《铁路轨道维护》课件-无损检测

钢轨探伤概述无损检测一般知识1超声探伤2涡流探伤3目录01PARTONE无损检测一般知识1.无损检测：无损检测（NDT）是一门综合性的应用科学技术，它是在不改变或不影响被检对象使用性能的前提下，借助物理手段对其进行宏观与微观缺陷检测、几何特性度量、化学成分、组织结构和力学性能变化的评定，并进而就其使用性能作出评价的一门学科。（日常生活中无损检测方法常被用，如：“拍皮猜瓜”听声响或凭手感）常见的这种检测方式。无损检测技术方法必须确保检测结果的准确性和可重复性。一、无损检测的定义1.无损探伤:对产品质量作出评价。无论是铸件、锻件焊接件钣金件或机加工件以至非金属结构都能应用无损检测技术探测它表面或内部缺陷，并进行定位定量分析。2.材料检测:用无损检测技术测定材料的物理性能和组织结构，能判断材料的品种和热处理状态，进行材料分选。3.几何度量:产品的儿何尺寸涂层和镀层厚度、表面腐蚀状态、硬化层深度和应力密度都能用无损检测技术测定，根据测定结果利用断裂理论确定是否进行修补和报废处理，对产品进行寿命评定。4.现场监视:对在役设备或生产中的产品进行现场或动态检测将产品中的缺陷变化信息连续提供给运行和生产部门实行监视。在高温、高压、高速或高负载的运行条件下尤其需要无损检测，如压力容器和钢轨的探伤等。二、无损检测的作用三、无损检测的特点1、不破坏被检对象。2、可实现100%的检验。3、发现缺陷并做出评价，从而评定被检对象的质量。4、可对缺陷形成原因及发展规律做出判断，以促进有关部门改进生产工艺和产品质量。5、对关键部件和关键部位在运行中作定期检查，甚至长期监控以保证运行安全，防止事故发生。无损探伤是无损检测（包括探伤、测量、评价）的一个重要组成部分，它是对材料、工件或组织进行非破坏性的检测和分析，以发现材料和构件中非连续性宏观缺陷（如：裂纹、夹渣、气孔等）为主要目的的检测。四、常用无损探伤方法四、常用无损探伤方法1、磁粉探伤（MT）原理：适用条件：1、铁磁性材料2、表面及近表面缺陷四、常用无损探伤方法2、渗透探伤（PT）原理：适用条件：1、表面开口缺陷（1）预清洗（2）渗透（3）清洗（4）显像（5）观察四、常用无损探伤方法3、涡流探伤(ET)原理：适用条件：1、导体2、表面及近表面缺陷四、常用无损探伤方法4、射线探伤(RT)原理：适用条件：1、

