第6章无损检测方法

第6章常用无损检测方法6.1无损检测概述6.2超声检测

6.3射线检测

6.4涡流检测

6.5声发射检测

6.6红外检测

6.7激光全息检测

6.8其他无损检测方法

6.1无损检测概述无损检测的定义无损检测的目的和任务常用无损检测技术的方法及应用缺陷的种类和产生原因无损检测NDT（Non-destructivetesting），就是利用声、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不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态（如合格与否、剩余寿命等）的所有技术手段的总称。

无损检测的定义NDT是指对材料或工件实施一种不损害或不影响其未来使用性能或用途的检测手段。通过使用NDT，能发现材料或工件内部和表面所存在的缺欠，能测量工件的几何特征和尺寸，能测定材料或工件的内部组成、结构、物理性能和状态等。宏观与微观；定性与定量无损检测的目的

1．确保工件或设备质量，保证设备安全运行

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，从而防止设备和人身事故。这就是无损检测最重要的目的之一。

2．改进制造工艺

．

无损检测不仅要把工件中的缺陷检测出来，而且应该帮助其改进制造工艺。例如，焊接某种压力容器，为了确定焊接规范，可以根据预定的焊接规范制成试样，然后用射线照相检查试样焊缝，随后根据检测结果，修正焊接规范，最后确定能够达到质量要求的焊接规范。无损检测的目的

3．降低制造成本

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。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、铸锻件和焊中缺陷缝的检查

(1)质量评定

(2)寿命评定

3．材料和机器的计量检测

通过定量的测定材料和机器的变形量或腐蚀量来确定能不能继续使用。例如，用超声波测厚仪来测定容器的腐蚀量，通过射线照相来测定原子反应堆用过的燃料棒的变形量、喷气发动机叶片的变形量等。74．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，例如，可采用电磁感应法来进行材质混料的分选和材料热处理状态的判别。5．表面处理层的厚度测定

确定各种表面层的深度和厚度。例如，用电磁感应检测法可以测定渗碳淬火层的深度和镀层的厚度。6．应变测试8(二)应用特点1．无损检测要与破坏性检测相配合无损检测的最大特点是在不损伤材料、工件和机器结构物的前提下来进行检测的。但是无损检测不能代替破坏性检测。2．正确选用实施无损检测的时间在进行无损检测时，必须根据无损检测的目的，正确选用无损检测实施的时间。例如，要检查高强钢焊缝有无延迟裂纹，无损检测实施时间，就应安排在焊接后一昼夜以后进行。又如，要检查热处理工艺是否正确，就应将无损检测实施时间放在热处理后进行。从上述例子说明，只有正确的选用实施无损检测时间，才能正确评价产品质量。

3．正确选用最适当的无损检测方法

无损检测在应用中，由于检测方法本身特点所限，缺陷不能完全检出。为了提高检测结果的可靠性，必须在检测前，根据被检物的材质、加工种类、加工过程或使用过程，预计可能产生什么种类、什么形状的缺陷，在什么部位、什么方向产生；根据以上种种情况分析，然后根据无损检测方法各自的特点选择最合适的检测方法。4．综合应用各种无损检测方法

在无损检测应用中，每种无损检测方法都有它自己的优点，也有它的缺点。因此，在无损检测的应用中，如果可能，不要只采用一种无损检测方法，而应尽可能多的同时采用几种方法，以便保证各种检测方法互相取长补短，从而取得更多的信息。另外，还应利用无损检测以外的其他检测所得的信息，利用有关材料、焊接、加工工艺的知识及产品结构的知识，综合起来进行判断。

应特别指出的是，射线检测和超声检测不能互为代替，因为两者各有侧重功能。虽然标准中曾有过可以互为代替使用的规定。现行规定：选择超声波检测时，还可对超声波检测部位作射线检测复验，选择射线探伤时也可进行超声波检测复验。常规无损检测方法有：超声检测UltrasonicTesting（缩写UT）；射线检测RadiographicTesting（缩写RT）；磁粉检测MagneticparticleTesting（缩写MT）；渗透检验PenetrantTesting（缩写PT）；涡流检测EddycurrentTesting（缩写ET）；

目视检测VisualTesting（缩写VT）；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各种无损检测方法的区别超声波与射线检测的对比主要无损检测方法的适用性和特点各种材料中出现的主要缺陷及其产生的原因如下：(一)铸件中常见的缺陷及其产生原因(1)气孔溶化的金属在凝固时，其中的气体来不及逸出而在金属表面或内部发生的圆孔。(2)夹渣浇铸时由于铁水包中的溶渣没有与铁水分离，混进铸件而形成的缺陷。(3)夹砂浇铸时由于砂型的砂子剥落，混进铸件而形成的缺陷。(4)密集气孔铸件在凝固时由于金属的收缩而发生的气孔群。(一)铸件中常见的缺陷及其产生原因(5)冷夹主要是由于浇铸温度太低，金属熔液在铸模中不能充分流动，在铸件表面生成冷夹。(6)缩孔和疏松铸件在凝固过程中由于收缩以及补缩不足所产生的缺陷叫缩孔。而沿铸件中心呈多孔性组织分布叫中心疏松。(7)裂纹由于材质和铸件形状不适当，在凝固时因收缩应力而产生的裂纹。在高温下产生的叫热裂纹，在低温下产生的叫冷裂纹。(8)型芯撑和内冷铁型芯的支撑物遗留在铸件内，或者为了增加凝固速度所用的冷铁和内冷铁附着，遗留于铸件上形成的缺陷。(二)锻件中常见的缺陷及其产生的原因(1)缩孔和缩管铸锭时，因冒口切除不当，铸模设计不良，以及铸造条件(温度、浇注速度、浇注方法、熔炼等)不良所产生的缩孔没有被锻合而遗留下来的缺陷。(2)非金属夹杂物炼钢时，由于熔炼不良以及铸锭不良，混进硫化物和氧化物等非金属夹渣物或者耐火材料等所造成的缺陷。(3)夹渣由于铸锭时，溶渣和耐火材料或夹渣时太多，留在锻件中形成的缺陷。(4)龟裂

锻钢件表面上出现的较浅的龟状表面缺陷叫龟裂。它是由于原材料成分不当，原材料表面情况不好，加热温度和加热时间不合适而产生的。(三)焊件中常见的缺陷及其产生原因焊接接头缺陷的类型很多，按在接头中的位置可分为外部缺陷和内部缺陷两大类。1．外部缺陷位于接头的表面，用肉眼或低倍放大镜就可看到，如咬边、焊瘤、弧坑、表面气孔和裂纹等。这类缺陷不加讨论。2．内部缺陷位于接头内部，必须通过各种无损检测方法或破坏性试验才能发现。内部缺陷有未焊透、未熔合、夹渣、气孔、裂纹等。

(1)未焊透焊接时接头根部未完全熔透的现象。在底片呈现规则性的黑色条纹，成直线连续状或间断分布，边缘整齐。未焊透缺陷不仅降低了焊接接头的机械性能，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点承载后往往会引起裂纹，是一种危险性缺陷，这类缺陷一般是不允许存在的。(2)未熔合熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部分，点焊时母材与母材之间未完全熔化结合的部分。(3)夹渣、夹杂物夹渣是指焊后残留在焊缝中的熔渣。夹杂物是指由于焊接冶金产生的、焊后残留在焊缝金属中的非金属杂质(如氧化物、硫化物等)。两种缺陷是焊缝中常见的缺陷，其形状有条状和点状，外形不规则。(4)气孔

