第十章 無損檢測技術(shù)概論

1、第十章 無損檢測技術(shù)概論,第一節(jié) 無損檢測初步,無損檢測(NDT：NondestructiveTest)就是不破壞和損傷受檢物體，對它的性能、質(zhì)量有無內(nèi)部缺陷進行檢測的一種技術(shù)。,無損檢測概述,1 NDT 是指對材料或工件實施一種不損害或不影響其未來使用性能或用途的檢測手段。2 NDT 能發(fā)現(xiàn)材料或工件內(nèi)部和表面所存在的缺欠，能測量工件的幾何特征和尺寸，能測定材料或工件的內(nèi)部組成、結(jié)構(gòu)、物理性能和狀態(tài)等。3 NDT 能應(yīng)用于產(chǎn)

2、品設(shè)計、材料選擇、加工制造、成品檢驗、在役檢查（維修保養(yǎng)）等多方面，在質(zhì)量控制與降低成本之間能起最優(yōu)化作用。NDT 還有助于保證產(chǎn)品的安全運行和（或）有效使用,無損檢測方法種類,NDT 包含了許多種已可有效應(yīng)用的方法。按物理原理或檢測對象和目的的不同，NDT 大致已可分為如下幾種方法：a) 輻射方法：——（Ｘ和γ）射線照相檢測——射線透視檢測 ；——計算機層析成像檢測 ；——中子輻射照相檢測,b) 聲學(xué)方法：,——超聲檢測；

3、——聲發(fā)射檢測 ；——電磁聲檢測,B超,c) 電磁方法：——渦流檢測 ；——漏磁檢測d) 表面方法：——磁粉檢測 ；——滲透檢測 ；——目視檢測,e) 泄漏方法：——泄漏檢測 。f) 紅外方法：——紅外熱成像檢測,無損檢測NDT (Nondestructive Test),工業(yè)上最常用的無損檢測方法有5種：a)射線探傷(RT)： 使用電磁波對金屬工件進行檢測．這同X透視類似，射線(例如：X射線

4、， γ射線)穿過材料到達底片，在正常情況下．會使底片均勻感光：如果遇到裂縫、洞孔以及氣泡、夾渣等缺陷，就會在底片上顯示出暗影區(qū)來。這種方法能檢出缺陷的大小和形狀，還能測定出材料的厚度。,b)超聲檢測(UT)： 當超聲波進入物體遇到缺陷時．一部分聲波會產(chǎn)生反射．發(fā)射和接收器可對反射波進行分析．就能異常精確地測出缺陷來。并且能顯示內(nèi)部缺陷的位置和大小、測定材料厚度等。,C）滲透探查(PT) 這是一種

5、檢查表面缺陷的方法。在清洗過的工件表面涂上滲透劑．如果有缺陷，它就會滲入缺陷中。然后把工件表面多余的滲透劑清除干凈．再涂上顯像劑．由于毛細現(xiàn)象，缺陷里殘存的滲透劑被吸出。因為滲透劑中加入了紅色染料或熒光物質(zhì)，所以用肉眼就可以發(fā)現(xiàn)很細微的缺陷。,d)磁粉檢測(MT)： 鋼制的工件放在磁場中就會被磁化．如果工件表層存在缺陷，例如：裂縫、夾雜物等，磁力線只能繞過缺陷，形成局部磁極。如果在工件表面撒上導(dǎo)磁性良好的磁粉，它就

6、會受局部磁極的吸引而堆積．于是顯出了缺陷的位置和形狀。這種方法適用于探測表面和近表面的缺陷。,e)渦流檢測(ET)： 給一個線圈通入交流電．在一定條件下通過的電流是不變的。如果把線圈靠近被試工件，像船在水中那樣，工件內(nèi)會感應(yīng)出渦流，受渦流的影響，線圈電流會發(fā)生變化。由于渦流的大小隨工件內(nèi)有沒有缺陷而不同，所以線圈電流變化的大小能反映出有無缺陷。,幾個基本概念,集膚效應(yīng) 當交變電流流過導(dǎo)線時，導(dǎo)線

7、周圍變化的磁場也要在導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使沿導(dǎo)線截面的電流分布不均勻。尤其當頻率較高時，此電流幾乎是在導(dǎo)線表面附近的一薄層中流動，這就是所謂的集膚效應(yīng)現(xiàn)象(集膚效應(yīng)現(xiàn)象（skin effect），或者稱趨膚效應(yīng)),當交變電流流過導(dǎo)體時，靠近導(dǎo)體表面處電流密度大，愈深入導(dǎo)體內(nèi)部，它們愈小。當頻率很高時，它們幾乎只在導(dǎo)體表面附近一薄層中存在，這種場量主要集中在導(dǎo)體表面附近的現(xiàn)象，稱為集膚效應(yīng)。 工程上常用透入深度d表示場量在良導(dǎo)體中的

8、集膚程度。它等于場量振幅衰減到其表面值的1/e時所經(jīng)過的距離 d集膚深度，三個變量分別是ω角頻率， μ繞組電導(dǎo)率以及γ磁導(dǎo)率,第二節(jié) 射線探傷,射線—我們指的是波長比紫外光還短的電磁波，X光及 γ光。X 光波段的波長范圍為10-8 ～10-12 m 波段的波長范圍為2x10-9 ～2×10-13m 。它們能穿透物體從而獲得物體內(nèi)部的信息。射線穿透物體時 一部分光子或光子能量被物體吸收 產(chǎn)生散射的光子或二次電子使穿透過

9、去的光子數(shù)量及能量發(fā)生變化。,射線探傷,利用 X射線或γ射線在穿透被檢物各部分時強度衰減的不同﹐檢測被檢物中缺陷的一種無損檢測方法。       X 射線是在高真空狀態(tài)下用高速電子沖擊陽極靶而產(chǎn)生的。γ射線是放射性同位素在原子蛻變過程中放射出來的。兩者都是具有高穿透力﹑波長很短的電磁波。不同厚度的物體需要用不同能量的射線來穿透﹐因此要分別采用不同的射線源。例如由X射線管發(fā)出

