毕业设计（论文）-无损检测在船舶行业中的应用.doc

分类号 编号烟台大学文经学院毕 业 论 文无损检测在船舶行业中的应用Application of Dondestructive Detection in the Shipbuilding Industry申请学位：工学学士 院 系：机电工程系 专 业：金属材料工程 姓 名： 班 级：文金0941 学 号：200990518117 指导老师： 2013年6月1日烟台大学文经学院无损检测在船舶行业中的应用姓 名： 导 师： 2013年6月1日烟台大学文经学院烟台大学文经学院毕业论文（设计）任务书院（系）：机电系姓名张焕超学号200990518117毕业届别2009专业金属材料工程毕业论文（设计）题目无损检测在船舶行业中的应用指导教师学历博士职称教授所学专业材料学具体要求(主要内容、基本要求、主要参考资料等)：主要内容： 1.对无损探伤在船舶工业中的研究及工作原理；2.无损探伤的分类以及各种无损探伤的方法；3.检验方案；4.实验结果分析基本要求： 1.通过查阅资料对无损探伤在船舶行业的应用有所了解；2.熟悉掌握各种无损探伤的方法及基本原理；3.对各种无损探伤的方法进行研究主要参考资料：1 张俊哲，无损检测技术及其应用， 科学出版社； 2 郑世才，射线检测，机械工业出版社； 3 百度文库相关资料； 4 船舶焊接工艺；进度安排：1）2013.032013.04 论文开题，查阅资料和文献2）3013.042013.05 做钼酸盐基合成的实验3）3013.053013.06 分析实验结果，准备答辩 指导教师（签字）： 年 月 日院（系）意见： 教学院长（主任）（签字）： 年 月 日备注：摘 要 无损检测虽有着古老的历史，但作为一门技术科学的分支则是新兴的，无损检测是新兴的综合应用技术。无损检测在不损害检验对象的前提下对各种工程材料、零部件、结构件进行有效检验和测试，来评价它们完整性、连续性、可靠性。船舶制造业在20世纪初就开始研究焊接应用技术，并于1920年以英国船厂首次采用焊接技术建造远洋航船为标志，焊接技术逐渐在船厂得到推广应用，并迅速取代铆接技，。因此对船舶焊缝的无损检测也越来越重要。本文研究的主要内容：无损检测技术及其应用，X射线的产生和X射线机的工作原理以及在船舶焊接检测中的应用；超声波检测的特点应用及在船舶焊缝检测中的应用；磁粉检测的概况和基本原理及在船舶焊缝检测中的应用；以及目前船舶无损探伤所用的工艺检测流程。关键词 X射线探伤、超声波探伤、磁粉检测、无损探伤 Abstruct Nondestructive testing with ancient history, but as a technical science branch is emerging, integrated application of nondestructive testing is an emerging technology. Nondestructive testing under the premise that does not harm the test objects for a variety of engineering materials, components and structures for effective inspection and test, to evaluate their integrity, continuity, reliability. Ship manufacturing industry in the early 20th century began to study welding application technology, and to the shipyard in 1920 for the first time built ocean-going ship marked the welding technology, welding technology is widely used in the shipyard, and gradually replace riveting technology, and quickly. So on vessel weld NDT is also more and more important.This paper studies the main content of: technology and application of nondestructive testing, X-ray and X-ray machine working principle and application in the welding test; The characteristics of ultrasonic application and the application in the ship weld detection; General situation and basic principle of magnetic particle testing and application in the ship weld detection; And the ship nondestructive flaw detection technology