过程装备制造与检测-3无损检测.ppt

第一篇过程装备的检测,第四节 无损检测 定义:为了了解被检容器的材料、结构及其性质、状态、内部结构状况及材质内部的连续性而进行的不损害压力容器的各种检测方法。常用方法：射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤。,第一篇过程装备的检测,无损检测目的：（1）查出容器上实际存在缺陷的情况。（2）检查压力容器缺陷在使用过程中的扩展情况，从而可以判断该容器能否继续安全使用。（3）测量容器的缺陷，特别是超标缺陷的实际尺寸，如高度、长度、深度以及缺陷在容器上分布的位置、缺陷的埋藏深度、缺陷方向、形状和性质等，然后根据这些缺陷实际测得的数据，对容器强度进行校核及安全评定，最终提出该容器是否可以继续使用的可靠结论。,第一篇过程装备的检测,4.1 射线检测(RT）及缺陷等级评定 目前射线检测主要有X射线检测、射线检测、高能 X射线检测（能量在1MeV以上的X射线）和中子射线检测。常用的是X射线检测、射线检测两种。(一）X射线、射线的产生和性质（1）产生 X射线主要是由X射线管产生，在真空玻璃外壳内的阴极（灯丝）和阳极（靶面）之间加上几十至几百千伏高电压，被加热的灯丝放出电子在高电压电场作用下，以极高的速度撞击到靶面，产生大量的热能和少量X射线能量。,(2)连续X射线的波长在长波方向，理论上可以扩展到=；而在短波方向，实验证明具有最短波长min(见图6-28)，且有,（6-29）,式中：U为X射线管的管电压，单位为kV。,（3）X射线管的效率为,（6-30）,式中：Z为阳极的原子序数，对于钨靶Z=74；U为管电压，单位为kV；0为常数，约等于1.010-6。,=0ZU,不同管电压下钨靶连续X射线,第一篇过程装备的检测,射线是由放射性同位素的核反应、核衰变或裂变放射出的。工业上广泛采用人工同位素产生射线，常用的放射性同位素有60Co钴、192Ir铱、137Cs铯等。射线是一种波长比X射线更短的射线，波长范围约为0.00030.1 nm（见图），频率范围约为3101211015MHz。由于射线的波长比X射线更短，所以具有更大的穿透力。在无损检测中射线常被用来对厚度较大和大型整体工件进行射线照相。两者之间重要的不同点：射线源无论使用与否其能量都在自然地逐渐减弱。,第一篇过程装备的检测,（2）射线的性质 X射线、射线同是电磁波，后者波长短、能量高、穿透能力大。两者性质相似。射线的主要性质如下：不可见，直线传播。不带电，不受电场、磁场影响。能穿透可见光不能透过的物质，如金属材料。与光波相同，有反射、折射、干涉现象。能被传播物质衰减。能使气体电离。能使照相胶片感光，使某些物质产生荧光作用。能产生生物效应，伤害、杀死生命细胞。,第一篇过程装备的检测,（二）射线检测的原理和准备（1）射线检测的原理 利用射线检测时，若被检工件内存在缺陷，缺陷与工件材料不同，其对射线的衰减程度不同，且透过厚度不同，透过后的射线强度则不同。如图所示，若射线原有强度为J0，透过工件和缺陷后的射线强度分别为J和Jx，胶片接受的射线强度不同，冲洗后可明显地反映出黑度差部位，即能辨别出缺陷的形态、位置等。,第一篇过程装备的检测,透过后射线强度之比为 Jx J=ex 式中 衰减系数；透照方向上的缺陷尺寸；可见沿射线透照方向的缺陷尺寸越大，衰减系数越大，则有无缺陷处的强度差ex越大，Jx J值越大，在胶片上的黑度差越大，越易发现缺陷所在。,第一篇过程装备的检测,（2）射线检测的准备 在射线检测之前，首先要了解被检工件的检测要求、验收标准，了解其结构特点、材质、制造工艺过程，结合实际条件选择合适的射线检测设备、附件，如射线源、胶片、增感屏、象质计等，为制定必要的检测工艺、方法做好准备工作。,第一篇过程装备的检测,射线源的选择 主要考虑容器的结构、材质、几何尺寸及容器安装位置等因素，同时要考虑射线照像的对比度和清晰度。在曝光时间许可的条件下，应尽可能采用较低的射线能量。例如:如课本图2-2所示:对于钢铁合金,厚度为8mm 的材料，最高的X射线管电压约为140KV；厚度为20mm的材料最高X射线管电压则为280KV。对于射线，不同的射线源就有不同的适宜范围（表2-1）。如同样是高灵敏度技术，60Co钴范围50150mm、192Ir铱则为1880mm。,材料厚度与管电压的关系曲线,第一篇过程装备的检测,胶片的选择 a 胶片组成：胶片主要由基片、感光乳胶层（感光药膜）、结合层（底膜）和保护层（保护膜）组成。