10、的X射線(當電子的加速電壓為400千伏時)﹐放射性同位素60Co所產(chǎn)生的γ射線和由 20兆電子伏直線加速器所產(chǎn)生的X射線﹐能穿透的最大鋼材厚度分別約為90毫米﹑230毫米和600毫米。,,射線探傷,利用 X射線或γ射線在穿透被檢物各部分時強度衰減的不同﹐檢測被檢物中缺陷的一種無損檢測方法。          原理 被測物體各部分的厚度或密度因缺陷的存在而有

11、所不同。當X射線或γ射線在穿透被檢物時﹐射線被吸收的程度也將不同。若射線的原始強度為I 0﹐通過線吸收係數(shù)為μ 的材料至距離d后﹐強度因被吸收而衰減為I ﹐其關(guān)系為   式中d為物體的厚度，μ 稱為材料對射線的吸收系數(shù)。如果物體的組織不均勻，或者內(nèi)部有孔洞或夾雜，則物體各部分的吸收系數(shù)并不相同，因此檢測到的各處的射線強度亦不相同。,,P60,若將受到不同程度吸收的射線投射在X射線膠片上﹐經(jīng)顯影后可得到

12、顯示物體厚度變化和內(nèi)部缺陷情況的照片(X射線底片)。這種方法稱為X射線照相法。如用熒光屏代替膠片直接觀察被檢物體﹐稱為透視法。如用光敏元件逐點測定透過后的射線強度而加以記錄或顯示﹐則稱為儀器測定法。,按照應(yīng)用的側(cè)重點和產(chǎn)品的特點，x射線無損檢測技術(shù)大致可分為以下三類。(1)基于2D圖像的x射線檢測和分析。(2)基于2D圖像，具有最高放大倍數(shù)的傾斜視圖的x射線檢測分析。(3)3D X射線檢測分析。,對射線吸收的物理效應(yīng)有如下三種,

13、1．光電效應(yīng) 入射光子遇到原子外的軌道電子，它吸收了光子的全部能量后動能增加，越出了原子成為光電子，失去電子的原子則成為帶正電的離子，這一現(xiàn)象就稱為光電效應(yīng)。 光電效應(yīng)發(fā)生的幾率τ又稱吸收系數(shù),,C為比例常數(shù)(0.0089)；ρ為物質(zhì)密度； z為原子序數(shù)；A為物質(zhì)的原子量；λ為入射波的波長； n為一系數(shù)，它隨光子能量的大小而變化,,由于光電效應(yīng)中在原子的電子軌道上將產(chǎn)生空位，這些空位將被外層軌道電子

14、填充，所以將產(chǎn)生躍遷輻射，發(fā)生特征X射線。這種輻射通常稱為熒光輻射。伴隨發(fā)射特征X射線（熒光輻射）是光電效應(yīng)的重要特征。,,2．康普頓效應(yīng) 當光子沖擊到電子時 它失去了一部分能量，并改變了原來的運動方向(成θ角)變成散射光子。而電子獲得了一部分能量 離開原來的軌道向另一方向運動 成為散射電子(又稱反沖電子)，兩者間的角度小于90o。，像打彈子一樣，這種散射的幾率σ只與單位體積內(nèi)電子的總數(shù)有關(guān)。,式中： σ電

15、為由反沖電子引起的吸收率， σ光 為光子的吸收率， N0為阿佛加得羅常數(shù)（6.02486×1023)。 ρ為物質(zhì)密度； z為原子序數(shù)； A為物質(zhì)的原子量； 由散射引起的吸收系數(shù)卻帶來較低能量的散射光子 這些散射線會造成底片或撿測器上的本底灰度，降低了對比度,,,,原子序數(shù)越大，越不容易被激發(fā),,3．電子對生成效應(yīng) 當入射光子的能量大于1．022MeV

16、 時，光子可在原子核中打出一對正負電子，向兩個不同的方向散射。正電子很快會同另一負電子復(fù)合而消失，變成兩個能量各為0．511 MeV 的光子。由這一現(xiàn)象引起的吸收系數(shù)為x 式中K為常數(shù)， N為單位體積內(nèi)的原子數(shù)， hν為入射光子的能量(MeV)。,,淹沒,,當能量小于1.022 MeV 時，不產(chǎn)生這一效應(yīng)，能量越大這一效應(yīng)也越大。這一效應(yīng)造成對入射線強度的減弱。所以用作探傷時，過分增加射線能量有時反而會減

17、小穿透深度。因此一般經(jīng)驗是最大入射能量在30 MeV 以下。 總的吸收系數(shù),,,瑞利散射入射光量子與原子內(nèi)層軌道電子碰撞的散射過程。這個過程中，一個束縛電子吸收入射光量子后躍遷到高能級，隨即又釋放一個能量約等于入射光量子能量的散射光量子，光量子的損失可以不計。,優(yōu)點：射線照相法能較直觀地顯示工件內(nèi)部缺陷的大小和形狀﹐因而易于判定缺陷的性質(zhì)﹐射線底片可作為檢驗的原始記錄供多方研究并作長期保存。缺點：這種方法耗用的X射線膠片

18、等器材費用較高﹐檢驗速度較慢﹐只宜探查氣孔﹑夾渣﹑縮孔﹑疏松等體積性缺陷﹐而不易發(fā)現(xiàn)間隙很小的裂紋和未熔合等缺陷以及鍛件和管﹑棒等型材的內(nèi)部分層性缺陷。此外﹐射線對人體有害﹐需要采取適當?shù)姆雷o措施。,,應(yīng)用 射線照相法已廣泛應(yīng)用于焊縫和鑄件的內(nèi)部質(zhì)量檢驗﹐例如各種受壓容器﹑鍋爐﹑船體﹑輸油和輸氣管道等的焊縫﹐各種鑄鋼閥門﹑泵體﹑石油鉆探和化工﹑煉油設(shè)備中的受壓鑄件﹐精密鑄造的透平葉片﹐航空和汽車工業(yè)用的各種鋁鎂合金鑄件等。透視法的靈

