《材料無損檢測》課件

《材料無損檢測》課件第一頁，共194頁。課程內(nèi)容：

本課程重點講授射線探傷、超聲波探傷、表面探傷等技術(shù)。對其它正在試用的新方法作為自學(xué)參考，課堂不作介紹。為收到良好的教學(xué)效果，本課程采用

理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合的方法，既注重理論教學(xué)，更注重強化實驗教學(xué)對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，以增強感性認識。第二頁，共194頁。課程特點：多科性——本課程學(xué)時雖然不多，可知識內(nèi)涵卻十分豐富。多科性是說，這門技術(shù)的理論基礎(chǔ)是以近代物理學(xué)、化學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)為支撐的；從工程角度來說，它又是以全面質(zhì)量管理科學(xué)與無損評定技術(shù)緊密結(jié)合的一個嶄新領(lǐng)域；在具體檢測方法和相關(guān)原理上，又涉及到磁、電、聲、光、熱、力等各個領(lǐng)域；在取得準(zhǔn)確的檢測結(jié)果方面，有時尚需多種檢測方法的有機配合、運用獲得的多種信息對材料（包括試樣和產(chǎn)品）的物理性能和變異以及各類缺陷做出準(zhǔn)確的評價。第三頁，共194頁。實踐性——對材料、試樣、產(chǎn)品的無損檢測，主要是探測其中的缺陷，了解各類缺陷的性質(zhì)、位置、尺寸、形狀、分布規(guī)律等等。因此，對材料及工件內(nèi)部缺陷的理解、分布規(guī)律和特點的認識，熟悉它們在每種檢測方法中的顯像規(guī)律并做出正確的評價等方面，均與檢驗人員的實踐經(jīng)驗密切相關(guān)。此外，要想取得無損檢驗人員的資格證，更需經(jīng)過一段較嚴格的培訓(xùn)和通過相關(guān)的考試；要真正成為名副其實的質(zhì)檢師，往往要經(jīng)過較長期的嚴格實踐礪煉！第四頁，共194頁。實用性——無損檢測技術(shù)具有較為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。它不僅用于工業(yè)生產(chǎn)中，在醫(yī)療、生物技術(shù)、電子技術(shù)、地質(zhì)科學(xué)等諸多領(lǐng)域均可得到有效的運用。尤其在金屬材料制造領(lǐng)域，如鍋爐壓力容器、化工機械、造船、海洋構(gòu)造、航空航天以及核反應(yīng)堆等生產(chǎn)制造領(lǐng)域更是不可缺少的質(zhì)量保證手段。第五頁，共194頁。教學(xué)要求：重點掌握各種無損檢測方法的基本原理、適用范圍和技術(shù)要點；能夠正確選擇探傷方法、儀器、設(shè)備，熟悉基本操作要領(lǐng)；初步掌握擬訂檢驗工藝、缺陷識別、質(zhì)量等級評定等相關(guān)技能；積極參與課堂教學(xué)，認真記好筆記，按時完成規(guī)定實驗，主動參加答疑活動。

第六頁，共194頁。主要教學(xué)參考書：1.李喜孟主編.無損檢測，北京：機械工業(yè)出版社，2001；2.趙熹華主編.焊接檢驗，北京：機械工業(yè)出版社，1992；3.梁啟涵主編.焊接檢驗，北京：機械工業(yè)出版社，1980；4.其他有關(guān)無損檢測的參考書和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。第七頁，共194頁。1.1

材料無損檢測的意義1.1.1材料無損檢測的概念材料無損檢測，即指不損傷產(chǎn)品又能發(fā)現(xiàn)缺陷的檢測方法或技術(shù)，亦稱為無損探傷，屬于非破壞性檢測方法的范疇。它與某些破壞性檢測方法，如力學(xué)性能檢驗、化學(xué)分析試驗、金相檢驗等具有很強的互補性。尤其適合成品檢驗和在役運行產(chǎn)品的檢驗。無損檢測的英文縮寫為：

NDT（non－destructivetest）。第八頁，共194頁。1.1.2對實際工程材料的辨證認識

材料力學(xué)對于材料的認識是基于“均勻性、連續(xù)性和小變形假設(shè)”來討論問題的。而實際工程材料及產(chǎn)品在制造過程中，往往因冶金、結(jié)構(gòu)、工藝因素的復(fù)雜性及操作人員技術(shù)水平的差異，即使按照同一工藝規(guī)程操作，也往往會產(chǎn)生各種各樣的工藝缺陷。

總之，實際工程材料和構(gòu)件并不那麼理想，有缺陷是絕對的，沒有缺陷則是相對的。

第九頁，共194頁。鑄件：可能有縮孔、疏松、冷隔、裂紋等；焊件：可能有氣孔、夾雜、未熔合、未焊透以及焊接裂紋等；鍛件：往往有裂紋、褶皺、夾層等；熱處理件：也可能出現(xiàn)裂紋、偏析、組織粗大等等。第十頁，共194頁。1.1.3材料無損檢測的意義

(1)

質(zhì)量、安全保證——即控制產(chǎn)品質(zhì)量，保證設(shè)備安全運行。

①生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的需要

生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品，往往需要從原材料、試板，到零件、部件乃至最終產(chǎn)品，都進行較嚴格的質(zhì)量把關(guān)，即實行全面質(zhì)量管理。而無損探傷技術(shù)恰好是必不可少的技術(shù)手段。②設(shè)備在役安全運行期間跟蹤監(jiān)測的需要設(shè)備運行期間也可能產(chǎn)生新的缺陷。如：應(yīng)力腐蝕裂紋、延遲裂紋、疲勞裂紋等等。需要定期或不定期地進行質(zhì)量跟蹤，以保證其運行的安全性。如核反應(yīng)堆中的壓力容器。第十一頁，共194頁。

（2）工藝、技術(shù)保證——即改進制造技術(shù)，優(yōu)化制造工藝；在新產(chǎn)品研制、新工藝制定過程中，對于某些工藝參數(shù)、工藝措施的確定，有時需要進行嚴格的工藝評定，借助先進的無損檢測技術(shù)可篩選出最佳規(guī)范，進而制定出新產(chǎn)品的工藝規(guī)程，最終制造出合格的產(chǎn)品或優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。第十二頁，共194頁。

（3）效率、效益保證——及時發(fā)現(xiàn)缺陷，降低生產(chǎn)成本；在復(fù)雜產(chǎn)品的加工過程中往往經(jīng)歷：“零件制備——部件組成——結(jié)構(gòu)總成”等較長生產(chǎn)周期。在重點工序適時進行合理、適度的檢驗，可及時消除該工序產(chǎn)生的缺陷、防止同類缺陷的重復(fù)出現(xiàn)。這樣做比在產(chǎn)品加工完成后再來消除缺陷更節(jié)省時間、材料和工時。從而降低了生產(chǎn)成本。而且，及時返修在操作上也較為容易。第十三頁，共194頁。特別值得注意的是：在商品經(jīng)濟時代，時間就是效益，時間就是生命！