基片：胶片的基体，由乙酸纤维组成，主要保证胶片的强度韧性，适于冲洗。厚度约0.250.30mm,占胶片的70左右。感光乳剂层：其主要成分是溴化银微粒和明胶，两者组成悬浮体，两面各约厚1020m。原理是溴化银接受不同强度射线照射后析出多少不同的银，经过潜影、显影、定影处理在胶片上将显示出黑度不同的影象。结合层：由明胶、水、有机溶剂和酸等组成，可使感光乳胶层和基片粘结在一起，防止乳剂层在冲洗时从基片上脱落。保护层：由透明的胶质或高分子化合物组成，厚约12m，涂在乳剂层防止污染和膜损。,第一篇过程装备的检测,b 底片的黑度：照射到底片上的光强度Lo与透过底片后的光强度L之比的常用对数定义为底片的黑度。黑度D=Lg(L0/L)例如对于X射线AB级底片黑度范围：2.04.0,黑度值由经常年检的可靠黑度计来测定。c 底片的保存：检测前的 底片应保存在低温、低湿度的环境中，室温在1015，相对湿度在5565为宜。并且避免与有害、腐蚀性气体（如煤气、乙炔气、氨气和硫化氢气体等）接触，避免胶片的人为缺陷产生，如变形、折伤、划损、污染等。,第一篇过程装备的检测,检测后的 底片及评定结果应有测评报告，保存期五年以上，随时待查。d 照相标准：根据JB473094压力容器无损检测标准射线透照的质量等级分三个级别，即A级（普通级）、AB级（较高级）、B级（高级）。压力容器AB类射线检测一般不低于AB级。,第一篇过程装备的检测,增感屏的选择 定义：是用来增强射线对底片感光作用的工具，它可以加快感光时间，减少透照时间，以达到提高工作效率，提高影像质量的目的。常见的增感屏有金属增感屏、荧光增感屏和金属荧光增感屏三类。其中金属荧光屏应用较多，它是利用金属箔吸收X射线，激发出二次电子和二次射线以增强对胶片的感光作用，同时还能吸收波长较长的散射线，减少散射线引起的灰雾度，从而提高图像的清晰度。,金属荧光增感屏是在铅箔上涂一层荧光物质组合而成的，其结构如图6-40所示。它具有荧光增感的高增感系数，又有吸收散射线的作用。,金属荧光增感屏结构示意图,第一篇过程装备的检测,象质计的选择 定义：是用来检查射线透照技术和胶片处理技术质量、定量评价射线底片影像质量的器件。象质计（透度计）有三种基本类型：金属丝型、平板孔型、槽形。我们国家标准规定采用金属丝型，即线型象质计，由7根不同直径的金属丝构成。,金属丝象质计示意图,第一篇过程装备的检测,应用原理：将其放在射线源一侧、被检工件部位（如焊缝）的一端（约被检区长度的14处），金属丝与焊缝方向垂直，细丝置于外侧，与被检部件同时曝光，则在底片上应观察到不同直径的影像。分辨原则：能在底片上识别出的金属丝越细，说明灵敏度越高。,第一篇过程装备的检测,（5）照相方法 一般采用纵缝透照法、环缝外透法、环壁内透法、双壁单透法、双壁双透法等几种方法。1、2两种方法：外透法一般用于单壁容器和夹套容器。第3种方法又分为偏心法和中心法，但要注意在评片时，内壁缺陷要放大。4、5两种方法主要用于小直径容器（直径小于一米以下）以及管子（4用于外径89mm以上，5用于89mm以下的管子）。,第一篇过程装备的检测,（三）焊缝射线透照缺陷等级评定 1 评片工作的基本要求：（1）底片质量要求的主要内容：合适的底片黑度（有余高的焊缝黑度为1.52.0)、正确的象质计、合理的射线底片影像级别（AB级、B级）。（2）底片观察的条件要符合要求。（包括评片环境和观察底片的亮度）（3）具备相应评片资格和经验的评片人。（必须具备劳动部门颁发的射线级以上资格证书的检测人员。）,第一篇过程装备的检测,2 焊缝的质量分级 根据相关标准（JB4730、GB3323）中关于钢制压力容器对接焊缝透照缺陷等级评定的内容，根据缺陷的性质和数量，焊缝质量分为四级，级焊缝要求的质量最高，依次下降。具体内容见下表：,第一篇过程装备的检测,2 焊缝的质量分级 具体的焊接缺陷的分级见课本表28，分为圆形缺陷和条形夹渣。3 缺陷位置和尺寸的确定 见课本P27页表29。（了解内容）,（四）常见缺陷及其影像特征,1、底片上常见的焊接缺陷的分类在底片上常见的焊接缺陷有六种:即气孔(A)、夹渣（B）、未焊透（D）、未熔合（C）、裂纹（E）和形状缺陷如咬边等（F）。按缺陷形态分：体积状缺陷（又称三维缺陷）：如气孔、夹渣、未焊透、咬边、内凹等。平面形状缺陷（又称二维缺陷）：如未熔合、裂纹、白点等。