《无损探伤知识介绍》PPT课件.ppt

无损探伤知识介绍 一 概述无损探伤的定义 在不破坏材料使用性能及外观形状的前提下 通过测量材料某种物理量的变化来发现和测量材料内部或外表缺陷 宏观不连续 的检验技术 Nondestructiveexamination 简称NDE 焊接检验中常用的无损探伤方法有 射线探伤 RadiographyTesting 简称RT 适用于材料表面和内部不连续的检测 对体积状缺陷有很好的检测效果 超声波探伤 UltrasonicTesting 简称UT 这是一种应用灵活 发展速度很快的检测方法 主要用于材料内部缺陷检测和材料厚度测量 磁粉探伤 MagneticpowderTesting 简称MT 它是发展最早的一种无损检测方法 主要用于铁磁性材料表面和近表面缺陷检测 渗透探伤 PenetrateTesting 简称PT PT是除目视检测方法外最简单的一种检测方法 适用于一切非多孔性材料表面开口性缺陷检测 不同的探伤方法由于其原理不同 其使用范围 检验对象 检验效果 检验条件 检验成本往往有很大的区别 在选择焊缝的无损探伤方法 部位 比例 验收标准与验收级别时需仔细考虑如下方面的因素 1 焊缝在产品上的重要程度 受力状况 对产品质量影响最大的缺陷类型 2 所选无损探伤方法与所期望的检验内容相适应 3 工件条件能满足所选探伤此方法实施条件的需要 4 制定有相应的无损探伤方法标准和质量验收标准 5 满足国家安全法规及产品制造技术条件的基本要求 6 无损探伤的实施时机有利于缺陷的检出与测量 7 要权衡无损探伤的实施成本 上述因素是保证对工件正确实施无损检测的前提 为有利于上述原则的掌握 下面重点介绍各种探伤方法的基本原理 检验能力 实施条件 二 射线检测 RT 射线检测 RT 是一种透射光成像技术 射线透照的必备条件 1 射线源 主要作用是提供可穿透被检工件的透射光 常用的射线源有X光机 咖玛源 电子直线加速器 中子源 2 射线感测元件 主要作用使投射光成像 常用射线感测元件有X光胶片 莹光屏 图象增强器 半导体晶体阵列 3 合适的工件状态 工件表面源侧空间距离满足透照焦距需要 工件背表面的可接近性 4 起他的附助设备 象质计 铅字母 贴片夹 暗带及暗室处理设备等 5 合适的透照场所 主要作用是提供有效的射线防护 因射线透照对人体有伤害 透照场所受环保部门监督 射线探伤方法分类 A 按射线源的种类不同 射线探伤可分为分 X射线检验 主要用于薄壁工件检验 咖玛射线检验 一般用于中 厚板工件检验 高能射线检测 主要用于厚壁工件检验 中子射线检测 主要用于放射性材料检测和有机材料检测 B 按射线感测元件种类分胶片照象法 锅炉及压力容器射线检验的主要方法 射线感测元件为胶片 实时成象法 一般用于自动检测线 射线感测元件为图象增强器或半导体晶体阵列 三 射线透照的基本布置图1 射线透照的基本布置图 射源 工件 胶片 标记 焦距 射线探伤优缺点综述 射线探伤优点 成像直观 照相底片可以长期保存 对薄壁工件探伤灵敏度很高 对体积状缺陷敏感 缺陷影象的平面分布真实 尺寸测量准确 对工件表面光洁度没有严格要求 材料晶粒度对检测结果影响不大 可以适用于各种材料内部缺陷检测 所以在压力容器焊接质量检验中得到广泛应用 射线探伤缺点 对面状缺陷不敏感 射线对人体有害 射线源昂贵 防护成本更高 射线照相法底片评定周期较长 对厚壁工件检测灵敏度低 射线照象灵敏度 指射线照象底片上可以观察到的最小缺陷尺寸之能力 