无损检测技术解析

第五节无损检测技术

一、无损检测技术概述

所谓无损检测技术，是指在不破坏或不变化被检物体的前提下，运用物质因存在缺陷而

使其某一物理性能发生变化口勺特点，完毕对该物体H勺检测与评价H勺技术手段的总称。它由无

损检测和无损评价两个不可分割H勺部分构成。

一种设备在制造过程中，也许产生多种各样的缺陷，如裂纹、疏松、气泡、夹渣、未焊

透和脱粘等；在运行过程中，由于应力、疲劳、腐蚀等原因U勺影响，各类缺陷又会不停产生

和扩展。现代无损检测与评价技术，不仅要检测出।缺陷的存在，并且要对其作出定性、定量

评估，其中包括对缺陷口勺定量测量（形状、大小、位置、取向、内含物等），进而对有缺陷的

设备分析其缺陷的危害程度，以便在保障安全运行的条件卜，作出带伤设备可否继续服役H勺

选择，防止由于设备不必要打勺检修和更换所导致的挥霍。

现代工业和科学技术的飞速发展，为无损检测技术的发展提供了愈加完善的理论和新口勺

物质基础，使其在机械、治金、航空航天、原子能、国防、交通、电力、石油化工等多种工

业领域中得到了广泛的应用。它被广泛应用于制造厂家的产品质量管理、顾客订货的验收检

查以及设备使用与维护过程中11勺安全检查等方面，例如锅炉、压力容器、管道、飞机、宇航

器、船舶、铁轨和车轴、发动机、汽车、电站设备等等方面，尤其是在高温、高压、高速、

高负载条件下运行的设备。无损检测技术包括超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、

涡流检测等常规技术以及声发射检测、激光全息检测、微波检测等新技术。常见的分类形式

如表2-17所示。实践证明，开展无损检测技术，对于改善产品日勺设计制造工艺、减少制导

致本以及提高设备的运行可靠性等具有重要的意义，已成为机械故障诊断学的一种重要构成

部分。

表277无损检测的分类

类别重要措施

射线检测X射线，Y射线，高能X射线，中子射线，质子和电子用线

声和超声检测声振动，声撞击，超声脉冲反射，超声透射，超声共振，超声成像，超声频谱，

声发射，电磁超声

也学和电磁检测电阻法，电位法，泯流，录磁与漏磁，磁粉法，核磁共振，微波法，巴克豪森效

应和外激电子发射

力学与光学检测目视法和内窥法，荧光法，着色法、脆性涂层，光弹性覆膜法，激光全息摄影干

涉法，泄漏检定，应力测试

热力学措施热电动势，液晶法，红外线热图

化学分析措施电解检测法，激光检测法，离r散射，俄歌电r分析和穆斯鲍尔谱

其中，在工程技术中得到比较广泛U勺应用，并较成熟的检测措施有：x射线，超声，涡

流、磁粉、渗透等常规的几种测试措施。

二、超声波检测

超声波检测是无损检测的重要措施之一。

运用声响从物体外界不损坏地检测其内部状况"勺措施早就问世了。超声波检测就是运用

电振荡在发射探头中激发高频超声波，入射到被检物内部后若碰到缺陷，超声波会被反射、

散射或衰减，再用接受探头接受从缺陷处反射回来（反射法）或穿过被检工件后（穿透法）

口勺超声波，并将其在显示仪表上显示出来，通过观测与分析反射波或透射波的时延与衰减状

况，即可获得物体内部有无缺陷以及缺陷的位置、大小及其性质等方面的信息，并由对应日勺

原则或规范鉴定缺陷的危害程度的措施。

超声波检测具有敏捷度高、穿透力强、检查速度快、成本低、设备简便和对人体无害等

一系列长处,既适合在制造厂牛产线卜成批检查.也可以用干野外作'|心

（一）超声波基础

1.超声波及其特性所谓超声波，是一种质点振动频率高于20kHz的机械波，区其频

率超过人耳所能听见的声频段而得名超声波。无损检测用日勺超声波频率范围为0.5〜25MHz,

其中最常用的频段为1〜5MHz。超声波是一种机械波，它是由于机械振动在弹性介质中引

起口勺波动过程。产生机械波有两个重要条件•：一是作机械振动H勺波源，二是能传播机械振动

Fl勺弹性介质。

超声波之因此被广泛地应用于无损检测，是基于超声波IJ勺如下特性

（1）指向性好超声波是一种频率很高、波长很短的机械波，在无损检测中使用的超

声波波长为亳米数量级。它像光波同样具有很好的指向性，可以定向发射，如同一束手电筒

灯光可以在黑暗中寻找所需物品同样在被检材料中发现缺陷。

（2）穿透能力强超声波的能量较高，在大多数介质中传播时能量损失小，传播距离

远，穿透能力强，在有些金属材料中，其穿透能力可达数米.

2.超声波的分类与其他机械波同样，超声波也可有多种措施来对其进行分类描述。按

质点振动方向分根据波动传播时介质质点的振动方向与波H勺传播方向的万相关系的不一样.

