无损检测（UT、MT、PT）教材.doc

(2)超声波探伤法超声波:声波频率超过人耳听觉,即频率比20千赫高的声波叫超声波。我们用于探伤的超声波的频率最多15兆赫兹。焊缝常用2.5MHZ。因为：1、超声波指向性好，能形成窄的波束。 2、波长短，小的缺陷也能够较好地反射。 3、距离的分辨力好，缺陷的分辨率高我们目前主要使用A显示脉冲超声波探伤法。一、超声波的发生及其性质1、超声波的发生和接收：某些晶体受拉或压力而发生变形时，在晶体界面上出现电荷的现象叫正压电效应，而在电场的作用下，晶体发生弹性变形的现象称为逆压电效应。厚度频率压电材料：石英（SIO2）钛酸钡,锆钛酸铅和硫酸锂等把压电材料切成一定厚度的晶片,（由谐振条件确定）当压电晶片的厚度等于该频率下的半波长度时,压电晶片将产生谐振: t f*t常数 电极 伸缩电压 超声波的发生晶片直探头斜探头K1、1.5、2、2.5、3 折射角的正切值2.超声波的种类. 纵波L（压缩波）：质点振动方向与波的传播方向一致， 疏密波（凡是弹性介质均可传播：包括水） 横波S（切变波）：质点振动方向与波的转播方向垂直 （只在具有切变模量的介质中传播、固体）表面波R：只在介质表面传播。点的振动是椭圆，在一个波长的表面内传播。板波SH：一定板厚，一定频率条件下才产生板波。 传播速度与板厚，频率有关，只在薄板中传 播。波速：纵波：C . ：泊松比 P：密度 E；弹性模量 空气：340米/秒 钢：5900米/秒. 水：1500米/秒横波：Cs. G：切度模量 钢：3230米/秒3.界面的反射和透射. (1)垂直入射时的反射和透射 当超声波垂直入射到界面时,一部分被反射，剩余就穿透过去,这两部分的比率决定于界面两种介质的密度和其声速即声阻抗介质的声阻抗Z=P.C P：密度 C：声速纵波Z水=1.5106kg/m2s.Z钢=45106kg/m2sZ2Z1P0pt界面声压反射率 .= Pr 界面声压透射率 t= t当Z1Z2时，r-1 0声压几乎全反射。从钢到空气则全反射，探头与工件间涂耦合剂的原因（2）斜射时的反射和透射 当超声波倾斜入射到异质界面时，除了产生与入射波同类型的反射波和折射波外，还会产生与入射波不同类型的反射波和折射波称之为波型转换。由于液体、气体、只能传播纵波，固体介质能同时传播纵波和横波，因此只在固体中才能有波型转换。S1rs同中学光学棱镜时发生的折射反射现象一样超声波倾斜入射到界面时反固Z2射波和折射波的传播方向由B2固Z1反射、折射定律确定（即斯捏尔定律）BsS2折射反射=第一临界角：使纵波全反射时的纵波入射的角度第二临界角使横波折射角等于90度时的入射纵波的角度 为了保证在被检材料中只有一种单一的横波，要求纵波入射角必须在第一、二临界角之间。斜探头用有机玻璃（纵波C=2.73103米/秒）被检材料钢（纵59103米/秒）则入射纵波必须在第一临界有I=2736和第二临界角=5748之间这就是斜探头横波探伤的基本原理而直探头用纵波进行探伤4、超声波声场特性：圆形晶片辐射纵波声场声压在其轴线上 P=2Posin由于近场区声压叠加造成有若干极大值，最后一个声压极大值对应的距离为N（近场长度）极N当X3N时，波束按球面波规律扩散，声压公式可写 P= F：波源面积QQ 与波源面积成正比与波长和距离成反比指向型，半扩散角QsinQ=1.22 D:晶片直径晶片直径越大，波长越短，Q愈小，波束指向性愈好。探伤灵敏度高，分辨力好定位精确。