无损检测基础知识(新)课件

无损检测基础知识质量检验处探伤技术管理室一、射线检测基础知识一、射线检测基础知识二、超声波检测基础知识二、超声波检测基础知识三、磁粉检测基础知识三、磁粉检测基础知识四、渗透检测基础知识四、渗透检测基础知识五、无损检测的应用五、无损检测的应用6/26/20242概论：1、定义和分类：什么是无损检测？就是指在不损坏试件的前提下，对试件进行检查和测试的方法。现代无损检测的定义是：在不损坏试件在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构、性质、状态进行检查和测试的方法。结构、性质、状态进行检查和测试的方法。6/26/20243无损检测是在现代科学技术发展的基础上产生的。例如：用于检测工业产品缺陷的X射线照相法是在德国物理学家伦琴发现X射线后才产生的；超声波检测是在两次世界大战中迅速发展的声纳技术和雷达技术的基础上开发出来的；磁粉检测建立在电磁学理论的基础上。而渗透检测得益于物理化学的进展等等。6/26/20244在无损检测技术发展过程中出现过三个名称，无损探伤、无无损探伤、无损检测和无损评价。损检测和无损评价。体现了无损检测技术发展的三个阶段，其中无损探伤是早期阶段的名称，其涵义是探测和发现缺陷；无损检测是当前阶段的名称，其内涵不仅仅是探测缺陷，还包括探测试件的一些其他信息，如结构、性质、状态等，并试图通过测试，掌握更多的信息；而无损评价则是即将进入或正在进入的新的发展阶段，包含更广泛、更深刻的内容，它不仅要求发现缺陷，探测试件的结构、性质、状态，还要求获得更全面，更准确的，综合的信息，如缺陷的形状、尺寸、位置、取向、内含物、缺陷部位的组织、残余应力等，结合成像技术、自动化技术、计算机数据分析和处理等技术，与材料力学、断裂力学等知识综合应用，对产品或试件的质量和性能给出全面、准确的评价。6/26/20245无损检测方法有：射线检测（RT）、超声波检测（UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）、涡流检测（ET）和声发射检测（AT）等。在目前核工业上还有目视检测（VT）、检漏检测(LT)等。6/26/202462、无损检测的目的：应用无损检测技术，是为了达到以下目的A A、保证产品质量。、保证产品质量。应用无损检测技术，可以探测到肉眼无法看到的试件内部的缺陷；在对试件表面质量进行检验时，通过无损检测方法可以探测出许多肉眼很难看见的细小缺陷。6/26/20247B B、保障使用安全。、保障使用安全。即使是设计和制造质量完全符合规范要求的设备，在经过一段时间使用后，也有可能发生破坏事故，这是由于苛刻的运行条件使设备状态发生变化，由于高温和应力的作用导致材料蠕变；由于温度、压力的波动产生交变应力，使设备的应力集中部位产生疲劳；由于腐蚀作用使材质劣化；这些原因有可能使设备中原来存在的制造规范允许的缺陷扩展开裂，或使设备中原来没有缺陷的地方产生新生的缺陷，最终导致设备失效。而无损检测就是在用设备定期检验的主要内容和发现缺陷最有效的手段。6/26/20248C C、改进制造工艺。、改进制造工艺。在产品生产中，为了了解制造工艺是否适宜，必须事先进行工艺试验。在工艺试验中，经常对工艺试样进行无损检测，并根据检测结果改进制造工艺，最终确定理想的制造工艺。如，为了确定焊接工艺规范，对焊接试验的焊接试样进行射线照相，并根据检测结果修正焊接参数，最终得到能够达到质量要求的焊接工艺。D D、降低生产成本。、降低生产成本。在产品制造过程中进行无损检测，往往被认为要增加检查费用，从而使制造成本增加。可是如果在制造过程中间的环节正确地进行无损检测，就是防止以后的工序浪费，减少返工，降低废品率，从而降低制造成本。6/26/20249 射线的种类很多，其中易穿透物质的X X射线、射线、射射线、中子射线线、中子射线三种。这三种射线都被用于无损检测，其中X射线和射线广泛用于锅炉压力容器压力管道焊缝和其他工业产品、结构材料的缺陷检测，而中子射线仅用于一些特殊场合。射线检测是工业无损检测的一个重要专业。最主要的应用是探测试件内部的宏观几何缺陷（探伤）。按照不同特征可将射线检测分为许多种不同的方法，例如使用的射线种类、记录的器材、探伤工艺和技术特点等。射线照相法是指X射线或射线穿透试件，以胶片作为记录信息的无损检测方法，是最基本、应用最广泛的一种射线检测方法。一、射线检测基础知识6/26/2024101、射线照相的原理：X射线和射线都是波长极短的电磁波。X射线是从X射线管中产生的，X射线管是一种二极电子管，将阴极灯丝通电，使之白炽，电子就在真空中放出，如果两极之间加几十千伏以至几百千伏的电压（管电压）时，电子就从阴极向阳极方向加速飞行，获得很大的动能，当这些高速电子撞击阳极时，与阳极金属原子的核外库仑场作用，发生轫致辐射而放出X射线。电子的动能一部分转变为X射线能，其中大部分都转变为热能。附件 受电子撞击的地方即产生X射线的地方叫做焦点。X射线管所发出的波长分布是连续的，能谱为连续谱。6/26/202411 射线是从放射性同位素的原子核中放射出来的。射线的波长是一定的，能谱都是连续谱。射线的能量随着同位素的种类的不同而不同。因为同位素时刻不停的衰变并放出射线，所以射线源的放射强度随着时间的推延而逐渐减弱，强度减到初始强度一半的时间叫做半衰期。在无损检测中常用的同位素有Co60Co60（钴（钴6060）、Cs137（铯137）、Ir192Ir192（铱（铱192192）、Se75（硒75）等。