(完整版)無損檢測技術及其應用

1、無損檢測技術及其應用一、無損檢測概述無損檢測NDT（Non-destructivetesting）,就是利用聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢對象使用性能的前提下，檢測被檢對象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，進而判定被檢對象所處技術狀態(tài)（如合格與否、剩余壽命等）的所有技術手段的總稱。與破壞性檢測相比，無損檢測具有以下顯著特點：（1）非破壞性（2）全面性（3）全程性（4）可靠性問題開展無損檢測的研究與實踐意義是多方面的，主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）改進生產(chǎn)工藝：采用無損檢測方法對制造用原材料直至最終的產(chǎn)品進行全程檢測，可以發(fā)現(xiàn)某些工藝環(huán)節(jié)的不足之處，為改

2、進工藝提供指導，從而也在一定程度上保證了最終產(chǎn)品的質(zhì)量。（2）提高產(chǎn)品質(zhì)量：無損檢測可對制造產(chǎn)品的原材料、各中間工藝環(huán)節(jié)直至最終的產(chǎn)成品實行全過程檢測，為保證最終產(chǎn)品年質(zhì)量奠定了基礎。降低生產(chǎn)成本：在產(chǎn)品的制造設計階段，通過無損檢測，將存有缺陷的工件及時活理出去，可免除后續(xù)無效的加工環(huán)節(jié)，減小原材料和能源的消耗節(jié)約工時，降低生產(chǎn)成本。保證設備的安全運行：由于破壞性檢測只能是抽樣檢測不可能進行100%勺全面檢測，所得的檢測結論只反映同類被檢對象的平均質(zhì)量水平。此外，無損檢測技術在食品加工領域，如材料的選購、加工過程品質(zhì)的變化、流通環(huán)節(jié)的質(zhì)量變化等過程中，不僅起到保證食品質(zhì)量與安全的監(jiān)督作用，還在

3、節(jié)約能源和原材料資源、降低生產(chǎn)成本、提高成品率和勞動生產(chǎn)率方面起到積極的促進作用。作為一種新興的檢測技術，其具有以下特征：無需大量試劑；不需前處理工作，試樣制作簡單；即使檢測，在線檢測；不損傷樣品，無污染等等。無損檢測技術在工業(yè)上有非常廣泛的應用，如航空航天、核工業(yè)、武器制造、機械工業(yè)、造船、石油化工、鐵道和高速火車、汽車、鍋爐和壓力容器、特種設備、以及海關檢查等等。“現(xiàn)代工業(yè)是建立在無損檢測基礎之上的”并非言過其實。無損檢測分為常規(guī)檢測技術和非常規(guī)檢測技術。常規(guī)檢測技術有：超聲檢測UltrasonicTesting（縮寫UT）、射線檢測RadiographicTesting（縮寫RT）、磁粉

4、檢測MagneticparticleTesting（縮寫MT）、滲透檢驗PenetrantTesting（縮寫PT）、渦流檢測EddycurrentTesting（縮寫ET）。非常規(guī)無損檢測技術有：聲發(fā)射AcousticEmission（縮寫AE）、紅外檢測Infrared（縮寫IR）、（縮寫HNT等。激光全息檢測HolographicNondestructiveTesting二、無損檢測分類及簡介下面對以上所說的五種常規(guī)檢測技術以及幾種非常規(guī)檢測技術做一下簡要的介紹。1. 超聲檢測超聲檢測的基本原理是：利用超聲波在界面（聲阻抗不同的兩種介質(zhì)的結合面）出的反射和折射以及超聲波在介質(zhì)中傳播過程中

5、的衰減，由發(fā)射探頭向被檢件發(fā)射超聲波，由接收探頭接收從界面（缺陷或本底）處反射回來超聲波（反射法）或透過被檢件后的透射波（透射法），以此檢測備件部件是否存在缺陷，并對缺陷進行定位、定性與定量。超聲檢測主要應用于對金屆板材、管材和棒材，鑄件、鍛件和焊縫以及橋梁、房屋建筑等混凝土構建的檢測。2. 射線檢測射線檢測的基本原理是：利用射線（X射線、丫射線和中子射線）在介質(zhì)中傳播時的衰減特性，當將強度均勻的射線從被檢件的一面注入其中時，由于缺陷與被檢件基體材料對射線的衰減特性不同，透過被檢件后的射線強度將會不均勻，用膠片照相、熒光屏直接觀測等方法在其對面檢測透過被檢件后的射線強度，即可判斷被檢件表面或內(nèi)

