无损检测技术概述.ppt

2020 1 11 中国水利水电第五工程局 1 无损检测概论 中国水电五局安装分局试验检测中心 主讲人 张浩 认识无损检测 无损检测仪器设备 仪器的调试 以及现场实时操作的图片展示 无损检测设备展示 射线检测仪器设备 无损检测设备展示 磁粉检测仪器设备 无损检测设备展示 渗透检测试剂 无损检测设备展示 TOFD超声探伤仪 无损检测设备展示 数字超声探伤仪 超声波探伤仪器调试 TOFD探伤仪实时探伤操作 数字探伤仪实时探伤操作 缺欠现场分析评定 缺欠现场分析评定 返修缺欠记录 压力钢管腰部高空探伤作业 中国水利水电第五工程局 15 2020 1 11 课程的主要内容 概述 无损检测技术的特点 发展 分类 应用等 常用的无损检测技术 超声检测 射线检测 磁粉检测 渗透检测等 其他无损检测技术 涡流检测技术 TOFD检测技术 相控阵检测技术 声发射检测技术等 中国水利水电第五工程局 16 2020 1 11 无损检测的定义 Nondestructivetesting 在不损伤被检测对象的条件下 利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对热 声 光 电 磁等反应的变化 来探测各种工程材料 零部件 结构件等内部和表面缺陷 并对缺陷类型 性质 数量 形状 位置 尺寸 分布及其变化作出判断和评价 无损 无损检测的特点 1 不损坏试件材质 结构2 正确选用实施无损检测的时机3 正确选用最适当的无损检测方法4 综合应用各种无损检测方法 中国水利水电第五工程局 18 2020 1 11 无损检测的优势 不会对构件造成任何损伤 材质和结构 为查找缺陷提供有效方法可对产品质量实施监控防止产品失效引起的后果应用范围广 中国水利水电第五工程局 19 2020 1 11 无损检测技术的发展 无损检测技术发展的三个阶段 无损探伤 NDI NondestructiveInspection 探测和发现缺陷无损检测 NDT NondestructiveTesting 探测和发现试件的缺陷 结构 性质 状态无损评价 NDE NondestructiveEvaluation 中国水利水电第五工程局 20 2020 1 11 无损检测的目的 1 保证产品质量借助仪器和器材 发现目视检查无法发现的内外部宏观缺陷 检测不需要破坏试件就能完成检测过程 可对产品进行100 检验和逐件检验 为产品质量提供有效保证 2 保证使用安全可以对在用设备和部件进行定期检验 保障使用安全 中国水利水电第五工程局 21 2020 1 11 3 改进制造工艺在产品工艺试验中 对工艺试样进行无损检验 并根据检测结果改进制造工艺 确定理想的制造工艺 4 降低生产成本在产品制造过程中的适当环节正确地进行无损检测 防止以后的工序浪费 减少返工 降低废品率 从而降低制造成本 中国水利水电第五工程局 22 2020 1 11 无损检测的方法和分类 一 常规无损检测方法目视检测VisualTesting 缩写VT 超声检测UltrasonicTesting 缩写UT 射线检测RadiographicTesting 缩写RT 磁粉检测MagneticparticleTesting 缩写MT 渗透检验PenetrantTesting 缩写PT 中国水利水电第五工程局 23 2020 1 11 二 非常规无损检测方法声发射AcousticEmission 缩写AE 涡流检测EddycurrentTesting 缩写ET 泄漏检测LeakTesting 缩写LT 衍射波时差法超声检测技术TimeofFlightDiffraction 缩写TOFD 导波检测GuidedWaveTesting 等等 中国水利水电第五工程局 24 2020 1 11 1 目视检测 VT 在国际上非常重视的无损检测第一阶段首要方法 