6/26/202412 射线照相法是利用射线透过物质时，会发生吸收和散射这一特征，通过测量材料中因缺陷存在影响射线的吸收来探测缺陷的。X射线和射线通过物质时，其强度逐渐减弱。一般认为是由光电效应引起的吸收、康光电效应引起的吸收、康普顿效应引起的散射和电子对效应引起的吸收普顿效应引起的散射和电子对效应引起的吸收三种原因造成的。射线还有一个重要性质，就是能使胶片感光胶片感光，当X射线或射线照射胶片时，与普通光线一样，能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜象中心，经过显影和定影后就黑化，接收射线越多的部位黑化程度越高，这个作用叫做射线的照相作用。因为X射线或射线使卤化银感光作用比普通光线小得多，所以必须使用特殊的X射线胶片，还使用一种能加强感光作用的增感屏。6/26/202413 射线照相的探伤原理为，厚度为T毫米的物体中有厚度为T毫米的缺陷时，x射线透过无缺陷部位的底片的黑度为D，而x射线透过有缺陷部位的底片黑度应为D+D。把这种曝过光的胶片在暗室中经过显影、定影、水洗和干燥。再将底片在观片灯上观察，根据底片上有缺陷部位与无缺陷部位的黑度图象不一样，就可判断出缺陷的种类、数量、大小等结构内部的信息。这就是射线照相探伤的原理。6/26/2024142、射线检测设备：射线照相设备可分为：x射线探伤机可分为携带式、移动式两类。移动式x射线探伤机用在曝光室内的射线探伤，它具有较高的管电压和管电流，管电压可达450Kv，管电流可达20mA，最大穿透厚度约100mm。携带式x射线探伤机主要用于现场射线照相，管电压一般小于320Kv，最大穿透厚度约50mm。高能射线探伤设备为了满足大厚度工件射线探伤的要求，使对钢件的x射线探伤厚度扩大到500mm。分为直线加速器、电子回旋加速器。其中直线加速器可产生大剂量射线，探伤效率高，透照厚度大。射线探伤机因射线源体积小，可在狭窄场地、高空、水下工作，并可全景曝光等优点，已成为射线探伤重要组成部分。6/26/2024153、射线照相工艺要点：照相操作步骤：把被检的物体安放在离X射线装置或射线装置500mm以上的位置处，将胶片盒紧贴在被检物体的背后，让射线照射适当的时间进行曝光。把曝光后的胶片在暗室进行显影、定影、水洗和干燥后得到射线底片，将底片放在观片灯上进行观察，根据底片的黑度和图象来判断存在缺陷的种类、大小和数量，按相关标准对缺陷进行评定和分级。这是射线照相探伤的一般步骤。按射线源、工件和胶片之间的相互位置关系，透照方式分为纵缝透照法、环缝外透法、环缝内透法、双壁单影法和双壁双影法五种。附件1 其中双壁单影法用于小直径的容器或大口径管子焊缝；双壁双影用于89以下管子对接焊缝。6/26/202416照相规范的确定：要得到好的射线照相底片，除了合理的选择透照方式外，还必须选择好的透照规范，使小缺陷能够在底片上尽可能明显地辨别出来，就是说照相要达到高灵敏度。为了达到这一目的，除了选择质量好的细颗粒胶片外，还要取得好的射线照相对比度和清晰度。6/26/202417 射线照相清晰度是指底片上的图象的清晰程度，它主要由两部分组成，即固有不清晰度Ui和几何不清晰度Ug，X射线管的焦点和射线源是有一定大小的，由于射线源具有一定的大小，在缺陷的图象周围就产生半影，假如缺陷横向尺寸较小时，缺陷图象就会淹没于半影中，缺陷就难以看清了。缺陷的最大半影尺寸称为缺陷的几何不清晰度。几何不清晰度Ug表示式：Ug=b*df/F-b b工件表面到胶片的距离 df射线源的大小（焦点尺寸）F焦距（射线源到胶片的距离）从式中看出，射线源到胶片的距离F愈大，半影愈小；射线源尺寸df愈小，半影愈小，b（工件表面到胶片的距离）愈小，半影愈小。也就是说工件愈薄，胶片贴得愈紧，清晰度愈好，射线源愈小，焦距愈大，清晰度愈好。6/26/202418为得到高的缺陷检出率。射线照相规范的选择应注意以下几点：A、透照方式的选择和K值控制。除了管道和无法进入内部的小直径容器只能采用双壁透照外，大多数容器壳体的焊缝射线照相都采用单壁透照，既外透法和内透法。外透法的优点是操作比较方便，内透法的优点是透照厚度差小，在满足透照厚度比K值的情况下，一次透照长度较大。B、射线源的选择。应在能穿透检测工件的前提下尽可能地降低射线的管电压。应选择小尺寸的射线源，可以得到清晰度好的底片。C、透照焦距的选择。焦距愈大，被检物体与胶片贴得愈紧，半影就愈小，在选择透照焦距时，应将焦距选得大一些。但是由于射线的强度与焦距的平方成反比，所以不能把焦距选得过大，不然透照时射线强度将不够，所以焦距的选择应在满足几何不清晰度要求的前提下合理选择。6/26/202419D、曝光量的选择。曝光量E为射线强度I与曝光时间T的乘积，曝光量的大小要能保证足够的底片黑度。如果管电压偏高，那么小的曝光量也能使底片达到规定黑度，但这样的底片灵敏度不够好，所以一般情况下X射线照相的曝光量选择15mAmin以上。E、胶片、增感屏的选择与底片黑度控制。F、象质计的应用。用底片上必须显示的最小钢丝直径与相应的象质指数来表示照相的灵敏度。所谓射线照相的灵敏度是射线照相能发现最小缺陷的能力。射线照相灵敏度分为绝对灵敏度和相对灵敏度。G、底片评定。6/26/2024204、射线检测的优点和局限性1 1）检测结果有直接记录）检测结果有直接记录底片。底片。由于底片上记录的信息十分丰富，且可以长期保存，从而使射线照相法成为各种无损检测方法中记录最真实、最直观、最全面、可追踪性最好的检测方法。2 2）可以获得缺陷的投影图象，缺陷定性定量准确。）可以获得缺陷的投影图象，缺陷定性定量准确。