19、敏度較低﹐儀器測定法操作比較麻煩﹐兩者均應(yīng)用不多。,壓力容器,X射線探傷機,用途：X射線探傷機適用于國防、造船、石油、化工、機械、航空航天和建筑等工業(yè)部門檢查船體、管道、高壓容器、鍋爐、飛機、車輛和橋梁等材料、零部件加工焊接質(zhì)量，內(nèi)部缺陷以及各種輕金屬、橡膠、陶瓷等加工的質(zhì)量。,X射線探傷機,特點： X射線發(fā)生器體積小，陰極接地，風(fēng)扇強迫冷卻； 重量輕，攜帶方便，操作簡單； 自動訓(xùn)練X射線發(fā)生器，查詢曝光參數(shù)； 延時啟動高壓，保

20、證操作者安全； 嚴格控制生產(chǎn)工藝，造型美觀，結(jié)構(gòu)合理。,技術(shù)指標：（以XXG-2505型為例） X射線管：波紋陶瓷管 管電壓：150～250KV（連續(xù)可調(diào)） 管電流：5mA 輸入：2.5KW 焦點尺寸：2.0×2.0mm 輻射角度：40＋5° 靈敏度：優(yōu)于1.5％ 底片黑度：＞1.5 焦距600 mm ,曝光時間5min，雙面鉛箔增感 最大穿透能力：40mm(A3鋼),射線檢測法在復(fù)合材料無損評

21、價中的應(yīng)用,X射線照相檢測法 X射線照相檢測(Radiography)是最傳統(tǒng)的無損檢測方法之一，在工業(yè)領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用。 其原理是根據(jù)射線穿過不同材料時衰減量不同引起透射射線強度的變化，而在膠片上呈現(xiàn)明暗不同的影像，從而檢測出被測物體中存在的缺陷。,X射線照相檢測法的優(yōu)點是成本低，易操作；其局限性為效率低，缺陷(裂紋)的方位是決定性的，要求與射線平行。,Harris認為可發(fā)現(xiàn)氣孔，而不能發(fā)現(xiàn)由熱收縮產(chǎn)生

22、的裂紋或纖維/樹脂脫粘，也不能確定層間裂紋Prakash認為熱裂紋和夾雜物一樣是易于發(fā)現(xiàn)的，而層間脫粘和纖維脫粘通常很難查出Nevadunsky等人則認為可發(fā)現(xiàn)大的氣孔、裂 紋和膠接接頭中的疏松。傾向性的觀點是可以發(fā)現(xiàn)夾雜物、氣孔，而不能發(fā)現(xiàn)垂直于射線方向分布的脫粘和裂紋,幾個應(yīng)用事例,Roderick和Whitcomb采用高分辨率的玻璃感光板，并將射線源放到靠近硼環(huán)氧樹脂分層處，可發(fā)現(xiàn)由疲勞試驗產(chǎn)生的硼纖維鎢芯絲的破裂

23、Cooper等人采用一個高分辨率系統(tǒng)，對硼環(huán)氧樹脂蒙皮—金屬蜂窩飛機結(jié)構(gòu)件中的腐蝕損傷成功地進行了定位Anne Birt 等人使用一種利用滲透劑增強的射線照相法，選擇合適的無機或有機滲透劑提高被測物的對比度，從而用低能X射線照相法就可對碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料進行檢測,x射線實時成像檢測法,X射線實時成像檢測(Radioscopy)是利用x射線在穿透物體的過程中受到吸收和散射而衰減的性質(zhì)，通過圖像增強器在熒光屏上形成與試件內(nèi)部結(jié)

24、構(gòu)和缺陷等信息對應(yīng)的圖像，由攝像系統(tǒng)把圖像轉(zhuǎn)換成視頻信號輸出，通過計算機圖像處理系統(tǒng)，運用數(shù)字圖像處理技術(shù)，使得質(zhì)量得到顯著提高的圖像在彩色顯示器上實時顯示，進行分析處理，從而檢測出物體內(nèi)部缺陷的種類、大小、分布狀況并作出評價,在線,其優(yōu)點在于檢測效率高，可實現(xiàn)缺陷的在線檢測，且圖像處理以后可進行缺陷自動評定；其局限性為得到的二維圖像是樣品在被測方向上的層疊影像，檢測到的缺陷影像是累積效應(yīng)產(chǎn)生的，而非缺陷的三維空間信息。,幾個應(yīng)用事

25、例,已發(fā)展的射線實時成像系統(tǒng)主要有三類，即熒光屏、圖像增強器和數(shù)字實時成像系統(tǒng)X射線實時成像系統(tǒng)對非金屬材料中的裂紋、分層和夾雜物的檢測靈敏度較高，而對小于一定尺寸(如<φ1mm)的孔洞型缺陷則較差。,,Venkatraman等人在文獻中將x射線實時成像法用于檢測蜂窩結(jié)構(gòu)區(qū)和膠接部分，結(jié)果顯示膠接部分有微小孔洞Sauerwein等人中用非晶硅探測器對玻璃纖維增強的試樣進行了檢測，結(jié)果表明材料中的纖維束和單個的纖維都可見,射線計

26、算機斷層掃描法（CT）,射線計算機斷層掃描法(Computed Tomo—graphy)起源于x射線照相技術(shù)，它將圓錐狀射線束通過準直裝置改變?yōu)榫€狀或面狀掃描束，使其穿過被攝物體的某一個斷面(如同“切”出一“片”)而得到該斷面的圖像，對每片物體的觀察可獲得該物體的結(jié)構(gòu)和性能方面的大量信息，進而達到檢測缺陷的目的,CT系統(tǒng)主要采用的射線源為低能X射線、γ射線和高能X射線。作為射線檢測技術(shù)，工業(yè)CT與膠片照相和實時成像有許多共同之處。如

