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无损检测技术及其应用 2017 10 主要内容 1 无损检测概述 2 常规无损检测技术及其应用 3 无损检测新技术 1 无损检测概述 无损检测的定义无损检测的目的和任务无损检测技术的分类无损检测技术的技术现状及其发展 无损检测NDT Non destructivetesting 利用声 光 磁和电等特性 在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下 检测被检对象中是否存在缺陷或结构异常 最终了解和评价被检测对象的性质 状态 质量或内部结构的技术 1 无损检测概述 5 无损检测的目的和任务1 确保工件 设备或结构的质量 保障安全用无损检测来保证产品质量 使之在规定的使用条件下 在预期的使用寿命内 产品的部分或整体都不会发生破损 从而防止安全事故 这就是无损检测最重要的目的之一 2 改进生产工艺无损检测不仅要把被测件中的缺陷检测出来 而且应该帮助其改进制造工艺 3 降低生产成本通过无损检测可以达到降低制造成本的目的 例如 焊接某容器 不是把整个容器焊完后才无损检测 而是在焊接完工前的中间工序先进行无损检测 提前发现不合格的缺陷 及时进行修补 这样就可以避免在容器焊完后 由于出现缺陷而整个容器不合格 从而节约了原材料和工时费 达到降低制造成本的目的 1 无损检测概述 1 无损检测概述 无损检测的应用范围和应用特点 一 检测范围1 组合件的内部结构或内部组成情况的检查2 材料 构件和结构缺陷的检查 1 质量评定 2 寿命评定3 材料 设备和结构的计量检测通过定量的测定材料 设备和结构的变形量或腐蚀量来确定能不能继续使用 4 材质的无损检测无损检测可以用来验证材料品种是否正确 是否按规定进行处理 5 表面处理层的厚度测定确定各种表面层的深度和厚度 6 应变测试 1 无损检测概述 无损检测的应用范围和应用特点 二 应用特点1 无损检测要与破坏性检测相配合2 正确选用实施无损检测的时间3 正确选用最适当的无损检测方法4 综合应用各种无损检测方法 1 无损检测概述 无损检测的应用范围和应用特点 二 应用特点1 无损检测要与破坏性检测相配合2 正确选用实施无损检测的时间3 正确选用最适当的无损检测方法4 综合应用各种无损检测方法 无损检测方法分类 检测原理 无损检测 声学方法检测电学方法检测射线检测磁学方法检测微波和介电方法检测光学方法检测热学方法检测渗透检测 1 无损检测概述 1 无损检测概述 工程应用中 五大常规无损检测技术 涡流检测 EddycurrentTesting ET 磁粉检测 MagneticparticleTesting MT 渗透检验 PenetrateTesting PT 超声检测 UltrasonicTesting UT 射线检测 RadiographicTesting RT 内部缺陷检测 表面开口缺陷检测 表面缺陷检检测近表面缺陷检测 1 无损检测概述 非常规无损检测技术有 声发射AcousticEmission 缩写AE 泄漏检测LeakTesting 缩写LT 衍射波时差法超声检测技术TimeofFlightDiffraction 缩写ToFD 导波检测GuidedWaveTesting 光全息照相OpticalHolography 红外热成象InfraredThermography 微波检测MicrowaveTesting 12 13 14 无损检测技术现状及发展 21世纪以来 伴随着科学技术特别是计算机技术 数字化与图像识别技术 人工神经网络技术和机电一体化技术的大发展 无损检测技术获得了迅速发展 在航空航天 核技术 武器系统 电站设备 铁道与造船 石油与化工 建筑 冶金 机械制造等领域中都有广泛应用 目前 我国拥有17万无损检测人员和2000多家无损检测机构 