第十章无损检测技术概论.ppt

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1、第十章 无损检测技术概论,第一节 无损检测初步,无损检测(NDT：NondestructiveTest)就是不破坏和损伤受检物体，对它的性能、质量有无内部缺陷进行检测的一种技术。,无损检测概述,1 NDT 是指对材料或工件实施一种不损害或不影响其未来使用性能或用途的检测手段。2 NDT 能发现材料或工件内部和表面所存在的缺欠，能测量工件的几何特征和尺寸，能测定材料或工件的内部组成、结构、物理性能和状态等。3 NDT 能应用于产品设计、材料选择、加工制造、成品检验、在役检查（维修保养）等多方面，在质量控制与降低成本之间能起最优化作用。NDT 还有助于保证产品的安全运行和（或）有效使用,无损检测方

2、法种类,NDT 包含了许多种已可有效应用的方法。按物理原理或检测对象和目的的不同，NDT 大致已可分为如下几种方法：a)辐射方法：（和）射线照相检测射线透视检测；计算机层析成像检测；中子辐射照相检测,b)声学方法：,超声检测；声发射检测；电磁声检测,B超,c)电磁方法：涡流检测；漏磁检测d)表面方法：磁粉检测；渗透检测；目视检测,e)泄漏方法：泄漏检测。f)红外方法：红外热成像检测,无损检测NDT(Nondestructive Test),工业上最常用的无损检测方法有5种：a)射线探伤(RT)：使用电磁波对金属工件进行检测这同X透视类似，射线(例如：X射线，射线)穿过材料到达底片，在正常情况下

3、会使底片均匀感光：如果遇到裂缝、洞孔以及气泡、夹渣等缺陷，就会在底片上显示出暗影区来。这种方法能检出缺陷的大小和形状，还能测定出材料的厚度。,b)超声检测(UT)：当超声波进入物体遇到缺陷时一部分声波会产生反射发射和接收器可对反射波进行分析就能异常精确地测出缺陷来。并且能显示内部缺陷的位置和大小、测定材料厚度等。,C）渗透探查(PT)这是一种检查表面缺陷的方法。在清洗过的工件表面涂上渗透剂如果有缺陷，它就会渗入缺陷中。然后把工件表面多余的渗透剂清除干净再涂上显像剂由于毛细现象，缺陷里残存的渗透剂被吸出。因为渗透剂中加入了红色染料或荧光物质，所以用肉眼就可以发现很细微的缺陷。,d)磁粉检测(MT

4、)：钢制的工件放在磁场中就会被磁化如果工件表层存在缺陷，例如：裂缝、夹杂物等，磁力线只能绕过缺陷，形成局部磁极。如果在工件表面撒上导磁性良好的磁粉，它就会受局部磁极的吸引而堆积于是显出了缺陷的位置和形状。这种方法适用于探测表面和近表面的缺陷。,e)涡流检测(ET)：给一个线圈通入交流电在一定条件下通过的电流是不变的。如果把线圈靠近被试工件，像船在水中那样，工件内会感应出涡流，受涡流的影响，线圈电流会发生变化。由于涡流的大小随工件内有没有缺陷而不同，所以线圈电流变化的大小能反映出有无缺陷。,几个基本概念,集肤效应 当交变电流流过导线时，导线周围变化的磁场也要在导线中产生感应电流，从而使沿导线截面

5、的电流分布不均匀。尤其当频率较高时，此电流几乎是在导线表面附近的一薄层中流动，这就是所谓的集肤效应现象(集肤效应现象（skin effect），或者称趋肤效应),当交变电流流过导体时，靠近导体表面处电流密度大，愈深入导体内部，它们愈小。当频率很高时，它们几乎只在导体表面附近一薄层中存在，这种场量主要集中在导体表面附近的现象，称为集肤效应。工程上常用透入深度d表示场量在良导体中的集肤程度。它等于场量振幅衰减到其表面值的1/e时所经过的距离 d集肤深度，三个变量分别是角频率，绕组电导率以及磁导率,第二节 射线探伤,射线我们指的是波长比紫外光还短的电磁波，X光及 光。X 光波段的波长范围为10-8

6、10-12 m 波段的波长范围为2x10-9 210-13m。它们能穿透物体从而获得物体内部的信息。射线穿透物体时 一部分光子或光子能量被物体吸收 产生散射的光子或二次电子使穿透过去的光子数量及能量发生变化。,射线探伤,利用 X射线或射线在穿透被检物各部分时强度衰减的不同检测被检物中缺陷的一种无损检测方法。X 射线是在高真空状态下用高速电子冲击阳极靶而产生的。射线是放射性同位素在原子蜕变过程中放射出来的。两者都是具有高穿透力波长很短的电磁波。不同厚度的物体需要用不同能量的射线来穿透因此要分别采用不同的射线源。例如由X射线管发出的X射线(当电子的加速电压为400千伏时)放射性同位素60Co所产生

