机械故障诊断7(讲稿)

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第七章 无损检测技术,定义,：所谓无损检测，就是在不破坏或不改变被检物体（形状、结构、技术状态及使用性能）的前提下，利用声、光、电、磁等方法，检测物体内部或表面有无缺陷以及缺陷的类型、大小、位置等的技术手段的总称。,方法种类,：,五种常规方法,：超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、,涡流检测;,无损检测新技术,：声发射检测、红外、激光全息等.,应用,：制造厂家的产品质量管理、用户订货的验收检查、设备使用与维护过程中的安全检查等方面，广泛用于石化、电力、机械、建筑等行业。,无损检测技术内容提要,第一节 常见缺陷的分类描述,第二节 超声波检测,（重点讨论）,第三节 射线检测,第四节 磁粉检测,第五节 渗透检测,第六节 涡流检测,第七节 声发射检测,第一节,常见缺陷的分类描述,分类目的：,不同的缺陷种类有不同的最适应的检测方法,与之对应。,铸件中常见的缺陷现象：,气孔、缩孔与缩松、夹砂与夹渣、裂纹、,冷隔和浇不足等。,锻件中常见的缺陷现象：,砂眼、缩松(包括气孔)、显微裂 纹、夹层、,烧裂、骤冷骤热裂纹、轧制裂纹等。,钢板中常见的缺陷现象：,分层与夹杂物、裂纹、皮下气孔、表面缺陷等,棒钢常见的缺陷现象：,裂纹、夹杂、表面缺陷等。,钢管中常见的缺陷现象：,外壁折叠、外壁划痕、横向裂纹、纵向裂纹等,焊缝中常见的缺陷现象,：裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔等。,使用维修过程中常见的缺陷现象：,裂纹、摩擦腐蚀、气蚀等。,第一节,常见缺陷的分类描述,形状：,平面型,：裂纹、分层、折叠。,体积型,：气孔、缩孔、缩松、夹杂。,位置：,内部,：气孔、缩孔、缩松。,表面（近表面）,：裂纹。,方向,（相对于外表面）：,平行,：分层。,垂直,：横向裂纹。,第二节 超声波检测,一、超声波检测的基本原理,二、超声波检测设备,三、超声波检测方法,四、超声波检测的应用,一、超声波检测的基本原理,日常生活中的实例：,用手拍打西瓜来判断西瓜是否熟了；铁道工人用锒头敲击火车车轮以检查车轮是否开裂或松脱等都是声波检测的例子。超声波检测与上述方法没有本质上的差别，只是由于采用了超声波，并且借助仪器设备进行超声波的发射与接收，从而基本消除了因人的经验与水平的差异而造成检测结果的误差，提高了检测结果的可靠性。,超声波检测基本原理：,用发射探头向被检物内部发射频率很高的超声波，用接收探头接收从缺陷处反射回来（反射法）或穿过被检工件后（穿透法）的超声波，并将其在显示仪表上显示出来，通过观察与分析反射波或透射波的时延与衰减情况，即可获得物体内部有否缺陷以及缺陷的位置、大小及其性质等方面的信息。,一、超声波检测的基本原理,一、超声波检测的基本原理,（一）超声波基础, 超声波的定义及其简单特性,超声波,：,是一种质点振动频率高于20KHz的机械波，因其频率超过人耳所能听见的声频段（16Hz20KHz）而得名超声波。,无损检测用的超声波频率范围：,为25MHz，其中最常用,的 频段为10MHz。,超声波特性：,超声波之所以被广泛地应用于无损检测，是基于超 声波的如下特性： 指向性好；穿透能力强；在界面处发生反射、折射和波型转换。,一、超声波检测的基本原理（一）超声波基础,超声波的定义及其简单特性,（1）指向性好,超声波是一种频率很高、波长很短的机械波，在无损检测中使用的超声波波长为毫米数量级。它象光波一样具有很好的指向性，可以定向发射，犹如一束手电筒灯光可以在黑暗中寻找所需物品一样在被检材料中发现缺陷。,（2）穿透能力强,超声波的能量较高，在大多数介质中传播时能量损失小，传播距离远，穿透能力强，在有些金属材料中，其穿透能力可达数米。,（3）在界面处发生反射、折射和波型转换,人们利用超声波在介质中的这些传播特性，使超声波检测工作的灵活性、精确度得以大幅度提高。,一、超声波检测的基本原理（一）超声波基础, 超声波的分类,与其它机械波一样，超声波也可有多种方法来对其进行分类描述，不同的类型有不同的特性和用途。,下面简述常用的分类方法。, 按质点振动方向分；, 按振动持续时间的长短分；, 按波形分。,按质点振动方向分,这是超声检测中最常见的分类方法。,根据波动传播时介质质点的振动方向与波的传播方向的相互关系的不同，可将超声波分为,纵波、横波、表面波,和,板波,等。,按质点振动方向分,纵波,纵波是介质质点的振动方向与波的传播方向平行的波，用,L,表示。纵波是当弹性介质的质点受到交变的拉压应力作用时产生的，故又称,压缩波或疏密波。,纵波可在任何弹性介质（固、液、气体）中传播。,横波,横波是介质质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波，常用,S,或,T,表示。