金属无损检测技术PPT课件

1、第一章第一章 绪论绪论 一、无损检测的意义一、无损检测的意义 1、控制和改进产品质量 2、保证材料、零件和产品的可靠性 3、保证设备的安全运行 4、提高生产效率、降低成本 应用阶段：应用阶段： 1、设计阶段 2、研制生产阶段 3、使用阶段第1页/共160页第一章第一章 绪论绪论 为按规定的质量要求制造产品：为按规定的质量要求制造产品： 1、首先必须知道所采用的制造工艺是否适宜 2、根据预定的制造工艺制作试样或试制品，对其进行无损检测 3、一边观察检测结果，一边改进制造工艺，并反复进行试验 4、最后确定满足质量要求的产品制造工艺第2页/共160页第一章第一章 绪论绪论 二、无损检测的特点二、无损

2、检测的特点 1、无损检测和破坏性检测 2、无损检测的实施时间 无损检测的时间必须是评定质量的最适当时间，应该在对材料或工件的质量有影响的每道工序之后进行。 经过焊接和热处理的材料会出现延迟断裂现象，一般至少要放一昼夜，然后再作检测。 3、无损检测结果的可靠性第3页/共160页第一章第一章 绪论绪论 4、无损检测方法和检测规范的选择 无损检测理论依据：物理性质 应用：1）材料在射线辐射下呈现的性质 2）材料在弹性波作用下呈现的性质 3）材料的电学性质、磁学性质、热学性质以及表面能量的性质 5、无损检测结果的评定 无损检测结果的判断技术是有关物理、化学、机械、电气及材料等高度综合性的技术。第4页/

3、共160页第一章第一章 绪论绪论 三、无损检测技术的种类三、无损检测技术的种类 分类：分类： 1）声学法：超声法、电磁超声法、涡流超声法 2）射线法：X射线透照法、中子射线照相法 3）电磁法：涡流法、漏磁法、磁记忆法 4）化学、分析法：渗透法、化学定位法、电解检测法 5）机械、光学、热学法：机械测试法、光弹法、红外法 常用：常用：超声波检测、射线检测、磁粉检测、涡流检测和渗透检测第5页/共160页第一章第一章 绪论绪论 四、无损检测技术的发展四、无损检测技术的发展 1）20世纪60-70年代，无损检测技术发展的兴旺时期 2）20世纪80年代，迅速走向工业现场和实用化 无损检测技术从单纯的无损探

4、伤NDI和无损检测NDT向无损评价NDE发展过渡 3）目前，无损检测诊断技术正向快速化、标准化、数字化、程序化和规范化的方向发展 检测对象：检测对象：以金属材料为主，金属材料中以钢铁为主，但在复合材料、胶接结构、陶瓷材料以及记忆合金等功能材料中也越来越广泛第6页/共160页第一章第一章 绪论绪论 五、无损检测技术在铁路上的应用五、无损检测技术在铁路上的应用 1、在车辆维修中的应用 为了保证列车运行安全，在车辆的整个寿命期内，都必须对车辆零部件进行非破坏性检查，以确保零部件的使用可靠性。 铁路机车车辆组成：车体、转向架、制动装置、连接和缓冲装置 检修：日常检修、周期检修、架修、大修第7页/共16

5、0页第一章第一章 绪论绪论 2、机车车辆转向架无损检测 转向架组成：转向架组成：轮对轴箱装置、弹簧悬挂装置、构架（侧架）、基础制动装置和车体支承装置 轮对：轮对：一根车轴和两个相同的车轮组成，采用过盈配合。 车轴：车轴：有实心轴和空心轴之分，无损检测方法主要有磁粉检测法和超声波检测法 车轮：车轮：故障检测方法主要有静态检测法和动态检测法两种。第8页/共160页第一章第一章 绪论绪论 静态检测：静态检测：车轮在检修过程中，从转向架上卸下，再用相应的检测仪器或装置进行测量。 特点： 1）检测效率低 2）工人劳动强度大 3）不能在线发现运行中车轮的故障 4）不便于信息化管理第9页/共160页第一章第

