无损检测基本知识

无损检测基本知识第1页/共113页第一部分超声波检测第2页/共113页优点与局限性没有任何一种无损检测方法是万能的。每种方法都有它的优点和局限性。问题的关键在于选择一种解决检测问题的最有效方法。当决定超声波检验是否为最合适的方法时，需要考虑以下一些因素：被检件的几何形状。材料类型。材料厚度。材料的加工方法——铸造锻造等。要检测不连续的类型。要检测的不连续的最小尺寸。不连续的位置——表面开口型的，还是内部的。不连续的方位（在选择方法时尤为重要）。检测区域的可达性。表面条件。所要求的检测记录类型。第3页/共113页超声波检测成为对较小而不致密不连续的一种理想定位方法，需要满足一下假设：声能的发射角将对反射体的方位产生良好的效应；不连续尺寸和材料晶粒结构之间的关系允许获得一个可接受的信噪比；表面条件适合扫查。不良的扫查表面不仅需要更粘的耦合剂，而且还可能要采用较低的频率。这样就可能达不到所需的必要分辨率。第4页/共113页超声检测的优点如下：检测可以从一个表面上完成。能够检测到较小的不连续。可充分的控制检测变量。采用不同的波型可获得不同的方法。对于适合的设备可以进行高温检测。可检测较厚或较长的工件。埋藏构件的检测（如轴承箱内的主轴等）。对表面和内部不连续可精确定位。可提供不连续的深度信息。可检测表面和近表面的不连续。采用信号电子门和报警系统后可实现高速检测。生产线上的“Go/No-Go”检测。可重复检测。检测设备轻，携带方便。不需要设置人员的隔离区。不需要有放射源那样的特殊许可证。最少量的易耗品第5页/共113页超声波的基本原理1.声波与超声波机械振动在弹性介质中的传播称为声波。声波可划分为次声波（f<20Hz）、可闻声波（20Hz<f<20kHz）和超声波（f>20kHz）2.超声波传播特性直线性：指向性：反射、折射与波型（纵波、横波、表面波）：能量大：穿透能力强：3.脉冲反射法超声检验的基本原理**压电效应**仪器的时基线线与扫描电压有关，扫描电压与时间成正比，因此发射波的位置反映了声波传播的时间即声传播的距离。反射幅度取决于接受的声能大小，声能的大小又与缺陷反射面的形状尺寸有关，因此根据反射波的有无、位置、幅度高低等信息，可以判断缺陷的有无，以及定位、定量和评价缺陷，这就是反射法探伤的基本原理。第6页/共113页A型脉冲超声波探伤仪一般工作原理A型显示——主要显示反射面（缺陷）在试件中的埋藏深度及反射信号的幅度（缺陷大小）第7页/共113页脉冲反射法第8页/共113页单晶探头构造示意图

单晶直探头：用于锻件、铸件、钢板检测

单晶斜探头：用于检测焊缝

频率范围：0.5-10MHz，常用1-5MHz频率越高发现小缺陷的能力越强但杂波影响也越大第9页/共113页双晶探头构造示意

双晶探头用于检测近表面缺陷

常用于堆焊层检测第10页/共113页试块试块的作用：确定探伤灵敏度测试仪器和探头性能调整扫描速度评定缺陷大小试块的分类：按试块用途分类：标准试块、对比试块按人工反射体分类：平底孔、横孔试块、槽形试块对比试块用与试件声性能相同或相近的材料制作第11页/共113页探伤灵敏度的调节

1.试块调整法

2.工件底波调整法波高法当量计算法

探伤耦合剂

耦合剂的作用：通过在探头和试件之间涂敷液体（耦合剂）以排除空气隙实现声能的传递。常用的耦合剂：机油、甘油、糨糊、水。扫查速度：不应大于100mm/s第12页/共113页缺陷的定量当量法(试块比较法)：将所发现的缺陷与对比试块中规则形状的人工反射体在同样检测条件下比较，如两者埋藏深度及反射波高均相同则该反射体的面积既为缺陷当量值