在焊接过程中，由于焊缝内部存在的或外界侵入的气体。在熔池金属凝固之前来不及逸出，而残留在焊缝金属内所形成的空穴，按分布情况可分为单个气孔、密集气孔和链状气孔。(5)裂纹

裂纹主要是在熔焊冷却时因热应力和相变应力而产生的，也有在校正和疲劳过程中产生的，是危险性最大的一种缺陷。

6.2超声检测超声波检测（UT）定义定义：通过超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。超声检测是利用超声波的众多特性（如反射和衍射），通过观察显示在超声检测仪上的有关超声波在被检材料或工件中发生的传播变化，来判定被检材料和工件的内部和表面是否存在缺陷，从而在不破坏或不损害被检材料和工件的情况下，评估其质量和使用价值。（l）纵波当弹性介质受到交替变化的拉、压应力作用时，就会相应产生交替变化的拉伸和压缩形变。此时质点振动方向与波传播方向相同，这种波被称为纵波。通常用符号“L”表示。（2）横波当固体介质受到交变的剪切应力作用时，将发生相应的剪切变形，介质质点产生具有波峰和波谷的横向振动，这时质点的振动方向与波的传播方向垂直。这种波称为“横波”，又称为剪切波常用符号“S”表示。超声波波型由于液体和气体不存在剪切应力，所以液体和气体中只能传播纵波，不能传播横波。（3）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，常用符号“R”表示。表面波在介质表面传播时，介质表面质点作椭圆运动。椭圆运动可视为纵向振动和横向振动的合成，因此表面波同横波一样只能在固体介质中传播，不能在液体和气体介质中传播。（4）板波（兰姆波）

在板厚和波长相当的弹性薄板中传播的超声波叫板波(或兰姆波)。板波传播时声场遍及整个板的厚度。薄板两表面质点的振动为纵波和横波的组合，质点振动的轨迹为一椭圆，在薄板的中间也有超声波传播。板波按其传播方式又可分为对称型（S型）和非对称型（A型）两种，这是由质点相对于板的中间层作对称型还是非对称型运动来决定的。

板波(a)对称型；(b)非对称型超声波工作频率超声波是频率大于20kHz的一种机械波（相对于频率范围在20Hz～20kHz的声波而言）。超声检测用的超声波，其频率范围一般在0.25MHz～15MHz之间。用于金属材料超声检测的超声波，其频率范围通常在0.5MHz～10MHz之间；而用于普通钢铁材料超声检测的超声波，其频率范围通常为1MHz～5MHz。超声波被用于无损检测，主要是因为有以下几个特性：①超声波在介质中传播时，遇到界面会发生反射；②超声波指向性好，频率愈高，指向性愈好；③超声波传播能量大，对各种材料的穿透力较强。通常，超声检测采用了不同的技术：——按波源不同可分为：连续波、脉冲波；——按波型不同可分为：纵波、横波、表面波、板波、爬波；

——按接收方式不同可分为：回波（反射）、穿透；

——按耦合方式不同可分为：接触式、液浸式；

——按探头数不同可分为：单探头、双探头、多探头。脉冲回波（脉冲反射）技术是超声检测中最常用的一种技术，其所用的超声波是一种脉冲波，即波源振动持续时间很短（通常是微秒数量级）、仅在很短一段时间内有振幅（间歇发射）的一种机械波动。通常，脉冲回波超声检测的过程是：由超声检测仪（亦称超声波探伤仪）产生脉冲电信号，输入到换能器（或探头）上，激励换能器的压电晶片发射脉冲超声波；超声波透射（或折射）进入被检材料或工件中，经过反射或衍射等传播变化，最终又被换能器的压电晶片所接收，再转换成电信号，输送回超声检测仪显示出来；最后，通过对显示屏进行观察，来分析和评价被检材料或工件的内部或表面质量。超声波检测（UT）原理超声波工作的原理：主要是基于超声波在试件中的传播特性。a.声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件；b.超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变；c.改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析；d.根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。超声波检测的优缺点a.适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；b.穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。如对金属材料，可检测厚度为1～2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；c.缺陷定位较准确；d.对面积型缺陷的检出率较高；e.灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；f.检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。34超声波检测的优缺点a.对试件中的缺陷进行精确的定性、定量仍须作深入研究；b.对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；c.缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响；d.材质、晶粒度等对检测有较大影响；e.以常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，且检测结果无直接见证记录。超声波检测（UT）使用范围a.从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料；b.从检测对象的制造工艺来说，可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等；c.从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等；d.从检测对象的尺寸来说，厚度可小至1mm，也可大至几米；e.从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。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。就无损探伤而言，超声波法适用于各种尺寸的锻件、轧制件、焊缝和某些铸件，无论是钢铁、有色金属和非金属，都可以采用超声波法进行检验。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。脉冲反射式超声探伤仪的原理脉冲反射法：超声波以持续极短的时间发射脉冲到被检工件内，利用被检工件底面或内部缺陷的反射回波探测反射源的位置和大小的方法。其工作原理图如下所示。

一般只需要一个探头兼做发射和接收。超声探伤主要是判断工件材料有无缺陷，若有缺陷时，确定缺陷的大小和位置，进而评定其有无使用价值和修复的可能性。a.判断缺陷的存在

换能器发射的超声波在工件内部传播时，当遇到不同介质时，将发生反射，反射信号的强度与反射率R的大小有关，而反射率R只与反射介质和反射介质的材料有关。由于反射信号通过的声程是一定的，故换能器获得的反射信号的强度也是一定的。当工件无缺陷时，只有始发射脉冲波和底面反射波，二者之间没有其他回波。当工件中有面积小于声束截面的小缺陷，则会在始波和底波之间出现缺陷回波。缺陷回波在时间轴上的位置可以确定缺陷在工件中的位置，缺陷回波幅度的大小取决于缺陷在声束入射方向上的投影面积的大小，当有缺陷回波出现时，底波高度下降。当工件中缺陷大于声束截面时，全部声能被缺陷所反射，只有始波和缺陷回波，不会出现底波b.缺陷的定位

由于超声波在介质的波速是一定的，在上图中.