实际探伤中应用反射法，所以要讨论各种规则反射体的回波声压，共计有：平底孔、长横孔、球孔、大平底经计算得出 ：例平底孔 直径相同平底孔的回波声压与声程的平方成反比，声程增加一倍，声压为原来的1/4。其回波波高下降12dB 声程相同回波声压与直径的平方成正比即直径增加一倍，声压为原来4倍，其回波波高上升12dB这就是纵波探测大型锻件的缺陷当量尺寸的计算方式。2短横孔16 反射波波高之比与回波声压成正比 声强之比的对数为贝尔，其为分贝 声强之比等于声压平方之比；A=20g 回波波高与声压成正比 5、缺陷对超声波的反射 在超声波探伤中缺陷尺寸检出极限为波长的一半，因为当缺陷小于入时，由于衔射而绕过缺陷继续传播而不反射。 缺陷的尺寸比半个波长大得愈多，愈容易反射，如果垂直入射到平面状的反射体（如裂纹）则反射波都返回晶片，得到很高的回波。如果球状（气孔）则向各个方向反射，回到晶片上则较少，回波波高较低。另外平面状倾斜面可能几乎没有反射波返回晶片。所以我们评价缺陷的大小只能用当量法。用我们已知人工短横孔16或长横孔240通过测绘AVG曲线（距离波幅当量曲线）及焊缝探伤用的距离波幅曲线来判定缺陷的当量尺寸及是否超标。5、超声波探伤原理： （ 脉冲波则持续时间有限（微秒数量）级）A型脉冲反射式超声波探伤仪CTS22、26型。该仪器通过探头向工件周期性发射不连续且频率不变的超声波，根据回波超声波的传播时间及幅度判断工件中缺陷位置和大小。A型显示是一种波形显示。荧光屏的横坐标代表声波的传播时间（或距离）纵坐标代表反射波的幅度。由反射波的位置可以确定缺陷的位置，由反射波的幅度可以估算缺陷大小。脉冲反射法：纵波垂直入射法斜入射横波探伤法（一个探头即发又收）（一个探头即发又收）穿透法：（工件上下两面，用两个探头，一发一收）共振法垂直入射纵波探伤法：探测与探测面平行或稍有倾斜的较大缺陷，主要用于钢板，锻件、铸件。倾斜入射横波探伤法；主要能发现垂直于探测面或倾斜较大的缺陷，主要用于焊缝探伤。一、 垂直纵波探伤法A型显示脉冲反射式超声波探伤仪器方框图扫描电路BTF同步电路接受放大电 路发射电路1：1 电 源探头同步电路又称触发电路，每秒钟产生数十至千个脉冲（触发脉冲）用来触发其它电路（扫描、发射）使之同步工作。 T：发射脉冲始波 B：底面回波 F：缺陷回波同步信号触发发射电路激励探头使之产生脉冲超声波，超声波经偶合剂射入被检工件，当工件内传播的超声波遇到工件界面或缺陷时产生反射波。反射波被探头接受后转变成电脉冲，放大后送至示波管Y轴显示，另一方面，同步脉冲触发时基电路，它产生一个线性较好的锯齿波加到X轴偏转扳上产生一个从左至右的水平扫描线，扫描光点的位移与时间成正比，因此荧光屏上反射波的信号位置代表超声波的转播时间，可以确定缺陷位置。荧光屏上显示的波高正比于探头所接受的声压。故可以根据波高对缺陷定量。从始波到纵波所用时间代表了工件的厚度，中间有伤波则利用T、F、B关系可以缺陷定位。二、 倾斜入射横波探伤法由于倾斜入射，射到底面不会有回波回到探头上，故不能用底波定位。我们用标准试块把横坐标（时基线）调整到适当状态。