27、檢測時需要有足夠的射線能量穿透試件，受被檢物材料種類、外形和表面狀況限制較少，圖像直觀，現(xiàn)場需要射線防護等。與常規(guī)射線檢測技術(shù)相比，工業(yè)CT又有自己獨特優(yōu)點：① 高空間分辨率和密度分辨率(通常<0.5 %)。② 高檢測動態(tài)范圍(1～106 ，從空氣到金屬材料)③ 成像的尺寸精度高，可實現(xiàn)直觀的三維圖像。④ 在有足夠的穿透能量下，不受試件幾何結(jié)構(gòu)的限制等,同時，CT圖像是數(shù)字化的結(jié)果，從中可以得到像素值、尺寸及密度等物理信

28、息，數(shù)字化的圖像也便于存儲、傳輸、分析和處理等。局限性表現(xiàn)為，檢測效率低、檢測成本高、不適于平面薄板構(gòu)件的檢測和大型構(gòu)件的現(xiàn)場檢測,工業(yè)CT圖像充分再現(xiàn)了材料的組分及密度特性，所以適合于復(fù)合材料中多種類型缺陷的檢測,幾個應(yīng)用事例,倪培君等人用CT成像方法對一含鎢絲碳／碳復(fù)合材料試樣進行缺陷檢測，從CT掃描圖像中清楚地看到了鎢絲束的排布及斷束缺陷作者還在某種型號炮彈上進行了初步工業(yè)CT檢測試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該炮彈引信下面存在裝藥縮孔缺

29、陷，此尖狀缺陷用射線照相的方法難以檢出工業(yè)CT技術(shù)可以有效地檢測出碳/碳復(fù)合材料中的分層、孔隙、夾層、疏松和密度不均勻等缺陷，解決了常規(guī)無損檢測技術(shù)對碳/碳復(fù)合材料檢測的局限性,William H Green等人還用x射線CT成像法對金屬／非金屬復(fù)合材料進行了沖擊損傷的評價Oster等人將CT檢測系統(tǒng)作為無損檢測手段，應(yīng)用在直升機的纖維轉(zhuǎn)子葉片的整個壽命周期(即開發(fā)、生產(chǎn)和運行維護階段)，有助于提高復(fù)合材料構(gòu)件的質(zhì)量和監(jiān)控動態(tài)載荷

30、作用下的疲勞行為,中子照相法,中子射線照相(Neutrography)技術(shù)原理為，從中子源發(fā)出的中子束，通過準直器照射到被檢工件，檢測器記錄透射的中子束分布圖像。不同物質(zhì)具有不同的中子衰減系數(shù)，因此透射中子束的分布圖像可以形成工件缺陷和雜質(zhì)等的圖像。,,與常規(guī)X和γ射線照相技術(shù)相比，中子射線照相技術(shù)的特點是：①可以檢驗金屬中的某些低原子序數(shù)物質(zhì)。② 可以對放射性物質(zhì)進行檢驗。③ 可以區(qū)分同一元素的不同同位素。該技術(shù)的主要缺點是

31、中子源價格昂貴，使用時需特別注意中子的安全與防護問題等。,幾個應(yīng)用事例,可用于葉片型芯殘留物、子彈裝藥情況和固體火箭推進劑裝填情況等復(fù)合材料的檢測鋁蜂窩粘接結(jié)構(gòu)表面蒙皮與蜂窩芯體的粘接情況，由于粘接劑強烈吸收中子，因此采用中子射線照相能夠很容易檢查粘接質(zhì)量,第三節(jié) 渦流檢測技術(shù),渦流檢測是五大常規(guī)無損檢測技術(shù)之一，是近年來獲得較大發(fā)展的新技術(shù)。 與其他幾種檢測技術(shù)相比，它具有檢測靈敏度高(尤其是對表面裂紋的檢測

32、)、設(shè)備簡單、操作方便、易實現(xiàn)檢測自動化等優(yōu)點。 渦流檢測不需要改變試件的形狀，也不影響試件的使用性能，因此是一種無損地評定試件有關(guān)性能和發(fā)現(xiàn)試件有無缺陷的檢測方法。因此，它已逐漸成為材料無損檢測的一種重要手段。,當載有交變電流的線圈(稱為檢測線圈)靠近導(dǎo)體試件時，由于線圈磁場的作用，試件中會感應(yīng)出渦流。渦流的大小、相位以及流動形式受到試件導(dǎo)電性能等的影響，而渦流產(chǎn)生的磁場又使檢測線圈的阻抗發(fā)生變化；因此，通過檢

33、測線圈阻抗的變化，就可以知道被測試件的性能以及有無缺陷。渦流檢測適用于能產(chǎn)生渦流的導(dǎo)電材料。由于渦流是電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，在檢測時不必要求線圈與試件緊密接觸，也不必在線圈和試件之間充填耦合劑，從而容易實現(xiàn)自動化檢測，對管、棒、絲材表面缺陷的檢測有很高的速度和效率。,渦流檢測原理,試件中渦流產(chǎn)生影響的主要因素有：金屬物體的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，被檢測物體的尺寸和開關(guān)，線圈和被檢測物體之間的間隙大小，被檢測物體上的缺陷。渦流檢測可以成功的用于

34、分選合金、檢測材料熱處理質(zhì)量以及機械性能，可以檢驗棒材的直徑、管材的壁厚以及薄板材的厚度，檢驗金屬表面非導(dǎo)電覆蓋層的厚度以及小的空間間隙的大小。,渦流探傷是渦流檢測的一項重要應(yīng)用。,對于導(dǎo)電材料表面或近表面的裂紋、孔洞以及其他類型的缺陷，渦流檢測具有良好的檢測靈敏度?？梢园l(fā)現(xiàn)薄的油漆層或漆層下的這些缺陷；特別是渦流檢測不受材料溫度的影響，因而可以對高溫狀態(tài)下的導(dǎo)電材料進行檢測。,3 渦流檢測方法,渦流檢測中，待測試件的信息是通過檢測