各种无损检测方法中，射线照相对缺陷定性是最准确的。在定量方面，对体积型缺陷的长度、宽度尺寸的确定也很准，其误差大致零点几毫米。但对面积型缺陷，如裂纹、未熔合等类似缺陷，缺陷端部尺寸很小，则底片上影象尖端延伸可能辨别不清，定量数据偏小。6/26/2024213 3）体积型缺陷检出率很高，而面积型缺陷的检出率受到多种因素影响。）体积型缺陷检出率很高，而面积型缺陷的检出率受到多种因素影响。体积型缺陷是指气孔、夹渣类缺陷。一般情况下，射线照相大致可以检出直径在试件厚度1%以上的体积型缺陷，但人眼分辨率的限制，可检出缺陷的最小尺寸大致为0.5mm左右。面积型缺陷是指裂纹、未熔合类缺陷，其检出率的影响因素包括缺陷形状尺寸，透照厚度、透照角度、透照几何条件、射线源和胶片种类、像质计灵敏度等。4 4）适宜检验厚度较薄的工件而不适宜较厚的工件。适宜检验厚度较薄的工件而不适宜较厚的工件。因为检验厚工件需要高能量的射线探伤设备。300Kv便携式X射线机透照厚度一般小于40mm，420Kv移动式X射线机和Ir192射线机透照厚度均小于100mm，对于厚度大于100mm的工件射线照相需使用加速器和Co60。此外，板厚增大，射线照相绝对灵敏度下降。也就是说厚工件采用射线照相，小尺寸缺陷以及一些面积型缺陷漏检的可能性增大。6/26/2024225 5）适宜检测对接焊缝，检测角焊缝效果较差，不适宜检测板材、棒材、适宜检测对接焊缝，检测角焊缝效果较差，不适宜检测板材、棒材、锻件。锻件。检测角焊缝的透照布置比较困难，摄得底片的黑度变化大，成像质量不够好；不适宜检测板材、棒材、锻件的原因是板材、锻件中的大部分缺陷与板面平行，射线照相无法检出。6 6）有些试件结构和现场条件不适合射线照相。有些试件结构和现场条件不适合射线照相。由于射线检测是穿透检验，检测时需要接近工件的两面，因此结构和现场条件有时会限制检测的进行。此外射线照相对射线源至胶片的距离（焦距）有一定要求，如果焦距太短，则底片清晰度会很差。7 7）对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸的确定比较困难。对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸的确定比较困难。除了一些根部缺陷可结合焊接知识和图象规律来确定其在工件中厚度方向的位置，大多数缺陷无法用底片提供信息定位；缺陷高度可通过黑度对比的方法作出判断，但精确度不高。8 8）检测成本高。）检测成本高。射线照相设备和曝光间的建设投资巨大；辅料的成本、人工成本也很高。9 9）射线照相检测速度慢。）射线照相检测速度慢。1010）射线对人体有伤害。）射线对人体有伤害。6/26/2024236/26/2024246/26/2024256/26/202426 超声波检测主要用于探测试件的内部缺陷，它的应用十分广泛。所谓超声波是指超过人耳听觉，频率大于20千赫兹的声波。用于检测的超声波，频率为0.425兆赫兹，其中用得最多的是15兆赫兹。在金属的探测中用的是高频率的超声波。这是因为：1、超声波的指向性好，能形成窄的波束；2、波长短，小的缺陷也能够较好地反射；3、距离的分辨力好，缺陷的分辨率高。超声波探伤方法很多，目前用得最多的是脉冲反射法，在显示超声信号方面，大多采用较为成熟的A型显示。二、超声波检测基础知识：6/26/2024271 1、超声波的发生及其性质、超声波的发生及其性质1）超声波的发生和接收：超声波是一种高频机械波。发生超声波探伤用的高频超声波用的是压电换能器。压电材料主要采用石英、钛酸钡、锆钛酸铅和硫酸锂等。主要是它们具有压电效应，可以将电振动转换成机械振动，也能将机械振动转换成电振动。要使压电材料产生超声波，将它切成能在一定频率下共振的晶片，当高频电压加到晶片的两个电极上时，晶片就在厚度方向产生伸缩（振动），这样就把电振动转换成机械振动了。其发生的超声波可传播到被检物体中去。反之，将高频机械振动传到晶片上时，晶片就被振动，在晶片两电极之间就产生频率与超声波相等、强度与超声波成正比的高频电压，这个高频电压经放大、检波、显示在示波屏上。这就是超声波的接收。通常在超声波探伤中只使用一个晶片，这个晶片即作发射又作接收。6/26/2024282 2）超声波的种类）超声波的种类：超声波在介质中传播有不同的方式，波形不同，其振动超声波在介质中传播有不同的方式，波形不同，其振动 方式不同，方式不同，传播速度也不同。传播速度也不同。根据波动传播时介质质点的振动方向相对于波的传播方向的不同，可将波动分为纵波、横波、表面波和板波等。A A、纵波：、纵波：介质中质点的振动方向与波的传播方向互相平行的波。凡能承受拉伸或压缩应力的介质都能传播纵波。B B、横波：、横波：介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波。当介质质点受到交变的剪切应力作用时，产生切变形变，从而形成横波。横波只能在固体介质中传播，不能在液体和气体介质中传播。C C、表面波：、表面波：当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波。可以视为纵波与横波的合成。只能在固体介质中传播，不能在液体和气体介质中传播。D D、板波、板波：在板厚与波长相当的薄板中传播的波。按质点的振动方向不同分为SH波和兰姆波。6/26/2024293 3）声速：声速：声波在介质中是以一定的速度传播，空气中的声速为3400米/秒，水中的声速为1500米/秒，钢中纵波的声速为5900米/秒，横波的声速为3230米/秒，表面波的声速为3007米/秒。