《无损检测基础知识》PPT课件

1、承压类特种设备无损检测相关知识 第三篇 无损检测基础知识 第6章 无损检测概论 6.1 无损检测的定义与分类 无损检测非破坏检查，主要手段有：RT；UT；MT；PT。称为四大常规检测方法，其中：RT和UT主要用于检测工件内部的缺陷；MT和PT主要用于检测工件表面的缺陷。还有ET（Eddy Current Testing）；AE（Acoustic Emission） 和VT（Visual Testing）。 无损检测技术发展过程中出现过三个名称： NDI （Non- distructive Inspection ） 非破坏检查； NDT（Non- distructive Testing）无损测试

2、； NDE（Non distructive Evaluation）无损评价。 无损检测广泛应用于机械、冶金、石油天然气、石化、化工、航空航天、船舶、铁道、电力、核工业、兵器、煤炭、有色金属、建筑等行业。 6.2 无损检测的目的 1.保证产品质量 应用范围广、灵敏度高、检测结果可靠性好而且可以进行100%的检测。 2.保证工件使用安全,主要指的是在用工件的定期检测，发现那些使用中产生的缺陷。如疲劳裂纹、 应力腐蚀裂纹等。 3.改进制造工艺 4.降低生产成本 6.3 无损检测的应用特点 1. 非破坏检查和破坏检查相配合 如解剖、金相、爆破等。 2. 正确选定无损检测时机 焊缝检测应注意延迟裂纹的检

3、查；锻件应在其形状尽量规则时检查； 粗晶的工件应在细化晶粒后检查。 3. 选择最适当的无损检测方法 每种无损检测方法都有其局限性，应根据工件的材质、结构、形状、尺 寸，预计可能产生的缺陷种类、部位及走向选择最合适的检测方法。 并根据工件的使用情况，确定合理的检测方法。 4. 综合运用各种无损检测方法 6.4 承压类特种设备无损检测标准 JB/T4730-2005,第7章 缺陷的种类及产生原因 7.1 钢焊缝中常见缺陷及产生原因 1.外观缺陷（属VT） 咬边；焊瘤；凹坑；未焊满；烧穿及其他表面缺陷（成形不良、错边、 塌陷、表面气孔及焊接变形等）。 2. 气孔 气孔的分类：球形、条虫形的单个或密集

4、气孔（蜂窝状或链状）。 气孔的形成机理：金属在液态和固态下，对气体的溶解度，差几十倍 至几百倍，因此，焊缝溶池中液态金属凝固过程中，应有大量气体逸出， 若金属的凝固速度大于气体的逸出速度，焊缝中就形成气孔。 产生气孔的主要原因：有气（母材或填充金属表面有锈、油污；焊条 焊剂未烘干，高温下分解产生气体）；溶池冷却速度过大；焊缝金属脱 氧不足，均增加气孔的数量。 气孔的危害：减小焊缝截面积，使焊缝疏松降低焊缝强度和塑性，严 重的还会引起泄漏。 防止气孔的措施：清除油污、铁锈、水分和杂物；焊前预热、焊后缓 冷；用偏强的施焊规范等。 ,3. 夹渣 指焊后熔渣残存在焊缝中的现象。 夹渣的分类 金属夹渣：

5、夹钨、夹铜等； 非金属夹渣：药皮、焊剂等。 夹渣产生的原因：坡口尺寸不合理；坡口有污物；多层焊时，层间清 渣不彻底；钨极气体保护焊，电源极性不当，电流密度过大，钨极溶化 脱落于溶池中；焊缝散热太快，不利溶渣上浮等。 4. 裂纹 金属原子的结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙称为裂纹。这是 一种危害性最大的焊接缺陷。应力高度集中，很容易扩展引起脆断。 热裂纹（结晶裂纹）：最常见的热裂纹是结晶裂纹，其生成原因是在 焊缝金属凝固过程中，结晶偏析使杂质生成的低熔点共晶物富集于晶界， 形成“液态薄膜”，在特定的敏感温度区间，其强度极小，由于焊缝凝 固收缩而受到拉应力，最终沿晶界开裂形成裂纹。通常发生在

