失效分析 第5章

5.1无损检测诊断技术概述5.2超声检测诊断技术5.3声发射检测诊断技术5.4射线检测诊断技术5.5涡流检测诊断技术5.6磁粉检测诊断技术5.7渗透检测诊断技术第五章无损检测诊断技术第五章无损检测诊断技术

无损检测诊断技术:

在不损伤被检测对象的条件下，利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化，来探测各种工程材料、零部件、结构件等内部和表面缺陷，并对缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化作出判断和评价。

5.1.1概述目的:定量掌握缺陷与载荷的关系，即评价构件的允许载荷、寿命或剩余寿命关系。检测结构在制造和使用过程中产生的结构不完整性及缺陷情况，以便改进制造工艺，提高产品质量，及时发现故障，保证设备安全、高效、可靠地运行。5.1无损检测诊断技术概述三种含义：无损检测NDT(NondestructiveTesting);

无损检查NDI(NondestructiveInspection);

无损评价NDE(NondestructiveEvaluation);NDT──仅检测出缺陷；

NDI──以NDT检测结果为基础判定缺陷；

NDE──掌握对象的载荷、环境条件，对构件的完整性、可靠性及使用性能进行综合评价。5.1.1概述无损检测诊断技术的特点：

(1)

不会对构件造成任何损伤(2)

为查找缺陷提供有效方法(3)

能够对产品质量实现监控(4)

能够防止产品失效引起的灾难性后果(5)

无损检测诊断技术具有广阔的应用范围5.1.2特点常用的有6种：超声检测、声发射检测、

射线检测、

涡流检测、磁粉检测、

渗透检测（已列入国际标准，可参照执行）适用场合不同：超声和射线用于探测内部缺陷；磁粉和涡流用于探测表面和近表面缺陷；渗透仅用于表面开口处的缺陷；声发射用于动态无损检测。5.1.3常用方法5.2.1概述超声波：是频率高于20kHZ的声波，它是方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能

(常用0.5-10MHZ)超声检测诊断技术:利用材料本身或内部缺陷对超声波传播的影响，来判断结构内部及表面缺陷的大小、形状和分布情况。5.2超声检测诊断技术超声波特点：

1)超声波在介质中传播时，遇到界面会发生反射；2)超声波具有良好的指向性，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。检测原理：超声波进入物体遇到障碍（缺陷或其他异质界面）时，其方向和强度就会受到影响，发生反射、折射、散射或吸收等，根据这种影响的大小就可以确定缺陷部位的尺寸、物理性质、方向性、分布方式及分布位置等。5.2.1概述超声检测特点优点：穿透能力较大，检测距离大；（例如在钢中的有效探测深度可达1米以上）对平面型缺陷如裂纹、夹层等，探伤灵敏度较高，并可测定缺陷的深度和相对大小；设备轻便，操作安全，易于实现自动化检验。缺点：不易检查形状复杂的工件，要求被检查表面有一定的光洁度。对于粗晶粒铸件和焊缝，因易产生杂乱反射波而较难应用。结果不直观，要求有经验的人员来进行操作和判断检测结果。5.2.1概述超声检测应用：是无损检测中应用最为广泛的方法之一。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，都可以采用超声法进行检测，包括各种机械零件、结构件、电站设备、船体、锅炉、压力容器、非金属材料等。如：检测锻件的裂纹、分层、夹杂；焊缝中的裂纹、气孔、夹渣、未熔合、未焊透，型材的裂纹、分层、夹杂、折叠；铸件中的缩孔、气泡、热裂、冷裂、疏松、夹渣等缺陷及厚度测定等。5.2.1概述按检测原理：共振法、穿透法和脉冲反射法。按探头与工件接触方式：直接接触法、液浸法。共振法：利用共振现象检测物体缺陷的方法（主要用于检测工件的厚度）。原理：通过调整超声波的发射频率，以改变发射到工件中的超声波的波长，使工件厚度为超声波半波长的整数倍时，便产生共振，由此可测出工件厚度。5.2.2超声检测法分类穿透法：根据超声波穿透工件后能量的变化来判断内部有无缺陷。原理：两个探头置于试件两侧面，一个探头发射超声波，另一个接收，根据接收到的超声波的强弱判断内部是否有缺陷。若无缺陷，超声波较强，衰减较小；若有缺陷，超声波在缺陷处会反射或折射，阻止超声波到达接收探头。优点：设备简单，操作容易，检测速度快。缺点：不能探测缺陷深度，灵敏度低，探头位置要求高。5.2.2超声检测法分类脉冲反射法：根据缺陷的回波和底面的回波来进行判断，是目前应用最广泛的超声波检测法。原理：将具有一定持续时间和一定频率间隔的超声脉冲反射到被测工件，超声波遇到缺陷时，会产生反射，根据反射信号的时差变化，及在显示器上的位置可判断缺陷大小及深度。优点：通过改变入射角，可发现不同方位的缺陷，利用表面波可以检测复杂形状的表面，可对薄板进行探伤。5.2.2超声检测法分类测试方法：当试件完好时，超声波可顺利传播到达底面，检测图形中只有表示发射脉冲T及底面回波B两个信号；若存在缺陷，在检测图形中，底面回波前有表示缺陷的回波。缺陷波在时基轴上的位置可以确定缺陷在工件中的位置，缺陷波的高度取决于缺陷对超声束的反射面积。5.2.2超声检测法分类热交换器焊缝的超声检验

