无损检测概论

1、无损检测概论204 郭志青1 一、无损检测基本概念 1、什么是无损检测？ 无损检测是在不破坏或损伤被检物体的条件下检查被检测物体的状态的一种检测工艺方法。 2、无损检测的历史和发展 1）、我国古代就出现朴素的无损检测方法 春秋时，齐国有部重要的工艺技术典籍 考工记，其中有一段文字记载炼铜时控制铸铜质量的内容：“凡铸金之状，金(铜)与锡，黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，青气次之，然后可铸也。”2 这段文字准确地记载了炼铜时，借助冶炼时烟气的不同颜色来判断铜料中杂质挥发的情况，从而判定铜水出炉的时机。 明朝宋应星所著天工开物一书有如下记载：“凡釜，即成后，试法以敲之，响声如

2、木者佳，声有差音则铁质未熟之故，它日易损坏。”这种古老的声音检测方法，在今天质量检测中仍有广泛的应用。 2）、现代无损检测体系的建立 1895年伦琴发现X射线。 1900年法国海关开始应用X射线检验物品， 1922年美国建立世界第一个工业射线实验室，用X射线检查铸件质量，以后在军事工业和机械制造业等领域得到广泛的应用。3 1895年11月8日伦琴用希托夫管试验时在氰化钡铂上形成的手的图像4 世界上首张X射线照片(伦琴夫人）5 1912年超声波探测技术最早在航海中用于探测海面上的冰山。 1929年超声波技术用于产品缺陷的检验。 二十世纪30年代用磁粉检测方法检测车辆曲柄等关健部件，以后在铁磁性材

3、料结构件上广泛应用。 毛细管现象是土壤水份蒸发的一种常见现象，随着工业化大生产的出现，将“毛细管现象”的原理成功地应用于金属和非金属材料开口缺陷的检验，其灵敏度与磁粉检测相当，它的最大好处是可以检测非铁磁性物质。6 1935年第一台涡流探测仪器研究成功。五十年代初，德国科学家霍斯特发表了一系列有关电磁感应的论文，开创了现代涡流检测的新篇章。 到了二十世纪中期，在现代化工业大生产促进下，建立了以射线检测（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）和电磁检测（ET）五大常规检测方法为代表的无损检测体系。随着现代科学技术的不断发展和相互间的渗透，新的无损检测技术不断涌现，新的无损检

4、测方法层出不穷，建立起一套较完整的无损检测体系，覆盖工业化大生产的大部分领域。7 3）、现代无损检测技术的发展 二十世纪后期，以计算机和新材料为代表的新技术，促进无损检测技术的快速发展。 射线实时成像检测技术，工业CT技术的出现，使射线检测不断拓宽其应用领域。 射线的应用和高能加速器的出现，增大了射线的检测厚度，使原来不易被低能射线穿透构件的检测变为可能。 随着纳米技术的发展，纳米材料制成图象采集器件比现在的图象增强器体积更小，容量更大，分辨率更高，图象更加清晰。纳米技术将会进一步推动射线成象技术的发展。8 超声检测技术向数字成象自动化方向发展；超声检测在复合材料和非金属材料以及市政工程（例如

5、城市供水供气管网的核查）、水利工程（例如水库大坝蚁穴的检查）将发挥越来越大的作用。 涡流检测正向着数字成象、自动检测和远场检测方向发展。 金属磁记忆诊断技术，能够快速、准确地对设备进行诊断，从而达到设备疲劳损伤早期预警控制的目的。9 无损检测技术正向无损评价方向发展。其基本做法是： （1）对材料（构件）进行应力分析，根据构件承受的载荷，计算和测定构件有缺陷的部位的应力； （2）测定或估算缺陷部位和残余应力； （3）确定材料的断裂强度； （4）进行定量的无损检测； （5）进行断裂力学计算，判断缺陷的危险程度，对设备寿命作评定。 无损检测评定的出现促进无损检测向更高层次发展。10 3、无损检测的目