按缺陷所含成份的密度分：密度大于焊缝金属的缺陷：如夹钨、夹铜、夹珠等在底片上呈白色影。密度小于焊缝金属的缺陷：如气孔、夹渣等在底片上呈黑色影像。,1）裂纹 裂纹主要是在熔焊冷却时因热应力和相变应力而产生的，也有在校圆和疲劳过程中产生的，是危险性最大的一种缺陷。裂纹影像较难辨认。因为断裂宽度、裂纹取向、断裂深度不同，使其影像有的较清晰，有的模糊不清。常见的有纵向裂纹、横向裂纹和弧坑裂纹，分布在焊缝上或热影响区。产生机理：一是冶金因素，另一是力学因素。,2）未焊透未焊透是熔焊金属与基体材料没有熔合为一体且有一定间隙的一种缺陷。在胶片上的影像特征是连续或断续的黑线，黑线的位置与两基体材料相对接的位置间隙一致。按其焊接方法可分为单面焊根部未焊透、双面焊X型坡口中心根部未焊透和带衬垫的焊根未焊透。,3）未熔合：可分为坡口未熔合、焊道之间未熔合、单面焊根部未熔合。坡口未熔合：按坡口型式可分为V型坡口和U型坡口未熔合。如图23、24所示焊道之间的未熔合：按其位置可分为并排道间未熔合和上下道间（又称层间）未熔合。如图25、26所示 单面焊根部未熔合，如图27所示。,4）气孔 气孔是在熔焊时部分空气停留在金属内部而形成的缺陷。气孔在底片上的影像一般呈圆形或椭圆形，也有不规则形状的，以单个、多个密集或链状的形式分布在焊缝上。在底片上的影像轮廓清晰，边缘圆滑，如气孔较大，还可看到其黑度中心部分较边缘要深一些(见图6-47)。,5）夹渣 夹渣是在熔焊时所产生的金属氧化物或非金属夹杂物，因来不及浮出表面，停留在焊缝内部而形成的缺陷。在底片上其影像是不规则的，呈圆形、块状或链状等，边缘没有气孔圆滑清晰，有时带棱角，如图6-48所示。,形状缺陷：属于焊缝金属表面缺陷或接头几何尺寸的缺陷。如咬边等。咬边：沿焊趾的母材部位被电弧熔化时所成的沟槽或凹陷，称咬边，它有连续和断续之分。在底片的焊缝边缘（焊趾处），靠母材侧呈现出粗短的黑色条状影像。黑度不均匀，轮廓不明显，形状不规则，两端无尖角。咬边可分为焊趾咬边和根部（包部带垫板的焊根内咬边）咬边，如图32所示。凹坑（内凹）：焊后焊缝表面或背面（根部）所形成低于母材的局部低洼部分，称为凹坑（根部称内凹），在底片上的焊缝影像中多呈现为不规则的圆形黑化区域，黑度是由边缘向中心逐渐增大，轮廓不清晰，如图33所示。收缩沟（含缩根）：焊缝金属收缩过程中，沿背面焊道的两侧或中间形成的根部收缩沟槽或缩根。在底片焊缝根部焊道影像两侧或焊道中间出现的，黑度不均匀，轮廓欠清晰，外形呈米粒状的黑色影像，如图34所示。,烧穿：焊接过程中，熔化金属由焊缝背面流出后所形成的空洞，称烧穿。它可分为完全烧穿（背面可见洞穴）和不完全烧穿（背面仅能见凸起的鼓疱），在底片的焊缝焊接时流影像中，其形貌多为不规正的圆形，黑度大而不均匀，轮廓清晰的影像，烧穿大多伴随塌漏同生。如图35、36所示。焊瘤：即在焊接时熔敷金属流淌到焊缝之外的母材表面而未与母材熔合在一起所形成的球状金属物。在底片上多出现在焊趾线（并覆盖焊趾）外侧光滑完整的白色半圆形的影像，焊瘤与母材之间为层状未熔合，瘤中常伴有密集气孔。如图37所示。,错口：由于厚度不同或内径不等（椭圆度）造成的，在底片上的主要特征是在焊根的一侧出现直线性较强的（明显可见钝边加工痕迹）黑线。轮廓清晰，黑度从焊根的焊趾线向焊缝中心是逐渐减小，直至边界消失。靠焊根形成的黑线，由错口边蚀效应所致。如图38所示：,第一篇过程装备的检测,（五）射线防护 1 射线防护标准 对于检测人员每年允许接受的最大射线照射剂量为5雷姆。2 射线防护方法 射线防护方法主要从控制辐射剂量着手，把辐射剂量控制在保证工作人员健康和安全的条件下的最低标准内。,3、射线的防护（1）屏蔽防护法 屏蔽防护法是利用各种屏蔽物体吸收射线，以减少射线对人体的伤害，这是射线防护的主要方法。一般根据X射线、射线与屏蔽物的相互作用来选择防护材料，屏蔽X射线和射线以密度大的物质为好，如贫化铀、铅、铁、重混凝土、铅玻璃等都可以用作防护材料。但从经济、方便出发，也可采用普通材料，如混凝土、岩石、砖、土、水等。对于中子的屏蔽除能防护射线之外，还以特别选取含氢元素多的物质为宜。,（2）距离防护法距离防护在进行野外或流动性射线检测时是非常经济有效的方法。这是因为射线的剂量率与距离的平方成反比，增加距离可显著地降低射线的剂量率。