射线照象灵敏度是用象质计 有一组不同直径的钢丝组成 进行定量评价的 射线照象底片上所能发现的最细钢丝直经叫作射线照象的绝对灵敏度 射线照象底片上所能发现的最细钢丝直经与透照厚度之比叫作射线照象的相对灵敏度 JB T4730 2005标准采用绝对灵敏度法评价射线照象质量 级射线照象质量要求能发现的最细钢丝直经由JB T4730 2 2005表5 表6 表7作出具体的了规定 射线照象对气孔夹杂等体积状缺陷有较好的检出率 象质计灵敏度与气孔夹杂等体积状缺陷有较好的相关性 而射线照象对裂纹之类方向性很强的面积性缺陷检出灵敏度较低 影响裂纹检出率的主要因素是 裂纹的开口宽度和裂纹的倾角及射线照相的清晰度 国外学者的试验表明 只有当裂纹开口宽度大于0 02毫米 裂纹平面对射线束倾角小于10度 射线照相的不清晰度小于裂纹开口宽度时才有较高的检出率 因射线照相的几何不清晰度Ug 焦点尺寸 工件厚度 焦距 所以厚壁工件中的细小裂纹检出相当困难 厚壁工件检测灵敏度还与所用射线能量有关 壁厚越大 为了使胶片感光 所需要的射线能量越高 射线能量越高缺陷影象的对比度越低 所以厚壁工件中的检测灵敏度较低 为了克服厚壁工件射线检测检测灵敏度低的缺点 我国锅炉 压力容器相关法规规定 当透照厚度大于38毫米时 焊缝探伤要增加超声波检测 JB T4730 2 2005标准将焊缝射线照相的质量分为A级 AB级 B级三个级别 级别不同 照相灵敏度 清晰度 对比度不同 B级为最高级 一般应用于核容器焊缝检验 A级为最低级 可应用于一般结构件焊缝检验 AB为中间级 主要应用于锅炉 压力容器受压对接焊缝检验 JB T4730 2 2005标准将焊缝质量分为四个级别 1级为最高级 常用于有特别要求设备之对接焊缝质量验收 2级主要用于锅炉 压力容器的重要受压对接焊缝之质量验收 3级主要用于重要结构件及锅炉 压力容器一般受压对接焊缝之质量验收 4极为最低级 要求焊缝质量4级合格的产品不应该再进行RT检验 各级焊缝中允许存在的缺陷比较表 常用的焊缝射线探伤标准 1 中国锅炉 压力容器行业射线探伤标准 JB T4730 2 2005承压设备无损检测第二部分 射线检测GB T3323 2005钢溶化焊对接接头射线照相及焊缝质量分级2 美国标准 ASME第五卷A分册第二章 B分册第二十二章 3 东锅厂标 DG1410 2006射线检测 一般性要求 DG1410 1 2006钢对接接头射线照相检验规程DG1410 2 2006小口径管对接接头射线照相检验规程DG1410 3 2006小口径管对接接头射线实时成像检验规程产品射线探伤部位 比例 验收级别 时机的选择依据 1 锅炉 压力容器安全技术监察规程的要求 2 产品制造技术条件的相关要求 3 设计 工艺人员的特殊要求 4 订货合同的专项要求 DBC的射线检测能力 一个单位的射线检测能力主要取决于射线源的穿透能力和曝光间的防护能力 DBC具有管电压在200 450KVp的X光机近20台 Co60 Ir192 Se75各种伽玛源10多台 4兆电子伏直线加速器3台 射线实时数字成像系统4套 专用曝光室8个 具有对直径小于6米 壁厚在2 250毫米之间 长度小于36米之工件实施射线检测的能力 DBC的射线检测可以执行中国标准 ASME标准 RCCM核电标准 可以满足用户的各种要求 三 超声波探伤大于20000赫兹的弹性波 不能被人耳听到 故曰 超声波 超声波具有频率高 能量集中 指向性好 