声速是由传播介质的弹性系数、密度以及声波的种类决定的，它与频率和晶片没有关系。横波的声速大约是纵波声速的一半，而表面波声速大约是横波的0.9倍。在超声波探伤中，通常用直探头来产生纵波，纵波是向探头接触面相垂直的方向传播。横波通常是用斜探头来发生的，斜探头是将晶片贴在有机玻璃制的斜楔上，晶片振动发生的纵波在斜楔中前进，在探伤面上发生折射，声波斜射入被检物中。通常折射纵波反射不进入被检物，只有折射横波传入被检物中。6/26/2024304 4）波长：波长：波在一个周期内或者说质点完成一次振动所经过的路程称为波长。用表示，根据频率f和波速C的定义，三者有下列关系：C=f5 5）超声场及其特征量：）超声场及其特征量：充满超声波的空间叫做超声场，描述超声场的特征量有声压、声强和声阻抗。A、声压：超声场中某一点在某一瞬时具有的压强P1与没有超声波存在时同一点的静态压强P0之差。B、声强：在垂直于超声波传播方向上单位面积、单位时间内通过的超声能量。用I表示。声压P、声强I之间的关系：I=1/2 P2m/CC、声阻抗：由公式P=C可知，在同一声压P情况下，C越大，质点振动速度越小；反之C越小，质点振动速度越大。所以把C称为介质的声阻抗，以符号Z表示。声阻抗能直接表示介质的声学性质。为介质密度；C为声速。D、分贝：分贝是计算声强和声压的单位。超声波探伤中，通常是采用比较两个信号的声压值的方法来描述缺陷的大小，分贝值的计算公式为 =20lg（P2/P1）式中，P1、P2为两个不同信号的声压。由公式可以算出，如果P2比P1大一倍，则两信号的分贝差值为6dB。由于超声波信号的示波屏上的波高H与声压成正比，所以不同波高的分贝差值的计算公式为：=20lg（H2/H1）6/26/2024316）界面的反射和透射：）界面的反射和透射：垂直入射时的反射和透射：当超声波垂直地传到界面上时，一部分超声波被反射，而剩余的部分就穿透过去，这两部分的比率取决于两种介质的声阻抗。计算声压反射率R和声压透射率D的公式为：R=Z2-Z1/Z2+Z1D=2 Z2/Z2+Z1式中Z1、Z2为两种介质的声阻抗 例如当钢中的超声波传到底面遇到空气界面时，由于空气与钢的声速和密度相差很大，超声波在界面上接近100%地反射，几乎完全不会传到空气中（只传约0.002%），而钢同水接触时，则有88%的声能被反射，有12%的声能穿透进入水中。通过超声波在界面上反射和透射特性得知，如果探头与被检物之间有空气时，超声波因在界面上全部被反射而不能进入工件，这就是为什么在 探伤时，必须在探头与工件之间涂机油或甘油等耦合剂的原因。6/26/202432B、斜射时的反射和折射：当超声波斜射到界面上时，在界面上会产生反射和折射。假如介质为液体、气体时，反射波和折射波只有纵波。当斜探头接触钢件时，因为两者都是固体，所以反射波和折射波都存在纵波和横波。此时，反射角和折射角是由两种介质中的声速来决定。折射角的计算公式为：sini1/C1=sinL/CL2=sinS/Cs2式中i1入射角；C1入射波声速；L 纵波折射角；CL2第二介质的纵波声速；S 横波折射角；Cs2第二介质的横波声速。用斜探头时，从晶片发出的纵波传入斜楔后，斜射到探伤面上，如果传入第二介质中同时存在纵波和横波时，对判别会发生困难。入射角的角度大于第一临界角（就是使纵波全部反射，而不进入第二介质），使被检物中只有横波射入。当入射角大于第二临界角时，第二介质中的折射横波也将不存在，波将沿工件表面传播。这就要求纵波的入射角必须在第一临界角与第二临界角之间。如斜楔采用有机玻璃（纵波声速为2.73103米/秒），被检材料为钢（纵波声速为5.9103米/秒），则第一临界角1=2736，第二临界角2=5748。实际用的折射角范围为3880。折射角大小也可以用其正切值表示，称为K值，例如折射角45的探头K值为1，K2就是折射角为63.4的探头。6/26/2024337 7）指向性：）指向性：A、声波的指向性：声束集中向一个方向辐射的性质，叫做声波的指向性。探伤采用高频超声波，其理由之一就是希望它具有指向性，才便于超声波探伤发现缺陷，确定缺陷位置。b晶片a0如图 声束的指向性6/26/202434 晶片发出的超声波，其方向在某一个范围内，声束是不扩散的，可是，发射到一定程度时，由于晶片的制约力减弱，声束就扩散了。B、指向角：超声波探头的声场中，在一定角度中包含了大部分的超声波能量，这个角度就叫做指向角（或叫半扩散角）。指向角0与超声波波长，晶片直径D的关系为：0=arcsin(1.12/D)频率愈高（波长愈短），晶片愈大，则指向角就愈小。8）近场区与远场区：）近场区与远场区：在超声波探头的声场中，按声压变化规律分为近场区和远场区。在近场区内，由于波的干涉效应使某些地方声压相互干涉而加强，另一些地方相互干涉而减弱，其结果是声压起伏变化很大，出现许多个声压极大和极小点。在声束轴线上最后一个声压极大值至声源的距离称为近场长度，用N表示。N值大小与晶片直径D以及波长有关：ND2/4 近场区内探测缺陷在定量上会出现误差，声压极大值处即使小缺陷的回波也可能较高，而声压极小值处，有可能发生较大缺陷的回波较低的情况。因此要避免在近场区对缺陷定量。声场中近场区以外的区域称为远场区，远场区内声束轴线上的声压随距离的增大而降低6/26/2024359）小物体上的超声波反射：当超声波碰到缺陷时，会反射和散射。可是，如果缺陷尺寸小于波长的一半时，由于衍射，波就会绕过缺陷传播，这样波的传播就与缺陷的存在与否没有关系了。