无损检测技术及其应用-张广远

1、无损检测技术及其应用无损检测技术及其应用主讲：张广远2017.10主要内容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 无损检测无损检测NDT （Non-destructive testing） 利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下使用性能的前提下，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。结构的技术。1、无损检测概述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

2、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。51、无损检测概述1、无损检测概述（一）检测范围 1组合件的内部结构或

3、内部组成情况的检查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应变测试应变测试1、无损检测概述(二二)应用特点应用特点1无损检测要与破坏性检测相配合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正确选用实施无损检测

4、的时间3正确选用最适当的无损检测方法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综合应用各种无损检测方法1、无损检测概述(二二)应用特点应用特点1无损检测要与破坏性检测相配合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综合应用各种无损检测方法无损检测方法分类无损检测方法分类 检测原理无损检测l声学方法检测l电学方法检测l射线检测 l磁学方法检测l微波和介电方法检测l光学方法检测l热学方法检测l渗透检测 1、无损检测概述1、无损检测概述工程应用中，五大常规无损检测常

5、规无损检测技术：涡流检测（Eddy current Testing ，ET）磁粉检测（Magnetic particle Testing，MT）渗透检验（Penetrate Testing ，PT）超声检测（ Ultrasonic Testing，UT）射线检测（ Radiographic Testing，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 Acoustic Emission(缩写 AE)；泄漏检测 Leak Testing（缩写 LT）； 衍射波时差法超声检测技术Time of Flight Diffraction (缩

6、写 ToFD)； 导波检测Guided Wave Testing； 光全息照相Optical Holography； 红外热成象Infrared Thermography； 微波检测 Microwave Testing 121314 无损检测技术现状及发展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

7、与设备安全监测中发挥着重要作用。1、无损检测概述自动自动无损检测和定量定量无损检测微观微观缺陷检测缺陷检测、在线检测、在役检测、在线检测、在役检测新原理、新方法、新技术的探索研究新原理、新方法、新技术的探索研究1、无损检测概述2、常规无损检测技术及其应用射线检测(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 182、常规无损检测技术及其应用2.1 射线检测 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

8、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。 192、常规无损检测技术及其应用2.1 射线检测 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。202、常规无损检测技术及其应用2.1 射线检测 照相法 电离

9、检测法 荧光屏直接观察法 工业射线CT技术212、常规无损检测技术及其应用2.1 射线检测照相法22电离检测法23荧光屏直接观测法24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

10、分辨力。 25射线CT装置26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 27射线CT的工业应用28射线CT的工业应用29 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。 302、常规无损检测技术及其应用2.2 液体渗透检测 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

11、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。 312、常规无损检测技术及其应用2.2 液体渗透检测优点优点应用广泛，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。 322、常规无损检测技术及其应用2.2 液体渗透检测 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

12、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。 332、常规无损检测技术及其应用2.2 液体渗透检测342、常规无损检测技术及其应用2.2 液体渗透检测 分类荧光渗透探伤着色渗透探伤 352、常规无损检测技术及其应用2.2 液体渗透检测 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

13、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510m)，一般用四氧化三铁或三氧化二铁作为磁粉。 362、常规无损检测技术及其应用2.3 磁粉检测 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

14、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。 372、常规无损检测技术及其应用2.3 磁粉检测382、常规无损检测技术及其应用2.3 磁粉检测磁粉检测原理 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

15、、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50m时，对磁粉检测的灵敏度影响很小。392、常规无损检测技术及其应用2.3 磁粉检测磁粉检测应用磁粉检测方法 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1/51/2 s，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

16、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。 402、常规无损检测技术及其应用2.3 磁粉检测 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。 412、常规无损检测技术及其应用2.3 磁粉检测磁粉

17、检测方法 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。 42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432、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 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

18、弹性介质中传播的机械振动，其频率高于20 kHz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。 452、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

19、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。 462、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工作频率 超声波检测常用的工作频率为0.45 MHz，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1050 MHz。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100 MHz。 472、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 适应性强、检测灵敏度高、

20、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。482、常规无损检测技术及其应用2.4 超声波检测 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。492、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

21、缺点超声波检测的应用 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。 502、常规无损检测技术及其应用2.4 超声波检测超声波检测方法 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

22、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。 512、常规无损检测技术及其应用2.4 超声波检测5253 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。 54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 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

23、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。 56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 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。 58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

24、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602、常规无损检测技术及其应用2.4 超声波检测 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。 612、常规无损检测技术及其应用2.5 涡流检测涡流检测原理622、常规无损检测技术及其应用2.5 涡流检测 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

25、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。 63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 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 64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 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

26、和试件的间距。 机械传动装置性能 。 标准样块。 65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 激光全息无损检测 声振检测法 微波无损检测 声发射检测 663、无损检测新技术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。 673、无损检测新技术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

27、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。 68 激光全息无损检测的特点3、无损检测新技术 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

28、 压力容器检测 69激光全息无损检测的应用3、无损检测新技术激光全息无损检测的应用70 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。 713.2 声振检测3、无损检测新技术 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。 72声振检测的应用3、无损检测新技术声振检测的应用 复合材料检测 胶接强度检测 73 微波检测是通过研究微波反射、透射、衍射、干涉、腔体微