当介质质点受到交变的剪切应力作用时产生切变变形，从而形成横波，故横波又称,切变波。,横波只能在固体介质中传播。,按质点振动方向分-,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，,称为表面波,，常用,R,表示。表面波是瑞利(,Rayleigh,)于1887年首先提出来的，因此，表面波又称,瑞利波,。,表面波在介质表面传播时，介质表面质点作椭圆运动，椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向。椭圆运动可视为纵向运动与横向运动的合成，即纵波与横波的合成，因此，,表面波同横波一样也只能在固体介质中传播，不能在液体或气体介质中传播。,表面波只能在固体表面传播。表面波的能量随距表面深度的增加而迅速减弱。当传播深度超过两倍波长时，其振幅降至最大振幅的倍。通常表面波检测只能发现距工件表面,两倍波长深度,内的缺陷。,按质点振动方向分,板波,在厚度与波长相当的弹性薄板中传播的波称为板波。广义地，板波也包括在圆棒、方钢和管材中传播的波，但通常所说的板波仅狭义地指,兰姆波,。,兰姆波又分为,对称型（,S,型）,和,非对称型（,A,型）,两种，其中，对称型兰姆波的特点是：薄板中心质点作纵向振动，上下表面质点作相位相反并对称于中心的椭圆振动；而非对称型兰姆波的特点是：薄板中心质点作横向振动，上下表面作相位相同的椭圆振动。,按振动持续时间的长短分,根据波源振动持续时间的长短，分为,连续波,和,脉冲波,两种。,连续波,波源持续不断地振动所辐射的波称为连续波。连续波常用于,穿透法检测,和,共振法测厚,，其振动形态如图7- 1a所示。,脉冲波,波源振动持续时间很短（微秒级）、间歇辐射的波称为脉冲波。目前，,超声无损检测中广泛采用的就是脉冲波,，其振动形态如图7-1b。,按波形分,本分类方法常用于声波的理论研究。,先介绍波阵面、波前和波线等概念，其意义见图7-2。,波阵面,：是指同一时刻介质中振动相位相同的所有质点所联成的面，其形状称为,波形，,分为,平面波,、,柱面波,和,球面波。,波前：,是指某一时刻波动所到达的空间各点所联成的面；,波线：,是波的传播方向线。,一、超声波检测的基本原理（一）超声波基础,3. 超声场及其特征参量,超声场：,指充满超声波的空间或超声振动所涉及的介质部分。,描 述超声场的主要特征参量有,：,(1) 声压：,超声场中某一点某一瞬时所具有的压强,p,1,与该点没有超声波存在时的静态压强,p,0,之差称为该点的声压，记为,p,，单位为帕斯卡(Pa)。,(2) 声强：,单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强，记为,I,，其常用单位为erg/cm,2,.s(尔格/厘米,2,.秒)或W/cm,2,。,(3) 声阻抗：,介质中某一点的声压与该处质点的振动速度之比称为声阻抗，常用,Z,表示，单位为g/cm,2,.s或kg/m,2,.s。数值上，声阻抗等于介质密度与声速,c,的乘积，即,一、超声波检测的基本原理,(二)超声波的传播特性,1.超声波的叠加、干涉和衍射,2.超声波的反射、折射和波型转换,3.超声波的衰减,1.,超声波的叠加、干涉和衍射,(1) 波的叠加原理,当几列波在同一介质中传播并相遇时, 相遇处质点的振动是各列波引起分振动的合成，任一时刻该质点的位移是各列波引起的分位移的矢量和。相遇后的各列波仍保持它们各自原有的特性(频率、波长、振动方向等)不变，并按照各自原来的传播方向继续前进，好象在各自的传播过程中没有遇到其它波一样。,1.,超声波的叠加、干涉和衍射,(2)波的干涉,两列频率和振动方向相同、相位差恒定的波相遇时，由于波的叠加作用，会使某些地方的振动始终互相加强，而在另一些地方的振动始终互相减弱或完全抵消的现象称为波的干涉。,相干波：,能产生干涉现象的波。,相干波源：,能产生相干波的波源。,1.,超声波的叠加、干涉和衍射,(3)波的衍射（或绕射）：,超声波在传播过程中遇到障碍物时，一方面产生反射和折射，另一方面产生绕射，能绕过其边缘，并继续前进。绕射本领的大小取决于障碍物尺寸,D,f,和波长的相对大小，即： 当,D,f,时，几乎只反射而无绕射；,当,D,f,时，则既反射又绕射。,绕射使反射回波减弱，因此一般认为超声波检测所能探测到的最小缺陷尺寸为,/ 2。,2.,超声波的反射、折射和波型转换,超声波从一种介质传播到另一种介质：,(1) 超声波,垂直入射,时会发生反射和透射,(2) 超声波,倾斜入射,时会发生反射、折射和波型转换,(1),超声波垂直入射时的反射和透射,当超声波从声阻抗为 z,1,的,介质垂直入射声阻抗为z,2,的介质，若其界面为单一,平界面 (如图7-3所示) 时，,则服从如下的反射和透射,规律，仅与声阻抗有关。