因此，在超声波探伤中，缺陷尺寸的检出极限约为超声波波长的一半。缺陷的尺寸愈大，愈容易反射。但由于缺陷形状和方向不同，其反射的方式也有所不同。超声波与光波十分相似，具有直线前进的性质。如果超声波垂直地入射到平面状的反射体时，大部分反射波都返回晶片，可以得到很高的缺陷回波，可是球形缺陷的反射波，因为是各个方向的反射，回到晶片的反射波较少，所以缺陷回波较低。另外，虽然是平面缺陷，但如果是倾斜的话（与超声波入射波成一定的夹角），也可能几乎没有反射波返回晶片。从超声波入射面（探伤面）对面，即工件的底面，反射回来的超声波叫底面回波。附件6/26/2024362、超声波检测的原理：超声波检测可以分为超声波探伤和超声波测厚，以及超声波测晶粒度、测应力等。在超声波探伤中，有根据缺陷的回波和底面的回波进行判断的脉冲反射法；有根据缺陷的阴影来判断缺陷情况的穿透法；还有由被检物产生驻波来判断缺陷情况或者判断板厚的共振法。目前用得最多的方法是脉冲反射法。脉冲反射法在垂直探伤时用纵波，在斜入射探伤时用横波。把超声波射入被检物的一面，然后在同一面接收从缺陷处反射回来的回波，根据回波情况来判断缺陷的情况。超声波的垂直入射纵波探伤和倾斜入射的横波探伤是超声波探伤中两种主要探伤方法。两种方法各有用途互为补充，纵波探伤主要能发现与探测面平行或稍有倾斜的缺陷，主要用于钢板、锻件、铸件的探伤。而倾斜入射的横波探伤，主要能发现垂直于探伤面或倾斜较大的缺陷，主要用于焊缝的探伤。6/26/2024371）垂直探伤法：垂直探伤法的原理如图：当把脉冲振荡器发生的电压加到晶片上时，晶片振动，产生超声波脉冲。如果被检物是钢工件的话，超声波以5900米/秒的固定速度在钢工件内传播，声波碰到缺陷时，一部分从缺陷反射回到晶片，而另一部分未碰到缺陷的超声波继续前进，一直到被检物底面才反射回来。因此，缺陷处反射的超声波先回到晶片，底面反射后回到晶片。回到晶片上的超声波又反过来被转换成高频电压，通过接收、放大进入示波器，示波器将缺陷回波和底面回波显示在荧光屏。因此，在示波器上可以得到如图的图形，从这个图形上可以看出有没有缺陷，缺陷的位置及其大小。6/26/202438 对于脉冲反射式超声波探伤仪，荧光屏的时基线和激励脉冲是被同时触发的，即处于同步状态下工作。当探头被激励而向工件发射超声波时，激励脉冲也被馈致接收电路触发时基电路开始扫描，在时基线的始端出现一个很强的脉冲波，这个波称为“始波”用T表示；当探头接收到底面反射回来的声波时，时基线上右边相应呈现一个表示底面反射的脉冲波，称为“底波”，用B表示。时基线由T扫描到B的时间正等于超声波脉冲从探头到底面又返回探头的传播时间，因此，可以说从T到B的之间的距离代表了工件的厚度。如果工件中有缺陷，探头接收到缺陷反射回来的声波时，时基线上相应呈现出一个代表缺陷的脉冲波，称为“缺陷波”，用F表示。显然，缺陷波所经过时间短于底波所经过的时间，故缺陷波F应处于T与B之间。我们可以利用T、F、B之间的距离关系，对缺陷进行定位。因缺陷回波高度hf是随缺陷尺寸的增大而增高的。所以可由缺陷回波高度hf来估计缺陷大小。当缺陷很大时，可以移动探头，按显示缺陷的范围来求出缺陷的延伸尺寸。6/26/202439 如果工件中有缺陷，探头接收到缺陷反射回来的声波时，时基线上相应呈现出一个代表缺陷的脉冲波，称为“缺陷波”，用F表示。显然，缺陷波所经过时间短于底波所经过的时间，故缺陷波F应处于T与B之间。我们可以利用T、F、B之间的距离关系，对缺陷进行定位。因缺陷回波高度hf是随缺陷尺寸的增大而增高的。所以可由缺陷回波高度hf来估计缺陷大小。当缺陷很大时，可以移动探头，按显示缺陷的范围来求出缺陷的延伸尺寸。2）斜射探伤法：在斜射法探伤中，由于超声波在被检物中是斜向传播的，斜向射到被检物底面，所以不会有底面回波。因此，不能再用底面回波调节来对缺陷进行定位。而要知道缺陷位置，需要用适当的标准试块来把示波管横坐标调整到适当状态。通常采用CSK-1A和横孔试块来进行调整。在测定范围作了适当调整后，探测到缺陷时，从示波管上显示的探头到缺陷的距离W与缺陷位置的关系如图所示。6/26/202440从以下关系式可以求出缺陷位置水平距离x和缺陷深度（垂直距离）d X=Wsin D=Wcos横波探伤中的缺陷位置不仅决定于声程W，还取决于折射角，所以横波探伤中扫描线的调节比纵波要复杂一些。对扫描线的调节，往往是横波探伤中一个重要的不可缺少的步骤。6/26/202441目前对扫描线的调节有三种方法：A、按水平距离调整扫描线。通过调整，使时基线刻度按一定比例代表反射点的水平距离x，在探伤时，根据缺陷波在荧光屏上水平刻度位置可直接读出缺陷的水平距离。B、按深度调整扫描线。通过调整，使时基线刻度按一定比例代表反射点的深度d。在探伤时，根据缺陷波在荧光屏上水平刻度线上的位置可直接读出缺陷的深度。C、按声程调整扫描线。通过调整，使时基线刻度按一定比例代表反射点的声程W。在探伤时，根据缺陷波在荧光屏上刻度上的位置可直接读出缺陷的声程。以上三种扫描线调节方法，第一种主要用于薄板焊缝探伤中，第二种用于厚板焊缝探伤中，第三种用于形状复杂的工件，例如发电厂汽轮机部件的探伤。6/26/2024423、试块 1）用途：在无损检测技术中，常常采用与已知量相比较的方法来确定被检物的状况。超声波探伤中是以试块作为比较的依据。试块上有各种已知的特征，例如特定的尺寸，规定的人工缺陷某一尺寸的平底孔、横通孔、凹槽等。用试块作为调节仪器、定量缺陷的参考依据，是超声波探伤的一个特点。超声波探伤技术的发展，一直与试块的研制、使用分不开的。