35、線圈的阻抗或次級線圈的感應(yīng)電壓的變化提供的。在渦流檢測中應(yīng)用最廣泛的方法就是阻抗分析法。阻抗分析法是以分析渦流效應(yīng)引起線圈阻抗變化以及相位變化之間的密切關(guān)系為基礎(chǔ)，從而鑒別各影響因素效應(yīng)的一種分析方法。,,從電磁波傳播的角度看，這種方法實質(zhì)是根據(jù)信號有不同相位延遲的原理來區(qū)別試件中的不連續(xù)性。因為電磁波在傳播過程中，相位延遲是與電磁信號進入金屬中的不同深度和折返回來所需的時間聯(lián)系在一起的。,渦流檢測中，在載流檢測線圈的作用下，試件中

36、由于電磁感應(yīng)而感生出來的渦流可以看成是在多層密繞在一起的線圈中流過的電流，這樣就可以把被檢測的金屬試件看作一只和檢測線圈耦合的次級線圈。從電路的角度看，渦流檢測類似于電感耦合電路的情形，兩個線圈耦合能類比地運用于渦流檢測中對檢測線圈阻抗的分析。,在渦流檢測中，被檢測試件的信息是通過線圈阻抗 (或感應(yīng)電壓)的變化反映出來的。 因此，首先需要有一個激勵線圈，以便交變電流通過時，在線圈周圍以及試件內(nèi)激勵交變電磁場；

37、 同時，為了把在激勵電磁場作用下受工件內(nèi)部性能或缺陷等因素所調(diào)制的信號檢測出來，還需要有一個測量線圈。 激勵線圈和測量線圈可以是功能不同的兩個線圈，也可以由一個線圈同時承擔激勵和測量兩項任務(wù)，因此常常在不需要區(qū)分線圈功能時，把激勵線圈和測量線圈統(tǒng)稱為檢測線圈。,,渦流檢測線圈的功能主要有兩個： 一是在被檢測試件內(nèi)部及其周圍建立一個交變電磁場； 二是根據(jù)電磁感應(yīng)原理獲得

38、被檢測試件的缺陷或其他特性的信息。,,渦流檢測線圈分類,按線圈的激勵電源可以分為正弦波電源激勵或脈沖波電源激勵；按線圈的運動形式可分為固定式、平移式和旋轉(zhuǎn)式。但是常見的是按照測量線圈的檢出信號、線圈與試件的相對位置以及線圈的使用方式來分類。,工程應(yīng)用中常見的有以下幾種方式。(a)、(b)、(C) 稱為參量式線圈，輸出信號是線圈阻抗的變化，一般它既是產(chǎn)生激勵磁場的線圈又是測量試件中渦流反作用磁場的線圈，所以又稱為自感式線圈。,(d)

39、、(e)、(f)稱為變壓式線圈，其輸出的是線圈上的感應(yīng)電壓信號，一般由兩個線圈組成，一個是專門用來產(chǎn)生交變磁場的激勵線圈(初級線圈)，一個是測量試件中渦流反作用磁場的測量線圈(次級線圈)．因而又稱為互感式線圈。,渦流檢測的阻抗分析法是利用檢測線圈阻抗的變化來評價被測試件的質(zhì)量狀況。當一個線圈通以交變電流時，線圈的周圍就建立了磁場，并在線圈中感應(yīng)出電壓。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電壓(電動勢)的相位要滯后激勵電流的相位 π/2，此時，線圈

40、的阻抗主要的感抗。如果將金屬試件靠近線圈，由激勵電流產(chǎn)生的磁場會在試件中感應(yīng)出渦流，渦流的流動和分布狀況(即幅度、相位和方向)依據(jù)試件的電磁性能和形狀等因素而定。反過來，渦流也會在試件周圍產(chǎn)生磁場，并在線圈中感應(yīng)出電壓，從而使線圈阻抗發(fā)生變化，可以通過線圈阻抗的變化來分析試件的性質(zhì)。,,實際上，在渦流檢測的輸出信號中，反映待測信息的是線圈中感應(yīng)的電壓或電流，而不是阻抗。檢測線圈的作用實際上是通過電阻阻抗的變化“調(diào)制”了激勵電流或

41、電壓，從而導(dǎo)致了檢測線圈輸出電壓(或電流)的變化。,渦流檢測的應(yīng)用,1.金屬管材探傷。渦流檢測是金屬管材無損探傷的主要方法之一。對于批量生產(chǎn)的管件，可以直接在生產(chǎn)線上采用高速自動化的渦流探傷裝置進行檢測。采用感應(yīng)式的穿過式線圈(即激勵線圈和測量線圈分開)，由一組同心線圈構(gòu)成。在用于鐵磁材料檢測時，外層還應(yīng)加一層磁飽和線圈。利用直流電對試件進行飽和磁化。但通常用的磁飽和電流不宜過強，否則試件的推進有困難，一般是取在使試件磁飽和稍稍不足

42、的程度。,4．2 在飛機維護檢查中的應(yīng)用。飛機上的連接構(gòu)件和功能構(gòu)件的工作環(huán)境比較惡劣，負荷較大，有些還在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下工作，因而構(gòu)件材料內(nèi)容容易產(chǎn)生缺陷，缺陷的形式以承受交變應(yīng)力產(chǎn)生的疲勞裂紋較為常見。這種缺陷開始是很細微的，并且多數(shù)是在材料表面，然后才逐漸擴展變大。對于這種缺陷，渦流法不僅方便易行，而且還可以在飛機未拆卸的狀態(tài)下對許多部位進行檢查，可以在涂有覆蓋層的部件上以及盲孔區(qū)和螺紋槽底等部位進行檢查，因而受到飛

43、機維修部門的重視。,目前用于飛機現(xiàn)場檢測的渦流探傷裝置主要有兩種：圖(a)中渦流探傷裝置的檢測線圈直接接在振蕩器的主振回路中，儀器工作時，振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩電流，當載有高頻振蕩電流的檢測線圈放置在被檢金屬試件上時，便會在試件內(nèi)感應(yīng)出渦流。如果沒有裂紋，渦流正常分布不會發(fā)生變化，檢測線圈阻抗為一固定值，振蕩器的振蕩頻率不變，從而輸出的高頻電流不會發(fā)生變化。一旦有缺陷，試件內(nèi)渦流分布發(fā)生變化，從而改變線圈阻抗，使振蕩器輸出的高頻電流產(chǎn)生