使用于内部缺陷的检测四、常用无损探伤方法5、超声波检测(UT)原理：超声波探伤是目前应用最广泛的无损探伤方法之一。超声探伤实际上是利用超声波作为探测手段（信号），对被检对象内部与表面进行探测，把原本不能被人们直接感知的固体内部的缺陷转换成某种能被人们感知的东西，有时被转换成肉眼可观察的波曲线图形或轮廓图形，有时被转换成人耳能听到的报警声音，有时被转换成数据能被人或计算机分析，从而使缺陷能被人们间接地感知到。四、常用无损探伤方法五种常规无损探伤方法比较项目项目探伤方法优点缺点适用范围射线适用于几乎所有材料探伤结果（底片）显示直观、便于分析探伤结果可以长期保存探伤技术和检验工作质量可以监测检验成本较高对裂纹类缺陷有方向性限制需考虑安全防护间题（如X、7射线的传播）检测铸件及焊接件等构件内部缺陷，特别是体积型缺陷（即具有一定空间分布的缺陷）磁粉直观显示缺陷的形状、位置、大小灵敏度高，可检缺陷最小宽度约为Ium几乎不受试件大小和形状的限制检测速度快、工艺简单、费用低廉操作简便、仪器便于携带只能用于铁磁性材料只能发现表面和近表面缺陷对缺陷方向性敏感能知道缺陷的位置和表面长度，但不知道缺陷的深度检测铸件锻件、焊缝和机械加工零件等铁磁性材料的表面或近表面缺陷（如裂纹）渗透设备简单，操作简便，投资小效率高（对复杂试件也只需一次检验适用范围广（对表面缺陷，一般不受试件材料种类及其外形轮廓限制只能检测开口于表面的缺陷，且不能显示缺陷深度及缺陷内部的形状和尺寸无法或难以检查多孔的材料，检测结果受试件表面粗糙度影响难以定量控制检验操作程序，多凭检验人员经验、认真程度和视力的敏锐程度用于检验有色和黑色金属的铸件、锻件、粉末冶金件、焊接件以及各种陶瓷、塑料、玻璃制品的裂纹、气孔、分层、缩孔、疏松、折叠及其他开口于表面的缺陷涡流适于自动化检测（可直接以电信号输出）非接触式检测，无需耦合剂且速度快适用范围较广（既可检测缺陷也可检测材质、形状与尺寸的变化等）只限用于导电材料对形状复杂试件及表面下较深部位的缺陷检测有困难，检测结果尚不直观，判断缺陷性质大小及形状尚难用于钢铁、有色金属等导电材料所制成的试件，不适于玻璃、石头和合成树脂等非金属材料超声波适于内部缺陷检测，探测范围大、灵敏度高、效率高、操作简单适用广泛、使用灵活、费用低廉（1）探伤结果显示不直观，难以对缺陷作精确定性和定量（2）一般需用耦合剂，对试件形状的复杂性有一定限制可用于金属、非金属及复合材料的铸、锻、焊件与板材02PARTTWO超声探伤超声波探伤是依据定向辐射超声波束在缺陷界面上产生反射或使透过声能下降等原理，通过测量回波信息和透过声波强度变化来指示伤损的一种方法。1、波的概念1、波的定义：振动的传播过程。波动分为机械波和电磁波。2、机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。如水波、超声波等。3、电磁波是交变电磁场在空间的传播过程。如无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、y射线等。4、产生机械波的条件：要有作机械振动的波源。有能传播机械振动的弹性介质。5、波是振动状态的传播过程，也是振动能量的传播过程。但这种能量的传播，不是靠物质的迁移来实现的，也不是靠相邻质点的弹性碰撞来完成的，而是由各质点的位移连续变化来逐渐传递出去的，犹如人们传递砖块一样。2、声波的分类1、声波可分为：次声波、可闻声波和超声波。2、其分类依据：频率不同。3、各种声波的相同点：次声波、可闻声波和超声波都是在弹性介质中传播的机械波，在同一介质中的传播速度相同。4、各种声波的不同点：频率能引起听觉的机械波称为可闻声波，频率在20-20000Hz之间。频率低于20Hz的机械波称为次声波。频率高于20000Hz的机械波称为超声波。5、工业中常用的超声波频段为0.5-10MHz，钢轨探伤用的超声波频率为2MHz和2.5MHz。3、

超声波的基本物理量主要有波长、频率和声速三种波长λ：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离，用λ表示。常用单位为毫米(mm)或米(m)。频率f：波动中，任一点在1秒内所通过的完整波个数。波动频率在数值上同振动频率，单位为赫兹(HZ)。波速C：波动中，波在单位时间内所传播的距离，用C表示。常用单位为米/秒(m/s)或千米/秒(km/s)。三者关系：C=λf或λ=C/f由上式可知，波长与波速成正比，与频率成反比。当频率一定时，波速愈大，波长就愈长；当波速一定时，频率愈低，波长就愈长。3、

超声波的基本物理量需要注意的是在同一种物质中，同一种波型的波声速是固定值，只能改变的是频率和波长。如钢中纵波声速为5900m/s，横波声速为3280m/s。材料声速（km/s）纵波波长（mm）横波波长纵波横波2MHZ2.5MHZ2MHZ2.5MHZ钢5.93.232.952.361.6151.292有机玻璃2.731.431.731.090.7150.572尼龙10102.4--1.200.96----水1.48--0.740.59----油1.4--0.700.56----空气0.34--0.170.14----4、

超声波的优缺点1、超声波方向性好。超声波是频率很高、波长很短的机械波，在无损探伤中使用的波长为毫米数量级。超声波像光波一样具有良好的方向性，可以定向发射。2、超声波穿透能力强。超声波传播能量损失小，传播距离大，穿透能力强。3、灵敏度高。在钢与空气界面的反射率超过90%。4、高效低价。检测速度快，成本低。5、可检出各种取向的缺陷优点4、

超声波的优缺点1、检测结果受人为影响。对缺陷的评价主要取决于人为仪器的调节与判断2、探测面状态影响检测。探测面要求较高，不良的探测面影响探测灵敏度。3、工件形状影响检测结果。4、定量精度差。探测出缺陷当量与实际缺陷大水均有一定误差。5、受材料晶粒结构和组织均匀性限制缺点5、