,声压反射率,：,声压透射率,： 图7-3,(1),超声波垂直入射时的反射和透射(续2),讨论：, 钢/空气(固/气)界面;,当 时，如钢/空气界面。计算可得：,此即说明，当入射波介质声阻抗远大于透射波介质的声阻抗时，声压反射率趋于-1，透射率趋于0，即声压几乎全反射而无透射。,启示：检测中，探头和工件间如不施加耦合剂，则形成固（晶片）/气界面，超声波将无法进入工件。,(1),超声波垂直入射时的反射和透射(续3),讨论：,当 时， 。例如钢的淬火部分与非淬火部分、普通碳素钢焊缝的母材与焊接金属之间的声阻抗相差很小，一般约为1%。,设,z,1,=1,z,2,，则计算可得：,r,= -0.005,t,。,因此，在焊缝检测中，若母材与焊接金属结合面间没有任何缺陷，是不会产生界面回波的。,(2),超声波倾斜入射时的反射、折射和波型转换, 概述,当超声波倾斜入射到异质界面时，会产生反射、射波和波型转换。,(2),超声波倾斜入射时的反射、折射和波型转换,反射、折射定律,超声波从传播速度为,c,1,的介质倾斜入射,到传播速度为,c,2,的介质时(如图7-4a所示)，,反射波和折射波的传播方向由反射、折射,定律（又称斯涅尔定律）来确定，即：,（7-8）,式中 、 、 入射角、反射角和折射角。,(2),超声波倾斜入射时的反射、折射和波型转换,反射、折射定律（续）,对于纵波入射的固/固界面（图7-4b），,根据式（7-8）有：,对于横波入射的固/固界面（图7-4c），,根据式（7-8）有：,(2),超声波倾斜入射时的反射、折射和波型转换,临界角,临界角描述了超声波倾斜入射到单一平界面时的某种极限传播特性，与界面两侧介质的声学特性有关。,在超声检测中，常用的临界角有,第一临界角、第二临界角,和,第三临界角,，各自的定义如下：,(a)第一临界角 ：,使纵波的折射角,L,=,90,o,的纵波入射角,L,的值称为第一临界角，记为 。,(b)第二临界角,：,使横波的折射角,S,=,90,o,的纵波入射角,L,的值称为第二临界角，记为 。,(c)第三临界角,：,使纵波的反射角,L,=,90,o,的横波入射角,s,的值称为第三临界角，记为 。,临界角应用,由上述临界角的物理意义可知：,当 时，第二介质中只存在有折射横波而没有折射纵波，这就是常用横波探头的设计依据；,当 时，第二介质中既无折射纵波又无折射横波，但在第二介质表面形成表面波，这就是常用表面波探头的设计依据。,说明：,以上只是超声波传播到界面时所发生的最基本的变化，事实上，超声波在界面处的变化情况要远比此复杂，有关这方面的更为详细的论述，可参阅超声波检测或声学方面的专门论著，此处不再赘述。,3.,超声波的衰减,超声波的衰减：,是指超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，超声波的能量逐渐减弱的现象。,(1)衰减的原因：,扩散衰减；散射衰减；,吸收衰减,(2)衰减的表示方法：,定性比较法,：,只能概略地比较超声波在不 同材质中的衰减情况，,定量计算法,：,用衰减系数来表示超声波在介质中的衰减 程度。,二、超声波检测设备,超声波检测设备是从事超声检测的工具，,通常指：,（一）超声波检测仪,（二）超声波探头,（三）试块,（四）耦合剂,（一）超声波检测仪,超声波检测仪是超声检测的主体设备，其性能的好坏直接影响到检测结果的可靠性。,超声波检测仪的作用,：是产生电振荡并加于探头，使之发射超声波，同时，还将探头送回的电信号进行滤波、检波和放大等，并以一定的方式将检测结果显示出来，人们以此获得被检工件内部有无缺陷以及缺陷的位置、大小和性质等方面的信息。,（一）超声波检测仪,超声波检测仪及其,分类,实用中的超声波检测仪,种类繁多,，其性能和操作方法也各有差异。,常见的分类方法如下：,（1）按超声波的连续性分；,（2）按缺陷显示的方式分；,（3）按超声波的通道数分。,超声波检测仪及其,分类,(1)按超声波的连续性分, 脉冲波检测仪,工作原理：,通过向工件周期性地发射不连续且频率固定的超声波，根据超声波的传播时间及幅度来判断工件中缺陷的有无、位置、大小及性质等信息，,应用：,是目前使用最为广泛的一类超声波检测仪。, 连续波检测仪,工作原理：,通过探头向工件中周期性地发射连续且频率不变(或在小范围内变化)的超声波，根据透过工件的超声波的强度变化来判断工件中缺陷的有无及大小、性质等。,性能特点：,这种仪器灵敏度低，且不能确定缺陷的位置，,应用,：大多被脉冲波检测仪所取代，在超声显像和测厚等方面仍有应用。,超声波检测仪及其,分类,(1)按超声波的连续性分,调频波检测仪,工作原理：,这种仪器通过探头向工件中发射连续的、频率周期性变化的超声波，根据发射波与反射波的差频变化情况来判断工件中有无缺陷。,性能特点：,只适用于检查与探测面平行的缺陷，,应用：,以往的调频式路轨检测仪便采用这种原理，目前已大多被脉冲波检测仪所取代。