现代无损检测基础知识.ppt

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1、现代无损检测基础知识n n无损检测定义无损检测定义 在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构，性质，状态进行检查和测试的方法。而用人的肉眼为手段性质，状态进行检查和测试的方法。而用人的肉眼为手段性质，状态进行检查和测试的方法。而用人的肉眼为手段性质，

2、状态进行检查和测试的方法。而用人的肉眼为手段称之为宏观检查，。称之为宏观检查，。称之为宏观检查，。称之为宏观检查，。无损探伤：是无损检测早期阶段的名称，其涵义是探测无损探伤：是无损检测早期阶段的名称，其涵义是探测无损探伤：是无损检测早期阶段的名称，其涵义是探测无损探伤：是无损检测早期阶段的名称，其涵义是探测和发现缺陷。和发现缺陷。和发现缺陷。和发现缺陷。无损检测：是当前阶段的名称，其内涵不仅仅是探测缺无损检测：是当前阶段的名称，其内涵不仅仅是探测缺无损检测：是当前阶段的名称，其内涵不仅仅是探测缺无损检测：是当前阶段的名称，其内涵不仅仅是探测缺陷，还包括探测试件的一些其他信息，例如结构、性质、陷

3、，还包括探测试件的一些其他信息，例如结构、性质、陷，还包括探测试件的一些其他信息，例如结构、性质、陷，还包括探测试件的一些其他信息，例如结构、性质、状态等，并试图通过测试掌握更多的信息。状态等，并试图通过测试掌握更多的信息。状态等，并试图通过测试掌握更多的信息。状态等，并试图通过测试掌握更多的信息。无损评价：是将进入或目前正在进入的新阶段的名称，无损评价：是将进入或目前正在进入的新阶段的名称，无损评价：是将进入或目前正在进入的新阶段的名称，无损评价：是将进入或目前正在进入的新阶段的名称，其内涵不仅仅是探测缺陷、探测试件的结构、性质、状态，其内涵不仅仅是探测缺陷、探测试件的结构、性质、状态，其内

4、涵不仅仅是探测缺陷、探测试件的结构、性质、状态，其内涵不仅仅是探测缺陷、探测试件的结构、性质、状态，还要获取更全面、更深刻的、更准确的综合信息，例如缺还要获取更全面、更深刻的、更准确的综合信息，例如缺还要获取更全面、更深刻的、更准确的综合信息，例如缺还要获取更全面、更深刻的、更准确的综合信息，例如缺陷的形状、尺寸、位置、取向、内容特、缺陷部位的金相陷的形状、尺寸、位置、取向、内容特、缺陷部位的金相陷的形状、尺寸、位置、取向、内容特、缺陷部位的金相陷的形状、尺寸、位置、取向、内容特、缺陷部位的金相组织、残余应力等。组织、残余应力等。组织、残余应力等。组织、残余应力等。概述概述n n常用常规无损检

5、测方法 射线检测射线检测超声检测超声检测磁粉检测磁粉检测渗透检测渗透检测涡流检测涡流检测声发射检测声发射检测n n现代无损检测技术的发展新的检测理论新的检测理论计算机技术的发展计算机技术的发展产生新的检测手段产生新的检测手段 :TOFD :TOFD 磁记忆磁记忆 超声成像等超声成像等概述概述n n无损检测的目的无损检测的目的n n一、保证产品质量一、保证产品质量一、保证产品质量一、保证产品质量 通过无损检测方法可以探测出许多肉眼很难看见的细小缺陷。在通过无损检测方法可以探测出许多肉眼很难看见的细小缺陷。在容器和其他产品制造的过程检验和最终质量检验中普遍采用。容器和其他产品制造的过程检验和最终质

6、量检验中普遍采用。采用破坏性检测，在检测完成的同时，试件也被破坏了，因此破采用破坏性检测，在检测完成的同时，试件也被破坏了，因此破坏性检测只能进行抽样检验。与破坏性检测不同，无损检测不需损坏坏性检测只能进行抽样检验。与破坏性检测不同，无损检测不需损坏试件就能完成检测过程试件就能完成检测过程 ，因此无损检测能够对产品进行百分之百检验，因此无损检测能够对产品进行百分之百检验或逐件检验。或逐件检验。二、保障使用安全二、保障使用安全二、保障使用安全二、保障使用安全 即使是设计和制造质量完全符合规范要求的容器，在经过一段时即使是设计和制造质量完全符合规范要求的容器，在经过一段时间使用后，也有可能发生破坏

7、事故，这是由于苛刻的运行条件使设备间使用后，也有可能发生破坏事故，这是由于苛刻的运行条件使设备状态发生变化，例如由于高温和应力的作用导致状态发生变化，例如由于高温和应力的作用导致材料材料蠕变，由于温度、蠕变，由于温度、压力的波动产生交变应力，使设备的应力集中部位产生疲劳，由下腐压力的波动产生交变应力，使设备的应力集中部位产生疲劳，由下腐蚀作用使壁厚减薄或材质劣化等等。上述因素有可能使设备中原来存蚀作用使壁厚减薄或材质劣化等等。上述因素有可能使设备中原来存在的，制造规范允许的小缺陷扩展开裂，或使设备中原来没有缺陷的在的，制造规范允许的小缺陷扩展开裂，或使设备中原来没有缺陷的地方产生样或那样的新生