6、一章 绪论绪论 动态检测：动态检测：铁路机车车辆在运行过程中对车轮进行的检测 优点：非接触、检测速度快、在线测量 检测方法：超声波检测法 电磁超声（EMAT）检测法 振动加速检测法 光学图像检测法第10页/共160页第一章第一章 绪论绪论 3、机车车辆滚动轴承无损检测 滚动轴承轴箱装置： 分类：分类：有轴箱的圆柱滚动轴承轴箱装置（客车） 无轴箱的圆锥滚动轴承轴箱装置（货车） 特点：特点： 1）除承受车辆载荷外，还直接承受着轮轨间发生的振动、冲击，其可靠性直接关系行车安全。 2）寿命的离散性很大 检测：检测：在全国铁路主要干线上都安装了大量的红外线轴温探测系统，并形成了探测网络。第11页/共16

7、0页第一章第一章 绪论绪论 4、铁路钢轨无损检测 钢轨是机车车辆运行的基础 受力：按方向分：垂直力、横向水平力、纵向水平力； 按性质分：弯曲应力、接触应力、残余应力、局部应力、温度应力 损伤形式：压缩、伸长、弯曲、扭转、压溃、磨损、断裂 检测方法：手推式和全自动式轨道检测车相结合的方式，采用超声波检测法和涡流检测法第12页/共160页第一章第一章 绪论绪论 5、机车车辆无损检测基本方法 超声波检测法： 射线检测法：常用射线照相、射线实时成像 磁粉检测法：不适用于非铁磁性零件 涡流检测法： 渗透检测法：第13页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 一、概述一、概述 超声波检测：超声波检

8、测：超声波利用在介质中传播时，声波的反射、衰减和散射等特性，对各种尺寸的金属和非金属材料以及构件、电站设备、船体、锅炉、压力容器、机车车辆轮轴等进行检测。第14页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 优点：优点： 1）适用范围非常广 2）超声波对人体和环境无害 3）在确定工件内部缺陷的大小、取向、埋藏深度以及性质等参量时，较之其他无损检测方法具有综合优势 4）超声波检测提供多种测量结果的显示方式，测试数据和波形可存储，以供进一步分析和使用。第15页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 局限性：局限性： 1）对于表面和非常接近表面的某些缺陷常常难以检测 2）时间形状太复杂，对

9、超声波检测的可实施性有很大影响 3）材料的某些内部结构，会使缺陷检测的灵敏度和信噪比降低 4）对缺陷作定性、定量表征，常常是不准确的，需要检验者具有丰富的经验 5）以常用的压电换能器为声源时，为使超声波有效进入试件，一般需要耦合剂。第16页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 二、超声波检测的物理基础二、超声波检测的物理基础 1、超声波及其类型、超声波及其类型 波按性质分可分为机械波和电磁波。 超声波是一种频率f大于20kHz的机械波。 产生条件：产生条件： 1）高频振动源（频率大于20kHz） 2）传播振动状态的弹性介质 注意：注意：波动只是振动状态的传播，介质中各质点并不随波前进

10、，而只以交变的振动速度在各自的平衡位置附近振动。第17页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 超声波的种类超声波的种类 根据介质质点的振动方向与波动传播方向的关系分类 1）纵波）纵波 介质中质点的振动方向与波的传播方向相互平行的波 特点： A、纵波也称压缩波或疏密波 B、纵波在介质中传播时，仅使介质各部分改变体积而不产生转动。 C、任何弹性介质中都能传播第18页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 2）横波）横波 质点振动方向垂直于传播方向的波 特点： A、切变波 B、在介质中传播时，仅使介质各部分产生形变而体积不变 C、不能在液体和气体中传播第19页/共160页第二章第二

11、章 超声波检测超声波检测 3）表面波）表面波 固体介质表面受到交替变化的表面张力作用，使介质表面的质点发生相应的纵向振动和横向振动，结果使质点绕其平衡位置作椭圆振动，该椭圆振动又作用于相邻的其他质点而在介质表面传播。 特点： A、固体介质表面受到交替变化的表面张力作用 B、瑞利波 C、表面介质质点作椭圆运动 D、表面波传播深度约1-2个波长范围第20页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 4）板波）板波 当板状弹性介质受到交替变化的表面张力作用而且仅当入射角、频率和板厚为特定值时方可产生。 分类： 对称型板波：质点振动的相位相反 非对称型板波：质点振动的相位相同第21页/共160页第