在国民经济建设与设备安全监测中发挥着重要作用 1 无损检测概述 自动无损检测和定量无损检测 微观缺陷检测 在线检测 在役检测 新原理 新方法 新技术的探索研究 无损检测技术发展方向 1 无损检测概述 2 常规无损检测技术及其应用 18 射线检测 探伤 有X射线 射线和中子射线等检测方法 它是利用各种射线源对材料的透射性能及不同材料的射线的衰减程度的不同 使底片感光成黑度不同的图像来观察的 射线检测用来检测产品的气孔 夹渣 铸造孔洞等 当裂纹方向与射线平行时就能被检查出来 2 常规无损检测技术及其应用 2 1射线检测 19 利用射线通过物质时的衰减规律 即当射线通过物质时 由于射线与物质的相互作用发生吸收和散射而衰减 其衰减程度 则根据其被通过部位的材质 厚度和存在缺陷的性质不同而异 2 常规无损检测技术及其应用 2 1射线检测 20 射线检测的优点是检测结果可作为档案资料长期保存 检测图像较直观 对缺陷尺寸和性质判断比较容易 射线检测的缺点是当裂纹面与射线近于垂直时就很难检查出来 对工件中平面型缺陷 裂纹未熔合等缺陷 也具有一定的检测灵敏度 但与其它常用的无损检测技术相比 对微小裂纹的检测灵敏度较低 并且生产成本高于其它无损检测技术 其检验周期也较其它无损检测技术长 并且射线对人体有害 需要有防护设备 2 常规无损检测技术及其应用 2 1射线检测 21 照相法电离检测法荧光屏直接观察法工业射线CT技术 2 常规无损检测技术及其应用 2 1射线检测 22 照相法 23 电离检测法 24 荧光屏直接观测法 25 工业射线CT技术 CT技术是断层照相技术 又称计算机层析照相技术 它根据物体横断面的一组投影数据 经过计算机处理后 得到物体横断面的图像 所以 它是一种由数据到图像的重建技术 射线照相一般仅能提供定性信息 不能实用于测定结构尺寸 缺陷方向和大小 它还存在三维物体二维成像 前后缺陷重叠的缺点 射线CT技术提出了全新的影像形成概念 它比射线照相法能更快 更精确地检测出材料和构件内部的细微变化 消除了照相法可能导致的检查失真和图像重叠 并且大大提高了空间分辨力和密度分辨力 26 射线CT装置 27 射线CT的工业应用 航空航天工业核工业钢铁工业机械工业 常用于检测和评价铸件和焊接结构的质量陶瓷工业电子工业 28 射线CT的工业应用 29 射线CT的工业应用 30 液体渗透检测的基本原理利用黄绿色的荧光渗透液或红色的着色渗透液对窄狭缝隙良好的渗透性 经过渗透清洗 显示处理以后显示放大了的探伤显示痕迹 用目视法来观察 对缺陷的性质和尺寸做出适当的评价 是 种检查工件或材料表面缺陷的 种方法 它不受材料磁性的限制 比磁粉探伤的应用范围更加广泛 2 常规无损检测技术及其应用 2 2液体渗透检测 31 液体渗透检测应用于各种金属 非金属 磁性 非磁性材料及零件的表面缺陷的检查 可以说 除表面多孔性材料以外 几乎一切材料的表面开口缺陷都可以应用此方法获得满意的检测结果 2 常规无损检测技术及其应用 2 2液体渗透检测 32 优点应用广泛 原理简明易懂 检查经济 设备简单 显示缺陷直观 并可以同时显示各个不同方向的各类缺陷 对大型工件和不规则零件的检查以及现场机件的抢修检查 更能显示其特殊的优点 但渗透探伤对埋藏于表皮层以下的缺陷是无能为力的 缺点它只能检查开口暴露于表面的缺陷 另外还有操作工序繁杂等 2 常规无损检测技术及其应用 2 2液体渗透检测 33 步骤将被探工件浸涂具有高度渗透能力的渗透液 由于液体的润湿作用和毛细现象 渗透液便渗入工件表面缺陷中将工件缺陷以外的多余渗透液清洗干净涂一层亲和吸附力很强的白色显像剂 将渗入裂缝中的渗透液吸出来在白色涂层上显示出缺陷的形状和位置的鲜明图案 从而达到了无损检疵的目的 2 常规无损检测技术及其应用 2 2液体渗透检测 34 2 常规无损检测技术及其应用 2 2液体渗透检测 35 分类荧光渗透探伤着色渗透探伤 2 常规无损检测技术及其应用 2 