7、的射线和由 20兆电子伏直线加速器所产生的X射线能穿透的最大钢材厚度分别约为90毫米230毫米和600毫米。,射线探伤,利用 X射线或射线在穿透被检物各部分时强度衰减的不同检测被检物中缺陷的一种无损检测方法。原理 被测物体各部分的厚度或密度因缺陷的存在而有所不同。当X射线或射线在穿透被检物时射线被吸收的程度也将不同。若射线的原始强度为I 0通过线吸收係数为 的材料至距离d后强度因被吸收而衰减为I 其关系为 式中d为物体的厚度，称为材料对射线的吸收系数。如果物体的组织不均匀，或者内部有孔洞或夹杂，则物体各部分的吸收系数并不相同，因此检测到的各处的射线强度亦不相同。,P60,若将受到不同程度吸收的

8、射线投射在X射线胶片上经显影后可得到显示物体厚度变化和内部缺陷情况的照片(X射线底片)。这种方法称为X射线照相法。如用荧光屏代替胶片直接观察被检物体称为透视法。如用光敏元件逐点测定透过后的射线强度而加以记录或显示则称为仪器测定法。,按照应用的侧重点和产品的特点，x射线无损检测技术大致可分为以下三类。(1)基于2D图像的x射线检测和分析。(2)基于2D图像，具有最高放大倍数的倾斜视图的x射线检测分析。(3)3D X射线检测分析。,对射线吸收的物理效应有如下三种,1光电效应 入射光子遇到原子外的轨道电子，它吸收了光子的全部能量后动能增加，越出了原子成为光电子，失去电子的原子则成为带正电的离子，这一

9、现象就称为光电效应。光电效应发生的几率又称吸收系数,C为比例常数(0.0089)；为物质密度；z为原子序数；A为物质的原子量；为入射波的波长；n为一系数，它随光子能量的大小而变化,由于光电效应中在原子的电子轨道上将产生空位，这些空位将被外层轨道电子填充，所以将产生跃迁辐射，发生特征X射线。这种辐射通常称为荧光辐射。伴随发射特征X射线（荧光辐射）是光电效应的重要特征。,2康普顿效应 当光子冲击到电子时 它失去了一部分能量，并改变了原来的运动方向(成角)变成散射光子。而电子获得了一部分能量 离开原来的轨道向另一方向运动 成为散射电子(又称反冲电子)，两者间的角度小于90o。，像打弹子一样，这种散射

10、的几率只与单位体积内电子的总数有关。,式中：电为由反冲电子引起的吸收率，光 为光子的吸收率，N0为阿佛加得罗常数（6.024861023)。为物质密度；z为原子序数；A为物质的原子量；由散射引起的吸收系数却带来较低能量的散射光子 这些散射线会造成底片或捡测器上的本底灰度，降低了对比度,原子序数越大，越不容易被激发,3电子对生成效应 当入射光子的能量大于1022MeV 时，光子可在原子核中打出一对正负电子，向两个不同的方向散射。正电子很快会同另一负电子复合而消失，变成两个能量各为0511 MeV 的光子。由这一现象引起的吸收系数为x 式中K为常数，N为单位体积内的原子数，h为入射光子的能量(Me

11、V)。,淹没,当能量小于1.022 MeV 时，不产生这一效应，能量越大这一效应也越大。这一效应造成对入射线强度的减弱。所以用作探伤时，过分增加射线能量有时反而会减小穿透深度。因此一般经验是最大入射能量在30 MeV 以下。总的吸收系数,瑞利散射入射光量子与原子内层轨道电子碰撞的散射过程。这个过程中，一个束缚电子吸收入射光量子后跃迁到高能级，随即又释放一个能量约等于入射光量子能量的散射光量子，光量子的损失可以不计。,优点：射线照相法能较直观地显示工件内部缺陷的大小和形状因而易于判定缺陷的性质射线底片可作为检验的原始记录供多方研究并作长期保存。缺点：这种方法耗用的X射线胶片等器材费用较高检验速度

12、较慢只宜探查气孔夹渣缩孔疏松等体积性缺陷而不易发现间隙很小的裂纹和未熔合等缺陷以及锻件和管棒等型材的内部分层性缺陷。此外射线对人体有害需要采取适当的防护措施。,应用 射线照相法已广泛应用于焊缝和铸件的内部质量检验例如各种受压容器锅炉船体输油和输气管道等的焊缝各种铸钢阀门泵体石油钻探和化工炼油设备中的受压铸件精密铸造的透平叶片航空和汽车工业用的各种铝镁合金铸件等。透视法的灵敏度较低仪器测定法操作比较麻烦两者均应用不多。,压力容器,X射线探伤机,用途：X射线探伤机适用于国防、造船、石油、化工、机械、航空航天和建筑等工业部门检查船体、管道、高压容器、锅炉、飞机、车辆和桥梁等材料、零部件加工焊接质量，

13、内部缺陷以及各种轻金属、橡胶、陶瓷等加工的质量。,X射线探伤机,特点：X射线发生器体积小，阴极接地，风扇强迫冷却；重量轻，携带方便，操作简单；自动训练X射线发生器，查询曝光参数；延时启动高压，保证操作者安全；严格控制生产工艺，造型美观，结构合理。,技术指标：（以XXG-2505型为例）X射线管：波纹陶瓷管 管电压：150250KV（连续可调）管电流：5mA 输入：2.5KW 焦点尺寸：2.02.0mm 辐射角度：405 灵敏度：优于1.5 底片黑度：1.5 焦距600 mm,曝光时间5min，双面铅箔增感 最大穿透能力：40mm(A3钢),射线检测法在复合材料无损评价中的应用,X射线照相检测法

