無損檢測概論

1、無損檢測概論204 郭志青1 一、無損檢測基本概念 1、什么是無損檢測？ 無損檢測是在不破壞或損傷被檢物體的條件下檢查被檢測物體的狀態(tài)的一種檢測工藝方法。 2、無損檢測的歷史和發(fā)展 1）、我國古代就出現(xiàn)樸素的無損檢測方法 春秋時，齊國有部重要的工藝技術典籍 考工記，其中有一段文字記載煉銅時控制鑄銅質量的內容：“凡鑄金之狀，金(銅)與錫，黑濁之氣竭，黃白次之；黃白之氣竭，青白次之；青白之氣竭，青氣次之，然后可鑄也?！? 這段文字準確地記載了煉銅時，借助冶煉時煙氣的不同顏色來判斷銅料中雜質揮發(fā)的情況，從而判定銅水出爐的時機。 明朝宋應星所著天工開物一書有如下記載：“凡釜，即成后，試法以敲之，響聲如

2、木者佳，聲有差音則鐵質未熟之故，它日易損壞?！边@種古老的聲音檢測方法，在今天質量檢測中仍有廣泛的應用。 2）、現(xiàn)代無損檢測體系的建立 1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線。 1900年法國海關開始應用X射線檢驗物品， 1922年美國建立世界第一個工業(yè)射線實驗室，用X射線檢查鑄件質量，以后在軍事工業(yè)和機械制造業(yè)等領域得到廣泛的應用。3 1895年11月8日倫琴用希托夫管試驗時在氰化鋇鉑上形成的手的圖像4 世界上首張X射線照片(倫琴夫人）5 1912年超聲波探測技術最早在航海中用于探測海面上的冰山。 1929年超聲波技術用于產品缺陷的檢驗。 二十世紀30年代用磁粉檢測方法檢測車輛曲柄等關健部件，以后在鐵磁性材

3、料結構件上廣泛應用。 毛細管現(xiàn)象是土壤水份蒸發(fā)的一種常見現(xiàn)象，隨著工業(yè)化大生產的出現(xiàn)，將“毛細管現(xiàn)象”的原理成功地應用于金屬和非金屬材料開口缺陷的檢驗，其靈敏度與磁粉檢測相當，它的最大好處是可以檢測非鐵磁性物質。6 1935年第一臺渦流探測儀器研究成功。五十年代初，德國科學家霍斯特發(fā)表了一系列有關電磁感應的論文，開創(chuàng)了現(xiàn)代渦流檢測的新篇章。 到了二十世紀中期，在現(xiàn)代化工業(yè)大生產促進下，建立了以射線檢測（RT）、超聲檢測（UT）、磁粉檢測（MT）、滲透檢測（PT）和電磁檢測（ET）五大常規(guī)檢測方法為代表的無損檢測體系。隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展和相互間的滲透，新的無損檢測技術不斷涌現(xiàn)，新的無損檢

4、測方法層出不窮，建立起一套較完整的無損檢測體系，覆蓋工業(yè)化大生產的大部分領域。7 3）、現(xiàn)代無損檢測技術的發(fā)展 二十世紀后期，以計算機和新材料為代表的新技術，促進無損檢測技術的快速發(fā)展。 射線實時成像檢測技術，工業(yè)CT技術的出現(xiàn)，使射線檢測不斷拓寬其應用領域。 射線的應用和高能加速器的出現(xiàn)，增大了射線的檢測厚度，使原來不易被低能射線穿透構件的檢測變?yōu)榭赡堋?隨著納米技術的發(fā)展，納米材料制成圖象采集器件比現(xiàn)在的圖象增強器體積更小，容量更大，分辨率更高，圖象更加清晰。納米技術將會進一步推動射線成象技術的發(fā)展。8 超聲檢測技術向數(shù)字成象自動化方向發(fā)展；超聲檢測在復合材料和非金屬材料以及市政工程（例如

5、城市供水供氣管網的核查）、水利工程（例如水庫大壩蟻穴的檢查）將發(fā)揮越來越大的作用。 渦流檢測正向著數(shù)字成象、自動檢測和遠場檢測方向發(fā)展。 金屬磁記憶診斷技術，能夠快速、準確地對設備進行診斷，從而達到設備疲勞損傷早期預警控制的目的。9 無損檢測技術正向無損評價方向發(fā)展。其基本做法是： （1）對材料（構件）進行應力分析，根據構件承受的載荷，計算和測定構件有缺陷的部位的應力； （2）測定或估算缺陷部位和殘余應力； （3）確定材料的斷裂強度； （4）進行定量的無損檢測； （5）進行斷裂力學計算，判斷缺陷的危險程度，對設備壽命作評定。 無損檢測評定的出現(xiàn)促進無損檢測向更高層次發(fā)展。10 3、無損檢測的目