6、杂质较多 的碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢等材料焊缝中。 冷裂纹（延迟裂纹）：多产生于焊后一段时间，较低的温度区间，主,要产生于热影响区，也有发生在焊缝的。拉应力和含氢量高是产生冷裂纹 的重要原因。冷裂纹可能是沿晶开裂，也可能是穿晶开裂。 再热裂纹：在焊后热处理的加热过程中，产生的裂纹，分布于热影响区 的粗晶部位；多产生于550650，沿晶开裂。 层状撕裂：在焊接应力和拘束应力作用下，钢板中因夹杂物存在而形成 的薄弱区域层状撕裂。 5未焊透 母材金属未溶化，焊缝金属没有进入接头根部，减少了焊缝的有效截面 积；使接头强度下降；产生应力集中，导致焊缝开裂。 6未溶合 焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之

7、间未溶化结合在一起形成的缺陷。 7.2 铸钢件常见缺陷及产生原因 气孔、夹渣、夹沙、冷隔、缩孔和疏松、裂纹（冷、热）等。 7.3 锻钢件常见缺陷及产生原因 缩孔和缩管、疏松、夹杂物（金属、非金属；内在、外来）、折叠、裂 纹、白点等。 7.4 轧材中常见缺陷及产生原因,1 钢管缺陷：分层、裂纹、翘皮和折叠、表面划伤和直道。 2 钢棒及型材缺陷：心部开裂、严重偏析、白点、夹杂等内部缺陷；折 叠、皱纹、发纹等外部缺陷。 3 钢板缺陷：分层。 7.5 使用中的常见缺陷及产生原因 1 疲劳裂纹：承受交变载荷的结构材料，局部高应力区内的峰值应力超 过 材料的屈服强度，产生微裂纹并逐步扩展形成疲劳裂纹。 2

8、 应力腐蚀裂纹：金属材料在特定腐蚀介质中，在拉应力作用下，产生 的裂纹。 3 氢损伤：临氢工况下运行的工件，吸氢后造成损伤，如氢脆、氢腐蚀、 氢鼓包、氢致裂纹。 4 晶间腐蚀：奥氏体不锈钢晶间贫铬，导致的晶界腐蚀。 5 各种局部腐蚀：点腐蚀、缝隙腐蚀、磨损腐蚀、选择性腐蚀等。,第8章 射线检测基础知识 射线检测是无损检测的一个重要门类，用以检测工件内部的宏观几何缺 陷，以胶片作为信息的记录器材时，称为射线照相。 8.1 射线照相法的原理 1射线源的种类：X射线；射线 X射线：高速运动的电子撞击阳极靶，大部 分转变为热能；小部分转变为X射线。 X射线的波长与管电压的关系如下式： min= 1.2

9、4/kVP（nm） 管电压越高，射线波长越短，能量越高， 穿透能力越强；管电流越大，射线强度越大； 靶材料的原子序数越大，射线强度越大。 IT=Ki Z i V2 （Ki 比例常数） 射线：放射性同位素衰变过程中放射出的射线。不同的放射性同位素具 有不同的能量级，Co60 1.25MeV； Ir192 0.355MeV ； Se75 0.20MeV； 同一种放射性同位素，具有不同的活度。 2射线穿过物质时会产生衰减,光电效应；康普顿效应；电子对效应。 射线穿过的物质种类和密度不同，其衰减量不同。 I = I0e-T 3射线能使胶片感光 8.2 射线检测设备 X射线探伤机（450kV以下）、10