当量曲线法（DGS）计算法测长法：相对灵敏度、绝对灵敏度距离-波幅曲线（DAC）第13页/共113页DGS曲线第14页/共113页DAC曲线第15页/共113页分层缺陷的典型图形第16页/共113页底波消失的典型特征第17页/共113页各种锻件的检测方向和检测面第18页/共113页第二部分磁粉检测第19页/共113页磁粉探伤的原理1.磁粉探伤同涡流一样是电磁探伤方法，以电磁理论为基础。2.漏磁场原理

工件表面磁化时，如果在其表面或近表面有能遮挡其磁力线的缺陷存在，则在这部分表面空间将产生漏磁场，而且在缺陷的两侧会出现磁极。此时如果在此处喷洒具有一定分散性的干磁粉或湿磁粉，磁粉颗粒在被空间磁场磁化后就变成了带有磁极的小磁铁。同极相斥、异极相吸，磁粉就会聚集在缺陷上(磁粉堆积)。**这种显示的磁痕容易识别。第20页/共113页磁粉检测优点

可发现表面缺陷,如裂纹、夹杂、发纹、白点、折叠、冷隔和疏松等缺陷，缺陷形状、大小和位置显示直观一目了然；对于工件表面的细小缺陷也能检查出来，有较高检测灵敏度；采用合适磁化工艺，能检测到工件所有表面；同其它方法相比较，磁粉检测工艺简单，速度较快，检测费用也比较低廉。第21页/共113页磁粉检测缺点只适用于铁磁性材料，而且只能检测出工件表面和近表面的缺陷，一般检测深度不超过1-3mm左右(直流电检测深度可能大一些）。马氏体不锈钢和沉淀不锈钢具有磁性，也可以进行磁粉检测；检测缺陷时的灵敏度与磁化方向有很大关系。平行或与表面夹角小于20度的缺陷难于显示；工件表面有覆盖层（油漆或镀铬层厚度＞0.08mm，铁磁性覆盖层如镀镍层厚度＞0.03mm）、喷丸层对检测灵敏度均有不良影响；磁化工件绝大多数是用电流产生的磁场进行的，因此，大的工件往往用很大电流。磁化后一些较大剩磁的工件还要进行退磁。第22页/共113页磁粉检测方法纵向磁化（线圈法）

第23页/共113页纵向磁化（磁轭法）第24页/共113页周向磁化（周向通电法）

第25页/共113页周向磁化（触头法）第26页/共113页周向磁化（中心导体法）第27页/共113页复合磁化

包括交叉磁轭法（见下图)和交叉线圈法等多种方法。第28页/共113页灵敏度试片A型试片第29页/共113页磁场指示器八角试片第30页/共113页磁粉类型磁粉按其带往试件所用的介质分类，介质可以是空气（干粉法），也可以是液体法（湿粉法).另外，根据其是否有荧光特性又可以分为非荧光磁粉和荧光磁粉。非荧光磁粉是指在白光下能观察到磁痕的磁粉。湿粉采用的是黑色的四氧化三铁（Fe3O4)和红褐色的γ-三氧二铁（γ-Fe2O3），以上两种磁粉即适用于干粉法也适用于湿粉法。干粉法也采用银灰色的铁粉。直径为10～130μm的空心球粉是铁、铬、铝的复合氧化物，可以在400摄氏度以下的温度范围内用于干粉法。****焊缝清根荧光磁粉是以磁性氧化铁粉、工业纯铁粉、或羰基铁粉等为核心，外面包覆一层荧光染料所致成的，可明显提高磁痕的可见度和对比度。

