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无损检测技术与应用 1 王超09土木 3 20090403333 无损检测技术与应用 第一章射线检测第二章液体检测第三章磁粉检测第四章超声波检测 2 射线检测 射线检测 探伤 有X射线 射线和中子射线等检测方法 它是利用各种射线源对材料的透射性能及不同材料的射线的衰减程度的不同 使底片感光成黑度不同的图像来观察的 射线检测用来检测产品的气孔 夹渣 铸造孔洞等立体缺陷 当裂纹方向与射线平行时就能被检查出来 3 射线检测基本原理 利用射线通过物质时的衰减规律 即当射线通过物质时 由于射线与物质的相互作用发生吸收和散射而衰减 其衰减程度 则根据其被通过部位的材质 厚度和存在缺陷的性质不同而异 4 射线检测的优缺点 射线检测的优点是检测结果可作为档案资料长期保存 检测图像较直观 对缺陷尺寸和性质判断比较容易 射线检测的缺点是当裂纹面与射线近于垂直时就很难检查出来 对工件中平面型缺陷 裂纹未熔合等缺陷 也具有一定的检测灵敏度 但与其它常用的无损检测技术相比 对微小裂纹的检测灵敏度较低 并且生产成本高于其它无损检测技术 其检验周期也较其它无损检测技术长 并且射线对人体有害 需要有防护设备 5 射线检测主要方法 照相法电离检测法荧光屏直接观察法工业射线CT技术 6 照相法 7 电离检测法 8 荧光屏直接观测法 9 工业射线CT技术 CT技术是断层照相技术 又称计算机层析照相技术 它根据物体横断面的一组投影数据 经过计算机处理后 得到物体横断面的图像 所以 它是一种由数据到图像的重建技术 射线照相一般仅能提供定性信息 不能实用于测定结构尺寸 缺陷方向和大小 它还存在三维物体二维成像 前后缺陷重叠的缺点 射线CT技术提出了全新的影像形成概念 它比射线照相法能更快 更精确地检测出材料和构件内部的细微变化 消除了照相法可能导致的检查失真和图像重叠 并且大大提高了空间分辨力和密度分辨力 10 射线CT装置 11 射线CT的工业应用 航空航天工业核工业钢铁工业机械工业 常用于检测和评价铸件和焊接结构的质量陶瓷工业电子工业 12 射线CT的工业应用 13 液体渗透检测 液体渗透检测的基本原理利用黄绿色的荧光渗透液或红色的着色渗透液对窄狭缝隙良好的渗透性 经过渗透清洗 显示处理以后显示放大了的探伤显示痕迹 用目视法来观察 对缺陷的性质和尺寸做出适当的评价 是 种检查工件或材料表面缺陷的 种方法 它不受材料磁性的限制 比磁粉探伤的应用范围更加广泛 14 液体渗透检测 液体渗透检测应用于各种金属 非金属 磁性 非磁性材料及零件的表面缺陷的检查 可以说 除表面多孔性材料以外 几乎一切材料的表面开口缺陷都可以应用此方法获得满意的检测结果 15 液体渗透检测 优点应用广泛 原理简明易懂 检查经济 设备简单 显示缺陷直观 并可以同时显示各个不同方向的各类缺陷 对大型工件和不规则零件的检查以及现场机件的抢修检查 更能显示其特殊的优点 但渗透探伤对埋藏于表皮层以下的缺陷是无能为力的 缺点它只能检查开口暴露于表面的缺陷 另外还有操作工序繁杂等 16 液体渗透检测 步骤将被探工件浸涂具有高度渗透能力的渗透液 由于液体的润湿作用和毛细现象 渗透液便渗入工件表面缺陷中将工件缺陷以外的多余渗透液清洗干净涂一层亲和吸附力很强的白色显像剂 将渗入裂缝中的渗透液吸出来在白色涂层上显示出缺陷的形状和位置的鲜明图案 从而达到了无损检疵的目的 17 渗透探伤的过程 18 液体渗透检测 分类荧光渗透探伤着色渗透探伤 19 磁粉检测原理 磁粉检测的基本原理如下 当材料或工件被磁化后 若在工件表面或近表面存在裂纹 冷隔等缺陷 便会在该处形成一漏磁场 此漏磁场将吸引 聚集检测过程中施加的磁粉 