,超声波检测仪及其,分类,（2）按缺陷显示的方式分,按其显示缺陷的方式不同，可将超声波检测仪分为,A型、B型和C型,等3种类型。, A型显示检测仪：,A型显示是一种波形显示，检测仪示波屏的横坐标代表声波的传播时间（或距离），纵坐标代表反射波的幅度。由反射波的位置可以确定缺陷的位置，而由反射波的波高则可估计缺陷的性质和大小,。, B型显示检测仪：,B型显示是一种图象显示，检测仪示波屏的横坐标是靠机械扫描来代表探头的扫查轨迹，纵坐标是靠电子扫描来代表声波的传播时间（或距离），因而可直观地显示出被探工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度。, C型显示检测仪：,C型显示也是一种图象显示，检测仪示波屏的横坐标和纵坐标都是靠机械扫描来代表探头在工件表面的位置。探头接收信号幅度以光点辉度表示，因而当探头在工件表面移动时，示波屏上便显示出工件内部缺陷的平面图象（顶视图），但不能显示缺陷的深度。, 超声波检测仪及其,分类,（3）按超声波的通道数分,根据通道数的多少不同，可将超声波检测仪分为单通道型和多通道型两大类，其中前者应用最为广泛，而后者则主要应用于自动化检测。,目前广泛使用的是A型显示脉冲反射式超声波检测仪，其构造原理、主要性能指标、使用方法等可参考有关书籍或 仪器说明书,。,（二）超声波探头,探头的功能就是将电能转换为超声能（发射探头）和将超声能转换为电能（接收探头）。,探头是超声波检测设备的重要组成部分，其性能的好坏对超声波检测的成功与否起关键性作用。目前，超声波检测用的探头多为,压电型,，其作用原理为压电晶体在高频电振荡的激励下产生高频机械振动，并发射超声波（发射探头）；或在超声波的作用下产生机械变形，因此产生电荷（接收探头)。,（二）超声波探头结构,(1) 直探头,直探头用来发射和接收,纵波，多用于手工操作接,触法检测，既适宜于单探,头反射法，又适宜于双探,头穿透法。它主要由压电,晶片、阻尼块、壳体、接,头和保护膜等基本元件组,成。其典型结构如图7-8a,所示。,（二）超声波探头结构,(2)斜探头,利用透声斜 块使声束倾斜,于工件表面射入工件的探头,称为斜探头。依入射角的不,同，斜探头可在工件中产生,纵波、横波和表面波，也可,在薄板中产生板波。通常所,说的斜探头是指横波斜探头，,它主要由压电晶片、透声斜,块、吸声材料、阻尼块、外壳,和电气接插件等几部分组成，,其典型结构如图7-8所示。,（二）超声波探头结构,(3)表面波探头,表面波探头是斜探头的一个特例。当斜探头入射角等于第二临界角时，由波型转换得到沿被测材料表面传播的表面波，这种斜探头称为表面波探头，其结构与横波斜探头完全相同，只是斜块入射角不同。表面波探头适于探测工件表面或近表面的缺陷。,二、超声波检测设备-（三）试块,按一定的用途设计制作的具有,简单形状人工反射体,的试件称为试块。,超声波检测中使用的试块种类繁多，用途各异，各种试块的用途归结起来主要有： (1) 确定合适的检测方法； (2) 确定和校验检测灵敏度；,(3) 测试和校验仪器和探头的性能，如组合灵敏度、垂直线,性、水平线性、盲区和分辨力等；,(4) 调节探测范围，确定缺陷位置； (5) 评价缺陷大小，对被探工件评级和判废； (6) 测量材质衰减和确定耦合补偿等。,二、超声波检测设备-（三）试块,试块举例：,（四）耦合剂,作用：,主要是提供声耦合（排除探头与工件表面之间的空气，使超声波能有效地传入工件）；减小探头与工件表面间的摩擦，延长探头的使用寿命。,对耦合剂的一般要求是：,能润湿工件和探头表面，流动性、粘度和附着力适,当，易于清洗；,声阻抗高，透声性能好；,对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境；,性能稳定，能长期保存；,来源广，价格便宜。,（四）耦合剂-常用的耦合剂,超声波检测中常用,的耦合剂及其声阻,抗如表7-4所示。,三、超声波检测方法内容提要,（一）超声波检测方法概述,1超声波检测方法的分类,2探测条件的选择,（二）超声波检测的定位、定量与定性,1,超声波检测方法的分类,超声波检测方法可从多个角度来对其进行分类：,（1）,按检测原理分：,脉冲反射法（）、穿透法和共振法等；,（2）按超声波的波形分,：纵波法、横波法、表面波法和板波法等；,（3）按探头的数目分：,单探头法、双探头法和多探头法等；,（4）按探头与试件的耦合方式分：,直接接触法和液浸法两大类等。,下面简单讨论超声波检测按原理的分类情况。,1,超声波检测方法的分类-按检测原理分,(1)脉冲反射法,超声波以持续极短的时间发射脉冲到被检试件内，根据反射波来检测试件内有无缺陷的方法称为脉冲反射法。,根据判断缺陷的回波性质的不同，脉冲反射法又可进一步分为：,缺陷回波法；底面回波高度法；底面多次回波法,等三种。