第7讲-第七章-无损检测新技术

第七章无损检测新技术

本章重点：1、声发射探伤特点；2、声发射探伤设备的基本要求；3、声发射源分类；4、红外探伤原理及红外探伤仪分类；5、激光全息探伤原理；6、中子射线与物质作用特点。第七章无损检测新技术

一、声发射探伤技术（一）声发射探伤基础

1．声发射现象

材料或结构在外力或内力作用下产生变形或断裂时，以弹性波形式释放出应变能的现象叫作声发射。换句话说，声发射是材料或结构中局部区域快速卸载使弹性波得以释放的结果，即是一种常见的物理现象。绝大多数金属材料塑性变形和断裂时都有声发射发生，但声发射信号的强度很弱，人耳不能直接听到，需要借助灵敏的电子仪器才能检测出来。用仪器检测、分析声发射信号，并利用声发射信号来推断声发射源的技术，称为声发射技术。所有的焊接缺陷都可以成为声发射源，平面型缺陷比非平面型缺陷更容易成为声发射源，这是因为平面型缺陷的应力集中系数高，更容易引起局部屈服产生新的开裂。

2．声发射信号的表征参数声发射换能器所检测到的信号是经过多次反射和波型变换的复杂信号。所以目前说明声发射信号的表征参数是针对仪器输出波形而言的。这些参数主要有声发射事件计数、平均事件计数、振铃计数、平均振铃计数、振铃事件比、幅度分布、能量和能量率等。第七章无损检测新技术

3．声发射探伤特点声发射探伤与常规无损探伤方法相比具有以下特点：

(1)声发射探伤仪显示和记录那些在力的作用下扩展的危险缺陷。

(2)声发射探伤对扩展中的缺陷有很高的灵敏度，可以探测到零点几微米数量级的裂纹增量。

(3)声发射探伤过程对工件表面状态和加工质量要求不高。

(4)缺陷尺寸及在焊缝中的位置和走向不影响声发射探伤结果。

(5)声发射探伤与射线照相法和超声波探伤相比，受材料的限制比较小。第七章无损检测新技术

（二）声发射探伤设备简介

1．声发射探伤设备的基本要求

(1)应具有较高的检测灵敏度声发射信号单个事件的持续时间很短，通常在0.0l-100微秒范围内，声发射脉冲的上升时间一般在几十至几百毫微秒范围内。而且声发射在工件表面上产生的垂直位移约为10-4-10-10mm。

(2)应具有较宽的频率选择范围因为声发射信号本身具有很宽的频率范围，因此也要求声发射探伤仪能在较宽的频率范围内选择检测的频率窗口。

(3)对各种噪声具有较强的抑制和鉴别能力因为声发射探伤常在各种机械噪声、流体动力噪声及电气噪声下进行，而有些噪声（例如夹具之间、夹具与工件之间因摩擦而产生的噪声）其特性与声发射信号十分相似，所以要求声发射探伤仪要有较强的抑制和鉴别噪声的能力。第七章无损检测新技术

2.声发射探伤设备目前声发射探伤仪大体上可以分为二类：一类是单通道声发射探伤仪；另一类是多通道声发射探伤仪。第七章无损检测新技术

（三）声发射探伤在焊接中的应用在焊接领域中声发射技术已成功地应用于役前、在役压力容器结构完整性检测评定上。

1．在役、役前压力容器结构完整性检测评定有相当数量的在役压力容器，普遍存在着各种先天性（制造中遗留）和后天性（使用中产生）缺陷，未能得到及时检验和处理。声发射技术可应用于在役压力容器检修水压试验，发现活动性缺陷源，定出位置后再用常规无损探伤方法对局部活动源进行重点复查，这样不仅大大减少了常规无损探伤工作量，加快检修速度，而且免去了相当数量超标缺陷的返修，提高了经济效益。同时也真正确保压力容器的安全使用。役前水压试验声发射检测评定方法与在役压力容器检修声发射检测评定方法相同。第七章无损检测新技术

2.加载压力及保压台阶的确定在役压力容器的声发射检测应在容器加载过程中进行，加载程序一般包括升压、保压过程。最高加载压力最好稍高于原出厂时的水压试验压力，至少不得低于最高使用压力的1.25倍。