6、部是否存在缺陷（異質(zhì)點）。目前，射線檢測主要一個用于機械兵器、造船、電子、航空航天、石油化工等領域中的鑄件、焊縫等的檢測。3. 磁粉檢測磁粉檢測的基本原理是：由于缺陷與基體材料的磁特性（磁阻）不同穿過基體的磁力線在缺陷處將廣生彎曲并可能逸出基體表面，形成漏磁場。若缺陷漏磁場的強度足以吸附磁性顆粒，則將在缺陷對應處形成尺寸比缺陷本身更大、對比度也更高的磁痕，從而指示缺陷的存在。目前，磁粉檢測主要應用于金屆鑄件、鍛件和焊縫的檢測。4. 滲透檢測滲透檢測的基本原理是：利用毛細管現(xiàn)象和滲透液對缺陷內(nèi)壁的浸潤作用，使?jié)B透液進入缺陷中，將多余的滲透液出去后，殘留缺陷內(nèi)的滲透液能吸附顯像劑從而形成對比度更高

7、、尺寸放大的缺陷顯像，有利于人眼的觀測。目前，滲透檢測主要應用于有色金屆和黑色金屆材料的鑄件、鍛件、焊接件、粉末冶金件以及陶瓷、塑料和玻璃制品的檢測。5. 渦流檢測渦流檢測的基本原理是：將交變磁場靠近導體（被檢件）時，由于電磁感應在導體中將感生出密閉的環(huán)狀電流，此即渦流。該渦流受激勵磁場（電流強度、頻率）、導體的電導率和磁導率、缺陷（性質(zhì)、大小、位置等）等許多因素的影響，并反作用于原激發(fā)磁場，使其阻抗等特性參數(shù)發(fā)生改變，從而指示缺陷的存在與否。目前，渦流檢測主要應用于導電管材、棒材、線材的探傷和材料分選。6. 聲發(fā)射檢測聲發(fā)射檢測的基本原理是：利用材料內(nèi)部因局部能量的快速釋放（缺陷擴展、應力松

8、弛、摩擦、泄露、磁疇壁運動等）而產(chǎn)生的彈性波，用聲發(fā)射傳感器級二次儀表取該彈性波，從而對試樣的結構完整性進行檢測。目前，聲發(fā)射檢測主要應用于鍋爐、壓力容器、焊縫等試件中的裂紋檢測；隧道、涵洞、橋梁、大壩、邊坡、房屋建筑等的在役檢（監(jiān)）測。7. 紅外檢測紅外檢測的基本原理是：用紅外點溫儀、紅外熱像儀等設備，測取目標物體表面的紅外輻射能，并將其轉變?yōu)橹庇^形象的溫度場，通過觀察該溫度場的均勻與否，來推斷目標物體表面或內(nèi)部是否有缺陷。目前，紅外檢測主要用應于電力設備、石化設備、機械加工過程檢測、火災檢測、農(nóng)作物優(yōu)種、材料與構件中的缺陷無損檢測。8. 激光全息檢測激光全息檢測是利用激光全息照相來檢驗物體

9、表面和內(nèi)部的缺陷。它是將物體表面和內(nèi)部的缺陷，通過外部加載的方法，使其在相應的物體表面造成局部變形，用激光全息照相來觀察和比較這種變形，然后判斷出物體內(nèi)部的缺陷。目前，激光全息檢測主要應用于航空、航天以及軍事等領域，對一些常規(guī)方法難以檢測的零部件進行檢測，此外，在石油化工、鐵路、機械制造、電力電子等領域也獲得了越來越廣泛的應用。三. 無損檢測系統(tǒng)實例一一超聲波傳感器在無損檢測中的應用1. 可聞聲波是人們能聽到的聲音，由物體振動產(chǎn)生，它的頻率在20H；20kHZ范圍內(nèi)。于20HZ稱為次聲波，人耳雖然聽不到但可與人體器官發(fā)生共振。頻率超過20KHZ稱為超聲波，檢測中常用的超聲波頻率范圍為幾十kHZ

10、到幾十MHZ。超尸波是一種在彈性介中的機械震蕩，它的傳播波型主要可分為縱波、橫波、表面波等三種。超聲波具有以下基本特性：傳播速度與介質(zhì)的密度、彈性特性和環(huán)境條件有關；通過兩種不同介質(zhì)時，會產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象；隨著在介質(zhì)中傳播距離的增加，介質(zhì)吸收能量，使超聲波的強度有所衰減。超聲波傳感器利用晶體的壓電效應和電致伸縮效應，將電和能相互轉換，實現(xiàn)對各種參量的測量。超聲波傳感器配上不同的電路制成各種超聲波儀器和裝置，廣泛應用丁工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療、家電等許多領域中。超聲波無損探傷具有應用方便、適用性強、準確率高、易自動化等許多優(yōu)點。2. 超聲波傳感器的主要作用和結構超聲波傳感器是一種可逆換能器，超聲波換能器

