六、无损检测

1、六、无损检测,1什么是无损检测？,l 工业领域中的无损检测类似于人们买西瓜时的“隔皮猜瓜”。买西瓜时，用手轻轻拍打西瓜外皮，听声响或凭手感，想猜一下西瓜的生熟，这是人们常有的习惯。如果对猜想有怀疑，则要求切开看个究竟了。,用手轻拍，对西瓜是没有损坏的，非破坏性的，听声响或凭手感猜想西瓜生熟，“隔皮猜瓜”，这是生活中的“无损检测”；而“切开看个究竟”，这就是生活中的破坏性检查了。不论无损检测技术如何发展，“隔皮猜瓜”这一主旨内涵不变；对检测结果（猜想）有怀疑时，要解剖（切开）进行验证，这一基本思想也不变。,古老而简单的无损检测方法，如敲击器械，听声响，辨别有无裂纹等，是至今沿用的方法；但因它们对

2、缺陷的位置和大小，做不出“基本相符”的判断，而不被视无损检测的技术方法。只有技术方法才可保证无损检测结果如上所述的准确性和可重复性。 通常而言的无损检测技术方法，指射线检测（RT）、超声检测（UT）等等。,无损检测：在不破坏前提下，检查工件宏观缺陷或测量工件特征的各种技术方法的统称。 无损探伤：检测工件宏观缺陷的无损检测。,无损检测：Nondestructive Testing（缩写 NDT）,无损检测，顾名思义是以不损坏被检测物体内部结构为前提，应用物理的方法，检测物体内部或表面的物理性能、状态特性以及内部结构，检查物质内部是否存在不连续性（即缺陷），从而判断被检测物体是否合格，进而评价其适

3、用性。,无损检测的发展 以1895年伦琴发现X射线为标志，无损检测作为一门多学科的综合技术，正式开始进入工业化大生产的实际应用领域，迄今已有一百多年的历史。 1900年法国海关开始应用X射线检验物品，1922年美国建立了世界第一个工业射线实验室，用X射线检查铸件质量，以后在军事工业和机械制造业等领域得到广泛的应用。 1912年超声波探测技术最早在航海中用于探查海面上的冰山，1929年超声波技术用于产品缺陷的检验，至今仍是锅炉压力容器、钢管、重要机械产品的主要检测手段。 二十世纪30年代，开始用磁粉检测方法来检测车辆的曲柄等关键部件，以后在钢结构件上广泛应用磁粉探伤方法，使磁粉检测得以普及到各种

4、铁磁性材料的表面检测。,毛细管现象是土壤水分蒸发的一种常见现象。随着工业化大生产的出现，将“毛细管现象”的原理成功地应用于金属和非金属材料开口缺陷的检验，其灵敏度与磁粉检测相当，它的最大好处是可以检测非铁磁性物质。 经典的电磁感应定律和涡流电荷集肤效应的发现，促进了现代导电材料涡流检测方法的产生。1935年第一台涡流探测仪器研究成功。二十世纪五十年代初，德国科学家霍斯特发表了一系列有关电磁感应的论文，开创了现代涡流检测的新篇章。,到了二十世纪中期，在现代化工业大生产促进下，建立了以射线检测（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）和电磁检测（ET）五大常规检测方法为代表的无

5、损检测体系。随着现代科学技术的不断发展和相互间的渗透，新的无损检测技术不断涌现，新的无损检测方法层出不穷，建立起一套较完整的无损检测体系，覆盖工业化大生产的大部分领域。 进入二十世纪后期，以计算机和新材料为代表的新技术，促进无损检测技术的快速发展，例如，射线实时成像检测技术，工业CT技术的出现，使射线检测不断拓宽其应用领域。随着纳米技术的发展，射线成像技术将获进一步的提升。目前无损检测技术正向更高层次的无损评价方向发展。,现代工业的“质量卫士” 作为现代工业的基础技术之一，无损检测涉及到光学、电磁学、声学、原子物理学及计算机、数据通讯等学科，在冶金、机械、石油、化工、航空、航天各个领域有广泛的