used in the testing process.Key word X-Ray detection ultrasonic flaw detection magnetic particle testing nondestructive inspection目 录一 无损探伤技术概况1（一） 无损探伤定义及产生背景11 无损检测的定义12 无损检测的发展及背景1（二） 无损探伤的种类及优缺点1（三） 船机零件缺陷的无损检测7二 射线探伤原理及应用8（一） 射线探伤概述81 射线的产生、性质及其衰减82 射线探伤的方法及其原理83 射线探伤设备简介104 普通焊缝的X射线探伤145 焊缝质量的评定14（二） 射线探伤在船舶检验中的应用规范16三 超声波检测17（一） 超声波检测的特点与应用171 超声波检测的特点172超声波检测的应用与发展趋势18（二）超声波的传播181 超声波传播特性182声波在界面上的反射和折射193 波的透射及衰减20（三） 换能器与超声波探伤仪211 压电效应和等效电路212 超声波换能器213 超声波探伤仪22（四） 超声检测方法231 接触法与液浸法232纵波脉冲反射法233 横波探伤法244 表面波探伤法245 兰姆波探伤法246 穿透法检测24四 磁粉检测的概况及应用25（一） 磁粉检测的基本原理和方法251 磁粉检测的基本原理252 磁粉检测方法26（二） 磁粉探伤在船舶中的应用26五 船舶无损探伤工艺28（一） 船机零件的缺陷检验28（二） 船舶无损探伤工艺检测流程291 人员292 仪器293 增感屏294 透照厚度和检验部位295 象质等级和象质计296 操作317 缺陷评定318 缺陷评级31（三） 船舶焊缝磁粉检测的工艺流程331 人员332 仪器343 磁悬液344 表面处理345 操作346 观察357 质量评定358 记录和报告35致谢36参考文献37烟台大学文经学院毕业论文一 无损探伤技术概况（一） 无损探伤定义及产生背景1 无损检测的定义无损检测的定义：在不损坏试件的前提下，用物理或化学方法，借助先进的技术和设备仪器，对试件的内部及表面性质、结构、状态进行检查和测试的方法。无损检测技术是在现代科学技术发展的基础上产生的，用于检测工业产品的X射线是在物理学家伦琴发现X射线的基础上产生的，超声波检测是在二次世界大战中迅速发展的声呐技术和雷达技术的基础上开发出来的，磁粉检测技术是建立在电磁学理论的基础上的，而渗透检测源于物理化学的发展，在接下来的章节中将对无损检测技术在船舶中的应用进行研究。2 无损检测的发展及背景 随着工业生产的发展，无损检测的发展大致经历了三个阶段，即无损探伤NDI（Non-destructive Inspection），无损检验NDT（Non-destructive Testing）及无损评价NDE（Non-destructive Evaluation）,一般统称为NDT。其中，NDI是在不损坏产品的前提下，发现人眼无法直接观察到的缺陷；NDT是不但要检测最终产品，而且要测量过程的工艺参数；NDE时不仅要探测出缺陷的有无及位置，而且要测出缺陷的尺寸、类型、形状、取向以及对力学行为的影响等，以便用断裂力学的方法对被测产品做出检修周期和使用安全性的结论。因此，NDE包括NDI及NDT的内容，更具有综合性。材料和工件的无损检测和评价，对于控制和改善生产过程和产品的质量，保证材料、产品的可靠性和生产过程的安全性，以及提高劳动生产率都起着非常重要的作用。 无损检测作为一种工业技术，被应用于产品的整个生产、服役过程中，是现代工业发展必不可少的有效工具。因此世界各国对无损检测技术的研究都非常重视，开展了无损检测技术的研究工作。可以说，无损检测技术的发展标志着一个国家现代化工业的水平，其复杂系统集成技术已广泛应用于交通、制造、石油、核发电以及国防工业领域。（二） 无损探伤的种类及优缺点无损检测技术历史悠久，长期以来人们在实践中形成了许多实用的无损检测方法，而且随着各种新技术的出现还在逐步增加，典型的方法有：（1）目视检测1）原理：有人眼或光敏设备对被检测物体的反射光或发射光成像。2）应用范围：许多工业领域和场合都可以用，从原材料到成品到使用检查。3）优点：廉价、简单、范围广、优点多。4）缺点：只能评价表面状态，需要光源，必须能接近。 图1-2-1 目视检测Figure 1-2-1 visual inspection目视检测无法看到下面裂纹（2） 射线检测 射线探伤是利用射线透过物体时，会发生吸收和散射的特性，通过测量材料中因存在缺陷而影响射线的吸收来探测缺陷的，以胶片来记录信息的无损检测方法。图1-2-2 射线探伤原理Fig. 1-2-2 ray flaw detection principle该方法是最基本的、应用最广的一种射线检测方法。一般把被捡的物体安放在里射线装置5001000mm的位置处，把胶片紧贴在试样背后，让射线照射适当的时间进行曝光，把曝光后的胶片在暗示中进行显影、定影、水洗和干燥。将干燥的底片放在观片灯的显示屏上观察，根据底片的黑度和图像来判断存在缺陷的种类、大小和数量，随后按通行的标准对缺陷进行评定分级。1）原理：放射线穿透试件时胶片曝光，不连续对曝光有影响。2）应用范围：适用于大部分材料，例如新制造或正在使用的焊接件，铸件组合件等。 