有关无损探伤及其应用

1、有关无损探伤及其应用Nondestructive Inspection，即无损探伤技术，常用的无损探伤方法有：X光射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤、射线探伤、萤光探伤、着色探伤等方法。如下图所示：无损探伤用于检查材料表面和内部的宏观缺陷（裂纹、气孔、夹渣、未透），而化工设备中的无损探伤技术主要有渗透(着色和荧光)探伤(PT)、磁粉(或磁力)探伤(MT)、涡流探伤(ET)、超声波探伤(UT)与射线探伤（RT）等。无损探伤技术主要应用于设备的制造和定期检修阶段，近年来无损探伤技术逐渐用于检查运行中的设备。下面就其几种主要的探伤方法做简要的介绍。一、 渗透(着色和荧光)探伤(PT)

2、 Liquid Penetranl Examination (PT) 利用渗透性强的液体渗入构件表面缺陷内，再设法使其显示出缺陷，这是一种表面缺陷的无损探伤方法。根据所用渗透液的不同，可以分为着色渗透法和荧光渗透法。二、 磁粉(或磁力)探伤(MT)磁粉探伤或称磁力探伤。也是比较古老的无损检测方法，国外已有50年的历史，国内也有30多年。广泛用于检测铁磁性材料及其构件的表面和近表层的缺陷，可检测的缺陷类型：裂纹、重叠、分层等。磁粉探伤可以探测材料或零件表面和近表面的缺陷，对裂纹、发纹、折叠、夹层和未焊透等缺陷极为灵敏。采用交流电磁化可探测表面下2mm以内的缺陷，采用直流电磁化可探测表面下6mm以

3、内的缺陷。磁粉探伤设备有固定式、移动式和手提式三种磁力探伤机。显示介质为较细的纯铁磁粉（Fe3O4）。直接使用干粉灵敏度高，但操作不便；把磁粉和煤油混合成湿粉，使用方便。磁粉探伤原理：铁磁性材料构件的表面或近表层有缺陷时磁阻大，一旦被磁化，则会有部分磁力线外溢而形成漏磁场，它对施加到构件表面的磁粉会产生吸附作用，因而显示出缺陷的痕迹，根据磁粉的痕迹来判断缺陷的大小、取向和位置等。漏磁场的强度和分布，取决于缺陷的长度、取向、位置（近表层）和被测表面的磁化强度。当缺陷垂直于磁化方向时，灵敏度最高；当缺陷平行于磁化方向时，则无磁粉痕迹显示。磁粉探伤方法：磁粉探伤方法按分类方法不同有按磁化电流性质分为

4、交流电磁化法和直流电磁化法；按磁场方向分为纵向磁化、周向磁化和复合磁化；按显示介质状态和性质分为干粉法、湿粉法和荧光磁粉法等；按磁化方法为直接通电法、局部磁化支杆法、心轴法、线圈法和铁轭法等。下面介绍的是MT无损探伤技术在胜利油田的应用 目前, 胜利油田现役油管大部分都是旧油管,其表面特别是内壁都不同程度地存在着缺陷, 这些有缺陷的油管重新下井之后, 可能发生油管穿孔或断裂事故。目前对油管本体主要依靠现场人工目测和后方对油管试压检查, 前者只能检查油管本体外壁, 后者虽然能够证明油管能够承受一定的压力,但不能清楚描述油管内缺陷状况, 有重大隐患的油管往往继续下井使用, 进而造成油井频繁作业,

5、既增加作业成本, 还严重影响采油生产。从有关统计资料来看, 油管漏失井的作业量占总作业量的六分之一以上。随着增产措施的不断强化和生产任务的不断加重, 必须加大油井井筒管理力度, 进而降低作业成本, 确保采油生产正常进行。为此, 胜利油田引进了一套TYMT 数字化油管无损检测仪,该套设备的应用为现役油管的分级使用和报废提供了科学依据。TYMT 数字化油管无损检测仪检测原理TYMT 数字化油管无损检测仪的磁化系统将被测油管磁化至深度饱和, 当油管内外表面有裂纹、坑点、孔洞以及油管壁厚变化时, 就会产生漏磁场或被磁化段的主磁通发生变化, 这些变化被探伤传感器获取, 经信号调理整形放大后, 再经A/D