若离放射源的距离为R1处的剂量率为P1，在另一径向距离为R2处的剂量率为P2，则它们的关系为：,（6-49）,显然，增大R2可有效地降低剂量率P2，在无防护或护防层不够时，这是一种特别有用的防护方法。,（3）时间防护法 时间防护是指让工作人员尽可能的减少接触射线的时间，以保证检测人员在任一天都不超过国家规定的最大允许剂量当量(17mrem)。人体接受的总剂量：D=Pt，其中，P为在人体上接受到的射线剂量率，t为接触射线的时间。由此可见，缩短与射线接触时间t亦可达到防护目的。如每周每人控制在最大容许剂量0.1rem以内时，则应有D0.1rem；如果人体在每透照一次时所接受到的射线剂量为时，则控制每周内的透照次数N0.1，亦可以达到防护的目的。,杞人“忧天”,第一篇过程装备的检测,4.2 超声波检测(UT）及缺陷等级评定 超声检测目前在国内系指采用A型脉冲反射式超声波探伤仪产生的超声波，透射被检物并接收反射回的脉冲信号，对信号进行等级分类的全过程。,第一篇过程装备的检测,（一）超声波检测的基础知识 1 超声波及其特性 超声波即是频率高于20000Hz的机械波(声波的频率范围在2020000Hz之间)。超声波的特性如下：具有良好的方向性。在超声检测中超声波的频率高、波长短，在介质传播过程中方向性好，能较方便、容易地发现被检物中是否存在缺陷。具有相当高的强度。超声波的强度与其频率的平方成正比，因此其强度相当高。如1MHz的超声波能量(强度)相当于lkHz声波强度的100万倍。,第一篇过程装备的检测,在两种传播介质的界面上能产生反射、折射和波形转换。目前国内广泛采用的脉冲反射式超声检测法就是利用了这一特点。具有很强的穿透能力。超声波可以在许多金属或非金属物质中传播，且传播距离远、传输能量损失少、穿透力强，是目前无损检测中穿透力最强的检测方法，可穿透几米厚的金属材料。对人体无伤害。,2 超声波的种类及应用 超声波的波型指的是介质质点的振动方向与波的传播方向的关系。按波型可分为纵波、横波、表面波和板波等。（1）纵波。介质中质点的振动方向与波的传播方向相同的波叫纵波，用L表示(见图6-2)。介质质点在交变拉压应力的作用下，质点之间产生相应的伸缩变形，从而形成了纵波。纵波传播时，介质的质点疏密相间，所以纵波有时又称为压缩波或疏密波。传播介质:固、液、气体介质 应用：钢板、锻件等 产生：直探头,图6-2 纵波,（2）横波。介质中质点的振动方向垂直于波的传播方向的波叫横波，用S或T表示(见图6-3)。横波的形成是由于介质质点受到交变切应力作用时，产生了切变形变，所以横波又叫做切变波。液体和气体介质不能承受切应力，只有固体介质能够承受切应力，因而横波只能在固体介质中传播，不能在液体和气体介质中传播。传播介质:固体介质 应用：焊缝、钢管等的探伤 产生：斜探头（3）表面波（瑞利波）。当超声波在固体介质中传播时，对于有限介质而言，有一种沿介质表面传播的波即表面波(见图6-4)。瑞利首先对这种波给予了理论上的说明，因此表面波又称为瑞利波，常用R表示。,图6-3 横波,图6-4 表面波,（4）板波（兰姆波）。在板厚和波长相当的弹性薄板中传播的超声波叫板波(或兰姆波)。板波传播时声场遍及整个板的厚度。薄板两表面质点的振动为纵波和横波的组合，质点振动的轨迹为一椭圆，在薄板的中间也有超声波传播(见图6-5)。板波按其传播方式又可分为对称型（S型）和非对称型（A型）两种，这是由质点相对于板的中间层作对称型还是非对称型运动来决定的。,图6-5 板波(a)对称型；(b)非对称型,第一篇过程装备的检测,超声波的的反射与折射 当超声波从一个介质传播到另一个介质时，一部分能量在界面上反射回原介质内，称为反射波；另一部分能量透过界面在第二介质内传播，称为折射波。（这一点跟光的反折射原理一样）a 反射率 即反射波声压Pr与入射波声压Po之比：,第一篇过程装备的检测,当垂直入射时，=0o 由计算公式可以看出，两介质声阻抗相差越大，反射率就越大。例如钢的声阻抗就比空气的声阻抗大得多，因此在钢中传播的超声波遇到裂纹等缺陷时，便从缺陷表面反射回来，而且反射率接近于100，测定反射回来的超声波，就可以判定缺陷的存在。这就是超声波检测的基本原理。,第一篇过程装备的检测,b 透过率 即透过声压Pt与入射波声压Po之比,称为透过率K。当垂直入射时，=0o,第一篇过程装备的检测,从透过率公式可以看出，第二介质的声阻抗增大，则透过率也增大。实际意义：检测时为了尽量使超声波透入工件，必须在探头与工件表面中间加机油、水等耦合剂，否则在探头与工件表面之间存在有空气，易产生全反射。