若由于產(chǎn)品質(zhì)量問題成堆，工藝難度增大，因而拖延工期，最終造成合同違約，還會引起進一步的經(jīng)濟糾紛，甚至因產(chǎn)品報廢，還會帶來更大的經(jīng)濟損失。所以，嚴密的組織管理，

高效的檢測手段，

精干的檢驗隊伍，是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制的法寶。第十四頁，共194頁。

（4）信譽、實力的見證——積累技術(shù)資料，促進技術(shù)進步成功的檢測數(shù)據(jù)、配套的原始底片、合格的檢驗報告、標(biāo)準(zhǔn)的檢測試板等等，都是寶貴的技術(shù)資料。既可用于技術(shù)交流，又可長期存檔。依托精干的檢測隊伍、先進的檢測設(shè)備以及嚴密的管理措施所建立起來的質(zhì)量保證體系，不但能夠提高材料的潛能、促進企業(yè)的技術(shù)進步，還能提高企業(yè)的信譽和產(chǎn)品的國際競爭力。特別是在出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量糾紛時，上述檢驗資料的法律價值就會凸現(xiàn)出來！第十五頁，共194頁。1.1.4

區(qū)別適度檢驗和過度檢驗

——無損檢測技術(shù)的兩面性事物總是一分為二的，都具有二重性。在產(chǎn)品制造和在役運行過程中，及時、適度地采用無損檢測技術(shù)，是優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要保證。但是，過分地采用該項技術(shù)，也會延誤工期，同時無端提高生產(chǎn)成本。因此，應(yīng)參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，合理選擇檢測工藝。這就是強調(diào)經(jīng)濟性原則，正確處理好質(zhì)量檢測與降低生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期的關(guān)系！第十六頁，共194頁。1.2材料無損檢測的特點及檢測依據(jù)1.2.1材料無損檢測的特點材料無損檢測技術(shù)主要用于未知工藝缺陷的檢驗。它是對破壞性檢驗的補充和完善。其特點是：

①非破壞性——是指在獲得檢測結(jié)果的同時，除了剔除不合格品外，不損失零件。因此，檢測規(guī)模不受零件多少的限制，既可抽樣檢驗，又可在必要時采用普檢。因而，更具有靈活性（普檢、抽檢均可）和可靠性。第十七頁，共194頁。

②互容性——即指檢驗方法的互容性，即：同一零件可同時或依次采用不同的檢驗方法；而且又可重復(fù)地進行同一檢驗。這也是非破壞性帶來的好處。

③動態(tài)性——這是說，無損探傷方法可對使用中的零件進行檢驗，而且能夠適時考察產(chǎn)品運行期的累計影響。因而，可查明結(jié)構(gòu)的失效機理。

④嚴格性——是指無損檢測技術(shù)的嚴格性。首先無損檢測需要專用儀器、設(shè)備；同時也需要專門訓(xùn)練的檢驗人員，按照嚴格的規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)進行操作。第十八頁，共194頁。

⑤檢驗結(jié)果的分歧性——不同的檢測人員對同一試件的檢測結(jié)果可能有分歧。特別是在超聲波檢驗時，同一檢驗項目要由兩個檢驗人員來完成。需要“會診”！概括起來,無損檢測的特點是：非破壞性、互容性、動態(tài)性、嚴格性以及檢測結(jié)果的分歧性等。

應(yīng)注意揚長避短，科學(xué)利用！第十九頁，共194頁。1.2.2實施無損檢驗的依據(jù)

①

產(chǎn)品圖樣圖樣是生產(chǎn)中使用的最基本的技術(shù)資料，也是加工、檢驗的依據(jù)。尤其在圖樣的技術(shù)要求中，往往規(guī)定了原材料、零件、產(chǎn)品的質(zhì)量等級、具體要求以及是否需要作無損檢驗等等。②相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)企業(yè)往往要貫徹相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如：企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)等等。這些都是產(chǎn)品加工的指導(dǎo)性文件，自然也是實施無損檢測的指導(dǎo)性文件。在具體標(biāo)準(zhǔn)中，往往詳細規(guī)定了檢驗對象、檢驗方法、檢驗規(guī)模等等。第二十頁，共194頁。

③技術(shù)文件產(chǎn)品生產(chǎn)工藝部門下達的各種技術(shù)文件，如工藝規(guī)程、檢驗卡片、產(chǎn)品檢驗報告、返修單等等。有時還要追加或改變檢驗要求等等。④訂貨合同某些產(chǎn)品的特殊檢驗要求、質(zhì)量控制的條款，有時可能較詳細的強調(diào)在訂貨合同中，應(yīng)引起特別注意。第二十一頁，共194頁。無損檢測的作用：在不損傷材料或產(chǎn)品的條件下，發(fā)現(xiàn)缺陷、改進工藝、控制質(zhì)量、降低成本、維持和保證設(shè)備的安全運行，為企業(yè)和產(chǎn)品創(chuàng)建較為完備而可靠的技術(shù)檔案并提供法律依據(jù)。2.無損檢測技術(shù)的采用：應(yīng)貫徹適時、適度的原則，應(yīng)用時，要參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)！3.無損檢測的特點是：非破壞性、互容性、動態(tài)性、嚴格性以及檢測結(jié)果的分歧性等。應(yīng)注意揚長避短，科學(xué)利用！

第二十二頁，共194頁。本章思考題：

1.材料無損檢測有哪些實際意義？

2.如何處理好適度檢驗問題？

3.無損檢測的基本特點有哪些?4.哪些檢驗屬于破壞性檢驗?

第二十三頁，共194頁。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，以便有效地識別缺陷、消除缺陷，提高工藝質(zhì)量。本章重點講授缺陷分類、危害性。缺陷的產(chǎn)生原因應(yīng)結(jié)合《材料成型原理》課程內(nèi)容深入理解與總結(jié)。最后，對常用檢測方法作簡要介紹。第二十四頁，共194頁。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、組織缺陷和更為嚴重的內(nèi)部幾何不連續(xù)型缺陷（如裂紋、孔洞、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。第二十五頁，共194頁。

（2）工藝缺陷的辨證分析①缺陷產(chǎn)生的絕對性——就是說，在實際生產(chǎn)中，要獲得沒有任何缺陷的產(chǎn)品，在技術(shù)上是相當(dāng)困難的；要使成批生產(chǎn)的產(chǎn)品都沒有任何缺陷，是不經(jīng)濟的，甚至是不可能的。②缺陷評定標(biāo)準(zhǔn)的相對性