3.声发射源分类声发射源通常根据声发射源的活动度或强度分类。声发射源的活动度是指声发射源区事件计数或振铃计数在加载过程中的变化率。按活动度发射源分为1、2、3型，1型最强。声源的强度是由经过距离修正的声发射源平均振铃计数和平均幅度分别与总事件的平均振铃计数和平均幅度的比值来决定。按强度分类由强到弱分为I、II、III型。综合声发射源的活动度和强度，可把声发射源严重性分为A、B、C三级，其中A级源最严重、B级源严重、C级源不严重。第七章无损检测新技术

二、红外线探伤技术红外线探伤是建立在传热学理论上的一种无损探伤方法。在探伤时，可将一恒定热流注入工件，如果工件内存在有缺陷，由于缺陷区与无缺陷区的热扩散系数不同，那么在工件表面的温度分布就会有差异，内部有缺陷与无缺陷区所对应的表面温度就不同，由此所发出的红外光波（热辐射）也就不同。利用红外探测器可以响应红外光波（热辐射），并转换成相应大小电信号的功能。逐点扫描工件表面就可以得知工件表面温度分布状态，从而找出工件表面温度异常区域，确定工件内部缺陷的部位。（一）红外线探伤仪

1．红外线探伤仪工作原理典型的红外线探伤仪工作原理如图所示。第七章无损检测新技术

来自工件的红外光波经光学系统1的反射、聚焦后，由分光镜将其反射至调制盘2，调制盘将来自工件和标准红外光源5的红外光波轮流交替地送入红外探测器6中，由它转换成相应大小的电信号输出，输出的这些信号经窄带放大器7、参考信号发生器8、同步整流器9和信号处理及显示装置10后，得到工件表面被检测点的温度。第七章无损检测新技术

2．红外探伤仪分类红外线探伤仪有红外线热像仪和辐射计两类。

(1)红外线热像仪可把来自工件表面的温度分布变成直观而形象的热图。

(2)辐射计就是视场固定的点探测仪。辐射计仅提供一点或一条线的温度分布状态。

3．红外线探测器红外线探测器是红外线探伤仪中的关键部件，它的质量直接关系到探伤仪性能的优劣。红外线探测器分为热探测器和光探测器两类。

(1)热探测器它利用入射的红外线引起探测器材料温度变化，使与温度有关的一些物理参数发生变化，通过这些物理参数的变化来确定所吸收的红外线辐射量。第七章无损检测新技术

(2)光电探测器它利用某些半导体材料在入射红外线照射下产生光电效应，致使导电性发生变化，进而反应出所吸收红外辐射的强弱。（二）红外线探伤方法分类

1．按检测方法分类按检测方法可分为主动式和被动式两类。其中，主动式是在加热被检工件同时或加热后，用红外线探伤仪扫描工件表面进行探伤的方法。

2．按被检工件加热状态分类按被检工件加热状态，可分为稳态和非稳态加热红外线探伤两类。

3．按工件表面温度状态显示方式分类按显示方式可分热图法、温度分布曲线法和逐点测温法三类。第七章无损检测新技术

（三）红外线探伤在焊接检验中应用焊接接头的红外线探伤常采用主动式探伤方法。

利用红外灯泡1非接触加热点焊接头，采用双面法探伤。把接头处加热至80-100℃，从放置热像仪的一侧冷却接头十几秒钟后，在显示装置荧光屏上就能很清楚地显示出接头的等温线直径。将它与标准点焊接头的等温线直径相比，凡等温线直径大于标准点焊接头等温线直径的接头质量合格，否则，则存在未焊透。第七章无损检测新技术

三、激光全息探伤（一）全息照相原理

从激光器发出的光，经分束器分成两束，一束经分光镜直接投射到记录媒质上，称为参考光；另一束经物体反射（或透射）之后也达到记录媒质。参照光和物光在记录媒质上相干叠加，并使之感光，这样就摄得一张全息照片。第七章无损检测新技术