10、0mm以下； 高能X射线探伤机（424MeV）、500mm以下； 射线探伤机。 8.3 射线照相工艺要点 1根据工件尺寸大小，按射 线源、工件和胶片之间的相 互位置关系，确定相应的透 照方式。 2确定透照规范 目的是要得到好的对比度和 清晰度以获得高灵敏度的底 片。,对比度：射线照相底片上有缺陷部位与无缺陷部位的黑度差。 D=D1-D2=0.434GT/（1+n） D= lg（L0-L） 清晰度：固有不清晰度Ui（与射线能量有关） 几何不清晰度 Ug= bdf/（F-b） 3注意事项 K值的控制 K=T/T =arccos（1/K）,标准规定，锅炉压力容器压力管道焊缝射线照相，纵缝的K值不得大

11、于 1.03；环缝的K值不得大于1.1。这一值的规定，也就规定了一次透照的有 效长度，从而也控制了横向裂纹的检出角，使之不致过大，导致横向裂纹 漏检。 在保证穿透工件的前提下，选用能量尽可能低的射线源（以提高 值）。 在保证射线强度足够的前提下，尽可能选用较长的焦距（减少几何不 清晰度）。 保证曝光量在15mAmin以上的前提下，尽量选用较低的管电压。 尽量选用细颗粒，高梯度的胶片；并配合铅增感屏使用。 4关于象质计 为评定底片的透照灵敏度，需按标准采用象质计。 5底片的评定 这是射线照相的最后一道工序，也是最重要的一道工序。 8.4 射线的安全防护 屏蔽防护、距离防护、时间防护。 8.5射线

12、照相法特点,检查结果有直接记录底片； 可获得缺陷的投影图象，缺陷定性定量准确； 体积型缺陷检出率高，面积型缺陷检出率受到多种因素影响； 仅适于检验较薄的工件； 适于检测对接焊缝，角焊缝检测效果差，不适于检测板材、棒材，锻件 等； 某些工件的结构或现场条件不适合射线照相； 对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸的确定较困难； 检测成本高； 检测速度慢； 射线对人体有伤害。,第9章 超声波检测基础知识 超声波是频率大于20，000Hz的声波，是一种机械波，超声波频率高、 波长短，具有良好的方向性；能量高，穿透能力强；具有几何光学的一些 特点，能在界面上产生反射、折射和波型转换等。 9.1 超声波的发生

13、及其性质 1超声波的发生和接收 产生机械波的必要条件有两个：一是有作机械振动的波源；二是有能 传播机械振动的弹性介质。 工业探伤用的超声波主要通过压电换能器产生，压电换能器具有压电 效应，它是可逆的。既可把电能转换成机械能；又可把机械能转换成电能。 从而完成超声波的发生和接收。 2超声波的类型 按质点的振动方向与波的传播方向不同，超声波可分为纵波（质点的 振动方向与波的传播方向平行）；横波（质点的振动方向与波的传播方 向垂直）；表面波（介质表面质点作椭圆运动，椭圆长轴垂直与波的传 播方向）等。 横波和表面波均可通过波型转换获得。,3声速 超声波在介质中以特定的速度传播，其声速与介质的弹性模量、

14、波松 比及声波的类型有关，与频率、晶片尺寸等无关。 空气中声速：340m/s；水中声速：1480m/s； 钢中纵波声速： 5900m/s；钢中横波声速3230m/s 4超声波的波速、频率和波长 波速（C）：波动中，波在单位时间内传播的距离。 频率（f）：波动过程中，任意给定点在1秒钟内所通过的完整波的个 数。 波长（）：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离。 C=f 5超声场及其特征量 充满超声波的空间称为超声场，描述超声场的特征量有声压、声强、 声阻抗。 声压：超声场中某一点在某一瞬间所具有的压强P1与没有超声波存在 时同一点的静态压强P0之差，称为声压P。 P =P1 - P0 =