3）优点：检测结果可以直接记录底片，由于底片上记录的信息十分详细，而且可以长期保存，从而射线射线照相法成为各种无损检测方法中记录最直观、最真实、可追踪性最好的检测方法。可以获得缺陷的投影图像，缺陷定性定量分析最准确。体积型缺陷检出率高，而面积型缺陷的检出率受多种因素影响。4）缺点：适宜检验较薄的工件而不适宜检验较厚的工件；适合检测对接焊缝，检测角焊缝效果较差，不适合检测棒材、板材、锻件；对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸（高度）的确定比较难；检测成本高；射线照相法检测速度慢；平面不连续的（可检测方向）有临界值；射线对人体有伤害。下列图为在工厂中进行射线探伤时的流程图： 图 1-2-3 准备工作 图1-2-4 射线检测时的准备工作Fig. 1-2-3 Preparatory Work Fig. 1-2-4 Preparation of Ray Detection图1-2-5 标记焊缝Fig.1-2-5 Makers of Weld 图1-2-6射线曝光操作 图1-2-7射线曝光Fig.1-2-6 Ray Exposure Operation Fig.1-2-7 Ray Exposure Operation （3）超声波检测 超声波是一种频率超过20KHZ的特殊声波 ，除具有传统声波传输的基本物理特性，（如：反射、折射和衍射等）外，其还具有穿透力强、方向性集中、振幅小等特点。所以超声波检测在实时控制、无损伤、高精度等方面具有优势，被广泛应用在工业无损检测等领域。用于无损检测的超声波频率一般在0.510MHZ之间，如钢等金属材料的常用检测频率为15HZ。 超声波探伤是利用材料内部或本身缺陷的声学性质对超声波传播的影响来检测材料的组织和内部缺陷的技术。目前，使用最广泛的探伤方法是脉冲反射法，这种探伤方法的基本原理是将超声波脉冲发射到被测样本中，然后接收来自样本的发射波，根据发射波声压的不同以实现对被测材料中缺陷的识别和定位。 1）原理：来自传感器的高频声脉冲在试件中传播，遇交界面发生反射。 2）应用范围：声音传播性好和表面租糙度较好，形状不复杂，可适用于大多数材料的检查。 3）优点：提供精确、快速、高灵敏的检测结果，厚度信息。深度及缺陷种类等都可在构件的一个表面得到。 4） 不足：通常没有永久记录。表面粗糙，材料衰减和外形影响检测，需要耦合剂。（4）磁粉检测 自然界有些物体具有吸引铁、钴、镍等物质的特性，我们把具有磁性的物体称为磁体。使原来不具有磁性的物体具有磁性称为磁化，能够被此话的材料称为磁性材料。 铁磁性材料被磁化后，其内部产生很强的磁感应强度，磁力线增大几百倍到几千倍。如果材料中存在不连续缺陷，磁力线会发生畸变，由于缺陷中空气介质的磁导率远远低于试件内部的磁导率，使磁力线受阻。一部分磁力线被挤到缺陷的底部，一部分则穿过裂纹。一部分被排挤出工件的表面再进入工件。如果这时在工件上撒磁粉，漏磁场就会吸附磁粉，形成与缺陷形状相近的磁粉堆积。称之为磁痕，从而显示缺陷。1）原理：磁化被测部分后将细磁粉涂于表面，不连续处会呈现线条。 2）应用范围：适用于检测所有铁磁性材料的表面或近表面的不连续性。3） 优点：使用较简单，材料或设备比较廉价，比PT灵敏，快捷；可以检查出表面或近表面缺陷；检测灵敏度高，可以发现极其细小的裂纹。4） 不足：只用于表面或近表面不连续，只适用于铁磁性材料，工件的形状和尺寸有时对探伤会有影响，因其难以磁化因而无法探伤。（5）渗透检测 图1-2-9WD-300型清洗剂 图 1-2-8 WD-300型渗透剂 Figure 1-2-9WD-300 type cleaning agent Fig. 1-2-8 WD-300 Osmotic Agent图 1-2-10 WD-300型显像剂Figure 1-2-10 WD-300 imaging agent1）渗透剂渗透剂是一种具有强渗透能力的化学物质，因为它是液体有机物，在使用时应特别注意渗透剂的储存。它的工作机理是利用其中的着色染料或者是荧光染料进入被检测工件表面缺陷中，它在渗透检测中的作用至关重要，渗透的好坏直接关系到渗透检测的成功与否。图1-2-8是一种灌装的WD300型渗透剂，它在工业生产和实验中使用较广。 2）清洗剂清洗剂也称为清除剂，它的作用是去除被检测工件的表面残留的渗透剂。要特别注意的是不同的渗透剂对应不同的清洗剂，比如上面提到的水基型渗透剂，水就是它对应的清洗剂，其它的渗透剂对应的清洗剂就不一定是水，操作的时候切记这一点，图 1-2-9WD-300型渗透剂。 3）显像剂一是显示工件中的缺陷；二是扩展这种吸附到工件表面的缺陷现象，使表面呈现的背景和缺陷形成巨大反差，以便操作人员可以更好的评定和评价，从而提高检测的准确性和灵敏度，图1-2-10WD-300型显像剂。零件表面被施涂含有荧光燃料或者着色染料的渗透液后，在毛细管作用下，一定时间后，渗透液渗进表面开口的缺陷中，经去除零件表面多余的渗透液后，再在零件表面施涂显影剂，同样，在毛细管作用下，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液，渗透液回渗到显像剂中；在一定的光源下（紫外线或者白光），缺陷处的渗透液痕迹被显示黄绿色荧光或者鲜艳红光 )，因此探测出缺陷的形貌以及分布状态。1）原理：将可视或荧光物资的液体涂到表面，由毛细管作用进入不连续处。2）应用范围：可以用于任何未污染，无覆盖层的无吸附性固体物质。