安全检测技术第6章.doc

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2、在超声检测中普遍应用的 产生超声波的方法是压电法。压电法利用压电材料施加交变 电压，它将发生交替的压缩或拉伸，由此而产生振动，振动 的频率与交变电压的频率相同。当施加在压电晶体上的交变 电压频率在超声波频率范围内时，产生的振动就是超声波振 动。如果把这种振动耦合到弹性介质中，那么在弹性介质中 传播的波就是超声波。 第6章 生产装置安全检测 2) 超声波的种类 超声波在介质中传播有不同的方式，波型不同，其振 动方式不同，传播速度也不同。空气中传播的声波只有疏 密波，声波的介质质点的振动方向与传播方向一致， 叫做 纵波。可在固体介质中传播的波除了纵波外还有剪切波， 又叫横波。此外，还有在固体介质的

3、表面传播的表面波和 薄板中传播的板波。 在超声检测中， 直探头产生的是纵波， 斜探头产生的 是横波。 第6章 生产装置安全检测 3)波速 声波在介质中是以一定的速度传播的，在空气中的声速 为 340m/s ， 水 中 的 声 速 为 1500m/s ， 钢 中 纵 波 的 声 速 为 5900m/s，横波的声速为3230m/s，表面波的声速为3007m/s。 声速是由传播介质的弹性系数、密度以及声波的种类决定的， 它与频率和晶片没有关系。横波的声速大约是纵波声速的一 半，而表面波声速大约是横波的0.9。 第6章 生产装置安全检测 4)波的透射、反射与折射 当超声波从一种介质传播到另一种介质时，

4、若垂直入射， 则只有反射和透射。反射波与透射波的比率取决于两种介质 的声阻抗。例如当钢中的超声波传到底面遇到空气界面时， 由于空气与钢的声速和密度相差很大，超声波在界面上接近 100的反射，几乎完全不会传到空气中(只传出来约0.002 )，而钢同水接触时，则有88的声能被反射，有12的 声能穿透进入水中。计算声压反射率R和声压透射率D的公 式为 Z 2 ? Z1 R= Z 2 + Z1 （6-1） 第6章 生产装置安全检测 2Z 2 D= Z 2 + Z1 式中：Z1、Z2为两种介质的声阻抗。 （6-2） 当倾斜入射时，除反射外，投射波会发生折射现象， 同时伴随有波形转换。假如介质为液体、气体

5、时，反射波 和折射波只有纵波。 斜探头接触钢件时，因为两者都是固体，所以反射波 和折射波都存在纵波和横波，如图6-1所示。 第6章 生产装置安全检测 图6-1固体和固体间的折射和反射 第6章 生产装置安全检测 图中：i入射角；反射角；折射角。 此时，反射角和折射角的大小由两种介质中的声速决定。 折射角的计算公式为 sin L sin L sin s = = C1 CL2 CS 2 式中：C1入射波声速; 入射角; 反射角; L纵波； S横波。 （6-3） 第6章 生产装置安全检测 2.超声检测的优点 (1)适应范围广。无论是金属、非金属，还是复合材料都 可应用超声波进行无损检测。 (2)不会对

6、工件造成损坏。施加给工件的超声强度低，最 大作用应力远低于弹性极限，不会对工件使用造成任何影响。 (3）仅需从一侧接近被检工件，便于复杂形状工件的检 测。 (4）穿透能力强、灵敏度高。能够检验极厚部件，不适 宜检验较薄的工件，能够检出微小不连续性缺陷，对面积型 缺陷的检出率较高，而对体积型缺陷的检出率较低。 (5）对确定内部缺陷的大小、位置、取向、埋深、性质 等参量较之其他无损检测方法有综合优势。 第6章 生产装置安全检测 (6）检验成本低、速度快，能快速自动检测。 (7）检测仪器体积小，质量轻，现场使用较方便。 (8）对人体及环境无害。 第6章 生产装置安全检测 3.超声检测技术的局限性 超

7、声检测技术的局限性 超声检测技术也有一定的局限性。检测条件会限制超声 技术的应用，特别在涉及以下因素之一时： (1）试件的几何形状(尺寸、外形、表面粗糙度、复杂 性及不连续性取向)不合适； (2）不良的内部组织(晶粒尺寸、结构孔隙、夹杂物含 量或细小弥散的沉淀物)。 第6章 生产装置安全检测 6.1.2超声检测的方法 1超声检测的基本方法 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。 它的探伤原理是：将具有一定持续时间和一定频率间隔的超 声脉冲发射到被测工件上，当超声波在工件内部遇到缺陷时， 就会产生反射，根据反射信号的时差变化及在显示器上的位 置就可以判断缺陷的大小及深度