——即“判廢標(biāo)準(zhǔn)”的相對性。就是說，不同的產(chǎn)品或同一產(chǎn)品，往往因使用條件工況不同，對其質(zhì)量要求也不同，因而，對工藝缺陷的容限，即“判廢標(biāo)準(zhǔn)”也不盡相同。第二十六頁，共194頁。③判廢標(biāo)準(zhǔn)的制定原則：一般地說，產(chǎn)品質(zhì)量等級越高、失效后危害性越大，對缺陷控制也越嚴格。因此，必須注意貫徹和參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，不能隨意判廢。即合于使用的原則。④工藝缺陷的修復(fù)：輕微的缺陷，不影響使用，是可以容忍的；嚴重的缺陷，不符合使用要求，則必須給予處理：有些缺陷能夠及時修復(fù)；而有些缺陷則可能無法修復(fù)，產(chǎn)品就得判廢！

第二十七頁，共194頁。比如：焊縫余高過大，屬于焊縫形狀不良，嚴重時可以修磨；必要時甚至可以磨平。再如：鑄件的表面砂眼，可以通過焊補來修復(fù)。特別指出，考慮到焊接接頭組織和性能的惡化，某些產(chǎn)品的焊接修復(fù)不允許超過2次！所以，應(yīng)該注意制定嚴格的修復(fù)工藝，否則就會造成經(jīng)濟損失！

第二十八頁，共194頁。2.1.2工藝缺陷的分類

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、制定檢驗工藝、方便技術(shù)交流，有必要對其進行分類。

(1)按技術(shù)內(nèi)涵大體分為：

①加工、裝配缺陷——如焊件坡口角度、裝配間隙不均勻，錯邊量過大等；②形狀、尺寸缺陷——如工件變形、焊縫寬窄不一致、焊縫余高過大、表面塌陷、滿溢、焊瘤等等；第二十九頁，共194頁。③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；④組織、性能缺陷

——如機械性能不良、耐腐蝕性下降、過熱組織、脆性組織、偏析等等；⑤其它工藝缺陷——如飛濺、表面劃傷、電弧擦傷、鑿痕、磨痕等等。第三十頁，共194頁。

（2）按工藝方法（工藝責(zé)任）分為：①焊接缺陷——因?qū)嵤┖附庸に嚩鸬娜毕荩虎阼T造缺陷——因?qū)嵤╄T造工藝而引起的缺陷；③鍛壓缺陷——因?qū)嵤╁懺?、沖壓工藝而引起的缺陷；④熱處理缺陷——

（略）

第三十一頁，共194頁。

（3）按缺陷性質(zhì)不同分為：①裂紋——如冷裂紋、熱裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂、火口裂紋等；②孔穴——如縮孔、氣孔等；③固體夾雜——如夾渣、夾鎢等；④未熔合——如坡口未熔合、層間未熔合；⑤未焊透——如根部未焊透、中部未焊透；⑥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。第三十二頁，共194頁。

（4）按缺陷的埋藏深度分為：①表面缺陷——如表面氣孔、表面裂紋、砂眼、咬邊等；②近表面缺陷——如皮下氣孔、夾雜等；③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：①體積型——

如孔洞、夾雜等；②面積型——如裂紋、未熔合、夾層等；第三十三頁，共194頁。

（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：①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；②按裂紋尺寸不同又有：宏觀裂紋、微裂紋等稱謂。第三十四頁，共194頁。③按具體缺陷產(chǎn)生機理又有不同的分類，例如：焊接接頭中的裂紋因其產(chǎn)生機理不同有：

熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂等；焊件中的氣孔又分為：氫氣孔、氮氣孔、CO氣孔等等。第三十五頁，共194頁。2.2.1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)對于同一性質(zhì)的缺陷（即使數(shù)量、大小相同）有：

第三十六頁，共194頁。

①表面缺陷比內(nèi)部缺陷危害性大;位置特征②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③與主應(yīng)力垂直的片狀缺陷比平行主應(yīng)力時危害性大；走向特征④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)⑤對疲勞強度的影響比靜載強度的影響大；

載荷特征⑥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)第三十七頁，共194頁。(2)不同性質(zhì)的缺陷危害性排序（從大到小）：

裂紋

未熔合，未焊透

咬邊

夾雜（條狀）夾雜(圓形)氣孔。

應(yīng)該強調(diào)，任何一種缺陷達到相當(dāng)嚴重的程度都會造成危害，不僅會造成結(jié)構(gòu)的破壞，甚至?xí)劤蔀?zāi)難性事故！尤其對于裂紋類缺陷工藝上是不能容忍的！

必須徹底鏟除!第三十八頁，共194頁。2.2.2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！

①引起缺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)；②可能引起裂紋失穩(wěn)擴展，造成低應(yīng)力破壞（脆斷）；

③結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中點又容易引發(fā)疲勞裂紋；成為疲勞裂紋源!

④應(yīng)力集中區(qū)也容易加劇引起應(yīng)力腐蝕開裂。第三十九頁，共194頁?？傊?，材料強度越高、加工精度越高、對應(yīng)力集中越敏感，工藝缺陷造成的危害越大。2.2.3工藝缺陷的產(chǎn)生原因

這個問題十分復(fù)雜，需要具體問題具體分析。從總體上說，主要來自：①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；②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；③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；第四十頁，共194頁。

對于每種具體缺陷的產(chǎn)生原因，還要結(jié)《材料成型原理》課程的學(xué)習(xí)來深入理解。譬如:焊接冷裂紋的產(chǎn)生原因(三要素):①接頭中的淬硬組織M;②接頭中的較高拘束應(yīng)力σR;③擴散氫含量的影響。三因素相互促進，加劇焊縫在焊根或熔合線處的開裂傾向。第四十一頁，共194頁。2.3.1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!第四十二頁，共194頁。(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.

(3)磁力探傷（MT）——是通過對鐵磁材料進行磁化所產(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.第四十三頁，共194頁。(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。第四十四頁，共194頁。有關(guān)各種檢測方法的技術(shù)內(nèi)涵和要點將在今后各章的講授中，深入理解?？傊?，每種方法既有它的優(yōu)勢，也有它的局限性。這一點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,認真進行選擇!第四十五頁，共194頁。2.3.2五種常用無損探傷法的適用性

⑴射線探傷：適用于材料內(nèi)部體積型缺陷：孔洞、夾雜、未焊透等；對于面積缺陷（如裂紋等）有選擇性：即缺陷平面與射線透照方向平行或接近平行時非常適用；而當(dāng)缺陷平面與射線透照方向垂直時極不敏感！易出現(xiàn)漏檢!⑵

超聲波探傷：適用于大多數(shù)缺陷的檢測，但檢出容易，定量難。不易發(fā)現(xiàn)細小裂紋。另外，由于檢測系統(tǒng)存在盲區(qū)，故不適合薄板的檢測。第四十六頁，共194頁。

⑶

磁力探傷：適合鐵磁性材料的表面缺陷及近表面缺陷的探傷；不適用于非鐵磁性材料，如銅、鋁、奧氏體鋼等等；

(4)