3）优点：材料廉价，操作相对简单，而且敏感，通用，渗透探伤可以用于疏松多孔性材料外任何种类材料；形状复杂的也可以进行渗透探伤，并一次操作就可以大致做到全面检测，同时存在几个方向的缺陷，用一次探伤操作就可完成检测，不需要大型的设备。 4）不足：只能检测到开口至表面的不连续，表面必须相对光滑且没有污染，；检测工序多，速度慢；检测灵敏度比磁粉探伤低；材料较贵，成本高；有些材料易燃，有毒。 图1-2-11A（加渗透液） 图1-2-11B（消除多余的渗透液） Figure 1-2-11A (add liquid) Figure 1-2-11B (eliminate redundant penetrant)图1-2-11C（显色剂吸收裂纹中的渗透液）Figure 1-2-11C (absorption of chromogenic agent permeate in crack)图 1-2-11 渗透检测Fig. 1-2-11 penetrant testing（6）涡流检测 1）原理：导电试样在电磁感应的作用下产生局部电场 。 2）应用范围：几乎可以对所有导体的缺陷，减薄，冶金状态及导电性进行检验。 3）优点：快速、灵敏、通用、非接触式，适用于自动化和现场检查。 4）不足：必须控制变量，只能穿透浅层，受离地距离和表面条件限制。(三) 船机零件缺陷的无损检测缺陷（特别是内部缺陷）的检测方法无外乎两种：（1） 破坏法即破开被检测工件，检查内部的质量，虽然可靠，但对零件的检验是行不通的，就像给人看病一样，不能随便剖肠开肚进行检查。（2） 无损检验在不破坏被检查对象的前提下（包括：尺寸、形状、性能等）测量其有关的数据。如测量温度、缺陷、压力等。目前，在狭义上来说：在不破坏零件的条件下探测工件表面及内部缺陷的方法称为无损探伤。无损探伤的种类：常规检测方法（磁力探伤、渗透探伤、超声波探伤、射线探伤、涡流探伤）和无损检测新技术（激光全息检测技术、声发射技术、红外检测技术、及微波检测技术）。在国内外，常用下列3个名词：1）无损检测（Nondestructive Testing=NDT）2）无损检验（Nondestructive Inspection=NDI）3）无损评价（Nondestructive Evaluation=NDE）其中，NDT与NDI更为相近，NDT一般泛指材料和设备各种场合中使用的检测方法，NDI指出设备验收和在役情况下的检验，NDE是在无损检测更高层次的发展，着重对缺陷的危险程度进行评价。二 射线探伤原理及应用（一） 射线探伤概述 射线探伤是利用射线可以穿透物质和在物质中发生衰减的特性来发现其中缺陷的一种探伤方法。它可以检查金属和非金属材料及其制品内部缺陷，如焊缝中的夹渣、气孔、未焊透等体积性缺陷。这种无损探伤方法有独特的优越性，即检验缺陷的直观性、可靠性和准确性。而且得到的射线底片可用于缺陷的分析和作为质量凭证存档。但此法存在着成本较高、设备较复杂的缺点，并需要对射线进行防护。1 射线的产生、性质及其衰减（1）X射线的产生 用来产生X射线的装置是X射线管。它由阴极、阳极和真空玻璃（或金属陶瓷）外壳组成，。阴极通以电流加热至白炽状态，其阳极周围形成电子云，当在阳极与阴极之间施加高压时，电子加速穿过真空空间，高速运动的电子束集中轰击阳极靶子的一个面积（几平方毫米左右、称实际焦点），电子被阻挡减速和吸收，其部分动能（约1%）转换为X射线，其余99%以上的能量转变成热能。（2）X射线的主要性质 1）不可见，以光速直线传播。2）具有可穿透可见光不能穿透的物质如金属、骨骼等的能力，并且在物质中有衰减的特性。3）可以是物质电离，或是胶片感光，也可以是木屑物质产生荧光。（3）射线的产生及性质射线是由放射性物质内部原子核的衰变产生的。射线的性质与X射线相似，由于其波长比X射线短，因而射线能量高，具有大的穿透力。例如，目前广泛使用的射线源，他可以检查到250mm厚的铜质工件、350mm厚的铝制工件和300mm厚的钢制工件。2 射线探伤的方法及其原理X射线检测方法目前主要有射线照相法、透视法（荧光屏直接观察法）和工业X射线电视法，以及射线计算机断层扫描技术。当前在国内最广泛、灵敏度较高的仍然是X射线照相法。（1）射线照相法X射线照相法的基本原理如图所示。当X射线穿透被照射物体时，有缺陷部位（如气孔、夹杂物等）与基体（金属或非金属）对射线吸收能力不同。缺陷部位所含空气对射线吸收能力大大低于基体（金属或非金属）对射线吸收能力。因此，透过有缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位的射线强度。在X射线胶片上对应的有缺陷部位将接受较多的X射线粒子，从而形成黑度较大的缺陷影像。 焦点入射X射线缺陷工件胶片底片图 2-1-1 射线照相法原理Fig. 2-1-1 principle of radiography（2）透视法 透视法是将透过被检物体后的不同强度的射线，再投射在涂有荧光物质的荧光屏上，激发不同强度的荧光而得到物体内部影像的方法。 此法所用设备主要由X射线发生器及其控制设备、荧光屏、观察和记录用的辅助设备、防护及传送工件的装置等几部分组成。检验时，把工件送至观察箱上，X射线管发出的射线透过被检工件，落到与之紧挨着的荧光屏上，显示的缺陷影像经平面镜反射后通过平行于镜子的铅玻璃观察。