第31页/共113页磁粉的特性磁性

磁粉应该有较高的磁导率以利于被漏磁场磁化和吸引以形成磁痕；同时还应该具有较低的剩磁和矫顽力以利于磁粉的分散及移动；尺寸干粉粒度5～150μm范围的均匀混合物为宜湿粉粒度1～10μm；形状同球形分相比，细长形粉易于极化更容易显示缺陷，但如果完全由细长形粉组成则容易结块、流动性不好难以均匀散布而影响灵敏度，所以理想的磁粉应有足够的球形粉与高比例的细长粉组成；第32页/共113页缺陷状况的影响缺陷性质的影响缺陷种类很多，如裂纹、白点、气孔、重皮、夹渣等，这些缺陷由于其介质磁导率不同，进而缺陷产生的漏磁场也不同，这就造成了缺陷磁痕的显示能力不同。缺陷形状和大小的影响与磁场方向垂直的线、面状缺陷比气孔等圆形缺陷产生的漏磁场强，易形成磁痕显示，检测灵敏度高。同等宽度的表面缺陷，在一定范围内漏磁场强度与缺陷的高度成正比，即高度越大，漏磁场越强，检测灵敏度越高。缺陷方位的影响缺陷的断面形状、方向及与表面的距离等都影响磁粉探伤的结果。第33页/共113页工件状况的影响工件材质及热处理状态的影响工件的化学成分及组织状态影响钢铁的磁性。铁含量越高工件的磁导率越高，易被磁化。主要组织状态是铁素体、珠光体、渗碳体以及高温淬火残留下来的少量奥氏体。除奥氏体钢外，其余各种组织都具有一定磁性，均可进行磁粉检验。热处理影响工件材料的组织成分及结构。一般淬火时材料磁导率下降，矫顽力提高，剩磁增加。而退火和回火，尤其是高温退火和回火，降低材料的矫顽力，减小剩磁，使工件更易磁化。第34页/共113页工件形状和尺寸的影响工件形状规则均与，易选择和制定磁化规范。而对于形状不规则的工件，磁化产生的磁场也不均匀，灵敏度也不一样，检测效果也不一致。比较粗大的部分应选择较高的磁化规范；对于L/D值较小的工件，去磁因子较大，反磁场较大，要是工件有效磁化，就要增加外加磁场强度。当增加磁场有困难时，可以把工件串起来，也可以使用磁极加长块。工件表面状态的影响工件表面粗糙度及机械损伤以及表面附着物包括镀层、涂层、氧化皮、锈蚀、污垢等对探伤结果均有影响。表面粗糙不平尤其是附着物和机械损伤影响磁场强度及分布。当附着物较厚时，能掩盖缺陷，增大缺陷与被检表面的距离，降低漏磁场强度，减小对磁粉的吸引力，影响磁粉流动，妨碍显示，降低探伤灵敏度，容易造成漏检。第35页/共113页非相关显示（伪缺陷）工件形状突变引起的伪磁痕显示：孔、键槽、螺纹、尺根等工件形状突变处，磁通量急剧变化，磁化后磁场不均匀，这些部位易形成漏磁场，吸引磁粉产生清晰或粗浅的磁痕显示。工件材质、组织结构不均匀及分界面处伪缺陷磁痕显示。工件加工引起的伪缺陷磁痕显示：工件表面粗糙度大、加工刀痕、划伤处，磁化时也可能产生漏磁通，形成漏磁场吸引磁粉，形成松散模糊且较宽粗的伪缺陷磁痕显示。电极或磁极处伪缺陷磁痕显示，这种显示特征是分散的沿金属流线方向分布的粗壮密集而又清晰的显示。工件局部冷作硬化处产生的伪缺陷磁痕显示:工件冷作加工如弯曲、打磨、抛光、低温矫正变形、锤击等，产生局部硬化，组织成分发生变化，产生局部应力，形成短而宽的模糊不清的伪缺陷磁痕。****工件退火后，为磁痕消失第36页/共113页磁写：由磁场畸变而产生的磁痕显示叫磁写。已磁化且保留有很大剩磁的待做剩磁法探伤的工件，探伤前与其他铁磁性工件相接触，如划碰等，则在相应部位吸引磁粉，产生松散的模糊不清的伪缺陷磁痕即磁写。***退磁消失操作不当引起的伪缺陷磁痕显示:如工件表面清理不良，残留油污或粘附纤维以及多余的磁粉或磁悬液滞留工件表面，易形成显示。*****认真清理表面，重做可消失。磁悬液浓度过大施加方式不当，多余磁粉吹除不当等，也能形成伪缺陷磁痕显示。应力集中处产生的伪缺陷磁痕显示:工件在加工以及使用过程中由于温度、载荷等原因产生局部应力过大，磁化时这些部位也能产生漏磁通，形成多而松散的不清晰的伪缺陷磁痕显示。第37页/共113页缺陷磁痕的分类线形缺陷磁痕：长度与宽度之比大于3的缺陷。如裂纹、折叠、分层等缺陷。圆形缺陷磁痕：长度与宽度之比等于和小于3的缺陷。纵向缺陷磁痕：缺陷的长轴方向与工件轴线或母线夹角小于30度的缺陷。横向缺陷磁痕：缺陷的长轴方向与工件轴线或母线夹角大于或等于30度的缺陷。分散缺陷磁痕：在一定区域内同时存在几个缺陷磁痕。第38页/共113页常用标准简介BSEN1369