,1.,超声波检测方法的分类-按检测原理,(1),脉冲反射法-,缺陷回波,法,缺陷回波法是最基本的脉冲反射法，,基本原理,：当试件完好时，超声波可顺利传播到达底面，在底面光滑且与探测面平行的条件下，检测图形中只有表示发射脉冲T及底面回波B的两个信号，如图7-15a所示。若试件内存在有缺陷，则在检测图形中的底面回波前有表示缺陷F的回波，如图7-15b所示。,1,超声波检测方法的分类-按检测原理,(1),脉冲反射法-,底面回波高度法,基本原理：,当试件的材质和厚度不变时，底面回波高度应是基本不变的；如果试件中有缺陷，则底面回波高度会下降甚至消失，如图7-16所示。,1,超声波检测方法的分类-按检测原理分,(1),脉冲反射法-,底面多次回波法,1,超声波检测方法的分类-按检测原理分,(1),脉冲反射法-,底面多次回波法,主要用于厚度不大、形状简单、探测面与底面平行的试件检测。,在试件完好无缺的情况下，超声波可在探测面与底面之间往复传播多次，示波屏上出现多次底面回波B,1,、B,2,、B,3,；如果试件存在缺陷，则由于缺陷的反射以及散射而增加了声能的损耗，底面回波次数减少，同时也打乱了各次底面回波高度依次按指数衰减的规律，并显示出缺陷回波，如图7-17所示。,1.,超声波检测方法的分类-按检测原理分,(2) 穿透法:,依据超声波（连续波或脉冲波）穿透试件之后的能量变化来判断缺陷情况的一种方法。,1.,超声波检测方法的分类-按检测原理分,(3)共振法:,根据试件的共振特性来判断试件的厚度或缺陷情况的方法称为共振法。,基本原理：,若频率可调的连续超声波在被检试件内传播，当试件的厚度为超声波的半波长的整数倍时，则由于入射波和反射波的相位相同而引起共振，因而仪器可显示出共振频率点，试件的厚度由下式计算而得：,式中,试件厚度；,c, 被检试件中的声速,f,n,、f,n,-1, 第,n,和,n,-1次共振点的共振频率。,2,探测条件的选择,(自学）,内容：,探测条件的选择一般是指仪器、探头和扫查方式等方面的选择。,意义：,正确选择探测条件对于有效地发现缺陷并对其进行定位、定量与定性分析都是至关重要的。,选择方法：,实际检测中一般根据工件结构形状、加工工艺和技术要求来选择探测条件。,(,二,),超声波检测的,“三定”,1超声波检测的定位；,2超声波检测的定量；,3超声波检测的定性。,1,超声波检测的定位,(1),纵波直探头检测时的缺陷定位,假定仪器已按1：n的声程调节纵波扫描速度，并由示波屏可知缺陷波前沿对应的水平刻度值为 ，则缺陷至探头的垂直距离为：,(2),按声程调节扫描速度的横波斜探头检测时的缺陷定位（续2）,(2),按声程调节扫描速度的横波斜探头检测时的缺陷定位（续2）,一次波检测时（图7-18a所示），缺陷,在工件中的水平距离和垂直距离分别为：,(7- 14),二次波检测时（如图7-18b所示），缺陷,在工件中的水平距离和垂直距离分别为：,（7- 15）,2,超声波检测的定量,在超声波检测中，测定缺陷的,大小,和,数量,简称定量。,对A型脉冲反射式超声波检测而言，目前对缺陷的定量方法很多，但均有一定的局限性。较常用的定量方法有:,当量法; 底波高度法; 测长法。,（1） 当量法:,与标准试块、相关的曲线等进行比较进行定量分析。,（2）底波高度法：,其基本原理是当工件中存在缺陷时，由于缺陷反射使工件底波下降。缺陷越大，缺陷波越高，底波就越低，缺陷波与底波之比就越大。用该比值来衡量缺陷的相对大小,（3）测长法：,是根据缺陷波高与探头移动的距离来确定缺陷尺寸的。,3,超声波检测的定性,重要性：,不同性质的缺陷产生的机理不同，对工件的危害程度不同。例如裂纹就比气孔、夹渣的危害大得多，因此，缺陷定性对超声波检测来说十分重要。,常用方法：,实际检测中常常根据经验并结合工件的加工工艺、缺陷特性、缺陷波形和底波情况来估计缺陷的性质。,发展方向：,应用现代信号分析方法和图形识别技术，根据缺陷波形自动识别缺陷的性质。,四、超声波检测的应用,超声波检测的应用是多方面的，既可用于锻件、棒材、板材、管材以及焊缝等的检测，又可用于厚度、硬度以及材料的弹性模量和晶粒度等的检测，超声波检测的适用范围如图7-24所示。,第三节 射线检测,概述：,射线检验是无损检测技术中的一种,直观可靠,的检测方法。在我国，射线检验已有较长的历史，并在各工业部门中形成了庞大的技术队伍。他们在提高产品质量、保证使用安全、增进产品设计的科学性、加强生产管理、降低成本，以及进行新材料、新产品、新工艺的试验研究方面都作出了重要贡献。,射线,：就是指,X,射线、,射线、,射线、,射线、电子射线和中子射线等。其中，,X,射线、,射线,和,中子射线,因易于穿透物质而在产品质量检测中获得了应用。,射线穿透物质的最大厚度为,：钢铁约450mm、铜约350mm、铝约1200mm。,第三节 射线检测,工作原理,：,射线在穿过物质的过程中，由于受到物质的散射和吸收作用而使其强度降低，降低的程度取决于物体材料的种类、射线种类及其穿透距离。