6/26/202443 试块在超声波探伤中的用途主要有三方面：A、确定合适的探伤方法。在超声波探伤中，可以应用在某个部位有某种人工缺陷的试块来摸索探伤方法。在这种试块上摸索到的探伤规律和方法，可应用到与试块同材质、同形式、同尺寸的工件探伤中去。B、确定探伤灵敏度和评价缺陷大小。对于不同种类、不同厚度、不同要求的工件，需要不同的探伤灵敏度。为了确定探伤时的灵敏度，就需要带各种人工缺陷的试块，用人工缺陷的波高来表示探伤灵敏度，是试块常用的一种方法。为了评价工件中某一深度处的缺陷大小，用试块中同一深度各种尺寸的人工缺陷与之比较，这就是探伤中应用的缺陷当量法。C、校验仪器和测试探头性能。通过试块可以测试仪器或探头的性能，以及仪器和探头连接在一起的系统综合性能。6/26/2024443）试块的种类：根据试块的用途，可分为三大类：A、调节仪器及测试探头的试块。如图B、纵波探伤用试块，人工缺陷为平底孔。C、横波探伤用试块。如图4 4、超声波探伤工艺要点：、超声波探伤工艺要点：1）超声波探伤的分类：A、按原理分类：有脉冲反射法、穿透法和共振法三中。目前探伤用得最多的是脉冲反射法。B、按显示方式分类：有A型显示、B型显示、C型显示等。目前使用最多的是A型显示探伤法。C、按探伤波型分类：脉冲反射法大致可分为直射探伤法（纵波探伤法）、斜射探伤法（横波探伤法）、表面波探伤法和板波探伤法。用得较多的是纵波和横波探伤法。D、按探头数目分类：有单探头法、双探头法、多探头法。用得最多的是单探头法。E、按接触方法分类：有直接接触法和水浸法两种。直接接触法的操作要领是，在探头和工件表面之间要涂布耦合剂，以消除空隙，让超声波能顺利地进入工件。耦合剂可以用机油、水、甘油和水玻璃等。用水浸法时，探头和工件之间介有水层，超声波通过水层传播，受表面状态影响不大，可以进行稳定的探伤。6/26/2024452）基本操作：超声波脉冲反射A型显示探伤操作要点叙述如下：A、探伤时机选择。根据要达到的检测目的，选择最适当的探伤时机，例如：为减小晶粒的影响，电渣焊焊缝应在正火处理后探伤；锻件在锻造后可能产生锻造缺陷，应在锻造全部完成后对锻件进行探伤。B、探伤方法选择。根据工件情况，选定探伤方法，如：对焊缝，选择单斜探头接触法，对轴类锻件探伤，选用单探头垂直探伤法。C、探伤仪器的选择。根据探伤方法及工件情况，选定能满足工件探伤要求的探伤仪器进行探伤。D、探伤方向和扫查面的选定。进行超声波探伤时，探伤方向很重要，探伤方向应以能发现缺陷为准。应以缺陷的种类和方向来决定，以使超声波波束垂直射向缺陷上，其反射回波最大。如：焊缝探伤时，应根据焊缝坡口形式和厚度选择扫查面，从一面两侧还是两面四侧探伤？E、频率的选择。根据工件的厚度和材料的晶粒大小，合理的选择探伤频 率，例如：对粗晶的探伤，不宜选用高频，因为高频衰减大，往往达不到足够的穿透力。F、晶片直径、折射角的选定。根据探伤的对象和目的，合理选用晶片尺寸和折射角。6/26/202446被检物F 缺陷探头探伤面脉冲反射法的原理6/26/2024476/26/2024486/26/2024496/26/2024506/26/202451缺陷回波探头工件缺陷底面探伤面纵波探伤法原理示意图6/26/202452WX=WsinD=Wcos缺陷W斜射法探伤的几何关系6/26/2024536/26/2024546/26/202455三、磁粉检测6/26/2024561、磁粉检测原理：1）定义：自然界有些物质具有吸引铁、钴、镍等物质的特性，我们把这些具有磁性的物质称为磁体。使原来不带磁性的物质变得具有磁性叫磁化，能够被磁化的材料称为磁性材料。磁体各处的磁性大小不同，在它的两端最强，这两端称为磁极。每一磁体都有一对磁极即N极和S极。它们具有不可分割的特性，即使把磁体分割成无数小磁体，每一个小磁体同样存在N极和S极。三、磁粉检测基础三、磁粉检测基础6/26/202457 如果把两块磁铁的的同性磁极靠在一起，两个磁体之间就存在一个相斥的力使磁体分离；而把磁体的异性磁极靠在一起，则两块磁铁之间就存在一个相吸的力，使磁铁靠近。这说明磁体周围空间存在有力的作用，我们把磁力作用的空间称为磁场。为了形象地描述磁场，人们采用了磁力线的概念，并且规定磁力线密度表示磁感应强度大小，磁力线密度大的地方表示磁感应强度大，磁力线密度小的地方表示磁感应强度小；磁力线方向表示磁场的方向；磁力线永远不会相交；磁力线由磁铁的N极出发经外部空间到达S极，再由S极经磁体内部回到N极，形成闭合曲线。6/26/2024583）通电导体产生的磁场：当电流通过导体时，会在导体的周围产生磁场。通电导体产生的磁场方向与电流方向的关系可用右手定则来描述。如图，用右手握住导线，大拇指表示电流方向，其余四指的弯曲方向即为导线产生周向磁场方向。如通电导体是一个螺管线圈，也可用右手定则来判断磁场方向，其方法是：用右手握住线圈，弯曲的四指表示电流在线圈中的方向，伸直的大拇指则表示磁场的方向。如图：6/26/2024593）描述磁场的几个物理量：A、磁场强度H：表征磁化强度的物理量，其数值大小取决于电流I，I越大，H值也越大。单位：安培/米B、磁感应强度B：表征被磁化了的磁介质中磁场强度大小的物理量，单位：特斯拉C、磁导率：表征介质磁特性的物理量。=0r，其中0为真空中的磁导率，0=410-7安培/米。r为相对磁导率，不同介质的r值不同，其中非铁磁材料的r值约等于1，铁磁材料的r值在几十到几千之间。磁感应强度B，磁导率，磁场强度H三者之间有以下关系：B=H=0rH在磁场强度H（电流I）一定的情况下，不同介质中感生的磁感应强度B各不同，铁磁材料中的B值比非铁磁材料可大几百甚至几千倍。