铸件磁粉验收标准

DINEN10228-1锻钢件磁粉探伤验收标准

JB/T4730.4-2005压力容器磁粉验收标准

第39页/共113页BSEN1369简介英国标准，由欧洲标准委员会（CEN)1996年10月26日批准发行。适用于铁磁性铸铁和铸钢件的磁粉探伤。其给出了根据缺陷性质、区域尺寸所规定的各质量等级的验收标准。表面要求：进行检测的表面应洁净无稀油、油脂、砂、氧化皮、铸造和涂漆过程中残留的有可能影响正确操作及探伤结果解释的其他任何污染物。检查条件：可以用肉眼或3倍放大镜观察。第40页/共113页磁痕分类线性缺陷磁痕（LM)：长度与宽度之比大于等于3的缺陷。非线性缺陷磁痕（SM）：长度与宽度之比和小于3的缺陷。可叠加磁痕显示（AM）：线性：两个磁痕的间距小于其中最小磁痕的长度L；非线性：磁痕间距小于2mm且最少为三个磁痕。可叠加缺陷可计为一个缺陷，其长度等于缺陷的总长度L，

L为第一个缺陷起点到最后一个缺陷终点之间的距离，例下图：L=l1+l2+l3+l4+l5第41页/共113页表1缺陷特点和相应的磁痕类型第42页/共113页表2磁粉探伤的要求等级-单个非线性缺陷第43页/共113页表3磁粉探伤的严重程度-线性和线列磁痕第44页/共113页表4：线形（LM）和线列（AM）磁痕第45页/共113页非线性缺陷参考图形（图框尺寸105mm*148mm)第46页/共113页第47页/共113页第48页/共113页第49页/共113页第50页/共113页线性缺陷参考图形（图框尺寸105mm*148mm)第51页/共113页第52页/共113页第53页/共113页第54页/共113页第55页/共113页第56页/共113页第57页/共113页DINEN10228-1标准简介适用范围：规定了对铁磁性材料锻件进行磁粉探伤所使用的方法和验收标准。表面状态和相应质量等级所检表面粗糙度必须符合表1中规定的各个质量等级要求****通常情况下，适用质量等级1和2。对于模锻件，可以使用等级3作为最低要求。表1表面状况第58页/共113页表2：质量等级、记录界限和验收标准第59页/共113页JB/T4730.4-2005验收简介不允许存在任何裂纹或白点；紧固件和轴类锻件不允许出现任何横向缺陷显示。焊缝接头的磁粉检测质量分级见下表：第60页/共113页JB/T4730.4-2005验收简介受压加工部件和材料磁粉检测质量分级见下表：第61页/共113页第三部分渗透检测第62页/共113页渗透探伤的原理第63页/共113页渗透探伤的原理零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透液后,经过一定时间的渗透,渗透液可以渗进表面开口缺陷中;经去除零件表面多余的渗透液和干燥后;再在零件表面施涂吸附介质_显象剂;同样,在毛细管作用下,显象剂将吸附缺陷中的渗透液,使渗透液回渗到显象剂中;在一定的光源下(黑光或白光),缺陷处的渗透液痕迹被显示(黄绿色荧光或鲜艳红色),从而探测出缺陷的形貌及分布状态.第64页/共113页毛细现象圆柱形细管(毛细管)在的毛细现象