11、乂稱超聲波探頭。超聲波換能器的工作原理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在檢測技術中主要采用壓電式。超聲波探頭的主要作用是：一個電聲換能器，并能將返回來的聲波轉換成電脈沖；控制超聲波的傳播方向和能量集中的程度，當改變探頭入射角或改變超聲波的擴散角時，可使聲波的主要能量按不同的角度射入介質(zhì)內(nèi)部或改變聲波的指向性，提高分辨率；實現(xiàn)波型轉換；控制工作頻率；適用丁不同的工作條件。超聲波探頭乂分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭、水浸探頭、高溫探頭、空氣傳導探頭以及其他專用探頭等。接觸式直探頭的結構如圖1所示：匹配電感吸電片接觸式直探頭的第構超聲探頭與被測物體接觸時，探頭與被測物

12、體表面問存在一層空氣薄層，空氣將引起三個界面間強烈的雜亂反射波,造成干擾，并造成很大的衰減。為此，必須將接觸面之間的空氣排擠掉,使超聲波能順利地入射到被測介質(zhì)中。在工業(yè)中,經(jīng)常使用一種稱為耦合劑的液體物質(zhì)，使之充滿在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。常用的耦合劑有自來水、機油、甘油、水玻璃、膠水、化學漿糊等。超聲波探傷是目前應用十分廣泛的無損探傷技術中的一種主要檢測手段。它既可檢測材料表面的缺陷，乂可檢測內(nèi)部幾米深的缺陷，這是x光探傷所達不到的深度。超聲波探傷比X寸線探傷具有較高的探傷靈敏度、周期短、成本低、靈活方便、效率高，對人體無害等優(yōu)點；缺點是對工作表面要求平滑、要求富有經(jīng)驗的檢驗人員才能

13、辨別缺陷種類、對缺陷沒有直觀性；超聲波探傷適合丁厚度較大的零件檢驗。3. 超聲波無損探傷的方法到目前為止，已經(jīng)應用或者提議應用的利用超聲波探傷進行無損檢查的方法見下表：缺臼正里方法當量法（當量試塊比較法、當量計算法、當量AVG曲線法）測長法（相對靈敏度測長法、絕對靈敏度測長法、端點峰值法）底波高度法裂紋的檢測方法表面波波高法表面波波時延法（單探頭法、雙探頭法）端部回波峰值法橫波端角反射法橫波申列式雙探頭法相對靈敏度法（6dB、10dB、20dB）散射波法（衍射法）損傷、劣化評價方法衰減法（低層回波反射法、透射法、共鳴法）音速法（表面波法、容積波法）臨界角反射法光譜儀法（光譜分布及面積、中心頻率

14、、頻幅、重心頻率）頻率解析法利用后方散射波的雜波分析法其它（a法、波松比評價法）超聲波探傷的方法很多，最常用的是脈沖反射法。一般在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料的不連續(xù)，這種不連續(xù)往往乂造成聲阻抗的不一致，由反射定理可知，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質(zhì)的交界面上將會發(fā)生反射，反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據(jù)這個原理設計的。脈沖反射法根據(jù)超聲波波形的不同乂分為縱波探傷、橫波探傷和表面波探傷。例如管道環(huán)焊縫超聲波檢測裝置原理如圖2所示：起聲波導囪探頭辰射被碇防tFijl圖2管道網(wǎng)焊縫超擊波椅蒯裝置原理(卜,轉第93頁)目前便攜式的脈沖反射式超聲波探傷儀大部分是A掃描方式的，所謂A掃描顯示方式即顯示器的橫坐標是超聲波在被檢測材料中的傳播時間或者傳播距離，縱坐標是超聲波反射波的幅值。譬如，在一個鋼工件中存在一個缺陷，由丁這個缺陷的存在，造成了缺陷在鋼材料之間形成了一個不同介質(zhì)之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不用，當發(fā)射的超聲波遇到這個界面之后，就會發(fā)生發(fā)射，反射回來的能量乂被探頭接受到，在顯示屏幕中橫坐標的一定的位置就會顯示出來一個反射波的波形，橫坐標的這個位置就是缺陷在被檢測材料中的深度。這個反射波的長度和形狀因不同的