8、。图6-2为脉冲反射法原理图。 第6章 生产装置安全检测 图6-2脉冲反射法原理图 第6章 生产装置安全检测 2）共振法 若某一频率可调的声波在被测工件内传播，当工件的厚 度是超声波的半波长的整数倍时，将引起共振，检测仪器会 显示出共振频率。利用相邻的两个共振频率之差，按下式可 计算出被测工件的厚度： c c = = = 2 2 f 0 2( f m ? f m ?1 ) 式中：f0工件的固有频率; fm、fm-1相临两共振频率; 被检工件的声速； 波长; 工件厚度。 第6章 生产装置安全检测 3）穿透法 穿透法又叫透射法，它是根据脉冲波穿透工件后的能 量变化来判断工件缺陷情况的。穿透法检测可

9、以用连续波， 也可以用脉冲波，常使用两个探头，分别用于发射和接收 超声波，这两个探头被放置在工件两侧。若工件内无缺陷， 超声波穿透工件后衰减较小，接收到的超声波较强；若超 声波在传播的路径中存在缺陷，则超声波在缺陷处就会发 生反射或折射，并部分或完全阻止超声波到达接收探头。 这样，根据接收到超声波能量的大小就可以判断缺陷位置 及大小。 第6章 生产装置安全检测 穿透法的优点是适于探测较薄工件的缺陷和检测超声 衰减大的匀质材料工件；设备简单，操作容易，检测速度 快；对形状简单、批量较大的工件容易实现连续自动检测。 穿透法的缺点是不能探测缺陷的深度；不能检测小缺 陷，探伤灵敏度较低；对发射探头和接

10、收探头的位置要求 较高。穿透检测法灵敏度低，也不能对缺陷定位。 第6章 生产装置安全检测 4）接触法 接触法就是利用探头与工件表面之间的一层薄的耦合 剂直接接触进行探伤的方法。耦合剂主要起传递超声波能 量的作用。耦合剂要求具有较高的声阻抗且透声性能好， 一般为油类，如硅油、甘油、机油。图6-3为接触法探伤原 理图。 第6章 生产装置安全检测 图6-3接触法探伤原理图 第6章 生产装置安全检测 5）液浸法 液浸法就是将探头与工件全部浸入液体，或将探头与工 件之间局部充以液体进行探伤的方法。液体一般用水，故又 称水浸法。用液浸法纵波探伤时，当超声束达到液体与工件 的界面时会产生界面波，如图6-4所

11、示。由于水中声速是钢 中声速的1/4，声波从水中入射钢件时，产生折射后波束变 宽。为了提高检测灵敏度，常用聚焦探头。 第6章 生产装置安全检测 图6-4液浸法探伤 第6章 生产装置安全检测 2超声波探伤仪 1）型显示探伤仪 型显示探伤仪可使用一个探头兼作收发，也可使用两 个探头，一发一收，使用的波型可以是纵波、横波、表面波 和板波。多功能的型显示探伤仪还有一系列附加电路系统， 如时间标距电路、自动报警电路、闸门选择电路、延迟电路 等。 第6章 生产装置安全检测 2）B型显示探伤仪 在A型显示探伤中，横轴为时间轴，纵轴为信号强度。 若将探头移动距离作横轴，探伤深度作纵轴，可绘制出探伤 体的纵截面

12、图形，这种方式称为型显示方式。在型显示 中，显示的是与扫描声束相平行的缺陷截面。 型显示不能描述缺陷在深度方向的扩展。当缺陷较大 时，大缺陷后面的小缺陷的底面反射也不能被记录。 若将一系列小的晶片排列成阵，并依次通过电子切换来 代替探头的移动，即为移相控制式或相控阵式探头，它们被 广泛用于型扫描显示和一些其他扫描方法中。近年来， 型扫描显示已经在电脑式探伤仪中通过型扫描程序得以实 现。 第6章 生产装置安全检测 3）C型显示探伤仪 C型显示探伤仪使探头在工件上纵横交替扫查，把在探 伤距离特定范围内的反射作为辉度变化并连续显示，可绘制 出工件内部缺陷的横截面图形。这个截面与扫描声束相垂直。 示波

13、管荧光屏上的纵、横坐标，分别代表工件表面的纵、横 坐标。 若将型和型显示两者结合起来，便可同时显示被检 测部位的侧面图和顶视图，此种方法被称为复二维显示方式。 在复二维显示中，常用多笔放电式记录仪描绘图形。 第6章 生产装置安全检测 4）连续波探伤仪 对时间而言，连续波探伤仪发射的是连续的且频率不 变（或在小范围内周期性频率微调）的超声波。其结构比 脉冲波探伤仪简单，主要由振荡器、放大器、指示器和探 头组成。检测灵敏度较低，可用于某些非金属材料检测。 第6章 生产装置安全检测 5）调频波探伤仪 对时间而言，调频波探伤仪周期性地发射连续的频率可 调的超声波，其工作原理与调频雷达类似，主要由调频器