2液体渗透检测 36 磁粉检测的基本原理如下 当材料或工件被磁化后 若在工件表面或近表面存在裂纹 冷隔等缺陷 便会在该处形成一漏磁场 此漏磁场将吸引 聚集检测过程中施加的磁粉 而形成缺陷显示 因此 磁粉检测首先是对被检工件加外磁场进行磁化 外加磁场的获得一般有两种方法 一种是由可以产生大电流 几百安培至上万安培 的磁力探伤机直接给被检工件通大电流而产生磁场 另一种是把被检工件放在螺旋管线圈产生的磁场中 或是放在电磁铁产生的磁场中使工件磁化 工件被磁化后 在工件表面上均匀喷洒微颗粒的磁粉 磁粉平均粒度为5 10 m 一般用四氧化三铁或三氧化二铁作为磁粉 2 常规无损检测技术及其应用 2 3磁粉检测 37 如果被检工件没有缺陷 则磁粉在工件表面均匀分布 当工件上有缺陷时 由于缺陷 如裂纹 气孔 非金属夹杂物等 内含有空气或非金属 其磁导率远远小于工件的磁导率 由于磁阻的变化 位于工件表面或近表面的缺陷处产生漏磁场 形成一个小磁极 磁粉将被小磁极所吸引 缺陷处由于堆积比较多的磁粉而被显示出来 形成肉眼可以看到的缺陷图像 为了使磁粉图像便于观察 可以采用与被检工件表面有较大反衬颜色的磁粉 常用的磁粉有黑色 红色和白色 为了提高检测灵敏度 还可以采用荧光磁粉 在紫外线照射下使之更容易观察到工件中缺陷的存在 2 常规无损检测技术及其应用 2 3磁粉检测 38 2 常规无损检测技术及其应用 2 3磁粉检测 磁粉检测原理 39 用于检测铁磁性材料和工件 包括铁 镍 钻等 表面上或近表面的裂纹以及其它缺陷 对表面缺陷最灵敏 对表面以下的缺陷随埋藏深度的增加检测灵敏度迅速下降 采用磁粉检测方法检测磁性材料的表面缺陷 比采用超声波或射线检测的灵敏度高 而且操作简便 结果可靠 价格便宜 因此它被广泛用于磁性材料表面和近表面缺陷的检测 对于非磁性材料如有色金属 奥氏体不锈钢 非金属材料等不能采用磁粉检测方法 但当铁磁性材料上的非磁性涂层厚度不超过50 m时 对磁粉检测的灵敏度影响很小 2 常规无损检测技术及其应用 2 3磁粉检测 磁粉检测应用 40 磁粉检测方法 湿法磁悬液应采用软管浇淋或浸渍法施加于试件 使整个被检表面被完全覆盖 采用连续法时 磁化电流应在施加磁悬液之前或从磁悬液中取出之前接通 如果检测采用浸渍法 并保持1 5 1 2s 直至试件被磁悬液覆盖 磁悬液覆盖膜足以产生良好的磁痕 采用剩磁法时 试件应通过施加电流至少1 5s的方法来磁化 此后 切断磁化电流 采用软管浇淋或浸渍法施加磁悬液 对于浸渍法 试件应仔细地从磁悬液中取出 以免冲掉磁痕 对于剩磁荧光磁粉检验法 如觉得有必要保证缺陷的磁痕有效 则试件可放在用于制备磁悬液的载液中仔细清洗 2 常规无损检测技术及其应用 2 3磁粉检测 41 干法磁粉应直接喷撒在被检区域 并除去过量的磁粉 轻轻地振动试件 使其获得较为均匀的磁粉分布 应注意避免使用过量的磁粉 不然会影响缺陷的有效显示 对于连续法 磁化电流应恰好在施加磁粉前接通 并应在其后的吹风 轻敲或振动中 保持接通 对于剩磁法 试件应先磁化 在切断磁化电流之后 再按上述方法施加磁粉 2 常规无损检测技术及其应用 2 3磁粉检测 磁粉检测方法 42 检测近表面缺陷 如轧钢制品和锻件中的非金属夹杂 时 应采用湿粉连续法 因为非金属夹杂物引起的漏磁通值最小 检测大型铸件或焊接件中近表面的缺陷时 可采用干粉连续法 磁粉检测方法 2 常规无损检测技术及其应用 2 3磁粉检测 43 磁粉探伤过程 预清洗缺陷估计 使磁力线在切实可行的范围内横穿过可能存在于试件内的任何缺陷 选择探伤方法进行周向和纵向磁化对伪磁痕进行分析判断退磁后清洗标记 酸蚀法 印记 着色等 记录 2 常规无损检测技术及其应用 2 3磁粉检测 44 磁粉喷射 2 常规无损检测技术及其应用 2 3磁粉检测 45 超声波是超声振动在介质中的传播 它的实质是以波动形式在弹性介质中传播的机械振动 其频率高于20kHz以上 