滲透探傷：適用于各種材料表面的開口型缺陷的檢測（如裂紋、針孔等）；但不適用多孔型材料；

(5)

渦流探傷：適用于各種導(dǎo)電材料的表面及近表面缺陷的探測。不適于非導(dǎo)電材料的缺陷檢測。第四十七頁，共194頁。本章從不同角度對缺陷分類，以便加強理解和記憶。對于缺陷的認識還沒有完結(jié)，仍須通過其它課程的學(xué)習(xí)加以深化。在具體檢測方法中，如何顯現(xiàn)缺陷的形態(tài)，更要結(jié)合試驗深入掌握。最后，對常用的無損檢測方法的適用性作出簡要的總結(jié)。后續(xù)課程將會深入理解這一點。第四十八頁，共194頁。1.工藝缺陷是如何分類的？2.工藝缺陷產(chǎn)生危害的本質(zhì)是什麼？3.不同性質(zhì)的工藝缺陷的危害性是否相同？試說明之。4.同一種缺陷在不同條件下,危害性是否相同？試說明之。5.常用的無損檢測方法的適用性如何?6.什么是咬邊、未熔合、未焊透、夾雜？第四十九頁，共194頁。

本章重點內(nèi)容：（1）射線的產(chǎn)生及性質(zhì)

——更好地利用它；（2）射線檢測的基本原理

——更好地理解各種缺陷的顯像狀況；（3）重點掌握射線照相法檢測技術(shù)

——學(xué)以致用；（4）了解射線的防護知識

——保護環(huán)境和注意人身安全。第五十頁，共194頁。射線檢測的英文縮寫—RTraytesting基本原理——利用射線能穿透物質(zhì)且在不同物質(zhì)中的衰減情況有差異的特性來發(fā)現(xiàn)構(gòu)件中的缺陷；依據(jù)顯示缺陷的方法不同，分為以下幾種具體的方法：①電離法②熒光屏觀察法——工業(yè)電視法③照相法④計算機斷層掃描法CT第五十一頁，共194頁。根據(jù)射線源不同，又分為：

X射線檢測；

γ射線檢測；高能射線檢測。本章將以X射線照相法檢測技術(shù)為核心，講授射線檢測技術(shù)。射線檢測又稱射線探傷。這部分內(nèi)容也是課程的重點。

第五十二頁，共194頁。3.1.1射線的本質(zhì)射線本身就是一種波長很短的電磁波。

X,γ射線統(tǒng)稱為光子。根據(jù)波譜圖可查得:X射線的波長為:0.001~0.1nm;γ射線的波長為:0.0003~0.1nm.γ射線比X射線的波長還短，因此，其穿透能力更強!第五十三頁，共194頁。3.1.2射線的性質(zhì)

(1)不可見，直線傳播—具有隱蔽性和指向性；

(2)不帶電，因而不受電磁場影響—電中性；

(3)能穿透物質(zhì)，但有衰減—具有穿透性和衰減性；

(4)能與某些物質(zhì)產(chǎn)生光化作用，使熒光物質(zhì)發(fā)光；可使膠片感光—可成像；

(5)能使某些氣體電離—即產(chǎn)生電離輻射；

(6)與光波一樣，有反射、折射、干涉現(xiàn)象；

(7)能產(chǎn)生生物效應(yīng)，傷害和殺死生物細胞

—對人體有害。第五十四頁，共194頁。3.1.3射線的產(chǎn)生射線的性質(zhì)，有利、有弊，應(yīng)該科學(xué)地加以利用和防范！射線學(xué)就是研究如何利用與防范射線的科學(xué)。下面介紹產(chǎn)生x射線的主要設(shè)備:

(1）x光管基本組成：

陰極部件：燈絲（鎢絲）——發(fā)射電子；陰極罩——聚焦電子。

陽極部件：陽極靶——接收電子；冷卻介質(zhì)——散熱作用。

真空管——玻璃或金屬陶瓷制作的真空外罩。第五十五頁，共194頁。(2)X射線管及其工作原理～u15～500kv高壓電源－＋高壓電纜陽極靶電子流玻殼管陰極罩燈絲第五十六頁，共194頁。

(3)X射線的產(chǎn)生過程表述首先，對燈絲通電預(yù)熱,產(chǎn)生電子熱發(fā)射,形成電子云；（大約20分鐘左右）然后，對陰極和陽極施加高壓電（幾百kv），形成高壓電場，加速電子，并使其定向運動；被加速的電子最終撞擊到陽極靶上，將其高速運動的動能轉(zhuǎn)化為熱能和X射線。第五十七頁，共194頁。

①高速運動電子的能量，絕大多數(shù)轉(zhuǎn)換為熱能，轉(zhuǎn)化為X射線的能量比率僅占1％左右；因此陽極靶必須散熱和冷卻；這個問題應(yīng)該由X射線管的設(shè)計人員解決。②產(chǎn)生X射線的強度與管電流成正比，與管電壓的平方成正比，與陽極靶材料的原子序數(shù)成正比。因此，恰當(dāng)選擇管電流、管電壓和陽極靶材料至關(guān)重要。換言之，X射線的強度可由管電流和管電壓靈活調(diào)節(jié)！第五十八頁，共194頁。

③常用的陽極靶材料為鎢。它具有高原子序數(shù)和高熔點。④X射線的強度的分布規(guī)律：在垂直電子束的方向上最強；在平行電子束的方向上最弱。這就是說，X射線的強度在空間的分布是不均勻的，而且具有一定的擴散角，并不是平行光！了解這一點，對應(yīng)用也很重要（后面在象質(zhì)計的布置時將提到）。第五十九頁，共194頁。γ射線是由放射性同位素的原子核衰變過程伴隨產(chǎn)生的。常用于射線探傷的放射性同位素主要有：

鈷60、銥192、銫137/134等。γ射線的特點：①強度高于X射線，穿透力強，適合厚板透視；②強度無法直接調(diào)節(jié)，射線長期存在，防護更要注意?、劭蓪崿F(xiàn)周向輻射，透視效率高。第六十頁，共194頁。第六十一頁，共194頁。3.2.1射線在物質(zhì)中的衰減定律射線在穿透物質(zhì)的同時也會發(fā)生衰減現(xiàn)象。其發(fā)生衰減的根本原因有兩點：

散射和吸收。其衰減規(guī)律成負指數(shù)規(guī)律：

Iδ=I0·e－μδ

（3-1）式中，I0—射線的初始強度；

Iδ—射線的透射強度；

δ—工件的厚度；

μ—線衰減系數(shù)。第六十二頁，共194頁。線衰減系數(shù)μ——入射光子在物質(zhì)中穿行單位距離時，與物質(zhì)發(fā)生相互作用的幾率。不同材料具有不同的衰減系數(shù)。一般規(guī)律是：