6、的 、改進制造工藝 、降低制造成本 、保證產品質量 、確保設備安全運行 4、常規(guī)無損檢測方法及代號 、射線檢測（RT） 、超聲波檢測（UT） 、磁粉檢測（MT） 、滲透檢測（PT） 、電磁（渦流）檢測（ET） 11 5、無損檢測方法的應用特點 選擇合理的檢測方法 工件材質 加工工藝和缺陷類型 質量要求 選擇合理的檢測時機 缺陷出現(xiàn)時機 工件表面狀態(tài) 綜合運用無損檢測方法 缺陷類型和特征 檢測方法的特點和適用性12二、無損檢測方法及應用 1、射線檢測（RT） 1）射線檢測用的射線 X射線 射線 中子射線 2）射線檢測方法 按記錄方式不同分為 射線照相法 熒光屏成像法 氣體電離法 電視成像法13

7、按射線源不同分為 X射線探傷法 高能X射線探傷法 射線探傷法 中子射線照相法 3）射線照相法原理 14 射線穿透物質時，其強度會由于物質的吸收和散射而發(fā)生衰減，衰減的程度取決于物質厚度和密度。當物體中存在缺陷時，由于缺陷部位的厚度和密度發(fā)生變化，穿過無缺陷完好部位和有缺陷部位的射線強度不同，因而使膠片的感光程度不同，膠片處理后，就形成了黑白不同的影像。 4）射線檢測主要設備器材 射線源：X射線機、高能X射線機、射線機 X射線膠片 增感屏15 象質計 鉛標記 膠片處理設備 5）射線照相法適用范圍 適用于檢查各種金屬和非金屬材料和工件的內部缺陷，常用于鑄件和焊縫。 6）射線照相法的特點和局限性 優(yōu)

8、點： 不受材料及表面狀態(tài)限制，適用廣泛 檢測結果直觀16 定性定量容易 底片可永久性保存 局限性： 檢測成本高，檢測速度慢 檢測靈敏度與材料厚度相關 對細微的密閉性裂紋和未熔合類面狀缺陷可能漏檢 射線對人體有害，需安全防護 17 2、超聲波檢測（UT） 1）聲波、超聲波和次聲波 機械振動在彈性介質中的傳播叫機械波，機械波按振動頻率分為聲波、超聲波和次聲波。 次聲波：頻率20Hz，人耳聽不到 聲波：頻率2020000Hz，人耳能聽到 超聲波：頻率20000Hz，人耳聽不到 2）超聲波的主要特性 -具有良好的方向性，可定向發(fā)射 -傳播過程中會因擴散和介質吸收和散射而發(fā)生衰減 -在異質界面上能產生反

9、射、折射和波型轉換 18 -頻率高、能量高，在大多介質中傳播能量損失小，穿透厚度大。 3）超聲波檢測方法 縱波法（垂直法） 橫波法（斜角法） 表面波法（瑞利波法） 板波法（蘭姆波法）19 4）超聲波檢測主要設備器材 超聲波探傷儀 超聲波探頭 各種試塊 5）超聲波檢測的適用范圍 適用于檢測各種金屬材料、工件的內部缺陷，常用于鍛件、管、板、棒材和焊縫。 6）超聲波檢測方法的特點和局限性 優(yōu)點： 檢測速度快，檢測成本低 檢測厚度大，靈敏度高 缺陷定位較準確20 對細微的密閉裂紋類缺陷靈敏度高 局限性： 適用性受工件材質和表面狀態(tài)限制 檢測結果不直觀，定性困難 定量有偏差 對人員的操作技能和經驗要求較

10、高 無永久性記錄21 3、磁粉檢測（MT） 1）磁鐵的磁極 把一根磁鐵棒在中心支持或懸掛起來，磁鐵棒的兩端總是指向南北方向，指向南方的一端稱為南極（S），指向北方的一端稱為北極（N）。 如果把磁鐵棒投入鐵屑中，取出之后，發(fā)現(xiàn)其兩極上吸引的鐵屑特別多，即磁性特別強。22 如果把一個條形磁鐵折斷成兩段，則每一段磁鐵都有兩個磁極N和S。 2）磁粉檢測原理 被檢工件被磁化后，在工件表面均勻噴灑磁粉（磁懸液），若工件不存在缺陷，工件表面上磁粉均勻分布；若工件表面或近表面存在缺陷時，由于缺陷處磁阻變化，在缺陷處產生漏磁場，形成一對小的N、S磁極，磁粉被小磁極磁化并吸引，在缺陷處形成磁粉堆積，顯示出肉眼可見