14、 X射线照相检测(Radiography)是最传统的无损检测方法之一，在工业领域已得到了广泛应用。其原理是根据射线穿过不同材料时衰减量不同引起透射射线强度的变化，而在胶片上呈现明暗不同的影像，从而检测出被测物体中存在的缺陷。,X射线照相检测法的优点是成本低，易操作；其局限性为效率低，缺陷(裂纹)的方位是决定性的，要求与射线平行。,Harris认为可发现气孔，而不能发现由热收缩产生的裂纹或纤维/树脂脱粘，也不能确定层间裂纹Prakash认为热裂纹和夹杂物一样是易于发现的，而层间脱粘和纤维脱粘通常很难查出Nevadunsky等人则认为可发现大的气孔、裂 纹和胶接接头中的疏松。倾向性的观点是可以发现

15、夹杂物、气孔，而不能发现垂直于射线方向分布的脱粘和裂纹,几个应用事例,Roderick和Whitcomb采用高分辨率的玻璃感光板，并将射线源放到靠近硼环氧树脂分层处，可发现由疲劳试验产生的硼纤维钨芯丝的破裂Cooper等人采用一个高分辨率系统，对硼环氧树脂蒙皮金属蜂窝飞机结构件中的腐蚀损伤成功地进行了定位Anne Birt 等人使用一种利用渗透剂增强的射线照相法，选择合适的无机或有机渗透剂提高被测物的对比度，从而用低能X射线照相法就可对碳纤维和玻璃纤维复合材料进行检测,x射线实时成像检测法,X射线实时成像检测(Radioscopy)是利用x射线在穿透物体的过程中受到吸收和散射而衰减的性质，通过

16、图像增强器在荧光屏上形成与试件内部结构和缺陷等信息对应的图像，由摄像系统把图像转换成视频信号输出，通过计算机图像处理系统，运用数字图像处理技术，使得质量得到显著提高的图像在彩色显示器上实时显示，进行分析处理，从而检测出物体内部缺陷的种类、大小、分布状况并作出评价,在线,其优点在于检测效率高，可实现缺陷的在线检测，且图像处理以后可进行缺陷自动评定；其局限性为得到的二维图像是样品在被测方向上的层叠影像，检测到的缺陷影像是累积效应产生的，而非缺陷的三维空间信息。,几个应用事例,已发展的射线实时成像系统主要有三类，即荧光屏、图像增强器和数字实时成像系统X射线实时成像系统对非金属材料中的裂纹、分层和夹杂

17、物的检测灵敏度较高，而对小于一定尺寸(如1mm)的孔洞型缺陷则较差。,Venkatraman等人在文献中将x射线实时成像法用于检测蜂窝结构区和胶接部分，结果显示胶接部分有微小孔洞Sauerwein等人中用非晶硅探测器对玻璃纤维增强的试样进行了检测，结果表明材料中的纤维束和单个的纤维都可见,射线计算机断层扫描法（CT）,射线计算机断层扫描法(Computed Tomography)起源于x射线照相技术，它将圆锥状射线束通过准直装置改变为线状或面状扫描束，使其穿过被摄物体的某一个断面(如同“切”出一“片”)而得到该断面的图像，对每片物体的观察可获得该物体的结构和性能方面的大量信息，进而达到检测缺陷

18、的目的,CT系统主要采用的射线源为低能X射线、射线和高能X射线。作为射线检测技术，工业CT与胶片照相和实时成像有许多共同之处。如检测时需要有足够的射线能量穿透试件，受被检物材料种类、外形和表面状况限制较少，图像直观，现场需要射线防护等。与常规射线检测技术相比，工业CT又有自己独特优点：高空间分辨率和密度分辨率(通常0.5%)。高检测动态范围(1106，从空气到金属材料)成像的尺寸精度高，可实现直观的三维图像。在有足够的穿透能量下，不受试件几何结构的限制等,同时，CT图像是数字化的结果，从中可以得到像素值、尺寸及密度等物理信息，数字化的图像也便于存储、传输、分析和处理等。局限性表现为，检测效率低

19、、检测成本高、不适于平面薄板构件的检测和大型构件的现场检测,工业CT图像充分再现了材料的组分及密度特性，所以适合于复合材料中多种类型缺陷的检测,几个应用事例,倪培君等人用CT成像方法对一含钨丝碳碳复合材料试样进行缺陷检测，从CT扫描图像中清楚地看到了钨丝束的排布及断束缺陷作者还在某种型号炮弹上进行了初步工业CT检测试验，结果发现该炮弹引信下面存在装药缩孔缺陷，此尖状缺陷用射线照相的方法难以检出工业CT技术可以有效地检测出碳/碳复合材料中的分层、孔隙、夹层、疏松和密度不均匀等缺陷，解决了常规无损检测技术对碳/碳复合材料检测的局限性,William H Green等人还用x射线CT成像法对金属非金