若工件长度L是已知的，则可以根据发射波到反射波与反射波到底波的时间的比值，来确定缺陷距探头的距离。

若工件长度L是未知的，则可以根据声束和声波在介质中传播至缺陷所需要时间和波速来定位缺陷。式中C为材料中的声速，Tf为声速遇到缺陷时的来回传播时间C.缺陷的定量

超声波探测缺陷尺寸的最小检测极限为

工件或材料中的实际缺陷是多种多样的，其形状和性质也各不相同。要确定其真实大小是非常困难的，甚至是不可能的，只能采用相对比较的方法，即用未知量（缺陷）与已知量（规定的人工缺陷）的回波振幅相比较的方法，来确定缺陷的当量大小。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。接触法探伤液浸法探伤纵波脉冲反射法：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。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。横波单收单发检测焊缝表面波探伤法：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。表面波在棱角处的反射兰姆波探伤法：是使兰姆波沿着薄板(或薄壁管)两表面及中间传播来进行探伤的方法。当工件中有缺陷时，在缺陷处产生反射，荧光屏上出现缺陷波，当兰姆波遇到端面时，亦会产生端面反射波。超声波检测仪CTS-9002入门级数字探伤仪，性能价格比高、操作简单、低温性能优越，适合大多数无损检测场合使用。列举为广东汕头超声电子股份有限公司产品CTS-9003彩显、屏幕大并且分辨率高、软件通用型强、指标过硬、B扫等功能。适合绝大多数无损检测场合，在电力、核电等要求严格场合均有应用CTS-9008针对电力行业中高压支柱瓷绝缘子及瓷套检测的专用数字式超声波探伤仪。CTS-1008高端数字机方波激励，对检测高衰减或厚工件有良好的穿透性和信噪比体积小、重量轻万能旋钮操作具备远程控制功能USB主控TOFD（超声波衍射时差法，用于缺陷的检测、定量和定位）探伤专用设备CTS-1008PLUSCTS-400超声测厚仪测量范围:0.8～500.0mmCTS-8005APLUS用于铁路车辆轮轴探伤的数字式探伤仪，内嵌铁道部车辆轮轴工艺规程，智能化的季度、日常校验功能，具有五个通道，可自由切换.GT-2国内首台为钢轨在线检测而设计的手推式全数字超声探伤设备

CTS-8006具有6个独立的发射－接收通道,性能稳定可靠、抗干扰能力强。仪器配合不同的机械传动装置，可实现对钢管、钢板、机械零件等的自动化超声探伤超声波检测仪模拟探伤仪：得到的是模拟信号，不能直接进行处理，但真实。数字探伤仪：探伤信号、数据已数字化，可进行各种处理，技术先进，能够设计多种功能，如波形存贮、回放、比较等，代表着发展方向。仪器自检功能探伤图形存储、回放和打印功能探伤工艺参数存储功能峰值搜索功能距离波福曲线绘制功能数字式探伤仪功能：选用功能：距离补偿功能，探伤图形局部放大功能，探头和仪器技术指标测试功能。超声波检测仪超声仪基本组成发射部分接收部分时间轴部分示波管电源部分辅助电路超声波检测仪发射部分发射部分能产生约500V以上的高压电脉冲，这个电脉冲加到（探头的）压电晶片上（使晶片产生振荡，其振荡频率超过20KHz）能使晶片发出超声波。接收部分接收部分就是由衰减器、高频放大器、检波电路及视频放大电路构成的。另外，还有抑制电路，抑制电路是供抑制杂波用的。时间轴部分时间轴部分能产生使示波管的电子束在水平方向自左向右作等速移动的电压，改变电子束的移动速度（即扫描速度）就能将来自试件中不同深度处的回波显示在刻度板上。

换能器就是将一种形式的能量转换成另一种能量的器件。超声换能器能将电能转变成机械能（声能），也能将机械能（声能）转变成电能。换能器常规换能器：压电换能器新型换能器：压电—合成换能器压电高分子换能器特殊换能器：电磁声换能器激光换能器换能器种类超声波探头探头的主要种类接触式纵波直探头接触式斜探头液浸探头、液浸聚焦探头接触式纵波联合双晶探头接触式聚焦探头接触式横波联合双探头超声波探头接触式纵波直探头：超声波垂直于发射面发出，用于探测基本平行于探测面的平面或立方体型缺陷。联合双晶探头：联合双晶探头一般可为两类：⑴接触式纵波联合双晶探头 使用接触式纵波联合双晶探头时，发射电脉冲在激励压电晶片的同时也进入仪器的接收电路。同于仪器放大器的阻塞，无法探测近探测面的缺陷纵波联合双探头的结构就是二个纵波单探头的组合，一个用于发射一个用于接收，收发探头都有各自的延迟块，而且两延迟块声束入射平面均带一倾角，倾角的大小（决定F焦距大小，倾角越小，焦距越大）则取决于要探测区域距探测面的深度。⑵接触式横波联合双探头 横波联合双探头是将二个横波斜探头向中偏一个内倾角构成的（指声程较近者，远则无须），从而提高信噪比。

液浸探头、液浸聚焦探头：液浸探头用于水（液体）浸法探伤，多用于自动、半自动探伤，在液浸探头的晶片平面上加上声透镜即可成为液浸聚焦探头，其性能是声强增加，灵敏度提高。接触式斜探头：斜探头有横波斜探头、瑞利波斜探头（表面波）、纵波斜探头（小角度）、蓝姆波斜探头（板波）接触式及可变角斜探头等多种形式。横波斜探头主要用于探测与探测面成一定角度的平面型及立方体型缺陷，应用广泛。接触式聚焦探头：接触式聚焦探头可分为三类：透镜式、反射式和曲面晶片式。

超声波探头电磁声探头优点： 不需要清除工件的表面 不需要耦合剂 高温、低温条件下的检测 小直径的棒材的检测 探头可设计成产生各种波型：纵波、垂直偏振的横波、水平偏振的 横波、板波、瑞利波、导波等等。缺点： 灵敏度较低、噪声大 高频难以实现（常用，如1-2.5MHz左右） 接触工件、或者离工件一定距离（约1mm超声波探头空气耦合探头缺点： 空气耦合的检测技术，受到被检测工件形状、尺寸的限制。 不适合声阻抗高的材料，如重金属等 单探头的工作方式（脉冲回波）信噪比低，难以适应实际的应用场 合。 被检工件温度>250摄氏度，检测难以进行（探头的性能、空气的密 度） 高频率的超声波信号在空气中迅速衰减，限制了检测的应用场合。 （一般100KHz到2.5MHz，特殊条件下可到20MHz）优点： 不需要液体耦合剂； 不需要接触工件超声波探头直探头直探头用于发射和接收纵波。它发射的声波方向垂直于工件表面，其结构如下图：

直探头检测原理当工件表面存在缺陷时，缺陷将声波全遮住，无声波到达工件底面，仪器示波屏上只有缺陷波的反射：

斜探头在实际工作中所遇到的缺陷，更多的是与检测面不平行。在这种情况下，就会用到斜探头，以一定的角度对工件进行入射以达到检测的目的，斜探头的结构如下图：

斜探头检测原理当采用斜探头时，波束轴线在探测面处折射，工作中的缺陷的位置由探头的折射角和声程确定，利用三维坐标，可将反射体（缺陷）的位置清晰地描述下来。

探头的选择原则

（1）频率。超声波的频率在很大程度上决定了其对缺陷的探测能力。频率的选择可以这样考虑：对于小缺陷、近表面缺陷或薄件的检测，可以选择较高频率；对于大厚度试件、高衰减材料，应选择较低频率。在灵敏度满足要求的情况下，选择宽带探头可提高分辨力和信噪比。针对具体对象，适用的频率需在上述考虑当中取得一个最佳的平衡，既要保证所需尺寸缺陷的检出，并满足分辨力的要求，也要保证在整个检测范围内具有足够的灵敏度与信噪比。

（2）晶片尺寸。探头晶片尺寸对检测的影响主要是通过其对声场特性的影响体现出来的。多数情况下，检测大厚度的试件时，采用大直径探头较为有利；检测厚度较小的试件时，则采用小直径探头较为合理。