6、的 、改进制造工艺 、降低制造成本 、保证产品质量 、确保设备安全运行 4、常规无损检测方法及代号 、射线检测（RT） 、超声波检测（UT） 、磁粉检测（MT） 、渗透检测（PT） 、电磁（涡流）检测（ET） 11 5、无损检测方法的应用特点 选择合理的检测方法 工件材质 加工工艺和缺陷类型 质量要求 选择合理的检测时机 缺陷出现时机 工件表面状态 综合运用无损检测方法 缺陷类型和特征 检测方法的特点和适用性12二、无损检测方法及应用 1、射线检测（RT） 1）射线检测用的射线 X射线 射线 中子射线 2）射线检测方法 按记录方式不同分为 射线照相法 荧光屏成像法 气体电离法 电视成像法13

7、按射线源不同分为 X射线探伤法 高能X射线探伤法 射线探伤法 中子射线照相法 3）射线照相法原理 14 射线穿透物质时，其强度会由于物质的吸收和散射而发生衰减，衰减的程度取决于物质厚度和密度。当物体中存在缺陷时，由于缺陷部位的厚度和密度发生变化，穿过无缺陷完好部位和有缺陷部位的射线强度不同，因而使胶片的感光程度不同，胶片处理后，就形成了黑白不同的影像。 4）射线检测主要设备器材 射线源：X射线机、高能X射线机、射线机 X射线胶片 增感屏15 象质计 铅标记 胶片处理设备 5）射线照相法适用范围 适用于检查各种金属和非金属材料和工件的内部缺陷，常用于铸件和焊缝。 6）射线照相法的特点和局限性 优

8、点： 不受材料及表面状态限制，适用广泛 检测结果直观16 定性定量容易 底片可永久性保存 局限性： 检测成本高，检测速度慢 检测灵敏度与材料厚度相关 对细微的密闭性裂纹和未熔合类面状缺陷可能漏检 射线对人体有害，需安全防护 17 2、超声波检测（UT） 1）声波、超声波和次声波 机械振动在弹性介质中的传播叫机械波，机械波按振动频率分为声波、超声波和次声波。 次声波：频率20Hz，人耳听不到 声波：频率2020000Hz，人耳能听到 超声波：频率20000Hz，人耳听不到 2）超声波的主要特性 -具有良好的方向性，可定向发射 -传播过程中会因扩散和介质吸收和散射而发生衰减 -在异质界面上能产生反

9、射、折射和波型转换 18 -频率高、能量高，在大多介质中传播能量损失小，穿透厚度大。 3）超声波检测方法 纵波法（垂直法） 横波法（斜角法） 表面波法（瑞利波法） 板波法（兰姆波法）19 4）超声波检测主要设备器材 超声波探伤仪 超声波探头 各种试块 5）超声波检测的适用范围 适用于检测各种金属材料、工件的内部缺陷，常用于锻件、管、板、棒材和焊缝。 6）超声波检测方法的特点和局限性 优点： 检测速度快，检测成本低 检测厚度大，灵敏度高 缺陷定位较准确20 对细微的密闭裂纹类缺陷灵敏度高 局限性： 适用性受工件材质和表面状态限制 检测结果不直观，定性困难 定量有偏差 对人员的操作技能和经验要求较

10、高 无永久性记录21 3、磁粉检测（MT） 1）磁铁的磁极 把一根磁铁棒在中心支持或悬挂起来，磁铁棒的两端总是指向南北方向，指向南方的一端称为南极（S），指向北方的一端称为北极（N）。 如果把磁铁棒投入铁屑中，取出之后，发现其两极上吸引的铁屑特别多，即磁性特别强。22 如果把一个条形磁铁折断成两段，则每一段磁铁都有两个磁极N和S。 2）磁粉检测原理 被检工件被磁化后，在工件表面均匀喷洒磁粉（磁悬液），若工件不存在缺陷，工件表面上磁粉均匀分布；若工件表面或近表面存在缺陷时，由于缺陷处磁阻变化，在缺陷处产生漏磁场，形成一对小的N、S磁极，磁粉被小磁极磁化并吸引，在缺陷处形成磁粉堆积，显示出肉眼可见

11、的缺陷图像。23 3）磁粉和磁悬液及其特性 磁粉：由具有高磁导率和低矫顽力的细微的铁磁性材料粉末组成的。正常情况下不显磁性，在微小的磁场作用下容易被磁化而被磁极吸引。 一般使用的磁粉有： 黑磁粉：Fe3O4 红磁粉：Fe2O3 白磁粉：包敷白染料 荧光磁粉：包敷荧光染料 磁悬液：磁粉悬浮于载液中形成磁悬液。 一般使用的载液有： 轻质变压器油、煤油、水24 4）磁粉检测设备和器材 磁粉探伤机（仪） 灵敏度试片（A、B、C、D型） 磁场指示器（八角试片） 紫外灯 磁强计 照度计 磁粉 磁粉载液（变压器油、煤油、水） 25 磁性称量仪 梨形管（浓度测定） 5）磁粉检测适用范围 适用于检测各种铁磁性材