在均匀介质中沿直线传播 穿透力强 在异质界面上遵循几何光学的折射 反射原理等特性 这些特性为超声波在探伤技术领域获得广泛应用提供了可能 1 脉冲反射法超声波探伤的基本原理 超声波探伤的方法有穿透法 共振法 脉冲反射法 现在应用最普遍的是脉冲反射法 脉冲反射法是一种反射波分析技术 利用脉冲波在均匀介质中沿直线传播 遇到异质界面时会产生反射波的特性 通过分析反射波在介质中传播的时间和比较反射波的强弱 来判断介质中不连续的存在位置及大小的方法叫做脉冲反射法超声波探伤 声源 缺陷反射波路径 工件底表面反射波路径 脉冲反射法超声波纵波探伤的基本原理图 2 脉冲反射法超声波探伤分类及应用 按所用波型分有 纵波探伤法 横波探伤法 表面波探伤法 按所用超声波传播方向分 有垂直探伤法和斜角探伤法 2 1纵波探伤法 在介质中 质点之振动方向与波之传播方向一致的波称谓纵波 纵波一般由直探头产生 使用直探头探伤的方法习惯上叫做垂直探伤法 这种探伤方法主要用于钢板 钢棒 锻件等轧材的原材料探伤 主要原因是这些材料的主要缺陷有平行于轧制表面的特点 纵波直探头探伤法对这类缺陷最敏感 探头 换能器 工件 钢板 锻件纵波直探头探伤示意图 为了有利于缺陷检出 超声波探伤中选取扫查方向的原则是 使声速的传播方向尽量与缺陷的最大反射面垂直 在钢板 钢棒 锻件的现行探伤标准中 都把纵波直探头扫查作为规定性扫查 这种扫查方法虽然对与探伤面平行的分层性缺陷很敏感 但对与工件轧制表面垂直的缺陷却缺少检出能力 若需要增加对与轧制表面垂直的缺陷检测内容 需要用户与制造厂单独约定相关条款 有约定 才有检验 没有相关约定时制造厂一般不进行相关检验 中国 美国 日本 德国标准都是如此 2 2横波探伤法横波 剪切波 指质点的振动方向与传播方向垂直的波 因为在固体中有弹性应力和剪切应力两种应力模式存在 弹性应力可以引起纵波的传播 剪切应力可以引起横波的传播 当超声纵波以一定的角度倾斜入射在固体界面时 会发生波形转换得到与界面成一定角度的横波 因为横波的传播方向与界面可以成某一角度 所以横波探伤法也叫斜角探伤法 用于产生横波的探头也叫横波斜探头 横波探伤的特点 声波倾斜入射于探伤面 探伤面与检验区域不重合 横波探伤主要用于焊缝中焊接缺陷的检验及材料中与材料表面成一定角度的缺陷检验 探伤面1 探伤面2 探伤面3 探伤面4 横波斜探头焊缝探伤示意图 3 0横波斜探头焊缝探伤探伤面的选取原则是 要求对焊缝 包裹热影响区 进行全体积交叉扫查 JB T4730 2005标准规定 焊缝厚度T2TK Lo 焊缝厚度T 46毫米时 探伤面为焊缝的双面四侧 探伤面1 2 3 4 采用一次直射波扫查 探伤面的宽度W TK Lo 探伤面是超声波探伤的基本条件 当探伤面数量 宽度 平整度 光洁度不能满足要求时 将影响超声探伤的可靠性 关于探伤面的平整度的规定是 平整 光滑 无影响声传播的附着物 无影响探头移动的突变 对探伤面粗糙度的要求是 机加面Ra不大于6 5微米 打磨面 要求采用细砂轮打磨 4 0常用探头的参数有 晶片直径 mm 工作频率 声束形状 声束折射角大小 纵波直探头的折射角为00 常用横波斜探头的折射角有 45度 60度 70度等 常用横波斜探头的折射角也可以用折射角的正切値K表示 常用横波斜探头的K値有1 0 1 5 2 0 2 5等 横波斜探头折射角的K値表示法为中国专用方法 折射角等于90度的横波称为表面波 表面波只能用于工件表面缺陷检测 折射角 K値 