可将超声波分为纵波、横波、表面波和板波等。

（1）纵波纵波是指介质中质点的振动方向与波U勺传播方向平行的波，用L表达。当

弹性介质的质点受到交变的拉压应力作用时，质点之间产生互相的伸缩变形，从而形成纵波，

又称压缩波或疏密波。纵波可在任何弹性介质（固体、液体和气体）中传播。由于纵波口勺产

生和接受都比较轻易，因而在工业探伤中得到广泛的应用。

（2）横波介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直H勺波称为横波，常用S或T

表达。当介质质点受到交变II勺剪切应力作用时产生切变变形，从而形成横波，故横波又称剪

切波。横波只能在固体介质中传播。

（3）表面波当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波，称为表面

波，常用R表达。表面波是瑞利（Rayleigh）于1887年首先提出来H勺，因此又称瑞利波。

表面波同横波同样也只能在固体介质中传播，并且只能在固体表面传播。表面波的能量

随距表面深度的增长而迅速减弱.当传播深度超过两倍波长时，其振幅降至最大振幅的0.37

倍。因此，一般认为，表面波检测只能发现距工件表面两倍波长深度内的缺陷。

（4）板波在厚度与波长相称的弹件薄板中传播H勺超声波称为板波0板波亦称三俐波.

其特点是整个板都参与传声，合用于对薄的金属板进行探伤。

（二）超声波检测设冬

超声波检测设备是从事超声检测日勺工具，•般指超声波检测仪和超声波探头。此外，由

于目前的）超声检测措施多以直接耦合方式将探头与工件接触，故在此也对耦合剂作简要简介。

1.超声波探头超声波检测中，超声波的产生和接受过程是一种能量转换过程。这种转

换是通过探头实现的，探头H勺功能就是将电能转换为超声能（发射探头）和将超声能转换为

电能（接受探头）。探头一般又称为超声波换能器，是超声波检测设备II勺重要构成部分，其性

能II勺好坏对超声波检测的成功与否起关键性作用。超声波检测川11勺探头多为压电型，其作用

原理为压电晶体在高频电振荡H勺鼓励下产生高频机械振动，并发射超声波（发射探头）：或在

超声波的I作用卜.产生机械变形，并因此产生电荷（接受探头）。

（1）探头的类型超声波检测中，由于被检测工件的形状和材质、检测的目的和条件不

一样而使用不一样形式的探头。

按照在被检测工件中产生的波型不一样，可将超声波探头分为纵波探头、横波探头、板

波（兰姆波）探头和表面波探头等四种类型.

按入射声束方向分可分为直探头和斜探头两大类。

按耦合方式分可分为直接接触式探头（探头通过薄层耦合剂与被探工件表面直接接触）

和液浸式探头（探头与被探工件表面之间有•定厚度的J液层）。

按晶片数目分可分为单晶片探头、双晶片探头和多晶片探头等几种。

按声束形状分可分为聚焦探头和非聚焦探头两大类。

按频带分可分为宽频带探头和窄频带探头。

按使用环境分可分为营规探头（通用目的）和特殊川途探头（如机械扫描切换探头、电

子扫描阵列探头、高温探头、瓷瓶检测专用扁平探头等）。

（2）探头的构造超声波检测中常用的探头重要有直探头、斜探头、表面波探头、双晶

片探头、水浸探头和聚焦探头等。

直探头又称平探头，应用最普遍，可以同步发射和接受纵波，多用于手工操作接触法检

测，既合适于单探头反射法，又合适于双探头穿透法。它重要由压电晶片、阻尼块、壳体、

接头和保护膜等基本元件构成,其经典构造如图2-所示。

斜探头运用透声楔块使声束倾斜干I：件表而射入1件.压电晶片产牛的纵波.在斜楔和

工作界面发生波型转换。依入射角的不一样，斜探头可在工件中产生纵波、横波和表面波，

也可在薄板中产生板波。斜探头重要由压电晶片、透声楔块、吸声材料、阻尼块、外壳和电

气接插件等几部分构成，其经典构造如图2-32所示。

a)b)

图2-32常见超声波探头的经典构造

a）纵波直探头：1-接头，2-壳体，3-阻尼块，4-压电晶片，5-保护膜，6-接地环

b）横波斜探头：1-阻尼块，2-接头，3-吸声材料，4-壳体，5-透声楔块，6-压电晶片

2.超声波检测仪超声波检测仪是超声检测的主体设备，其性能的好坏直接影响到检测

成果H勺可靠性。超声波检测仪H勺作用是产生电振荡并加于探头，使之发射超声波，同步，还

将探头接受的电信号进行滤波、检波和放大等，并以一定H勺方式将检测成果显示出来，人们

以此获得被检工件内部有无缺陷以及缺陷的位置、大小和性质等方面的信息。

（1）超声波检测仪的类型按超声波的持续性，可将超声波检测仪分为脉冲波检测仪、

持续波检测仪、调频波检测仪等。脉冲波检测仪通过向工件周期性地发射不持续且频率固定

的超声波，根据超声波的传播时间及幅度来判断工件中缺陷H勺有无、位置、大小及性质等信

息，这是目前使用最为广泛口勺一类超声波检测仪。

按缺陷显示的方式分按其显示缺陷的方式不一样，可将超声波检测仪分为A型、B型和C

型等三种类型。

1）A型显示检测仪A型显示是一种波形显示，检测仪示波屏H勺横坐标代表声波的传播

时间域距离），纵坐标代表反射波的幅度。由反射波的位置可以确定缺陷的位置，而由反射波

的波高则可估计缺陷的性质和大小。

2）B型、显示检测仪B型显示是一种图像显示，检测仪示波屏日勺横坐标是靠机械扫描来

代表探头日勺扫查轨迹，纵坐标是靠电子扫描来代表声波的传播时间（或距离），因而可直观地

显示出被探工件任一纵截面上缺陷欧I分布及缺陷的深度。

3）C型显示检测仪C型显示也是一种图像显示，检测仪示波屏口勺横坐标和纵坐标都是

靠机械扫描来代表探头在工件表面的位置《探头接受信号幅度以光点辉度表达，因而当探头

在工件表面移动时，示波屏上便显示出工件内部缺陷依了平面图像（顶视图），但不能显示缺陷

的深度.