12、二章第二章 超声波检测超声波检测 注意： 固体介质可以传播纵波、横波、表面波和板波，而液体、气体只传播纵波。第22页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 声速声速 1）纵波、横波、表面波声速 介质的弹性性能越强，密度越小，则声速越高； 对于无限固态介质，横波声速约为纵波声速的一半； 表面波声速约为横波声速的90%，因此表面波常称为慢波。 2）兰姆波声速 相速度：声波沿行进路线变更相位的速度； 群速度：声能变更的速度。第23页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 3、超声场及其特征参数、超声场及其特征参数 超声场：充满超声波的空间超声场：充满超声波的空间 1）声压）声压 在有

13、声传播时，介质中某一点的压强超过没有声波存在时的静态压强的量值。 单位：帕斯卡（Pa）第24页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 2）声强度）声强度 在垂直于超声波传播方向上单位面积单位时间内通过的声能量。 规律： A、声强与质点振动位移振幅的平方成正比 B、声强与质点振动位移角频率的平方成正比 C、声强与质点振动速度振幅的平方成正比 D、声强与声压振幅的平方成正比第25页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 3）声阻抗）声阻抗 声场中某点的声压与该点的质点的振动速度之比 单位：瑞利 反映了介质的传声特性，是介质固有的一个常数，所以也称固有声阻抗。 4）声压级和声强级）声

14、压级和声强级 在声学中使用对数标度来度量声压和声强，称为声压级和声强级 单位：分贝（dB）第26页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 3、超声波在平面界面上的反射与折射、超声波在平面界面上的反射与折射 1）反射定律）反射定律 对同一波型，入射角等于反射角 入射角、反射角和界面法线在同一平面内 2）折射定律）折射定律第27页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 3）超声波垂直入射到两种介质的截面时发生的反射和透射）超声波垂直入射到两种介质的截面时发生的反射和透射 一部分超声波从界面垂直反射回来，其路径与入射波相同，传播方向相反；其余部分透入第二介质，传播方向和波形均与入射波

15、相同。 当两种介质的特性阻抗相差很大时，超声波在这种界面上几乎全反射。 当超声波从钢传播到钢与空气的界面时，几乎100%被反射，因此当钢试件中有气隙存在时，很容易被发现。而钢种有非金属夹杂物，由于它的特性阻抗与基体相近，反射波较弱，则不易被发现。第28页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 4）超声波垂直入射到多层界面上时的反射和透射）超声波垂直入射到多层界面上时的反射和透射 A、当超声波垂直入射到位于均匀介质中的薄层时，若薄板的厚度等于半波长的整数倍，则超声波全透射，无反射。 B、当薄板厚度等于波长四分之一的奇数倍时，声压反射率达极大值，透射率为极小值。 C、当薄板很薄时，声压反射

16、率很低，透射率很高。第29页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 5）波型转换）波型转换 A、固-固界面 纵波倾斜入射到固-固界面上，因波型转换，在反射波和折射波中既有纵波，又有横波。 B、固-气界面 入射超声波在界面上全反射，反射波含有纵波和横波。 C、液-固界面 在液体中只存在反射纵波，在固体中则同时存在折射纵波和折射横波。第30页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 4、超声波在弯曲界面上的反射与折射、超声波在弯曲界面上的反射与折射 1）超声波在弯曲界面上的反射）超声波在弯曲界面上的反射 平面波入射时，曲面为凹面，则反射波汇聚于一个焦点上，称为实焦点；曲面为凸面，反射

17、波向四周发散，但其反向延长线汇聚于一点，称为虚焦点。 球面波类似第31页/共160页第二章第二章 超声波检测超声波检测 2）超声波在弯曲界面上的折射）超声波在弯曲界面上的折射 平面波入射曲面时的透射情况取决于界面的弯曲方向和两边介质的声速比。 对于凹面，c1c2时汇聚，反之发散； 对于凸面， c11.02MeV才能产生电子对，即电子对效应主要发生在高能X射线。电子对效应随材料原子序数Z的增加而增大。第105页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 2）射线的散射）射线的散射 A、康普顿散射（非弹性散射）、康普顿散射（非弹性散射） 当X射线的入射光子与物质的一个壳层电子碰撞时，光子的一部分能