是选择横波斜探头的重要参数 晶片直径越大 超声功率越大 厚壁工件宜选用大晶片探头 频率越高 发现小缺陷的能力越强 衰减系数越大 薄壁工件宜选用高频率探头 折射角越大 对垂直于工件表面的缺陷越敏感 为了检查近表面缺陷宜选用折射角较大的探头 5 0超声波探伤灵敏度a 超声波探伤灵敏度的评价方法 以与人工参考反射体的回波幅度相比较的方法来评价其探伤灵敏度 b 常用人工参考反射体的类型有 平底孔 横孔 人工槽 大平底 一般情况下平底孔和大平底适用于纵波探伤 横孔和人工槽适用于横波斜角探伤 c 超声波探伤灵敏度的常用表示方法为当量法 使某一人工反射体回波高度达到某一规定値的灵敏度被称作该反射体当量灵敏度 如 4平底孔当量 3横通孔当量 注意 因为超声反射波的能量与反射面的形状和大小以及声波的入射方向有关 所以不同形状之反射体所代表的灵敏度有很大差别 既是形状 大小都相同的人工反射体对不同方向入射波所代表的灵敏度也有很大差别 这将导致同一灵敏度下不同类型缺陷的检出能力的不一致 为了克服缺陷反射面方向性造成的灵敏度损失 重要工件往往需要多探头多方向的扫查 以保证各种类型缺陷的检出率 6 0超声探伤中的缺陷定位6 1依据超声在均匀介质中沿直线传播 同一物理条件下同种材料中超声波的传播速度相同之特性可知 沿原路返回之超声波在工件中的传播距离等于速度与时间乘积的一半 即 s vt 2 6 2直探头的缺陷定位 水平位置 探头中心的正下方 深度位置 h vt 2 仪器直读 6 3斜探头的缺陷定位 左右位置 x 探头中心平面的正下方 前后位置 y 探头中心向前距离L vt 2 sin s sin 深度位置 Z 据探伤面的距离h s con L tog L K L h S S 6 4超声的定位精度超声的定位精度一般可控制在5毫米之内 影响超声定位精度的主要因素有 声速的变化 K值的测量误差 仪器的水平线性 反射体的方向性 声束的形状 探伤面的平整度等 7 0超声探伤中的缺陷定量a 回波幅度比较法 当量法 适合于直径小于声速宽度的小缺陷 该方法在锻件探伤中广泛使用 b 以探头移动为基础的指示长度测量法 适合于直径大于声速宽度的大缺陷的定量测量 包括 1 半波高度法 回波幅度下降6db测量法 适用于回波幅度大而规则的缺陷尺寸测量 2 绝对灵敏度法 以某一灵敏度为基准的测量方法 适用回波幅度不规则的缺陷尺寸测量 3 端部最大回波幅度法 基于散射原理之分析技术 不同类型的缺陷应用不同的测量方法进行测量 才能达到好的测量效果 困难在于缺陷类型是未知的 需要探伤人员根据检测信息进行综合判定 当定量方法选择错误时会导致很大误差 8 0超声探伤中的缺陷定性缺陷在工件中的位置 缺陷的大小 缺陷的性质是决定缺陷危害程度之关键参数 A型脉冲反射法超声波探伤技术依靠声传播时间分析决定缺陷位置 依靠回波幅度强度分析判定缺陷大小 但该技术没有直接给出缺陷性质的信息源 因此 缺陷定性准确性问题长期以来一直在困扰着超声探伤工作者 为了解决缺陷定性问题 超声探伤工作者做了大量的工作 但到目前为止仍然没能实现标准化 现在一般认为较有效的方法是综合判定法 即根据材料的特性 制造工艺 缺陷的位置 回波的方向性特征 回波的动态波形等综合因素 估判缺陷性质 这就要求探伤人员对材料 对工艺 对各种缺陷有较全面的了解 所以超声探伤人员的个人素质及工作经验在缺陷定性这个问题上表现出很大差异 9 0超声探伤优缺点综述a 优点 超声设备造价低 超声对人体无害 检测方法灵活 