第4章湿度检测.ppt

1、第四章 检测技术在材料加工工程领域中的应用,学习目标：掌握常用的几种无损探伤方法，了解无损探伤在工业领域的应用。,材料的缺陷检验 材料的缺陷：是指材料在制造和使用过程中产生的缺陷和损伤。 （1）制造中的缺陷是指材料在冶炼、铸造、锻造、热处理和机械加工中所产生的气孔、缩孔、疏松、夹渣和裂纹等缺陷; （2）使用中产生的损伤，如磨损、腐蚀和疲劳裂纹等。,无损检验 无损检验：是在不破坏零件、构件的形状、尺寸精度，表面质量和不改变材料的成分、性能及零件使用性能的前提下，采用物理、化学等方法探测零件材料内部和表面的缺陷及其某些物理性能。 无损检验技术主要应用在以下三方面： 监督和控制生产过程中的质量问题

2、产品出厂前的成品检验和用户验收检验 产品的使用过程中的维护检验,常用的无损检验方法 渗透探伤 磁粉探伤 涡流探伤 超声波探伤 X射线探伤,磁粉探伤,仅适用于铁磁性材料,一、磁粉探伤原理 将铁磁材料制成的工件放在磁极之间，工件中就会有磁力线通过。如果工件内部没有缺陷且各处的磁导率一致，则磁力线在工件中分布是均匀的。,当工件中有气孔、夹渣、裂纹等缺陷存在时，构成缺陷的是非磁性物质，磁导率很低，磁阻很大，必将引起磁力线在工件中的分布发生变化，在缺陷处的磁力线发生弯曲。 若在漏磁场施加磁粉或磁悬液，则漏磁场对磁粉产生吸引从而显示缺陷的痕迹。,漏磁场 所谓漏磁场，就是铁磁性材料磁化后，在不连续性处或磁路

3、的截面变化处，磁感应线离开和进入表面时形成的磁场。 漏磁场形成原因： 由于空气的磁导率远远低于铁磁性材料的磁导率。如果,在磁化了的铁磁性工件上存在着不连续性或裂纹，则磁感应线优先通过磁导率高的工件，这就迫使一部分磁感应线从缺陷下面绕过，形成磁感应线的压缩。,磁粉探伤的方法： 按工件磁化方向的不同: 纵向磁化 零件磁化后产生平行零件轴线的磁力线。可以探测与零件轴线垂直或成一定角度的缺陷。采用直流电或交流电通过线圈或铁轭磁化。 横向磁化 零件直接通电或使穿过零件的心轴通电，使在零件内产生垂直零件轴线的磁力线，可探测轴向缺陷，即平行或近于平行零件轴线的缺陷。 联合磁化 零件通电后同时产生纵向和周向磁

4、力线,可以探测零件上任意方向上的缺陷。,磁粉是磁粉探伤的显示介质。 一、磁粉 1.磁粉的种类 磁粉分为非荧光磁粉和荧光磁粉两大类。 非荧光粉按颜色，分为黑磁粉、红磁粉和白磁粉。 黑磁粉：成分主要是Fe3O4，主要用于检验浅色工件，在磁粉探伤中应用较为普遍。 红磁粉：成分主要是Fe2O3，常用于检验黑色工件。 白磁粉：是由黑磁粉与Al2O3或MgO合成，主要用于黑色工件。,磁粉,磁粉检测按其显示方法不同，可分干粉显示法和湿粉显示法两种。 湿粉显示法：先把磁粉配置成一定浓度的水磁悬浮液或油磁悬浮液，检测时磁悬液均匀的喷洒在被测工件表面上，工件表面上缺陷处的漏磁将吸附磁粉，形成磁痕而显示出缺陷。磁悬

5、液具有良好的流动性，因此能显示工件上的微小缺陷。 干粉显示法：用的磁粉必须充分干燥，被检工件表面也必须充分干燥，否则由于磁粉流动性差，不容易均匀分布而影响缺陷显示。干粉显示时，一般将磁粉喷雾于工件表面后，再将没有被吸引的剩余磁粉吹去，工件表面上所剩的是缺陷处被漏磁吸附形成的磁痕。,磁悬液 把磁粉和液体按一定比例混合而成的溶液称为磁悬液。 磁悬液有三种：油悬液、水悬液和荧光磁悬液。,磁粉探伤的一般工艺过程 预处理-磁化-施加磁粉-磁痕观察-磁痕分析-退磁-后处理 预处理 1）清理焊接接头表面的油污、铁锈、氧化皮、飞溅、残留焊剂及焊渣。 2）使用干粉法，要干燥磁粉与工件表面。 3）用化学清理法后，