应根据具体情况，

选择满足检测要求的探头。

耦合剂超声耦合剂是指超声波在探测面上的声强透射率，声强透射率高，超声耦合好。

为了提高耦合效果，在探头与工件之间施加的一层透声介质称为耦合剂。耦合剂的作用是排除工件表面之间的空气，使超声波能有效地进入工件，此外耦合剂还有减少摩擦的作用，可减少探头磨损。耦合剂耦合剂能湿润工件表面，流动性、粘度和附着力适当，容易去除耦合剂满足要求声阻抗高，透声性好对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境性能稳定，不易变质并能长期保存超声波检测仪的选择一般市场上出售的A型脉冲反射式超声波检测仪已具备一些基本功能，其基本性能参数(垂直线性、水平线性等)也能满足通常超声检测的要求。对于给定的任务，在选择超声波检测仪时，主要考虑的是该任务的特殊要求，可从以下几方面进行考虑：（1）所需采用的超声频率特别高或特别低时，应注意频带宽度。（2）对薄试件检测和近表面缺陷检测时，应注意发射脉冲是否可调为窄脉冲。（3）检测大厚度试件或高衰减材料时，选择发射功率大、增益范围大、电噪声低的超声波检测仪，有助于提高穿透能力和小缺陷显示能力。

（4）对衰减小或厚度大的试件，选用重复频率可调为较低数值的超声波检测仪，可避免幻象波的干扰。（5）室外现场检测时，应选择重量轻，荧光屏亮度好，抗干扰能力强的便携式超声波检测仪。（6）

自动快速扫查时应选择最高重复频率高的超声波检测仪。

6.2射线探伤

射线探伤是利用射线可穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现缺陷的一种探伤方法，射线透过被检工件后，在胶片上感光成黑度不同的图像来观察的。它可用来检测产品的气孔、夹渣、铸造孔洞等立体缺陷。优点：客观准确，重复性好，可靠性高，检测图像较直观，对缺陷尺寸和性质判断比较容易，结果可长期保存。缺点:可检测板厚较小，成本较高，污染环境，对人体有害。按射线源种类分：X射线、γ射线、高能射线检测按显示缺陷方法不同：射线照相探伤、射线荧光屏观察法、射线实时图象法、射线计算机断层扫描技术。

6.2.1射线检测的基本原理一、射线的基本性质1不可见，以光速直线传播2不带电，不受电场和磁场的影响3穿透可见光不能穿透的物质4能使物质的原子电离，能使胶片感光，能使某些物质产生荧光。5能伤害和杀死生物细胞二、射线与物质的相互作用1主要有：光电效应、汤姆逊散射，康普顿效应和电子对效应。作用的结果使射线因吸收和散射而失去一部分能量，强度相应减弱，这种现象称之为射线的衰减。

（1）光电效应。在普朗克概念中每束射线都具有能量为E=hv的光子。光子运动时保持着它的全部动能。光子能够撞击物质中原子轨道上的电子，若撞击时光子释放出全部能量，并将原子电离，则称为光电效应。光子的一部分能量把电子从原子中逐出去，剩余的能量则作为电子的动能被带走，于是该电子可能又在物质中引起新的电离。当光子的能量低于1MeV时，光电效应是极为重要的过程。（2）康普顿效应。在康普顿效应中，一个光子撞击一个电子时只释放出它的一部分能量，结果光子的能量减弱并在和射线初始方向成θ角的方向上散射，而电子则在和初始方向成φ角的方向上散射。这一过程同样服从能量守恒定律，即电子所具有的动能为入射光子和散射光子的能量之差，最后电子在物质中因电离原子而损失其能量。在绝大多数的轻金属中，射线的能量大约在0.2～3MeV范围时，康普顿效应是极为重要的效应。康普顿效应随着射线能量的增加而减小，其大小也取决于物质中原子的电子数。在中等原子序数的物质中，射线的衰减主要是由康普顿效应引起，在射线防护时主要侧重于康普顿效应。（3）电子对效应一个具有足够能量的光子释放出它的全部动能而形成具有同样能量的一个电子和一个正电子，这样的过程称为电子对的产生。产生电子对所需的最小能量为0.51MeV，所以光子能量hv必须大于等于1.02MeV。

（4）汤姆逊效应。射线与物质中带电粒子相互作用，产生与入射波长相同的散射线的现象叫做汤姆逊效应。这种散射线可以产生干涉，能量衰减十分微小。

2衰减定律射线透过厚度δ的物质后射线强度Iδ与透照厚度之间应遵循如下的指数衰减规律：Iδ＝

I0e-μδIδ：射线透过厚度δ的物质后的射线强度I0：射线的初始强度e:自然对数的底δ：透过物质的厚度μ:线衰减系数，为上述各物理效应分别引起的衰减系数之和。三、射线探伤的基本原理射线探伤的实质是根据被检工件与其内部缺陷介质对射线能量的衰减程度不同，而引起射线透过工件后的强度差异，使缺陷能在射线底片上或电视屏幕上显示出来。成象技术示意图xΔxμ’μI’Ix射线探伤原理图射线在工件及缺陷中的线衰减系数分别为μ和μ’。根据衰减定律：透过完好部位x厚的射线强度Ix＝

I0e-μx透过缺陷部位的射线强度I’＝I0e-[μ(x-Δx)+μ’Δx]=

I0e-μxe–(μ’

–μ)Δx可得：1、μ’＜μ时，I’＞Ix2、μ’＞μ时，I’＜Ix3、μ’≈μ或Δx→0时，I’≈Ix这样在被检测试件的另一面就形成一幅射线强度不均匀的分布图。通过一定方式将这种不均匀的射线强度进行照相或转变为电信号指示、记录或显示，就可以评定被检测试件的内部质量，达到无损检测的目的。四、Χ射线检测方法

Χ射线检测常用的方法是照相法，即利用射线感光材料(通常用射线胶片)，放在被检测试件的背面接受透过试件后的Χ射线。胶片曝光后经暗室处理，就会显示出物体的结构图像。根据胶片上影像的形状及其黑度的不均匀程度，就可以评定被检测试件中有无缺陷及缺陷的性质、形状、大小和位置。此法的优点是灵敏度高、直观可靠、重复性好，是Χ射线检测法中应用最广泛的一种常规方法。6.2.2射线探伤设备一、X射线机1、分类⑴按射线束辐射方向分：定向辐射和周向辐射⑵按结构形式分：携带式、移动式、固定式⑶按极区数量分：单极式、双极区⑷按高压整流线路的结构形式分为：自整流、全波整流、倍压整流⑸按绝缘材料分：油绝缘、气体绝缘⑹按冷却方式分：强油循环冷却、水冷却、自冷却移动式X射线机XY-4510/2型X射线机，广泛适用于105mm以下厚度铁板的检测。移动式X射线机XY-1520/4型X射线机，广泛适用于各种轻合金及28mm以下厚度铁板的检测。管道爬行器是自动检测石油、天然气管道焊缝质量的专用设备。便携式X射线机XXG-1605定向波纹陶瓷探伤仪辽东射线仪器有限公司生产的新一代智能化便携式充气系列变频X射线探伤机。广泛应用于国防工业、锅炉、压力容器、造船、石油化工、航空及工业机械等，是进行无损检测的最理想设备。它具有体积小、操作方便、工作稳定，特别适应各种野外作业并与发电机组配合作业。2、X射线机的选择⑴根据被检工件的材料和厚度选择X射线机的额定管电压检查非金属材料或轻金属材料时选用额定管电压较低的射线（软X射线）；检查钢铁工件，选用额定管电压较高的X射线机。工件厚时，较高电压。工件薄时，较低电压。⑵根据射线检验工作的性质选择X射线机的结构形式⑶根据被检对象的形状和尺寸选择射线束的辐射方向定向和周向辐射⑷对于质量要求高的被检对象，必须选用小焦点，甚至微焦点X射线机