14、、 振荡器、混频器、低频放大器和探头组成，由电表、耳机、 喇叭或频率计指示。当调频波进入工件并由缺陷返回后，其 反射波与发射波的频率不同，经过混频器输出二者的差频， 由指示器显示。此类仪器现在已很少使用。 第6章 生产装置安全检测 3.采用超声波检测技术时应注意的事项 采用超声波检测技术时应注意的事项 1）检测条件的选择 在进行超声波检测之前，应了解被检工件的材料特性、 外形结构和检测技术要求；熟悉工件在加工的各个过程中可 能产生的缺陷和部位，以作为分析缺陷性质的依据。 第6章 生产装置安全检测 2）检测仪的选择 超声波检测仪是超声波检测的主要设备。目前国内外检 测仪种类繁多，性能也各不相同。

15、使用时应优先选用性能稳 定、重复性好、可靠性高的仪器。此外，检测前也应根据探 测要求和现场条件来选择检测仪： （1）对于定位要求高的情况，应选择水平线性误差小 的仪器； （2）对于定量要求高的情况，应选择垂直线性好、衰 减器精度高的仪器； 第6章 生产装置安全检测 （3）对于大型零件的检测，应选择灵敏余量低、信噪 比高、功率大的仪器； （4）为了有效地发现表面缺陷和区分相邻缺陷，应选 择盲区小、分辨率好的仪器； （5）对于室外现场检测，应选择重量轻、荧光屏亮度 好、抗干扰能力强的便携式检测仪。 第6章 生产装置安全检测 3）探头的选择 根据检测目的和技术条件选择合适的探头，从探头的 形式、探头

16、的频率以及探头的晶片尺寸三个方面选择。 在选择探头频率时应注意：对同种材料而言，频率愈 高，超声衰减愈大；对同一频率而言，晶粒愈粗，衰减愈 大。对于细晶粒材料，选用较高频率可提高检测灵敏度， 因为频率高，波长短，检测小缺陷的能力强，同时频率愈 高，指向性愈好，可提高分辨力，并能提高缺陷的定位精 度。但是，提高频率会降低穿透能力和增大衰减，因此， 对粗晶和不致密材料及厚度大的工件，应选用较低的探测 频率。 第6章 生产装置安全检测 4)检测方法和耦合剂的选择 应针对工件的具体情况选择合适的检测方法，常用的检 测方法有：脉冲反射法、共振法、穿透法、接触法和液浸法。 探头与试件的耦合方式有：液体耦合

17、、空气耦合等。另 外，在一些特殊条件（如高温）下，还需要选择特殊的耦合 剂。 对于应用最多的液体耦合，影响声耦合的主要因素有： （1）耦合层厚度； （2）表面粗糙度； （3）声阻抗； （4）工件表面形状等。 第6章 生产装置安全检测 6.1.3生产装置的超声检测 1钢壳和模具的超声波检测 大型结构部件钢壳和各种不同尺寸的模具均为锻件。锻 件探伤采用脉冲反射法，除奥氏体钢外，一般晶粒较细，探 测频率多为，质量要求高的可用10。锻 件通常采用接触法探伤，用机油作耦合剂，也可采用水浸法。 在锻件中缺陷的方向一般与锻压方向垂直，因此，应以锻压 面作主要探测面。锻件中的缺陷主要有折叠、夹层、中心疏 松、

18、缩孔和锻造裂纹等。钢壳和模具探伤以直探头纵波检测 为主，以横波斜探头作辅助探测。但对于筒头模具的圆柱面 和球面壳体，应以斜探头为主。为了获得良好的声耦合，斜 探头楔块应磨制成与工件相同曲率。钢壳的腰部带有异型法 兰环，当用直探头探测时，在正常情况下不出现底波，若有 裂纹等缺陷存在，便会有缺陷波出现。其探伤情况如图6-5 所示。 第6章 生产装置安全检测 图6-5异型法兰探伤 第6章 生产装置安全检测 2小型压力容器壳体的超声波检测 小型压力容器壳体的超声波检测 小型压力容器壳体是由低碳不锈钢锻造成型的，经机械加 工后成半球壳状。对此类锻件进行超声波探伤，通常以斜探头 横波探伤为主，辅以表面波探

