第4章少度检测.ppt

第四章检测技术在材料加工工程领域中的应用,学习目标：掌握常用的几种无损探伤方法，了解无损探伤在工业领域的应用。,材料的缺陷检验材料的缺陷：是指材料在制造和使用过程中产生的缺陷和损伤。（1）制造中的缺陷是指材料在冶炼、铸造、锻造、热处理和机械加工中所产生的气孔、缩孔、疏松、夹渣和裂纹等缺陷;（2）使用中产生的损伤，如磨损、腐蚀和疲劳裂纹等。,无损检验无损检验：是在不破坏零件、构件的形状、尺寸精度，表面质量和不改变材料的成分、性能及零件使用性能的前提下，采用物理、化学等方法探测零件材料内部和表面的缺陷及其某些物理性能。无损检验技术主要应用在以下三方面：监督和控制生产过程中的质量问题产品出厂前的成品检验和用户验收检验产品的使用过程中的维护检验,常用的无损检验方法磁粉探伤涡流探伤超声波探伤X射线探伤,磁粉探伤,仅适用于铁磁性材料,一、磁粉探伤原理将铁磁材料制成的工件放在磁极之间，工件中就会有磁力线通过。如果工件内部没有缺陷且各处的磁导率一致，则磁力线在工件中分布是均匀的。,当工件中有气孔、夹渣、裂纹等缺陷存在时，形成漏磁场。若在漏磁场施加磁粉或磁悬液，则漏磁场对磁粉产生吸引从而显示缺陷的痕迹。,漏磁场,漏磁场是指铁磁性材料磁化后，在不连续性处或磁路的截面变化处，磁感应线离开和进入表面时形成的磁场。,磁粉分为非荧光磁粉和荧光磁粉两大类。非荧光粉分为黑磁粉、红磁粉和白磁粉。黑磁粉：成分主要是Fe3O4，主要用于检验浅色工件，在磁粉探伤中应用较为普遍。红磁粉：成分主要是Fe2O3，常用于检验黑色工件。白磁粉：是由黑磁粉与Al2O3或MgO合成，主要用于黑色工件。,磁粉的种类,纵向磁化零件磁化后产生平行零件轴线的磁力线。可以探测与零件轴线垂直或成一定角度的缺陷。采用直流电或交流电通过线圈或铁轭磁化。横向磁化零件直接通电或使穿过零件的轴心通电，使在零件内产生垂直零件轴线的磁力线。可探测轴向缺陷，即平行或近于平行零件轴线的缺陷。联合磁化零件通电后同时产生纵向和周向磁力线,可以探测零件上任意方向上的缺陷。,磁粉探伤分类按工件磁化方向,湿粉显示法：磁悬液均匀的喷洒在被测工件表面上，工件表面上缺陷处的漏磁将吸附磁粉，形成磁痕而显示出缺陷。磁悬液具有良好的流动性，因此能显示工件上的微小缺陷。干粉显示法：用的磁粉必须充分干燥，被检工件表面也必须充分干燥，否则由于磁粉流动性差，不容易均匀分布而影响缺陷显示。干粉显示时，一般将磁粉喷雾于工件表面后，再将没有被吸引的剩余磁粉吹去，工件表面上所剩的是缺陷处被漏磁吸附形成的磁痕。,磁粉探伤分类按显示方法,磁粉探伤的一般工艺过程预处理-磁化-施加磁粉-磁痕观察-磁痕分析-退磁-后处理预处理1）清理焊接接头表面的油污、铁锈、氧化皮、飞溅、残留焊剂及焊渣。2）使用干粉法，要干燥磁粉与工件表面。3）用化学清理法后，若清理液与磁悬液酸碱性不同，也应干燥工件表面。,磁痕观察是对工件上形成的磁痕进行观察与记录的过称。采用非荧光磁粉时，可在一般照明光源下直接观察；采用荧光磁粉时，必须在暗室紫外线灯下进行观察。磁痕分析分为两大类：表面缺陷磁痕、近表面缺陷磁痕。退磁退磁是将工件经磁粉探伤后残留的磁场减小为零的过程。后处理后处理就是清除工件残留的磁粉或磁悬液，及干燥工件的过程。,缺陷位置及形状的影响a缺陷埋藏深度的影响同样的缺陷，位于工件表面时，产生的漏磁场大；若位于工件的近表面，产生的漏磁场显著减小；若位于工件表面很深处，则几乎没有漏磁场泄漏出工件表面。b缺陷方向的影响缺陷垂直于磁场方向，漏磁场最大，也最有利于缺陷的检出；若与磁场方向平行则几乎不产生漏磁场；当缺陷与工件表面由垂直逐渐倾斜成某一角度，而最终变为平行，即倾角等于0时，漏磁场也由最大下降至零。,超声波探伤,原理：超声波探伤是利用振动来发现缺陷的一种无损检测方法。它主要用于检测金属材料和部分非金属材料的内部缺陷。优点：成本低、操作方便、检测厚度大、对人和环境无害等突出优点，缺点：探伤不直观、受操作者技术水平和经验的影响、不能给出永久性记录等缺点。,探头探头又称压电超声换能器，是实现电-声能量转换的器件。探头主要由压电晶体组成。压电晶体在交变电压作用下，在晶体厚度方向产生伸缩变形，产生与交变电压频率相同的机械振动，即产生超声波。当把高频振动(超声波)作用在晶体上，在晶体的两个电极之间产生与超声波频率相同、强度与超声波成正比的高频电压，即接收超声波。,压电效应正压电效应（顺压电效应）：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。