44、相應(yīng)的變化，這個由裂紋引起的高頻電流的變化量經(jīng)檢波后可以得到一個信號供表頭指示。,1一間隙補償；2一振蕩器；3一檢測線；4一試件；5一檢波器；6一放大器；7一指示,圖(b)中探傷裝置的檢測線圈是接在電橋的一臂上，儀器工作時，振蕩器產(chǎn)生一定頻率的振蕩電流并輸入到電橋上，當載有交變電流的檢測線圈放置在無缺陷的金屬試件部位上時，調(diào)節(jié)電橋平衡，電橋沒有輸出信號，表頭指針指零。線圈一遇到缺陷，試件內(nèi)渦流的改變就引起線圈阻抗的變化，從而

45、使電橋失去平衡產(chǎn)生輸出信號，表頭就反映出與缺陷相對應(yīng)的指示。,1一間隙補償；2一振蕩器；3一檢測線；4一試件；5一檢波器；6一放大器；7一指示,調(diào)零,應(yīng)用渦流法可以檢測機翼大梁、緊固件，發(fā)動機的渦輪葉片、壓氣機葉片、風(fēng)扇葉片、渦輪盤、渦輪軸、起落架等部位的疲勞裂紋，鋁蒙皮接處的裂紋以及蒙皮的腐蝕損傷等。,,渦流無損檢測技術(shù)是目前管道檢測中應(yīng)用較為廣泛的檢測方法。根據(jù)其探頭結(jié)構(gòu)的不同可分為常規(guī)渦流檢測、透射式渦流檢測和遠場

46、渦流檢測,常規(guī)渦流檢測由于受集膚效應(yīng)的影響，只適用于檢測試樣表面或亞表面缺陷。透射式渦流檢測克服了上述缺點，其檢測信號相對管內(nèi)壁和管外壁缺陷具有相同的靈敏度；遠場渦流檢測實質(zhì)上也是一種透射式渦流檢測，其不同點在于遠場渦流檢測中，激勵線圈的能量兩次穿過管壁到達檢測線圈，而透射式渦流檢測中，激勵線圈發(fā)出的能量僅一次穿過管壁到達檢測線圈．,,遠場渦流無損檢測技術(shù)是目前發(fā)達國家普遍重視、最有希望用來對在役金屬管道進行無損檢測的方法?？?/p>

47、以延長那些已達到使用期限但仍安然無恙的管道的使用年，潛在的經(jīng)濟效益相當可觀。此方法也用于產(chǎn)品質(zhì)量的檢測。,遠場渦流無損檢測技術(shù)的優(yōu)點是：,(1)檢測結(jié)果可以直接用電信號輸出，因此可以進行自動化檢測；(2)由于采用非接觸式的方法，檢測速度快；(3)適用于表面缺陷的檢測；(4)適用范圍較廣，除能檢測缺陷外，還能檢測材質(zhì)的變化，尺寸形狀的變化等；(5)特別適合管材、線材的檢測，與傳統(tǒng)的漏磁、滲透等方法比較，簡單、使用方便、消耗品費用

48、最少；(6)安全防護簡單。,缺點,對形狀復(fù)雜的試件很難應(yīng)用，對表面下較深部位的缺陷還不能檢測。檢測線圈的信號幅度太低，探頭長度太長，掃描速度較慢，以及激勵功率大等。改進：渦流探頭信號的計算機處理,,,鋼材硬度渦流無損檢測技術(shù),用渦流方法進行鋼材硬度無損檢測的研究工作，并取得了大量成果 然而有兩個難點使這種技術(shù)無法在生產(chǎn)實際中應(yīng)用推廣，即① 作為檢出值的渦流阻抗值與鋼材硬度值之間存在較嚴重的非線性。② 相同牌號不同爐號鋼

49、材的電磁特性相差較大。為解決這兩個難點，一個新方法——群樣本比較法，并介紹了此方法的理論基礎(chǔ),標準試件比較法及其存在的問題在檢測前，先在同爐號被控試件中用硬度計打硬度的方法找出標準試件和確定合格試件的硬度范圍。在檢測過程中，如被檢試件的渦流響應(yīng)信號在此硬度范圍內(nèi)，認為是合格件，否則為不合格件。,存在問題,首先標準試件和邊界條件試件難以找出；其次由于金屬材料硬度與渦流響應(yīng)信號之間存在嚴重的非線性，致使在實際檢測中無法判別材料硬度。

50、,群樣本試件比較法,該方法分兩步進行：第一步在同一爐號的被檢試件中任選一個作為補償試件，其主要作用是補償磁場、化學(xué)以及熱處理方面的干擾 然后取出一批試件用硬度計打硬度的方法選出一定量的合格試件作為群樣本，按圖2a所示的方法檢測出每個合格件的渦流阻抗值，并按一定算法構(gòu)成決策帶；第二步按圖2b所示方法進行，當被測試件的阻抗值在決策帶范圍內(nèi)時，為合格品，否則為不合格品。,只能對鋼材硬度的分類只需作出是“合格”還是“不合格”的判別,第四節(jié)

51、 超聲波檢測技術(shù),超聲波檢測基本原理超聲波，實際上是一種聲波，人的耳朵聽不見，把這種聲波就叫超聲波。它在各種介質(zhì)中都能夠傳播，當然介質(zhì)不同，它的傳播速度也不同 超聲波是頻率大于 20 kHz 的一種機械波（相對于頻率范圍在 20 Hz ～ 20 kHz 的聲波而言）。超聲檢測用的超聲波，其頻率范圍一般在 0.25 MHz ～ 15 MHz 之間。用于金屬材料超聲檢測的超聲波，其頻率范圍通常在 0.5 MHz ～ 10 MHz