这样，当我们把强度均匀的射线照射到物体(如平板)上一个侧面，通过在物体的另一侧检测射线在穿过物体后的强度(变化)，就可检测出物体表面或内部的缺陷，包括缺陷的,种类,、,大小,和,分布状况,，这就是射线检测的简单原理。,第三节 射线检测,工作过程：,射线穿过物质后的强度检测方法有：,直接照相法、间接照相法和透视法,等多种。其中，对微小缺陷的检测以,X,射线和,射线的直接照相法最为理想，其典型操作的简单过程如下,：,一般把被检物安放在离射线装置0.51米的地方(将被检物按射线穿透厚度为最小的方向放置)，把胶片盒紧贴在被检物的背后，让,X,射线或,射线照射适当的时间(几分钟至几十分钟不等)进行充分曝光。把曝光后的胶片在暗室中进行显影、定影、水洗和干燥。将干燥的底片放在显示屏的观察灯上观察，根据底片的,黑度,和,图象,来判断缺陷的种类、大小和数量，随后按通行的要求和标准对缺陷进行等级分类。,第三节 射线检测,注意事项,射线的防护：,首先应清醒地认识到射线辐射对人体健康(包括遗传因素)的损害作用。,X,射线在切断电源后就不再发生，而同位素射线(如,射线)是源源不断地发生射线的。此外，还应特别注意：射线不只是笔直地向前辐射，它还可通过被检物、周围的墙壁、地板以及天花板等障碍物进行反射与透射传播。,高压危险：,其次还应注意：,X,射线装置是在几万乃至几十万伏高电压下工作的，通常虽有充分的绝缘，但也必须注意防止意外的高压危险。,第四节,磁粉检测,一、磁粉检测的简单原理,二、磁粉检测的基本步骤,三、磁粉检测的特点与适用范围,一、磁粉检测的简单原理,如图7-25所示，把一根中间有横向裂纹的强磁性材料(钢铁,等)试件进行磁化处理后，可以认为磁化的材料是许多小磁,铁的集合体，在没有缺陷的连续部分，由于小磁铁的N、S,磁极互相抵消，而不呈现出磁极，而在裂纹等缺陷处，由,于磁性的不连续而呈现磁极。在缺陷附近的磁力线绕过空,间出现在外面，此即,缺陷漏磁,，如图7-26所示。缺陷附近,所产生的称作为缺陷的漏磁场，其强度取决于缺陷的尺,寸、位置及试件的磁化强度等。这样，当把磁粉散落在试,件上时，在裂纹处就会吸附磁粉，磁粉检测就是利用磁化,后的试件材料在缺陷处会吸附磁粉，以此来显示缺陷存在,的一种检测方法。,二、磁粉检测的基本步骤,磁粉检测由以下几个基本步骤组成：,预处理 磁化 施加磁粉 观察 记录后处理,1.预处理：,用溶剂等把试件表面的油脂、涂料以及铁锈等去掉，以免妨碍磁粉附着在缺陷上。用干磁粉时还要使试件的表面干燥。组装的部件要一件件拆开后再进行检测。,2.磁化：,磁化是磁粉检测的关键步骤。,首先应根据缺陷特性与试件形状选定磁化方法，图7-27所示是几种,典型的磁化方法,。这些方法都是按照试件形状和预计的缺陷进行选择，但一般说来，因为缺陷的方向不能预料，所以要采用能取得互相垂直的磁场的复合磁化方法。,其次还应根据磁化方法、磁粉、试件的材质、形状、尺寸等确定磁化电流值，使得试件的表面有效磁场的磁通密度达到试件材料饱和磁通密度的8090%。,二、磁粉检测的基本步骤,3.施加磁粉,磁粉是用几微米至几十微米的铁粉等材料制成，分白色和黑色的，,非荧光,的和,荧光,的。荧光磁粉是附着有荧光材料的铁粉，由于它在紫外线下能取得很明显的对比度，而适用于微细缺陷的检测。,磁粉还分为,干式,和,湿式,两种。干磁粉是在空气中分散地撒上，湿磁粉是把磁粉调匀在水或无色透明的煤油中作为磁悬液来使用的。,把粉或磁悬液撒在磁化的试件上叫做,施加磁粉,。它分,连续法,和,剩磁法,两种。连续法是在试件加有磁场的状态下施加磁粉的，且磁场一直持续到施加完成为止。而剩磁法则在磁化过后施加磁粉。剩磁法可以用于工具钢等矫顽力较大的材料。,二、磁粉检测的基本步骤,4. 观察与记录：,用非荧光磁粉时，在光线明亮的地方进行观察；而用荧光磁粉时，则在暗室等暗处用紫外灯进行观察。应该,注意假痕迹,：在材质改变的界面处和截面大小突然变化的部位，即使没有缺陷，有时也会出现磁粉痕迹，此即,假痕迹,。要确认磁粉痕迹是不是缺陷，需用其他检测方法重新进行检测才能确定。,5. 后处理：,检测完成后，按需要进行,退磁,、,除去磁粉,和,防锈,处理。进行退磁是因为：如果试件有剩磁就会吸引铁末，这样就可能成为运动中磨损的原因，以致引发故障。退磁时，一边使磁场反向，一边降低磁场强度。,三、磁粉检测的特点与适用范围,磁粉检测适用于检测（铁）磁性材料（如钢铁材料）的裂纹等表面缺陷，如铸件、锻件、焊缝和机械加工的零件等的表面缺陷。其,特点与适用范围,如下：,(1) 对钢铁等强磁性材料的表面缺陷检测特别适宜；,(2) 对于在表面没有开口但深度很浅的裂纹也可以探测出来；,(3) 对于奥氏体不锈钢那样的非磁性材料是不适用的,(4) 能知道缺陷的位置和表面的长度，但不知道缺陷的深度。,(5) 对内部缺陷的检测还有困难。