15、cv （单位Pa）,声强：单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强I。 （单位 J/cm2 s） 声阻抗：超声场中任一点的声压于该处质点振动速度之比称为声阻抗Z。 Z=C （单位g/cm2 s） 分贝：分贝是计量声强和声压的单位，因为在实际生产和试验中，声强 的数量级相差极大，如能引起人而听觉的声强是10-16w/cm2,而人们聊天时 的声强是10-11w/cm2,相差10000倍；而按分贝计量则有： =10lgI2/I1=50 db 实际上分贝就是两个同量纲的量之比取对数后的单位。 因为升压与声强是平方的关系，所以升压之比计算分贝时为20lg。 10lgA2=20lgA 6 超声波在异质界面

16、上的反射、透射和折射 当超声波垂直入射到异质界面时会发生透射和反射，其声压透射率（Pd）；声压反射率（Pr）分别由下式计算：,这里的规律是界面两侧的总声压相等。 当超声波斜入射至异质界面时会发生反射和折射,已知有机玻璃中纵波声速为：2730M/S；钢中纵波声速为5900M/S； 横波声速为3230M/S 则：第一临界角为27.6（14.5） 第二临界角为57.7（27.3） 第三临界角为33.2,7指向性 用声束的半扩散角描述超声波的指向性，超声波的能量主要集中在半 扩散角0以内。 0= arcsin1.22/D 8近场区与远场区 声束轴线上最后一个声压极大值至声源的距离，称为近场区（N） 近

17、场区以外的区域称为远场区。 9超声波在异质界面上的反射、散射和衍射（绕射） 9.2超声波检测的原理 1纵波探伤法,2横波探伤法 9.3试块 1试块的用途 确定合适的探伤方法； 确定探伤灵敏度；评价缺陷的大小； 校验仪器、探头的综合性能。 2试块的种类 纵波用试块 标准试块；对比试块 横波用试块,9.4 9.5超声波检测法的特点 1面积状缺陷检出率高；体积状缺陷检出率低。 2适合检测厚度较大工件；不适合检测较薄工件。 3应用范围广。 4检测成本低、速度快、仪器体积小，重量轻，现场使用方便。 5无法得到缺陷直观图像，定性困难，定量精度也不高。 6检测结果无直接见证记录。 7缺陷在工件厚度方向的定位

18、较准确。 8工件的材质、晶粒度对探伤影响较大。 9工件不规则的外形和某些结构对检测有影响。 10不平或粗糙的表面对耦合有影响，从而影响检测精度和可靠性。,第10章 磁粉检测基础知识 10.1磁粉检测原理 1介绍一些概念 磁性：磁铁能够吸引铁磁性材料的性质称为磁性； 磁体：凡能够吸引其他铁磁性材料的物体都叫磁体，可分为永磁体、电 磁体、超导磁体等，磁体是能够建立或有能力建立外磁场的物体； 磁极：靠近磁铁两端磁性特别强，吸附磁粉特别多的区域称为磁极； 每一个磁体都有两个磁极，分别指向南北方向，通常称指向北的一端为北 极（N）、指向南的一端为南极（S）； 磁极同性相斥、异性相吸；自然 界没有单独的N

19、极或S极。 磁力：磁极间相互排斥和吸引的力称为磁力。 磁化：使原来没有磁性的物体得到磁性的过程称为磁化。 磁场：具有磁力作用的空间。磁场存在于被磁化物体或通电导体的内部 和周围，它是由运动电荷形成的。磁场的特征是对运动的电荷（或电流） 具有作用力，在磁场变化的同时也产生电流。 磁力线：用来形象地描述磁场的大小、方向和分布情况的假想曲线。磁 力线上每一点的切线方向代表磁场的方向；磁力线疏密程度反映磁场的大 小。磁力线具有以下特性：,磁感应线是具有方向性的闭合曲线，在磁体内，磁感应线由S极到N极； 在磁体外，磁感应线由N极出发，穿过空气进入S极形成闭合曲线； 磁感应线互不相交； 磁感应线可描述磁场