52、之間；而用于普通鋼鐵材料超聲檢測的超聲波，其頻率范圍通常為 1 MHz ～ 5 MHz。,超聲波在介質(zhì)中傳播有那些特性,⑴超聲波在液體、固體中衰減很小，穿透能力強，特別是不透光的固體能穿透幾十米；⑵當超聲波從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時，在界面上會產(chǎn)生反射、折射和波形轉(zhuǎn)換；由于超聲波的這些特性，使它在檢測技術(shù)中獲得廣泛應(yīng)用。如：超聲波測距、測厚、測流量、無損探傷、超聲成像等等。⑶超聲波為直線傳播方式，頻率越高繞射越弱，但反射能力越強

53、，利用這種性質(zhì)可以制成超聲波測距傳感器。⑷超聲波在空氣中傳播速度較慢，為340m/s，這一特點使得超聲波應(yīng)用變得非常簡單，可以通過測量波的傳播時間，測量距離、厚度等。⑸聲波在介質(zhì)中傳播時隨距離的增加能量逐漸衰減。,超聲檢測,超聲檢測是指用超聲波來檢測材料和工件、并以超聲檢測儀作為顯示方式的一種無損檢測方法。超聲檢測是利用超聲波的眾多特性（如反射和衍射），通過觀察顯示在超聲檢測儀上的有關(guān)超聲波在被檢材料或工件中發(fā)生的傳播變化，來判

54、定被檢材料和工件的內(nèi)部和表面是否存在缺陷，從而在不破壞或不損害被檢材料和工件的情況下，評估其質(zhì)量和使用價值。,,超聲波具有眾多與眾不同的特性，如：聲束指向性好（能量集中）；聲壓聲強大（能量高），傳播距離遠；穿透能力強；在界面處會產(chǎn)生反射、透射（或折射）和波型轉(zhuǎn)換，以及產(chǎn)生衍射等。,通常，超聲檢測采用了不同的技術(shù)：    ——按波源不同可分為：連續(xù)波、脈沖波；    ——按波

55、型不同可分為：縱波、橫波、表面波、板波、爬波；    ——按接收方式不同可分為：回波（反射）、穿透；    ——按耦合方式不同可分為：接觸式、液浸式；    ——按探頭數(shù)不同可分為：單探頭、雙探頭、多探頭。,,脈沖回波（脈沖反射）技術(shù)是超聲檢測中最常用的一種技術(shù)，其所用的超聲波是一種脈沖波，即波源振動持續(xù)時間很短（通常是微秒數(shù)量級）、僅在很短

56、一段時間內(nèi)有振幅（間歇發(fā)射）的一種機械波動。,通常，脈沖回波超聲檢測的過程是：由超聲檢測儀（亦稱超聲波探傷儀）產(chǎn)生脈沖電信號，輸入到換能器（或探頭）上，激勵換能器的壓電晶片發(fā)射脈沖超聲波；超聲波透射（或折射）進入被檢材料或工件中，經(jīng)過反射或衍射等傳播變化，最終又被換能器的壓電晶片所接收，再轉(zhuǎn)換成電信號，輸送回超聲檢測儀顯示出來；最后，通過對顯示屏進行觀察，來分析和評價被檢材料或工件的內(nèi)部或表面質(zhì)量。 超聲檢測儀的顯示方式通常有三種：A

57、 掃描顯示、B 掃描顯示、C 掃描顯示。,,,試說明焊接缺陷的紅外無損檢測的工作原理,若將一交流電壓加在焊接區(qū)的兩端，在焊口上會有交流電流通過。由于電流的集膚效應(yīng)，靠近表面的電流密度將比下層大。由于電流的作用，焊口將產(chǎn)生一定的熱量，熱量的大小正比于材料的電阻率和電流密度的平方。 在沒有缺陷的焊接區(qū)內(nèi)，電流分布是均勻的，各處產(chǎn)生的熱量大致相等，焊接區(qū)的表面溫度分布是均勻的。而存在缺陷的焊接區(qū)，由于缺陷（氣孔）的電阻很大，使這一區(qū)域損耗增

58、加，溫度升高。 應(yīng)用紅外測溫設(shè)備即可清楚地測量出熱點，由此可斷定熱點下面存在著焊接缺陷。,常規(guī)無損檢測方法的能力范圍和局限性,概述 每種 NDT 方法均有其能力范圍和局限性，各種方法對缺欠的檢測概率既不會是 100 ％，也不會完全相同。例如射線照相檢測和超聲檢測，對同一被檢工件的檢測結(jié)果不會完全一致。射線照相檢測和超聲檢測可用于檢測被檢工件內(nèi)部和表面的缺欠；渦流檢測和磁粉檢測用于檢測被檢工件表面和近表面的缺欠；滲透檢測僅用于

59、檢測被檢工件表面開口的缺欠。,,,射線照相檢測較適用于檢測被檢工件內(nèi)部的體積型缺欠，如氣孔、夾渣、縮孔、疏松等；超聲檢測較適用于檢測被檢工件內(nèi)部的面積型缺欠，如裂紋、白點、分層和焊縫中的未熔合等。射線照相檢測常被用于檢測金屬鑄件和焊縫，超聲檢測常被用于檢測金屬鍛件、型材、焊縫和某些金屬鑄件。在對焊縫中缺欠的檢測能力上，超聲檢測通常要優(yōu)于射線照相檢測。,射線照相檢測,能力范圍：a) 能檢測出焊縫中存在的未焊透、氣孔、夾渣等缺欠

60、；b) 能檢測出鑄件中存在的縮孔、夾渣、氣孔、疏松、熱裂等缺欠；c) 能檢測出形成局部厚度差或局部密度差的缺欠；d) 能確定缺欠的平面投影位置和大小，以及缺欠的種類。,,局限性：a) 較難檢測出鍛件和型材中存在的缺欠；b) 較難檢測出焊縫中存在的細小裂紋和未熔合；c) 不能檢測出垂直射線照射方向的薄層缺欠；d) 不能確定缺欠的埋藏深度和垂直高度。,超聲檢測,能力范圍：a) 能檢測出鍛件中存在的裂紋、白點、分層、大片或密集

