机械工程测试技术（第3版）课件：无损检测技术

无损检测技术

无损检测技术无损检测定义

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，并对缺陷类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化做出判断和评价。五大无损检测技术：超声检测技术√射线检测技术（包括X射线√

、γ射线、中子射线）涡流检测技术磁粉检测原理（适合磁性材料）√渗透检测技术（适合非磁性材料表面缺陷监测）√7.1超声波检测技术7.1.1超声波检测技术简介超声波特性：音频超过了人类耳朵范围的声波，>20kHz弹性波（机械波）：在气体、液体和固体中传播超声波的传播频率主要由探头决定

例如：型号为2.5P20的探头发射的超声波，频率为2.5MHz。超声波在媒质中传播速度与媒质的特性（温度、密度）有关超声波在介质中传播时有多种波型，检验中最常用的为纵波、横波、表面波和板波。纵波（质点运动方向与传播方向一致）可探测金属铸锭、坯料、中厚板、大型锻件和形状比较简单的制件中所存在的夹杂物、裂缝、缩管、分层等缺陷；横波（质点运动方向与传播方向垂直）可探测管材中的周向和轴向裂缝、划伤、焊缝中的气孔、夹渣、裂缝、未焊透等缺陷；表面波（质点作纵横向复合振动，所引起的波只在介质表面传播）可探测形状简单的铸件上的表面缺陷；板波（质点作纵横向复合振动，板厚远小于一个波长）

可探测薄板中的缺陷。7.1超声波检测技术7.1超声波检测技术超声波的特点：1）频率高波长短：绕射现象小，方向性好，能够成为射线定向传播；2）穿透本领大：在液体、固体中衰减很小，能够穿透近几十米；3）碰到杂质或分界面会产生显著反射；4）对人体无害。5）频率对声速影响不明显，但温度对声速有一定影响，当测量精度要求很高时需要校正；6）对工作表面要求平滑；7）要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类，对缺陷没有直观性；9）只有缺陷尺寸大于波长的1/2时超声波才能反射，即不能检测尺寸小的缺陷。超声波的应用：1）可在不透光固体中传播；2）在工业中广泛地用于尺寸、深度、液位、流量、粘度、厚度、距离以及探伤等参数的检测。7.1超声波检测技术7.1.2超声波无损检测原理1.超声波检测方法分类

脉冲反射法、穿透法、共振法

斜声束直声束

反射能量大小：交界面两边介质声阻抗的差异

交界面的取向、大小2.检测原理1）脉冲反射法原理：超声波遇到不同阻抗界面发生反射在均匀的材料中：缺陷存在材料不连续界面声阻抗不一致发生反射测量系统构成：只有一个超声波探头，既发射又接收。

7.1超声波检测技术底波高度法原理：如果试件内存在缺陷，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射；反射回来的超声波能量大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。分析缺陷回波与无缺陷时回波变化判断试件缺陷。缺陷回波法原理：如果试件内存在缺陷，底面回波高度会下降甚至消失；这种依据底面回波的高度变化判断试件缺陷。该方法检出缺陷定位定量不便，灵敏度较低。7.1超声波检测技术2）穿透法原理构成：两个超声波探头：一个发射、一个接收。原理：据脉冲波或连续波穿透试件之后的能量变化来判断缺陷。原理：

采用频率可调的连续波；若声波在被检工件内传播，正常情况下，当试件的厚度为超声波的半波长的整数倍时，将引起共振。当试件内存在缺陷或工件厚度发生变化时，将改变试件的共振频率。

根据共振频率变化判断缺陷。

常用于测量试件厚度。3）共振法原理7.1超声波检测技术7.1.3超声波无损检测的应用探伤的5个组成要素：仪器：电子设备，提供发射脉冲激励探头，接收/放大/显示信号探头：核心为压电晶片，发射/接收超声波试块：探伤的基本方法是将试块上的人工伤信号与实际被检测的

工件测量信号对比。工艺/标准：规范探伤的方法/步骤等检测人员：具有一定实际经验7.1超声波检测技术探伤仪：运用超声检测方法来检测损伤的仪器称之为超声波探伤仪。探伤仪类型：1）脉冲波探伤仪：发射不连续且频率不变的超声波，根据超声波传播时间及幅度判断缺陷位置和大小。——常用2）连续波探伤仪：发射连续且频率不变的超声波，根据透过工件的超声波强度变化判断工件中有无缺陷及缺陷大小。3）调频波探伤仪：发射连续的频率变化的超声波，根据发射波与反射波的差频变化情况判断工件中有无缺陷。7.1超声波检测技术例如：脉冲反射式超声探伤系统同步电路：触发扫描电路和发射电路开始工作扫描电路：加至示波管水平偏转板上，使电子束发生水平偏转，在荧光屏上产生一条水平扫描线发射电路：产生高频窄脉冲，激励探头压电晶片振动，在工件中产生超声波探头：发射超声波到工件中、接收遇缺陷或底面返回的信号接收放大电路：检波返回电信号，加至示波管垂直偏转板上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描线的相应位置上产生缺陷波和底波判断：根据缺陷波的位置可以确定缺陷的深度，根据缺陷波的幅度可以估算缺陷当量的大小7.1超声波检测技术常见的工业检测应用焊缝检测复合材料缺陷检测超声波测厚超声波测距技术7.1超声波检测技术