按照国际惯例 目视检测要先做 以确认不会影响后面的检验 再接着做四大常规检验 例如BINDT的PCN认证 就有专门的VT1 2 3级考核 更有专门的持证要求 经过国际级的培训 其VT检测技术会比较专业 而且很受国际机构的重视 VT常常用于目视检查焊缝 焊缝本身有工艺评定标准 都是可以通过目测和直接测量尺寸来做初步检验 发现咬边等不合格的外观缺陷 就要先打磨或者修整 之后才做其他深入的仪器检测 例如焊接件表面和铸件表面较多VT做的比较多 而锻件就很少 并且其检查标准是基本相符的 中国水利水电第五工程局 25 2020 1 11 2 射线照相法 RT 是指用X射线或 射线穿透试件 以胶片作为记录信息的器材的无损检测方法 该方法是最基本的 应用最广泛的一种非破坏性检验方法 RT的特性是 定性更准确 有可供长期保存的直观图像 总体成本相对较高 而且射线对人体有害 检验速度会较慢 中国水利水电第五工程局 26 2020 1 11 中国水利水电第五工程局 27 2020 1 11 3 超声波检测 UT 通过超声波与试件相互作用 就反射 透射和散射的波进行研究 对试件进行宏观缺陷检测 几何特性测量 组织结构和力学性能变化的检测和表征 并对其特定应用性进行评价 超声波检测的优点 a 适用于金属 非金属和复合材料等的无损检测 b 穿透能力强 可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测 c 缺陷定位较准确 d 对面积型缺陷的检出率较高 e 灵敏度高 可检测试件内部尺寸很小的缺陷 f 检测成本低 速度快 设备轻便 对人体及环境无害 现场使用较方便 中国水利水电第五工程局 28 2020 1 11 A型脉冲反射式超声波探伤仪电路框图 超声波检测技术 UT 重点 实时探伤操作 缺陷的评定 难点 实时探伤操作 主要内容 能力知识点1探伤前的准备能力知识点2实时探伤操作能力知识点3缺陷的评定能力知识点4检验结果的分级能力知识点5记录与报告 超声波检测技术 UT 超声波探伤一般包括探伤前的准备 实时探伤操作 缺陷的评定 检验结果的分级 记录与报告等过程 探伤前的准备 一 探伤前的准备 探伤前的准备 探伤前的准备 探伤前的准备 一 检验等级的确定一般根据对焊缝探测方向的多少 把超声波探伤划分为A B C三个级别 A级 检验的完整程度最低 难度系数最小 适用于普通钢结构检验 B级 检验完整程度一般 难度系数较大 适用于压力容器检验 C级 检验完整程度最高 难度系数最大 适用于核容器及管道的检验 探伤前的准备 二 探伤面及探伤方法的选择1 探伤面的选择与准备2 探伤方法的选择三 耦合剂的选用接触法探伤常选用甘油 机油 化学浆糊等有一定粘度的耦合剂 有时也采用水作耦合剂 对于钢材等易锈的材料 常采用机油 变压器油等 四 探头的选择1 探头形式的选择应尽量使声束轴线与缺陷反射面相垂直 探伤前的准备 2 晶片尺寸的选择3 频率的选择4 探头角度或K值的选择焊缝探伤中 薄工件宜采用大探头K值 以拉开跨距 提高分辨力和定位精度 大厚度工件宜采用小K值探头 以减小整修面的宽度 有利于缩短声程 减小衰减损失 提高探伤灵敏度 五 探伤仪的调节仪器调节有两项主要内容 一是探伤范围和扫描速度调节 二是灵敏度调整 探伤前的准备 一 探伤范围和扫描速度调节1 探伤范围的调节2 扫描速度的调节 1 深度1 1调节法 2 水平1 1调节法 二 探伤灵敏度的选择及其调整1 探伤灵敏度的选定2 距离 波幅曲线的制作3 探伤灵敏度的调整 二 实时探伤操作 二 实时探伤操作 实时探伤操作 1 探伤条件的选择2 检验区域宽度的确定3 探头移动区的确定4 单探头的扫查方式 1 锯齿形扫查 2 基本扫查 3 平行扫查 4 斜平行扫查 实时探伤操作 5 双探头扫查方式 1 串列扫查 2 交叉扫查 3 