逆压电效应（电致伸缩效应）：当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象。,电能,机械能,正压电效应,逆压电效应,石英晶体的压电效应演示,当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。,压电材料的应用,压电式加速度传感器对压电元件施加预载荷。测得加速度传感器输出的电荷便可知加速度的大小。,壳体,弹簧,质量块,压电片,F=ma,Fa又qFqa,将两根高分子压电电缆相距若干米，平行埋设于柏油公路的路面下约5cm，可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。,交通监测,压电式玻璃破碎报警器,将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并将电压信号传送给集中报警系统。,粘贴位置,使用时，用瞬干胶将其粘贴在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎的瞬间，压电薄膜感受到剧烈振动，表面产生电荷Q，在两个输出引脚之间产生窄脉冲报警信号。,压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用,压电式步态分析跑台,压电式纵跳训练分析装置,压电传感器测量双腿跳的动态力,超声波探伤分类超声波探伤方法按检验方法不同分为穿透法、反射法、液浸法。穿透法：声波由发射探头发出，经工件的一面传入工件内部，由其另一面送出被接收探头接收。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。,液浸法液浸法是在探头与试件之间填充一定厚度的液体介质作耦合剂，使声波首先经过液体耦合剂，而后再入射到试件中，探头与试件并不直接接触。液浸法中，探头角度可任意调整，声波的发射、接收也比较稳定，便于实现检测自动化，大大提高了检测速度。液浸法的缺点是当耦合层较厚时，声能损失较大。,A型显示是一种波形显示，屏幕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声压幅度。该方式显示的是沿探头发射声束方向上一条线上的不同点的回波信息。,超声波探伤方法按指示方式不同分类（A型、B型、C型）,A型显示原理图,图中，T表示发射脉冲，F表示来自缺陷的回波，B表示底面回波。,B型显示显示的是试件的一个二维截面图，屏幕纵坐标代表探头在探测面上沿一直线移动扫查的位置坐标，横坐标是声传播的时间（或距离）。该方式可以直观地显示出被探工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度等信息。,B型显示原理图,C型显示显示的是试件的一个平面投影图，探头在试件表面做二维扫查，屏幕的二维坐标对应探头的扫查位置。探头在每一位置接收的信号幅度以光点辉度表示。,A型脉冲反射式超声探伤仪电路方框图,A型脉冲反射式超声探伤仪电路方框图,工作过程：同步电路产生的触发脉冲同时加至扫描和发射电路，扫描电路受触发工作，产生锯齿波电压，加至示波管水平偏转板荧光屏上产生一条水平扫描线。同时，发射电路受触发产生高频窄脉冲，加至探头，激励压电晶片振动，在工件中产生超声波。超声波在工件中传播，遇缺陷或底面发生反射，返回探头时，又被压电晶片转变为电信号，经接收放大电路，加至示波管垂直偏转板上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描线的相应位置上产生缺陷波和底波。根据缺陷波的位置可以确定缺陷的埋藏深度，根据缺陷波的幅度可以估算缺陷当量的大小。,仪器主要组成部分的作用1、同步电路：同步电路又称触发电路，它每秒钟产生数十至数千个脉冲，用来触发探伤仪扫描电路、发射电路，使之步调一致、有条不紊地工作。因此，同步电路是整个探伤仪的“中枢”，同步电路出了故障，整个探伤仪便无法工作。2、扫描电路：扫描电路又称时基电路，用来产生锯齿波电压，加在示波管水平偏转板上，使示波管荧光屏上的光点沿水平方向作等速移动，产生一条水平扫描时基线。,3、发射电路：又称高频脉冲电路，产生高频电压加于发射探头，激励压电晶片振动，使之发射超声波，传入工件中。超声波在缺陷或地面上反射回到接收探头，转变为电波后输入给接收电路。4、接收电路：将来自探头的电信号进行放大、检波，最后加至示波管的垂直偏转板上，并在荧光屏上显示。