11、的缺陷圖像。23 3）磁粉和磁懸液及其特性 磁粉：由具有高磁導率和低矯頑力的細微的鐵磁性材料粉末組成的。正常情況下不顯磁性，在微小的磁場作用下容易被磁化而被磁極吸引。 一般使用的磁粉有： 黑磁粉：Fe3O4 紅磁粉：Fe2O3 白磁粉：包敷白染料 熒光磁粉：包敷熒光染料 磁懸液：磁粉懸浮于載液中形成磁懸液。 一般使用的載液有： 輕質變壓器油、煤油、水24 4）磁粉檢測設備和器材 磁粉探傷機（儀） 靈敏度試片（A、B、C、D型） 磁場指示器（八角試片） 紫外燈 磁強計 照度計 磁粉 磁粉載液（變壓器油、煤油、水） 25 磁性稱量儀 梨形管（濃度測定） 5）磁粉檢測適用范圍 適用于檢測各種鐵磁性材

12、料、工件的表面和近表面缺陷，常用于各種鐵磁性材料工件半成品和成品的表面檢測。 6）磁粉檢測的特點和局限性 優(yōu)點： 工藝簡單，檢測速度快，成本低 檢測靈敏度高 檢測結果直觀，可顯示缺陷形狀、位置和尺寸 26 局限性： 只能檢測表面及近表面缺陷 只適用于鐵磁性材料 易產生不相關顯示 通電法可能灼傷工件表面 27 4、滲透檢測（PT） 1）滲透檢測的原理 在工件表面施加含有固體染料的滲透液，在毛細管原理的作用下，滲透液滲入表面開口缺陷；去除表面多余的滲透液，在表面施加一層白色的顯象劑；同樣在毛細管原理作用下，缺陷中的滲透液被吸出，使顯像劑染色，從而使缺陷顯現(xiàn)出來。 28 2）滲透檢測方法的分類 按滲

13、透液中染料類型分類： 著色法 熒光法 按滲透液去除方法分類： 水洗型 后乳化型 溶劑去除型 按顯象劑類型分類： 干式顯象法 濕式顯象法29 3）滲透探傷材料 滲透液由染料、溶劑、乳化劑及多種改善滲透液性能的附加成份組成。 清洗劑（溶劑去除劑）： 丙酮、乙醇、汽油、三氯乙烯等。 顯象劑： 干式顯象劑：氧化鎂、氧化鋅、氧化鈦、碳酸鈉等粉末。 濕式顯象劑： 水懸浮濕式顯象劑 水溶性濕式顯象劑 溶劑懸浮濕式顯象劑30 4）滲透檢測設備器材 滲透探傷劑（滲透劑、清洗劑、顯象劑） 預清洗裝置 滲透液施加裝置 后乳化裝置 水洗裝置 干燥裝置 顯象劑施加裝置 后清洗裝置 照明裝置（白光燈、紫外燈） 照度計 3

14、1 黑光強度檢測儀 鋁合金試塊 鍍鉻試塊 5）滲透檢測的適用范圍 適用于檢測各種非多孔性材料和工件的表面開口缺陷，常用于各種非鐵磁性材料工件成品的表面缺陷檢測。 6）滲透檢測特點和局限性 優(yōu)點： 操作簡便，檢測成本較低； 適用范圍廣，不受工件材質和結構限制； 檢測靈敏度較高，檢測結果直觀； 32 局限性： 只能檢測表面開口的缺陷； 對表面狀態(tài)和預清洗要求較高； 有毒，有污染。33 5、渦流檢測（ET） 1）渦流檢測原理 當線圈通交變電流時，在線圈中感應一個平行于線圈軸線方向的交變磁場，把線圈靠近導電體時，線圈的交變磁場會在導電體中感應出渦電流（簡稱渦流），其方向垂直于磁場并與線圈電流方向相反。

15、導電體中的渦流本身也要產生交變磁場，該磁場與線圈的磁場發(fā)生作用，使通過線圈的磁通發(fā)生變化，這將使線圈的阻抗發(fā)生變化，從而使線圈中的電流發(fā)生變化。通過監(jiān)測線圈中電流的變化（激勵電流為恒定值），即可探知渦流的變化，從而獲得有關試件材質、缺陷、幾何尺寸、形狀等變化的信息。34 2）渦流檢測的基本方式 渦流檢測的方式分為三種類型： （1）穿過式線圈法：檢測線圈套在試件上，其內徑與試件外徑接近，用于檢測如棒材、管材、絲材等。 （2）探頭式線圈法：平面檢測線圈直接置于試件平表面上進行局部檢測掃查，為了提高檢測的靈敏度，通常在線圈中加有磁芯以提高線圈的品質因數(shù)。 （3）插入式（內探頭）線圈法：將螺管式線圈插入管材或試件的孔內作內壁檢測，線圈中也多裝有磁芯以提高檢測靈敏度。35 3）適用范圍 渦流檢測適用于鋼鐵、有色金屬、石墨等各種導電材料的制品，如管材、絲材、棒材、軸承、鍛件等等，用于檢測這些材料的表面和近表面的缺陷，根據電導率與合金成分及合金的顯微組織相關的特點對金屬材料進行分選，對熱處理質量進行監(jiān)控（例如時效質量、硬度、過熱或過