6/26/2024604）铁磁材料的磁化曲线：通常用B-H曲线来描述铁磁性材料的磁化过程。B-H曲线又称为磁化曲线。5）磁粉检测原理：铁磁性材料被磁化后，其内部产生很强的磁感应强度，磁力线密度增大几百倍到几千倍，如果材料中存在不连续性（包括缺陷造成的不连续性和结构、形状、材质等原因造成的不连续性），磁力线会发生畸变，部分磁力线有可能逸出材料表面，从空间穿过，形成漏磁场，漏磁场的局部磁极能够吸引铁磁物质。如图试件中裂纹造成的不连续性使磁力线畸变，由于裂纹中空气介质的磁导率远远低于试件的磁导率，使磁力线受阻，一部分磁力线挤到缺陷的底部，一部分穿过裂纹，一部分排挤出工件的表面后再进入工件。如果这时在工件上撒上磁粉，漏磁场就会吸附磁粉，形成与缺陷形状相近的磁粉堆积。我们称其为磁痕，从而显示缺陷。当裂纹方向平行于磁力线的传播方向时，磁力线的传播不会受到影响，这时缺陷也不可能检出。6/26/2024615）磁粉检测原理：铁磁性材料被磁化后，其内部产生很强的磁感应强度，磁力线密度增大几百倍到几千倍，如果材料中存在不连续性（包括缺陷造成的不连续性和结构、形状、材质等原因造成的不连续性），磁力线会发生畸变，部分磁力线有可能逸出材料表面，从空间穿过，形成漏磁场，漏磁场的局部磁极能够吸引铁磁物质。如图 试件中裂纹造成的不连续性使磁力线畸变，由于裂纹中空气介质的磁导率远远低于试件的磁导率，使磁力线受阻，一部分磁力线挤到缺陷的底部，一部分穿过裂纹，一部分排挤出工件的表面后再进入工件。如果这时在工件上撒上磁粉，漏磁场就会吸附磁粉，形成与缺陷形状相近的磁粉堆积。我们称其为磁痕，从而显示缺陷。当裂纹方向平行于磁力线的传播方向时，磁力线的传播不会受到影响，这时缺陷也不可能检出。6/26/2024626）影响漏磁场的几个因素：A、外加磁场强度越大，形成的漏磁场强度也越大；B、在一定外加磁场强度下，材料的磁导率越高，工件越易被磁化，材料的磁感应强度越大，漏磁场强度也越大。C、当缺陷的延伸方向与磁力线的方向成90时，由于缺陷阻挡磁力线穿过的面积最大，形成的漏磁场强度也最大。随着缺陷的方向与磁力线的方向从90逐渐减小（或增大）漏磁场强度明显下降；因此，磁粉探伤时，通常需要在两个（两次磁力线的方向互相垂直）或多个方向上进行磁化。D、随着缺陷的埋藏深度增加，逸出工件表面的磁力线迅速减少。缺陷的埋藏深度越大，漏磁场就越小。因此，磁粉探伤只能检测铁磁材料制成的工件表面或近表面的裂纹及其他缺陷。6/26/2024632、磁粉检测设备器材1）磁力探伤机分类：按设备体积和重量，磁力探伤机可分为固定式、移动式、携带式三类。A、固定式探伤机：最常见的固定式探伤机为卧式湿法探伤机，设有放置工件的床身，可以进行包括通电法、线圈法多种磁化，配置了退磁装置和磁悬液搅拌喷洒装置等，最大磁化电流可达12KA，主要用于中小型工件探伤。B、移动式探伤机：体积重量中等，配有轮子，可运至检测现场作业，能进行多种方式磁化，磁化电流为36KA。检测对象为不易搬动的大型工件 C、便携式探伤机：体积小、重量轻；适合野外和高空作业，多用于锅炉压力容器焊缝和大型工件局部探伤，最常用的是电磁轭探伤机。电磁轭探伤机是一个绕有线圈的U型铁芯，当线圈中通过电流，铁芯中产生大量的磁力线，轭铁放在工件上，两极之间的工件局部被磁化。轭铁两极可做成活动式的，极间距和角度可调，磁化强度指标是磁轭能吸起的铁块重量，称作提升力。6/26/2024642）灵敏度试片：用于检查磁粉探伤设备、磁粉、磁悬液的综合性能。3）磁粉和磁悬液：磁粉是具有高磁导率和低剩磁的四氧化三铁或三氧化二铁粉末。湿法磁粉平均粒度为210m，干法磁粉平均粒度不大于90m。按加入的染料可将磁粉分为荧光磁粉和非荧光磁粉，非荧光磁粉有黑、红、白几种不同颜色供选用。由于荧光磁粉的显示对比度比非荧光磁粉高得多，所以采用荧光磁粉进行检测具有磁痕观察容易，检测速度快，灵敏度高的优点。但荧光磁粉检测需一些附加条件：暗环境和黑光灯。磁悬液是以水或煤油为分散介质，加入磁粉配置成的悬浮液。6/26/2024653、磁粉检测工艺要点：3、磁粉检测工艺要点：1）磁化方式：常用的磁化方法有线圈法磁轭法轴向通电法触头法中心导体法复合磁化。按磁力线方向分类为纵向磁化；为周向磁化。实际工作中可根据试件的情况选择适当的磁化方法。2)磁粉探伤方法分类：磁粉探伤方法有多种分类方式，按检测时机分为连续法和剩磁法。磁化、施加磁粉和观察同时进行的方法称为连续法；先磁化，后施加磁粉和观察的方法称为剩磁法，只适用于剩磁很大的硬磁材料。按使用的电流种类可分为交流电、直流电两大类。交流电因有集肤效应，对表面缺陷检测灵敏度高。按施加磁粉的方法分类可分为湿法和干法，其中湿法采用磁悬液，干法则直接喷洒干粉。前者适宜检测表面光滑的工件上的细小缺陷，后者多用于粗糙表面。3）磁粉探伤的一般程序：探伤操作包括：预处理、磁化和施加磁粉、观察、记录以及后处理（退磁）等。6/26/2024664、磁粉检测的特点磁粉检测的特点（优点和局限性）：1）适宜铁磁材料探伤，不能用于非铁磁材料检测；2）可以检出表面和近表面缺陷，不能用于检测内部缺陷；3）检测灵敏度很高，可以发现极细小的裂纹以及其他缺陷；4）检测成本很低，速度快；5）工件的形状和尺寸有时对探伤有影响，因起难以磁化而无法探伤。