不同介质的声阻抗钢的声阻抗为4.53106 g/cm2S 空气的声阻抗为4.3 103g/cm2.S 水的声阻抗为1.5 x 105 g/cm2.S),第一篇过程装备的检测,应用 直探头（纵波）的应用 当超声波垂直入射到平界面上时超声波从直探头的发射点a发射进入工件中，超声波传播的距离为工件的高度（厚度）L，如果在探测区域发现缺陷，缺陷距离发射点a的距离x是和L成正比关系，从而和超声波探伤仪显示屏上的缺陷波和第一次反射底波各自距离始波的读数Xx、Xl成对应关系，即：x:L=Xx:Xl 从而可以确定缺陷的位置。同时，根据反射回的波形形态、特点还可以判断缺陷的性质（如裂纹、夹层、夹渣等缺陷）。,直射声束穿透法(a)无缺陷；(b)有缺陷,第一篇过程装备的检测,斜探头（横波）的应用 在对焊缝检测时，由于焊缝余高凹凸不规则,且高出钢板表面,因此常选用斜探头探伤。超声波由斜探头的入射点进入钢板，传播到钢板与空气的界面时，产生全反射。由于上下钢板表面是平行的，所以超声波将在钢板内按W形路线传播。在焊缝检测时，一次波声程常用于厚板焊缝检测，但不易发现焊缝区上部（M区）的缺陷；二次波声程常用于中厚板、薄板的焊缝检测。（如下图3-5a、b所示）,第一篇过程装备的检测,（3）超声波的衰减 超声波在介质中传播，随着传播距离的增加，其能量逐渐减弱的现象称超声波能量的衰减。超声波衰减的主要原因：a 声束的扩散衰减 不同的振源在介质中产生的波形不同，声波在介质中传播的状况也不同。随着传播距离的增加，声波将会扩散，从而单位面积上超声波能量和声压将会逐渐减少。在实际检测中，随着使用探头形式、晶片的大小和频率的不同，超声波的扩散衰减也是不同的。另外，超声波传播的距离增加，衰减增加，从而使检测的灵敏度减低。,第一篇过程装备的检测,b 超声波的散射衰减 超声波的散射主要来源于介质内部声抗阻不同的界面（如晶粒的大下不同等），超声波在这些阻抗不同的截面上产生散乱反射，从而使主声束方向上的声能减少而产生的衰减称为散射衰减。在实际检测中，铸铁材料晶粒粗大，而且是由不同成分、不同形态的石墨和铁素体组成，界面复杂，散射衰减严重；奥氏体不锈钢晶粒粗大，间隙较大，散射衰减同样严重。因此，需要采用一些特殊检测工艺方法。,第一篇过程装备的检测,c 介质吸收引起的衰减 声波被介质吸收主要是由介质的黏滞性、热传导、弹性弛豫等因素引起的。在气体介质中超声波衰减最严重，液体介质次之，固体介质中衰减最小。实际检测中，超声波是由探头发射出来的，接触的第一介质是有机玻璃（探头晶片），在进入到钢材料之前，如果接触到空气，就会发生全反射。因此，检测时必须用耦合剂（一般为液体）以解决这个问题。,第一篇过程装备的检测,3 超声波探伤仪、探头、耦合剂、试块（1）超声波探伤仪 超声检测中的关键设备，它的功能是产生电振荡并加在换能器探头上，使之产生超声波，同时又将探头接收的返回信号放大处理，以脉冲波、图像显示在荧光屏上，以便进一步分析被检对象的具体情况。按缺陷被显示方式分为A、B、C三种型式。对金属材料检测基本上都用A型探伤仪。,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。图6-17为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型显示显示的是试件的一个二维截面图，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,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。图6-19为C型显示原理图。,C型显示原理图,超声波检测仪(a)、(b)、(c)数字式超声检测仪；(d)探伤小车,第一篇过程装备的检测,（2）探头 探头是与超声波探伤仪配合产生超声波和接收反射信号重要部件。也即是将电能转换成超声波能（机械能）和将超声波能转换为电能的一种换能器。分类：按入射声束方向分为：直探头和斜探头 按波型分类：纵波探头、横波探头、板波和表面波探头 此外还有单探头、双探头之分。,第一篇过程装备的检测,（3）超声波探伤仪和探头的系统性能 a 灵敏度余量：简单说，就是系统能够检测最小缺陷的能力，以衰减值分贝dB表示，dB值越大，灵敏度越高。b 分辨力 即超声检测系统能够把声程不同的两个相邻缺陷在荧光屏上作为两个回波区别出来的能力。