而形成缺陷显示 因此 磁粉检测首先是对被检工件加外磁场进行磁化 外加磁场的获得一般有两种方法 一种是由可以产生大电流 几百安培至上万安培 的磁力探伤机直接给被检工件通大电流而产生磁场 另一种是把被检工件放在螺旋管线圈产生的磁场中 或是放在电磁铁产生的磁场中使工件磁化 工件被磁化后 在工件表面上均匀喷洒微颗粒的磁粉 磁粉平均粒度为5 10 m 一般用四氧化三铁或三氧化二铁作为磁粉 20 磁粉检测原理 如果被检工件没有缺陷 则磁粉在工件表面均匀分布 当工件上有缺陷时 由于缺陷 如裂纹 气孔 非金属夹杂物等 内含有空气或非金属 其磁导率远远小于工件的磁导率 由于磁阻的变化 位于工件表面或近表面的缺陷处产生漏磁场 形成一个小磁极 如图3 1所示 磁粉将被小磁极所吸引 缺陷处由于堆积比较多的磁粉而被显示出来 形成肉眼可以看到的缺陷图像 为了使磁粉图像便于观察 可以采用与被检工件表面有较大反衬颜色的磁粉 常用的磁粉有黑色 红色和白色 为了提高检测灵敏度 还可以采用荧光磁粉 在紫外线照射下使之更容易观察到工件中缺陷的存在 21 磁粉检测原理 22 磁粉检测应用 用于检测铁磁性材料和工件 包括铁 镍 钻等 表面上或近表面的裂纹以及其它缺陷 对表面缺陷最灵敏 对表面以下的缺陷随埋藏深度的增加检测灵敏度迅速下降 采用磁粉检测方法检测磁性材料的表面缺陷 比采用超声波或射线检测的灵敏度高 而且操作简便 结果可靠 价格便宜 因此它被广泛用于磁性材料表面和近表面缺陷的检测 对于非磁性材料如有色金属 奥氏体不锈钢 非金属材料等不能采用磁粉检测方法 但当铁磁性材料上的非磁性涂层厚度不超过50 m时 对磁粉检测的灵敏度影响很小 23 磁粉检测方法 湿法磁悬液应采用软管浇淋或浸渍法施加于试件 使整个被检表面被完全覆盖 采用连续法时 磁化电流应在施加磁悬液之前或从磁悬液中取出之前接通 如果检测采用浸渍法 并保持1 5 1 2s 直至试件被磁悬液覆盖 磁悬液覆盖膜足以产生良好的磁痕 采用剩磁法时 试件应通过施加电流至少1 5s的方法来磁化 此后 切断磁化电流 采用软管浇淋或浸渍法施加磁悬液 对于浸渍法 试件应仔细地从磁悬液中取出 以免冲掉磁痕 对于剩磁荧光磁粉检验法 如觉得有必要保证缺陷的磁痕有效 则试件可放在用于制备磁悬液的载液中仔细清洗 24 磁粉检测方法 干法磁粉应直接喷撒在被检区域 并除去过量的磁粉 轻轻地振动试件 使其获得较为均匀的磁粉分布 应注意避免使用过量的磁粉 不然会影响缺陷的有效显示 对于连续法 磁化电流应恰好在施加磁粉前接通 并应在其后的吹风 轻敲或振动中 保持接通 对于剩磁法 试件应先磁化 在切断磁化电流之后 再按上述方法施加磁粉 25 磁粉检测方法 检测近表面缺陷 如轧钢制品和锻件中的非金属夹杂 时 应采用湿粉连续法 因为非金属夹杂物引起的漏磁通值最小 检测大型铸件或焊接件中近表面的缺陷时 可采用干粉连续法 26 磁粉探伤过程 预清洗缺陷估计 使磁力线在切实可行的范围内横穿过可能存在于试件内的任何缺陷 选择探伤方法进行周向和纵向磁化对伪磁痕进行分析判断退磁后清洗标记 酸蚀法 印记 着色等 记录 27 磁粉检测实例 汽轮机汽缸是高温高压部件 一般均为低合金钢 质量要求极严 表面缺陷的检查方法最有效 最方便的是磁力探伤 试件表面经喷砂打磨后的表面粗糙度Ra应到12 5 把试件表面用粉笔打成150mm l50mm或200mm 200mm的方格 用触头刺入法 逐格进行检查 触头放在对角线上 每格做两相互垂直的两个方向探伤 用直流电磁化 电流1800 2400A 触头间距 150 200 2mm 磁化时间3s 磁粉用干粉法 磁粉粒度15 m 当通电时 用压缩空气吹喷在试件表面 发现缺陷后根据缺陷的方向再重复做一次 磁粉的喷射泵如图3 