19、头检测表面缺陷。对于壁厚 以下的薄壁壳体可只用表面波法检测。探伤前必须将斜探头 楔块磨制成与工件相同曲率的球面，以利于声耦合，但磨制后 的超声波束不能带有杂波。通常使用易于磨制的塑料外壳环氧 树脂小型值斜探头，值可选，范围为1.52，频率为2.5 5。探伤时采用接触法，用机油耦合。图6-6为探伤操作 情况。探头一方面沿经线上下移动，一方面沿纬线绕周长水平 移动一周，使声束扫描线覆盖整个球壳。在扫查过程中通常没 有底波，但遇到裂纹时会出现缺陷波。可以制作带有人工缺陷、 与工件相同的模拟件调试灵敏度。 第6章 生产装置安全检测 图6-6小型球壳的探伤 第6章 生产装置安全检测 3复合构件检测 某些

20、结构件是将两种材料粘合在一起形成的复合材料。 复合材料粘合质量的检测，主要有脉冲反射法、脉冲穿透 法和共振法。 两层材料复合时，粘合层中的分层（粘合不良）多与 板材表面平行，用脉冲反射法检测是一种有效的方法。用 纵波检测时，若两种材料的声阻抗相同或相近，且粘合质 量良好，产生的界面波很低，底波幅度较高。当粘合不良 时，界面波较高，而底波较低或消失。若两种材料的声阻 相差较大，在复合良好时界面波较高，底波较低。当粘合 不良时，界面波更高，底波很低或消失。 第6章 生产装置安全检测 当第一层复合材料很薄，在仪器盲区范围内时，界面波 不能显示。这时粘合质量的好坏主要用底波判别。一般说来 粘合良好时有

21、底波，粘合不良时无底波。但第二层材料对超 声衰减大时，也可能无底波，如图6-7所示。 第6章 生产装置安全检测 图6-7第一层较薄时的探测 (a)粘合良好；(b)粘合不良 第6章 生产装置安全检测 当第二层复合材料很薄时，界面波（I）与底波(B)相邻 或重合，如图6-8所示。对于很薄的复合材料，也可用双探 头法检测。如用横波检测，可用两个斜探头一发一收，调整 两探头的位置，使接收探头能收到粘合不良的界面波。 第6章 生产装置安全检测 图6-8第二层较薄时的探测 (a)粘合良好；(b)粘合不良 第6章 生产装置安全检测 4结构件焊缝的检测 在科研生产过程中，经常遇到焊接结构件，如试验筒体、 大型

22、测试刚架、焊接容器和壳体等。焊缝形式有对接、角接、 搭接、丁字接和接管焊缝等。超声波检测常遇到的缺陷有气 孔、夹渣、未熔合、未焊透和焊接裂纹等。 焊缝探伤主要用斜探头（横波），有时也可使用直探头 （纵波）。探测频率通常为2.55。探头角度的选择 主要依据工件厚度。在缺陷定位计算中，可以使用探头折射 角的正弦和余弦，也可使用正切值，它等于探头入射点至缺 陷的水平距离与缺陷至工作表面垂直距离之比。一般说来， 板材厚度小时选用值大的探头，板材厚度大时选用值小 的探头。仪器灵敏度调整和探头性能测试应在相应的标准试 件上进行。 第6章 生产装置安全检测 例如：某化工厂采用超声波检测技术，对由16MnR材

23、质 制造，壁厚24mm，工作压力12.6MPa，工作介质为压缩氦气， -5低温条件下工作的多台压力容器进行无损检测。主要针 对压力容器的焊缝缺陷进行检测。 检测结果表明，超声波探伤是压力容器焊接质量控制中 的一种有效的检验技术。通过熟练掌握超声波无损检测技术 能检测出压力容器焊接接头补焊焊道中的埋藏缺陷，并且具 有指向性较强、灵敏度高、探测可靠性较高、探测效率高、 成本低和设备轻便等特点。 第6章 生产装置安全检测 5港口集装箱龙门桥吊缺陷的超声检测 港口龙门桥吊是用于起吊集装箱从岸上到船或从船上 到岸的可延伸、可行走的起重机。港口龙门桥吊主要采用 钢板、钢管、法兰盘等进行焊接和拼装而成。主要

24、件之间 的连接采用焊接与法兰盘螺栓连接相结合，有的也采用焊 接方式进行连接。由于工作环境、运行情况以及本身结构 状态的限制，对每条主要焊缝的质量要求都非常严格。 采用超声检测技术对法兰盘与主梁焊接连接处的焊缝 缺陷、盘管焊缝缺陷、吊机上行车行驶轨道对接焊缝缺陷 进行检测，能够及时发现隐患，预防重大事故的发生。 第6章 生产装置安全检测 6.2射线检测技术 射线检测技术 6.2.1射线检测技术概述 1. 射线检测技术的特点 射线检测诊断使用的射线主要是X射线、射线和其他 射线。射线检测诊断成像技术主要有实时成像技术、背散射 成像技术、CT技术等。该技术的主要优点如下。 (1)几乎适用于所有材料，