12、料、工件的表面和近表面缺陷，常用于各种铁磁性材料工件半成品和成品的表面检测。 6）磁粉检测的特点和局限性 优点： 工艺简单，检测速度快，成本低 检测灵敏度高 检测结果直观，可显示缺陷形状、位置和尺寸 26 局限性： 只能检测表面及近表面缺陷 只适用于铁磁性材料 易产生不相关显示 通电法可能灼伤工件表面 27 4、渗透检测（PT） 1）渗透检测的原理 在工件表面施加含有固体染料的渗透液，在毛细管原理的作用下，渗透液渗入表面开口缺陷；去除表面多余的渗透液，在表面施加一层白色的显象剂；同样在毛细管原理作用下，缺陷中的渗透液被吸出，使显像剂染色，从而使缺陷显现出来。 28 2）渗透检测方法的分类 按渗

13、透液中染料类型分类： 着色法 荧光法 按渗透液去除方法分类： 水洗型 后乳化型 溶剂去除型 按显象剂类型分类： 干式显象法 湿式显象法29 3）渗透探伤材料 渗透液由染料、溶剂、乳化剂及多种改善渗透液性能的附加成份组成。 清洗剂（溶剂去除剂）： 丙酮、乙醇、汽油、三氯乙烯等。 显象剂： 干式显象剂：氧化镁、氧化锌、氧化钛、碳酸钠等粉末。 湿式显象剂： 水悬浮湿式显象剂 水溶性湿式显象剂 溶剂悬浮湿式显象剂30 4）渗透检测设备器材 渗透探伤剂（渗透剂、清洗剂、显象剂） 预清洗装置 渗透液施加装置 后乳化装置 水洗装置 干燥装置 显象剂施加装置 后清洗装置 照明装置（白光灯、紫外灯） 照度计 3

14、1 黑光强度检测仪 铝合金试块 镀铬试块 5）渗透检测的适用范围 适用于检测各种非多孔性材料和工件的表面开口缺陷，常用于各种非铁磁性材料工件成品的表面缺陷检测。 6）渗透检测特点和局限性 优点： 操作简便，检测成本较低； 适用范围广，不受工件材质和结构限制； 检测灵敏度较高，检测结果直观； 32 局限性： 只能检测表面开口的缺陷； 对表面状态和预清洗要求较高； 有毒，有污染。33 5、涡流检测（ET） 1）涡流检测原理 当线圈通交变电流时，在线圈中感应一个平行于线圈轴线方向的交变磁场，把线圈靠近导电体时，线圈的交变磁场会在导电体中感应出涡电流（简称涡流），其方向垂直于磁场并与线圈电流方向相反。

15、导电体中的涡流本身也要产生交变磁场，该磁场与线圈的磁场发生作用，使通过线圈的磁通发生变化，这将使线圈的阻抗发生变化，从而使线圈中的电流发生变化。通过监测线圈中电流的变化（激励电流为恒定值），即可探知涡流的变化，从而获得有关试件材质、缺陷、几何尺寸、形状等变化的信息。34 2）涡流检测的基本方式 涡流检测的方式分为三种类型： （1）穿过式线圈法：检测线圈套在试件上，其内径与试件外径接近，用于检测如棒材、管材、丝材等。 （2）探头式线圈法：平面检测线圈直接置于试件平表面上进行局部检测扫查，为了提高检测的灵敏度，通常在线圈中加有磁芯以提高线圈的品质因数。 （3）插入式（内探头）线圈法：将螺管式线圈插入管材或试件的孔内作内壁检测，线圈中也多装有磁芯以提高检测灵敏度。35 3）适用范围 涡流检测适用于钢铁、有色金属、石墨等各种导电材料的制品，如管材、丝材、棒材、轴承、锻件等等，用于检测这些材料的表面和近表面的缺陷，根据电导率与合金成分及合金的显微组织相关的特点对金属材料进行分选，对热处理质量进行监控（例如时效质量、硬度、过热或过