6、若清理液与磁悬液酸碱性不同，也应干燥工件表面。,磁痕观察 是对工件上形成的磁痕进行观察与记录的过称。 磁痕观察应在磁痕形成后立即进行。 采用非荧光磁粉时，可在一般照明光源下直接观察；采用荧光磁粉时，必须在暗室紫外线灯下进行观察。 磁痕分析 分为两大类：表面缺陷磁痕、近表面缺陷磁痕。 退磁 退磁是将工件经磁粉探伤后残留的磁场减小为零的过程。 后处理 后处理就是清除工件残留的磁粉或磁悬液，及干燥工件的过程。,缺陷位置及形状的影响 a 缺陷埋藏深度的影响 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处，则几乎没有漏磁场泄漏出工件表面。 b

7、缺陷方向的影响 缺陷垂直于磁场方向，漏磁场最大，也最有利于缺陷的检出；若与磁场方向平行则几乎不产生漏磁场；当缺陷与工件表面由垂直逐渐倾斜成某一角度，而最终变为平行，即倾角等于0时，漏磁场也由最大下降至零。,超声波探伤基本原理,超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种无损检测方法。 它主要用于检测金属材料和部分非金属材料的内部缺陷。超声波探伤具有成本低、操作方便、检测厚度大、对人和环境无害等突出优点，但也存在诸如探伤不直观、难以确定缺陷的性质、评定结果在很大程度上受操作者技术水平和经验的影响及不能给出永久性记录等缺点。,超声波探伤,1)声波及其分类,(1)次声波

8、：振动频率低于l6Hz的机械波。,(2)声波：振动频率在16Hz20KHz之间的机械波。,(3)超声波：高于20KHz的机械波。,2）超声波的物理性质,超声波与声波比，振动频率高，波长短，具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的声波，并具有很高的穿透能力。,超声波探伤的特点 厚度:探测5-3000mm厚的金属或非金属材料的构件。 粗糙度:对零件表面粗糙度有一定要求。一般要求粗糙度等级高于Ra6.3，表面清洁光滑，与探头接触良好。 盲区:零件表面一段距离内的缺陷波与初始波难于分辨，难以探测缺陷。盲区的大小因超声波探伤仪不同而异，一般为5-7mm。超声波探伤中对缺陷种类和性质

9、的识别较为困难,需借助一定的方法和技术。,探头 探头又称压电超声换能器，是实现电声能量转换的器件。 探头主要由压电晶体组成。利用石英、钛酸钡的逆压电效应产生超声波，正压电效应接收超声波。压电晶体在交变电压作用下，在晶体厚度方向产生伸缩变形，产生与交变电压频率相同的机械振动，即产生超声波。当把高频振动(超声波)作用在晶体上，在晶体的两个电极之间产生与超声波频率相同、强度与超声波成正比的高频电压，即接收超声波。,压电效应 正压电效应（顺压电效应）：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象。当作用力方向

10、改变时，电荷极性也随着改变。 逆压电效应（电致伸缩效应）：当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象。,电能,机械能,正压电效应,逆压电效应,石英晶体的压电效应演示,当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。,压电材料的应用,压电式加速度传感器 对压电元件施加预载荷。测得加速度传感器输出的电荷便可知加速度的大小。,壳体,弹簧,质量块,压电片,F=ma,Fa 又qF qa,将两根高分子压电电缆相距若干米，平行埋设于柏油公路的路

11、面下约5cm，可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。,交通监测,压电式玻璃破碎报警器,将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并将电压信号传送给集中报警系统。,粘贴位置,使用时，用瞬干胶将其粘贴在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎的瞬间，压电薄膜感受到剧烈振动，表面产生电荷Q ，在两个输出引脚之间产生窄脉冲报警信号。,压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用,压电式步态分析跑台,压电式纵跳训练分析装置,压电传感器测量双腿跳的动态力,超声波在介质中的传播特性 超声波垂直入射到平界面上的反射和透射 当超声波垂直入射到两种介质的界面时，一

12、部分能量透过界面进入第二种介质，成为透射波，波的传播方向不变；另一部分能量则被界面反射回来，沿与入射波相反的方向传播，成为反射波。声波的这一性质是超声波检测缺陷的物理基础。 超声波倾斜入射到平界面上的反射、 折射和波型变换 当超声波相对于界面入射点法线以一定的角度倾斜入射到两种不同介质的界面上时，在界面上会产生反射、折射和波型转换现象。,超声波探伤原理 超声波探伤:是利用超声波通过两种介质的界面时发生反射和折射的特性来探测零件内部的缺陷。 超声波探伤方法按检验方法不同分为穿透法、反射法、直接接触法。 穿透法：声波由发射探头发出，经工件的一面传入工件内部，由其另一面送出被接收探头接收。当工件内部

13、组织结构均匀时，声波可以顺利通过工件而被接收探头接收，从而在指示器上便会显示出明显的声能透过信号，反之，工件内部在声波传播的路径上存在缺陷时，则声波在材质不连续的缺陷与基体金属交界面上将大量散射、反射或被吸收、衰减，使接收到的声能透过信号的振幅迅速减弱或消失。,直射声束穿透法 (a) 无缺陷； (b) 有缺陷,反射法,超声波以一定的速度向工件内传播，一部分声波遇到缺陷时反射回来；另一部分声波继续传至工件底面后也反射回来。发射波、缺陷波和底波经过放大后在荧光屏上显示。由发射波、缺陷波和底波在时间基线上的位置，即可求出缺陷的部位。,液浸法 液浸法是在探头与试件之间填充一定厚度的液体介质作耦合剂，使