三种显示方式的图讲解明如图2-33所示。

图2-超声波检测仪的三种显示方式

根据通道数的多少不一样，可将超声波检测仪分为单通道型和多通道型两大类，其中前

者应用最为广泛，而后者则重要应用于自动化检测。

目前广泛使用的是A型显示脉冲反射式超声波检测仪。

（2）A型显示脉冲反射式超声波检测仪A型显示脉冲反射式检测仪重要由同步电路、

时基电路（扫描电路）、发射电路、接受电路、显示电路和电源电路等几部分构成。此外，实

用中的I超声波检测仪尚有延迟、标距、闸门和深度赔偿等辅助电路。

其重要性能指标包括

①水平线性也称时基线性或扫描线性，是表征检测仪水平扫描线扫描速度的均匀程

度，亦即扫描线上显示的反射波距离与反射体距离成正比的程度口勺性能指标。水平线

件的好坏影响对缺陷的定信■

②垂直线性也称放大线性，它是描述检测仪示波屏上反射波高度与接受信号电压成正

比关系的程度。垂直线性影响对缺陷日勺定量分析

③动态范围是检测仪示波屏上反射波高度从满幅降至消失时仪器衰减器的变化范围。

动态范围大，对小缺陷的检出能力强。

④敏捷度在规定深度内能检出的最小缺陷。

⑤盲区由探头到可以检测出缺陷位置的最小距离C.

⑥探测深度在示波屏上能获得一次底面反射时II勺超声波的最大距离。

⑦辨别力可以辨别两个缺陷的最小距离。

与其他超声波检测仪相比，脉冲反射式超声波检测仪具有如卜的突出特点

①在被检工件的一种面上，用单探头脉冲反射法即可检测，这对于诸如容器、管道等某

些很难在双面放置探头进行检测的场所，更显示出明显的优越性；

②可以精确地确定缺陷的深度；

③敏捷度远高于其他措施；

④可以同步探测到不一样深度的多种缺陷,分别对它们进行定位、定量和定性：

⑤合用范围广，用一台检测仪可进行纵波、横波、表面波和板波检测，并且合用于探测

诸多种工件，不仅可以检测，并且还可用于测厚、测声速和测量衰减等。

3.耦合剂在超声波检测中，耦合剂的作用重要是排除探头与工件表面之间的空气，

使超声波能有效地传入工件。当然，耦合剂也有助于减小探头与工件表面间的摩擦，延长探

头口勺使用寿命。

一般规定耦合剂能涧湿工件和探头表面.，流动性、粘度和附着力合适，易于清洗；声

阻抗高，透声性能好；对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境；性能稳定，能长期保留；

来源广，价格廉价等等。

（三）超声波检测措施

超声波检测措施可从多种角度来对•其进行分类：按检测原理不一样，可分为脉冲反射法、

穿透法和共振法等；按超声波的波形不一样，可分为纵波法、横波法、表面波法和板波法等;