V形扫查 三 缺陷的评定 缺陷的评定 一 缺陷位置的测定测定缺陷在工件或焊接接头中的位置称之为缺陷定位 缺陷定位必须解决缺陷在探伤面上的投影位置 X Y方向数值 1 垂直入射法时缺陷定位缺陷定位只需测定沿工件Z轴的坐标 即缺陷在工件中的深度即可 2 斜角探伤时的缺陷定位 1 水平调节法定位 2 深度调节法定位 缺陷的评定 二 缺陷大小的测定测定工件或焊接接头中缺陷的大小和数量称为缺陷定量 1 当量法2 探头移动法三 缺陷性质的估判判定工件或焊接接头中缺陷的性质称之为缺陷定性 这里仅是简单介绍焊缝中常见缺陷的波形特征 1 气孔2 裂纹3 夹渣4 未焊透5 未熔合 四 缺陷评定与检验结果的分级 四 缺陷评定与检验结果的分级 缺陷评定与检验结果的分级 距离 波幅曲线是缺陷评定与检验结果分级的依据 一 缺陷评定二 检验结果的等级分类焊缝超声检验结果分为四级 1 最大反射波幅不超过评定线的缺陷 均评为 级 2 最大反射波幅超过评定线的缺陷 检验者判定为裂纹等危害性缺陷时 无论其波幅和尺寸如何 均评为 级 3 反射波幅位于 区的非裂纹性缺陷 均评为 级 缺陷评定与检验结果的分级 4 最大反射波幅位于 区的缺陷 根据缺陷的指示长度按表6的规定予经评级 5 反射波幅超过判废线进入 区时缺陷 无论其指示长度如何 均评定为 级 记录与报告 五 记录与报告焊缝超声波探伤后 应将探伤数据 工件及工艺概况归纳在探伤的原始记录中 并签发检验报告检验报告是焊缝超声波检验的存档文件 经质量管理人员审核后 正本发送委托部门 其副本由探伤部门归档 探伤记录与报告应具有追踪性 并至少保存7年以上以备随时查核 检测报告 5 衍射波时差法超声检测 TOFD 什么是TOFD TOFD是TimeofFlightDiffraction的第一个英文字母的缩写 中文简称衍射时差法 是上世纪七十年代由英国哈威尔无损检测中心根据超声波衍射现象首先提出来的 检测时使用一对或多对宽声束探头 每对探头相对焊缝对称布置 一发一收 声束覆盖检测区域 遇到缺陷时产生反射波和衍射波 探头同时接收反射波和衍射波 通过测量衍射波传播时间 利用三角方程来确定出缺陷的尺寸和位置 衍射现象 裂纹 衍射现象 惠更斯原理 衍射现象 裂纹 衍射波 衍射波 入射波 折射波 向各个方向传播能量高低取决于入射角 TOFD 典型的设置 发射探头 接收探头 l检验是使用一对宽声束 宽频带 纵波斜探头 探头频率高于脉冲回波法 PE 的探头频率 探头相对于焊缝对称布置 l声束在焊缝中传播遇到缺陷时 缺陷会产生反射波 缺陷上下端点产生衍射波 衍射波比反射波低20 30dB 接收探头具有极高的灵敏度 接收衍射波和反射波 l以精确测量衍射波的传输时间和简单的三角方程为理论基础 使用计算机来完成缺陷尺寸和位置的测量 TOFD检测的特点 数字化记录 TOFD记录的是每个检测点的完整的未经修正的原始的数字化A扫信号 可永久记录所有数据信号 包括检测参数 校准方式等 可对采集的数据进行处理 提高灵敏度 信噪比 易于识别缺陷 可对原始的检测数据再分析 使用多样的可视化显示 TOFD技术的优点 1 TOFD技术的可靠性好 2 TOFD技术的定量精度高 3 TOFD检测简便快捷 检测效率高 4 TOFD检测系统配有自动或半自动扫查装置 能够确定缺陷与探头的相对位置 信号通过处理可转换为TOFD图像 TOFD图像更有利于缺陷的识别和分析 5 能全过程记录信号 长久保存数据 而且能高速进行大批量信号处理 6 TOFD技术除了用于检测外 还可用于缺陷扩展的监控 且对裂纹高度扩展的测量精度极高 可达0 1mm TOFD的局限性 在外表面附近有约3mm的盲区 内表面附近也可能存在盲区 对 噪声 敏感 夸大了一些良性的缺陷 如气孔 未熔合 应用TOFD技术检测到的缺陷信号 近表面裂纹 裂纹上尖端信号将直通波信号打断 2 1 