6、应用，在保证产品质量和工程质量上发挥着愈来愈重要的作用，其“质量卫士”的美誉已得到工业界的普遍认同。可以说，现代工业离不开先进的无损检测技术。 随着科学技术的迅猛发展和全球经济的一体化，市场经济的竞争将变得愈加激烈，而竞争的焦点是科技与质量。无损检测自诞生之日起就与质量结下不解之缘，无损检测是现代工业生产中质量控制和质量保证的重要方法，有专家断言：“在现代化大生产中，谁掌握了高超的无损检测技术，谁就能在激烈的竞争中立于不败之地。”,2无损检测方法有哪些？,无损检测方法很多据美国国家宇航局调研分析，认为可分为六大类约70余种。但在实际应用中比较常见的有以下几种： 常规无损检测方法有： 超声检测

7、Ultrasonic Testing（缩写 UT）； 射线检测 Radiographic Testing（缩写 RT）； 磁粉检测 Magnetic particle Testing（缩写 MT）； 渗透检验 Penetrant Testing （缩写 PT）； 涡流检测Eddy current Testing（缩写 ET）；,非常规无损检测技术有：,声发射Acoustic Emission(缩写 AE)； 泄漏检测Leak Testing（缩写 UT）； 光全息照相Optical Holography； 红外热成象Infrared Thermography； 微波检测 Microwave T

8、esting,3无损检测有哪些应用？,应用时机：设计阶段；制造过程；成品检验；在役检查。 应用对象：各类材料（金属、非金属等）；各种工件（焊接件、锻件、铸件等）；各种工程（道路建设、水坝建设、桥梁建设、机场建设等）。,射线检测,1什么是射线检测？ 利用射线（X射线、射线、中子射线等）穿过材料或工件时的强度衰减，检测其内部结构不连续性的技术称为射线检测。 穿过材料或工件的射线由于强度不同在X射线胶片上的感光程度也不同，由此生成 内部不连续的图象。,射线检测利用X射线、射线、射线以及中子射线、高能射线等放射线穿透物质时，由于存在吸收与散射、电子偶生成等特性与物质的密度结构相关，或者产生电离等现象，

9、从而能够显示物质内部的缺陷或组织结构。常见的有采用照相或屏幕显示、电视显示等方法将物质内部情况显示为可见图像以进行分析判断。 例如工业上用于检查铸件、焊缝等的射线照相检测或工业X光电视、医学界用于检查人体的X光透视或照相及CT等。,图1是射线穿过工件时的强度衰减；图2是X射线机和射线仪；图3、图4是射线底片。,图1 射线检测示意图,图2 X射线机和射线仪,图3 焊缝的X射线底片（有气孔、夹渣等缺陷） 图4 铸件底片,2射线检测方法有哪些？ 射线检测通常根据内部结构显示方法不同可分为：射线照相法、荧光屏法（发展为工业电视）、干板照相法、层析摄影（工业CT）技术、数字显示技术等。,3射线检测有哪些

10、透照方法？射线检测对不同的结构（如焊缝）有以下几种透照位置,超声检测,1 什么是超声检测？ 超声波在被检测材料中传播时,材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响，通过对超声波受影响程度和状况的探测了解材料性能和结构变化的技术称为超声检测。,超声波检测一般把频率在20千赫兹到25兆赫兹范围的声波叫做超声波。 它是一种机械振动波，它能透入物体内部并可以在物体中传播。 利用超声波在物体中的多种传播特性（如反射与折射、衍射与散射、衰减、谐振以及声速等）的变化，可以测知许多物体的尺寸、表面与内部缺陷、组织变化等等，因此是应用最广泛的一种无损检测技术。例如用于医疗上的超声诊断（如B超）、

11、海洋学中的声纳、鱼群探测、海底形貌探测、海洋测深、地质构造探测、工业材料及制品上的缺陷探测、硬度测量、测厚、显微组织评价、混凝土构件检测、陶瓷土坯的湿度测定、气体介质特性分析、密度测定等等。,超声波技术,超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。 超声波是一种振动频 率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。 超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。,超声波的特点,1

12、）方向性好；可以定向发射 2）能量高；能量远大于声波 3）穿透力强；在金属中能穿透数米，在无机材料中也可达一米。 4)能在异质界面产生反射、折射、和波行转换。,因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。 以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。 超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。,超声探头的核心是其塑料外套

13、或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。,超声波传感器的主要性能指标包括； （1）工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。（2）工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。（3）灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。,超声波传感技术应用