超声波被用于无损检测 主要是因为有以下几个特性 超声波在介质中传播时 遇到界面会发生反射 超声波指向性好 频率愈高 指向性愈好 超声波传播能量大 对各种材料的穿透力较强 近年来的研究表明 超声波的声速 衰减 阻抗和散射等特性 为超声波的应用提供了丰富的信息 并且成为超声波广泛应用的条件 2 常规无损检测技术及其应用 2 4超声波检测 46 超声波检测的原理和类型 超声波探伤主要是通过测量信号往返于缺陷的渡越时间 来确定缺陷和表面间的距离 测量回波信号的幅度和发射换能器的位置 来确定缺陷的大小和方位 这就是通常所说的脉冲反射法或A扫描法 此外 还有B扫描和C扫描等方法 B扫描可以显示工件内部缺陷的纵截面图形 C扫描可以显示工件内部缺陷的横剖面图形 近年来 超声全息成像技术也在工业无损检测中获得了应用 2 常规无损检测技术及其应用 2 4超声波检测 47 超声波检测的工作频率 超声波检测常用的工作频率为0 4 5MHz 较低频率用于粗晶材料和衰减较大材料的检测 较高频率用于细晶材料和高灵敏度检测 对于某些特殊要求的检测 工作频率可达10 50MHz 近年来随着宽频窄脉冲技术的研究和应用 超声探头的工作频率 有的已高达100MHz 2 常规无损检测技术及其应用 2 4超声波检测 48 超声波检测的优缺点 适应性强 检测灵敏度高 对人体无害 使用灵活 设备轻巧 成本低廉 可即时得到探伤结果 适合在车间 野外和水下等各种环境下工作 并能对正在运行的装置和设备进行检验 超声波检测的最大优点就是对裂纹 夹层 折叠 未焊透等类型的缺陷具有很高的检测能力 2 常规无损检测技术及其应用 2 4超声波检测 49 超声波检测通常要求工件形状比较简单 有规则 表面比较光洁 超声波探伤的记录性差 且难以识别缺陷的种类 对于表面缺陷的检测 超声波法比磁粉法和渗透法的灵敏度要低 但是 超声波法可以检测表面裂纹的深度 超声波在材料中传播时 受金属组织特别是晶粒大小的影响很大 2 常规无损检测技术及其应用 2 4超声波检测 超声波检测的优缺点 50 超声波检测的应用 超声波检测是工业无损检测中应用最为广泛的一种方法 超声波法适用于钢铁 有色金属和非金属 各种机械零件 结构件 电站设备 船体 锅炉 压力容器和化工容器 非金属材料等 都可以用超声波进行有效的检测 有的采用手动方式 有的可采用自动化方式 就物理性能检测而言 用超声波法可以无损检测厚度 材料硬度 淬硬层深度 晶粒度 液位和流量 残余应力和胶接强度等 2 常规无损检测技术及其应用 2 4超声波检测 51 超声波检测方法 接触法 就是探头与工件表面之间经一层薄的耦合剂直接接触进行探伤的方法 耦合剂主要起传递超声波能量作用 液浸法 就是将探头与工件全部浸入液体 或探头与工件之间局部充以液体进行探伤的方法 液体一般用水 故又称水浸法 探头不直接与工件接触 因而易于实现自动化检测 也适用于检测表面粗糙的工件 2 常规无损检测技术及其应用 2 4超声波检测 52 53 54 纵波脉冲反射法 超声波以一定的速度向工件内传播 一部分声波遇到缺陷时反射回来 另一部分声波继续传至工件底面后也反射回来 发射波 缺陷波和底波经过放大后在荧光屏上显示 由发射波 缺陷波和底波在时间基线上的位置 即可求出缺陷的部位 超声波检测方法 2 常规无损检测技术及其应用 2 4超声波检测 55 56 横波探伤法 是声波以一定角度入射到工件中产生波型转换 利用横波进行探伤的方法 横波入射工件后 当所遇缺陷与声束垂直或夹角较大时 声波发生反射 在荧光屏上出现缺陷波 超声波检测方法 2 常规无损检测技术及其应用 2 4超声波检测 57 58 表面波探伤法 是表面波沿着工件表面传播检测表面缺陷的方法 表面波的能量随着表面下深度增加而显著降低 在大于一个波长的深度处 表面波的能量很小 已无法进行检测 表面波沿着工件表面传播过程中 遇到裂纹 表面划痕或棱角等均会发生反射 在反射的同时 