,第五节,渗透检测内容提要,一、渗透检测的简单原理,二、渗透检测的工作程序,三、渗透检测的特点和适用范围,一、渗透检测的简单原理,渗透检测是用,渗透液,（黄绿色的荧光渗透液或者红色的着色渗透液）来显示缺陷图象的痕迹，从而能够用肉眼检查出试件表面的,开口,缺陷的一种检测方法。,二、渗透检测的工作程序,渗透检测由四个基本步骤组成：,渗透清洗,显象观察,1.渗透：,将试件浸渍于渗透液中或者用喷雾器或刷子等工具把渗透液涂在试件表面，如果试件表面有缺陷，则渗透液就会渗入缺陷。,2清洗：,待渗透液充分渗透后，用水或清洗剂把试件表面的渗透液洗掉。,3显象、观察：,把显象剂或者把微细粉末状的显象材料涂敷在试件表面上，残留在缺陷中的渗透液就会被显象剂吸出，在表面上形成放大的黄绿色荧光或者红色的显示痕迹。,三、渗透检测的特点和适用范围,(1) 渗透法的灵敏度,（即最小检出尺寸）取决于检测剂的性能、检测方法、检测操作和试件表面光洁度等因素，,一般约为深20m、宽1m,；此外，在荧光渗透检测时，若使用荧光辉度高的渗透液，在检测的同时在试件上加交变应力，可进一步提高检测的灵敏度；,(2) 检测效率高，,对于形状复杂的试件或在试件上同时存在有多个缺陷时，也只需一次检测操作即可完成；,(3) 适用范围广，,只要是表面缺陷，则检测一般不受试件材料的种类及其外形轮廓的限制；,(4) 设备简单,，不需用大型设备；,(5),检测结果受试件表面光洁度的影响，同时还受检测操作人员 技术水平的影响；,(6),对多孔性材料的检测仍很困难。,第六节,涡流检测,一、涡流检测的简单原理,二、涡流检测的特点与适用范围,一、涡流检测的简单原理,当把一个通有交流电的线圈靠近某一导体时，由于电磁耦合作用，将会在导体中发生电涡流。此电涡流又反过来作用于原线圈而使其电磁特性(等效阻抗、等效电感和品质因素)发生改变，其变化情况与导体的种类(,、,)、形状以及材质均匀度等因素有关，同时还与线圈与导体之间的相对距离和线圈本身的特性有关。当固定后两者不变时，则线圈电磁特性的变化就反应了导体性质的变化。这样，通过检测线圈的电磁特性的变化，即可获得关于被检试件的材质均匀性以及缺陷的种类、形状和大小等方面的信息，这就是电涡流检测的简单原理。,二、涡流检测的特点与适用范围,电涡流检测具有如下的特征：,(1) 检测结果可以直接以电信号输出，可用于自动 化检测；,(2) 由于实行非接触式检测，所以检测速度很快；,(3) 适用范围较广，除可用于检测缺陷外，还可用于检测材质,的变化、形状与尺寸的变化等；,(4) 对形状复杂的试件检测有困难；,(5) 对表面下较深部位的缺陷检测困难；,(6) 除检测项目外，试件材料的其他因素一般也会引 起输出的,变化，成为干扰信号；,(7) 难以直接从检测所得的显示信号来判别缺陷的种类。,二、涡流检测的特点与适用范围,适用材料：,涡流检测适用于由,导电材料（,钢铁、有色金属以及石墨等）所制成的试件，而不适用于非导电材料（玻璃、石头和合成树脂等）的检测。,适用检测项目,：,电涡流方法适用于如下项目的检测：(1) 缺陷检测：试件表面或近表面的内部缺陷；,(2) 材质检查：金属的种类、成分、热处理状态变化等；,(3) 尺寸检测：试件尺寸、涂膜厚度、腐蚀状况和变形等；(4) 形状检测：试件形状的变化情况。,第七节,声发射检测,概述,声发射检测技术是20世纪50年代初兴起的一种新的无损检测方法。自从1950年德国科学家Kaiser发现了材料的声发射现象以来，人们对声发射技术的研究热潮先后传遍美国、日本和欧洲一些国家，我国对声发射的研究起步于1973年，并首先就着眼于应用研究。几十年来，声发射技术已经在压力容器的安全性检测与评价、焊接过程的监控和焊缝焊后的完整性检测、核反应堆的安全性监测以及断裂力学研究等诸多领域都取得了重要进展, 部分研究已进入工业实用化阶段，成为无损检测技术体系中的一个极其重要的组成部分,一、声发射检测的基本原理,（一）声发射的产生和传播,所谓,声发射：,是指材料或结构因受外力或内力作用而产生变形或断裂时，以弹性波的形式释放出应变能的现象。因此，声发射也称为应力波发射。各种材料的声发射频率范围很宽，从次声波到超声波。工程材料中有许多机构都可能成为,声发射源。,其中, 与无损检测有关的声发射源则主要有：,塑性变形，裂纹的形成与扩展,。,塑性变形,主要是通过,滑移,和,孪生,两种方式进行的，其中滑移是最主要的方式，它的元过程则是位错的运动。它们均会产生声发射，弯曲金属锡片时出现的“锡鸣”，就是孪生变形过程产生声发射现象的一个实例。,一、声发射检测的基本原理,（一）声发射的产生和传播（续）,裂纹的形成和扩展,则是一种更为重要的声发射源。裂纹的形成和扩展与材料的塑性变形有关，一旦裂纹形成，材料局部地区的应力集中得到卸载，声发射便产生。材料的断裂过程大致可分为,裂纹成核,、,裂纹扩展,和,最终断裂,三个阶段，这三个阶段都可成为强烈的声发射源。