X射线机的主要技术参数与规范主要包括：管压峰值（kv）管电流平均值（mA),焦点尺寸（mm),最大穿透钢铁厚度。携带式XX－2005管电流平均值5mA管电压峰值200kvX射线机携带式XXT－3010管电流平均值10mA管电压峰值300kvX射线机金属陶瓷X射线管6.2.3焊缝的照相法探伤根据被检工件及其内部缺陷介质对射线能量衰减程度的不同而引起透过后射线强度分布差异，被射线照相胶片记录下来经暗室处理后，再由其底片上较大的黑化程度对应较大的透射射线强度，根据射线照相底片上这种黑化程度变化的图象来发现被检工件中存在的缺陷。主要标准为：GB3323－87《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》一、探伤系统基本组成射线源铅光阑滤板象质记标记带铅遮板工件滤板暗盒胶片增感屏底部铅板1、射线源常用的射线源是X射线机、γ射线机2射线胶片⑴结构1保护层2乳剂层3结合层4片基①片基起支持全部涂层的作用。②乳剂层具有增感作用并使卤化银颗粒能均匀悬浮，固定其中。③结合层主要成分为树脂，其作用是使乳剂层牢固地粘附在片基上。④保护层保护乳剂层不受损伤⑵底片的黑度是描述照相底片上某一点黑化程度的参量，其定义为强度为L0的可见光沿法向入射到照相底片上的某点，设透过底片的可见光强度为L，则该点的黑度为：D＝lg(L0/L)D—底片黑度L0－－照射光强L－－透过光强D＝1D＝2D＝3透过率L/L0=1/10L/L0=1/100L/L0=1/1000底片黑度透射光强与照射光强的关系底片上某点的黑度与它的含银量的多少有关，含银量越多，越难于透光，即黑度较大。⑶胶片的类型按银盐粒度由小到大的顺序J1、J2、J33增感屏由于X射线和γ射线波长短、硬度大，对胶片的感光效应差，一般透过胶片的射线，大约1％就能使胶片中的银盐微粒感光。为了增加胶片的感光速度，利用某些增感物质在射线作用下能激发出荧光或产生次级射线，从而加强对胶片的感光作用。在射线透视照相中，所用的增感物质称为增感屏。⑴金属增感屏金属增感屏在受射线照射时产生β射线和二次标识X射线对胶片起感光作用。其增感较小，一般只有2～7倍。在生产实践中，多采用铅、锡等原子序数较高的材料作金属增感屏，因为铅的压延性好，吸收散射线的能力强。⑵荧光增感屏和金属荧光增感屏荧光增感屏是利用荧光物质被射线激发产生荧光实现增感作用的。它是将荧光物质均匀地涂布在质地均匀而光滑的支撑物(硬纸或塑料薄板等)上，再覆盖一层薄薄的透明保护层组合而成的。（3）金属荧光增感屏金属荧光增感屏是在铅箔上涂一层荧光物质组合而成的。它具有荧光增感的高增感系数，又有吸收散射线的作用。（4）增感方式的选择增感方式的选择通常考虑三方面的因素：产品设计对检测的要求、射线能量和胶片类型。

4象质计是一种用于评价底片影象质量优劣的工具。有槽型、孔型及金属线型等几种。5暗盒作用保护胶片不受光和机械损伤材料应对射线的吸收不明显。如不透明橡胶或塑料，黑纸或薄铝片等。二、常见缺陷及其影像特征

1.焊件中常见的缺陷

1）裂纹裂纹主要是在熔焊冷却时因热应力和相变应力而产生的，也有在校正和疲劳过程中产生的，是危险性最大的一种缺陷。裂纹影像较难辨认。因为断裂宽度、裂纹取向、断裂深度不同，使其影像有的较清晰，有的模糊不清。常见的有纵向裂纹、横向裂纹和弧坑裂纹，

分布在焊缝上或热影响区。

焊缝裂纹照片

2）未焊透未焊透是熔焊金属与基体材料没有熔合为一体且有一定间隙的一种缺陷。在胶片上的影像特征是连续或断续的黑线，黑线的位置与两基体材料相对接的位置间隙一致。

3）气孔气孔是在熔焊时部分空气停留在金属内部而形成的缺陷。气孔在底片上的影像一般呈圆形或椭圆形，也有不规则形状的，以单个、多个密集或链状的形式分布在焊缝上。在底片上的影像轮廓清晰，边缘圆滑，如气孔较大，还可看到其黑度中心部分较边缘要深一些。

4）夹渣夹渣是在熔焊时所产生的金属氧化物或非金属夹杂物，因来不及浮出表面，停留在焊缝内部而形成的缺陷。在底片上其影像是不规则的，呈圆形、块状或链状等，边缘没有气孔圆滑清晰，

有时带棱角。

5）烧穿在焊缝的局部，因热量过大而被熔穿，形成流垂或凹坑。在底片上的影像呈光亮的圆形(流垂)或呈边缘较清晰的黑块(凹坑)。

6.2.4射线的防护

1.屏蔽防护法屏蔽防护法是利用各种屏蔽物体吸收射线，以减少射线对人体的伤害，这是射线防护的主要方法。一般根据X射线、γ射线与屏蔽物的相互作用来选择防护材料，屏蔽X射线和γ射线以密度大的物质为好，如贫化铀、铅、铁、重混凝土、铅玻璃等都可以用作防护材料。但从经济、方便出发，也可采用普通材料，如混凝土、岩石、砖、土、水等。

2.距离防护法距离防护在进行野外或流动性射线检测时是非常经济有效的方法。这是因为射线的剂量率与距离的平方成反比，增加距离可显著地降低射线的剂量率。若离放射源的距离为R1处的剂量率为P1，在另一径向距离为R2处的剂量率为P2，则它们的关系为：

（6-49）

显然，增大R2可有效地降低剂量率P2，在无防护或护防层不够时，这是一种特别有用的防护方法。

3.时间防护法时间防护是指让工作人员尽可能的减少接触射线的时间，以保证检测人员在任一天都不超过国家规定的最大允许剂量当量(17mrem)。人体接受的总剂量：D=Pt，其中，P为在人体上接受到的射线剂量率，t为接触射线的时间。