25、而且对试件形状及其表面粗 糙度均无特别要求。对于厚度为0.5mm的钢板等，均可检查 其内部质量。 第6章 生产装置安全检测 (2)能直观地显示缺陷影像，便于对缺陷进行定性、定 量与定位分析。 (3)射线底片也就是检测结果可作为档案资料长期保存 备查，便于分析事故原因。 (4)对被测物体无破坏、无污染。 (5)检测技术和检测工作质量可以自我监测。 第6章 生产装置安全检测 2.射线检测技术的局限性 (1）射线在穿透物质的过程中被吸收和散射而衰减，使 得可检查的工件厚度受到制约。 (2）难于发现垂直射线方向的薄层缺陷，当裂纹面与射 线近于垂直时就很难检查出来。 (3）对工件中平面型缺陷（裂纹未熔合

26、等缺陷）也具有 一定的检测灵敏度，但与其他常用的无损检测技术相比，对 微小裂纹的检测灵敏度较低， (4）检测费用较高，其检验周期也较其他无损检测技术 长。 (5）射线对人体有害，需作特殊防护。 第6章 生产装置安全检测 6.2.2射线检测的基本原理和方法 1.射线检测的基本原理 各种射线检测方法的基本原理都是相同的，都是利用 射线通过物质时的衰减规律，即当射线通过被检物质时， 由于射线与物质的相互作用，发生吸收和散射而衰减。其 衰减程度根据其被通过部位的材质、厚度和存在缺陷的性 质不同而异。因此，可以通过检测透过被检物体后的射线 强度的差异，来判断物体中是否存在缺陷。图6-9为射线检 测的原理

27、图。 第6章 生产装置安全检测 图6-9射线检测的原理图 第6章 生产装置安全检测 当一束强度为I0的均匀射线通过被检测试件（厚度为d） 后，其强度将衰减为 I d = I 0 e ? ud （6-5） 式中：u为被检物体的线吸收系数。 如果被测试件表面局部凸起，其高度为时，则射线 通过部位后，其强度将衰减为 I h = I 0e u ( d + h ) （6-6） 又如在被测试件内有一个厚度为 的线吸收系数为u的某种 缺陷，则射线通过部位后，其强度衰减为 I x = I 0e ? u ( d ? x ) ?u x （6-7） 式中：u为被检物体缺陷处的线吸收系数。 第6章 生产装置安全检测

28、由于uu，则由式（65)、(66)、(67）可得 Id Ih I x （6-8） 因而，在被检测试件的另一面就形成了一幅射线强度 不均匀的分布图。通过一定方式将这种不均匀的射线强度 进行照相或转变为电信号指示、记录或显示，就可以评定 被检测试件的内部质量，达到无损检测的目的。 第6章 生产装置安全检测 2.射线检测的方法 射线检测的方法 射线检测的方法 射线检测的方法主要有透视照相法、电离检测法、射 线荧光屏观察法和电视观察法以及正在发展中的工业射线 (计算机层析成像)技术等。 照相法是指将射线感光材料（通常用射线胶片）放在被 透照试件的后面接受来自透过试件后不同强度分布的射线。 因为射线强度

29、与胶片乳剂的摄影作用在正常条件下成正比， 所以胶片在射线作用下形成潜影，经暗室处理后，就会显示 出物体的结构图像。根据底片上影像的形状及其黑度的不均 匀程度，就可以评定被检测试件中有无缺陷及缺陷的性质、 形状、大小和位置。图6-10为射线照相原理示意图。 第6章 生产装置安全检测 图6-10射线照相原理示意图 第6章 生产装置安全检测 2）电离检测法 射线通过气体时，撞击气体分子，使其中某些原子失 去电子而变成离子，同时产生电离电流。如果让穿过工件的 射线再通过电离室，那么在电离室内便产生电离电流。不同 的射线强度穿过电离室后产生的电离电流也不相同。电离检 测法就是利用测定电离电流的方法来测定

30、射线强度的，根 据射线强度的不同可以判断工件内部质量的变化。检测时， 可用探头（即电离室）接收射线，并转换为电信号，经放大 后输出。电离检测法检测原理如图611所示。 第6章 生产装置安全检测 图6-11电离检测法检测原理 第6章 生产装置安全检测 此法的特点：能对产品进行连续检测，便于自动化操作， 可采用多探头，效率高，成本低。但它只适用于形状简单、 表面平整的工件，在一般情况下对缺陷性质判别较困难。因 此，在探伤方面应用并不广泛，但可研制成各种专用的检测 设备，如用于自动检查子弹壳的射线装置。该装置由德国 塞福特公司研制，用于分选子弹壳，每小时可检测的子弹壳 达7200个。射线束通过铅制狭