μ＝f(λ,ρ,z)，且與三者成正比。其中:λ—射線的波長；

ρ—材料密度；

z—原子序數(shù)；第六十三頁，共194頁。

射線檢測主要是利用它的指向性、穿透性、衰減性等幾個基本性質(zhì)。具體分析（參考下圖）：

（1）無缺陷區(qū)的射線透射強度：

Iδ=I0·e－μδ衰減定律ABXI0Iδδμμxδ=A+X+BX—缺陷厚度；A—缺陷上部厚度；B—缺陷下部厚度；Ix第六十四頁，共194頁。（2）有缺陷區(qū)的射線透射強度：Ix=I0·e－μA·

e－μˊX·

e－μB

=I0·e－μA·e－μB

·e－μX·eμX

·e－μˊX

=I0·e－μδ

·e－（μˊ－μ)X

=Iδ·

e－（μˊ－μ)X(3-2)

顯然有：Ix/Iδ=e－（μˊ－μ)X(3-3)

第六十五頁，共194頁。①當(dāng)μ’<μ時，Ix>Iδ；比如，鋼中的氣孔、夾渣就屬于這種；②當(dāng)μ’>μ時，Ix<Iδ；比如，鋼中的夾銅就屬于這種；③當(dāng)μ’＝μ或x很小時，Ix≈Iδ；幾乎差異，缺陷則得不到顯示！

這就是射線檢測的基本應(yīng)用原理!第六十六頁，共194頁。3.3.1

x射線照相法檢測原理依據(jù)射線檢測的基本原理，將射線透射工件后的潛影以膠片形式接收，再經(jīng)顯影、定影后，就可從射線底片上得到了工件內(nèi)在的質(zhì)量信息。這就是x射線照相法檢測原理。

膠片第六十七頁，共194頁。3.3.2

X射線照相法檢測技術(shù)

(1)合格底片的評價指標(biāo)（參考GB3323-87）

①象質(zhì)等級的規(guī)定：

A級，AB級，B級。B級為最高級。

適用結(jié)構(gòu)：A級，適用一般結(jié)構(gòu)；AB級，適用壓力容器；B級，適用極重要的結(jié)構(gòu)，如核設(shè)施。第六十八頁，共194頁。②與象質(zhì)等級相關(guān)的兩個重要技術(shù)指標(biāo)：黑度——射線底片的黑化程度。定義式：D=lg(I0/I)

式中：I0——

原始入射光強；

I——

透射光強；

D——底片黑度;最佳值D=2.0

合格底片黑度范圍（參考GB3323-87）:A級：1.2～3.5AB級：1.2～3.5B級：1.5～3.5第六十九頁，共194頁。

靈敏度

絕對靈敏度——射線底片上發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力。相對靈敏度——射線底片上發(fā)現(xiàn)的最小缺陷尺寸與工件的透照厚度之比(%).

相對靈敏度表達式：K=(X/δ)×100%強調(diào):K值越小,靈敏度越高!第七十頁，共194頁。象質(zhì)計/透度計——金屬絲型象質(zhì)計

（GB5618-85）.

作用：人工缺陷，理解為“臥底”。使用說明：將16根線徑不同的金屬絲(線徑0.1-3.2)

編成序號：1～16；分成三組：1～7;6～12;10～16

象質(zhì)指數(shù)Z＝線號1～16

象質(zhì)指數(shù)Z值越高,靈敏度越低!第七十一頁，共194頁。第一組象質(zhì)計示例:7~1GB5618-85一定厚度范圍工件的底片，達到相應(yīng)象質(zhì)等級要求的最低的象質(zhì)指數(shù)Z，即等于達到了相對靈敏度的要求。應(yīng)用方法第七十二頁，共194頁。①射線源一側(cè)的工件上表面；②跨越焊縫，靠近邊緣

（膠片長度1/4處）；③選對組別，細絲在外?；舅枷耄?/p>

就是使象質(zhì)計處于較惡劣條件下透照，從而使獲得的底片質(zhì)量更有說服力。第七十三頁，共194頁。圖例L/2L/41—7焊接試板象質(zhì)計第七十四頁，共194頁。（2）透照參數(shù)選擇①膠片選擇：國產(chǎn)天津Ⅲ型膠片。②增感屏選擇：

增感屏種類：

金屬增感屏、熒光增感屏、金屬熒光增感屏；鋼制件——選擇鉛箔增感屏。

增感屏的作用：

濾波作用；增感作用。第七十五頁，共194頁。③曝光條件的選擇

四個主要參數(shù)：

管電壓U、管電流I、曝光時間t、焦距f。它們均從不同角度影響x射線作用于膠片上的感光強度，進而得到不同的底片黑度。一個合成參數(shù)：曝光量—管電流I與曝光時間t的乘積。曝光曲線——選擇曝光參數(shù)的工具！第七十六頁，共194頁。X射線機控制箱面板上的曝光曲線使用：δδ0U/kv150

注意：不同材料的曝光曲線是不同的！

制作依據(jù)：黑度達到相同標(biāo)準(zhǔn)。第七十七頁，共194頁。④透照距離的選擇最小透照距離Fmin的確定：首先分析——相似三角形平面幾何原理：板厚δ、焦點直徑d、幾何不清晰度ug與最小透照距離Fmin的關(guān)系。

綜合考慮：

F一般取400～700mm?；疽?guī)律：F，ug；

射線強度！

下面分析幾何關(guān)系。第七十八頁，共194頁。根據(jù)相似原理，有

ug/d=h/(F－h(huán))

所以，ug＝d·h/(F－h(huán))

ugmax=d·δ/(F－δ)

顯然，F(xiàn)↗,ug

max↘.

故有，

Fmin=d·δ/ug

max

＋δ

dFhug第七十九頁，共194頁。

⑤透照方式選擇選擇射線與工件的相對位置關(guān)系。因工件情況不同、發(fā)現(xiàn)缺陷種類不同而采用不同的透照方式。

平板對接焊縫：

垂直透照、傾斜透照；大直徑筒節(jié)環(huán)縫、縱縫：

內(nèi)透法、外透法；

管子對接環(huán)縫：

雙壁雙影法、雙壁單影法。第八十頁，共194頁。⑥散射線的屏蔽采用濾板、遮板、底部鉛板等。目的是降低底片的

灰霧度！射線源濾光板遮光板工件第八十一頁，共194頁。⑦補償塊的選擇對于不規(guī)則的接頭，如角接頭、T形接頭，可采用特殊形狀的補償塊來調(diào)節(jié)射線的

透射強度，從而調(diào)節(jié)底片黑度。

補償塊T形接頭射線源暗盒第八十二頁，共194頁。3.4.1x射線探傷機

(1)基本組成x射線管——核心，射線源高壓發(fā)生器——提供50～500kv直流電源冷卻裝置——循環(huán)噴油冷卻支撐機構(gòu)——便于對位、調(diào)焦高壓電纜——連接電源控制箱——設(shè)定參數(shù)、監(jiān)控操作