,试块与一般的测量过程一样，为了保证检测结果的准确性与重复性、可比性，必须用一个具有已知固定特性的试样(试块)对检测系统进行校准。这种按一定的用途设计制作的具有简单形状人工反射体的试件即称为试块。,超声波的应用,超声波流量计,F1发射的超声波先到达T1,x射线探伤射线探伤利用射线（X射线、射线、中子射线等）穿过材料或工件时的强度衰减，检测其内部结构不连续的技术。穿过材料或工件时的射线由于强度不同在胶片上的感光程度也不同，由此生成内部不连续的图像。射线的特性(1)不可见，以直线传播;(2)不带电荷，不受电场和磁场的影响;(3)能穿透物体并被物质吸收而使自身强度衰减;(4)能产生光化学作用，使胶片感光;(5)能使物质电离，使某些物质产生荧光;(6)能产生生物效应，对生命细胞有杀伤作用。,X射线的本质,X射线又称伦琴射线，本质是电磁辐射，与可见光完全相同，仅是波长短而已，因此具有波粒二像性。X射线是在射线探伤领域中应用最广泛的一种射线。产生原理：高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99左右）能量转变成热能使物体温度升高。产生条件：1.产生自由电子；2.使电子作定向的高速运动;3.在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。,过程演示,接变压器,玻璃,钨灯丝,金属聚灯罩,铍窗口,金属靶,冷却水,电子,X射线,X射线,（回车键演示）,过程演示,射线检测的基本原理,设入射线的初始强度为I0，通过物质的厚度为d，该材料中射线衰减系数为，那么射线在透过物质以后的强度Id为：,如果被测表面局部凸起，其高度为h时，则射线通过h部位后，其强度将衰减为：,又如在被测试件内，有一个厚度为x、吸收系数为的某种缺陷，则射线通过后，强度衰减为,若有缺陷的吸收系数小于被测试件本身的线吸收系数，则IxIdIh，于是，在被检测试件的另一面就形成一幅射线强度不均匀的分布图。通过一定方式将这种不均匀的射线强度进行照相或转变为电信号指示、记录或显示，就可以评定被检测试件的内部质量，达到无损检测的目的。,射线检测方法,形状及其黑度的不均匀程度，就可以评定被检测试件中有无缺陷及缺陷的性质、形状、大小和位置。此法的优点是灵敏度高、直观可靠、重复性好，是射线检测法中应用最广泛的一种常规方法。,照相法：即利用射线感光材料(通常用射线胶片)，放在被透照试件的背面接受透过试件后的射线。胶片曝光后经暗室处理，就会显示出物体的结构图像。根据胶片上影像的,射线的安全防护1.射线对人体的有害作用射线对人体作用能产生生物效应，对细胞有破坏作用，对人体新陈代谢的进行和各器官及系统的功能会产生多方面的影响，甚至造成局部坏死或人体的死亡。2.屏蔽防护法屏蔽防护法是利用各种屏蔽物体吸收射线，以减少射线对人体的伤害，这是射线防护的主要方法。一般根据X射线、射线与屏蔽物的相互作用来选择防护材料，屏蔽X射线和射线以密度大的物质为好，如贫化铀、铅、铁、重混凝土、铅玻璃等都可以用作防护材料。,3.距离防护法距离防护在进行野外或流动性射线检测时是非常经济有效的方法。这是因为射线的剂量率与距离的平方成反比，增加距离可显著地降低射线的剂量率。,4.时间防护法时间防护是指让工作人员尽可能的减少接触射线的时间，以保证检测人员在任一天都不超过国家规定的最大允许剂量当量。人体接受的总剂量：D=Pt，其中，P为在人体上接受到的射线剂量率，t为接触射线的时间。由此可见，缩短与射线接触时间t亦可达到防护目的。,红外无损检测技术,红外线的产生：一切温度高于绝对零度的有生命和无生命的物体时时刻刻都在不停地辐射红外线。红外无损检测：利用红外辐射原理对材料表面进行检测。如果被测材料内部存在缺陷，将会导致材料的热传导性发生改变，进而反应在材料表面温度的差别。温度场随时间变化的信息中包含了样品缺陷的信息，利用显示器将其显示出来，便可推断材料内部的缺陷。,红外无损检测的方法,有源红外检测法：利用外部热源做激励源向被测材料注入热量，利用红外热像仪拍摄不同时刻的温度场信息，根据图像的时间序列分析技术来判断缺陷的存在与否的方法。无源红外检测法：无任何外加热源的情况下，利用工件本身热辐射的一种方法。,无损检测在材料成型中的应用红外成像在钢渣测量中的应用,国内检测手段：工人通过肉眼观察的方法，通过钢水的颜色来区分钢和钢渣。缺陷：具有很大的主观性；出钢时的浓烟、强光影响工人的判断，降低钢水的洁净度，降低了出钢的质量；在出钢尾期，根据经