按探头的数目的多少，可分为单探头法、双探头法和多探头法等；按探头与试件的耦合方式

口勺不一样，可分为直接接触法和液浸法两大类等。下面简朴讨论超声波检测按原理的分类状

况C

1.脉冲反射法脉冲反射法是目前应用最为广泛的一种超声波检测法。它将持续时间

极短日勺超声波脉冲发射到被检试件内，根据反射波来检测试件内日勺缺陷，检测成果•般用A

型显示。其基本原理为：当试件完好超声波可顺利传播抵达底面，在底面光滑且与探测

面平行日勺条件卜，检测图形中只有表达发射脉冲及底面回波口勺两个信号，如图2-34a所示。

若试件内存在有缺陷，则在检测图形中日勺底面回波前有表达缺陷H勺回波，如图2-34b所示。

脉冲反射法可分为垂直检测与斜角检测两种。

垂直检测时，探头垂直地或以不大于第一临界角的入射角耦合到工件上，在工件内部只

产生纵波。常用于板材、锻件、铸件、复合材料等的检测。

斜角检测时，用不一样角度H勺斜探头在工件中分别产生横波、表面波或板波。它的重要

长处是：可对直探头探测不到H勺缺陷进行检测；可变化入射角来发现不一样方位的缺陷；用

表面波可探测复杂形状的表面缺陷；用板波可对薄板进行检测。

a）b）

图2-34脉冲反射法

a）无缺陷b）有缺陷

2.穿透法根据超声波（持续波或脉冲波）穿透试件之后的能量变化来判断缺陷状况

的一种措施。它是最早采用U勺超声波检测措施。将两个探头分别置于被检测工件的两个相对

表面，一种探头发射超声波，透过工件被另一面的探头所接受。当工件内有缺陷时，山于缺

陷对超声波的遮挡作用，减少J'穿透11勺超声波的能量。根据能量减少的程度即可判断缺陷U勺

大小。这种措施的长处是不存在盲区，适于检测较薄的工件；缺陷是不能确定缺陷的深度位

置，且需要在工件时两个两对表面进行操作。

3.共振法一定波长H勺超声波，在物体的I相对表面上反射，所发生的同相位叠加H勺物

理现象叫做共振。根据共振特性来检测试件的措施称为共振法。共振法常用于单面测试壁厚,

其基本原理为：将频率可调（扫频）R勺持续超声波施加在被检试件上，当试件的厚度为超声

波口勺半波长的整数倍时，由于入射波和反射波的相位相似而引起共振，转换器上能量增长，

仪器可显示出共振频率点，并计算出试件的厚度。

（四）超声波检测的应川实例

超声波检测既可用于锻件、棒材、板材、管材以及焊缝等"勺检测，又可用于厚度、硬度

以及材料的I弹性模量和晶粒度等日勺检测。下面简述超声波检测日勺几种应用实例。

1.螺栓的超声波检测电站中高温高压部件（如汽打、上蒸汽门、调速汽门等）用的螺

栓，在运行中常常有断裂的现象。

紧固螺栓螺纹根部产生的裂纹是沿螺栓横断面发展的横向裂纹，中心孔加热不妥产生H勺

内孔裂纹也是横向裂纹。因此将直探头放在螺栓端面上探测，声束刚好与裂纹面垂直，对发

现这些裂纹很有利，如图2-35所示。

图2-35螺栓H勺超声波检测

2.车轴的超声波检测车轴是机车、车辆运行时受力的关键部件之一，它在水气H勺浸

蚀中承受载荷，轻易产生裂纹，多数是危险性较大H勺横向裂纹。常常采用横波探伤法和小角

度纵波探伤法，如图2-36a和图2-36b所示。

a)b)

图2-36车轴H勺超声波检测

a)横波法b)小角度纵波法

3.中金属材料的超声波检测

超声波在非金属材料（塑料、有机玻璃、陶瓷、橡胶、混凝土等）中的衰减一般都比金

属大，为了减小衰减而多采用低频检测，一般为20〜20QkHz,有的也用2〜5MHz。为了获得

较窄欧I声束，常采用较大尺寸日勺探头。

塑料零件口勺检测多采用纵波法，探测频率为0.5〜1VHz,使用脉冲反射法。陶瓷材料可

用0.5〜2MHz的纵波或横波探测。橡胶检测的频率更低，可用穿透法检测。

三、射线检测

（一）射线检测的基本原理

射线检测是以X射线、丫射线和中子射线等易于穿透物质的I特性为基础欧1。其基本工作

原理为：射线在穿过物质的过程中,由于受到物质的散射和吸取作用而使其强度衰减.强度

衰减的程度取决于物体材料H勺性质、射线种类及其穿透距离。当把强度均匀的射线照射到物

体上一种侧面，在物体的另一侧使透过的射线在摄影底片上感光、显影后，就可得到与材料

内部构造或缺陷相对应的黑度不•样日勺图象，即射线底片。通过观测射线底片，就可检测出

物体表面或内部的缺陷，包括缺陷欧I种类、大小和分布状况并作出评价。

射线检测对缺陷B勺形象非常直观，对缺陷H勺尺寸、性质等状况判断比较轻易。采用计算

机辅助断层扫描法还可以理解断面的状况，可以进行自动化分析。射线检测对所测试检查物

体既不破坏也不污染，但射线检测成本较高，且对人体有害，在检测过程中必须注意要妥善

保护。

工业上常用的I是X射线、Y射线检测。

（二）X射线、Y射线及其检测装置

X射线与Y射线都是电磁波。它们具有波动性，粒子性，都可产生反射、折射、干涉、

光电效应、康普顿效应和电子效应等。它们又是不可见，不带电荷，不受电场和磁场影响；

它们能透过可见光不能透过H勺物质，使物质起光化学反应；使摄影胶片感光；使荧光物质产

牛荧光.

在工业上使用的X射线检测是由一种特制的X射线管产生的。如图2-37,它的基本构

造是一种保持一定真空度I向两极管。一般是热阳极式，阴极由鹤丝绕成。当通电加热时，鹤

丝在白炽状态下放出电子，这些高速运动的电子因受到阳极靶制止，就与靶碰撞而发生能量

转换，其中大部分转换成熬能，其他小部分转换成光子能量，即X射线。电子的速度越高，

转换成X射线的能量就越大。X射线的强度，即单位时间内发射X射线日勺能量，随管电流的

增长而增长。

图2-37X射线的产生

Y射线是由放射性同位素的原子核在衰变过程中产生的放射性同位素，分为天然和人工

放射性同位素两种，它们在a衰减或0衰变的同步放射出丫射线。

Y射线是一种波长很细的电磁波，它的）辐射是从原子核里释放出来的），Y射线是由原子

核从激发能级跃迁到较低能量的产物,因此它口勺发生不一样于原子核外电壳层放出的X射线。

放射性同位素的原子核在自发地放射出某种粒子（如a粒子、B粒子）或丫射线后会变成另

一种不一样的核，这种现象称为衰变。放射性同位素的J衰变速度有口勺很快，有的很慢。其衰

变H勺速度不受外界环境如温度、湿度、压力等物理、化学条件H勺影响,而是由原子核H身H勺

性质所决定的、这也是放射性同位素1ft一种特性。这也阐明每一种放射性同位素有一种恒定

I向衰变速度。

Y射线与X射线虽然产生的机理不一样，但同属电磁波，性质很相似，只不过Y射线的

波长比一般X射线更短。

X射线检测装置i般分为两大类；一-类为移动式X射线机，另一类为携带式X射线机。

移动式X射线机一般体积和重量都较大，适合于试验室或车间使用，它们采用的电压、电流

也较大，可以透照较厚的物体和工件。便携式X射线机体积小，重量轻，合用于流动性检查

或大型设备的现场探伤。

Y射线检测装置日勺构造比X射线检测装置要简朴得多，价格廉价、使用以便。Y射线检

测、探伤一般多采用摄影措施进行工作。Y射线检测装置使用灵活以便，不易发生故障，并

且能按照需要的状况发射一定宽度的I锥形射线束或进行圆周爆光探测管形工件的缺陷。但必

须很好地做到防Iky射线对人体H勺危害.

