常见缺陷无损检测精品PPT课件

1、第2章 常见缺陷 本章提要：缺陷分析是无损检测的技术基础。主要解决两方面的问题： 一是弄清缺陷的分类、性质、危害性； 二是分析缺陷的产生原因，以便有效地识别缺陷、消除缺陷本章重点讲授缺陷分类、。缺陷的产生原因应结合材料成型工艺、材料合成与制备方法等课程内容深入理解与总结。 最后，对作。1内容2.1 缺陷分类2.2材料和加工工艺中常见缺陷2.3 缺陷的危害2.4 缺陷和常用无损检测方法22.1 工艺缺陷的概念及分类2.1.1 工艺缺陷的概念 （1）什么是工艺缺陷？ 在材料加工成型过程中，经常会出现 某种或某些不合乎质量要求的外观缺陷、性能缺陷、组织缺陷和更为严重的内部几何不连续型缺陷（如裂纹、孔

2、洞、夹杂等）。我们把这些“冶金因素、结构因素、工艺因素”导致的产品质量不符合相关标准要求的各类缺陷统称为工艺缺陷。3工艺缺陷种类繁多，产生原因也相当复杂。为了便于分析和处理工艺缺陷、制定检验工艺、方便技术交流，有必要对其进行分类。 2.1.2 工艺缺陷的分类 4金属材料： 焊接缺陷 铸造缺陷 锻压缺陷 热处理缺陷 淬火、回火、退火 冷加工 金属型材：板材， 管材，棒材非金属材料：混凝土，陶瓷，高分子复合材料： （1）按材料和加工艺方法分为：5(2)按技术内涵大体分为： 加工、装配缺陷 如焊件坡口角度、装配间隙不均匀，错边量过大等； 形状、尺寸缺陷 如工件变形、焊缝宽窄不一致、焊缝余高过大、表面

3、塌陷、满溢、焊瘤等等； 6 几何不连续型缺陷 如焊件中的裂纹、孔洞、夹杂、未熔合、未焊透，铸件中的缩孔、疏松、裂纹等等； 组织、性能缺陷 如机械性能不良、耐腐蚀性下降、过热组织、脆性组织、偏析等等； 其它工艺缺陷 如飞溅、表面划伤、电弧擦伤、凿痕、磨痕等等。 7 （3）按缺陷性质不同分为： 裂纹如冷裂纹、热裂纹、再热裂纹、 层状撕裂、火口裂纹等； 孔穴如缩孔、气孔等； 固体夹杂如夹渣、夹钨等； 未熔合如坡口未熔合、层间未熔合； 未焊透如根部未焊透、中部未焊透； 其它缺陷未包含在以上5种缺陷中的缺陷，如咬边、烧穿、焊瘤、电弧划伤等。8 （4）按缺陷的埋藏深度分为： 表面缺陷如表面气孔、表面裂纹、

4、砂眼、咬边等； 近表面缺陷如皮下气孔、夹杂等； 内部缺陷如内部夹杂、气孔、缩孔、裂纹、未熔合、未焊透等； (5)按缺陷的几何特征不同分为： 体积型 如孔洞、夹杂等； 面积型如裂纹、未熔合、夹层等；9 （6）按具体缺陷的位置特征又有不同的称谓：例如：裂纹可分为：HAZ 裂纹、焊缝裂纹、火口裂纹、焊趾裂纹、焊根裂纹等；未熔合可分为：坡口未熔合、层间未熔合、根部未熔合。 （7）其它分类： 按裂纹走向不同有：横向裂纹、纵向裂纹、人字形裂纹、辐射形裂纹等称谓； 按裂纹尺寸不同又有：宏观裂纹、微裂纹等称谓。 10按具体缺陷产生机理又有不同的分类，例如：焊接接头中的裂纹因其产生机理不同有： 热裂纹、冷裂纹、

5、再热裂纹、层状撕裂等； 焊件中的气孔又分为： 氢气孔、氮气孔、CO气孔等等。112.2 材料和加工工艺中常见缺陷2.2.1 金属材料加工工艺： 铸造缺陷锻压缺陷焊接缺陷 热处理缺陷 淬火、回火、退火 冷加工 2.2.2 金属型材缺陷：板材， 管材，棒材2.2.3 非金属材料：混凝土，陶瓷，高分子复合材料：122.2.1 加工工艺缺陷铸造铸造是一种非常重要的生产工艺，具有：制成复杂的毛坯，大小不受限制从几克到几百吨，成本低 铸造缺陷1. 气孔 由于溶化的金属在凝固时，产生的气体来不及溢出金属表面或者内部产生的圆孔 危害：破坏了结构的连续性，应力集中，降低冲击韧性和疲劳强度如图 132. 缩孔和缩

