征： 產(chǎn)生具有沿晶開裂特征，它是沿原奧氏體晶界開裂，裂紋 尖端圓鈍，裂紋表面還多伴隨有氧化色彩 。熱裂紋的產(chǎn)生與焊縫和熱影響區(qū)中碳、硫、磷等雜質(zhì)的含量及結(jié)晶 后期硫、磷等在晶界形成的低熔點(diǎn)共晶有關(guān) ；27一、 冷裂紋的分類

10、 (一) 延遲裂紋 這種裂紋是冷裂紋中一種普遍形態(tài)，它的主要特點(diǎn)是不在焊后立即出現(xiàn)，而是有一定孕育期，具有延遲現(xiàn)象 1. 焊趾裂紋2. 焊道下裂紋3. 根部裂紋 (二) 淬硬脆化裂紋(或稱淬火裂紋) 它完全是由冷卻時(shí)馬氏體相變而產(chǎn)生的脆性造成的，這種裂紋基本上沒有延遲現(xiàn)象，焊后可以立即發(fā)現(xiàn)，有時(shí)出現(xiàn)在熱影響區(qū)，有時(shí)出現(xiàn)在焊縫上 (三) 低塑性脆化裂紋 某些塑性較低的材料，冷至低溫時(shí)，由于收縮力而引起的應(yīng)變超過了材質(zhì)本身所具有的塑性儲(chǔ)備而產(chǎn)生的裂紋 28二、冷裂紋的特征1. 容易出現(xiàn)冷裂紋的鋼種 冷裂紋常產(chǎn)生在中、高碳鋼，低合金高強(qiáng)鋼和鈦合金等金屬材料焊接接頭中。這與鋼種的淬硬傾向有關(guān)。淬硬傾向

11、越大的鋼種，冷裂紋傾向越大。2. 形成冷裂紋的溫度 冷裂紋是在材料的馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)（Ms）以下。3.冷裂紋的延遲特征 冷裂紋可以在焊后立即出現(xiàn)，也有時(shí)要經(jīng)過一段時(shí)間(幾小時(shí)，幾天甚至更長)才出現(xiàn)。且隨時(shí)間延長逐漸增多并擴(kuò)展。 4. 冷裂紋的開裂形式 冷裂紋多出現(xiàn)在焊接熱影響區(qū)，有時(shí)也出現(xiàn)在焊縫。冷裂紋的斷裂與熱裂紋不同，它是既有沿晶、又有穿晶開裂的復(fù)雜斷口。 292. 未焊透 在有坡口的焊接或者丁字焊時(shí)，由于焊條或者焊接電流過低，使電弧不能到達(dá)坡口底部而產(chǎn)生的缺陷303. 未熔合 4. 夾渣和夾雜 5. 氣孔 6. 咬邊3132332.2.1 加工工藝缺陷熱處理過熱過燒氧化脫碳變形裂紋34過燒3

12、5裂紋362.2.2 金屬型材缺陷板材板材 普通板材和復(fù)合板材1.分層和夾雜物 鋼錠中存在氣孔、縮孔、夾渣等以致壓合不緊密引起的2. 裂紋 千差萬別，由于偏析、氣孔、氧化皮等以致壓合不緊密引起的，條狀小裂紋，龜裂裝，邊緣鋸齒狀裂紋等3. 皮下氣孔 鋼錠中存在氣孔、縮孔等以致壓合不緊密引起的4. 表面缺陷 5. 脫黏 復(fù)合板材異質(zhì)材料在界面處沒結(jié)合成一體372.2.2 金屬型材缺陷管材 管材： 外壁劃痕：橫向裂紋：材料含銅量過多，變形量過大、加熱過度等產(chǎn)生的缺陷，與軸向垂直或近似垂直總向裂紋： 由于加熱不良、熱處理不良以及加工方法不良等產(chǎn)生的缺陷，方向與管材的軸向平行或者近似平行382.2.2