对裂纹 未熔合等二维缺陷检出率高于射线检测 缺陷定位精度好 检测周期短 检测成本低 特别适用于工地现场检测 b 缺点 定缺陷性质的判断不直观 经验性强 目前尚不能标准化 超声波的近场盲区和远场盲区影响近表面的缺陷检出率 探伤面的平整度影响定位精度 探伤面的光洁度影响定量精度 探伤面的数量和大小影响缺陷的检出率 材料晶粒度的大小影响探伤灵敏度 电渣焊缝要求在正火后进行超声探伤 铸件探伤灵敏度一般较锻件低 奥氏体焊缝超声波探伤很困难 10 0正确实施超声波探伤的必要条件为 a 所选方法 标准 探伤工艺要与预期的主要缺陷相对应 否则会达不到预期效果 b 工件要具备合适的探伤面 数量 形状 大小 光洁度 平整度 c 相应资格的人员 满足需要的仪器 探头 和试块 例1 有按JB4726制造的直径50毫米 长150毫米锻元一件 锻件级别为3级 要求按JB T4730 2005标准进行验收 探伤人员依据JB4726方形锻件的探伤要求采用纵波直探头在锻件端部和圆周方向探测 无发现超标缺陷 验收合格 该锻件验收合格后被加工成 46 5 5mm的管件 焊接在某压力容器上 水压实验时该管件严重漏水 分析造成该管件漏水的原因 原因分析 这是一起探伤方法选择不合里的典型案例 因为1 依据JB4726方形锻件的探伤要求采用纵波直探头在锻件端部和圆周方向探测 不能检出与圆周面垂直的轴向缺陷 2 纵波直探头的近场盲区和远场盲区影响近表面缺陷检出 3 管件为受压元件 锻元仅仅是胚件 胚件检验不能代替管件的成品检验要求 4 正常的管件检验要求包括周向超声横波检验 涡流探伤 端部的检验盲区应切除或增加其他检验项目 及水压试验等 11 0超声波探伤方法的应用范围及标准介绍由于超声波对人体无害 探伤方法灵活 检验成本低 适合现场作业等特点 超声波探伤的应用领域非常广 包括 a 原材料探伤 钢板 钢管 刚棒 锻件 符合板等 b 焊缝探伤 对接焊缝 管座角焊缝 T型连接焊缝等 目前 奥氏体钢焊缝超声波探伤尚存在困难 c 测厚 包括原材料测厚 零部件测厚 压力容器常用的超声探伤标准有 中国 JB T4730 3 2005承压设备无损检测第三部分 超声检测 美国 ASME第五卷中的第4章及第5章 欧标 EN标准等 JB T4730 2005及ASME第五卷都是综合性的无损检测标准 包括了常用的多种探伤方法 其不同点在于 JB T4730 2005是既含有方法标准又含有验收标准 而ASME第五卷只含有方法标准 验收标准要到第一卷 第二卷 第八卷 第九卷等相关篇章中去找寻 超声标准繁多 专用性强 选用时应十分小心 遇到标准不适用的时候 或者遇到无标准可用的时间 可以与探伤技术组一起制定临时专用程 12 DBC常规超声波探伤标准为DG1411 2006 该标准按不同的探伤对象又分为14个分标准 即 DG1411 1钢板超声检测方法DG1411 1 1欧盟钢板超声检测DG1411 2复合钢板超声检测DG1411 3钢锻件超声检测DG1411 3 1奥氏体钢锻件超声检测DG1411 3 2锻轧钢棒超声检测DG1411 4无缝钢管超声检测DG1411 5对接焊缝超声检测DG1411 6管子对接焊缝超声检测DG1411 7挿入式管座角焊缝超声检测DG1411 8大口径管座角焊缝超声检测DG1411 9中口径管座角焊缝超声检测DG1411 11T型焊缝超声检测DG1411 12堆焊层超声检测除此之外 DBC还有相应的ASME及RCCM等专用标准 