（三）射线检测的操作过程

射线检测包括X射线、丫射线和中子射线三种。对射线穿过物质后的强度检测措施有：

直按摄影法、间按摄影法和透视法等多种。其中，对微小缺陷日勺检测以X射线和丫射线的直

接摄影法最为理想。其经典操作口勺简朴过程如卜.：

一般把被检物安放在离X射线装置或y射线装置0.5〜1m处，将被检物按射线穿透厚度

为最小U勺方向放置，把胶片盒紧贴在被检物的背后，让〉:射线或Y射线照射一定期间（几分

钟至几十分钟不等）进行充足曝光。把曝光后的胶片在暗室中进行显影、定影、水洗和干燥。

再将干燥的底片放在显示屏的观测灯上观测，根据底片的黑度和图像来判断缺陷的种类、大

小和数量，随即按通行的规定和原则对缺陷进行等级分类。

（四）射线检测（摄影法）H勺特点和合用范围

射线检测是一种常用于检测物体内部缺陷的无损检测措施，它几乎合用于所有的I材料，

检测成果（摄影底片）可永久保留。但从检测成果很难辨别缺陷的深度，规定在被检试件的

两面都能操作，对厚的试件曝光时间需要很长。

对厚的被检测物来说，可使用硬X射线或y射线：对薄H勺被检物则使用软X射线°射线

穿透物质的最大厚度为：钢铁约450mm、铜约35（hnm、铝约1200mm。

对于气孔、夹渣和铸造孔洞等缺陷，在X射线透射方向有较明显的厚度差异，虽然很小

日勺缺陷也较轻易检查出来。而对于如裂纹等虽有•定的J投影面积但厚度很薄的•类缺陷，只

有用与裂纹方向平行的X射线照射时，才可以检杳出来，而用与裂纹面几乎垂直的射线照射

时就很难杳出。这是由于在照射方向上几乎没有厚度差异H勺缘故。因此，有时要变化照射方

向来进行摄影。

观测i张透射底片可以直观地懂得缺陷的两维形状大小及分布，并能估计缺陷的种类，

但无法懂得缺陷厚度以及离表面的位置等信息。要理解这些信息，就必须用不一样照射方向

H勺两张或更多张底片。

在进行检测时，应注意到射线辐射对人体健康（包括遗传原因）的损害作用。X射线在

切断电源后就不再发生，而同位素射线（如Y射线）是源源不停地发生射线的。此外，还应

尤其注意，射线不只是笔直地向前辐射，它还可通过被检物、周围的I墙壁、地板以及天花板

等障碍物进行反射与透射传播.

另一方面坏应注意,X射线装置是在几万乃至几十万伏高电东下T作的,一般阐有充足

的绝缘，但也必须注意防止意外II勺高压危险。

四、涡流检测

（-）涡流检测的基本原理

涡流检测是以电磁感应原理为基础H勺。当把一种通有交流电口勺线圈靠近金属导体时，由

于电磁耦合作用，就会在导体中产生感生电流，这种电流H勺流线在金属体内自行闭合，一般

就称它为电涡流。此电涡流又反过来作用于原线圈而使其电磁特性（等效阻抗、等效电感和

品质原因）发生变化，其变化状况与导体的种类（电导率。、磁导率口）、形状以及材质均匀

度等原因有关，同步还与线圈与导体之间的相对距离和线圈自身的特性有关。当固定后两者

不变时，则线圈电磁特性的变化就反应了导体性质变亿。这样，通过检测线圈的电磁特性

的变化，即可获得有关被检试件口勺材质均匀性以及缺陷的种类、形状和大小等方面的信息，

这就是电涡流检测的简朴原理.

如图2-38所示，假如用一种扁平线圈置于金属导体附近，当线圈中通以正弦交变电流

时。，线圈H勺周围空间就产生了正弦交变磁场山，置于此磁场中的金属导体就产生电涡流，而

此电涡流也将产牛交变磁场也.H2H勺方向与HiH勺方向相反,由干磁场他的反作用使通电线

圈H勺有效阻抗发生变化，这种线圈阻抗口勺变化完整地并且唯一地反应了待测体的涡流效应。

图2-38涡流检测的基本原理

显然，线圈阻抗的变化既与电涡流效应有关，又与静磁学效应有关，也就是说，与金属

导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈的几何参数、鼓励电流频率以及线圈到金属导体日勺

距离等参数有关。假定金属导体是匀质日勺，其性能是线性和各向同性的，则线圈，金属导体

系统H勺物理性质一般可由磁导率U、电导率。、尺寸因子x或r、鼓励电流强度I和频率3

等参数来描述，线圈的阻抗Z可用如下函数表达

Z=F(P,u,x,r,I,s)(2-40)

假如控制上式中的某些参数恒定不变，而只变化其中的一种参数，这样阻抗就成为这个

参数H勺单值函数。可以运月这种涡流效应把距离xH勺变化变换为电量的变化，从而做成位移、

振幅、厚度等传感器；也可以运用这涡流效应把电导率。H勺变化变换为电量的变化，从而做

成表面温度、电解质浓度、材质鉴别等传感器；还可以运用它把磁导率u的变化变换为电量

日勺变化，从而做成应力、硬度等传感器，以及运用变换最为X、。、11等综合影响做成材料

探伤装置等。

(二)涡流检测的特点与合用范围

电涡流检测具有如下的特性

①检测成果可以直接以电信号输出，故可用于自动化检测;