（3）工业X射线电视法 X射线工业电视是一套带有长支臂的X射线闭路电视检验系统，把射线管头装在长约18米的探臂末端，运管小车朝探臂方向运动，探臂伸到钢管内部，使射线穿透钢管焊缝进行检查，X射线探伤机通过安装在长臂末端的X射线管产生X射线，通过钢管焊缝就得到一幅人眼看不到的X射线辐射图像，该图像以往通过射线胶片接收，现在不用胶片，而用图像增强器的输入屏接受，通过增强器的转换，在图像增强器的输出屏上就得到了一幅增强了的图像信号，这种图像在经过光学镜头的聚焦就投射到电视机的靶面上在经过电视系统的一系列加工处理最后成为监视器上的可见图像。 图像的几何不清晰度Ug为： Ug=bf1/f2 其中：b=焦点 f1=射线源到焊缝内表面的距离 f2=焊缝内表面到图像增强器的距离（4）射线计算机断层扫描技术 图 2-2-2 射线工业CT系统组成框图Fig. 2-2-2 the X-ray industrial CT system block diagram 1. 射线源 2. 工件 3. 检测器 4. 数据采集部 5. 高速运算器 6. 计算机CPU 7. 控制器 8. 显示器 9. 摄影单元 10. 磁盘 11. 防护设施 12. 机械控制单元 13.射线控制单元计算机断层扫描技术是根据物体横断面的一组投影数据，经计算及处理后，得到物体横断面的图像。 射线源发出扇形束射线，被工件衰减后的射线强度投影数据经接受检测器（300个左右，能覆盖整个扇形扫描区域）被数据采集部采集，并进行从模拟量到数字量的高速A/D转换，形成数字信息。再一次扫描结束后，工件转动一个角度在进行下一次扫描，如此反复下去，即可采集到若干数据。这些数字信息再高速运算器中进行修正、图像重建处理和暂存，在计算机CPU的统一管理及应用软件支持下，便可获得被检物体某一断面的真实图像，显示在监视器上。 3 射线探伤设备简介射线探伤设备常用的设备主要有X射线机、射线机等，他们的结构区别较大。X射线机（1）X射线检测装置1）检测用X射线装置原理。检测用的X射线的产生是利用X射线管中高速电子去撞击阳极靶，电子运动突然被阳极靶阻止，其动能大部分转换为热能，只有少部分转变为X射线能。X射线管中电子的高速运动是利用阳、阴极间的高电压形成的，X射线管两极的高电压是由高压发生器供给的，而高压发射器一般要浸在绝缘油里工作。目前工业上应用的X射线机最高可达450KV，近年来国内外已研制出600KV的X射线管。2）检测用X射线装置结构。目前国内外把X射线机大致分为两类，即移动式X射线机和携带式X射线机，这两类X射线机在结构和应用上都有些不同。（2）移动式X射线机X射线管放于充满冷却、绝缘油的X射线框内，高压发生器油浸于高压柜内。高压发生器的阴、阳极两端通过高压电缆与X射线柜的阴、阳极两端相连接，X射线管用强制循环油冷却。控制柜（即操纵台）放于防放射线的操作室内，用低压电缆与高压发生器相连接，操作台除用来调节透照电压（KV）、电流（mA）、时间（min）外，还装有电压过载、过电流、过热等保护装置。移动式X射线机通常重量、体积都较大，适合于实验室、车间等固定场所使用。移动式X射线机一般管电压高，管电流较大，可以透照较厚的物体，并可节省透照时间。（3）携带式X射线机 携带式X射线机，一般而言重量轻、体积小，适合于流动性检验或大型设备的现场检测。这种X射线机为了便于搬动，通常把X射线管和高压发生器一起放入射线柜内，没有高压电缆和整流装置。一般携带式X射线机仅由控制器和射线柜两部分组成。X射线管（4）X射线管的分类。按阳极冷却方式可分为：1）油浸自冷式X射线管。冷却介质主要是变压器油，多用于工作时间很短的携带式X射线机。2）油或水循环冷却式X射线管。利用油泵或冷却水循环冷却，散热效果好，多用于移动和固定式X射线机。按X射线的辐射方向分为：1）定向辐射式X射线管。X射线以一定角度，一般为401向外辐射。2）360周向辐射式X射线管。这种管子发射的X射线束同时向与管轴垂直方向360圆周方向辐射。这种X射线管检测效率高，尤其是对球形或环形工件更显示出优越性。按X射线管壳体材质可分为：1）玻璃壳X射线管。这种X射线管现在在国内使用较多，强度低，寿命较短，体积也较大。2）金属陶瓷X射线管。这种管子结构简单，金属陶瓷组件被熔接在金属管内形成真空密封，并起如下作用： 为阴极、阳极提供机械承载； 起到阴极、阳极的绝缘体作用； 提供高压电缆插头连接的插座。 采用这种管子优点之一就是重量轻、尺寸小。这点对于制作携带式X射线机、进行流动性射线检测是很重要的。（5）X射线管内部构造。 1）阴极 X射线管的阴极起着发射电子和聚集电子的作用。它主要由发射电子的钨丝和聚焦电子的聚集罩（纯铁或纯镍支撑的凹面形）组成。 2）阳极 X射线是从射线管的阳极发出的。整个阳极构造包括阳极靶、阳极体和阳极罩（铜、导电和散热）三部分。由于X射线管转换率低，阳极靶接受电子轰击的动能绝大部分转换为热能而被阳极吸收，因此阳极的冷却至关重要。目前采用的冷却方式主要有辐射散热及油、水冷却等 3）焦点 X射线管的焦点是决定X射线光学性能的重要因素，又称几何焦点。当靶倾斜时，常用有效焦点，有效焦点又称光学焦点，是实际焦点在射线透照方向上的投影。设实际焦点的面积为S1，有效焦点的面积为S。阳极靶面的倾斜角度为，则有效焦点面积S为： S=S1 Sin 一般靶面倾斜1920，有效焦点的面积仅为实际焦点的1/3左右。实际焦点大，易于制造，同事也有利于散热，而有效焦点面积小，可以提高检测灵敏度。 