用于无损检测的射线有X射线、γ射线、中子射线三种（电磁波）；

X射线和γ射线广泛用于压力容器焊缝和其他工业产品、结构材料的缺陷检测，而中子射线仅用于一些特殊场合。因此，X射线检测是透射法！7.2工业CT检测技术7.2.1工业CT成像技术简介X射线检测最主要的应用是探测试件内部的宏观几何缺陷，采用射线照相法进行检测。原理：射线通过物体时会发生吸收和散射，材料中有缺陷会影响射线的吸收和散射，则测量出射射线强度可达到探测。射线另一特性是能够使胶片感光，底片上有缺陷部位与无缺陷部位的黑度图像不一样，这样，就可以判断出缺陷的种类、数量、大小等。

超声波X射线适用对象一般用在厚板上，探测深度可达3m左右比较适合检测50mm，最多500mm厚以下的薄板原理常利用机械波的反射利用电磁波的透射缺陷特征适合检测与超声波垂直的缺陷适合检测与X射线平行的缺陷输出波（幅值、频率）结果不直观图像结果较直观灵敏性比X射线探伤具有较高的探伤灵敏度透视灵敏度高影响对人体无害辐射对人有影响特殊要求对工作表面要求平滑常加耦合剂必须有防护措施成本成本低、灵活方便费用高，设备较重X射线与超声波探伤的比较工业CT是在X射线基础上发展起来的一种无损检测技术。7.2工业CT检测技术7.2工业CT检测技术CT成像技术CT是ComputedTomography的缩写,计算机断层成像技术基于射线与物质的相互作用原理，通过投影重建方法获取被检测物体的数字图像CT与一般X辐射成像的区别：一般X辐射成像：

将三维物体投影到二维平面成像，各层面影像重叠会造成相互干扰，图像模糊且损失了深度信息，不能满足精密分析评价要求CT成像：

把被测物体所检测断层孤立出来单独成像，避免了其余部分的干扰；

图像质量高——清晰准确显示所检测部位内部的结构关系、物质组成及缺陷状况，检测效果远远高于其他传统的无损检测方法7.2工业CT检测技术工业CT特点：能准确地再现物体内部的三维立体结构能够定量地提供物体内部的物理特性，识别内部缺陷和位置7.2工业CT检测技术7.2.2工业CT工作原理一束射线穿过物质并与物质相互作用后，射线强度将受到射线路径上物质的吸收或散射而衰减，衰减规律遵循比尔定律一次探测计算出路径L上衰减系数的线积分多次探测就可以获得整个面的无穷多个线积分，从而可以精确无误地确定该物质面的衰减系数的二维分布物质的衰减系数与物质的质量密度直接相关，故衰减系数的二维分布可以体现出密度的二维分布7.2工业CT检测技术

工业CT检测系统组成射线源（高能、低能）前后准直器探测器（种类很多）机械扫描装置（精度很重要）前端数据采集与控制系统后端图像处理系统射线防护措施对操作者和设备的防护例如：某型号工业CT机产品特点：提供试样的二维(2D)横切面或三维(3D)立体表现图像检测系统组成：x光机、探测器、预载于计算机的CT软件、转台、控制系统和监视器等部分技术参数：空间分辨率5.0Lp/mm图象灰度等级16位探测器类型

平板；线阵列转台步进间隔

0.1mm射线源

20~450KV

Ｘ射线管焦点选择普通焦点、微焦点均可使用

被测物尺寸

最大长度2000mm，最大厚度150mm钢板应用领域：汽车零部件，轮胎，电池，玩具，军工7.2工业CT检测技术7.2工业CT检测技术7.2.3工业CT检测系统的应用材料损伤和缺陷检测材料密度分布检查装配检测元器件内部结构的评估可见，纵向裂纹、横向裂纹、未焊透、条状夹渣、气孔、咬边等缺陷均可通过CT探伤检测出来。（1）焊缝缺陷检测焊接缺陷在射线探伤仪上的显示图7.2工业CT检测技术摇枕CT扫描图像及局部图

（2）车辆关键部件缺陷检测

大型工业CT系统可对车辆摇枕、侧架等关键部件内部的气孔、砂眼、夹杂物、缩孔、疏松、冷隔、裂纹等铸造缺陷进行快速有效检测。7.3磁粉检测技术7.3.1磁粉检测技术简介磁粉检测（MagneticParticleTesting），简称MT检测原理：磁化工件，施加磁粉，观察磁粉的分布，判断被检工件是否存在缺陷。1.磁粉检测方法分类