②由于实行非接触式检测，因此检测速度很快；

③合用范围较广，除可用于检测缺陷外，还可用于检测材质的变化、形状与尺寸的变化

等；

④对形状复杂的试件检测有困难；

⑤对表面下较深部位时缺陷检测困难；

③除检测项目外，试件材料日勺其他原因一般也会引起输出口勺变化，成为干扰信号；

⑤难以直接从检测所得的I显示信号来鉴别缺陷的I种类。

由以卜泯流检测的原理及其特性可知,涡流检测合用干由钢铁、有色金属以及石墨等导

电材料所制成的试件，而不合用于玻璃、石头和合成树脂等非导电材料的检测。

从检测对象来说，电涡流措施合用于如下项目的检测：

①缺陷检测检测试件表面或近衣面聆J内部缺陷：

②材质检查检测金属的种类、成分、热处理状态等变化：

③尺寸检测检测试件的尺寸、涂膜厚度、腐蚀状况和变形等:

④形状检测检测试件形状II勺变化状况。

（三）电涡流检测日勺应用

电涡流传感器具有某些独特的长处，已广泛应用于各个领域。下面就几种重要应用作一

简略简介。

1.位移测最它可以用来测最多种形状试件的位移值。但凡可变换成位移量的参数，

都可用电涡流式传感器来测量。如钢水液位，纱线张力，液体压力，汽轮机主釉日勺轴向位移

和金属试件的热膨胀系数等。

2.振幅测量电涡流式传感器无接触地测量多种振动的幅值。在汽轮机、空气压缩机

中常用电涡流式传感器来监捽主轴H勺杼向振动.