产生X射线的典型电路1）自整流电路 自整流电路是一种最简单的电路形式，省掉了高压整流管，所以结构紧凑、体积小、重量轻。这种X射线机把向X射线管供电的高压变压器和X射线管装配在射线柜中，用油或绝缘体冷却。该机便于携带，但对电源的利用率只有50%，在另外50%时间内没有电流，也没有X射线产生出来。 在自整流电路中X射线管交替承受正反高压，并且在空闲半周中反向电压很高，所以对X射线管十分不利，为此，可以采用加速电压器降低高压变压器的初级电流。2）半波整流倍压电路 半波整流倍压电路是在高压变压器的次级端加上高压硅堆或整流管和电容器的充放电过程，把电压变压器输出电压的最大值提高到高压变压器次级电压幅度的两倍。 利用电容器的倍压整流，减轻了高压变压器的负担，改善了X射线机的工作条件，与自然电流相比，X射线管中通过的电流虽然不大，电压却很高，在移动式和固定式X射线机中大多用这种整流电路。3）全波整流电路全波整流电路是由高压变压器输出的交变电流经过桥式整流器（由四肢二极管接而成）整流后向X射线管供电的电路。这种整流的特点是：无论电源极性怎样改变，X射线管两端的电压始终是正的，机载电源的正半周和负半周内，X射线管内均有电流通过，X射线管始终有X射线辐射出来。全波整流X射线管利用率高，该种电路多用于能量较大的移动式射线机中。X射线发生器X射线发生器一般由X射线管、高压变压器、灯丝变压器、搅拌电动机和温度继电器等部件组成。在携带式X射线机中，这些部件均装在一个密封的铁壳内，没有外部的高压部分，不用高压电缆，部件少，便于携带。1）高压变压器和灯丝变压器 X射线机的变压器，由于其特殊的工作条件，与一般电压器比较，其特点是：变比大，次级电压极高，功率小，绝缘性能和机械性能要求高。 X射线机大都是连续工作，所以高压变压器的电流过载能力小。但为了搬运方便，又受到重量和尺寸的限制，高压变压器的超压能力也比较小，试验电压一般只有额定电压的110%，因此在使用时不允许超载或超压工作。2）搅拌电动机 搅拌电动机的作用是强迫冷却对流循环，使热量扩展到机壳外面或通过冷却水管把热量带走。采用强迫循环冷却式装置的X射线机，通常都装有搅拌电动机或电动油泵。携带式X射线机的搅拌电动机一般都装在X射线发生器内靠近阴极的部位。3）温度继电器 温度继电器一般是双金属片式继电器，装在X射线发生器内，通过控制电缆与控制器内的高压部分和接触器串联成电路。当X射线发生器内油温超过继电器的额定值时，触头断开，切断高压控制电路，并且在油温降低到规定值前不能再接通高压，从而起到保护作用，温度继电器一般规定在（6050）时动作。4）控制器 控制器主要是指控制箱部分，其次是低压连接电缆，它主要由调节、指示和保护部分组成。 调节部分包括继电器，用于控制曝光时间；高压调节旋钮，用于控制高压发射器的输出电压；电流调节旋钮，用于调节X射线管的灯丝加热电流，其目的是调节X射线管的阳极电流。 显示装置主要包括电源电压表、高压电压表、毫安表、计时器、指示灯和音响装置，有的控制器以采用数字显示。保护装置主要包括过电压加电器、过电流继电器、温度继电器，逆电压衰减装置、水压开关、零位开关和熔断器。（6）射线检测装置射线探伤仪的结构比X射线仪器要简单得多，使用方便，价格便宜。目前，射线探伤多采用照相方法工作。对射线探伤仪的要求是能很好地预防射线对人的危害，使用灵活方便，不易发生故障，能按需要发射一定宽度的锥形射线束或进行圆周曝光。通常按其放射性活度（住单位为贝柯勒尔）大小可分为移动性和轻便性仪器两种。 射线探伤仪的结构简单。轻便型射线探伤仪，一般用手工控制探伤仪的开启和关闭。中等活性以上的射线探伤仪一般装在小车上，用遥控装置控制开关。4 普通焊缝的X射线探伤（1）平板对接焊缝。这是工业生产中最为普遍的一种焊缝。透照时将暗盒放在工件的背面，射束中心对准焊缝中心线。像质计、标记号码放在靠近射线源一侧的焊缝表面上，以便确定底片的灵敏度。为防止散射线的干扰，在焊缝表面的两侧可用铅板屏蔽。（2）管状工件对接焊缝。对于直径较大的工件，可将辐射源（放射性同位素或棒阳极X射线管、长探臂X射线管等）伸到管道内中心部位，在管外焊缝表面布置X射线胶片暗盒，可进行局部或360圆周透照。对于直径小于200mm以下的薄壁管对接焊缝，应采用X射线穿透双臂的透照方法，并是射束中心偏离管焊缝所在平面一定角度（1015），使上下管壁的焊缝在底片上的投影为一椭圆。在双壁透照双面成像的情况下，由于管径曲率和射束发散的影响，往往有效透照范围不会超过焊缝周长的三分之一，所以一个环焊缝需要透照三张以上的底片，才能在满足灵敏度的要求下互相覆盖。（3）管材搭接焊缝。搭接焊缝通常不开坡口，透照时射束与工件平面垂直或偏斜很小的角度。因此焊缝底部和顶部搭接处的未焊透缺陷不易检查出来。为了得到清晰的底片，提高检测灵敏度，应在焊缝处加垫补尝契或使用补偿泥进行补偿。对于形状复杂、厚度不一的异型工件焊缝在X射线探伤时也要进行补偿。其具体方法可使用补整块、补偿铅丸、液体补偿、补偿泥和补偿油膏等。（4）角焊缝的透照常见的角焊缝形式有对接角焊缝、对接插入式角焊缝、薄板卷边焊缝、丁字形角焊缝和管道座角焊缝等。对于铸件中的角形工件，射束投射方向多为其角度的平分线。对于角焊缝探伤，例如丁字形角焊缝，射束中心和立板之间的夹角在1015范围内较为合适。但是，在薄板角焊缝情况下，射束的入射角度并不十分重要。