14、在生产实践的不同方面，而医学应用是其最主要的应用之一，下面以医学为例子说明超声波传感技术的应用。 超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。 超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易，受到医务工作者和患者的欢迎。超声波诊断可以基于不同的医学原理，我们来看看其中有代表性的一种所谓的A型方法。 这个方法是利用超声波的反射。当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面是，在该界面就产生反射回声。每遇到一个反射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声的振幅的高低。,在工业方面，

15、超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。 在未来的应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。,2 超声检测方法有哪些？,通常有穿透法、脉冲反射法、串列法等。,穿透法 反射法,串列法,超声检测仪,A、无缺陷,B、小缺陷,C、大缺陷,多次底面反射法,3 超声检测有哪些应用？,水浸（喷水）法检测钢管、锻件（图1）；单（双）探头检测焊缝（图2）；多探头检测大型管道（图3

16、）,磁粉检测,1 什么是磁粉检测？ 利用漏磁和合适的检验介质发现试件表面和近表面的不连续性的无损检测方法。,1.什么是磁粉检测?,磁粉探伤是建立在漏磁原理基础上的一种磁力探伤方法。当磁力线穿过铁磁材料及其制品时，在其（磁性）不连续处将产生漏磁场，形成磁极。此时撒上干磁粉或浇上磁悬液，磁极就会吸附磁粉，产生用肉眼能直接观察的明显磁痕。 因此，可借助于该磁痕来显示铁磁材料及其制品的缺陷情况。磁粉探伤法可探测露出表面，用肉眼或借助于放大镜也不能直接观察到的微小缺陷，也可探测未露出表面，而是埋藏在表面下几毫米的近表面缺陷。用这种方法虽然也能探查气孔、夹杂、未焊透等体积型缺陷，但对面积型缺陷更灵敏，更适

17、于检查因淬火、轧制、锻造、铸造、焊接、电镀、磨削、疲劳等引起的裂纹。,磁力探伤中对缺陷的显示方法有多种，有用磁粉显示的，也有不用磁粉显示的。用磁粉显示的称为磁粉探伤，因它显示直观、操作简单、人们乐于使用，故它是最常用的方法之一。 不用磁粉显示的，习惯上称为漏磁探伤，它常借助于感应线圈、磁敏管、霍尔元件等来反映缺陷，它比磁粉探伤更卫生，但不如前者直观。由于目前磁力探伤主要用磁粉来显示缺陷， 因此，人们有时把磁粉探伤直接称为磁力探伤，其设备称为磁力探伤设备。,磁粉探伤铁磁性材料在磁场中被磁化时，材料表面或近表面存在的缺陷或组织状态变化会使导磁率发生变化，即磁阻增大，使得磁路中的磁通相应发生畸变，除

18、了一部分磁通直接穿越缺陷或在材料内部绕过缺陷外，还有一部分磁通会离开材料表面，通过空气绕过缺陷再重新进入材料，从而在材料表面的缺陷处形成漏磁场。 当采用微细的磁性介质（磁粉）铺撒在材料表面时，这些磁粉会被漏磁场吸附聚集从而显示出缺陷所在，这种方法就是“磁粉探伤”技术。如果不是使用磁粉，而是直接使用特殊的测磁装置（例如磁带、检测线圈、磁敏元件等）探查并记录漏磁通的存在来达到检测目的，则称为“漏磁检测”技术。目前主要应用于工业上检查铁磁性材料及零部件上的表面和近表面缺陷。,2 磁粉检测方法有哪些？,磁粉探伤的原理及其主要特点答：有表面或近表面缺陷的工件被磁化后，当缺陷方向与磁场方向成一定角度时，由于缺陷处的磁导率的变化，磁力线逸出工件表面，产生漏磁场，吸附磁粉形成磁痕。用磁粉探伤检验表面裂纹，与超声探伤和射线探伤比较，其灵敏度高、操作简单、结果可靠、重复性好、缺陷容易辨认。但这种方法仅适用于检验铁磁性材料的表面和近表面缺陷。,渗透检测,1 什么是渗透检测？ 利用液体的毛细管作用，将渗透液渗入固体材料表面开口缺陷处。再通过显象剂将渗入的渗透液吸出到表面显示缺陷的存在。这种无损检测方法称为渗透检测。,渗透探伤通过喷洒、刷涂或浸渍等方法，把渗透能力很强的渗透液施加到被检查的物体上，当物体表面存在开口性缺陷时，渗透液