20、属复合材料进行了冲击损伤的评价Oster等人将CT检测系统作为无损检测手段，应用在直升机的纤维转子叶片的整个寿命周期(即开发、生产和运行维护阶段)，有助于提高复合材料构件的质量和监控动态载荷作用下的疲劳行为,中子照相法,中子射线照相(Neutrography)技术原理为，从中子源发出的中子束，通过准直器照射到被检工件，检测器记录透射的中子束分布图像。不同物质具有不同的中子衰减系数，因此透射中子束的分布图像可以形成工件缺陷和杂质等的图像。,与常规X和射线照相技术相比，中子射线照相技术的特点是：可以检验金属中的某些低原子序数物质。可以对放射性物质进行检验。可以区分同一元素的不同同位素。该技术的主要

21、缺点是中子源价格昂贵，使用时需特别注意中子的安全与防护问题等。,几个应用事例,可用于叶片型芯残留物、子弹装药情况和固体火箭推进剂装填情况等复合材料的检测铝蜂窝粘接结构表面蒙皮与蜂窝芯体的粘接情况，由于粘接剂强烈吸收中子，因此采用中子射线照相能够很容易检查粘接质量,第三节 涡流检测技术,涡流检测是五大常规无损检测技术之一，是近年来获得较大发展的新技术。与其他几种检测技术相比，它具有检测灵敏度高(尤其是对表面裂纹的检测)、设备简单、操作方便、易实现检测自动化等优点。涡流检测不需要改变试件的形状，也不影响试件的使用性能，因此是一种无损地评定试件有关性能和发现试件有无缺陷的检测方法。因此，它已逐渐成为

22、材料无损检测的一种重要手段。,当载有交变电流的线圈(称为检测线圈)靠近导体试件时，由于线圈磁场的作用，试件中会感应出涡流。涡流的大小、相位以及流动形式受到试件导电性能等的影响，而涡流产生的磁场又使检测线圈的阻抗发生变化；因此，通过检测线圈阻抗的变化，就可以知道被测试件的性能以及有无缺陷。涡流检测适用于能产生涡流的导电材料。由于涡流是电磁感应产生的，在检测时不必要求线圈与试件紧密接触，也不必在线圈和试件之间充填耦合剂，从而容易实现自动化检测，对管、棒、丝材表面缺陷的检测有很高的速度和效率。,涡流检测原理,试件中涡流产生影响的主要因素有：金属物体的电导率和磁导率，被检测物体的尺寸和开关，线圈和被检

23、测物体之间的间隙大小，被检测物体上的缺陷。涡流检测可以成功的用于分选合金、检测材料热处理质量以及机械性能，可以检验棒材的直径、管材的壁厚以及薄板材的厚度，检验金属表面非导电覆盖层的厚度以及小的空间间隙的大小。,涡流探伤是涡流检测的一项重要应用。,对于导电材料表面或近表面的裂纹、孔洞以及其他类型的缺陷，涡流检测具有良好的检测灵敏度。可以发现薄的油漆层或漆层下的这些缺陷；特别是涡流检测不受材料温度的影响，因而可以对高温状态下的导电材料进行检测。,3 涡流检测方法,涡流检测中，待测试件的信息是通过检测线圈的阻抗或次级线圈的感应电压的变化提供的。在涡流检测中应用最广泛的方法就是阻抗分析法。阻抗分析法是

24、以分析涡流效应引起线圈阻抗变化以及相位变化之间的密切关系为基础，从而鉴别各影响因素效应的一种分析方法。,从电磁波传播的角度看，这种方法实质是根据信号有不同相位延迟的原理来区别试件中的不连续性。因为电磁波在传播过程中，相位延迟是与电磁信号进入金属中的不同深度和折返回来所需的时间联系在一起的。,涡流检测中，在载流检测线圈的作用下，试件中由于电磁感应而感生出来的涡流可以看成是在多层密绕在一起的线圈中流过的电流，这样就可以把被检测的金属试件看作一只和检测线圈耦合的次级线圈。从电路的角度看，涡流检测类似于电感耦合电路的情形，两个线圈耦合能类比地运用于涡流检测中对检测线圈阻抗的分析。,在涡流检测中，被检测

25、试件的信息是通过线圈阻抗(或感应电压)的变化反映出来的。因此，首先需要有一个激励线圈，以便交变电流通过时，在线圈周围以及试件内激励交变电磁场；同时，为了把在激励电磁场作用下受工件内部性能或缺陷等因素所调制的信号检测出来，还需要有一个测量线圈。激励线圈和测量线圈可以是功能不同的两个线圈，也可以由一个线圈同时承担激励和测量两项任务，因此常常在不需要区分线圈功能时，把激励线圈和测量线圈统称为检测线圈。,涡流检测线圈的功能主要有两个：一是在被检测试件内部及其周围建立一个交变电磁场；二是根据电磁感应原理获得被检测试件的缺陷或其他特性的信息。,涡流检测线圈分类,按线圈的激励电源可以分为正弦波电源激励或脉冲