13、金屬型材缺陷棒材裂紋 根據(jù)形狀，橫向裂紋，縱向裂紋和過燒裂紋。橫向裂紋與壓延方向垂直，成分不均引起的；縱向裂紋，比較深的線性裂紋，熱應(yīng)變，氣孔等引起；過燒在棒材表面形成小鱗狀裂紋夾雜 鋼釘中的夾雜物表面缺陷 材料表面粗糙度、軋輥調(diào)整的不好等原因引起的392.2.3 非金屬材料-混凝土蜂窩: 混凝土結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)酥松、多砂少漿，石子之間有空隙，想蜂窩狀，危害很大孔洞：空隙，局部蜂窩較大，裂紋： 起源內(nèi)部的微氣孔、未裂紋露筋表面不平整麻面： 混凝土表面的小坑和麻點(diǎn)，形成粗糙面，但無露筋40陶瓷材料及成型工藝陶瓷材料的成型干壓成型注漿成型熱壓成型注射成型2.2.3 非金屬材料-陶瓷412.2.3 非金

14、屬材料-陶瓷陶瓷可分為日用陶瓷和技術(shù)陶瓷變形：內(nèi)外因，配料不當(dāng)，結(jié)構(gòu)不合理；裝窯不當(dāng)，升溫過快等開裂：坯體開裂和釉裂夾層：釉層剝離粘疤黑點(diǎn)：表面形成黑色的斑點(diǎn)，煙氣中CO劇烈分解析出碳42復(fù)合材料中的缺陷 定義 分類： 1.按照基體材料肥沃金屬基復(fù)合材料、樹脂基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料 2. 按照增強(qiáng)體的形態(tài)，分為顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、顯微增強(qiáng)復(fù)合材料、夾層復(fù)合材料和三維編織復(fù)合材料43復(fù)合材料的成型樹脂基復(fù)合材料成型手糊成型層壓成型熱壓罐成型噴射成型對(duì)模模壓成型纏繞成型44復(fù)合材料及成型工藝：復(fù)合材料的成型金屬基復(fù)合材料成型粉末冶金法擠壓鑄造法噴射沉積法熱壓法連接45復(fù)合材料及成型工藝：復(fù)合材料

15、的成型陶瓷基復(fù)合材料成型泥漿燒鑄法熱壓燒結(jié)法浸漬法1ban進(jìn)度46孔隙分層夾雜纖維彎曲不均勻47常見的復(fù)合材料缺陷夾芯結(jié)構(gòu)以及蜂窩芯子面板膠接層蜂窩芯子48常見的復(fù)合材料缺陷纖維斷裂、樹脂富集和孔洞49常見的復(fù)合材料缺陷面芯脫膠5023 工藝缺陷的危害及其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響 2.3.1 工藝缺陷的危害性（定性分析） 應(yīng)該指出，處在同一位置上的不同性質(zhì)的缺陷、或處在不同位置的同一性質(zhì)的缺陷，其危害性是不盡相同的： (1)對(duì)于同一性質(zhì)的缺陷（即使數(shù)量、大小相同）有： 51 表面缺陷比內(nèi)部缺陷危害性大; 位置特征 高應(yīng)力區(qū)的缺陷比低應(yīng)力區(qū)的缺陷危害性大； 應(yīng)力特征 與主應(yīng)力垂直的片狀缺陷比平行主應(yīng)力時(shí)

16、危害性大； 走向特征 應(yīng)力集中區(qū)的缺陷比非應(yīng)力集中區(qū)的缺陷危害性大； 缺口效應(yīng) 對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響比靜載強(qiáng)度的影響大； 載荷特征 未發(fā)現(xiàn)的缺陷比已發(fā)現(xiàn)的缺陷危害性大； 掌控狀態(tài)52(2)不同性質(zhì)的缺陷危害性排序（從大到?。?裂紋 未熔合，未焊透 咬邊 夾雜（條狀） 夾雜(圓形) 氣孔。 應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，任何一種缺陷達(dá)到相當(dāng)嚴(yán)重的程度都會(huì)造成危害，不僅會(huì)造成結(jié)構(gòu)的破壞，甚至?xí)劤蔀?zāi)難性事故！ 尤其對(duì)于裂紋類缺陷工藝上是不能容忍的！ 必須徹底鏟除!532.3.2 工藝缺陷產(chǎn)生危害的本質(zhì) (1)使工件的有效承載截面F受到削弱，因而使實(shí)際平均應(yīng)力增大。 (2)缺陷造成的幾何不連續(xù)，導(dǎo)致局部應(yīng)力集中！ 引起缺