5.2.2超声检测法应用5.2.2超声检测法应用水轮发电机组大轴的超声检验

5.2.2超声检测法应用铁塔桩基混凝土质量的超声检测

5.2.2超声检测法应用5.2.2超声检测法应用5.2.2超声检测法应用声发射检测：是一种评价材料损伤的动态无损检测技术。通过对声发射信号的处理和分析评价缺陷发生和发展的规律，确定缺陷位置。声发射：是材料在外力作用下，缺陷因应力集中产生变形或断裂，以弹性波释放应变能的一种现象。声发射技术：多数金属材料塑性变形或断裂时都有声发射信号，用仪器检测、分析声发射信号并确定声发射源的技术称为声发射技术。5.3声发射检测诊断技术声发射检测诊断特点：

1、一种动态无损检测诊断技术：内部缺陷在外力作用下扩展时，能发出一定频率和振幅的声波，以此来判断反射地点的部位和状态。2、声发射检测几乎不受材料限制。3、声发射检测灵敏度高。4、可实现在线检测，能够减少停产的损失。5.3.1概述声发射技术应用范围：在工业生产中，声发射技术已用于压力容器、锅炉、管道和火箭发动机壳体等大型构件的检验，评定缺陷的危险性等级，作出实时报警。在生产过程中，用声发射技术可以连续监视高压容器、核反应堆容器和海底采油装置等构件的完整性。声发射技术还应用于测量固体火箭发动机火药的燃烧速度和研究燃烧过程，检测渗漏，研究岩石的断裂，监视矿井的崩塌，并预报矿井的安全性。5.3.1概述优点：可对裂纹遥测定位；测量系统可很快设置；灵敏度高；对测试目标只要求有限接近；可检测活动裂纹；只需要相对很小负载；有时能预报毁坏负载。5.3.1概述缺点：结构必须承载；与材料密切相关；会受电噪声和机械噪声影响；定位精度有限；裂纹类型只能给出有限信息；难于解释测量结果。5.3.1概述声发射是物体受外部条件作用使其状态发生改变而释放出来的一种瞬时弹性波。其信号来自缺陷本身，因此，用声发射检测法可以判断缺陷的活动性和严重性。5.3.2声发射检测方法1、它是上升时间很短的振荡脉冲信号，上升时间为10－4~10－8秒，信号的重复速度很高。2、声发射信号有很宽的频率范围，从次声到30MHz。3、信号是不可逆的,具有不重现性。同一试件在同一条件下产生的声发射只有一次。4、信号不仅与外部因素，而且与内部因素有关。具有随机性。5、频率范围很宽，信号具有模糊性。声发射信号的特征1.一个完整振荡波形称为一个声发射事件。0.01~100ms。2.声发射最大幅值反映释放能量的大小。3.振荡曲线与门槛值第一个交点到最后一个交点经历的时间称为事件持续时间。4.上述第一个交点到最大幅值的时间称为上升时间。声发射信号的表征参数重要参数：振幅、事件持续时间、上升时间声发射信号的表征参数储氢瓶的声发射在役检验