18所示 气压可以根据需要调节 28 磁粉检测 29 超声波检测 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的机械振动 其频率高于20kHz以上 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 对各种材料的穿透力较强 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的信息 并且成为超声波广泛应用的条件 30 超声波检测的原理和类型 超声波探伤主要是通过测量信号往返于缺陷的渡越时间 来确定缺陷和表面间的距离 测量回波信号的幅度和发射换能器的位置 来确定缺陷的大小和方位 这就是通常所说的脉冲反射法或A扫描法 此外 还有B扫描和C扫描等方法 B扫描可以显示工件内部缺陷的纵截面图形 C扫描可以显示工件内部缺陷的横剖面图形 近年来 超声全息成像技术也在工业无损检测中获得了应用 31 超声波检测的工作频率 超声波检测常用的工作频率为0 4 5MHz 较低频率用于粗晶材料和衰减较大材料的检测 较高频率用于细晶材料和高灵敏度检测 对于某些特殊要求的检测 工作频率可达10 50MHz 近年来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 32 超声波检测的优缺点 适应性强 检测灵敏度高 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进行检验 超声波检测的最大优点就是对裂纹 夹层 折叠 未焊透等类型的缺陷具有很高的检测能力 33 超声波检测的优缺点 超声波检测通常要求工件形状比较简单 有规则 表面比较光洁 超声波探伤的记录性差 且难以识别缺陷的种类 对于表面缺陷的检测 超声波法比磁粉法和渗透法的灵敏度要低 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很大 34 超声波检测的应用 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锻件 轧制件 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 船体 锅炉 压力容器和化工容器 非金属材料等 都可以用超声波进行有效的检测 有的采用手动方式 有的可采用自动化方式 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 35 超声波检测方法 接触法 就是探头与工件表面之间经一层薄的耦合剂直接接触进行探伤的方法 耦合剂主要起传递超声波能量作用 液浸法 就是将探头与工件全部浸入液体 或探头与工件之间局部充以液体进行探伤的方法 液体一般用水 故又称水浸法 探头不直接与工件接触 因而易于实现自动化检测 也适用于检测表面粗糙的工件 36 37 38 超声波检测方法 纵波脉冲反射法 超声波以一定的速度向工件内传播 一部分声波遇到缺陷时反射回来 另一部分声波继续传至工件底面后也反射回来 发射波 缺陷波和底波经过放大后在荧光屏上显示 由发射波 缺陷波和底波在时间基线上的位置 即可求出缺陷的部位 39 40 超声波检测方法 横波探伤法是声波以一定角度入射到工件中产生波型转换 利用横波进行探伤的方法 横波入射工件后 当所遇缺陷与声束垂直或夹角较大时 声波发生反射 在荧光屏上出现缺陷波 41 42 超声波检测方法 表面波探伤法是表面波沿着工件表面传播检测表面缺陷的方法 表面波的能量随着表面下深度增加而显著降低 在大于一个波长的深度处 表面波的能量很小 已无法进行检测 表面波沿着工件表面传播