14、声波首先经过液体耦合剂，而后再入射到试件中， 探头与试件并不直接接触。液浸法优点，探头角度可任意调整， 声波的发射、接收也比较稳定，便于实现检测自动化，大大提高了检测速度。液浸法的缺点是当耦合层较厚时，声能损失较大。另外，自动化检测还需要相应的辅助设备，有时是复杂的机械设备和电子设备，它们对单一产品(或几种产品)往往具有很高的检测能力，但缺乏灵活性。总之，液浸法与直接接触法各有利弊，应根据被检对象的具体情况(几何形状的复杂程度和产品的产量等)， 选用不同的方法。,1、垂直入射法 垂直入射法（简称垂直法）是采用直探头将声束垂直入射工件探伤面进行探伤。由于该法是利用纵波进行探伤，故又称纵波法。 垂

15、直法探伤能发现与探伤面平行或近于平行的缺陷，适用于厚钢板、轴类、轮等几何形状简单的工件。 2、斜角探伤法 斜角探伤法（简称斜射法）是采用斜探头将声束倾斜入射工件探伤面进行探伤。由于它是利用横波进行探伤，故又称横波法。 斜角探伤法能发现与探测表面成角度的缺陷，常用于焊缝、环状锻件、管材的检查。,直接接触法, 按缺陷显示方式分类：脉冲式检测仪按回波信号的显示方式又可分为A型显示、B型显示和C型显示三种类型。 A型显示是一种波形显示，屏幕的横坐标代表声波的传播时间（或距离），纵坐标代表反射波的声压幅度。 可以认为该方式显示的是沿探头发射声束方向上一条线上的不同点的回波信息。 B型显示显示的是试件的一

16、个二维截面图，屏幕纵坐标代表探头在探测面上沿一直线移动扫查的位置坐标，横坐标是声传播的时间（或距离）。该方式可以直观地显示出被探工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度等信息。,A型显示原理图,图中，T表示发射脉冲，F表示来自缺陷的回波，B表示底面回波。,B型显示原理图,C型显示显示的是试件的一个平面投影图，探头在试件表面做二维扫查，屏幕的二维坐标对应探头的扫查位置。探头在每一位置接收的信号幅度以光点辉度表示。该方式可形象地显示工件内部缺陷的平面投影图像，但不能显示缺陷的深度。,A型脉冲反射式超声探伤仪电路方框图,A型脉冲反射式超声探伤仪电路方框图,工作过程：同步电路产生的触发脉冲同时加至扫描和

17、发射电路，扫描电路受触发工作，产生锯齿波电压，加至示波管水平偏转板,荧光屏上产生一条水平扫描线。同时，发射电路受触发产生高频窄脉冲，加至探头，激励压电晶片振动，在工件中产生超声波。超声波在工件中传播，遇缺陷或底面发生反射，返回探头时，又被压电晶片转变为电信号，经接收放大电路，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。根据缺陷波的位置可以确定缺陷的埋藏深度，根据缺陷波的幅度可以估算缺陷当量的大小。,仪器主要组成部分的作用 1、同步电路：同步电路又称触发电路，它每秒钟产生数十至数千个脉冲，用来触发探伤仪扫描电路、发射电路等，使之步调一致、有条不紊地工作

18、。因此，同步电路是整个探伤仪的“中枢”，同步电路出了故障，整个探伤仪便无法工作。 2、扫描电路：扫描电路又称时基电路，用来产生锯齿波电压，加在示波管水平偏转板上，使示波管荧光屏上的光点沿水平方向作等速移动，产生一条水平扫描时基线。,3、发射电路：又称高频脉冲电路，产生高频电压加于发射探头，激励压电晶片振动，使之发射超声波，传入工件中。超声波在缺陷或地面上反射回到接收探头，转变为电波后输入给接收电路。 4、接收电路：将来自探头的电信号进行放大、检波，最后加至示波管的垂直偏转板上，并在荧光屏上显示。由于接收的电信号非常微弱，通常只有数百微伏到数伏，而示波管全调制所需电压要几百伏，所以接收电路必须具有约105的放大能力。 5、显示电路：主要由示波管及外围电路组成。示波管用来显示探伤图形，,试块与耦合剂 与一般的测量过程一样，为了保证检测结果的准确性与重复性、可比性，必须用一个具有已知固定特性的试样(试块)对检测系统进行校准。这种按一定的用途设计制作的具有简单形状人工反射体的试件即称为试块。超声检测用试块通常分为两种类型，即标准试块(校准试块)和对比试块(参考试块)。,当探头和试件之间有一层空气时，超声波的反射率几乎为100，即使很薄的一层空气也可以阻止超声波传入试件。 因此，排除探头和试件之间的空气非常重要。耦合剂就是为了改善探头和试件间声能的传递而加