压力容器设计--无损检测诊断技术.ppt

1、1、第10章，无损检测和诊断技术；2，1。无损检测与诊断技术概述；1.1前言：无损检测与诊断技术是一门新兴的综合应用学科。它检测各种工程材料、部件、结构等的内部和表面缺陷。而不损坏被检测物体，并通过利用对热、声、光、电、磁等的反应的变化来判断和评估缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布和变化。3，1。无损检测和诊断技术介绍1.1。无损检测和诊断的目的是定量地掌握缺陷和强度之间的关系，并评估部件的容许载荷、寿命或剩余寿命。对结构制造和使用过程中产生的结构缺陷和瑕疵进行检测，以改进制造工艺，提高产品质量，及时发现故障，确保设备安全、高效、可靠运行。4，1。无损检测与诊断技术概述1.1前言，

2、无损检测一般有三层含义：无损检测；无损检测(NDI)；无损评价(NDE)；无损检测仅检测缺陷；NDI以无损检测结果为基础，NDE掌握物体的载荷和环境条件，并综合评估部件的完整性、可靠性和使用性能。无损检测诊断技术(NDTD)的引入，不仅要检测零部件是否存在缺陷，还要判断缺陷的性质、位置、分布和危害程度，还要预测、监测和评估其使用寿命、使用性能和缺陷的发展趋势。为了保证设备的高质量、高性能和高可靠性，它提供了一种重要的监控手段。近年来，无损检测技术受到了业界的广泛重视，特别是在航空航天、石油化工、核电厂、铁路、船舶、建筑、冶金等领域。6，1。无损检测与诊断技术概述1.2无损检测与诊断技术的特点：

3、(1)无损检测与诊断技术在不损坏部件的情况下，利用材料的物理性质因缺陷而发生变化的现象来判断部件的内部和表面是否存在缺陷，而不会对材料、工件和设备造成任何损坏。无损检测诊断技术概述1.2无损检测诊断技术的特点：(2)无损检测诊断技术为发现缺陷提供了一种有效的方法。在加工和使用过程中，任何结构、部件或设备都不可避免地会由于各种内外因素和条件变化的影响而产生缺陷。操作人员不仅要知道是否存在缺陷，还要了解缺陷的位置、大小和危害程度，并预测缺陷的发展。无损检测和诊断技术为此提供了一种有效的方法。无损检测与诊断技术概述1.2无损检测与诊断技术的特点：(3)无损检测与诊断技术可以监控产品质量。如何保证产品

4、质量和可靠性是提高加工成型过程效率的关键。无损检测与诊断技术可以检测工件在铸造、锻造、冲压、焊接、切割等各个工序中是否符合要求，避免无效加工。从而降低产品成本，提高产品质量和可靠性，实现产品质量的监控。9，1。无损检测和诊断技术概述1.2无损检测和诊断技术的特点：(4)无损检测和诊断技术可以防止产品故障造成的灾难性后果。机械零件、装置或系统失去其规定的功能，在制造或服务过程中不能工作，或不能继续可靠地完成其预期功能，这称为故障。失败是不可接受的失败。1986年1月28日，美国挑战者号航天飞机在起飞后70秒爆炸，七名宇航员全部遇难，直接经济损失达12亿美元，这是由于固体火箭助推器尾部连接处的O型

5、密封圈失效导致燃料泄漏造成的。采用无损检测和诊断技术提前或及时发现故障位置和原因，并采取有效措施，可以避免灾难性事故的发生。10，1。无损检测和诊断技术概述1.2特性。无损检测与诊断技术的特点：(5)无损检测与诊断技术应用广泛，可应用于各种设备、压力容器、机械零件等的缺陷检测与诊断。例如，金属材料(磁性和非磁性、放射性和非放射性)、非金属材料(水泥、塑料、炸药)、锻件、铸件、焊接件、板材、棒材、管道以及各种产品内部和表面缺陷的检测。因此，无损检测与诊断技术受到业界的广泛重视。11，1。无损检测与诊断技术概述1.3常用方法，(1)超声波检测与诊断设备：超声波探伤仪、探头、耦合剂和标准试块等。目的

6、：检测锻件中的裂纹、分层和夹杂物、裂纹、气孔、熔渣夹杂物、焊缝中的不完全熔合和渗透、裂纹、分层、夹杂物和型材褶皱、缩孔、气泡、热裂纹、冷裂纹、铸件中的松动和熔渣夹杂物，并测量厚度。优点：它对平面缺陷非常敏感，一旦检查完毕就可以知道结果；易于携带；强大的穿透力。局限性：对于耦合传感器，要求被测表面光滑，难以检测小裂纹；必须有参考标准，为了解释信号，要求检查员有较高的质量；不适用于形状复杂或表面粗糙的工作。12，1。无损检测与诊断技术概述1.3常用方法，(2)声发射检测与诊断设备：声发射传感器、放大电路、信号处理电路和声发射信号分析系统。目的：检测构件的动态裂纹、裂纹萌生和裂纹扩展速率。优点：实时