一张全息照片或全息图，用眼睛直接观看时只是灰蒙蒙的半透明片，绝对看不出物体的形象。要再现全息照片上所记录的物，还需要用相干光照射全息照片。第七章无损检测新技术

因为这种照相术能获得景物的每个细节辐射或反射光波的全部信息，所以叫做“全息照相”。全息照片记录来自物体上各点光的全部信息。这也是全息照相与普通照相的一个重要不同之处。普通的照相只能显示物体的一个平面像，不能反映物体的全部情况。全息照相的第二个特点是能以一斑而知全貌。当全息照片被损坏，即使是大半损坏的情况下，我们仍然可以从剩下的那一小半上看到这张全息照片上原有物体的全貌。这对于普通照片来说就不行，即使是损失一只角，那只角上的画面也就看不到了。全息照的第三个特点是在一张全息底片上可以分层记录多幅全息照，而且在它们显示画面时不会互相干扰。正是这种分层记录，使得全息照片能够存储巨大的信息量。第七章无损检测新技术

（二）激光全息探伤方法

1.激光全息探伤原理对于不透明的工件来说，激光只能在它的表面发生反射，反映工件的表面状况。但工件表面与内部的情况有关联，在被检工件上加一个并不使工件受损的机械力、热应力或振动力，在内部缺陷所对应的表面区域将产生一个比周围（无缺陷区所对应的表面）大一些的微量位移。激光全息无损探伤就是把工件在受力和不受力两种状态下所获得的全息图加以比较找出异常，确定缺陷。

2．激光全息探伤方法分类激光全息探伤按观察工件表面微量位移的方法，分有实时法、两次曝光法和时间平均法三种。

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3．激光全息探伤加载方式激光全息探伤的加载方式有内部充气法、表面真空法、加热法和声振法四种。内部充气法比较适合于管道、小型压力容器、蜂窝式结构。表面真空法比较适合于迭层、板状结构。加热法是一种最简单而有效的方法，对工件表面施加一个急骤的热脉冲，如用一盏灯扫描被检工件表面几秒钟，就可使其弯曲，而达到探伤的目的。声振法是把一个宽频带的换能器(常用压电晶体)胶接在工件表面上，调节驱动电压来改变激振频率，在工件振动期间摄取全息图。

4.激光全息探伤在焊接中的应用激光全息探伤在焊接检验中主要应用于小型压力容器、蜂窝状夹层和迭层胶接结构件的探伤。第七章无损检测新技术

四、热中子照相法探伤（一）中子射线与物质作用特点中子射线与物质作用的特点与γ射线、X射线相比不同。X射线、γ射线主要是与物质的核外电子相互作用，形成吸收和散射。而中子射线是不带电的中性微粒，与核外电子几乎没有什么作用，它主要是与物质的原子核相互作用，形成吸收和散射。中子射线的质量吸收系数与原子序数无规律而循，轻元素的吸收系数大，而重元素的吸收系数反而小。由于存在这一差别，使中子照相具有不同于X射线照相的特点。对X射线较难穿透的铅、铋钚、铀一类重元素，采用中子照相法探伤则比较容易，所以中子照相法探伤可以作为X射线照相法探伤的重要补充。第七章无损检测新技术

（二）热中子照相法探伤特点

1．热中子照相法探伤方法由反应堆、加速器等中子源所发出的中子，经周围的含氢物质（慢化剂）减慢速度后的中子叫热中子。从中子源发出的中子射线不能用于探伤，只有热中子射线才可以用于探伤。热中子照相法探伤与X射线、γ射线一样，是利用射线在物质中的衰减作用为基础而进行的。但与X射线、γ射线照相法探伤不同的是透过物质的中子射线并不能使X光胶片感光，而是要通过转换屏激发出α、β或γ射线再作用到X光胶片上使其感光。热中子照相常用的转换屏有两类：一类是锂、硼、镉和钆，它们在吸收热中子后放出瞬时低能粒子，另一类是铟，镝和银等，在俘获热中子后形成具有一定寿命的放射性同位素。第七章无损检测新技术

2．热中子照相法探伤分类根据转换屏的不同，热中子照相法探伤可分为直接曝光法和间接曝光法两种。