射线检测:利用射线(X射线、γ射线、中子射线等)穿过工件时的强度衰减，检测其内部结构不连续性的技术。工作原理：穿过的射线由于强度不同在胶片上的感光程度也不同，由此生成内部不连续的图像，根据胶片的感光情况可以判断被检测物的内部质量。5.4射线检测诊断技术射线:

是一种电磁波，与无线电波、红外线、可见光、紫外线等本质相同，但射线波长短、频率高，穿透能力强。特点：1.不可见，易直线传播；2.不带电荷，不受电场和磁场影响；3.能够透过可见光不能透过的物体；4.与可见光一样有干涉、绕射、折射等现象；5.能使某些物质起光化学作用，使胶片感光，使某些物质发生荧光；

5.4射线检测诊断技术检测方法：照相法、荧光显示法、电视观察法、电离法和发光晶体记录法。照相法将被检件放置在离射线源装置50cm-1m的位置处，把胶片盒紧贴在构件背后，让射线照射适当时间进行曝光，将曝光后的底片在暗室中显影、定影、水洗和干燥，根据底片黑度和图像来判断缺陷的种类、大小和数量。5.4射线检测诊断技术焊缝的X射线底片（有气孔、夹渣等缺陷）铸件底片

5.4射线检测诊断技术5.4射线检测诊断技术优点：1.适用于大多数材料。对形状、表面粗糙度无特殊要求。2.直观显示缺陷影像，便于定性、定量、定位分析。3.射线底片能长期存档，便于分析事故原因。4.对被测物体无破坏，无污染。缺点：1.射线因被吸收和散射而衰减，检查厚度受限制。2.难于发现垂直射线方向的薄层缺陷。3.检测费用较高。4.射线对人体有害，需作特殊防护。5.4射线检测诊断技术

X射线机和γ射线仪

水力发电机蜗壳焊缝的射线检验

射线照相检验飞机起落架

涡流检测：利用铁磁线圈在工件中感生的涡流,分析工件内部质量状况的无损检测方法称为涡流检测。

涡流检测是以电磁感应为基础的无损检测，只适用于导电材料。主要应用于金属和少数非金属材料(如石墨,碳纤维复合材料)的无损检测。涡流检测原理

5.5涡流检测诊断技术涡流检测的主要特点:1.特别适用于薄、细导电材料，对于粗厚材料只适用于表面和近表面的检测。2.不需要耦合剂，非接触检测，3.速度极快，易自动化，可在线检测控制产品质量。4.可用于高温检测。高温下，导电试件仍然导电。5.可用于异型材和小零件的检测。6.不仅适用于导电材料的缺陷检测，还可能检测其他特性，只要该材料对涡流有影响。5.5涡流检测诊断技术应用:1.测量材料的电导率、磁导率、检测晶粒度、热处理状况、材料的硬度和尺寸等。2.检测材料和构件中的缺陷，如裂纹、折叠、气孔和夹杂等。3.金属材料或零件的混料分选。通过检查其成分、组织和物理性能的差异而达到分选的目的。4.测量金属材料上的非金属涂层、铁磁性材料上的非铁磁性材料涂层和镀层厚度等。5.在无法进行直接测量情况下，可用来测量金属箔、板材和管材的厚度，测量管材和棒材的直径等。5.5涡流检测诊断技术涡流诊断原理:当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件时，由于线圈磁场的作用，试件会产生涡流。涡流的大小、相位及流动性受到试件导电性能的影响，而涡流的反作用又使检测线圈的阻抗发生变化。因此，通过测定检测线圈阻抗的变化(或线圈上感应电压的变化)，就可探知被检材料有无缺陷。5.5涡流检测诊断技术检测线圈可分为三类：1、穿过式线圈：工件插入线圈内部进行检测。可用于检测管材、棒材、线材等可以从线圈内部通过的试件。易于实现批量、高速、自动检测.2、内通过式线圈：将线圈插入工件内部进行检测。3、放置式线圈：线圈放在工件表面检测。具有磁场聚焦的性质，灵敏度高，适用于板材、带材、棒材的表面检测，还能对形状复杂的工件某一区域进行局部检查。5.5涡流检测诊断技术涡流线圈与工件的三种位置5.5涡流检测诊断技术标定试样涡流检测的对比试样，一般采用与被检工件同样牌号和状态的材料，用同样的方法制作,加工一定规格的人工缺陷。人工缺陷的加工有下列原则：1.它们须符合技术要求。2.应该容易制造。3.应可以复制。4.均能按精确标度的尺寸制造。5.工件在检测仪上产生的信号和自然产生的信号十分相似。5.5涡流检测诊断技术用作参考标准的人工缺陷5.5涡流检测诊断技术燃气轮机透平叶片的涡流检验