X形坡口中部未焊透 上下尖端都有明显的信号 1 2 3 4 根部未焊透 直通波的相位与缺陷相位相同 1 2 3 侧壁未熔合 能够清晰的看到上下尖端信号 1 2 3 4 气孔 气孔信号或单个出现 或成串的出现 1 2 横向裂纹 能够看到裂纹的宽波束信号 1 2 3 4 1 2 3 根部内凹 内壁反射信号发生扭曲 1 2 3 层间未熔合 中国水利水电第五工程局 69 2020 1 11 5 磁粉检测 MT 铁磁性材料和工件被磁化后 由于不连续性的存在 使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场 吸附施加在工件表面的磁粉 形成在合适光照下目视可见的磁痕 从而显示出不连续性的位置 形状和大小 中国水利水电第五工程局 70 2020 1 11 中国水利水电第五工程局 71 2020 1 11 6 渗透检测 PT 零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透剂后 在毛细管作用下 经过一段时间 渗透液可以渗透进表面开口缺陷中 经去除零件表面多余的渗透液后 再在零件表面施涂显像剂 同样 在毛细管的作用下 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 紫外线光或白光 缺陷处的渗透液痕迹被现实 黄绿色荧光或鲜艳红色 从而探测出缺陷的形貌及分布状态 渗透检测的原理在工件表面施加含有固体染料的渗透液 在毛细管原理的作用下 渗透液渗入表面开口的缺陷中 去除表面多余的渗透液 在表面施加一层白色的显象剂 同样在毛细管原理作用下 缺陷中的渗透液被吸出 使显像剂染色 从而使缺陷显现出来 渗透检测方法的分类按渗透液中染料类型分类 着色法荧光法按渗透液去除方法分类 水洗型后乳化型溶剂去除型按显象剂类型分类 干式显象法湿式显象法 渗透检测操作程序1 水洗型渗透法预清洗施加渗透剂水洗干燥水基湿式显象干粉显象干燥观察观察后清洗后清洗 2 溶剂去除型渗透法预清洗施加渗透剂溶剂去除干粉显象非水基湿式显象 快干 观察观察后清洗后清洗 3 后乳化型渗透法预清洗施加渗透剂乳化水洗干燥水基式湿显象干粉显象干燥观察观察后清洗后清洗 中国水利水电第五工程局 77 2020 1 11 7 声发射检测 AE 声发射是指物体在受到形变或外界作用时 因迅速释放弹性能量而产生瞬态应力波的一种物理现象 声发射检测是一种动态无损检测方法 即 使构件或材料的内部结构 缺陷或潜在缺陷处在运动变化的过程中进行无损检测 因此 裂纹等缺陷在检测中主动参与了检测过程 中国水利水电第五工程局 78 2020 1 11 8 涡流检测 ET 是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法 它适用于导电材料 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 如果把线圈靠近被测工件 像船在水中那样 工件内会感应出涡流 受涡流影响 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有无缺陷 中国水利水电第五工程局 79 2020 1 11 无损检测方法的选择 缺陷的种类和产生的原因了解材料和焊缝中的缺陷种类和产生原因 有助于正确选择无损检测方法 制定合理的检测方案 从而取得正确的检测结果 2020 1 11 80 1 一般以厚度和材质为主 还有就是压力安全系数等确定用哪类方法 2 需要两种 或多种 方法结合使用 比如射线对裂纹的敏感度不高 超声波可能就很好 3 一定的规定 如 碳钢检测一般用磁粉 不锈钢一般不用超声波 厚度大的一般以超声波为主 如何选择无损检测方法 无损检测方法选择的原则 中国水利水电第五工程局 81 2020 1 