6、松 金属在凝固时，由于收缩而产生的缺陷。缩孔由于金属溶液流动性凝固产生的空洞；缩松，多孔疏松部分或者密集的小气空群 危害性同气孔如图143. 夹砂与夹渣 夹砂：浇注时由于型砂受到熔液的冲击渗入铸件内部而形成的缺陷，一般在大型的铸件中出现；夹渣：浇铸时由于铸液中的溶渣没有与铸液分离开而进入铸件形成的危害：同上，已在经受锻压或其他加工时产生裂纹如图154. 裂纹 由于铸件各部分的冷却速度不均匀而产生的残余应力超过材料的断裂强度时引起的，根据发生的温度不同分为热裂纹和冷裂纹，存在铸件表面和内部危害性：很大，引起铸件的报废如图165. 冷隔和浇不足 浇铸温度太低，金属熔液在铸模中不能充分流动而造成的一

7、类缺陷。发生在表面的叫做冷隔，因熔液没流入形成的缺口叫做浇不足如图176. 偏析 化学成分不均匀和组织不均匀如图 182.2.1 加工工艺缺陷锻造 锻件的原料缺陷，缺陷多半是有铸件遗留下来的，所以铸件的各种缺陷在锻件中都可能发生。此外，在锻造过程中产生新的缺陷夹砂和夹渣 缩孔和疏松金属和非金属夹杂物龟裂 原材料成分不当、表面状况不好、加热温度和加热速度不合适产生19205. 过热 加热温度过高或者保温时间过长，引起晶粒粗大的现象称为过热6. 过烧 加热温度超过始端温度过多，使材料内部晶界氧化并产生较大的裂纹，或者引起显著的晶粒粗大，其形状与龟裂相同7. 折叠 工艺不当，将坯料已氧化的表层引入工

8、件21222.2.1 加工工艺缺陷焊接焊接常用见的生产工艺，船体、高炉的炉壳、建筑构架，锅炉与压力容器、车厢、轨道、机翼等等缺陷很多，以未焊透和裂纹危害最大1. 裂纹 23焊接接头组织焊缝焊接热影响区24图5-1 焊接裂纹的宏观形态及分布a) T型接头的宏观裂纹 b) 对接接头的焊接裂纹 c) 焊缝收弧处的弧坑裂纹1焊缝中纵向裂纹 2焊缝中横向裂纹 3熔合区裂纹 4焊缝根部裂纹5热影响区根部裂纹 6，7焊趾裂纹 8焊道下裂纹 9层状撕裂10弧坑纵向裂纹 11弧坑横向裂纹 12弧坑星形裂纹 25根据裂纹产生的机理，焊接裂纹可分为：焊接热裂纹 结晶裂纹 液化裂纹 多边化裂纹焊接冷裂纹 延迟裂纹 淬

9、硬脆化裂纹 低塑性裂纹再热裂纹层状撕裂应力腐蚀裂纹26一、热裂纹的主要特征 热裂纹出现时间： 在结晶后期，邻近固相线的温度范围内，焊后立即产生；结晶裂纹主要产生钢种： 在含碳、硫、磷等杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝中和单相奥 氏体钢、镍基合金以及某些铝合金的焊缝中 ；热裂纹主要分布位置： 在焊缝中心、弧坑，有的分布在焊缝的柱状晶晶界，有的分布 在热影响区的过热区 热裂纹的显微特征： 产生具有沿晶开裂特征，它是沿原奥氏体晶界开裂，裂纹 尖端圆钝，裂纹表面还多伴随有氧化色彩 。热裂纹的产生与焊缝和热影响区中碳、硫、磷等杂质的含量及结晶 后期硫、磷等在晶界形成的低熔点共晶有关 ；27一、 冷裂纹的分类