为了提高好焊缝探伤的灵敏度和底片清晰度，必须注意散射的遮蔽，还应合理选择焦距、胶片、增感屏和射线硬度。5 焊缝质量的评定 根据焊接缺陷形状、大小，国家标准将焊缝中的缺陷分为圆形缺陷、条状夹渣。未焊透、未熔合和裂纹等五种。其中圆形缺陷是指长宽比3的缺陷，他们可以是圆形、椭圆形、锥形或带有尾巴（在测定尺寸时应包括尾部）等不规则形状，包括气孔、夹渣和夹钨。条状夹渣是指长宽比3的夹渣。 依据GBT3323-1987标准，按照焊接缺陷的性质、数量和大小将焊缝质量分为、共四级，质量依次降低。级焊缝内不允许存在任何裂纹、未熔合、未焊透以及条状夹渣，允许有一定数量和一定尺寸的圆形缺陷存在。级焊缝内不允许存在任何裂纹、未熔合、未焊透等三种缺陷，允许有一定数量、一定尺寸的条状夹渣和圆形缺陷存在。 级焊缝内不允许存在任何裂纹、未熔合以及双面焊和加垫板的单面焊中的未焊透，允许有一定数量、一定尺寸的条状夹渣和圆形缺陷存在。 级焊缝只焊缝缺陷超过级者。1） 圆形缺陷的评定 圆形缺陷的评定首先确定评定区，见表21，其次考虑到不同尺寸的缺陷对焊缝危害程度的危害程度也越大，因此对于评定区域内大小不同的原性缺陷不能同等对待，应将尺寸按表22规定换算成缺陷点数。表21 圆形缺陷评定区 mm母材厚度 25 25100 100评定区尺寸 100100 1020 1030表22 圆形缺陷评定区 mm缺陷长mm112233446688点数1236101525最后计算出评定区域内缺陷点数总和，然后按表23提供的数量来确定缺陷的等级表23 圆形缺陷评定区 mm母材厚mm质量等级101015152525505010010012345636912151861218243036缺陷点大于级者2） 条状夹渣的评定条状夹渣的评定是根据单个条状夹渣长度、条状夹渣总厂及相邻两条夹渣间的距离三个方面来进行综合评定。3）单个条状夹渣的评定 当底片上存在单个条状夹渣时，以夹渣长度确定其等级。考虑到夹渣长度对不同板厚的工件危害程度不同，一般较厚的工件允许较长的条状夹渣存在。所以国家标准规定，也可以用条状夹渣长度占板厚的比值来进行等级评定，见表24。表24条状夹渣的分级 mm质量等级单个条状夹渣长度条状夹渣总长板厚夹渣长度124在任一直线上，相邻两夹渣间距均不超过6L的任何一组夹渣，其累计长度在12焊缝长度内不超过126013602096在任一直线上，相邻两夹渣间距均不超过3L任何的一组夹渣，其累计长度在6焊缝长度内不超过945234530注：表中“L”为该组夹渣中最长的长度(二) 射线探伤在船舶检验中的应用规范（1）无损探伤人员必须有相应的工作资格。（2）被检测为不合格的焊缝应该及时返修，并注意对返修工艺的控制盒检验。（3）当无损探伤发现焊缝内部有不允许存在的缺陷，并认为该缺陷有可能延伸时则应在其延伸方向（一端或两端）增加探伤数量直至达到邻近合格的焊缝为止。（4）当所有被检焊缝的一次合格率低于80%时，应对重要部位焊缝追加检查，其数量大约为10%20%，应对全部焊接工艺引起注意。（5）射线拍片的布片密度应按钢材的材料级别从高到低递减。纵横向对接焊缝交叉处的布片方向应平行于横向对接焊缝。（6）对危险化学品船焊缝的无损探伤，尚应对下列部分进行无损探伤检测。1）液货船舱壁板上所有的焊缝十字交叉处；2）液货舱边界焊缝应探测裂纹，探测的长度应至少为液货舱边界焊缝总长度的10%；3）当舷侧和船底纵骨以及纵舱壁处中断时，上述构件与横舱壁的焊缝应探测裂纹，探测的长度应至少为骨材与横舱壁连接焊缝总长度的10%；4）当纵向构件和纵舱壁水平扶强材连续的通过横舱壁时，其与横舱壁的焊缝应探测裂纹，探测的长度对舷侧和船底纵向构件至少为总长度30%，对纵舱壁水平扶强材至少为总长度的20%。当横向构件连续的穿过液货舱纵舱壁时，该构件与边界连接焊缝戍探测裂纹焊度至少为总长度的10%。39三 超声波检测（一） 超声波检测的特点与应用1 超声波检测的特点超声波是超声振动在介质中的传播，它的实质是以波动形式在弹性介质中传播机械振动，其频率在20KHZ以上。超声波的频率f、波长和声速c满足下式： =cf常用的总做频率在0.45MHZ，较低频率用于粗晶材料和衰减较大材料的检测，较高频率用于细晶和高灵敏度检测。对于某些特殊要求的检测，工作频率可达1050MZ。随着宽频窄脉冲技术的研究和应用，超声探头的工作频率，有的已高达100MHZ。超声波被用于无损检测，主要是因为有以下几个特性：超声波在介质中传播过程中传播时，遇到界面会发生反射；超声波指向性好，频率愈高，指向性愈好；超声波传播能量大，对各种材料的传播能力强。近年来的研究表明，超声波的声速、衰减、阻抗和散射等特性，为超声波的应用提供了丰富信息，并且成为超声波广泛应用的条件。超声检测对于平面状的缺陷，如裂纹，只要波束与裂纹平行垂直，就可以获得很高的缺陷回波。但是，对于球状缺陷，如气孔，假如气孔不是很大，或者不是较密集的话，就难以获得足够的回波。这一点与X射线检测方法刚好相反，这是因为两者检测缺陷的原理不同，因此各有其易于检测和难于检测的缺陷。超声检测的最大优点就是、夹层、未焊透等类型的缺陷具有很高的检测能力。对于表面缺陷的检测，超声波法比磁粉法和渗透法灵敏度低，但是，超声波法可以检测表面裂纹的深度。超声波在材料中传播时，受金属组织特别是晶粒大小的影响大。对细晶材料，超声波可以穿透几米度；而在粗晶材料中，超声波衰减严重，即使50mm厚的试件难用超声波检查。