7、和连续监测和检测，远程控制，便携式设备。局限性：传感器与试件之间的耦合应良好，试件必须处于受力状态，韧性材料产生低振幅声发射，噪声不能进入检测系统，设备昂贵，人员素质高。13，1。无损检测与诊断技术概述1.3常用方法，(3)噪声检测与诊断设备：声级计、频率分析仪和噪声水平分析仪。目的：检测设备内部结构的磨损、冲击、疲劳等缺陷，寻找噪声源(故障源)。优点：仪器轻便，检测分析速度快，可靠性高。局限性：仪器价格昂贵，对人员素质要求较高。14，1。无损检测与诊断技术概述1.3常用方法，(4)激光检测与诊断设备：激光全息相机。用途：用于检测微小变形、胶合板蜂窝结构的粘接质量、充气轮胎缺陷、材料裂纹、高速

8、物理过程和高速碰撞中的等离子体诊断等。优点：检测灵敏度高，面积大，不受材料限制，结果易于保存。局限性：仅适用于近表面缺陷的飞溅检测。15，1。无损检测与诊断技术概述1.3常用方法，(5)微波检测与诊断设备：微波计算机断层扫描机(微波CT机)。用途：测试复合材料、非金属产品、火箭外壳、航空零件、轮胎等。还可以测量厚度、密度和湿度等物理参数。优点：非接触测量，检测速度快，自动化程度高。局限性：不能用于检测金属导体内部缺陷，一般不适合检测小于1毫米的缺陷，空间分辨率相对较低。16，1。无损检测与诊断技术概述1.3常用方法，(6)光纤检测与诊断设备、光纤内窥镜和光纤裂纹检测仪。用途：检测锅炉、泵体、铸

9、件、枪管、压力容器、火箭外壳和管道的内表面缺陷、焊接质量和疲劳裂纹等。优点：灵敏度高，绝缘性好，耐腐蚀，无电磁干扰。局限性：价格昂贵，而且不可能检测出结构的内部缺陷。17，1。无损检测概述局限性：仅限于导电材料，穿透深度和参考标准较浅，难以判断缺陷类型，不适用于非导电材料。18，1。无损检测与诊断技术概述1.3常用方法，(8) X光检测与诊断设备：x光源(机)和电源，与x光源设备相同。用途：检测焊缝未焊透、气孔、夹渣、缩孔、气孔、热裂纹等。并确定缺陷的位置、尺寸和类型；优点：可调节的功率，比x光更高的摄影质量，和永久记录。局限性：x光设备一次性投资大，不易携带，有辐射风险。高质量的操作人员和薄

10、膜评估人员很难发现焊缝裂纹和不完全熔合缺陷，因此不适用于锻件和型材。19，1。无损检测与诊断技术概述1.3常用方法，(9)射线检测与诊断设备：射线探伤仪、胶片夹、胶片、射线铅屏蔽、胶片处理设备、胶片观察光源、曝光设备和辐射监测设备等。目的：检测焊接不连续性(包括裂纹、气孔、未熔合、未焊透和夹渣)、腐蚀和装配缺陷；最好检查厚壁容积式的缺陷。优点：可以获得永久记录以备将来复查，而且来源可以定位在钢管和压力容器等物体上。局限性：不安全，必须保护被照射设备，控制检查源的照射能量水平和剂量，定期更换易损耗的辐射源，源的输出能量(波长)不可调，成本高，必须有高素质的操作人员和胶片评价人员。20，1。无损检

11、测与诊断技术概述1.3常用方法，(10)磁粉检测与诊断设备：磁头、磁轭、线圈、电源和磁粉。某些应用需要特殊设备和紫外光源。目的：检测裂纹、褶皱、夹层、夹渣等。在含铁材料和工件的表面上或附近，并确定缺陷的位置、尺寸和形状。优点：简单、操作方便、速度快、灵敏度高。局限性：仅限于铁磁性材料，工件在探伤前必须清洗干净。如果涂层太厚，将导致错误显示。有些应用要求工件探伤后退磁，且缺陷深度难以确定，因此不适用于非铁磁材料。21，1。无损检测和诊断技术概述1.3常用方法，(11)。渗透测试和诊断设备：荧光或彩色渗透液、显影液、清洗剂(溶剂、乳化剂)和清洗装置。如果使用荧光着色，则需要紫外光源。用途：可检测金