20、的大小和方向； 磁感应线沿磁阻最小的路径通过。 磁场强度（H）：表征磁化强度的物理量；单位：A/m。 磁感应强度（B）：表征被磁化了的磁介质中磁场强度大小的物理量；单 位：T。 磁导率（）：表征介质磁特性的物理量。 =0 r ：磁介质的磁导率，或称为绝对磁导率。它表示材料被磁化的难易程度， 反映材料的导磁能力。SI单位制中磁导率为H/m。磁导率不是常数，是随磁 场大小而改变的变量，有最大值和最小值。 0：真空磁导率唯一恒定值SI单位制为410-7（H/m）；CGS单位制为 1Gs/Oe。 r：相对磁导率=/0 为比较各种材料的导磁能力，引入相对磁导率 概念，相对磁导率为纯数，无单位。 B=H=

21、0 rH,铁磁材料的磁化曲线： 分为“oa”段：初始磁化区，磁化是可逆的； “ab”段：不可逆急剧磁化区；“bQ”段：旋 转磁化区，主要作用是磁矩转动，磁化强度开 始减慢；“Qm”段：磁化近饱和区；“ms”段： 磁化饱和区。 不同铁磁性材料的初始磁化曲线是不一样的，软磁材料的磁化曲线比较陡，说明易于磁化；硬磁材料的磁化曲线比较平，说明不易磁化。 磁滞回线： 磁感应强度变化滞后于磁场强度变化的现象叫 磁滞现象，描述磁滞现象的闭合曲线，称为磁滞 回线。它反映了磁化过程的不可逆性。 注意：只有交流电才产生这种磁滞回线。,2磁粉探伤原理 铁磁性材料磁化后，由于缺陷的存在，使磁力线发生崎变，形成漏磁场，

22、 产生磁极，吸附磁粉，形成磁痕，显示缺陷。 3影响漏磁场大小的因素 外加磁场强度的影响 一般说来，外加磁场强度一定要大于Hm，即选择在产生最大磁导率m 对应的Hm点右侧的磁场强度值，此时磁导率减小，磁阻增大，漏磁场增 大。当铁磁性材料的磁感应强度达到饱和值的80%左右时，漏磁场便会迅速 增大。 缺陷位置及形状的影响 工件埋藏深度的影响：同样的缺陷，位于工件表面时，产生的漏磁场 大；若位于工件的近表面，产生的漏磁场显著减小；若位于工件表面很深 的位置，则工件表面几乎没有漏磁场存在。 缺陷方向的影响：缺陷的可检出性取决于缺陷的走向与磁场方向的夹 角。两者相互垂直时，漏磁场最大，检测灵敏度最高；随着

23、夹角由90度减 小，检测灵敏度也随之下降，当夹角小于30度时，几乎不产生漏磁场，不 能检出缺陷。 缺陷深宽比的影响：缺陷的深宽比越大，漏磁场越大，缺陷越容易被检 出。,在一定范围内，漏磁场的增加与缺陷深度的增加几乎成线性关系；当深 度增加到一定值后，漏磁场增加变得缓慢。 当缺陷的宽度很小时，漏磁场随宽度的增加而增加，并在缺陷中心形成 一条磁痕； 当缺陷的宽度很大时，漏磁场反而下降如表面划伤又浅又宽，产生的漏 磁场很小，缺陷根部没有磁痕显示，只在缺陷两侧形成磁痕。 工件表面覆盖层的影响 覆盖层越厚，漏磁场越小。 工件材料及状态的影响 晶粒大小的影响：晶粒越大，磁导率越大，矫顽力越小，漏磁场就越 小；相反，晶粒越小，磁导率越小，矫顽力越大，漏磁场就越大。 含C量的影响：对C钢来说，热处理条件接近时，对磁性影响最大的是 含C量，其矫顽力虽含C量的增加几乎成线性增加，相对磁导率则随含C量 的增加而下降，同时漏磁场