部分表面波仍继续向前传播 用表面波法可以对工件上开口于表面的裂纹深度进行测量 超声波检测方法 2 常规无损检测技术及其应用 2 4超声波检测 59 60 超声波检测方法的应用 屏蔽铸铁超声波检测钢壳和模具的超声波检测小型压力容器壳体超声波检测复合材料检测各类结构件的超声波检测非金属材料探伤 2 常规无损检测技术及其应用 2 4超声波检测 61 能导电的试件 在周围交变磁场的作用下 在导电试件中感应出旋涡状的电流 简称涡流 只要能影响导电试件中涡流的流动和分布的各种因素 从原理上讲都有可能用涡流法来进行检测 因而 涡流检测的实质是检测由各种因素引起的试件导电情况的变化 2 常规无损检测技术及其应用 2 5涡流检测 62 涡流检测原理 2 常规无损检测技术及其应用 2 5涡流检测 63 对于相同的试件 化学成分 电导率等都是固定的 因而在一般情况下 涡流按小圆环流动 但如果在涡流流动的路径上有一条裂纹或一个凹坑等缺陷 涡流的流动就会受到影响 涡流在缺陷附近将发生畸变 见图 这畸变的涡流将产生畸变的涡流磁场 而被检测线圈接收到 所以可用涡流来检测试件中的缺陷 涡流检测原理 2 常规无损检测技术及其应用 2 5涡流检测 64 涡流检测只适用于导电材料涡流检测特别适用于导电材料的表面和亚表面检测为了区分开各种因素对涡流的影响 在涡流检测中应特别重视信号处理问题涡流检测不需要耦合剂涡流检测速度极快 易于实现自动化涡流检测可用于高温检测涡流检测可用于异形材和小零件的检测 涡流检测的特点 2 常规无损检测技术及其应用 2 5涡流检测 65 试件一定要能导电 非导电体就无法用涡流进行检测 检测线圈和检测仪器 检测线圈和试件的间距 机械传动装置性能 标准样块 涡流检测的要素 2 常规无损检测技术及其应用 2 5涡流检测 66 激光全息无损检测声振检测法微波无损检测声发射检测 3 无损检测新技术 67 3 1激光全息无损检测 激光全息检测是利用激光全息照相来检测物体表面和内部缺陷的 激光全息照相 是将物体表面和内部的缺陷 通过外界加载的方法 使其在相应的物体表面造成局部的变形 用全息照相来观察和比较这种变形 并记录下不同外界载荷作用下的物体表面的变形情况 进行观察和分析 然后判断物体内部是否存在缺陷 3 无损检测新技术 68 由于激光全息检测是一种干涉计量技术 其干涉计量的精度与波长同数量级 因此 极微小的变形都能检验出来 检测的灵敏度高 可以检验大尺寸物体 只要是激光能够充分照射到的物体表面 都能一次检验完毕 激光全息检测对被检对象没有特殊要求 可以对任何材料 任意粗糙的表面进行检测 可借助于干涉条纹的数量和分布状态来确定缺陷的大小 部位和深度 便于对缺陷进行定量分析 非接触检测 直观 检测结果便于保存 激光全息检测目前多在暗室中进行 并需要采用严格的隔振措施 因此不利于现场检测 激光全息无损检测的特点 3 无损检测新技术 69 蜂窝结构检测 例飞机机翼 采用全息照相方法检测蜂窝夹层结构 具有良好的重复性 再现性和灵敏度 复合材料检测胶接结构检测药柱质量检测印制电路板焊点检测压力容器检测 激光全息无损检测的应用 3 无损检测新技术 70 激光全息无损检测的应用 71 声振检测是激励被测件产生机械振动 通过测量被测件振动的特征来判定其质量的一种无损检测技术 3 2声振检测 3 无损检测新技术 72 蜂窝结构检测 如火箭和卫星的玻璃钢蜂窝整流罩 铝蜂窝仪器舱等 由于蜂窝结构件成型工艺复杂 脱粘缺陷是不可避免的 检测时 探头激发产生的声波进入被测试件 并使被测点基材振动 接收部分将根据接收信号相位和幅度的差别 即结构所承受谐振力后产生的机械阻抗变化来判断被测件的质量 声振检测的应用 3 无损检测新技术 73 声振检测的应用 复合材料检测胶接强度检测 74 微波检测是通过研究微波反射 透射 衍射 干涉 腔体微扰等物理特性的改变 以及微波作用于被检测材料时的电磁特性 介电常数的损耗正切角的相对变化 通