目前使用CSKA和CSKA试块，缺陷的位置不仅取决于声程W还有折射角，目前有三种调节方法：1、按水平距离调整扫描线：使按刻度按一定比例代表反射点的水平距离（主要用于薄板焊缝探伤）2、 按深度调整扫描线：使时基线刻度按一定比例代表反射点的深度（主要用于厚板焊缝探伤）X=wmB3、按声程调整扫描线：使时基线刻度按一定比例代表反射点的声程W（主要用于汽轮机部件探伤，国外常用此方法）无论那种方法均可d=wwrb利用几何关系求出其他所需要数值水平距离XW深度h 声程W可求出缺陷的位置深度（二次波、三次波等）B横波斜探头的标称有三种： 以纵波入射角标称30、45、50、55 以钢中横波折射角标称40、45、50、55 以钢中折射角的正切值（K值）标称：1、1.5、2、2.5、36、试块试块的用途 超声波探伤是以试块作为比较的依据试块上有已知的特定尺寸的人工缺陷，作为仪器的调节及缺陷的定量的参照物。 主要用途： 1、确定合适的探伤方法 （缺陷当量法）2、确定探伤灵敏度和评价缺陷大小 3、校验仪器和测试探头的性能试块的种类：1、 调节仪器（水平、垂直线性、分辨力、探伤灵敏度）和测试探头的性能（入射点、K值、组合灵敏度）CSK-IA2、 纵波探伤用试块CS-1型和CS-2型、CS-1型整套5组26块、2型11组66块（调节仪器，组合性能，绘制距离辐波曲线，确定缺陷的平底孔当量尺寸。）3、CSK-A和CSK-A主要用途是绘制焊缝探伤用距离波幅曲线和调整探伤灵敏度。IA24040CSK-A 716CSK-A408012020601007161407焊缝超声波探伤判废标准JB/T4730-2005标准特种设备无损检测-（1）当缺陷反射波高位于判废线上及区（2）缺陷波的波高位于定量线上及区的条件缺陷且缺陷指标长度超过最大允许的指标长度时判废 波幅（1） 距离波幅曲线的绘制：区 先用A或A试块测得判废线区16不同深度的dB值区绘出基准线再用波幅灵敏测线度表中灵敏度绘制三线的距离（mm）以定量线上为6dB 下为8 定量线dB 级：=T但最小可为10，最大不超过30 级：=T但最小可为13，最大不超过40反射波高于区指示长度大于10的缺陷应予记录反射波高于区指示长度较长时也应加以记录备案（2） 指示长度： 相对灵敏度测长法：以缺陷最高回波为相对基准，沿缺陷长度方向移动探头，降低一定dB值来测定缺陷的长度。常用6dB法（半波高度法）即波高降低6dB正好为原来的一半dB6dB端点6dB法（当各部分反射波高有很大变化时）（3） 缺陷的测定： 缺陷位置的测定：先用标准试块对仪器进行校正。以屏上横坐标（标定时基线）每一格代表深度（水平距离声程）然后根据反射回波在荧光屏上的位置来缺点缺陷的位置 缺陷的定量：缺陷的定量对超声波探伤是一个复杂的问题影响因素很多，如缺陷的深度，取向、缺陷中介质对声波的反射、吸收和透过以及工件材质、形状声耦合、操作方式、仪器探头性能均影响探测结果，所以通常所确定的缺陷大小只是缺陷在声束方向上有效面积和实际缺陷有一定的出入。大于声束的缺陷一般用缺陷面积大小和指示长度表示。小于声束的缺陷一般用当量表示。所谓当量直径是指实际缺陷反射声压相当于人工缺陷（平底孔、横孔、柱孔、）的某一直径或面积的反射声压，所以实际缺陷只是相当于人工缺陷的大小，而不等于人工缺陷的大小，偏差较大。（包括缺陷的定量定性不如射线底片）数字化超声波仪将模拟超声波探伤提高到数字化阶段大大提高了A显示脉冲超声波探伤法探伤精度并节省了大量调试仪器的时间及计算时间。并能记录探伤结果。 （3）磁粉 一、磁粉探伤的物理基础 （1） 磁场：1.永久磁块从N到S形成外磁场 内部从S到N形成内磁场SN2.通电直线和通电螺旋线圈产生磁场应用右手螺旋定则确定磁场方向磁场：有磁力线作用的空间叫磁场。磁场有大小和方向，用磁力线来描述磁场。（2） 磁力线特征：是闭合曲线 磁力线永不相交磁力线的切线方向表示某点的磁场方向，用密度表示磁场的强弱。