6、 转化为数字信号输入计算机, 用探伤分析软件对缺陷信号进行分析、处理, 以曲线形式显示出来,也可用打印机打印检测结果。基本参数：检测油管直径: 外径2 (3 英寸(73mm) 、3 -英寸(89mm) , 内径62 、74mm ;横向裂纹(光滑表面) 分辨率: 013mm (深度) 5mm (长度) ;腐蚀坑及孔洞分辨率(光滑表面) :112mm ,深015mm ;壁厚减薄分辨率: 壁厚的3 %;检测速度: 150m/ min ;油管两端检测盲区: 80mm。探头结构特点：TYMT 数字化油管无损检测仪的探头主体是8 个周向分布的磁敏传感器和各自的磁化器件。探头结构设计为随动定心结构, 具体形

7、式为: 传感器与其载体组成游动体, 游动体的各传感器在各自的滑槽内由弹簧与其载体相连, 能自动张合; 游动体置于探头体内, 其上下端均由多颗钢珠与外壳的上下端相连。这种结构形式有效地解决了检测过程中的两个问题: 其一, 检测过程中碰到油管接箍时探头内的传感器能自动避让; 其二, 油管在起(或下) 的过程中, 水平方向常会有不同程度的摆动,而根据漏磁检测的特点,为了保证检测精度与准确性, 在检测过程中磁敏传感器与被检油管表面之间的距离必须保持在5mm 以内。由于探头是随动定心结构, 满足了检测工艺的要求。参考文献1 杨叔子, 康宜华1 钢丝绳断丝定量检测原理与技术1 北京: 国防工业出版社, 1

8、995 : 61832 国家质量技术监督局1GB/ T 12606 1999 钢管漏磁探伤方法1 北京: 中国标准出版社, 1999三、涡流探伤(ET)利用电磁感应的原理，使被检件的表面感应出涡流，零件中存在缺陷时会改变涡流的强弱，涡流产生反作用磁场，又使检测线圈的阻抗发生变化，因此通过检测线圈的阻抗的变化，来判断缺陷的有无，这种探伤方法称为涡流探测法。出现于40年代，我国50年代开始研究。由于交流感应电流的集肤效应，所以ET法仅能用于导体表层（表面和近表层）的缺陷检测.优点：涡流探伤可探测零件表面0.11mm0.2mm深处的缺陷，灵敏度较高，检测速度快，易于实现高速自动化检测；属于电学测量法

9、，容易实现自动化和计算机化；设备可以很轻，可以原地探恻；对封闭在表层下的缺陷有很高的检测灵敏度；探伤深度比磁粉探伤所达到的深；能提供缺陷的深度信息；非接触式的检测方法等。缺点：理论复杂；距表层较深的缺陷难检测（集肤效应）；影响因素多；涡流探伤仅适用于导电材料，对缺陷显示不直观，更不适于形状复杂零件的探伤。发展方向：分析方法：相位分析、相关分析、幅值分析等。计算机的应用和探头的改进（旋转探头、扇形探头等）。四、超声波探伤(UT) 利用超声波来检查金属或非金属材料零件内部缺陷的方法，称为超声波探伤。超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零

10、件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来，在萤光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。超声波无损检测仪主要由同步电路、时基电路(即扫描电路)、发射电路、接收放大电路4 个主要电路和示波电路、延迟电路、时标电路、电源电路以及探头等几部分组成(如图所示)超声波探伤的方法按波的传播方式分为脉冲反射波法和透射波法；按耦合方式分为接触法和水浸法；按波型分为纵波法、横波法、表面波法。探头分为直探头、斜探头、表面波探头、双晶探头、专用探头等。直探头可发射和接收纵波，斜探头可发射和接收横波。超声波探伤中较为普遍采用纵波接触法，单探头或双

11、探头发射和接收超声波。探头与零件表面上的耦合剂薄层接触进行探伤。单探头多用于探测中厚板、大型锻件、大厚度焊缝和形状简单的毛坯制件。双探头特别适于探测近表面的缺陷。下面就超声波无损探伤技术简要介绍它在十字轴维护中的应用十字轴的基本结构简介十字轴是轧机主传动系统万向接的主要部件，其材料为18Cr2Ni4W,是一种力学性能比较优良的合金钢，目前国内很少几家企业能够生产。左图是轧机主传动系统十字轴立体图。十字轴断裂分析实践中该十字轴由于各种主客观原因，频繁发生断裂事故（断裂部位在十字轴耳轴根部过渡圆角处），有专家曾指出是静力学无法解释的原因，因此，该轧钢厂曾联合国内一家著名的大学对轧机进行了各种动力学