（1）按照施加磁粉的时间可分为连续法和剩磁法。

连续法是在磁化工件的同时施加磁粉；剩磁法是先磁化工件，停止磁化后再施加磁粉。（2）按照显示材料可分为荧光法和非荧光法。

荧光法是采用荧光磁粉，在黑光灯下观察磁痕。非荧光法是采用普通黑色磁粉或者红色磁粉，在正常光照条件下观察磁痕。（3）按照磁粉的载体可分为湿法和干法。

湿法是磁粉的载体为液体。干法是直接以干粉的形式喷涂在工件上，只有特殊情况下才会采用这种方法。7.3磁粉检测技术2.磁粉检测方法的特点（1）优势能直观检验工件表面的裂纹、疏松、气孔和夹杂等缺陷，可显示缺陷的形状、位置、大小和严重程度，并可大致确定缺陷的性质可检出缺陷的最小宽度约0.1μm，能发现深度约10μm的微裂纹，具有较高灵敏度、磁粉检测几乎不受试件大小和形状的限制，综合采用多种磁化方法，可检测工件上各个方向的缺陷检测速度快，工艺简单，操作方便，效率高，成本低（2）局限性磁粉检测只能用于检测铁磁性材料只能用来检测表面和近表面缺陷难于定量确定缺陷埋藏的深度和缺陷自身的高度7.3磁粉检测技术7.3.2磁粉检测技术原理工件表面存在缺陷，缺陷与基体材料的磁特性不同，缺陷部位的磁导率低，磁阻很大，磁感应线将会改变途径若缺陷漏磁场的强度足以吸附磁性颗粒，则在缺陷对应处形成尺寸比缺陷本身更大、对比度也更高的磁痕，从而指示缺陷存在的位置、形状和大小257.3磁粉检测技术缺陷检测流程磁化被检验的工件，然后在磁化的工件表面上施加合适的磁粉，最后观察和解释磁粉堆积。7.3磁粉检测技术7.3.3磁粉检测技术的应用球罐焊缝检测在正常的光照条件下，把黑色或者红色的磁粉分散在以水或者油的载体（即磁悬液）中磁化焊缝的同时施加磁悬液一边磁化一边观察焊缝表面是否有磁痕形成起重机吊钩焊缝检测7.4渗透检测技术7.4.1渗透检测技术简介渗透检测（PenetrantTesting），简称PT1）优势

不受被检工件磁性、形状、大小、组织结构及缺陷方位的限制；一次操作能检查出各个方向的缺陷；不需要特别昂贵和复杂的电子设备和器械，取得可观的经济效益；检验速度快，操作比较简单，大量零件可以同时批量检测；缺陷显示直观、检验灵敏度高。2）局限性只能检测出材料表面开口缺陷，对于材料内部的缺陷无能为力；由于多孔性材料的缺陷图像显示难以判断，所以不适合多孔性材料表面缺陷检测；工序多，难以定量地控制检验操作程序，大多凭检验人员的经验和视力的敏锐程度。7.4渗透检测技术7.4.2渗透检测原理毛细现象原理：毛细现象由于毛细现象的作用，溶有荧光染料或着色染料的渗透剂施加于试件表面时，渗透剂就会渗入到各类开口于表面的细小缺陷中清除依附在试件表面上多余的渗透剂，经干燥后再施加显像剂缺陷中的渗透剂在毛细现象的作用下重新吸附到试件表面的显像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，从而探测出缺陷的形貌及分布状态7.4渗透检测技术渗透检测分类：渗透检测按染料不同，分为荧光法和非荧光法荧光法需在紫外线灯的照射下检测，若存在裂纹，其黄绿色荧光格外醒目非荧光法（也称着色法）只需在白光或日光下检测，在没有电源的场合也能工作，因而应用非常广泛。7.4渗透检测技术7.4.3渗透检测技术应用渗透检测的主要应用是检查金属（钢、铝合金、镁合金、铜合金、耐热合金等）和非金属（塑料、陶瓷等）工件的表面开口缺陷，例如表面裂纹等。钢管渗透无损检测7.4渗透检测技术叶片渗透检测关键步骤：将叶片完全浸入到水洗型荧光渗透剂中，停留时间最少15分钟。清洗叶片上多余的渗透液，在热空气循环烘箱中干燥或在室温下自然干燥，用喷粉柜或手工撒的方法把干粉显像剂施加到叶片的表面，显像时间10分钟在暗室的黑光灯下检查叶片，判别是否存在裂纹缺陷超声检测一般用在厚板缺陷检测，比X射线探伤具有较高的探伤灵敏度，成本低，对人体无害，但工作表面要求平滑，且不适合于检测与超声波平行的缺陷；射线检测对体积型（薄板）缺陷，如气孔、夹渣等的检出率高，对面积型缺陷（如裂纹、末熔合类），如果照相角度不适当，则比较容易漏检，此外，射线检测的局限性还在于成本很高，且对人体有害；磁粉检测几乎不受工件几何和缺陷方向的限制，但是，只能检测磁性材料的表面缺陷，检测灵敏度与磁化方向有很大关系；渗透检测适用于任何非多孔性材料工件表面缺陷，特别适合于现场检验，但是检测速度较慢，污染度较重等。四种无损检测技术的比较7.5其它技术在无损检测中的应用7.5.1电涡流传感器在无损检测中的应