26、波电源激励；按线圈的运动形式可分为固定式、平移式和旋转式。但是常见的是按照测量线圈的检出信号、线圈与试件的相对位置以及线圈的使用方式来分类。,工程应用中常见的有以下几种方式。(a)、(b)、(C)称为参量式线圈，输出信号是线圈阻抗的变化，一般它既是产生激励磁场的线圈又是测量试件中涡流反作用磁场的线圈，所以又称为自感式线圈。,(d)、(e)、(f)称为变压式线圈，其输出的是线圈上的感应电压信号，一般由两个线圈组成，一个是专门用来产生交变磁场的激励线圈(初级线圈)，一个是测量试件中涡流反作用磁场的测量线圈(次级线圈)因而又称为互感式线圈。,涡流检测的阻抗分析法是利用检测线圈阻抗的变化来评价被测试件

27、的质量状况。当一个线圈通以交变电流时，线圈的周围就建立了磁场，并在线圈中感应出电压。根据电磁感应定律，感应电压(电动势)的相位要滞后激励电流的相位/2，此时，线圈的阻抗主要的感抗。如果将金属试件靠近线圈，由激励电流产生的磁场会在试件中感应出涡流，涡流的流动和分布状况(即幅度、相位和方向)依据试件的电磁性能和形状等因素而定。反过来，涡流也会在试件周围产生磁场，并在线圈中感应出电压，从而使线圈阻抗发生变化，可以通过线圈阻抗的变化来分析试件的性质。,实际上，在涡流检测的输出信号中，反映待测信息的是线圈中感应的电压或电流，而不是阻抗。检测线圈的作用实际上是通过电阻阻抗的变化“调制”了激励电流或电压，从

28、而导致了检测线圈输出电压(或电流)的变化。,涡流检测的应用,1.金属管材探伤。涡流检测是金属管材无损探伤的主要方法之一。对于批量生产的管件，可以直接在生产线上采用高速自动化的涡流探伤装置进行检测。采用感应式的穿过式线圈(即激励线圈和测量线圈分开)，由一组同心线圈构成。在用于铁磁材料检测时，外层还应加一层磁饱和线圈。利用直流电对试件进行饱和磁化。但通常用的磁饱和电流不宜过强，否则试件的推进有困难，一般是取在使试件磁饱和稍稍不足的程度。,42 在飞机维护检查中的应用。飞机上的连接构件和功能构件的工作环境比较恶劣，负荷较大，有些还在高温、高压、高转速的状态下工作，因而构件材料内容容易产生缺陷，缺陷的

29、形式以承受交变应力产生的疲劳裂纹较为常见。这种缺陷开始是很细微的，并且多数是在材料表面，然后才逐渐扩展变大。对于这种缺陷，涡流法不仅方便易行，而且还可以在飞机未拆卸的状态下对许多部位进行检查，可以在涂有覆盖层的部件上以及盲孔区和螺纹槽底等部位进行检查，因而受到飞机维修部门的重视。,目前用于飞机现场检测的涡流探伤装置主要有两种：图(a)中涡流探伤装置的检测线圈直接接在振荡器的主振回路中，仪器工作时，振荡器产生高频振荡电流，当载有高频振荡电流的检测线圈放置在被检金属试件上时，便会在试件内感应出涡流。如果没有裂纹，涡流正常分布不会发生变化，检测线圈阻抗为一固定值，振荡器的振荡频率不变，从而输出的高频

30、电流不会发生变化。一旦有缺陷，试件内涡流分布发生变化，从而改变线圈阻抗，使振荡器输出的高频电流产生相应的变化，这个由裂纹引起的高频电流的变化量经检波后可以得到一个信号供表头指示。,1一间隙补偿；2一振荡器；3一检测线；4一试件；5一检波器；6一放大器；7一指示,图(b)中探伤装置的检测线圈是接在电桥的一臂上，仪器工作时，振荡器产生一定频率的振荡电流并输入到电桥上，当载有交变电流的检测线圈放置在无缺陷的金属试件部位上时，调节电桥平衡，电桥没有输出信号，表头指针指零。线圈一遇到缺陷，试件内涡流的改变就引起线圈阻抗的变化，从而使电桥失去平衡产生输出信号，表头就反映出与缺陷相对应的指示。,1一间隙补偿

31、；2一振荡器；3一检测线；4一试件；5一检波器；6一放大器；7一指示,调零,应用涡流法可以检测机翼大梁、紧固件，发动机的涡轮叶片、压气机叶片、风扇叶片、涡轮盘、涡轮轴、起落架等部位的疲劳裂纹，铝蒙皮接处的裂纹以及蒙皮的腐蚀损伤等。,涡流无损检测技术是目前管道检测中应用较为广泛的检测方法。根据其探头结构的不同可分为常规涡流检测、透射式涡流检测和远场涡流检测,常规涡流检测由于受集肤效应的影响，只适用于检测试样表面或亚表面缺陷。透射式涡流检测克服了上述缺点，其检测信号相对管内壁和管外壁缺陷具有相同的灵敏度；远场涡流检测实质上也是一种透射式涡流检测，其不同点在于远场涡流检测中，激励线圈的能量两次穿过管