第八十三頁，共194頁。（2）主要性能參數(shù)（以X2005型射線機為例）管壓峰值kv——200kv管電流平均值mA——5mA焦點尺寸mm——2.5×2.5射線機重量kg——60kg最大透射厚度mm——鋼件29mm便攜式x射線機簡化為三大部件：①控制箱②x射線管③高壓電纜第八十四頁，共194頁。3.4.2X射線照相法探傷系統(tǒng)①射線源②鉛光闌③濾板④鉛罩⑤鉛遮板⑥象質(zhì)計⑦標(biāo)記帶⑧工件⑨暗盒⑩鉛底板第八十五頁，共194頁。標(biāo)記帶內(nèi)容：①定位標(biāo)記——中心標(biāo)記，搭接標(biāo)記；②識別標(biāo)記——產(chǎn)品代號、批號、焊縫代號、透照日期、操作者代碼等；③B標(biāo)記——評價背部散射線強度；010072006，3，15GL141

AB第八十六頁，共194頁。為使用方便，可將長期不變的標(biāo)記鉛字或符號固定在暗袋的外表面，放在工件下面。但應(yīng)注意貼在工件的下表面！而且不能與工件上表面的標(biāo)記重影！2006，3，12－007GL100-2暗袋標(biāo)記帶第八十七頁，共194頁。3.4.3射線探傷的基本操作程序總體上分為三個階段，具體操作內(nèi)容根據(jù)具體情況有所刪減。

(1)技術(shù)準(zhǔn)備階段：①了解被檢對象——包括材質(zhì)、壁厚、加工工藝、工件表面狀態(tài)等；

②設(shè)備選擇——射線源類型、能量水平、

可否移動等；

③選擇曝光條件——包括膠片、增感方式、焦距、曝光量、管電壓等；

④選擇透照方式——定向、周向輻射、布片策略等；⑤其它準(zhǔn)備——如標(biāo)記帶布置、象質(zhì)計布置、

屏蔽散射線的方法等。

第八十八頁，共194頁。（2）實際透照①核對實物，布片貼標(biāo)；②屏蔽散射，對位調(diào)焦；③設(shè)定參數(shù)，設(shè)備預(yù)熱；④檢查現(xiàn)場，開機透照。（3）技術(shù)處理①暗室處理——沖洗、干燥；②底片評定——黑度、象質(zhì)指數(shù)、偽缺陷等；確認合格底片。③質(zhì)量等級評定——根據(jù)缺陷類別、嚴重性，確定產(chǎn)品質(zhì)量級別。④簽發(fā)檢驗報告——資料歸檔，保存5～8年。檢驗報告有統(tǒng)一格式、規(guī)定的內(nèi)容、

質(zhì)檢人員要簽字、提出返修建議等。第八十九頁，共194頁。3.5.1相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

GB4792-84《放射衛(wèi)生防護基本標(biāo)準(zhǔn)》

要點：

職業(yè)探傷人員：

每天實際接受劑量不大于17.4mrem;

每年最高允許劑量當(dāng)量5rem

；

終生累計照射劑量，不得超過250rem。第九十頁，共194頁。3.5.2防護措施屏蔽防護——如機體襯鉛、射線發(fā)生器用遮光器、使用鉛房等；

探傷人員帶鉛圍裙、鉛眼鏡等。⑵距離防護——射線劑量率與距離的平方

成反比。⑶時間防護——探傷人員工作時間:

t≤17.4/p,p為射線劑量率.實際工作中往往采用聯(lián)合防護策略！第九十一頁，共194頁。1.射線的性質(zhì)

2.射線檢測的基本原理

3.射線底片的評定指標(biāo)

4.象質(zhì)等級、黑度、相對靈敏度及其表征方法

5.象質(zhì)計的使用方法

6.射線照相法檢測的主要技術(shù)參數(shù)

7.各種缺陷在射線底片中的基本特征

8.射線防護的具體措施第九十二頁，共194頁。本章提要：超聲檢測（UT）是利用其在物質(zhì)中傳播、界面反射、折射(產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換)和衰減等物理性質(zhì)來發(fā)現(xiàn)缺陷的一種無損檢測方法，應(yīng)用較為廣泛。按其工作原理不同分為：共振法、穿透法、脈沖反射法超聲檢測；按顯示缺陷方式不同分為：A型、B型、C型、3D型超聲檢測；按選用超聲波波型不同分為：縱波法、橫波法、表面波法超聲檢測；第九十三頁，共194頁。按聲耦和方式不同分為：直接接觸法、液浸法超聲檢測；由于學(xué)時有限，本章將重點介紹：脈沖反射法原理、直接接觸法、

A型顯示方式、縱波法、橫波法

超聲檢測技術(shù)。第九十四頁，共194頁。4.1.1超聲波的物理本質(zhì)它是頻率大于2萬赫茲的機械振動在彈性介質(zhì)中的轉(zhuǎn)播行為。即超聲頻率的機械波。一般地說，超聲波頻率越高，其能量越大，探傷靈敏度也越高。超聲檢測常用頻率在0.5～10MHZ。第九十五頁，共194頁。4.1.2超聲波的產(chǎn)生（發(fā)射）與接收

(1)超聲波的產(chǎn)生機理——利用了壓電材料的壓電效應(yīng)。試驗發(fā)現(xiàn)，某些晶體材料（如石英晶體）做成的晶體薄片，當(dāng)其受到拉伸或壓縮時，表面就會產(chǎn)生電荷；此現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)；反之，當(dāng)對此晶片施加交變電場時，晶體內(nèi)部的質(zhì)點就會產(chǎn)生機械振動，此現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的晶體材料就稱為壓電材料。

第九十六頁，共194頁。壓電效應(yīng)圖解

＋/－b.施加交流電場時內(nèi)部質(zhì)點產(chǎn)生振動拉伸或壓縮時表面產(chǎn)生電荷－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋正壓電效應(yīng)～－/＋逆壓電效應(yīng)

第九十七頁，共194頁。(2)超聲波的發(fā)射與接收

①發(fā)射——在壓電晶片制成的探頭中，對壓電晶片施以超聲頻率的交變電壓，由于逆壓電效應(yīng)，晶片中就會產(chǎn)生超聲頻率的機械振動——產(chǎn)生超聲波；若此機械振動與被檢測的工件較好地耦合，超聲波就會傳入工件——這就是超聲波的發(fā)射。②接收——若發(fā)射出去的超聲波遇到界面被反射回來，又會對探頭的壓電晶片產(chǎn)生機械振動，由于正壓電效應(yīng)，在晶片的上下電極之間就會產(chǎn)生交變的電信號。將此電信號采集、檢波、放大并顯示出來，就完成了對超聲波信號的接收?？梢?，探頭是一種聲電換能元件，是一種特殊的傳感器，在探傷過程中發(fā)揮重要的作用。