c 始脉冲宽度 即始波的宽度,第一篇过程装备的检测,（4）耦合剂 作用：既减少声能的损失，又能提高探头的使用寿命。常用的有：机油、浆糊、甘油和水等透声性好的耦合剂（5）试块 定义：为了校验探伤仪、探头等设备的综合系统性能，统一检测标准而专门制造出的不同形状、不同用途的人工反射体。国际焊接学会规定的试块叫标准试块。,第一篇过程装备的检测,分类：一般分为校验标准试块和对比标准试块 a 校验标准试块：主要用于校验探伤仪、探头的综合性能，如确定探伤灵敏度等工艺参数。b 对比标准试块：主要用于调整检测范围，确定探伤时的灵敏度，评估被检验缺陷的大小，以便对缺陷进行分级，作出最后判定。,第一篇过程装备的检测,（二）超声波检测缺陷 超声波对缺陷检测主要包括：对缺陷位置的确定（定位），对缺陷尺寸和数量的确定（定量）和对缺陷性质如裂纹、气孔、夹渣的分析、判别（定性评估）。对于A型探伤仪，主要是根据脉冲反射波的位置、幅值、形状等来判定。1 检测前的准备 首先根据被检工件选择好探头的型式和检测方法，并且要做好调解检测仪器的扫描速度和灵敏度等准备工作。,2 缺陷的检测（1）缺陷的定位（略）（2）缺陷的定量常用的定量方法：a 当量法 可分为当量试块比较法、当量计算法和当量AVG曲线法。这些方法确定的缺陷尺寸是缺陷的当量尺寸。,第一篇过程装备的检测,当量试块比较法 即将缺陷的回波与试块上事先加工出的一系列不同声程、不同尺寸大小的人工缺陷回波进行比较，当同声程处（或相近声程处）的两处回波高度相同时，则可以认为被检自然缺陷与该比较的人工缺陷是相当的（即为当量缺陷）当量法确定的当量缺陷尺寸总是小于或等于真实缺陷尺寸。,第一篇过程装备的检测,b 测长法 测长法包括6dB法（半波高法）、端点 6dB法（端点半波高法）、绝对灵敏度测长法。6dB法（半波高法）：当发现缺陷时，使反射回的缺陷波达到最大值（不要达到饱和值），然后移动探头（理想方向是缺陷延伸方向），当反射回的缺陷波高降至原来的一半时，此时探头位置即是缺陷的端点，探头移动的距离即为被检缺陷的指示长度。,第一篇过程装备的检测,c 底波高度法 即通过测试缺陷回波高与底波高比值的不同，来衡量缺陷的相对尺寸。表示方式有两种：F/B F/BGF/B法：一定灵敏度条件下，通过测试缺陷回波高与缺陷处底波高比值的不同来衡量缺陷的相对大小。F/BG法：一定灵敏度条件下，通过测试缺陷回波高与无缺陷处底波高比值的不同来衡量缺陷的相对大小,第一篇过程装备的检测,（3）缺陷的定性分析 如果缺陷的位置、数量、尺寸相同而性质不同，其影响也是不同的，尤其裂纹是最为危险的。因此重要部位如焊接接头，在评级时，不仅要准确地确定缺陷的位置、尺寸、数量等，而且要辨别缺陷的性质。缺陷的定性分析要结合课本P49页表311的几方面内容来进一步的判别。,第一篇过程装备的检测,例如对裂纹缺陷，在焊缝中的位置常出现在焊缝区或者热影响区，形状为长条状，沿焊缝纵向或横向。在荧光屏上常常出现锯齿较多的波形等特征。如气孔缺陷，出现位置在焊缝区或者铸造材料中，不会出现在锻件中，形态为球状或针状，单个、密集或者链状，反射波形单纯等特征。,第一篇过程装备的检测,（三）超声检测焊接接头的缺陷等级评定1 超声检测焊接接头的等级选择 焊接接头超声检测分为A、B、C三个等级，检验的完善程度A级最低，B级一般，C级最高。一般来说，A级适用于普通结构，B级适用于压力容器与相应管道，C级适用于核容器等级重要结构。2 缺陷检测结果的分级 焊缝的超声检测结果分为四级（GB11345-89）全部（100）探伤要求检测级别达到级，局部（20）探伤要求检测级别达到级。,第一篇过程装备的检测,4.3 表面检测及缺陷等级评定 表面检测是对材料、零部件、焊接接头的表面或近表面缺陷进行检测和评定缺陷等级。常规方法有磁粉检测、渗透检测和管材涡流检测等。,第一篇过程装备的检测,（一）磁粉检测 1 检测原理 当一被磁化的工件表面和内部存在缺陷时，缺陷的导磁率远小于工件材料，磁阻大，阻碍磁力线顺利通过，造成磁力线弯曲。如果工件表面、近表面存在缺陷(没有裸露出表面也可以)，则磁力线在缺陷处会逸出表面进入空气中，形成漏磁场。(参见图4-l的SN磁场)此时若在工件表面撒上导磁率很高的磁性铁粉，在漏磁场处就会有磁粉被吸附，聚集形成磁痕，通过对磁痕的分析即可评价缺陷。,第一篇过程装备的检测,第一篇过程装备的检测,2 磁粉检测的特点 适用于能被磁化的材料(如铁、钴、镍及其合金等)，不能用于非磁性材料(如铜、铝、铬等)。