31、缝后，透过子弹壳的射线 由探头接收。探头采用闪烁探测器，由碘化钠晶体和光电倍 增管组成。当遇到子弹壳壁有缺陷时，则壁厚变薄，探头便 输出一个较强的电信号，触发分选机构，从而自动将废品分 选出来。 第6章 生产装置安全检测 3）荧光屏观察法 荧光屏观察法是将透过被检测物体后的不同强度的射 线投射在涂有荧光物质的荧光屏上，激发出不同强度的荧 光来，成为可见影像，从荧光屏上直接辨认缺陷。它所看 到的缺陷影像与照相法在底片上所得到的影像黑度相反。 第6章 生产装置安全检测 图6-12荧光屏观察法检测示意图 第6章 生产装置安全检测 荧光屏观察法的相对灵敏度大约为左右。它具有成 本低、效率高、可连续检测

32、等优点，适用于形状简单、要求 不很严的产品探伤。近来，对此装置进一步采用了电子聚焦 荧光辉度倍增管配合小焦点的光机，使荧光屏的亮度、清 晰度有所增加，灵敏度达。在荧光屏上观察时， 为了减少直射射线对人体的影响，在荧光屏后用一定厚度 的铅玻璃吸收射线，并将图像再经过的二次反射后 进行观察，如图6-12所示。从荧光屏上观察到的缺陷，如需 要备查时，可用照相或录像法将其摄录下来。 第6章 生产装置安全检测 4）电视观察法 电视观察法是荧光屏直接观察法的发展，实际上就是 将荧光屏上的可见影像通过光电倍增管增强，再通过电视 设备进行显示。电视观察法的自动化程度高，而且无论静 态或动态情况都可进行观察，但

33、检测灵敏度比照相法低， 对形状复杂的零件检查也比较困难。 第6章 生产装置安全检测 5）工业射线(计算机层析成像)技术 射线照相一般仅能提供定性信息，不能用于测定结构 尺寸、缺陷方向和大小。它还存在三维物体二维成像、前 后缺陷重叠的缺点。技术是断层照相技术，又称计算 机层析成像技术，它根据物体横断面的一组投影数据，经 过计算机处理后，得到物体横断面的图像。所以，它是一 种由数据到图像的重建技术。它比射线照相法能更快、更 精确地检测出材料和构件内部的细微变化，消除了照相法 可能导致的检查失真和图像重叠，并且大大提高了空间分 辨力和密度分辨力。 第6章 生产装置安全检测 图6-13 射线工作原理示

34、意图 第6章 生产装置安全检测 3.射线检测设备 3.射线检测设备 现代工业射线照相检测设备器材主要由射线源、胶片 和金属增感屏组成。 过程设备的射线检测对象主要是材质、壁厚、形状和 尺寸不同的容器和管子的对接接头、对接焊缝和其他形式 接头，T形和角接接头则需特殊的透照技术。为保证过程设 备的制造质量和安全使用，在制造阶段就要根据容器的结 构特点，选用适当的射线设备、器材、几何布置和曝光条 件，对被检焊缝进行透照检查。为保证检测结果的有效性 和可靠性，通常要对射线透照工艺和透照质量进行适当控 制。只有自身质量符合要求的射线底片，才有条件按标准 对焊接质量进行评定和验收。 第6章 生产装置安全检

35、测 6.2.3生产装置的射线检测 1.射线检测技术在压缩机入口分液罐检测中的应用 射线检测技术在压缩机入口分液罐检测中的应用 采用射线检测技术可以对压缩机入口分液罐进行检测， 其中，对容器环焊缝的检测难度相对较大。在实际的检测过 程中，可根据现场的具体情况，设计检测方案。 (1)对接环焊缝进行检测时，采用射线或轴向X射线机内 透中心法(或偏心法)进行透照。 (2)容器对接纵缝进行检测时，采用定向射线机进行直缝 透照。 第6章 生产装置安全检测 2.射线检测技术在航空航天工业中的应用 射线检测技术在航空航天工业中的应用 射线检测技术中的技术在航空航天领域不但用来检 测精密铸件的内部缺陷、评价烧结

36、件的多孔性、检测复合材 料件的结构并控制其制造工艺，而且近年来已将射线技 术引入更高层次的探测对象。美国肯尼迪空间中心就采用射 线装置来检测火箭发动中的电子束焊缝、飞机机翼的铝 焊缝。该装置还能发现涡轮叶片内0.25的气孔和夹杂物， 也可用来检测航天飞机发动机出口锥等。 第6章 生产装置安全检测 3.射线检测技术在核工业中的应用 射线检测技术在核工业中的应用 技术的应用日渐增多，例如用来检测反应堆燃料 元件的密度和缺陷，确定包壳管内芯体的位置，检测核动 力装置及其零部件的质量，并用于设备的故障诊断和运行 监测。中子技术还可以用来检查燃料棒中铀分布的均 匀和废物容器中铀屑的位置。 第6章 生产装