12、属和非金属材料的裂纹、褶皱、气孔、针孔等缺陷，并确定缺陷的位置、大小和形状。优点：适用于所有材料；设备轻，投资相对较小；探伤简单，结果易于解释。局限性：表面层如油漆、污垢和涂层金属会掩盖缺陷，孔隙表面的漏洞也会导致错误显示。探伤前后工件必须清洗干净；难以确定缺陷的深度；不适用于松散的多孔材料。22，1。无损检测与诊断技术概述1.3常用方法，(12)视觉检测与诊断设备：放大镜、彩色增强器、直尺、千分尺、光学比较仪和光源。用途：检测表面缺陷、焊接外观和尺寸。优点：经济、方便、设备少，检查员只需要一点培训。限制：只能检查外部(表面)损伤，检查人员必须有良好的视力。23，1。无损检测与诊断技术概述1.

13、3常用方法，(13)工业CT检测与诊断设备：工业CT机。用途：缺陷检测、尺寸测量、装配结构分析、密度分布表征。优点：能给出试样的断层图像及空间位置、大小和形状，成像直观；高分辨率；不受试件几何结构的限制。局限性：设备成本高。24，2。超声波检测与诊断技术概述超声波用于无损检测和诊断，主要是因为：1)超声波在介质中传播时，遇到界面时会发生反射；2)超声具有良好的方向性，频率越高，方向性越好；3)超声波传播能量大，对各种材料的穿透力强。25，2。超声波检测与诊断技术概述2.1。近年来的研究表明，超声波的声速、衰减、阻抗和散射特性为超声波的应用提供了丰富的信息，并成为其广泛应用的条件。超声波检测具有

14、适应性强、检测灵敏度高、对人体无害、使用灵活、设备轻便、成本低廉等优点，并能及时得到探伤结果。适用于车间、室外、水下等各种环境下工作，并能检测和诊断运行中的设备。26，2。超声波检测和诊断技术概述。超声波检测与诊断技术是无损检测中应用最广泛的方法之一。就无损检测而言，超声波法适用于各种尺寸的锻件、轧件、焊缝和一些铸件，可用于检测是铁、钢、有色金属还是非金属，包括各种机械零件、结构零件、电站设备、船体、锅炉、压力和化学容器、非金属材料等。就物理性能测试而言，超声波法可用于无损检测厚度、材料硬度、硬化层深度、晶粒尺寸、液位和流量、残余应力和结合强度等。超声波检测与诊断技术概述2.1随着微电子技术的

15、发展和计算机的广泛应用，超声波检测仪器和方法发展迅速，使得超声波检测的应用更加普及。目前，微机可以完成超声波检测中的数据采集、信息处理、过程控制和记录存储等功能。许多超声波检测仪器将微处理器组装成一个组件来执行处理数据和图像的任务。一些基于计算机的对话式超声波探伤仪可以在屏幕上同时显示回波曲线和检测数据，并存储仪器的调整状态、缺陷波形和各种操作功能。28，2。超声波检测与诊断技术2.2超声波的基本特征，超声波是一种人耳听不见的高频声波。人耳能听到的声波频率是2020000赫兹。当频率超过20000赫兹时，人耳就听不见了。通常，人们把频率在2010220106赫兹范围内的声波称为超声波。超声波具

16、有以下基本特征。(1)超声波的传播特性(1)超声波在均匀介质中的传播。当超声波振动发生在介质中的某一点时，由于相邻介质颗粒之间的弹性作用，振动的颗粒会引起相邻颗粒振动。这些粒子的超声波振动将在介质中从近到远传播。29，2。超声波检测与诊断技术2.2超声波的基本特性，其波长是超声波在介质中传播的波长(毫米)的c/f c/T公式；超声波在介质中的传播速度；超声波在介质中传播的频率(赫兹)；超声波在介质中传播的周期。这里，f由超声波声源决定，c主要取决于介质的性质。30，2。超声波检测和诊断技术2.2超声波的基本特性，2)超声波在界面上的反射和折射。与光波一样，超声波在界面上具有反射和折射特性，它们的反射和折射规律与光波完全相似。由于超声波频率高、波长短，在均匀介质中可以定向传播，能量衰减很小，因此可以长距离传播。然而，如果在它的传播路径中有微小的缺陷，如气孔和裂纹，它将在金属与空气的界面处被反射，能量将明显衰减。基于超声波的这一特性，可以检测金属中的缺陷。31，2。超声波检测与诊断技术2.2超声波的基本特性，(2)超声波