61、的夾雜等缺欠；注： 用直射技術(shù)可檢測內(nèi)部缺欠或與表面平行的缺欠。用斜射技術(shù)（包括表面波技術(shù)）可檢測與表面不平行的缺欠或表面缺欠。b) 能檢測出焊縫中存在的裂紋、未焊透、未熔合、夾渣、氣孔等缺欠；注： 通常采用斜射技術(shù)。c) 能檢測出型材（包括板材、管材、棒材及其他型材）中存在的裂紋、折疊、分層、片狀夾渣等缺欠；注： 通常采用液浸技術(shù)，對管材或棒材也采用聚焦斜射技術(shù)。d) 能檢測出鑄件（如形狀簡單、表面平整或經(jīng)過加工整修

62、的鑄鋼件或球墨鑄鐵）中存在的熱裂、冷裂、疏松、夾渣、縮孔等缺欠；e) 能測定缺欠的埋藏深度和自身高度。,,局限性：較難檢測出粗晶材料（如奧氏體鋼的鑄件和焊縫）中存在的缺欠；b) 較難檢測出形狀復(fù)雜或表面粗糙的工件中存在的缺欠；c) 較難判定缺欠的性質(zhì)。,渦流檢測（ET）,能力范圍：能檢測出導(dǎo)電材料（包括鐵磁性和非鐵磁性金屬材料、石墨等）的表面和（或）近表面存在的裂紋、折疊、凹坑、夾雜、疏松等缺欠；b) 能測定缺欠的坐

63、標位置和相對尺寸。,,局限性：a) 不適用于非導(dǎo)電材料；b) 不能檢測出導(dǎo)電材料中存在于遠離檢測面的內(nèi)部缺欠；c) 較難檢測出形狀復(fù)雜的工件表面或近表面存在的缺欠；d) 難以判定缺欠的性質(zhì)。,磁粉檢測（MT）,能力范圍：能檢測出鐵磁性材料（包括鍛件、鑄件、焊縫、型材等各種工件）的表面和（或）近表面存在的裂紋、折疊、夾層、夾雜、氣孔等缺欠；b) 能確定缺欠在被檢工件表面的位置、大小和形狀。,,局限性：不適用于非鐵磁性材料

64、，如奧氏體鋼、銅、鋁等材料；b) 不能檢測出鐵磁性材料中存在于遠離檢測面的內(nèi)部缺欠；c) 難以確定缺欠的深度。,滲透檢測（PT）,能力范圍：a) 能檢測出金屬材料和致密性非金屬材料的表面存在開口的裂紋、折疊、疏松、針孔等缺欠；b) 能確定缺欠在被檢工件表面的位置、大小和形狀。,,局限性：a) 不適用于疏松的多孔性材料；b) 不能檢測出表面未開口而存在于材料內(nèi)部和（或）近表面的缺欠；c） 難以確定缺欠的深度。,金屬材料無

65、損檢測方法簡介 無損檢測指在不損壞被檢物前提下，對被檢物的內(nèi)部或表面缺陷、性質(zhì)、狀態(tài)及結(jié)構(gòu)進行的各種檢測。 保證產(chǎn)品質(zhì)量可靠性、實行質(zhì)量控制。 許多重要的產(chǎn)品必須保證質(zhì)量，這就需要對其重要的原材料（板材、棒材和管材等軋制鋼材）和零部件進行無損檢測，及時發(fā)現(xiàn)各種缺陷，報廢或返修，降低成本。,射線、超聲波等檢驗主要用于檢測內(nèi)部缺陷。磁力、滲透好渦流等檢驗主要用于檢測表面缺陷。,8-1射線探傷 8-1

66、-1原理 射線探傷是利用χ射線或γ射線能穿透物質(zhì)，在物質(zhì)中發(fā)生能量衰減（即射線強度將有不同程度減弱）來檢查其內(nèi)部缺陷的一種檢測方法。 射線穿透物質(zhì)時，由于散射與吸收會被衰減。透過率隨被透物質(zhì)種類、密度、厚度不同而異。,工業(yè)上常見的無損檢測的方法之一。用電磁波對金屬工件進行檢測，同X線透視類似。射線穿過材料到達底片，會使底片均勻感光；如果遇到裂縫、洞孔以及氣泡和夾渣等缺陷，將會在底片上顯示出暗影區(qū)來。這種方法能檢測出缺陷的大

67、小和形狀，還能測定材料的厚度。　　有些射線探傷要用γ源發(fā)出射線，對人的傷害極大，操作不慎會導(dǎo)致人員受到輻射，患白血病的概率增加。操作人員應(yīng)穿好防護服，并注意γ源的妥善保存。,例如：鋼中有一氣孔，氣孔的衰減遠遠小于鋼，射線穿透氣孔出后的強度就大于穿透鋼基體的強度。 由于射線是不可見光，所以借助感光膠片或熒光屏把透射后材料內(nèi)的吸收差變?yōu)榭梢姾诙炔?，實現(xiàn)對缺陷的檢測。,8-1-1 適用范圍及注意事項 金屬材料和工件的

68、質(zhì)量檢測中，射線探傷是利用射線的穿透物質(zhì)被不同程度的吸收這一原理，探測缺陷。 在鑄件及焊縫探傷中常用。 這種探傷對立體狀缺陷（如氣孔、夾渣）的探測效果好；對裂紋一類平面缺陷的探測效果有時很差。,當裂紋與射線照射方向垂直時，被檢物的厚度在射線方向幾乎沒有區(qū)別，射線穿過被檢物后也沒有差異，底片上很難形成明顯缺陷影像。但當裂紋與射線照射方向平行時，被檢物的厚度在射線方向有明顯差異，底片上會形成明顯缺陷影像。 所以用射

69、線探傷要從不同方向照射。 χ射線一般可探測100mm厚鋼板。 γ射線可探測300mm厚鋼板。 設(shè)備較復(fù)雜，對人體有不良影響。,8-2 超聲波探傷 8-2-1 原理 超聲波是一種超出人的聽覺范圍的高頻率彈性波。 人耳能聽到的聲音頻率為16Hz ~20kHz 頻率高于20kHz的聲波叫超聲波。,用于鋼鐵材料探傷的超聲波頻率常常在1~5MHz。此頻率的超聲波象一束光一樣傳播，有強烈的方向性。