（3） 磁场强度H：磁场中某点的磁场强度和方向即单位磁极所受的力叫。 电磁制：奥斯特、 实用制：安培/米（4） 磁感应强度B：某一磁介质在磁力场中被磁化后在介质内部感应生出的磁场强度叫。 国际单位 特斯拉。电磁制：高斯 实用：韦伯/米2高斯=10-4特斯拉（5） 磁场强度与磁感应强度的关系B=.H= ：磁导率（磁感应强度与产生磁感应的外部场强度之比）单位：高斯/奥斯特 亨/米（6） 磁介质的种类；顺磁性物质 ： 略大于1 例：锰铬钨反磁性物质 ： 略大于1 ：铜银铝硬磁性材料软磁性材料铁磁性物质 ： 远大于1：我们可以用磁化曲线来表示两者的关系（7） 磁化曲线线（磁滞回线）韦伯/米2B：不是常数是随H强度BS的变化而变化Br-HCHHC- BrHC：矫顽力；为使剩磁降为零所施加的反向磁场强度。Br；剩余磁感应强度，即施加磁场强度降为零时的磁感应强度。BS：饱和磁通密度：表示材料所能达到的最大磁化程度。硬磁性材料：Br大，Hc大，小，磁滞回线肥大。可用来再制造永久磁块。软磁性材料：Br小.Hc小，大，磁滞回线窄长。可用来制造变压器芯片，磁粉，标准试片。一般硬的钢铁材料属于硬磁性材料。2、磁粉探伤原理： 被磁化的铁磁性零件内部有磁力线传播，若零件表面或近表面有缺陷，则切割表面磁力线，将有部分磁力线逸出零件表面，形成漏磁场，漏磁场吸附磁粉，从面显示出缺陷的位置，大小和形状。NS3、 磁化方法 工件磁化时，原则上在工件上建立的磁场方向应尽有能地与欲发现的缺陷方向垂直。周向磁化法：获得与轴向垂直的磁力线，检查平行轴的纵向缺陷。纵向磁化法：获得与轴向平行的磁力线，检查垂直轴的横向缺陷。复合磁化法；同时进行周向.纵向磁化，产生一个方向，大小随时间变化的磁场，检查工件中不同方向的缺陷。通电磁化法：直接把大电流施加在工件上将其磁化通磁磁化法：采用外加磁场将工件磁化 通电磁化法：工件夹在探伤机两电极之间，使电流从被检工件上直接流过，在工件内部及其周围产生周向磁场（右手定则）发现与电流方向平行的缺陷。 穿棒磁化法：将一导体穿入空心工件中，通以电流在其周围产生周向磁场。可以发现工作中纵向缺陷同时也可在两端面发现沿经向分布的缺陷也可用穿电缆法（数匝电缆）在较小电流下磁化。 线圈磁化法；将工件放在通电螺形线圈内磁化，可以发现工件中的横向缺陷。 可包括电缆缠绕法（对于大型形状复杂的工件） 磁轭磁化法；永久磁块或电磁轭对工件进行磁化方法。整体磁化：将工件夹持在磁轭进行磁化局部磁化：便携式电磁轭局部磁化发现与两极连线垂直的缺陷交叉磁轭磁化：两个单磁轭交叉90（四个磁极）产生随时间变化的椭圆形旋转磁场对工件磁化，可同时发现不同方向的缺陷，相位相差120的两相正弦交流电激磁，由矢量合成而成旋转磁场。 支杆磁化法：通过两支杆触头将磁化电流导入工件进行局部磁化的方法。适用于大型工件或焊缝检查。磁场是以两触头为中心的周向磁场（磁锥法） 复合磁化法：用交流电给工件周向磁化的同时用直流纵向化磁工件，与交叉磁轭产生合成磁场同类。多种形式：直流磁轭+工件通直流 交流线圈+工件通直流 直流线圈+工件通交流4.磁化电流交流电应用广泛优点：趋肤效应，对表面缺陷的检测灵敏度高。可实现复合磁化检查各方向缺陷。（交叉）磁轭产生椭圆旋转磁场。由于电流的不断变化，有利于磁粉的迁移不足：用剩磁法时，剩磁大小与断电相位有关，易漏检。由于趋肤效应难以检查距表面较深的缺陷。整流电（半波、全波）兼有交直流两种优点，磁场透入深度加深，脉动易磁粉的迁移，退磁较困难 直流电磁场渗入深度较大，可检测埋较深的缺陷。