11 缺陷的分类 按来源 类型和位置分类 生产工艺缺陷 几何形状 服役过程中的缺陷 疲劳 应力 腐蚀 蠕变 操作不当等 表面缺陷 内部缺陷 1 钢焊缝中常见宏观缺陷及其产生原因 外观缺陷略 焊接裂纹 热 高温 裂纹 在固相线附近的高温区形成的裂纹称热裂纹 热裂纹主要发生在晶界处 由于裂纹形成的温度较高 在与空气接触的开口部位表面有强烈的氧化特征 呈蓝色或天蓝色 这是区别于冷裂纹的重要特征 冷 低温 裂纹 焊接接头冷却到Ms 马氏体相变温度 温度以下时形成的裂纹 其特点是表面光亮 无氧化特征 再热裂纹 工件焊接后 若再次被加热 如消除应力热处理 多层焊或使用过程中被加热 到一定的温度而产生的裂纹称为再热裂纹 气孔 焊接金属冷却时 熔化金属中的气体析出 未能完全浮到表面金属就凝固 从而残留下来形成空穴 氢气孔 CO气孔 夹渣 非金属熔渣 焊剂 氧化物和金属钨 铜等 焊工技术不良 坡口形状不妥 未熔化的焊剂碎片 未熔合 焊缝金属和母材之间或者焊道金属与焊道金属之间 层间 未完全熔化结合的部分称为未熔合 原因是由于坡口角度太小 坡口不干净 焊缝表面附着熔渣和氧化物 焊接电流太小 焊条角度不当等 未焊透 焊接接头根部未完全熔透 原因是焊接电流过小 运条速度过快 坡口角度太小 根部间隙过小等形状缺陷 咬边 焊接参数选择不当或操作工艺不正确 焊瘤 烧穿或下塌 下垂 焊接电流过大 错边和角变形 焊缝尺寸及形状不符合要求 余高过高 焊脚尺寸不足等 其它缺陷 电弧擦伤 飞溅 2 铸件中常见宏观缺陷及其产生原因夹砂 冲砂 和夹渣 浇口设计不当容易出现 主要是铸件表面的砂粒和高温溶液接触 剥离后混入钢中 钢溶液中混入熔渣后又将钢水注入铸型中 超声波检测缩孔和疏松 凝固过程中溶液供给不足时产生 此外与铸件的材质也有关系 收缩率越大材料越容易出现缩孔 射线和超声波共同使用效果最好铸造裂纹 铸件各部分冷却速度不同 产生内应力 当内应力超过该温度下的承受能力时 便会造成铸件撕裂而形成裂纹 热裂纹 1300 晶间夹杂物是脆性的 在晶间拉伸应力的作用下产生热裂纹 缩孔性裂纹 不能完全承受其它部位的收缩力产生 冷裂纹 260 由奥氏体向马氏体转变温度范围内 组织应力造成穿晶断裂 超声波检测 大型铸件射线透照加高能加速器冷隔 同一铸件中一次浇铸或两次浇铸时 由于温度偏低 金属液体未能充分融合在一起 边界形成带有氧化层的隔层 超声波探伤 3 锻件中常见宏观缺陷及其产生原因偏析 在钢锭浇铸过程中 未凝固部分将引起合金元素和杂质浓度的升高 此时在重力作用和钢水的对流现象就会导致偏析 偏析带上的主要元素 S P C Mn Mo等 残余缩孔 缩管和疏松 浇铸中未能及时补充钢水导致前两者 后者则是钢锭中的微细空隙形成 产生在晶粒结合较弱 锻造过程中又未能充分锻合的部位 由于熔炼不良 锻锭形状不适当 锻造比不适当造成 射线和渗透方法易实现 锻件中的缺陷及产生原因 夹杂物 内夹杂物 通常位于偏析带非金属夹杂物 但主要是硅酸盐 SiO2 Al2O3 FeO2等 外夹杂物 金属和非金属夹杂物 炼钢炉 钢水包等 金相分析 扫描电镜分析 X光能谱定量分析 X射线衍射结构分析等锻造裂纹 锻造温度不适当 加热温度不均匀 加热和冷却速度不适当及压力加工用力不当等导致金属局部破裂形成裂纹 内部裂纹 超声波探伤 表面或者表层裂纹 磁粉或者渗透探伤 4 钢管中常见宏观缺陷及其产生原因裂纹由于产生原因不同而分为纵裂纹和横裂纹表面划伤翘皮的折叠表面可见并呈一定角度夹杂和分层 5 钢棒和型材中常见宏观缺陷及其产生原因内部缺陷由于轧制作用 缺陷一般有延展性表面缺陷产生原因不同 形状不同 但均分布在表面和近表面 6 钢板中常见宏观缺陷及其产生原因与锻件和型材中的缺陷基本类似 按其严重程度可分为大 中 小三类缺陷 7 在用设备定检中常见宏观缺陷及其产生原因在用设备定检中 除常发现因制造