37、置安全检测 4.射线检测技术在钢铁工业中的应用 射线检测技术在钢铁工业中的应用 技术在钢铁工业中的应用已十分广泛，从分析矿石 含量到冶炼过程中各项技术标准的实现，以及各种钢材的质 量保证程度，都可以通过扫描进行检测。例如1989年美 国公司研制的IRIS系统，用于热轧无缝钢管的在线质 量控制，25即可完成一个截面的图像。它由10241024 25 1024 1024 图像显示器显示，光盘存储，可以实时测量管子的外径、内 径、壁厚、偏心和椭圆度等。它还可以同时测量轧制温度， 管子的长度和质量，以及检测腐蚀、蠕变、塑性变形、锈斑 和裂纹等缺陷。美国和德国还用中子装置进行钢管在线 质量监测，每隔给出

38、一组层析数据和图像，发现偏心、 厚度不均和缺陷时，由计算机自动调整生产工艺参数。 第6章 生产装置安全检测 5.射线检测技术在机械工业中的应用 射线检测技术在机械工业中的应用 射线检测技术在机械工业中常用于检测和评价铸件和 焊接结构的质量。图6-14所示为采用射线装置在线检 测汽缸体铸件的质量。特别是用来检测微小气孔、缩孔、 夹杂和裂纹等缺陷，并用于进行精确的尺寸测量，也可用 于汽缸盖、铝活塞等铸件的检测。 第6章 生产装置安全检测 图6-14用于汽缸体铸件在线检测的射线装置 第6章 生产装置安全检测 6.3磁粉检测技术 磁粉检测技术 6.3.1磁粉检测技术概述 磁粉检测技术概述 1.磁粉检测

39、技术的特点 磁粉检测对工件中表面或近表面的缺陷检测灵敏度最高， 对裂纹、折叠、夹层和未焊透等缺陷较为灵敏，能直观地显 示出缺陷的大小、位置、形状和严重程度，并可大致确定缺 陷性质，检查结果的重复性好。 一般来说，采用交流电磁化可以检测表面下2mm以内的 缺陷，采用直流电磁化可以检测表面下6mm以内的缺陷。随 着缺陷的埋藏深度的增加，其检测灵敏度迅速降低。因此， 它被广泛用于磁性材料表面和近表面缺陷的检测。 第6章 生产装置安全检测 2.磁粉检测法的局限性 磁粉检测法的局限性 磁粉检测法只适用于检测铁磁性材料及其合金。另外， 磁粉探伤仅局限于对铁磁材料的表面和近表面缺陷进行检 测，所以在现代工业

40、中经常遇到的奥氏体不锈钢、铝镁合 金制品中的缺陷不能应用磁粉探伤进行检测，而只能使用 其他的探伤方法（如渗透检测、射线检测等方法）进行检 测。另外，磁粉检测法的局限性还表现在单一的磁化方法 检测受工件几何形状影响(如键槽)，会产生非相关显示，通 电法和触头法磁化时，易产生打火烧伤。 第6章 生产装置安全检测 .磁粉检测的适用范围 磁粉检测的适用范围 (1)未加工的原材料(如钢坯)、半成品、成品及在役与 使用过的工件都可用磁粉检测技术进行检查。 (2)管材、棒材、板材、型材和锻钢件、铸钢件及焊接 件都可应用磁粉检测技术来检测缺陷。 (3)被检测的表面和近表面的尺寸很小，间隙极窄的铁 磁性材料，可

41、检测出长0.1mm、宽为微米级的裂纹和目测难 以发现的缺陷。 第6章 生产装置安全检测 (4)可用于检测马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢材料， 但不适用于检测奥氏体不锈钢(如1Crl8Ni9)和用奥氏体不 锈钢焊条焊接的焊缝，也不适用于检测铜、铝、镁、钛合 金等非磁性材料。 (5)可用于检测工件表面和近表面的裂纹、白点、发纹、 折叠、疏松、冷隔、气孔和夹杂等缺陷，但不适于检测工 件表面浅而宽的划伤、针孔状缺陷、埋藏较深的内部缺陷 和延伸方向与磁力线方向夹角小于20的缺陷。 第6章 生产装置安全检测 6.3.2磁粉检测的基本原理和方法 磁粉检测的基本原理和方法 1.磁粉检测的基本原理 磁粉检测的基本