可根据需要选用 三 表面缺陷检测 1 概述 常用的表面缺陷检测方法有两种 即 磁粉探伤 简称MT 和渗透探伤 简称PT 磁粉探伤的适用范围为铁磁性材料的表面和近表面缺陷检测 渗透探伤适用于一切非多孔性材料的表面开口性缺陷检测 磁粉探伤的检测原理是漏磁原理 即当铁磁性物质存在表面和近表面缺陷 在其接近磁饱和状态时 则缺陷所在处表面会产生漏磁 这种漏磁通能吸引磁粉形成显示 利用磁粉显示漏磁通以检测缺陷存在的方法叫磁粉探伤 磁粉探伤作业的主要程序是 磁化工件 施加磁粉 观察评定 S极 N极 漏磁 磁粉探伤示意图 渗透探伤的检测是利用液体的毛细管原理来检测材料表面的开口性缺陷 渗透探伤的主要作业程序是 清洗 干燥 施加渗透剂 去除多余的渗透剂 显像 观察评定 2 对被检表面光洁度的要求 磁粉探伤要求表面光洁度Ra m 渗透探伤要求机加表面光洁度Ra 6 m 非机加表面光洁度Ra 12 m 注意 探伤面光洁度达不到要求时将影响表面探伤效果 希望检出的缺陷越小 对被检表面光洁度的要求越高 被检表面光洁度越低 小缺陷越难于检出 3 探伤灵敏度的控制磁粉探伤灵敏度可以通过调整工件的磁化规范来进行调整与控制 磁粉探伤灵敏度分为高 中 低三档 磁粉探伤灵敏度的选用主要取决于工件的质量要求 在现有的国家质量标准中尚没有强制性规定 东方锅炉在压力容器及锅炉受压焊缝磁粉检验中规定选用中级灵敏度 磁粉探伤灵敏度使用灵敏度试片进行检查 磁粉探伤灵敏度试片使用超高纯低碳纯铁制作 磁粉探伤灵敏度试片为带有人工槽的方形薄鉄片 如下图 100 100 10 磁粉探伤灵敏度试片厚度为100毫微米磁粉探伤灵敏度试片的人工刻槽深度分为15 m 30 m 60 m 三档 标记为 15 100 30 100 60 100 其中15 100为高灵敏度试片 30 100为中灵敏度试片 60 100为低灵敏度试片 使用时试片上的槽口贴向工件 在槽的背面能显示槽的形状的80 100时 叫达到了规定的灵敏度 磁粉探伤灵敏度的选择要考虑工件表面光洁度要求 材料的化学成分均匀性等因素 表面光洁度要求高 材料的化学成分均匀性好可以选择较高的灵敏度 反之 要选择较低的灵敏度 磁粉探伤灵敏度绝不是选择的越高越好 当表面光洁度欠佳 材料的化学成分严重不均匀时 高探伤灵敏度会造成较多的伪缺陷显示 鉴别伪缺陷显示的方法有两种 1 重做 2 金相鉴别 渗透探伤灵敏度主要依赖于探伤材料的性能 所选探伤材料已经确定其灵敏度也就确定了 没办法进行调整 但有几个因素对灵敏度的影响很大 A 表面光洁度的影响 粗糙表面会导致检验灵敏度下降 甚至于检验失败 B 温度的影响 15 50 C为渗透探伤正常工作的温度范围 在此范围之外灵敏度会显著下降 小于5 C时一般不适宜继续作业 C 观察条件的影响 磁粉探伤和渗透探伤都需要目视观察 观察人员的近距离视力不应低于5 0 受检区域表面可见光照度应不小于1000勒柯斯 观测角不应大于70 最光滑的表面上 采用最高级别的磁粉探伤和渗透探伤方法能发现10 m以下的表面开口裂纹 与磁粉探伤一样渗透探伤灵敏度的选用要与工件表面光洁度要求相一致 渗透探伤灵敏度用镀鉻B型试块检查 DG1421 2006将灵敏度等级分为1级 2级 3级 1极为低灵敏度 2级为中灵敏度 3级为高灵敏度 公司压力容器产品一般选用中级灵敏度探伤 4 表面探伤需注意的几个问题A 探伤时机的选择 需要提供探伤报告的表面探伤都应该在最后一道加工工序完成后进行 表面探伤合格后重