18、量传给电子并将其击出轨道。电子从原子空间中以与光子初始运动方向成角的方向射出而成为康普顿电子。 光子本身减少了能量则朝着与自己初始方向成角的方向散射而成为散射光子。第106页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 B、瑞利散射（也称为汤姆逊散射或弹性散射）、瑞利散射（也称为汤姆逊散射或弹性散射） 当X射线的入射光子与原子中束缚很紧的电子碰撞时，光子将与整个原子之间交换能量。由于原子的质量比光子大得多，散射光的频率不会显著改变，其波长也与入射线相同。 3）四种效应间的相互关系）四种效应间的相互关系第107页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 4）衰减系数）衰减系数 衰减系数取决于散射

19、系数和吸收系数的大小。 衰减系数不仅与试件材质的特性有关，而且与入射射线的能量有关。 入射射线的波长越长，衰减系数越大，即射线透过试件的能量衰减越大。第108页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 物质对光子能量的吸收规律物质对光子能量的吸收规律 A、单色、单色X射线入射：射线入射： 入射波长越长，线质越软，吸收越大，衰减曲线斜率越大。 B、连续、连续X射线入射：射线入射： 波长较长的射线比波长较短的射线容易被材料吸收。 故透过一定厚度的材料后，射线的平均波长变短，衰减系数变小。第109页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 半价层半价层 半价层是使射线强度衰减一半的物质厚度。 一

20、定波长的射线对一定的材料有恒定的半价层。 单色X射线，对于一定的材料，各半价层厚度相等； 连续X射线，半价层的厚度随着射线的硬化而增加。第110页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 三、射线检测装置三、射线检测装置 1、X射线机射线机 1）类型）类型 移动式移动式X射线机射线机 体积和重量都比较大，适用于实验室、车间等固定场所使用。一般管电压较高，管电流较大，可以照透较厚的工件，并可节省透照时间。 携带式携带式X射线机射线机 体积小、重量轻，适合与流动性检测或大型设备的现场检测。第111页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 2）X射线管射线管 种类：种类： 按阳极冷却方式：油浸

21、自冷式X射线管、水循环冷却式X射线管； 按X射线的辐射方向：定向辐射式X射线管、360周向辐射式X射线管； 按X射线管壳体材质：玻璃壳X射线管、金属陶瓷X射线管第112页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 内部结构：内部结构： A、阴极、阴极 由灯丝和围绕灯丝的阴极罩组成。 阴极形状可分为圆焦点和线焦点两种。 B、阳极、阳极 由阳极靶、阳极体和阳极罩组成。 C、焦点、焦点 阳极靶上接受电子撞击的地方。 焦点分实际焦点（几何焦点）和有效焦点（光学焦点）。第113页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 X射线管的冷却射线管的冷却 冷却方式：冷却方式：水循环冷却、强循环油冷却、辐射散热

22、 冷却介质：冷却介质：变压器油、水和空气 推荐：推荐：六氟化硫气体 优点：优点：重量轻、寿命长、稳定且散热效果好 缺点：缺点：对密封要求较高第114页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 X射线管的高真空度射线管的高真空度 X射线管是在高电压、高温条件下工作的，所以X射线管内必须具备高真空度才能正常工作，如果真空度不够，管内残留气体在高电压下发生电离。 阳极体采用无氧纯铜，严密焊好，严格除气。 管内发出蓝绿色或紫红色的辉光，说明X射线管已经漏气，不能继续使用。第115页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 X射线管的性能：射线管的性能： A、灯丝发射特性、灯丝发射特性 B、阳极特性