但退磁更困难。5.磁粉探伤设备 固定式磁粉探伤机，用在工业制造中，小型工件的探伤 便携式磁粉探伤机：有交叉磁轭和电磁轭等。电磁轭的提升力为主要指标。当轭磁最大间距时交流电磁轭至少应有45N的提升力。直流电磁轭至少应有177N的提升力（JB3965-85）。交叉疏轭的特点，只要一次磁化，可同时检测各个方向的缺陷，检查速度快。6.磁粉探伤器材 磁粉：黑色：Fe3O4 棕色；Fe2O3 灰白色：纯铁 荧光磁粉：附着一层荧光物质干法显示：以干粉直接撒在磁化过的工件表面上。湿法显示；磁粉调匀在水或油中作为磁悬亿，一升溶液加1530克磁粉。灵敏度试片： 磁粉探伤灵敏度：磁粉探伤中能发现最小缺陷的能力。应用试片来试验和校准设备、磁粉、电流等、综合探伤灵敏度。试块A型灵敏度试片，交流标准环形试片，2020软磁铁片，厚0.05加工槽深766微米。圆形槽或直线（C型）A17/50试片厚度 A15/50 等10207/15使用时把槽面贴在试件中表面用透明胶带贴边缘，与工件一起磁化根据不同槽深估计探伤灵敏度。7.磁化规范（磁化电流的确定） 磁化电流小则磁通密度小，缺陷不产生漏磁场。 磁化电流大则磁通密度大，易出现伪缺陷磁痕。通常以试件获得饱和通磁密度的8090%为宜连续法I=（610）D剩磁法I=（2030）D周向磁化：（直接通电）纵向磁化IN= /D 在315之间 N:匝数 ，工件长度 ， D:工件直径9、磁痕 磁粉在工件表面上聚集而形成的图象称为磁痕。可用透明胶带把磁痕粘下做为永久记录。 观察：非荧光磁粉探伤：目光，自然光观察。 荧光磁粉探伤：暗处用紫外线灯观察。验收标准：任何裂纹，成排气孔，在15025的表面上有10个以上表中的缺陷显示，不合格。允许的线性圆形显示见表4。10、磁粉探伤特点（优缺点） 操作简便、直观、灵敏度高等 适用于磁性材料的表面及近表面缺陷检测不适合于非磁性材料和工件内部缺陷的检测 能检出缺陷的位置，表面长度但不能确定缺陷的深度。目前锅炉压力容器使用JB/T4730-2005标准8、磁粉探伤工艺剩磁法：先磁化工件，除去外加磁场后利用工件的剩磁进行磁粉探伤方法 予处理 磁化 施加磁悬液 检查 退磁 连续性：在工件被磁化的同时将磁粉或磁悬液施加到工件被检表面上，进行探伤的方法。予处理 磁化 检查 退磁（4）渗透1、渗透探伤的原理在被检工件表面上涂复渗透剂，在毛细作用下渗透剂渗入表面开口的缺陷中，然后用清洗剂或乳化剂和水去除零件表面剩余的渗透剂，但在缺陷中的渗透剂仍保留着。最后在工件表面上喷涂一薄层显象剂。经毛细作用，缺陷中的渗透剂被吸附到工件表面上，而形成放大了的缺陷显示，在白光下（着色探伤法）或黑光下（荧光探伤法）观察缺陷显示。2、渗透探伤物理基础液体对固体的湿润作用，用浸润角表示表面强力Q液rsr浸润固Q3固不润浸CORQ=Q小于90时，我们称液体对该固体表面是浸润的。Q俞小，说明液体对固体表面浸润能力越好。表面强力系数h= 液体的毛细现象：管半径液体密度液体在毛细管中上升高度可用公式：渗透剂对工件表面缺陷的渗透作用,本质上就是液体的毛细作用,而显象剂的作用就是毛细作用将缺陷中渗透剂吸附到工作表面上来,形成一个放大的缺陷显示 3.渗透探伤材料：水洗型：(自乳化型)渗透剂:已含乳化直接水清。后乳化型：(自乳化型)渗透剂:渗透后乳化，用水清。溶剂去除型: (自乳化型)渗透剂 着色渗透剂: 含有红色染料,自然光观察荧光渗透剂: 含有荧光物质，用波长3600A紫外线照射，缺陷显示黄绿色渗