适用于材料和工件的表面和近表面的缺陷，该缺陷可以是裸露于表面，也可以是未裸露于表面。不能检测较深处的缺陷(内部缺陷)。能直观地显示出缺陷的形状、尺寸、位置，进而能做出缺陷的定性分析。,第一篇过程装备的检测,检测灵敏度较高，能发现宽度仅为0.1m的表面裂纹。可以检测形状复杂、大小不同的工件。检测工艺简单，效率高、成本低。3 磁化方法及特点 常用方法有线圈法、磁轭法、轴向通电法、中心导体法、触头法、平行电缆法和旋转磁场法。具体见P55表41,第一篇过程装备的检测,5 磁化规范的确定 包括选择合理的灵敏度试片和不同的磁化方法的磁化电流。（1）灵敏度试片 分为A B C三种，A、C两种用于被检工件表面有效磁场的强度和方向、有效检测区以及磁化方法是否正确的测定。使用时，应将试片无人工缺陷的面朝外，平整粘贴在被检工件上，磁化电流应使试片上显示清晰的磁痕。（2）磁化方法不同，磁化电流的大小也不同。,6、磁粉检测过程主要有以下几个步骤。1）表面预处理被检工件的表面状态对磁粉检测的灵敏度有很大的影响。例如，光滑的表面有助于磁粉的迁移，而锈蚀或油污的表面则相反。为了能获得满意的检测灵敏度，检测前应对被检表面做预处理：干燥、除锈以及涂保护层。,2）施加磁粉的方法（1）干法。用干燥磁粉进行磁粉检测的方法称为干法。干法常与电磁轭或电极触头配合，广泛用于大型铸、锻件毛坯及大型结构件焊缝的局部磁粉检测。用干法检测时，磁粉与被检工件表面先要充分干燥，然后用喷粉器或其他工具将呈雾状的干燥磁粉施于被检工件表面，形成薄而均匀的磁粉覆盖层，同时用干燥的压缩空气吹去局部堆积的多余磁粉。（2）湿法。磁粉(粒度范围以110 m为宜)悬浮在油、水或其他载体中进行磁粉检测的方法称为湿法。与干法相比较，湿法具有更高的检测灵敏度，特别适合于检测如疲劳裂纹一类的细微缺陷。湿法检测时，要用浇、浸或喷的方法将磁悬浮液施加到被检表面上。,3）检测方法（1）连续法。在有外加磁场作用的同时向被检表面施加磁粉或磁悬液的检测方法称为连续法。观察磁痕既可在外加磁场的作用时进行，也可在撤去外加磁场以后进行。低碳钢及所有退火状态或经过热变形的钢材均采用连续法，一些结构复杂的大型构件也宜采用连续法检测。连续法检测的操作程序如图6-94所示。,图6-94 连续法检测的操作程序,(2)剩磁法。利用磁化过后被检工件上的剩磁进行磁粉检测的方法称为剩磁法。在经过热处理的高碳钢或合金钢中，凡剩余磁感应强度在0.8 T以上，矫顽力在800 Am以上的材料均可用剩磁法检测。剩磁法的检测操作程序如图6-95所示。,图6-95 剩磁法检测的操作程序,4）磁痕分析与记录(1)磁痕观察。磁粉在被检表面上聚集形成的图像称为磁痕。观察磁痕应使用210倍的放大镜。观察非荧光磁粉(用黑色的Fe3O4或褐色的-Fe2O3及工业纯铁粉为原料直接制成的磁粉，有浅灰、黑、红、白或黄几种颜色)的磁痕时，要求被检表面上的白光照度达到1500 lx以上；观察荧光磁粉(在上述铁粉外面再涂覆上一层荧光染料制成的磁粉)的磁痕时，要求被检表面上的紫外线(黑光)照度不低于970 lx，同时白光照度不大于10 lx。,（2）磁痕分析。在实际的磁粉检测中，磁痕的成因是多种多样的。观察磁痕时，应特别注意区别假磁痕显示、无关显示和相关显示(即缺陷磁痕)。在通常情况下，正确识别磁痕需要丰富的实践经验，同时还要了解被检工件的制造工艺。如不能判断出现的磁痕是否为相关显示时，应进行复验。磁粉检测中常见的相关磁痕主要有：发纹、非金属夹杂物、分层、材料裂纹、锻造裂纹、折叠、焊接裂纹、气孔、淬火裂纹和疲劳裂纹等。,5）退磁在大多数情况下，被检工件上带有剩磁是有害的，故须退磁。所谓退磁就是将被检工件内的剩磁减小到不妨碍使用的程度。常用的退磁方法有交流退磁法和直流退磁法。6）后处理磁粉检测以后，应清理掉表面上残留的磁粉或磁悬液。油磁悬液可用汽油等溶剂清理；水磁悬液应先用水进行清洗，然后干燥。如有必要，可在备检表面上涂敷防护油。干粉可以直接用压缩空气清除。,第一篇过程装备的检测,7 磁痕评定和缺陷等级评定(1)磁痕的评定与记录 除能确认磁痕是由于工件材料局部磁性不均或操作不当造成的之外其他一切磁 痕显示均作为缺陷磁痕处理。长度与宽度之比大于3的缺陷磁痕，按线性缺陷处理；长度与宽度之比3的缺陷 磁痕，按圆形缺陷处理。缺陷磁痕长轴方向与工件轴线或母线的夹角30时，作为横向缺陷处理。