由此可见，缩短与射线接触时间t亦可达到防护目的。6.3

涡流检测涡流检测：利用电磁感应原理，通过测定被检工件内感生涡流的变化来无损地评定导电材料及其工件的某些性能，或发现缺陷的无损检测方法。涡流：当检测线圈中通有交变电流时，在线圈周围产生交变磁场；当此交变磁场相对导体作运动时，导体中会感生出涡状流动的电流。涡流检测只能用于导电材料的检测。对管、棒和线材等型材有很高的检测效率。与涡流检测有关的材料的性质：材料的磁特性抗磁性物质：使磁场减弱的物质，磁化率为负。如金、银、铜。顺磁性物质：使磁场略有增强的物质，磁化率为正。如空气、铝、铂。铁磁性物质：使磁场剧烈增加的物质，磁化率为正。如铁、镍、钴。一、涡流检测的特点表面或近表面缺陷检测只适用于导电材料非接触，无需耦合检测速度快，易于实现自动化适用于高温检测适用于异型材料和小零件检测二、涡流检测的基本原理当载有交变电流的检测线圈靠近导电工件时，由于线圈磁场的作用，工件中将会感生出涡流（其大小等参数与工件中的缺陷等有关），而涡流产生的反作用磁场又将使检测线圈的阻抗发生变化。因此，在工件形状尺寸及探测距离等固定的条件下，通过测定探测线圈阻抗的变化，可以判断被测工件有无缺陷存在。

三、涡流的趋肤效应和渗透深度1.趋肤效应感应出的涡流集中在靠近激励线圈的材料表面附近的现象。涡流密度随着距离表面的距离增加而减小。2.趋肤深度趋肤效应的存在，使交变电流激励磁场的强度及感生涡流的密度，从被检材料的表面到其内部按指数分布规律递减。将涡流密度衰减为其表面密度的1/e（36.8%）时对应的深度为标准透入深度，也称趋肤深度，用符号δ表示，其数学表达式为：频率越高、电导率越大或磁导率越大的材料，趋肤效应越显著。119四、

涡流检测仪涡流检测仪种类较多，按检测目的分有：导电仪、测厚仪、探伤仪等。功能：①产生激励信号；②检测涡流信息；③鉴别影响因素；④指示检测结果。组成（基本电路）振荡器信号检出电路放大器信号处理电路显示器和电源电路1201、振荡器：给电桥电路提供电源。可分为高频和低频信号。高频2MHz～6MHz

适用于：检测表面裂纹低频50Hz～100Hz

适用于：表面下缺陷和多层结构中的第二层。2、放大器：由于线圈产生信号的幅度和相位改变较小，必须要有放大器进行放大。要求：低噪声、动态范围宽、畸变低1213、抑制电路抑制无关的信号。4、检出电路：提出有关的参量所施加的调制——解调。由幅度探测器、相敏探测器来实现。5、信号显示显示所检出的信号。有电流表、示波管、计算机。

电流表用于便携式小型涡流探伤仪，用以检测电桥的电流输出。对于表面缺陷电流和缺陷大小呈线性。

示波管多用于较大的涡流检测仪，把探头检测到的阻抗在阻抗平面上的二维分量以图形显示出来。

计算机可用于多路通道的数据处理，并显示出来。

122五、

涡流检测探头（检测线圈）的分类（一）按应用方式分类

1、穿过式线圈用以检测管材、棒材、线材等可以从线圈内部通过的导电工件或材料。可用于高速、自动化检测。

2、内通过式线圈（内壁穿过式）将线圈本身插入工件的内部检测。对管件、小直径的深钻孔、螺纹孔等进行表面检测。

3、放置式线圈线圈直接放置于被检工件的表面。体积小、一般有磁芯。灵敏度高，适用于各种板材、带材、大管径材、棒材等的表面检测。123124

（二）按感应方式分类

自感式线圈由单个线圈构成，该线圈产生激励磁场，在导电体中形成涡流，同时又是感应、接收导电体中涡流再生磁场信号的检测线圈，故名自感线圈。

互感线圈一般由两个或两组线圈构成，其中一个（组）是用于产生激励磁场在导电体中形成涡流的激励线圈(又称一次线圈)，另一个(组)线圈是感应、接收导电体中涡流再生磁场信号的检测线圈(又称二次线圈)。125(a)自感式线圈；(b)互感式线圈涡流检测频率的选择涡流探伤的频率一般为：200Hz～6MHz工作频率取决于检测对象厚度、透入深度、灵敏度或分辨率等。对非铁磁性材料选用几K至几百K赫兹。频率低，透入深度大，但检测灵敏度降低。在满足检测深度要求的前提下，可选择较高的检测频率，以提高灵敏度。对于同样的检测深度要求，铁磁材料需要的检测频率要低。六、

涡流检测技术应用1、探伤：金属管材探伤

用高速、自动化的涡流探伤装置可以对成批生产的金属管材和棒材进行无损检测。首先，自动上料进给装置使管材等速、同心地进入并通过涡流检测线圈。然后，分选下料机构根据涡流检测结果，按质量标准规定将经过探伤的管材分别送入合格品、次品和废品料槽。检测管材的穿过式线圈

小直径管材(直径≤75mm)探伤通常采用激励线圈与测量线圈分开的感应型穿过式线圈。检测管材的周向裂纹或当管材的直径超过75mm时，宜采用小尺寸的探头式线圈以探测管材上的短小缺陷。探头数量的多少取决于管径的大小。探头式线圈的优点是提高了检测灵敏度，但其探伤的效率要比穿过式线圈低。

检测管材的探头式线圈

2、检验：材料成分及杂质含量的鉴别

电导率的测量是利用涡流电导仪测量出非铁磁性金属的电导率值，而电导率值与金属中所含杂质、材料的热处理状态以及某些材料的硬度、耐腐蚀等性能有关，所以可进行材质的分选。3、测厚：涂覆层厚度测量

用涡流检测方法可以测量金属基体上的覆层以及金属薄板的厚度，利用的是探头式线圈的提离效应。这一厚度一般在几微米至几百微米的范围。

Conductive

BaseMetalNonconductiveCoatingEddyCurrents焊缝检测钢管涡流探伤系统钢管涡流探伤工业线材检测表面裂纹检测DR280两用涂层测厚仪广州市东儒电子科技有限公司专业测量金属材料表面涂镀层覆盖层物体厚度的专业无损检测仪器A、

磁性测厚方法，可无损地测量磁性金属基体（如：钢、铁）上非磁性覆层的厚度（如：镀锌、铬、锢、珐琅、橡胶、粉未、油漆、电泳、搪瓷、防腐层，涂料等）涡流测厚方法，可无损地测量非磁性金属基体（如：铝、铜、不锈钢）上非导电覆层的厚度（如:油漆、粉末、塑料、橡胶、珐琅、搪瓷、电泳、防腐层等）SZT-50RFT远场涡流探伤系统厦门欣中特电子科技有限公司SZT-50RFT远场涡流探伤仪是低频涡流无损检测设备的一种。SZT-50RFT具有50Hz至10000Hz的可变频率范围，在管道检测中采用内穿式探头，一次通过管道便可测出壁内、外表面的裂纹、凹坑、腐蚀、减薄及管壁材料的内部缺陷。可用石油化工厂、水煤气厂、炼油厂和电厂等企业中，金属零部件的探伤和壁厚测量以及各种铁磁性管道的探伤、分析和评价。SZT-33F金属材质分选仪SZT-33F金属材质分选仪是根据金属材料具有不同硬度、热处理、电导率、磁导率而设计出来的一款高精度、便捷高效率的仪器。6.4声