3.厚度测量电涡流式传感器可以无接触地测量金属板厚度和非金属板的镀层厚度。

4.转速测量在一种旋转体上开一条或数条槽，旁边安装一种电涡流传感器，当旋转

体转动M,电涡流传感器将周期性地变化输出讯号，此电压通过放人、整形，可用频率计指

示出脉冲数，此脉冲数与旋转轴日勺转速有关。

5.涡流探伤电涡流式探伤传感器可以用来检查金属的J表面裂纹、热处理裂纹以及焊

接部位"勺探伤等。使传感器与被测体距离不变，假如裂纹出现，将引起金属的电阻率、磁导

率、位移值等的变化，这些综合参数（X,。，U）的变化将引起传感器参数变化，从而通过测

量传感器参数的变化即可到达探伤的目的。

五、磁粉探伤

（一）磁粉检测的基本原理

把一根中间有横向裂纹的强磁性材料（钢铁等）试件进行磁化处理后，可以认为磁化H勺

材料是许多小磁铁的集合体，在没有缺陷的持续部分，住于小磁铁的JN、S磁极互相抵消，而

不展现出磁极，而在裂纹等缺陷处，由于磁性的不持续而展现磁极。在缺陷附近的磁力线绕

过空间出目前外商.此即㈱陷漏磁,如图2-39所示.缺陷附近所产牛的称作为缺陷的漏磁

场口勺磁场，其强度取决于缺陷H勺尺寸、位置及试件的磁亿强度等。这样，当把磁粉散落在试

件上时，在裂纹处就会吸附磁粉，磁粉检测就是运用磁化后的试件材料在缺陷处会吸附磁粉,

以此来显示缺陷存在的一种检测措施。

磁粉检测措施可以用于探测铁磁性材料及构件日勺表面和近表面缺陷。对存在于浅表面日勺

裂纹、折叠、夹层、夹渣等缺陷极为敏感。一般状况下，采用交流电磁化合用于检查21nm以

内的浅表面缺陷，用直.流电磁化合用于检查6nlm以内的表面缺陷。伴随深度的变化，探测缺

陷口勺能力迅速下降。

a）b）

图2-39缺陷漏磁

a）表面缺陷b）表层缺陷

（二）磁粉检测II勺基本环节

磁粉检测由预处理、磁化、施加磁粉、观测、记录以及后处理等几种基本环节构成，

1.预处理用溶剂等把试件表面的油脂、涂料以及铁锈等去掉，以免阻碍磁粉附着在缺

陷上。用干磁粉时还要使试件H勺表面干燥。组装的部件要一件件拆开后再进行检测。

2.磁化磁化是磁粉检测的关键环节。首先应根据缺陷特性与试件形状选定磁化措施,

另一方面还应根据磁化措施、磁粉、试件的材质、形状、尺寸等确定磁化电流值，使得试件

H勺表面有效磁场的磁通密度到达试件材料饱和磁通密度的80%〜90%。

3.施加磁粉磁粉是用几微米至几十微米的铁粉等材料制成，分白色和黑色的，非荧光

口勺和荧光的。磁粉还分为干式和湿式两种。干磁粉是在空气中分散地撒上，湿磁粉是把磁粉

调匀在水或无色透明的煤油中作为磁悬液来使用的。把粉或磁悬液撒在磁化的试件上叫做施

加磁粉。它分持续法和剩碳法两种。持续法是在试件加有磁场H勺状态卜施加磁粉的，且磁场

一直持续到施加完毕为止。而剩磁法则是在磁化过后施加磁粉日勺。

4.观测与记录磁粉痕迹的观测是在施加磁粉后进行日勺。用非荧光磁粉时，在光线明亮

H勺地方进行观测；而用荧光磁粉时，则在暗室等暗处用紫外灯进行观测。

应当注意，在材质变化FI勺界面处和截面大小忽然变亿口勺部位，虽然没有缺陷，有时也会

出现磁粉痕讲,此即假痕冰.要确认磁粉痕冰是不是缺陷,需用其他检测措施重新进行检测

才能确定。

5.后处理检测完毕后，按需要进行退磁、除去磁粉和防锈处理.。退磁时，一边使磁场

反向，•边减少磁场强度。退磁有直流法和交流法两种。

（三）磁粉检测的特点与合用范围

磁粉检测合用于检测钢铁材料的）裂纹等表面缺陷，如铸件、锻件、焊缝和机械加工日勺零

件等的表面缺陷。其特性如下

①尤其合适对钢铁等强磁性材料的表面缺陷检测；

②对于在表面没有开口但深度很浅的裂纹也可以探测出来；

③对于奥氏体不锈钢那样H勺非磁性材料是不合用的；

④能懂得缺陷日勺位置和表面的长度，但不能懂得缺陷的深度。此外，对内部缺陷的检测

尚有困难。

六、渗透检测

（一）渗透检测的基本原理

渗透检测是一种最简朴的无损检测措施.用干检测表面开口缺陷,几乎合用干所有材质

H勺试件和多种形状的表面。它所根据的基本原理是应用液体表面张力对固体产生的浸润作用，

以及液体的互相乳化作用等特性来实现检测的。检测时将渗透剂涂于被检试件的表面，当表

面有开口缺陷M,渗透剂将渗透到缺陷中，清除衣面多出口勺部分，再涂以显像剂，在合适日勺

光线下即可显示放大了的缺陷图像日勺痕迹，从而可以用肉眼检查出试件表面的开口缺陷。如

图2-40所示。

图2-40渗透检测H勺原理

a）预清洗，b）渗透，c）后清洗，d＞显像和观测

（二）渗透检测H勺操作环节

1.预处理为使渗透轻易进行，，需要进行预先清除处理，以清除试件表面的油脂、涂

料、铁锈、及污物等。

2.渗透将试件浸溃于渗透液中或者用喷雾器或刷子等工具把渗透液涂在试件表面，

让渗透剂有足够的时间充足地渗透到缺陷中。渗透时间取决于渗透剂、试件材质、缺陷种类

及大小等。

3.乳化等处理为了使渗透液轻易被水清洗，对某些渗透液有时还要进行乳化处理，

喷上乳化剂。

4.清洗用水或清洗剂清除附着在试件表面的残存渗透剂。

5.显像将显像剂涂敷在试件表面上，残留在缺陷中的显像剂吸出就会被显像剂吸出,

到表面上形成放大的带色显示痕迹。此过程中，显像剂吸出所有渗透剂并使其充足扩散II勺时

间称为显像时间。

6.观测荧光渗透枪测的观测必须在暗室内用紫外线灯照射。而着色渗透检测法在一

定亮度日勺可见光卜即可以观测出红色H勺缺陷痕迹

7.后处理检测结束后，清除表面残留的显像剂，以防腐蚀被检测表面。

（三）渗透检测措施

根据不一样的渗透液和不一样的清洗方式，渗透检测法可以分为几种类型。

根据渗透液的不一样色调，渗透检测可分为荧光法和着色法两种。其中，荧光渗透检测

法是采用含荧光材料的渗透液进行检测,它用波长为360nm+30nmH勺紫外线进行照射,使缺

陷显示痕迹发出黄绿色的光线，荧光渗透检测的观测必须在暗室里采用紫外线灯进行。而着

色渗透检测法是采用含红色染料的渗透液进行检测的，它在自然决或在白光下可以观测出红

色的缺陷痕迹。与荧光渗透法相比，着色渗透检测法受场所、电镀和检测装置等条件的限制

较小。

根据清洗渗透液形式的不一样可以分为水洗型渗透检测法、后乳化型渗透检测法和溶剂