第九十八頁，共194頁。4.1.3超聲波波型的分類按質(zhì)點的振動方向與聲波的傳播方向之間的關(guān)系分為：（1）縱波L——介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向一致；（2）橫波S——介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直；（3）表面波R——介質(zhì)質(zhì)點沿介質(zhì)表面做橢圓運動；又稱瑞利波；（4）板波——板厚與波長相當(dāng)?shù)谋“逯袀鞑サ某暡ǎ宓膬杀砻娼橘|(zhì)質(zhì)點沿介質(zhì)表面做橢圓運動，板中間也有超聲波傳播。又稱蘭姆波；第九十九頁，共194頁。注意！

①液體和氣體介質(zhì)（不能傳遞切向力）中，只能傳播縱波！②同一介質(zhì)中，聲速的關(guān)系有：

CL>CS>CR

③同一介質(zhì)中，聲速、波長、頻率之間的關(guān)系為：

C=λ·f=常數(shù)。第一百頁，共194頁。按超聲波振動持續(xù)時間分為：

(1)連續(xù)波——在有效作用時間內(nèi)聲波不間斷地發(fā)射；

(2)脈沖波——在有效作用時間內(nèi)聲波以脈沖方式間歇地發(fā)射。

注意:超聲波檢測過程常采用脈沖波。第一百零一頁，共194頁。4.1.4超聲波的基本性質(zhì)(1)具有良好的指向性：

直線傳播，符合幾何光學(xué)定律；象光波一樣，方向性好；

束射性，象手電筒的光束一樣，能集中在超聲場內(nèi)定向輻射。聲束的擴散角滿足如下關(guān)系：θ=arcsin1.22(λ/D)(4-1)可見，波長越短，擴散角θ越小，

聲能越集中。第一百零二頁，共194頁。

(2)具有較強的穿透性，但有衰減；

穿透性——來自于它的高能量，因為聲強正比于頻率的平方；所以，超聲波的能量比普通聲波大100萬倍！可穿透金屬達數(shù)米！衰減性——源于三個方面：擴散、散射和吸收；

（3）只能在彈性介質(zhì)中傳播，不能在真空（空氣近似看成真空）中傳播；

強調(diào)：橫波不能在氣體、液體中傳播！

表面波看作是縱波與橫波的合成，所以，也不能在氣體、液體中傳播！第一百零三頁，共194頁。

（4）遇到界面將產(chǎn)生反射、折射

和波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象；（5）對人體無害——優(yōu)于射線的性質(zhì)。

主聲軸

N近場區(qū)長度N=D2/4λ超聲場及近場區(qū)

壓電晶片第一百零四頁，共194頁。4.2.1超聲波在金屬中的衰減定律超聲波在金屬中主要的衰減原因是散射和擴散；在液體中主要是吸收。研究表明，超聲波在金屬中的衰減規(guī)律可用下面的關(guān)系式表達：

PX=P0·e-α·x(4-2)α——衰減系數(shù)；dB/mx——聲束傳播的距離，即聲程m。第一百零五頁，共194頁。(4-2)式表明，超聲波的聲壓在其傳播的路徑上，呈負指數(shù)規(guī)律衰減。這里強調(diào)指出：衰減系數(shù)α為頻率f4和晶粒尺寸d3的函數(shù)。所以，粗晶檢測時，應(yīng)適當(dāng)降低超聲波頻率，彌補能量的不足。研究表明，聲壓p與超聲波探傷儀示波屏上的波高h成正比關(guān)系：

p1/p2=h1/h2(4-3)實際探測時，超聲波探傷儀示波屏上的波高h能夠反映聲波的衰減狀況。第一百零六頁，共194頁。這里，B1～B6代表超聲波在工件底面的

6次反射波。波高h依次遞減。TB1B2B6第一百零七頁，共194頁。4.2.2超聲波在異質(zhì)界面處產(chǎn)生的各種現(xiàn)象(1)垂直入射異質(zhì)界面時的透射、反射及繞射

①透射與反射②反射系數(shù)K=W反/W入×100%

W透W反w入第一百零八頁，共194頁。③常見材料之間的界面反射系數(shù)

第一百零九頁，共194頁。④反射現(xiàn)象的辯證分析

反射現(xiàn)象：

對發(fā)射超聲波不利；對脈沖反射法接收有利。⑤影響反射系數(shù)K的因素

反射系數(shù)K值的大小，決定于相鄰介質(zhì)的聲阻抗之差：ΔZ=|Z2－Z1|

ΔZ

越大，K

值越大。而與何者為第一介質(zhì)無關(guān)。第一百一十頁，共194頁。

聲阻抗Z——表示聲場中介質(zhì)對質(zhì)點振動的阻礙作用。指超聲波在介質(zhì)中傳播時，任一點的聲壓p與該點速度振幅V之比。定義式聲阻抗Z=p/V(4-4)

數(shù)值表征Z=ρ·CL(4-5)

氣體、液體、金屬之間聲阻抗之比約為：

1：3000：8000。第一百一十一頁，共194頁。⑥繞射現(xiàn)象當(dāng)界面尺寸df<λ/2時，聲波能繞過缺陷界面而繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象，叫作繞射。因此，要想提高探傷靈敏度，必須提高頻率f,以便發(fā)現(xiàn)更小的缺陷。超聲波的繞射現(xiàn)象第一百一十二頁，共194頁。(2)傾斜入射異質(zhì)界面的反射、折射和波型轉(zhuǎn)換

①參考圖S1L1S2L2

α

αｓ

αLβｓ

βLLoL——入射縱波；α——縱波入射角；L1——反射縱波；αL——縱波L1反射角；S1——反射橫波；αｓ——橫波S1反射角；L2——折射縱波；βL——縱波L2折射角；S2——折射橫波；βｓ——橫波S2折射角。第一百一十三頁，共194頁。②斯涅耳定律：（4－6)S1L1S2L2

α

αｓ

αLβｓ

βLL第一百一十四頁，共194頁。(2)臨界角的討論及其應(yīng)用意義因CL=CL1;α=αL;由（4-6）式可推知:（4-7）（4-8）

臨界角的討論：當(dāng)取有機玻璃為第一介質(zhì)，鋼為第二介質(zhì)時，即有：CL1<CL2,CL1<CS2<CL2,必有α<βS<βL；且α，βS，βL；第一百一十五頁，共194頁。故當(dāng)βL=90°時，第二介質(zhì)中只有橫波。此時對應(yīng)的縱波入射角α；叫作第一臨界角，記為α1m。這時，α1m=27.6°。