32、壁到达检测线圈，而透射式涡流检测中，激励线圈发出的能量仅一次穿过管壁到达检测线圈,远场涡流无损检测技术是目前发达国家普遍重视、最有希望用来对在役金属管道进行无损检测的方法。可以延长那些已达到使用期限但仍安然无恙的管道的使用年，潜在的经济效益相当可观。此方法也用于产品质量的检测。,远场涡流无损检测技术的优点是：,(1)检测结果可以直接用电信号输出，因此可以进行自动化检测；(2)由于采用非接触式的方法，检测速度快；(3)适用于表面缺陷的检测；(4)适用范围较广，除能检测缺陷外，还能检测材质的变化，尺寸形状的变化等；(5)特别适合管材、线材的检测，与传统的漏磁、渗透等方法比较，简单、使用方便、消耗品

33、费用最少；(6)安全防护简单。,缺点,对形状复杂的试件很难应用，对表面下较深部位的缺陷还不能检测。检测线圈的信号幅度太低，探头长度太长，扫描速度较慢，以及激励功率大等。改进：涡流探头信号的计算机处理,钢材硬度涡流无损检测技术,用涡流方法进行钢材硬度无损检测的研究工作，并取得了大量成果 然而有两个难点使这种技术无法在生产实际中应用推广，即 作为检出值的涡流阻抗值与钢材硬度值之间存在较严重的非线性。相同牌号不同炉号钢材的电磁特性相差较大。为解决这两个难点，一个新方法群样本比较法，并介绍了此方法的理论基础,标准试件比较法及其存在的问题在检测前，先在同炉号被控试件中用硬度计打硬度的方法找出标准试件和确

34、定合格试件的硬度范围。在检测过程中，如被检试件的涡流响应信号在此硬度范围内，认为是合格件，否则为不合格件。,存在问题,首先标准试件和边界条件试件难以找出；其次由于金属材料硬度与涡流响应信号之间存在严重的非线性，致使在实际检测中无法判别材料硬度。,群样本试件比较法,该方法分两步进行：第一步在同一炉号的被检试件中任选一个作为补偿试件，其主要作用是补偿磁场、化学以及热处理方面的干扰 然后取出一批试件用硬度计打硬度的方法选出一定量的合格试件作为群样本，按图2a所示的方法检测出每个合格件的涡流阻抗值，并按一定算法构成决策带；第二步按图2b所示方法进行，当被测试件的阻抗值在决策带范围内时，为合格品，否则为

35、不合格品。,只能对钢材硬度的分类只需作出是“合格”还是“不合格”的判别,第四节 超声波检测技术,超声波检测基本原理超声波，实际上是一种声波，人的耳朵听不见，把这种声波就叫超声波。它在各种介质中都能够传播，当然介质不同，它的传播速度也不同 超声波是频率大于 20 kHz 的一种机械波（相对于频率范围在 20 Hz 20 kHz 的声波而言）。超声检测用的超声波，其频率范围一般在 0.25 MHz 15 MHz 之间。用于金属材料超声检测的超声波，其频率范围通常在 0.5 MHz 10 MHz 之间；而用于普通钢铁材料超声检测的超声波，其频率范围通常为 1 MHz 5 MHz。,超声波在介质中传播

36、有那些特性,超声波在液体、固体中衰减很小，穿透能力强，特别是不透光的固体能穿透几十米；当超声波从一种介质入射到另一种介质时，在界面上会产生反射、折射和波形转换；由于超声波的这些特性，使它在检测技术中获得广泛应用。如：超声波测距、测厚、测流量、无损探伤、超声成像等等。超声波为直线传播方式，频率越高绕射越弱，但反射能力越强，利用这种性质可以制成超声波测距传感器。超声波在空气中传播速度较慢，为340m/s，这一特点使得超声波应用变得非常简单，可以通过测量波的传播时间，测量距离、厚度等。声波在介质中传播时随距离的增加能量逐渐衰减。,超声检测,超声检测是指用超声波来检测材料和工件、并以超声检测仪作为显示

37、方式的一种无损检测方法。超声检测是利用超声波的众多特性（如反射和衍射），通过观察显示在超声检测仪上的有关超声波在被检材料或工件中发生的传播变化，来判定被检材料和工件的内部和表面是否存在缺陷，从而在不破坏或不损害被检材料和工件的情况下，评估其质量和使用价值。,超声波具有众多与众不同的特性，如：声束指向性好（能量集中）；声压声强大（能量高），传播距离远；穿透能力强；在界面处会产生反射、透射（或折射）和波型转换，以及产生衍射等。,通常，超声检测采用了不同的技术：按波源不同可分为：连续波、脉冲波；按波型不同可分为：纵波、横波、表面波、板波、爬波；按接收方式不同可分为：回波（反射）、穿透；按耦合方式不同

38、可分为：接触式、液浸式；按探头数不同可分为：单探头、双探头、多探头。,脉冲回波（脉冲反射）技术是超声检测中最常用的一种技术，其所用的超声波是一种脉冲波，即波源振动持续时间很短（通常是微秒数量级）、仅在很短一段时间内有振幅（间歇发射）的一种机械波动。,通常，脉冲回波超声检测的过程是：由超声检测仪（亦称超声波探伤仪）产生脉冲电信号，输入到换能器（或探头）上，激励换能器的压电晶片发射脉冲超声波；超声波透射（或折射）进入被检材料或工件中，经过反射或衍射等传播变化，最终又被换能器的压电晶片所接收，再转换成电信号，输送回超声检测仪显示出来；最后，通过对显示屏进行观察，来分析和评价被检材料或工件的内部或表面