清除型渗透检测法三种。水洗型渗透液可以宜接用水清洗洁净；而后乳化型渗透液要把乳化

剂加到试件表面的渗透液上后来，再用水洗净；溶剂清除型渗透检测法所用的渗透液要用有

机溶剂进行清洗清除。

渗透检测法的显像法有湿式显像、快于式显像、干式显像和无显像剂式显像四种。

湿式显像法是把白色微细粉末状的I显像材料调匀在水中作为湿式显像剂口勺一种措旅，把

试件侵渍在显像剂中或者用喷雾器把显像剂喷在试件上，当显像剂干燥时，在试件表面就完

毕白色显像薄膜，由白色显像薄膜吸出缺陷中的渗透液而形成显示痕迹。这种措施合用于发

大批量试件的检测，其中水洗型荧光渗透检测法用得较多。

快干式显像法是把白色微细粉末状H勺显像材料调匀在高挥发性的有机溶剂中,作为快干

式显像剂的一种措施。木措施H勺操作极为简朴，在溶剂清除型荧光或着色渗透检测法中用福

较多。

干式显像法是直接使用干燥的）白色微细粉末状显像忖料作为显像剂的•种措施。把试件

放在显像剂中或者把试件放在显像装置中再用喷粉的措施来涂敷显像剂，使、诙像剂附着在边

件表面，从缺陷中吸出渗透液而在表面形成固定时显示痕迹。用这种措施，缺陷部位所附着

U勺显像剂粒子全都附在渗透剂上，而没有渗透剂的部分就不附着显像剂。因此，痕迹不会伴

随时间的推移而发生扩散，从而能显示出鲜明的图像，因此可用于规定获得与缺陷大小相靠

近的痕迹的检测。

无显像剂式显像法是在清洗处理之后，不使用显像剂来形成缺陷显示痕迹的I一种措施。

它在荧光辉度高的水洗型荧光渗透检测法中、或者在把试件加交变应力的同步检测缺陷显示

痕迹等措施中使用。这种措施与干式显像法相似，其缺陷显示痕迹也不会扩散。本措施不能

用于着色渗透检测法。

（四）渗透检测的特点和合用范围

1.渗透法的最小检出尺寸即敏捷度取决干检测剂附性能、检测措施、检测操作和试件

表面粗糙度等原因，一般约为深20um、宽lum；此外，在荧光渗透检测时，若使用荧光辉度

高的渗透液，在检测时同步在试件上加交变应力，可深入提高检测"勺敏捷度；

2.检测效率高，对于形状狂杂日勺试件或在试件上同步存在有多种缺陷时，只需一次检

测操作即可完毕；

3.合用范围广，检测一般不受试件材料日勺种类及其外形轮廓H勺限制:

4.设备简朴，便于携带，操作简便;

5.检测成果受试件表面粗糙度的影响，同步还受检测操作人员技术水平的影响；

6.只能检测表面开口缺陷，对多孔性材料的检测仍很困难，无缺陷深度显示；

7.不适宜实现自动化检测。

多种渗透检测法日勺合用范围见表2T8.

七、声发射检测检测技术

声发射检测技术是本世纪50年代初兴起的一种新口勺无损检测措施。

当物体受到外力或内应力作用时，物体缺陷处或构造异常部位因应力集中而产生塑性变

形.其储存能量一部分以弹性应力波的形式释放出来,这种现象称为声发射.运用声发射现

象的特点，用电子学的措施接受发射出来的应力波，进而根据声发射信号特性，进行处理和

分析以评价缺陷发生、发展的规律，以寻找和推断声发射源的缺陷及危险性的技术称为声发

射技术，也叫做声发射检测。

表278多种渗透检测法的合用范围

措施水洗理后乳化型溶剂清除型水洗型后乳化型溶剂消除型

检测对京荧光法荧光法荧光法着色法着色法着色法

微细『'J裂纹,宽而浅A△

的裂纹

表面粗糙的试件AA

大型试件的局部检A△

测

疲劳裂纹、磨削裂纹△A

遮光有困难的场所AAA

无水、无电的场所A

材料在受载的状况下，缺陷周围区域H勺应力再分布以范性流变、微观龟裂、裂缝的发生

和扩展等形式进行，实际上是一种应变能的释放过程。而一部分应变能以应力波的形式发射

出来。因此材料在滑动、挛晶、位错、相变、开裂、断裂等过程中均有声发射现象发生。因

此，接受和研究声发射现象，就可以运用声发射的信号对材料缺陷进行检测、预报和判断，

并对材料或物件进行评价。

近年来，声发射技术已经在压力容器日勺安全性检测与评价、焊接过程日勺监控和焊缝焊后

日勺完整性检测、核反应堆的安全性监测以及断裂力学研究等诸多领域都获得了重要进展，部

分研究已进入工业实用化阶段，成为无损检测技术体系中的一种极其重要的J构成部分。

八、无损检测措施的比较

超声波、射线、磁粉、渗透和电涡流检测是五种常规无损检测措施，下面按可以检测的

缺陷类型对它们进行分类比较。

(-)内部缺陷的检测

适合于检测内部缺陷的措施重要有射线摄影法检测和超声波检测两种，表2-19所示是

这两种措施的简朴对比。

（-）表层缺陷日勺检测

适于表面缺陷检测的措施重要有磁粉、渗透以及涡流检测，它们口勺简朴对例如表2-20所

o

表2-19射线摄影法检测与超声波检测的对比

射线摄影法检测（直接摄影法）超声波检测

项目—、-一____

常用措施穿透法脉冲反射法

物理能量电磁波弹性波

缺陷部位的体现形式完好部位与缺陷部位的穿透剂量在完好部位没有反射波，而在缺陷部

有差异，其差异程度与这两部分的位发生反射波。其反射程度与完好部

原材质、射线透过的方向以及缺陷的位和缺陷部位的材质有关

尺寸有关

理

显示信息的器材X射线胶片示波管

显示的内容完好部位与缺陷部位的底片黑度缺陷部位出现反射波

有差异

易于检测的缺陷方向与射线平行的方向与超声波垂直的方向

易于检测的缺陷形状在射线方向上有深度的缺陷与超声波成垂直方向扩展的缺陷

铸件很适合适合

被

锻件不适合很适合

检

物压延件不适合很适合

焊缝很适合适合

分层裂纹不适合很适合

密集气孔很适合适合

缩孔（铸件）很适合适合

缺

气孔很适合有附加条件时适合

陷

缩孔（焊缝）很适合有附加条件时适合

未焊透适合适合

未熔合有附加条件时适合适合

裂纹有附加条件时适合有附加条件时适合

夹渣很适合适合

缺陷种类的鉴别很适合有附加条件时适合

缺陷形状的鉴别很适合有附加条件时适合

缺陷尺寸的鉴别适合有附加条件时适合

缺陷在厚度方向的位置有附加条件时适合很适合

的鉴别

记录检测成果很适合有附加条件时适合

不需要判断者在现场很适合有附加条件时适合

能否从单面检测不能能

被检物厚度的上限一般较大

被检物厚度的下限没有下限受盲区影响

装置的小巧轻便粗笨轻便

检测速度