6/26/2024676/26/2024686/26/2024696/26/2024706/26/2024716/26/202472轴向通电法 触头法6/26/202473线圈法磁轭法6/26/202474中心导体法交叉磁轭法和交叉线圈法 6/26/2024751 1、渗透检测的基本原理：、渗透检测的基本原理：工件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透液后，在毛细管作用下，经过一定时间，渗透液可以渗进表面开口的缺陷中；经去除工件表面多余的渗透液后；再在工件表面施涂显像剂，同样，在毛细管作用下，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液，渗透液回渗到显像剂中；在一定的光源下（紫外线光或白光），缺陷处的渗透液痕迹被显示（黄绿色荧光或鲜艳红色），从而探测出缺陷的形貌及分布状态。如图2 2、渗透检测操作的基本步骤、渗透检测操作的基本步骤：渗透、清洗、显像、观察。渗透探伤能检测出的缺陷的最小尺寸，是由探伤剂的性能、探伤方法、探伤操作的好坏和工件表面的状况等因素决定的，不能一概而论，但一般能将深0.02、宽0.001的缺陷检测出来。四、渗透检测基础知识6/26/2024763 3、渗透检测的分类、渗透检测的分类1）根据渗透液所含染料成分分类可分为荧光法和着色法两大类。2）根据渗透液去除方法分类可分为水洗型、后乳化型和溶剂去除型三大类。3）按以上两种分类方法，可组合成六种渗透探伤方法：A、水洗型荧光渗透探伤法B、后乳化型荧光渗透探伤法C、溶剂去除型荧光渗透探伤法D、水洗型着色渗透探伤法E、后乳化型着色渗透探伤法F、溶剂去除型着色渗透探伤法4 4、显像法的种类有湿式显像、快干式显像、干式显像和、显像法的种类有湿式显像、快干式显像、干式显像和无显像式显像四种。无显像式显像四种。6/26/2024775 5、渗透检测工艺要点、渗透检测工艺要点1）不同渗透探伤方法的操作程序见图2)各种渗透探伤方法的优缺点和应用选择 着色法只需在白光或日光下进行，在没有电源的场合下也能工作。荧光法需要配备黑光灯和暗室，无法在没有电源及暗室的场合下工作。水洗着色法适用于检测表面粗糙的零件，操作简便，成本较低。该方法灵敏度较低，不易发现微细缺陷。水基渗透着色法适用于检测不能接触油类的特殊零件，但灵敏度很低。后乳化型着色法具有较高灵敏度，适宜检测较精密零件，但对螺栓、有孔、槽零件，以及表面粗糙零件不适用。溶剂去除型着色法应用较广，特别是使用喷灌，可简化操作，适宜大型零件的局部检测。6/26/2024783）渗透探伤操作注意事项：A、预处理时，要在工件表面上造成充分的湿润条件，以便在探伤面上能形成渗透液的薄膜。要充分除去工件表面油脂、涂料、锈蚀和水等影响渗透液渗透的障碍物。B、要根据渗透液的种类，工件的材质、预计缺陷种类和大小以及渗透时的温度等因素来考虑确定适当的渗透时间。正常的渗透温度范围为15C50C，渗透时间不得少于10分钟。C、清洗时，只需去除附着在工件表面的渗透液，不要过度清洗，不要使在缺陷中的渗透液流出。采用溶剂清洗时，只能用蘸有溶剂的布或纸檫洗，且应沿一个方向檫拭，不得往复檫拭，不得用清洗剂直接冲洗。6/26/2024796、渗透检测的特点1）除了疏松多孔性材料外任何种类的材料，如钢铁、有色金属、陶瓷和塑料等材料的表面开口缺陷都可以用渗透探伤。2）形状复杂的部件也可用渗透探伤，并一次操作就可大致做到全面检测。3）同时存在几个方向的缺陷，一次探伤操作就可完成检测，形状复杂的缺陷，也很容易观察显示痕迹。4）不需要大型的设备，携带式喷灌着色渗透探伤，不需要水、电，十分便于现场检测使用。5）工件表面光洁度影响大，探伤结果往往容易受操作人员技术的影响。6）可以检测出表面张口的缺陷，但对埋藏缺陷或闭合型的表面缺陷无法检出。7）检测程序多，检测速度慢。8）检测灵敏度比磁粉探伤低。9）材料较贵，成本较高。10）有些材料易燃、有毒。6/26/2024806/26/2024816/26/2024821、无损检测要与破坏性检测相配合无损检测的最大特点是不损伤材料，工件的结构、物的前提下来进行检测的，但是无损检测不能代替破坏性检测。必须把无损检测的结果与破坏性检测的结果互相对比和配合，才能作出准确的评定。2、正确选用实施无损检测的时间 在进行无损检测时，必须根据无损检测的目的，正确选用无损检测的实施时间，才能正确评价产品质量。例如：要检查高强钢焊缝有无延迟裂纹，无损检测实施的时间，就应该安排在焊接后24小时以后进行。五、无损检测的应用五、无损检测的应用6/26/2024833、正确选用最适当的无损检测方法无损检测在应用中，由于检测方法本身特点所限制，缺陷不能完全检，应该根据无损检测方法各种的特点选择最合适的检测方法。4、综合应用各种无损检测方法 在无损检测应用中，必须认识到任何一种无损检测方法都不是万能的，每种无损检测方法都有自己的优点、缺点。还应利用无损检测以外的其他检测所得的信息。应充分的认识到，检测的目的不是片面的追求那种过高要求的产品“高质量”，而是在保证充分安全性的同时时要保证产品的经济性。只有这样，无损检测的应用才是一种正确的应用。6/26/202484无损检测是根据无损检测结果来鉴定材料的构件性能的一种技术，为了顺利的进行无损检测，必须具有几项前提：1.被检测部位能充分运用无损检测，为了尽量作到这点，设计人员和工艺人员应了解无损检测技术和方法的局限性，如果设计的产品因结构等原因不能进行无损检测，那就不能保证该产品的性能要求。2、必须掌握不同制造方法可能产生不同种类的缺陷。产生缺陷的时间也是一个重要因素。应很好的掌握各种加工方法所产生缺陷的特性，并选最适合发现这种缺陷的检测方法和确定检测时间。6/26/2024856/26/202486