在结构疏松的一些非金属材料中，超声波的衰减更为严重。超声波检测的特点还有检测灵敏度高、适应性强、对人体无害、使用灵活、设备轻巧、成本低廉，可即时得到探伤结果，适合在车间、野外和水下等各种环境下工作，并能对正在运行的装置和设备检验。当然，超声检测通常要求工件形状比较简单，有规则，表面比较光洁。2 超声波检测的应用与发展趋势 超声波检测是工业无损检测中应用最为广泛的一种方法。就无损探伤而言，超声波法适用于各种尺寸的轧制件、锻件、焊缝和某些铸件，无论是钢铁、有色金属和非金属，都可以采用超声波法进行检验。各种机械零件、结构件、电站设备、锅炉、船体、压力和非金属材料、化工容器等，都可以用超声波进行有效的检测。有的采用手动方式，有的采用自动化方式。就物理性能检测而言，用超声波法可以无损检测厚度、材料硬度、淬硬层深度、晶粒度、液位和流量、残余应力和胶接强度等。随着微计算机的普遍应用，超声检测仪器和检测方法都得到了迅速发展，使超声检测的应用更为普及。目前，为计算机在超声检测中已够完成数据采集、信息处理、过程控制和记录存储等多种功能。许多超声检测仪器都把微处理机作为一个部件而组装在一起，去执行处理数据和图像任务。一些全电脑对话式超声波探伤仪，可在屏幕上同时显示回波曲线和检测数据，存储仪器调整状态、缺陷波形和各种操作功能；用打印机输出可供永久记录的各种数据和图形资料，并直接由计算机编制测试报告。在冶金厂钢板、钢带、型材和管材的自动轧制生产线上，计算机对超声检测进行自动化程序控制。他控制多通道超声自动检测系统，能同时进行探伤和侧厚，并根据指定的评判标准处理数据，作出关于缺陷长度、面积、位置和分布情况的报告，有的还应用了B扫描、C扫描和图像识别技术，进一步分析缺陷的性质，并控制喷标装置动作，在缺陷处喷漆标记。超声波无损检测是无损检测领域中应用和研究最活跃的方法之一。例如，用声速测定法评估灰铸铁的强度和石墨含量，超声衰减和阻抗测定法确定材料的性能，用超声波衍射和临界角反射法检测材料的机械性能和表层深度，用棱边波法、表面波法和聚焦探头法对缺陷定量的研究，用超生显像法和超声频谱分析法的进展和应用，用多频探头法对奥氏体不锈钢厚焊缝的检测，用超声测定材料内应力，特殊波形例如用管波模式检测管材的研究，采用自适应网络对不同类型缺陷的波形特征进行识别和分类，噪声信号超声检测法，超高频超声检测法，宽频窄脉冲超声检测法，以及新型声源的研究例如用激光来激发和接收超声的方法和各种新型超声检测仪器的研究等，都是比较典型和集中的研究方向。 （二） 超声波的传播1 超声波传播特性 根据介质中质点振动方向和声波的传播方向是否相同，超声波的波形可分为以下几种：（1） 纵波L介质中质点的振动方向与波的传播方向互相平行的波，称为纵波，用L表示。当介质质点受到交变压力作用时，质点之间产生相应的伸缩形变，从而形成纵波；凡能承受拉伸或压缩应力的介质都能传播纵波。固体介质能承受拉伸或压缩应力；液体和气体虽不能承受拉伸应力，但能承受压应力产生容积变化。因此固体、液体和气体都能传播纵波。钢中纵波声速一般为5960m/s。纵波一般应用于钢板、锻件探伤。（2） 横波S质点振动方向垂直于传播方向的波称为横波。当介质质点受到交变的剪切应力作用时，产生剪切形变，从而形成横波；只有固体介质才能承受剪切应力，液体和气体介质不能承受剪切应力，因此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。钢中横波声速一般为3230m/s。横波一般应用与焊缝、钢管探伤。（3） 表面波R质点的振动介于纵波和横波之间，沿着固体表面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波称为表面波，又称瑞利波。表面波在介质表面传播时，介质表面质点作椭圆运动，椭圆长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向；椭圆运动可视为纵向振动与横向振动的合成，即纵波与横波的合成，因此表面波只能在固体介质中传播，不能在液体和气体介质中传播。表面波的能量随深度增加而迅速减弱，当传播深度超过两倍波长时，质点的振幅就已经很小了，因此，一般认为表面波探伤只能发现距工件表面两倍波长深度内的缺陷。表面波一般用于钢管探伤。（4） 兰姆波兰姆波只产生在有一定深度的薄板内，在板的两表面和中部都有质点的振动，声场遍及整个板的厚度，沿着板的两表面及中部传播，所以又称板波。若两表面质点震动的相位相反，中部质点以纵波的形式振动则称为对称型兰姆波；若两表面质点振动的相位相同，中部质点以横波的形式振动则称为非对称型兰姆波。兰姆波可检测板厚及分层、裂纹等缺陷，检测材料的晶粒度和复合材料的年和质量等。2 声波在界面上的反射和折射在声学理论分析中，常使用声阻抗的概念。声阻抗可有下式定义： Z= p/u式中p和u分别为介质中任一点的声压和该点的质点振动速度。在平面波情况下，声阻抗z由介质密度和声速的乘积决定。 Z= C显然，不同的介质声阻抗不同，它反映了介质的传播特性，所以又称固有声阻抗。固体的声阻抗约为液体的30倍，不同材料有所差异。当声波从一种介质（Z1=1C1）传播到另一种介质（Z2=2 C2）时，在两种介质分界面上，一部分能量反射回原介质内传播，称反射波；另一部分能量透分界面在另一介质内继续传播，称折射波。声波产生反射与折射时，遵循几何光学中的