磁粉检测：利用被检材料的铁磁性能以检验其表层中的微小缺陷（裂纹、气孔、夹杂、折叠）的一种无损检测方法。（适用于铁磁性材料表面或近表面缺陷）

基本原理：铁磁性材料工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，在合适的光照下形成目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、大小、形状和严重程度。5.6磁粉检测诊断技术设备：磁头，轭铁，线圈，电源及磁粉。某些应用中要有专用设备和紫外光源。用途：检测铁磁性材料和工件表面或近表面的裂纹、折叠、夹层、夹渣等，并能确定缺陷的位置、大小和形状。优点：简单、操作方便，速度快，灵敏度高。局限性：限于铁磁材料，探伤前必须清洁工件，涂层太厚会引起假显示，某些应用要求探伤后给工件退磁，难以确定缺陷深度，不适用于非铁磁性材料。5.6磁粉检测诊断技术磁铁有磁性，磁铁各部分磁性强弱不同，两端强，中间弱，特别强的部位称磁极：北极N，南极S。磁极间相互排斥及相互吸引的力称磁力。磁力可达到的空间称磁场。磁场内有能量。如果环形磁铁两端闭合，则不呈现磁极，不会吸引磁粉。如果该磁铁有空隙，两端形成磁极，会吸引磁粉。如果磁环上有裂纹，裂纹两端形成磁极，成为漏磁场。磁粉探伤利用漏磁场进行工件检验。5.6磁粉检测诊断技术漏磁场将吸引、聚集检验施加的磁粉，形成缺陷显示。磁粉检测深度只有1~2mm,直流磁化时为3~4mm。缺陷漏磁场的产生5.6磁粉检测诊断技术通电法：工件夹在探伤机夹头之间，电流从工件上通过，形成周向磁场，可发现与电流方向平行的裂纹，适合检验中小工件支杆法：用支杆触头或夹钳接触工件表面，通电磁化，适用于焊缝或大型部件的局部检验。芯棒法：导体穿入空心工件，电流从导体上流过形成周向磁场，可发现与电流方向平行的缺陷，适合检验管材等空心工件。磁化方法线圈法：工件放入通电线圈内，或用通电软电缆绕在工件上形成磁场，有利于发现与线圈垂直的缺陷。磁轭法：工件夹在电磁铁的两极间磁化，或用永久磁铁对工件局部磁化。适合大型工件局部检验。感应电流法：环形工件作变压器次级线圈，利用磁感应原理，在工件上产生感应电流，产生环形磁场。检验薄壁环形工件。磁化方法复合磁化法：将周向磁化和纵向磁化组合在一起，一次可发现不同方向的缺陷。直电缆法：电流通过与受检工件表面平行放置的电缆来磁化工件，可发现与电缆平行的缺陷。磁