,理论计算表明，如果在裂纹形成过程中，多余的能量全部以弹性应力波的形式释放出来，则裂纹形成所产生的声发射比单个位错移动产生的声发射至少要大两个数量级。,在微观裂纹扩展成为宏观裂纹之前，需要经过裂纹的缓慢扩展阶段。理论计算指出，裂纹扩展所需的能量为裂纹形成所需能量的1001000倍。,一、声发射检测的基本原理,（一）声发射的产生和传播,作为应变能以弹性波的形式释放而产生的声发射波，与前述的超声波有相似的传播规律。,从传播型式上来看，声发射波在固体介质中也会以纵波、横波、瑞利波（表面波）和板波等各种型式向前传播；,声发射波在传播过程中，由于界面（缺陷、晶粒）的反射还会发生各种波型转换；,声发射波在传播过程中，除由于波前扩展而产生的扩散损失外，还会由于内摩擦及组织界面的散射使其在规定方向传播的声能衰减。,一、声发射检测的基本原理,（二）声发射检测技术及其特点, 声发射检测技术的定义,大多数金属材料的塑性变形和断裂的原始声发射信号一般都很微弱，人耳不能直接听见，需借助灵敏的电子仪器才能检测出来。,声发射检测技术,：借助电子仪器对声发射信号进行接收、处理、分析显示并以此对声发射源进行定位、定性和定量分析的一系列技术，统称为声发射检测技术。,（二）声发射检测技术及其特点, 声发射检测的特点,（1）声发射检测是一种,动态无损检测方法,。它基于材料或构件的缺陷在外部条件的作用下使其内部结构变化而发生声发射，这是区别于常规无损检测的最显著的特点。,（2）声发射检测,可以判断缺陷的严重性,。缺陷所处的位置和应力状态不同，其对结构的危害程度也不同，它的声发射特征也有差别。 （3）声发射检测,几乎不受材料种类的限制,。很多金属和非金属材料在一定的条件下都有声发射发生。这使声发射检测具有广泛的适用性。,（4）声发射检测到的是一些电信号，根据这些电信号来解释结构内部的缺陷的变化往往比较复杂，,需要丰富的知识和其它实验手段的配合。,（5）声发射检测的环境噪声干扰往往较大，因此，,如何除噪降噪、提高信噪比，,始终是声发射检测的主要研究课题。,二、声发射检测的技术基础,（一）声发射信号的表征参数,声发射信号是声发射源的信息载体。我们检测声发射信号的目的，就是希望通过声发射信号来,推断声发射源的部位、性质及其严重程度,等方面的信息；,声发射传感器所接收的信号是原始声发射信号经过从声发射源到接收传感器的传播通道的畸变、衰减等而变成的复杂的信号，,如何对这些复杂的信号进行分析处理，以便得到更多的有用信息，,是信号处理学科研究的重要课题，也是声发射检测的重要一环。,声发射检测技术的典型信号处理方法或表征参数主要有：,声发射事件计数、振铃计数、幅度及幅度分布、能量及能量分布、有效值电压、频谱和波形,等。,二、声发射检测的技术基础（二）声发射源定位,声发射检测的最终目的是要确定声发射源（简称声源）的位置，并评价其危险程度，以便采取相应的措施。因此，声发射源定位也是声发射检测的一项重要内容。,声发射源定位分为,点定位法,和,区域定位法,两种。,点定位法和区域定位法并没有实质上的差别，其计算原理前面章节已经讲述。实际的声发射检测仪中往往已固化有计算程序，操作者只要按指定的步骤进行简单的按键操作即可，所以操作起来还是比较简便快捷的，对操作者的要求也不是很高。,二、声发射检测的技术基础 （三）提高信噪比的措施,意义：,声发射检测试验往往是在复杂的环境噪声条件下进行的，因此，如何抑制噪声的影响是声发射检测成功与否的关键所在。,主要措施,：,采用空间滤波、频域滤波（又称“频率鉴别”）、设置槛值电压（又称“幅度鉴别”）等方法。,三、声发射检测仪器,声发射检测仪器目前大体可分为两种基本类型，即,单通道声发射检测仪,和,多通道声发射源定位和分析系统,，且大多为组合式结构。,单通道声发射检测仪：,主要由传感器、前置放大器、衰减器、主放大器、门槛电路、声发射率计数器、总数计数器以及数模转换器等基本部分组成。此外，根据需要还可增加峰值幅度、有效值电压、能量等功能插件，以及打印、显示输出等接口部件。,多通道声发射源定位和分析系统：,除具有单通道声发射检测仪器的,模拟量检测和处理系统,外，通常还包括,数字量测定系统,（时差测量装置等）以及计算机数据处理系统和外围显示系统。这样，系统就可以在线对声发射源实时定位和评定其有害程度。此外，为了综合评价声发射源的有害程度，往往还设有压力、温度等参量测量系统。,三、声发射检测仪器（续3）,声发射传感器,声发射传感器的工作原理,与前述的压电加速度传感器基本相同,，它一般由壳体、保护膜、压电元件、阻尼块、连接导线和高频插座等几部分组成，其典型的简化结构如图7-39所示。可根据不同的检测目的和使用环境而选用不同的结构和性能的传感器。,四、声发射检测的应用,（一）在材料研究中的应用,（二）焊接质量的监视,（三）监视压力容器的结构完整性,（四）其他：,如岩石力学中的露天开采的边坡稳定,性、河岸、隧道岩体的稳定性等,本章结束,