42、原理 磁粉检测是将铁磁性金属制成的工件置于磁场内，则工 件将被磁化，其磁感应强度为 B=uH 式中：B工件的磁感应强度； （6-9） H外加磁场（磁化磁场）强度； u材料的导磁率。 第6章 生产装置安全检测 磁感应强度B的大小，不但决定着工件能否进行磁粉检 测，而且会对检测灵敏度产生很大的影响。铁磁性物质的导 磁率很大，能产生一定的磁感应强度，因而能进行磁粉检测， 并能获得必要的灵敏度。铁磁性材料的导磁率u1，导磁率高 的物质具有低顽磁性，容易被磁化；导磁率低的物质具有高 顽磁性，难被磁化。 第6章 生产装置安全检测 磁粉检测的三个必要的步骤为： （1)被检验的工件必须得到磁化； （2)必须在

43、磁化的工件上施加合适的磁粉； (3)对任何磁粉的堆积必须加以观察和解释。 当材料或工件被磁化后，若在工件表面或近表面存在裂 纹、冷隔等缺陷，便会在该处形成一漏磁场。此漏磁场将吸 引、聚集检测过程中施加的磁粉，从而形成缺陷显示。 第6章 生产装置安全检测 因此，磁粉检测首先是对被检工件加外磁场进行磁化。 工件被磁化后，在工件表面上均匀喷洒微颗粒的磁粉（磁粉 平均粒度为510），一般用四氧化三铁或三氧化二铁 作为磁粉。如果被检工件没有缺陷，则磁粉在工件表面均匀 分布。当工件上有缺陷时，由于缺陷（如裂纹、气孔、非金 属夹杂物等）内含有空气或非金属，其磁导率远远小于工件 的磁导率，因此，位于工件表面或

44、近表面的缺陷处产生漏磁 场，形成一个小磁极，如图615所示。磁粉将被小磁极所 吸引，缺陷处由于堆积比较多的磁粉而被显示出来，形成肉 眼可以看到的缺陷图像。 第6章 生产装置安全检测 图6-15缺陷漏磁场的产生 （a）表面缺陷;（b）近表面缺陷 第6章 生产装置安全检测 最后需要对检测过程中出现的磁粉堆积加以观察并做出 合理的解释。 另外，要增强磁粉检测的有效性，还应安排好磁粉检测 的时机。一般来说，磁粉检测时机的安排应遵循以下原则： (1)磁粉检测工序应安排在容易产生缺陷的各道工序(如 焊接、热处理、机加工、磨削、矫正和加载试验)之后进行， 但应在涂漆、发蓝、磷化等表面处理之前进行。 (2)对

45、于有产生延迟裂纹倾向的材料，磁粉检测应安排在 焊接完24h后进行。 (3)磁粉检测可以在电镀工序之后进行。对于镀铬、镀镍 层厚度大于50m的超高强度钢(抗拉强度等于或超过1240hWa) 的工件，在电镀前后均应进行磁粉检测。 第6章 生产装置安全检测 2磁粉检测缺陷发现的条件 1）取决于工件缺陷处漏磁场强度是否足够大 磁粉检测中能否发现缺陷，首先决定于工件缺陷处漏磁 场强度是否足够大。要提高磁粉检测的灵敏度，即提高发现 更细小缺陷的能力，就必须提高漏磁场的强度。缺陷处漏磁 场的强度主要与被检工件中的磁感应强度有关，工件中磁 感应强度越大，则缺陷处的漏磁场强度越大。一般情况下， 工件中磁感应强度

46、达到0.8（特）左右即可保证缺陷处的漏 磁场能够吸附磁粉。 第6章 生产装置安全检测 2）取决于缺陷本身的状况 缺陷处漏磁场的大小还取决于缺陷本身的状况（例如缺 陷的宽窄、深度与宽度之比、缺陷埋藏深度以及倾角方向 等），因此，对于具有相同磁感应强度的被检工件，在不同 缺陷处的漏磁场强度也有差异。由于空气的磁导率远比工件 的磁导率低，因而缺陷孔隙处不容易使磁力线通过，就会产 生对原来均匀分布的磁力线的干扰，使一部分磁力线被“挤 到”裂纹尖端的下面，一部分穿过裂纹气隙，另一部分被 “挤出”工件表面后再进入工件，如图615（）所示。 这后两部分磁力线在工件表面形成漏磁场。有些靠近工件表 面的缺陷虽然没有暴露到工件表面，但当工件被磁化时，缺 陷处靠近工件表面的受干扰的磁力线有可能被挤出工件表面， 如图615（）所示，这样在工件表面上也会有漏磁场产 生。但当缺陷离工件表面较深时，受干扰的磁力线没有被挤 出工件表面，就不会产生漏磁场。也就是说，离工件表面比 较深的缺陷用磁粉检测检查不出来。 第6章 生产装置安全检测 3）取决于缺陷的形状和位置 同样深度的缺陷由于形状与位置不同，能检出的程度