39、质量。超声检测仪的显示方式通常有三种：A 扫描显示、B 扫描显示、C 扫描显示。,试说明焊接缺陷的红外无损检测的工作原理,若将一交流电压加在焊接区的两端，在焊口上会有交流电流通过。由于电流的集肤效应，靠近表面的电流密度将比下层大。由于电流的作用，焊口将产生一定的热量，热量的大小正比于材料的电阻率和电流密度的平方。在没有缺陷的焊接区内，电流分布是均匀的，各处产生的热量大致相等，焊接区的表面温度分布是均匀的。而存在缺陷的焊接区，由于缺陷（气孔）的电阻很大，使这一区域损耗增加，温度升高。应用红外测温设备即可清楚地测量出热点，由此可断定热点下面存在着焊接缺陷。,常规无损检测方法的能力范围和局限性,概述

40、 每种 NDT 方法均有其能力范围和局限性，各种方法对缺欠的检测概率既不会是 100，也不会完全相同。例如射线照相检测和超声检测，对同一被检工件的检测结果不会完全一致。射线照相检测和超声检测可用于检测被检工件内部和表面的缺欠；涡流检测和磁粉检测用于检测被检工件表面和近表面的缺欠；渗透检测仅用于检测被检工件表面开口的缺欠。,射线照相检测较适用于检测被检工件内部的体积型缺欠，如气孔、夹渣、缩孔、疏松等；超声检测较适用于检测被检工件内部的面积型缺欠，如裂纹、白点、分层和焊缝中的未熔合等。射线照相检测常被用于检测金属铸件和焊缝，超声检测常被用于检测金属锻件、型材、焊缝和某些金属铸件。在对焊缝中缺欠的检

41、测能力上，超声检测通常要优于射线照相检测。,射线照相检测,能力范围：a)能检测出焊缝中存在的未焊透、气孔、夹渣等缺欠；b)能检测出铸件中存在的缩孔、夹渣、气孔、疏松、热裂等缺欠；c)能检测出形成局部厚度差或局部密度差的缺欠；d)能确定缺欠的平面投影位置和大小，以及缺欠的种类。,局限性：a)较难检测出锻件和型材中存在的缺欠；b)较难检测出焊缝中存在的细小裂纹和未熔合；c)不能检测出垂直射线照射方向的薄层缺欠；d)不能确定缺欠的埋藏深度和垂直高度。,超声检测,能力范围：a)能检测出锻件中存在的裂纹、白点、分层、大片或密集的夹杂等缺欠；注：用直射技术可检测内部缺欠或与表面平行的缺欠。用斜射技术（包括

42、表面波技术）可检测与表面不平行的缺欠或表面缺欠。b)能检测出焊缝中存在的裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔等缺欠；注：通常采用斜射技术。c)能检测出型材（包括板材、管材、棒材及其他型材）中存在的裂纹、折叠、分层、片状夹渣等缺欠；注：通常采用液浸技术，对管材或棒材也采用聚焦斜射技术。d)能检测出铸件（如形状简单、表面平整或经过加工整修的铸钢件或球墨铸铁）中存在的热裂、冷裂、疏松、夹渣、缩孔等缺欠；e)能测定缺欠的埋藏深度和自身高度。,局限性：较难检测出粗晶材料（如奥氏体钢的铸件和焊缝）中存在的缺欠；b)较难检测出形状复杂或表面粗糙的工件中存在的缺欠；c)较难判定缺欠的性质。,涡流检测（ET）,能力

43、范围：能检测出导电材料（包括铁磁性和非铁磁性金属材料、石墨等）的表面和（或）近表面存在的裂纹、折叠、凹坑、夹杂、疏松等缺欠；b)能测定缺欠的坐标位置和相对尺寸。,局限性：a)不适用于非导电材料；b)不能检测出导电材料中存在于远离检测面的内部缺欠；c)较难检测出形状复杂的工件表面或近表面存在的缺欠；d)难以判定缺欠的性质。,磁粉检测（MT）,能力范围：能检测出铁磁性材料（包括锻件、铸件、焊缝、型材等各种工件）的表面和（或）近表面存在的裂纹、折叠、夹层、夹杂、气孔等缺欠；b)能确定缺欠在被检工件表面的位置、大小和形状。,局限性：不适用于非铁磁性材料，如奥氏体钢、铜、铝等材料；b)不能检测出铁磁性材

44、料中存在于远离检测面的内部缺欠；c)难以确定缺欠的深度。,渗透检测（PT）,能力范围：a)能检测出金属材料和致密性非金属材料的表面存在开口的裂纹、折叠、疏松、针孔等缺欠；b)能确定缺欠在被检工件表面的位置、大小和形状。,局限性：a)不适用于疏松的多孔性材料；b)不能检测出表面未开口而存在于材料内部和（或）近表面的缺欠；c）难以确定缺欠的深度。,金属材料无损检测方法简介 无损检测指在不损坏被检物前提下，对被检物的内部或表面缺陷、性质、状态及结构进行的各种检测。保证产品质量可靠性、实行质量控制。许多重要的产品必须保证质量，这就需要对其重要的原材料（板材、棒材和管材等轧制钢材）和零部件进行无损检测，