12、性能测试，结果发现该轧机在运转时产生很大的附加弯矩和水平力，在它们的综合作用下，导致十字轴在远没有达到其设计寿命前失效，右图为十字轴断口形貌。 检测方案确定(1)仪器：通用A 型脉冲反射式超声波探伤仪CTS22 型、CTS23 型和CTS26 型。(2)探头：2.5MHz:双晶探头；2.5MHz 微型斜探头。(3)试块：用实际检测的十字轴制做。(4)探伤步骤：由于检测的目的只要达到检测出裂缝扩展到半径方向5mm 以上（现场经验），就认为十字轴失效，基于此设计探伤步骤。探伤前必须先经外观检查，方可进行超声波探伤。对十字轴上的的污垢（主要是油脂）和氧化皮等必须进行清除。清除的宽度应能保证探头沿十字

13、轴前后有足够的移动距离。探伤操作人员首先必须了解十字轴钢的材质、加工工艺等。对容易出现的缺陷应事先有所估计，以便在探伤时对裂缝作出合的分析和判断。以上工作做好之后，就可以将探头沿十字轴每一个耳轴的圆心向外检测，直到探测到裂缝的存在为止，并据检测信号的强弱来做出十字轴维修的决策。现场多次的实践证明了该方法的可行性，为企业合理安排检修作业提供了正确的信息，避免了十字轴断裂事故的发生。参考文献：1赵凤兰，等异型紫铜管对接焊缝超声波检测J无损检测，1997，19(8):232-2342张贞勇,宫经彪超声波技术在提升短节检验中的应用J石油钻探技术，2002,30(5):51-523董文生球罐对接焊缝的超

14、声波探伤J石化技术，2003，10(3):32-354美国无损检测学会美国无损检测手册 超声卷（上册）M1996，5，第1 版五、射线探伤（RT）利用X射线或g射线来检验零件内部缺陷的方法，称为射线探伤。原理：不同的物质对射线的吸收和衰减作用是不同的。当射线穿过密度大的物质时，被吸收的多，由于缺陷处的密度与金属本身的密度不同，因此在零件下面的底片上就会产生不同的感光度，即在底片上显示出零件内部缺陷的大小、种类、分布状态等。g射线比X射线的穿透力强，但灵敏度不如X射线。优点：适用于所有材料，底片可永久保存，可展示内部缺陷的大小、形状和位置等。缺点：射线对人体有害，缺陷的深度很难辨别，成本高（底片

15、、暗室。化学药品等），厚件的曝光时间长，零件的两面都能操作等。发展方向:现有常规设备的改进（如；减少重量和体积等），计算机的应用，提高胶片的质量（系列化），开发便携式可移动的高能射线加速设备等。下面就其中X射线做一简要介绍，X射线探伤在压铸生产中的应用探伤装置对压铸成型工艺及模具设计改进所起的作用安全件 上海德尔福的滑块（下图） 过程描述:首次试压，在力劲160T压铸机上进行压铸，按以下参数进行试验：压射压力100MP;高速2.6m/s，低速0.15m/s.慢压射行路300mm,留模时间3s.缺陷分析：根据探伤图像（下图）显示，在铸件上可以看到很多零散分布的亮点（在零件主体内），这就说明，铸件内部多气孔、组织稀疏、成型不好。 形成原因：压铸过程中，喷涂时卷入气体，形成气孔；模具温度过低，金属液流不顺畅；压射速度不够，填充不充分；排气效果不好。改进措施：调整压铸工艺，减少喷涂量，增加吹气时间，增加快压射速度；更改模具，改进横浇道，加宽内浇口，增加其截面积，减少填充阻力；增加排气道（如图）。 结果：按工艺进行压铸， 再通过探伤图像（下图）与之前对比，效果有了明显改善。通过与ASTM E1025标准对比，符合产品的要求。目前，该零件处在批量生产阶段，通过日常品质探伤检测，保证了产品质量要求。结论通过实践证明：射线探伤应用在生产过程中，作为先进的检测手段为产品品质的提高，起到了不可忽