23、曲线、阳极特性曲线 C、负载特性、负载特性第116页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 3）基本高压电路）基本高压电路 自整流电路：自整流电路： 由X射线管完成整流，结构简单，但当逆电压加在X射线管两端时，如果阳极冷却不良，则可能产生反向电流。 非自整流电路：非自整流电路： 设置专门整流器件和相应电路来完成整流，并改善输入电压波形，从而提高了X射线输出效率。第117页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 2、?射线机射线机 多采用照相方法。 要求能很好地预防?射线对人体的危害，使用灵活方便，不易发生故障，能按需要发射一定宽度的锥形射线束或进行圆周曝光。 按放射性活度大小分为轻便型

24、轻便型和移动式移动式仪器两种。 基本结构基本结构包括：?射线源、源容器、输源机构和控制机构。第118页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 四、射线透照工艺四、射线透照工艺 1、灵敏度与像质计、灵敏度与像质计 1）绝对灵敏度）绝对灵敏度 指在射线透照的底片上所能发现的工件中沿射线透照方向上最小缺陷的尺寸。 2）相对灵敏度）相对灵敏度 指所能发现的最小缺陷尺寸占被透照工件厚度的百分比。第119页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 3）像质计）像质计 一种带有人工缺陷用以确定射线透照灵敏度的标准件。 丝质像质计：丝质像质计：由一组不同直径、等距平行排列的金属丝构成，这些金属丝被固定在

25、具有弱吸收系数的包壳中，丝的直径按几何级数递增。 孔片型像质计：孔片型像质计：分为阶梯孔型像质计、平板孔型像质计。 使用应注意：使用应注意：必须按标准规定使用；正确的摆放位置；每张底片原则上都必须有像质计。第120页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 2、影响射线照相灵敏度的因素、影响射线照相灵敏度的因素 1）几何不清晰度）几何不清晰度 由于实际的放射源总有一定大小，不是理想的点源，使射线照相底片上的影响边缘产生了半影区。半影区的大小，称为射线检测的几何不清晰度。 2）射线能量）射线能量 对底片黑度差（对比度）的影响 对固有不清晰度（胶片不清晰度）的影响第121页/共160页第三章第三

26、章 射线检测射线检测 3）增感屏）增感屏 是一种可用来缩短射线照相曝光时间和提高照相效果的、贴附在X射线胶片上的增感材料薄片或薄膜。 荧光增感屏荧光增感屏 金属增感屏金属增感屏 金属荧光增感屏金属荧光增感屏第122页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 4）胶片的感光作用及选择）胶片的感光作用及选择 X射线胶片结构：射线胶片结构：保护膜、感光乳剂层、底膜、片基 感光作用及其暗室处理：感光作用及其暗室处理：曝光显影中间冲洗定影冲洗烘干 底片的黑度：底片的黑度：黑度值的大小不适当，将会降低底片灵敏度。 胶片的特性曲线：胶片的特性曲线：分为增感性胶片的特性曲线和非增感性胶片特性曲线 胶片的选择

27、：胶片的选择：物体的厚度和材料以及X射线机的电压范围；射线照相质量或缩短曝光时间的要求；没有一定的规律可循。第123页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 5）曝光曲线）曝光曲线 曝光曲线是表示工件（材质、厚度）与工艺规范（管电压、管电流、曝光时间、焦距、暗室处理条件等）之间相关性的曲线图示。 通常选择工件的厚度、管电压和曝光量作为可变参数，其他条件必须相对固定。第124页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 曝光曲线的基本使用方法：曝光曲线的基本使用方法： A、测量被检工件的厚度 B、在曲线上找到该厚度工件所需的曝光量，并取电压低的曝光量 C、根据所选用X射线机的最大电流获得应采用的曝光时间第125页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 6）散乱射线的预防）散乱射线的预防 来源：来源： 危害：危害：辐射方向不定；散射线能量低。 措施：措施：限制一次射线的辐射范围；采用滤波板；被透工件的局部遮挡；防止背散射；减少散射线的作用时间；胶片应尽可能与工件贴近。第126页/共160页第三章第三章 射线检测射线检测 3、底片评定、底片评定 1）对底片本身质量的评定）对底片本身质量的评定 底片灵敏度 底片黑度 标记系 表观质量 2）对缺陷性质的评定）对缺陷性质的评定 3）对缺陷大小和位置的测定）对缺陷大小和位置的测定 4）工件质量等级的评定）工件