45、及时发现各种缺陷，报废或返修，降低成本。,射线、超声波等检验主要用于检测内部缺陷。磁力、渗透好涡流等检验主要用于检测表面缺陷。,8-1射线探伤 8-1-1原理 射线探伤是利用射线或射线能穿透物质，在物质中发生能量衰减（即射线强度将有不同程度减弱）来检查其内部缺陷的一种检测方法。射线穿透物质时，由于散射与吸收会被衰减。透过率随被透物质种类、密度、厚度不同而异。,工业上常见的无损检测的方法之一。用电磁波对金属工件进行检测，同X线透视类似。射线穿过材料到达底片，会使底片均匀感光；如果遇到裂缝、洞孔以及气泡和夹渣等缺陷，将会在底片上显示出暗影区来。这种方法能检测出缺陷的大小和形状，还能测定材料的厚度。

46、有些射线探伤要用源发出射线，对人的伤害极大，操作不慎会导致人员受到辐射，患白血病的概率增加。操作人员应穿好防护服，并注意源的妥善保存。,例如：钢中有一气孔，气孔的衰减远远小于钢，射线穿透气孔出后的强度就大于穿透钢基体的强度。由于射线是不可见光，所以借助感光胶片或荧光屏把透射后材料内的吸收差变为可见黑度差，实现对缺陷的检测。,8-1-1 适用范围及注意事项 金属材料和工件的质量检测中，射线探伤是利用射线的穿透物质被不同程度的吸收这一原理，探测缺陷。在铸件及焊缝探伤中常用。这种探伤对立体状缺陷（如气孔、夹渣）的探测效果好；对裂纹一类平面缺陷的探测效果有时很差。,当裂纹与射线照射方向垂直时，被检物的

47、厚度在射线方向几乎没有区别，射线穿过被检物后也没有差异，底片上很难形成明显缺陷影像。但当裂纹与射线照射方向平行时，被检物的厚度在射线方向有明显差异，底片上会形成明显缺陷影像。所以用射线探伤要从不同方向照射。射线一般可探测100mm厚钢板。射线可探测300mm厚钢板。设备较复杂，对人体有不良影响。,8-2 超声波探伤 8-2-1 原理 超声波是一种超出人的听觉范围的高频率弹性波。人耳能听到的声音频率为16Hz 20kHz 频率高于20kHz的声波叫超声波。,用于钢铁材料探伤的超声波频率常常在15MHz。此频率的超声波象一束光一样传播，有强烈的方向性。向被检材料发射超声波，在传播途中遇到障碍（缺陷

48、或其他异质界面）其方向和强度会受到影响，超声波发生反射、折射、散射或吸收等。根据这些影响的大小可确定缺陷部位的尺寸、方向性、分布方式及位置。,8-2-2 超声波探伤的设备及应用 按基本原理超声波探伤可分为穿透法和反射法，反射法用的较多。超声波的产生：一般为压电超声。1880年居里发现当晶体受拉或压缩时，表面产生电荷；在晶体表面施加电荷时，晶体的尺寸就会发生改变。,当在晶片的表面上交替变更电荷时，晶片的尺寸就会交替增大或减小。如果电荷以高于20kHz的频率加在晶片上，那么晶片的振动也以同样的频率传播到周围介质中，即为压电超声。压电材料使用最多的是锆钛酸铅（PZT）其次是石英和钛酸钡。探头，脉冲反

49、射法一般只有一个探头又发射又接收。标准试块：权威机关确定，测试或校验检测仪和探头的性能。,按探头与工件接触的方式一般有直接接触和水浸法探伤。直接接触法将探头和工件直接接触，在探头和工件之间涂敷液体，排除空气间隙，这层液体（油、甘油、水玻璃等）称为藕合剂。这种方法方便、灵活、藕合层薄声能损失小，但对探头加压力大，藕合层厚薄接触面大小等因素都影响检测。,水浸法探伤采用防水密封探头进行检测，探头、试样全部置于水中，水作为藕合剂。水浸法探伤时，探头和工件不直接接触，可以减少探头的磨损、消除直接接触法中难以控制的因素，或可提高检测速度，便于实现自动检测。,8-3 磁力探伤 磁力探伤适用于探测铁磁性材料制

50、成的被检物表面或近表面缺陷。此法灵敏度高、操作方便、结果可靠、价格便宜。磁力探伤，一般探测到的都是表面缺陷，深度只有几个毫米（大概3mm)，用磁力探伤，可以看到表层缺陷（例如裂纹）的长度、形状。一般衡量时都是依照单位面积允许缺陷数和最大缺陷长度来衡量的。,超声波探伤可以探测深层的缺陷，可以几十、上百毫米的深度，它主要是依靠超声波的回波衰减来判断是否有缺陷，并可以较为准确的测出缺陷的大小和深度。他们是不能够通用的，各有各的长处，对于大型的重要件需要做多次的探伤，非常严格。,8-3-1 原理 磁力探伤时首先将被检工件磁化。无缺陷的工件，其磁性分布是均匀的，任何部位的导磁率相同，各个部位磁通量均匀，