超声波的分类常用的分类方式有以下两种：1、按振动持续时间分两类：连续波：波源持续不断地振动所辐射的波。超声波穿透法探伤常采用连续波。脉冲波：波源振动持续时间很短(通常是微秒数量级，1微秒=10-6秒)，间歇辐射的波。目前超声波探伤中广泛采用的就是脉冲波，钢轨探伤也用脉冲波。图上三种频谱是连续波，最下方是脉冲波按质点的振动方向与波的传播方向之间的关系，超声波可以分为四种类型：1、纵波（L）（1）定义：传播方向与质点的运动方向相一致。（2）传播条件：可以在任何状态下的弹性介质中传播。（3）实际例子：车轴端面进行穿透探伤检查；钢轨探伤中的0度探头都使用的是纵波。（4）别名：疏密波、压缩波（5）钢轨探伤中0度探头使用的是纵波探伤。2.横波（S）（1）定义：传播方向与质点的运动方向相垂直。（2）传播条件：只能在固体介质中传播。（3）实际例子：钢轨探伤中的37°、70°探头都使用的是横波。（4）别名：剪切波、切变波。5、

超声波的分类横波与纵波的对比3.表面波（R）（1）定义：质点只在一平面内作椭圆形振动，椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于传播方向。（2）传播条件：只在固体介质表面进行传播。(深度1-2个波长)（3）实例：表面波可以用来检测车轮踏面的裂纹、剥离、擦伤等缺陷。（4）别名：瑞利波。4.板波（1）定义：薄板中各质点的振动方向平行于板面，而垂直于波的传播方向。（2）传播条件：只能在薄板中传播。（3）别名：板波中最主要的一种是蓝姆波。(检测薄板)6、

超声波的传播特性1、波型转换：当超声波倾斜入射到界面时，除产生同种类型的反射和折射波外，还会产生不同类型的反射和折射波。2、钢轨探伤各探头发射的均为纵波，37°、70°探头是利用波型转换，在钢轨中产生横波进行探伤。3、钢轨探伤中缺陷检测利用最多的是反射原理，即有缺陷产生回波。7、

超声波探伤方法波的分类简图质点振动特点传播介质应用纵波L

介质质点振动方向平行于波的传播方向固体、液体和气体钢板、锻件探伤等横波S

介质质点振动方向垂直于波的传播方向固体焊缝、钢管探伤等表面波R

在介质表面传播时介质表面质点作椭圆运动，椭圆长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向固体钢板、锻件、钢管探伤等兰姆波对称型（S）

薄板中心质点作纵向运动，上下表面质点作相位相反并对称于中心的椭圆运动固体（厚度与波长相当的薄板）薄板、薄壁钢管（δ<6mm）非对称型（A）

薄板中心质点作横向运动，上下表面作相位相同的椭圆运动固体（厚度与波长相当的薄板）薄板、薄壁钢管（δ<6mm）1.

脉冲反射法，是超声波以持续极短的时间发射脉冲到被检工件内，当遇到缺陷和底面就会产生反射，根据反射法的情况来检测试件缺陷的方法称为脉冲反射法。7、

超声波探伤方法图下方为工件及探头情况，上图为波形显示2.

穿透法，原理是将两个探头分别置于被检工件的两个相对面，一个探头发射超声波，超声波透过被检工件被另一面探头所接收，若被检工件内存在缺陷，由于缺陷可引起超声波的衰减，因此透过超声波的能量减少，根据能量减少的程度可判定缺陷的大小。7、

超声波探伤方法上图所示：探头在位置2底波较高，在位置1因伤损存在底波降低03PARTTHREE涡流探伤涡流检测是以电磁感应原理为基础的一种无损检测方法，适用于导电材料。1、涡流检测技术的原理1、五大常规无损检测方法之一；2、基于电磁感应原理；3、无需耦合剂，非接触、检测速度快。1、涡流检测技术的原理当两个线圈相隔很近时，一个线圈中通过变化的电流，会在另一个线圈中产生感应电动势。由于线圈是闭合电路，在回路中就有感应电流通过。如果用块状金属代替这个线圈，在金属体内也会产生感应电流。由于这种电流的回路在金属体内成漩涡的形状，故称为涡流。1、涡流检测技术的原理涡流的大小，相位和流动形式收到试件性能及有无缺陷的影响，而涡流的反作用磁场又使线圈的阻抗发生变化。因此，通过测定试验线圈阻抗的变化，就可以推断出被检测试件性能的变化及有无缺陷的结论。涡流的磁场会引起高频交变电流趋向导体表面，即在表面层上电流密度最大，随着进入导体的深度增加而减小，这种现象称为趋肤效应。2、涡流检测