其他按 纵向缺陷处理。两条或两条以上缺陷磁痕在同一直线上且间距2mm时，按一条缺陷处理，其长度为两条缺陷之和加间距。,第一篇过程装备的检测,长度0.5mm的缺陷磁痕不计。所有磁痕的尺寸、数量和产生部位均应记录，并图示。磁痕的永久性记录可采用胶带法，照相法以及其他适当的方法。非荧光磁粉检测时，磁痕的评定应在可见光下进行，工件被检面处可见光照应不小于500lx。荧光磁粉检测时，磁痕的评定应在暗室内进行（需要紫外光源），暗室内可见光照度不大于20lx，工件被检面处的紫外线强度不小于1000Wcm2。当辨认细小缺陷磁痕时，应用210倍放大镜进行观察。,第一篇过程装备的检测,（2）缺陷的等级评定 下列缺陷不允许存在：a 任何裂纹和白点；b 任何横向缺陷显示；c 焊缝及紧固件上任何长度大于1.5mm的线性缺陷显示；d 锻件上任何长度大于2mm的线性缺陷显示；e 单个尺寸大于等于4mm的圆形缺陷显示。,第一篇过程装备的检测,缺陷显示累积长度的等级评定按表4-4进行。表4-4 缺陷显示累计长度的等级评定,第一篇过程装备的检测,（2）渗透检测 渗透检测是利用液体的毛细现象检测非松孔性固体材料表面开口缺陷的一种无损检测方法。在装备制造、安装、在役和维修过程中，渗透检测是检验焊接坡口、焊接接头等是否存在开口缺陷的有效方法之一。,第一篇过程装备的检测,1 基本原理和特点(1)渗透检测的基本原理 当被检工件表面存在有细微的肉眼难以观察到的裸露开口缺陷时，将含有有色染料或者荧光物质的渗透剂，用浸、喷或刷涂方法涂覆在被检工件表面，保持一段时间后，渗透剂在存在缺陷处的毛细作用下渗入表面开口缺陷的内部，然后用清洗剂除去表面上滞留的 多余渗透剂，再用浸、喷或刷涂方法在工件表面上涂覆薄薄一层显像剂。,第一篇过程装备的检测,经过一段时间后，渗入缺陷内部的渗透剂又将在毛细作用下被吸附到工件表面上来，若渗透剂与显像剂颜色反差明显(如前者多为红色。后者多为白色)或者渗透剂中配制有荧光材料，则在白光下或者在黑光灯下，很容易观察到放大的缺陷显示。,第一篇过程装备的检测,(2)渗透检测的特点 适用材料广泛，可以检测黑色金属、有色金属，锻件、铸件、焊接件等，还可以检测非金属材料如橡胶、石墨、塑料、陶瓷、玻璃等的制品。是检测各种工件裸露出表面开口缺陷的有效无损检测方法，灵敏度高，但未裸露的内部深处缺陷不能检测。,第一篇过程装备的检测,设备简单、操作简单，尤其对大面积的表面缺陷检测效率高，周期短。所使用的渗透检测剂（渗透剂、显影剂、清洗剂）有刺激性气味，应注意通风。若被检表面受到严重污染，缺陷开口被堵塞且无法彻底清除时，渗透检测灵敏度将显著下降。,第一篇过程装备的检测,2 方法 主要两种方法：着色渗透检测和荧光渗透检测。3 对比试块：应用对比试块（灵敏度试块）上显示的人工裂纹，对探伤液性能和操作方式进行鉴别。,第一篇过程装备的检测,4 操作工艺 渗透检测的操作程序如下：一般分为七个基本步骤：前处理、渗透、清洗、干燥、显像、观察及后处理。,（1）前处理。为得到良好的检测效果，首要条件是使渗透液充分浸入缺陷内。预先消除可能阻碍渗透、影响缺陷显示的各种原因的操作称为前处理。它是影响缺陷检出灵敏度的重要基本操作。轻度的污物及油脂附着等可用溶剂洗净液清除。如果涂料、氧化皮等全部覆盖了检测部位的表面，则渗透液将不能渗入缺陷。材料或工件表面洗净后必须进行干燥，除去缺陷内残存的洗净液和水等，否则将阻碍渗透或者使渗透液劣化。,（2）渗透。渗透就是使渗透液吸入缺陷内部的操作。为达到充分渗透，必须在渗透过程中一直使渗透液充分覆盖受检表面。实际工作中，应根据零件的数量、大小、形状以及渗透液的种类来选择具体的覆盖方法。一般情况下，渗透剂的使用温度为1540。根据零件的不同要求发现的缺陷种类不同、表面状态的不同和渗透剂的种类不同选择不同的渗透时间，一般渗透时间为520 min。渗透时间包括浸涂时间和滴落时间。对于有些零件在渗透的同时可以加载荷，使细小的裂缝张开，有利于渗透剂的渗入，以便检测到细微的裂纹。,（3）清洗。在涂敷渗透剂并保持适当的时间之后，应从零件表面去除多余的渗透剂，但又不能将已渗入缺陷中的渗透剂清洗出来，以保证取得最高的检验灵敏度。水洗型渗透剂可用水直接去除，水洗的方法有搅拌水浸洗、喷枪水冲洗和多喷头集中喷洗几种，应注意控制水洗的温度、时间和压力大小。后乳化型渗透剂在乳化后，用水去除，要注意乳化的时间要适当，时间太长，细