发

射

检

测

声发射技术在材料和结构的无损检测中占有很重要的地值，是在60年代发展起来的一种材料和构件评价的新方法，现已成为一种不可缺少的检测手段。材料或结构件受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能的现象称为声发射。

利用仪器检测、分析声发射信号并利用声发射信息推断声发射源的技术称为声发射技术。

声发射检测必须有外部条件的作用，使材料内部结构发生变化，即结构、焊接接头或材料的内部结构、缺陷处于运动变化的过程中，才能实施检测。

声发射是一种常见的物理现象，如果释放的应变能足够大，就可产生人耳听得见的声音。大多数金属材料塑性变形和断裂时有声发射发生，但许多金属材料的声及射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来。用仪器检测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术，所采用的仪器成为声发射仪。

声发射技术基本原理

各种材料的声发射的频率很宽，从次声波，到超声波。声发射传感器检测的信号通常为中心频率为300KHz的超声波信号。人们将声发射仪器形象地称为材料的听诊器。如果裂纹等缺陷处于静止状态，没有变化和扩展，就没有声发射发生，也就不能实现声发射检测。声发射检测的这一特点使其区别于超声、X射线、涡流等其它常规无损检测方法。

由于声发射检测是一种动态无损检测方法，而且，声发射信号来自缺陷本身，因此，用声发射法可以判断缺陷的严重性。一个同样大小、同样性质的缺陷，当它所处的位置和所受的应力状态不同时，对结构的损伤程度也不同，所以它的声发射特征也有差别。明确了来自缺陷的声发射信号，就可以长期连续地监视缺陷的安全性，这是其它无损检测方法难以实现的。

除极少材料外，金属和非金属材料在一定条件下都有声发射发生，所以，声发射检测几乎不受材料的限制。利用多通道声发射装置，可以对缺陷进行准确的定位。声发射检测的这一特点对大型结构如球罐等检测特别方便。在利用声发射技术确定缺陷部位后，还可以利用其它无损检测方法加以验证。当然随着信号处理水平的提高，根据信号本身的特征，也可以对缺陷的性质和严重程度进行识别。

由于声发射技术具有许多独特的优点，近年来有许多科学家和工程技术人员致力于发展和应用该项技术。

声发射检测的主要目标是：①确定声发射源的部位；②分析声发射源的性质；③确定声发射发生的时间或载荷；④评定声发射源的严重性。一般而言，对超标声发射源，要用其他无损检测方法进行局部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。

1．声发射技术的特点声发射技术与其他无损检测方法相比，具有两个基本差别：①检测动态缺陷而不是静态缺陷，如缺陷扩展；②缺陷本身发出缺陷信息，而不是用外部输入对缺陷进行扫查。

声发射检测技术的主要优点有：（1）可检测对结构安全更为有害的活动性缺陷。由于提供了缺陷在应力作用下的动态信息，因此适于评价缺陷对结构的实际有害程度。（2）对大型构件，可提供整体范围的快速检测。由于不必进行繁杂的扫查操作，而只要布置好足够数量的传感器，经一次加载或实验过程，就可以确定缺陷的部位，从而易于提高检测效率。（3）可提供缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息，因而适用于工业过程的在线监控及早期或临近破坏的预报。（4）对于被检件的接近要求不高、而其他方法难于或不能接近环境下的检测，如高低温、核辐射、易燃、易爆及剧毒等环境。（5）由于对构件的几何形状不敏感，因此适宜检测其他检测方法受到限制的形状复杂的构件。(6)可远距离操作，长期监控设备允许状态和缺陷扩展情况；声发射检测技术的主要局限性有：（1）声发射特性对材料甚为敏感，又易受到机电噪声的干扰。因此，对数据的正确解释要有更为丰富的数据库和现场检测经验。（2）声发射检测一般需要适当的加载程序。多数情况下，可利用现成的加载条件，但有时还需要特殊准备。（3）由于声发射的不可逆性，实验过程的声发射信号不可能通过多次加载重复获得，因此，每次检测过程的信号获取是非常宝贵的，应避免因人为疏忽而造成数据的丢失。（4）声发射检测所发现的缺陷的定性定量，仍需依赖于其他无损检测方法。

(5)无法探测静态缺陷；设备价格昂贵；

2.声发射检测技术与仪器

随着数字技术和计算机技术的迅速发展，研制高性能全波采集的声发射仪成为可能。其原理是，声发射信号经高灵敏度传感器接收后，经过全波列数字采集变为数字信号，再进行数字信号处理，最后把信号输入计算机通过软件设计，对检测缺陷进行定位和定量。

（1）传感器（换能器、探头）传感器就是用来把声发射产生的弹性波信号接收下来并转换成电信号输出到前置放大器在输出到主放大器然后又采集卡采集后进入计算机。声发射检测中，要求传感器为宽频带的前置放大器内置式的共振型高灵敏传感器，主响应频率为150KHz；前置放大器增益为40dB，滤波器带通为100～300KHz。（2）

前置放大器声发射信号经换能器转换成电信号后，其输出低至十几微伏。这样微弱的信号若经过长电缆输送，可能衰减到无法分辨出信号和噪声。设置前置放大器的目的是为了增大信噪比，增加微弱信号的抗干扰能力。（3）

主放大器电信号经前置放大器和电缆长途传播后进入主放大器进一步放大到适合PCI数据采集卡的幅值大小。（4）PCI数据采集卡电信号（模拟信号）经采集卡数字化后，通过采样进入计算机，供分析，计算，转换和存储。（5）软件系统对采集的数据进行分析，计算，波型重组，声发射源定位，缺陷识别等。3.声发射仪的应用现代声发射仪除了能进行声发射参数实时测量和声发射源定位外，还可直接进行声发射波形的观察、显示、记录和频谱分析。目前人们已将声发射技术应用于许多领域，主要包括以下方面：（1）金属结构：对压力容器、金属桥梁、起重机臂、铁轨和飞机骨架等金属结构进行无损检测和安全评定（2）岩石：研究岩石的受力和破坏特性，对岩石塌方进行预测预报；（3）水泥混凝土：研究水泥及钢筋混凝土的受力和破坏特性，评价桥梁和建筑物等大型混凝土构件的承载能力和寿命；（4）金属材料：研究金属材料的塑性变形、断裂和相变机制；（5）复合材料：研究和测量复合材料内基体和纤维的断裂、脱开、分层和整体失效等；（6）磁性材料：通过测量磁声发射的信号，研究磁性材料的某些特性；（7）陶瓷材料：研究陶瓷材料的受力和破坏特性，对陶瓷材料进行无损评估；（8）核工业领域：对核容器和管道的泄漏进行监测，对核压力容器进行无损检测和安全评定；（9）焊接过程控制：通过实时监测焊接过程中金属冷却产生的声发射信号来控制焊接质量；（10）机械加工：通过探测机械加工过程中产生的声发射信号，监测刀具的磨损情况；（11）机械诊断：通过监测机器在运转过程中产生的声发射信号，诊断机器轴承的磨损情况。