10、 (一) 延迟裂纹 这种裂纹是冷裂纹中一种普遍形态，它的主要特点是不在焊后立即出现，而是有一定孕育期，具有延迟现象 1. 焊趾裂纹2. 焊道下裂纹3. 根部裂纹 (二) 淬硬脆化裂纹(或称淬火裂纹) 它完全是由冷却时马氏体相变而产生的脆性造成的，这种裂纹基本上没有延迟现象，焊后可以立即发现，有时出现在热影响区，有时出现在焊缝上 (三) 低塑性脆化裂纹 某些塑性较低的材料，冷至低温时，由于收缩力而引起的应变超过了材质本身所具有的塑性储备而产生的裂纹 28二、冷裂纹的特征1. 容易出现冷裂纹的钢种 冷裂纹常产生在中、高碳钢，低合金高强钢和钛合金等金属材料焊接接头中。这与钢种的淬硬倾向有关。淬硬倾向

11、越大的钢种，冷裂纹倾向越大。2. 形成冷裂纹的温度 冷裂纹是在材料的马氏体转变点（Ms）以下。3.冷裂纹的延迟特征 冷裂纹可以在焊后立即出现，也有时要经过一段时间(几小时，几天甚至更长)才出现。且随时间延长逐渐增多并扩展。 4. 冷裂纹的开裂形式 冷裂纹多出现在焊接热影响区，有时也出现在焊缝。冷裂纹的断裂与热裂纹不同，它是既有沿晶、又有穿晶开裂的复杂断口。 292. 未焊透 在有坡口的焊接或者丁字焊时，由于焊条或者焊接电流过低，使电弧不能到达坡口底部而产生的缺陷303. 未熔合 4. 夹渣和夹杂 5. 气孔 6. 咬边3132332.2.1 加工工艺缺陷热处理过热过烧氧化脱碳变形裂纹34过烧3

12、5裂纹362.2.2 金属型材缺陷板材板材 普通板材和复合板材1.分层和夹杂物 钢锭中存在气孔、缩孔、夹渣等以致压合不紧密引起的2. 裂纹 千差万别，由于偏析、气孔、氧化皮等以致压合不紧密引起的，条状小裂纹，龟裂装，边缘锯齿状裂纹等3. 皮下气孔 钢锭中存在气孔、缩孔等以致压合不紧密引起的4. 表面缺陷 5. 脱黏 复合板材异质材料在界面处没结合成一体372.2.2 金属型材缺陷管材 管材： 外壁划痕：横向裂纹：材料含铜量过多，变形量过大、加热过度等产生的缺陷，与轴向垂直或近似垂直总向裂纹： 由于加热不良、热处理不良以及加工方法不良等产生的缺陷，方向与管材的轴向平行或者近似平行382.2.2

13、金属型材缺陷棒材裂纹 根据形状，横向裂纹，纵向裂纹和过烧裂纹。横向裂纹与压延方向垂直，成分不均引起的；纵向裂纹，比较深的线性裂纹，热应变，气孔等引起；过烧在棒材表面形成小鳞状裂纹夹杂 钢钉中的夹杂物表面缺陷 材料表面粗糙度、轧辊调整的不好等原因引起的392.2.3 非金属材料-混凝土蜂窝: 混凝土结构局部出现酥松、多砂少浆，石子之间有空隙，想蜂窝状，危害很大孔洞：空隙，局部蜂窝较大，裂纹： 起源内部的微气孔、未裂纹露筋表面不平整麻面： 混凝土表面的小坑和麻点，形成粗糙面，但无露筋40陶瓷材料及成型工艺陶瓷材料的成型干压成型注浆成型热压成型注射成型2.2.3 非金属材料-陶瓷412.2.3 非金

14、属材料-陶瓷陶瓷可分为日用陶瓷和技术陶瓷变形：内外因，配料不当，结构不合理；装窑不当，升温过快等开裂：坯体开裂和釉裂夹层：釉层剥离粘疤黑点：表面形成黑色的斑点，烟气中CO剧烈分解析出碳42复合材料中的缺陷 定义 分类： 1.按照基体材料肥沃金属基复合材料、树脂基复合材料和陶瓷基复合材料 2. 按照增强体的形态，分为颗粒增强复合材料、显微增强复合材料、夹层复合材料和三维编织复合材料43复合材料的成型树脂基复合材料成型手糊成型层压成型热压罐成型喷射成型对模模压成型缠绕成型44复合材料及成型工艺：复合材料的成型金属基复合材料成型粉末冶金法挤压铸造法喷射沉积法热压法连接45复合材料及成型工艺：复合材料