當(dāng)α，使βs=90°時，第二介質(zhì)中只有表面波。此時對應(yīng)的縱波入射角α叫作第二臨界角，記為α2m=57.6。臨界角的應(yīng)用：

斜探頭設(shè)計時，應(yīng)保證聲波的入射角介于第一臨界角、第二臨界角之間。第一百一十六頁，共194頁。本節(jié)重點講解:

A型脈沖反射法超聲波檢測原理。在實際應(yīng)用中以該法為主。4.3.1A型脈沖反射法超聲波檢測原理

(1)原理：

A型脈沖反射法超聲波檢測就是利用超聲波在傳播過程中，遇到聲阻抗較大的異質(zhì)界面時，將產(chǎn)生反射的原理來實現(xiàn)對內(nèi)部缺陷檢測的。第一百一十七頁，共194頁。

(2)實現(xiàn)方法：

該法采用單一探頭——既作發(fā)射器件，又作接收元件，以脈沖方式間歇地向工件發(fā)射超聲波；接受到的回波信號經(jīng)功能電路放大、檢波后，在探傷儀的示波屏上，以脈沖信號顯示出來。

(3)信號的解讀：根據(jù)探傷儀示波屏上，始波T、傷波F、底波B的有無、大小及其在時基軸上的位置可判斷工件內(nèi)部缺陷的有無、大小和位置。見下圖：第一百一十八頁，共194頁。直探頭缺陷顯示a.無缺陷b.小缺陷c.大缺陷TBTTBFF第一百一十九頁，共194頁。

（a）無缺陷

——示波屏上只有始波T和底波B，而且底波較高；（b）有小缺陷——示波屏上不僅有始波T

和底波B；而其間還有傷波F;

相對（a）無缺陷的情況，

底波變矮；（c）有大缺陷——示波屏上只有始波T和傷波F,

沒有底波B。相對（b）而言，傷波變高。第一百二十頁，共194頁。內(nèi)容提要：從根本上說，超聲波檢測技術(shù)的基本任務(wù)就是：

①通過調(diào)節(jié)探傷系統(tǒng)的靈敏度和調(diào)整操作手法，

有效的發(fā)現(xiàn)缺陷；②發(fā)現(xiàn)缺陷后，能夠準(zhǔn)確的給缺陷定性、定量、定位；③根據(jù)工藝要求,提出返修建議及相關(guān)的探傷工藝；④按規(guī)定格式，出據(jù)檢測報告。本節(jié)將根據(jù)上述任務(wù)，重點介紹兩種探傷方法。第一百二十一頁，共194頁。4.4.1垂直入射法（直探頭，縱波法探傷技術(shù)）

①定義：采用直探頭將聲束垂直入射工件的探傷方法；該法利用的聲波類型為縱波，故有縱波法之稱。簡記：垂直入射法=直探頭法=縱波法②缺陷顯示方式：以回波在時基線上的位置、脈沖大小反映缺陷的情況。

③應(yīng)用特點：能夠發(fā)現(xiàn)與探測面平行或接近平行的面積型缺陷和體積型缺陷。對體積型缺陷的檢出率較高。第一百二十二頁，共194頁。④缺陷的定位：缺陷就在探頭的正下方！從三維定位的角度，需給出三個坐標(biāo)：x,y,z；其中，在探測面上的水平坐標(biāo)x,y可直接用鋼板尺量??；而缺陷的埋藏深度坐標(biāo)z（習(xí)慣上用h表示）可根據(jù)傷波可根據(jù)傷波F在時基線上的位置，按比例關(guān)系確定:

h=(tf/tb)·δ=n·tf

式中，

tf—傷波脈沖前沿在示波屏?xí)r基線上的刻度值；

tb—底波在示波屏?xí)r基線上的刻度值；

δ—被檢測試件的厚度值；

n—比例系數(shù);n=δ/tb。第一百二十三頁，共194頁。⑤缺陷的定量

a.當(dāng)缺陷尺寸大于聲束直徑時，采用移動測長法；即半波高法。圖示如下：缺陷長度探頭移動距離6db波高波高包絡(luò)線

探頭第一百二十四頁，共194頁。b.缺陷尺寸小于聲束直徑時，采用當(dāng)量法；

當(dāng)量法的基本思想：在一定的探傷靈敏度條件下，將已知形狀、尺寸的人工反射體的回波與實際檢測到的缺陷回波相對比，若二者的聲程、回波高度相等，則這個已知人工反射體的相關(guān)尺寸可視為該實際缺陷的“缺陷當(dāng)量”。

可見當(dāng)量法應(yīng)該選擇恰當(dāng)?shù)膶Ρ仍噳K。設(shè)計適當(dāng)?shù)木嚯x尺寸和人工反射體的尺寸；

得到“探測距離與波幅曲線”；第一百二十五頁，共194頁。對比試塊25050孔徑可改變?yōu)椋害?，Φ3，Φ4，Φ6；探頭平底孔距探測面的距離為：5，10，15，20，25，30，35，40，45第一百二十六頁，共194頁。圖例波幅距離mm評定線

定量線報廢線ⅠⅡⅢdB第一百二十七頁，共194頁。⑥缺陷的定性

對于A型顯示的超聲波檢測來說，給缺陷定性是較復(fù)雜和困難的。需要了解檢測對象的材質(zhì)、工藝、缺陷位置、空間位向、信號大小、特征等多方面的信息。缺陷性質(zhì)不同，其波形特征各異；在探頭移動時，也會表現(xiàn)出不同的特點。要做動態(tài)分析！第一百二十八頁，共194頁。點狀缺陷的波幅較低，當(dāng)探頭作環(huán)繞掃查時，信號反映遲鈍；夾渣群則呈連串的波峰，而且波形雜亂；裂紋和未焊透等平面缺陷的回波高而陡峭，對探頭轉(zhuǎn)角掃查反映敏感；特別是回波信號往往隨探頭的掃查方式改變而發(fā)生不同的變化。其變化規(guī)律需操作者積累豐富的經(jīng)驗。各種現(xiàn)代超聲檢測技術(shù)的出現(xiàn)，大大提高了缺陷定性的準(zhǔn)確性。第一百二十九頁，共194頁。圖示垂直水平環(huán)繞轉(zhuǎn)角第一百三十頁，共194頁。4.4.2斜角探傷法（斜探頭，橫波法）(1)定義：采用斜探頭將聲束傾斜入射工件探傷面進行檢測的方法，簡稱斜射法。在具體檢測中，采用橫波探傷，因此，又稱橫波法。(2)斜探頭的主要參數(shù):①橫波折射角βｓ；簡稱折射角β；②探頭K值:K=tgβ.

③超聲波頻率:f.第一百三十一頁，共194頁。(3)示波屏上的缺陷顯示情況：

TTTFB’a.無缺陷

b.有缺陷c.端角波第一百三十二頁，共194頁。(4)幾何關(guān)系術(shù)語入射點o；前沿長度b