12）医学领域：研究骨头的摩擦|受力和破坏特性，无损检测和评价骨关节的状况。13）压力容器的声发射检测（球罐、尿素合成塔、长管拖车）

14)储油罐的泄漏检测（地下加油站）SAEU2S集中式多通道声发射检测仪北京声华兴业科技有限公司采集分析软件为主机必选部件，可安装在用户采购的任何型号的电脑上。SPAES便携声发射检测仪SAEI1一体化声发射检测仪SAEI1一体化声发射检测仪将声发射采集卡、存储设备、数据处理软件、触控屏幕集成在防护仪器箱中，构造紧凑，便于携带与操作。内置声华科技公司SAE声发射软件，可实现数据的实时采集、存储与分析，支持USB接口扩展，可外接鼠标、键盘、存储设备等。支持交流电源供电与内置电池供电，可用于室外等不方便接通电源情况下的测试，特别适用于单人携带在野外现场进行作业工作，连续工作时长可达10h。SET-AE-01声发射在线监测系统湖南芯仪电子科技有限公司◆各类材料动态损伤检测◆各类压力容器、天然气管道泄露检测

◆

变压器局部放电检测信号采集软件界面数据分析软件界面红外辐射实际是波长为0.75~100μm红外辐射分为三个波段(1)近红外波段波长为0.75~3.0μm。(2)中红外波段波长为3.0~20μm(3)远红外波段波长大于20μm。能够顺利地透过大气的红外辐射主要有三个波长范围：1~2.5μm、3~5μm和8~14μm。—般将这三个波长范围叫做大气窗口6.5.1红外无损检测技术的特点红外无损检测的优点为操作安全、灵敏度高、检测效率高。由于进行红外无损检测时不需要与被检对象直接接触，所以操作十分安全。这个优点在带电设备、转动设备及高空设备的无损检测中非常突出。

现代红外探测器对红外辐射的探测灵敏度很高，目前的红外无损检测设备可以检测出0.1℃的温度差，因此能检测出设备或结构件等热状态的细微变化。

6.5红

外

检

测

由于红外探测器的响应速度高达纳秒级，所以可迅速采集、处理和显示被检对象的红外辐射，提高检测效率。

一些新型的红外无损检测仪器还可与计算机相连或自身带有微处理器，实现数字化图像处理，扩大了其功能和应用范围。

另外，红外辐射不受可见光的影响，可昼夜进行测量。大气对某些特定波长范围内的红外线吸收甚少，

适用于遥感和遥测。

红外检测的检测原理

总的来说，红外无损检测是依据红外辐射的基本原理。使用红外辐射的分析方法来对物体内部能量流动情况进行测量，最后使用红外热像仪显示检测结果。直观上对缺陷进行判定的一种方法。

当物体的温度同环境温度存在差异时，就会在物体内部产生热量的流动。在实施无损检测时，如果向一个试件注入热量。其中一部分热流必然向内部扩散。并引起试样表面的温度分布的变化。对于无缺陷的物体，当热流均匀注入时．热流能够均匀的向内部扩散或从表面扩散，因而表面的温度场分布也是均匀的：当物体内部含有导热性缺陷时．试样表面就会出现温度较低的局部冷区。由以上几种情况可看出．当试样内部存在缺陷时．就会在试样有缺陷区和无缺陷区形成温差且该温差除了取决于试样材料的热物理性质外，还与缺陷的尺寸、距表面的距离及它的热物理性质有关。由于试样局部温差的存在,必然导致红外辐射强度的不同．利用红外热像仪即可检测出温度的变化状况．进而判断缺陷的情况6.5.2红外无损检测基础

1．红外辐射及传输

1）红外辐射红外辐射是位于可见光中红光以外的光线，故又称红外线，它是一种人眼看不见的光线。其波长范围大致在0.75～1000μm的频谱范围之内，相对应的频率大致在4×1014～3×1011Hz之间。任何物体，只要其温度高于绝对零度就有红外线向周围空间辐射。

2）红外辐射的传输和所有电磁波一样，红外辐射是以波的形式在空间直线传播的。它在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，

即

（6-63）

式中：为红外辐射的波长；f

为红外辐射的频率；C为光在真空中的传播速度。红外辐射分为三个波段(1)近红外波段波长为0.75~3.0μm。(2)中红外波段波长为3.0~20μm(3)远红外波段波长大于20μm。能够顺利地透过大气的红外辐射主要有三个波长范围：2∽2.5μm、3∽5μm和8∽14μm。—般将这三个波长范围叫做大气窗口.这三个大气窗口对红外技术应用特别重要，因此一般红外仪器都工作在这三个窗口之内。

2．红外探测器红外探测器是能将红外辐射能转换成电能的光敏元件，用来监测物体辐射的红外线。它是红外检测系统中最重要的器件之一。

1）常用红外探测器的分类红外探测器分热电型和光电型两类。这两类探测器不仅在性能上有差异，而且在工作原理上也不相同。热电型红外探测器是利用热电元件、热敏电阻或热电偶等元件的热效应进行工作的。它们一般灵敏度低、响应慢，但有较宽的红外波长响应范围，且价廉，常用于温度的测量及自动控制。光电型红外探测器可直接把红外光能转换成电能，灵敏度高、响应快，但其红外波长响应范围窄，有的还需在低温条件下才能使用。光电型红外探测器广泛应用在遥测、遥感、成像、

测温等方面。

2）红外探测器的性能参数不同的红外探测器不但工作原理不同，而且其探测的波长范围、灵敏度和其他主要性能都不同。下面的几个参数常用来衡量各种红外探测器的主要性能。

(1）响应率。响应率表示红外探测器把红外辐射转换为电信号的能力。它等于输出信号电压与输入红外辐射能之比。

(2)响应波长范围（光谱响应）。它表示探测器的电压响应率与入射波波长之间的关系，一般用光谱响应曲线来表示。对任何波长的红外辐射响应率都相等的红外探测器，称为无选择性探测器。如果红外探测器对不同波长的红外辐射响应率不相等，则称为选择性探测器。热电型探测器一般可认为是无选择性探测器，而光电型探测器为有选择性探测器。一般将响应率最大的值所对应的波长称为峰值波长，而把响应率下降到响应值的一半所对应的波长称为截止波长。响应波长范围也表示红外探测器使用的波长范围。

(3)噪声等效功率。红外探测器的输出电压较低，外界噪声对它的影响很大，因此要用噪声等效功率参数来衡量红外探测器的性能。红外探测到的最小辐射功率，

该值越小，

探测器越灵敏。

（4）探测率。探测率为噪声等效功率的倒数。（5）响应时间。输出信号滞后于红外辐射的时间，称为探测器的响应时间。它反映红外探测器的输出信号随红外辐射变化的速率。

3.红外无损检测的方式主动式红外检测在人工加热工件的同时或加热后经过延迟扫描记录和观察工件表面的温度分布，适用于静态件检测.被动式红外检测利用周围环境的温度与试样温度有差异，不需要加载热源，在工件与环境进行热交换时，通过对被测物表面发出的红外辐射进行检测来检测缺陷的一种方式。适用于运行中设备的质量控制。由于它不需要附加热源，在生产现场基本都采用这种方式。

4.红外无损检测系统的构成6.5.3红外无损检测仪器

1．红外测温仪红外测温仪是用来测量设备、结构、工件等表面某一局部区域的平均温度的。通过特殊的光学系统，可以将目标区域限制在1mm以内甚至更小，因此有时也将其称为红外点温仪。它主要是