17、口尖端的局部三向拉應(yīng)力，使材料性能變脆，即產(chǎn)生缺口效應(yīng)； 可能引起裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，造成低應(yīng)力破壞（脆斷）； 結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中點(diǎn)又容易引發(fā)疲勞裂紋；成為疲勞裂紋源! 應(yīng)力集中區(qū)也容易加劇引起應(yīng)力腐蝕開裂。54總之，材料強(qiáng)度越高、加工精度越高、對(duì)應(yīng)力集中越敏感，工藝缺陷造成的危害越大。2.3.3 工藝缺陷的產(chǎn)生原因 這個(gè)問題十分復(fù)雜，需要具體問題具體分析。從總體上說，主要來自： 冶金因素如化學(xué)成分、碳當(dāng)量、雜質(zhì)含量、冷卻速度等等； 結(jié)構(gòu)（力學(xué)）因素如壁厚、應(yīng)力集中、截面突變、拘束應(yīng)力等等； 工藝因素預(yù)熱條件、烘干溫度、清理、環(huán)境濕度、規(guī)范參數(shù)等等；55 對(duì)于每種具體缺陷的產(chǎn)生原因，還要結(jié)材料成型原理課

18、程的學(xué)習(xí)來深入理解。 譬如: 焊接冷裂紋的產(chǎn)生原因 ( 三要素): 接頭中的淬硬組織 M; 接頭中的較高拘束應(yīng)力R; 擴(kuò)散氫含量的影響。 三因素相互促進(jìn)，加劇焊縫在焊根或熔合線處的開裂傾向。562.4 材料無損檢測方法 的種類及其適用性 2.4.1 常用的無損探傷方法及探傷原理 材料或工件未知工藝缺陷的檢測中常用的無損探傷方法有： (1)射線探傷（RT） 是利用射線的穿透性和衰減性來發(fā)現(xiàn)缺陷，即射線能夠穿透物質(zhì)并且在物質(zhì)中有衰減的物理特性來發(fā)現(xiàn)缺陷的。 該法是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的NDT方法!572.4.1 常用的無損探傷方法及探傷原理(2)超聲波探傷（UT） 是利用超聲波在物質(zhì)中傳播、反射和衰減

19、等物理性質(zhì)來發(fā)現(xiàn)缺陷的。 該法與射線探傷法形成優(yōu)勢互補(bǔ). (3)磁力探傷（MT） 是通過對(duì)鐵磁材料進(jìn)行磁化所產(chǎn)生的漏磁場來發(fā) 現(xiàn)其表面及近表面缺陷的。 在黑色金屬的表面檢測中應(yīng)用廣泛.582.4.1 常用的無損探傷方法及探傷原理(4)滲透探傷（PT） 是利用熒光染料或紅色染料滲透劑的滲透作用顯現(xiàn)工件表面開口型缺陷痕跡的。 注意:不能用于多孔型材料!(5)渦流探傷(ET) 是利用渦流的集膚效應(yīng)及其在缺陷處的畸變行為來發(fā)現(xiàn)和檢測缺陷的。此外，還有液晶探傷、中子探傷、全息探傷、聲發(fā)射探傷等等。59檢測方法簡介的說明有關(guān)各種檢測方法的技術(shù)內(nèi)涵和要點(diǎn)將在今后各章的講授中，深入理解。總之，每種方法既有它的優(yōu)勢，也有它的局限性。這一點(diǎn)就像沒有包治百病的良藥一樣！應(yīng)用是應(yīng)根據(jù)檢測工藝需要,認(rèn)真進(jìn)行選擇!602.4.2五種常用無損探傷法的適用性 射線探傷：適用于材料內(nèi)部體積型缺陷：孔