15、的成型陶瓷基复合材料成型泥浆烧铸法热压烧结法浸渍法1ban进度46孔隙分层夹杂纤维弯曲不均匀47常见的复合材料缺陷夹芯结构以及蜂窝芯子面板胶接层蜂窝芯子48常见的复合材料缺陷纤维断裂、树脂富集和孔洞49常见的复合材料缺陷面芯脱胶5023 工艺缺陷的危害及其对产品质量的影响 2.3.1 工艺缺陷的危害性（定性分析） 应该指出，处在同一位置上的不同性质的缺陷、或处在不同位置的同一性质的缺陷，其危害性是不尽相同的： (1)对于同一性质的缺陷（即使数量、大小相同）有： 51 表面缺陷比内部缺陷危害性大; 位置特征 高应力区的缺陷比低应力区的缺陷危害性大； 应力特征 与主应力垂直的片状缺陷比平行主应力时

16、危害性大； 走向特征 应力集中区的缺陷比非应力集中区的缺陷危害性大； 缺口效应 对疲劳强度的影响比静载强度的影响大； 载荷特征 未发现的缺陷比已发现的缺陷危害性大； 掌控状态52(2)不同性质的缺陷危害性排序（从大到小）： 裂纹 未熔合，未焊透 咬边 夹杂（条状） 夹杂(圆形) 气孔。 应该强调，任何一种缺陷达到相当严重的程度都会造成危害，不仅会造成结构的破坏，甚至会酿成灾难性事故！ 尤其对于裂纹类缺陷工艺上是不能容忍的！ 必须彻底铲除!532.3.2 工艺缺陷产生危害的本质 (1)使工件的有效承载截面F受到削弱，因而使实际平均应力增大。 (2)缺陷造成的几何不连续，导致局部应力集中！ 引起缺

17、口尖端的局部三向拉应力，使材料性能变脆，即产生缺口效应； 可能引起裂纹失稳扩展，造成低应力破坏（脆断）； 结构的应力集中点又容易引发疲劳裂纹；成为疲劳裂纹源! 应力集中区也容易加剧引起应力腐蚀开裂。54总之，材料强度越高、加工精度越高、对应力集中越敏感，工艺缺陷造成的危害越大。2.3.3 工艺缺陷的产生原因 这个问题十分复杂，需要具体问题具体分析。从总体上说，主要来自： 冶金因素如化学成分、碳当量、杂质含量、冷却速度等等； 结构（力学）因素如壁厚、应力集中、截面突变、拘束应力等等； 工艺因素预热条件、烘干温度、清理、环境湿度、规范参数等等；55 对于每种具体缺陷的产生原因，还要结材料成型原理课

18、程的学习来深入理解。 譬如: 焊接冷裂纹的产生原因 ( 三要素): 接头中的淬硬组织 M; 接头中的较高拘束应力R; 扩散氢含量的影响。 三因素相互促进，加剧焊缝在焊根或熔合线处的开裂倾向。562.4 材料无损检测方法 的种类及其适用性 2.4.1 常用的无损探伤方法及探伤原理 材料或工件未知工艺缺陷的检测中常用的无损探伤方法有： (1)射线探伤（RT） 是利用射线的穿透性和衰减性来发现缺陷，即射线能够穿透物质并且在物质中有衰减的物理特性来发现缺陷的。 该法是工业生产中最常用的NDT方法!572.4.1 常用的无损探伤方法及探伤原理(2)超声波探伤（UT） 是利用超声波在物质中传播、反射和衰减

19、等物理性质来发现缺陷的。 该法与射线探伤法形成优势互补. (3)磁力探伤（MT） 是通过对铁磁材料进行磁化所产生的漏磁场来发 现其表面及近表面缺陷的。 在黑色金属的表面检测中应用广泛.582.4.1 常用的无损探伤方法及探伤原理(4)渗透探伤（PT） 是利用荧光染料或红色染料渗透剂的渗透作用显现工件表面开口型缺陷痕迹的。 注意:不能用于多孔型材料!(5)涡流探伤(ET) 是利用涡流的集肤效应及其在缺陷处的畸变行为来发现和检测缺陷的。此外，还有液晶探伤、中子探伤、全息探伤、声发射探伤等等。59检测方法简介的说明有关各种检测方法的技术内涵和要点将在今后各章的讲授中，深入理解。总之，每种方法既有它的优势，也有它的局限性。这一点就像没有包治百病的良药一样！应用是应根据检测工艺需要,认真进行选择!602.4.2五种常用无损探伤法的适用性 射线探伤：适用于材料内部体积型缺陷：孔