拿一根很细的玻璃管,把它的一端插入装在玻璃容器里的水中.由于水能润湿玻璃管壁,所以可看到水在管子里上升,水能呈凹面,且高出容器的水面(见下图1).如果把这根细玻璃管插入装在玻璃容器里的水银中,由于水银不能润湿玻璃管壁,所以发生的现象正好相反,管里的水银面呈凸面,并且比容器里的水银面低一些.

润湿液体在毛细管中呈凹面并且上升,不润湿液体在毛细管中呈凸面并且下降的现象,称为毛细现象.第65页/共113页渗透探伤的优点1）适用范围广泛：不论是碳钢以及含有铬、镍、铜等元素的合金钢还是非铁磁性材料，例如不锈钢、铝合金、镁合金、锌合金等。只要是非疏孔性材料均适用。2）检测效率高:同磁粉探伤相比，即使是复杂形状的工件也只要进行一次检验，即可实现几乎全表面探伤。3）对缺陷的方向性不敏感：当多种方向缺陷共存时，仅一次操作就可检出。4）操作简单：其是无损检测方法中最适宜携带的方法。不受现场水电等限制。第66页/共113页渗透探伤的缺点1）只能检查表面开口缺陷，受材料的致密性限制。2）这种方法只能知道有无缺陷与试件表面的缺陷形态，对缺陷深度、内部形状与大小无法掌握。3）同磁粉相比，图像逐渐溃散的同时颜色随之变浅。****显像时注意观察4）受表面光洁度的影响较大，光洁度越差就越难以进行正确的清洗处理，因此表面光洁度差的工件探伤有困难。5）渗透探伤一般采用手工操作，很大程度取决于检验人员技术水平高低。探伤技术不熟练时结果易变。6)相对来讲价格较高，且对环境有污染。第67页/共113页灵敏度试片第68页/共113页渗透典型缺陷显示特征第69页/共113页渗透典型缺陷显示特征第70页/共113页常用标准简介DINEN1371-1铸件的渗透检查DINEN10228-2锻件的渗透检验标准JB/T4730.5-2005承压设备渗透检测第71页/共113页DINEN1371-1铸件的渗透检查CEN欧洲标准委员是由比利时、丹麦、德国、芬兰、法国、希腊、爱尔兰、冰岛、意大利、卢森堡、荷兰、挪威、奥地利、葡萄牙、波兰、瑞典、瑞士、西班牙、捷克斯洛伐克和英国组成。渗透检验图象显示的解释线性显示图象（LP）。当显示图象的最大的尺寸规格至少大于最小图像尺寸规格3倍的时候（即L≥3W）；非线性显示图象。当显示图象的最大的尺寸规格小于最小图像尺寸规格3倍的时候（即L<3W）；单一的（SP）：聚集的（CP）：在多个显示范围内，个图像之间的距离无法测量（只能把它看成一个缺陷）；顺序排列（AP）。这个显示或者是：线性的：在顺序排列中，两个缺陷的距离小于最大缺陷的长度非线性：两个缺陷的距离小于2mm并且至少可以看到三个缺陷。第72页/共113页表1：渗透检查时缺陷种类和相关缺陷类型第73页/共113页表2非线性单个SP或堆积的CP的质量等级第74页/共113页表3：线性LP和顺序排列的AP的验收等级第75页/共113页非线性缺陷参考图形（图框尺寸105mm*148mm)第76页/共113页第77页/共113页第78页/共113页第79页/共113页第80页/共113页非线性的单个SP和CP的对照图片第81页/共113页第82页/共113页第83页/共113页线性的LP和顺序排列AP的参考图象第84页/共113页第85页/共113页第86页/共113页第87页/共113页第88页/共113页第89页/共113页第90页/共113页DINEN10228-2钢锻件渗透检验适用范围：规定了对锻件进行渗透探伤所使用的方法和验收标准。表面状态和相应质量等级表面应清洁无氧化皮、稀油、干油、加工痕迹、油漆以及其它影响检验灵敏度或降低显示说明能力的异物。所检表面粗糙度必须符合下表规定的各个质量等级要求

第91页/共113页表1：质量等级、记录等级和验收标准第92页/共113页JB/T4730.5-2005验收简介不允许存在任何裂纹或白点；紧固件和轴类锻件不允许出现任何横向缺陷显示。焊缝接头和坡口的质量分级见下表：第93页/共113页JB/T4730.5-2005验收简介其它部件的质量分级评定见下表第94页/共113页第四部分射线检测第95页/共113页X射线和γ射线的性质在真空中以光速直线传播本身不带电，不受电场和磁场的影响在媒质界面可以发生反射和折射，但X射线和γ射线只能发生慢反射，而不能象可见光那样产生镜面反射。X射线和γ射线的折射系数非常接近于1，所以折射的方向改变不明显可以发生干涉和衍射现象，但只能在非常小的，例如晶体组成的光栅中才能发生这种现象不可见，能够穿透可见光不能穿透的物质在穿透物质过程中，会与物质发生复杂的物理和化学作用，例如电离作用，荧光作用，热作用，以及光化学作用等具有辐射生物效应，能够杀伤生物细胞，破坏生物组织第96页/共113页X射线的产生X射线是在X射线管中产生的，X射线管是一个具有阴阳两极的真空管，阴极是钨丝，阳极是金属（钨、铜）制成的靶。在两极之间加很高的管电压，当阴极加热到白炽状态时释放出大量电子，这些电子在电场中被加速，从阴极飞向阳极，最终以很大速度撞击在金属靶上，失去所具有的动能，这些动能绝大部分转换为热能，仅有极少一部分转换为X射线向四周辐射。目前使用的X射线机的射线转换效率约2%第97页/共113页γ射线的产生γ射线是放射性同位素经过α衰变或β衰变后，从激发态向稳定态过度的过程中，从原子核内发出的，这一过程称作γ衰变，又称γ跃迁。与原子的核外电子的跃迁一样，都可以放出光子，光子的能量等于跃迁前后两能级能值之差。核内能级的跃迁放出的γ光子能量在千电子伏到十几兆电子伏。第98页/共113页射线与物质的相互作用在X射线和γ射线能量范围内，光子与物质作用的主要形式有：光电效应、康普顿效应、电子对效应第99页/共113页射线照相法的原理射线在穿透物质过程中会与物质发生相互作用，因吸收和散射而使其强度减弱。强度衰减程度取决于物质的衰减系数和射线在物质中穿越的厚度。如果试件的局部存在缺陷，且构成缺陷的物质的衰减系数又不同于试件，该局部区域的透过射线强度就会与周围产生差异.把胶片放在适当位置使其在透过射线的作用下感光,经暗室处理后得到底片.底片上各点的黑化程度取决于射线照射量(射线强度.照射时间),由于缺陷部位和完好部位