8、缺陷，地方产生样或那样的新生缺陷，最终导致设备失效。为了保障使用安最终导致设备失效。为了保障使用安全，对在用锅炉压力容器，必须定期进行检验，及时发现缺陷，避免全，对在用锅炉压力容器，必须定期进行检验，及时发现缺陷，避免事故发生。事故发生。概述概述n n三、改进制造工艺三、改进制造工艺三、改进制造工艺三、改进制造工艺 n n 在产品生产中，为了了解制造工艺足否适宜，必须事先进行工艺试验。在产品生产中，为了了解制造工艺足否适宜，必须事先进行工艺试验。在工艺试验中，经常对工艺试样进行无损检测，并根据检测结果改进制造工在工艺试验中，经常对工艺试样进行无损检测，并根据检测结果改进制造工艺，最终确定理想的

9、制造工艺。例如，为了确定焊接工艺规范，在焊接试验艺，最终确定理想的制造工艺。例如，为了确定焊接工艺规范，在焊接试验时对焊接试样进行射线照相。随后根据检测结果修正焊接参数，最终得到能时对焊接试样进行射线照相。随后根据检测结果修正焊接参数，最终得到能够达到质量要求的焊接工艺。又如，在进行铸造工艺设计时，通过射线照相够达到质量要求的焊接工艺。又如，在进行铸造工艺设计时，通过射线照相探测试件的缺陷发生情况，并据此改进浇口和冒口的位置，最终确定台适的探测试件的缺陷发生情况，并据此改进浇口和冒口的位置，最终确定台适的铸造工艺。铸造工艺。四、降低生产成本四、降低生产成本四、降低生产成本四、降低生产成本 在产

10、品制造过程中进行无损检测，往往被认为要增加检测费用，从而使在产品制造过程中进行无损检测，往往被认为要增加检测费用，从而使制造成本增加。可是如果在制造过程中间的适当环节正确地进行无损检测，制造成本增加。可是如果在制造过程中间的适当环节正确地进行无损检测，就是防止以后的工序浪费，减少返工，降低废品率，从而降低制造成本。例就是防止以后的工序浪费，减少返工，降低废品率，从而降低制造成本。例如，在厚板焊接时，如果在焊接全部完成后再无损检测，发现超标缺陷需要如，在厚板焊接时，如果在焊接全部完成后再无损检测，发现超标缺陷需要返修，要花费许多工时或者很难修补。因此可以在焊至一半时先进行一次返修，要花费许多工时

11、或者很难修补。因此可以在焊至一半时先进行一次无无损检测损检测，确认没有超标缺陷后再继续焊接，这样虽然无损检测费用有所增加，确认没有超标缺陷后再继续焊接，这样虽然无损检测费用有所增加，但总的制造成本降低了。又如，对铸件进行机械加工，有时不允许机加上后但总的制造成本降低了。又如，对铸件进行机械加工，有时不允许机加上后的表面上出现夹渣、气孔、裂纹等缺陷，选择在机加工前对要进行加工的部的表面上出现夹渣、气孔、裂纹等缺陷，选择在机加工前对要进行加工的部位实施无损检测，对发现缺陷的部位就不再加工，从而降低了废品率，节省位实施无损检测，对发现缺陷的部位就不再加工，从而降低了废品率，节省了机加工工时。了机加工

12、工时。n n无损检测注意事项无损检测注意事项无损检测注意事项无损检测注意事项 1 1、与破坏性检测相配合、与破坏性检测相配合 无损检测技术自身还有局限性。无损检测技术自身还有局限性。对一个工件、材料、机器设备的评价，必须把无损检测的结果与对一个工件、材料、机器设备的评价，必须把无损检测的结果与破坏性检测的结果互相对比和配合，才能作出准确的评定。破坏性检测的结果互相对比和配合，才能作出准确的评定。例如液化石油气钢瓶除了无损检测外还要进行爆破试验。锅炉管例如液化石油气钢瓶除了无损检测外还要进行爆破试验。锅炉管子焊缝，有时要切取试样做金相和断口检验。子焊缝，有时要切取试样做金相和断口检验。2 2、正

13、确选择检测时机、正确选择检测时机 在进行无损检测时，必须根据无损检测的目的，正确选择无损检在进行无损检测时，必须根据无损检测的目的，正确选择无损检测实施的时机。测实施的时机。例如，要检查高强钢焊缝有无延迟裂纹，无损检测实施的时机，例如，要检查高强钢焊缝有无延迟裂纹，无损检测实施的时机，就应安排在焊接完成就应安排在焊接完成24h24h以后进行。以后进行。要检查热处理工艺是否正确，就应将无损检测实施时机放在热处要检查热处理工艺是否正确，就应将无损检测实施时机放在热处理之后进行。理之后进行。n n 3 3、合理选择无损检测方法、合理选择无损检测方法 必须在检测前，根据被检物的材质、结构、形状、尺寸，

14、预计必须在检测前，根据被检物的材质、结构、形状、尺寸，预计可能产生什么种类，什么形状的缺陷，在什么部位、什么方向产生，可能产生什么种类，什么形状的缺陷，在什么部位、什么方向产生，根据以上种种情况分析，然后根据无损检测方法各自的特点选择最合根据以上种种情况分析，然后根据无损检测方法各自的特点选择最合适的检测方法。适的检测方法。n n 例如，例如，钢板钢板的分层缺陷因其延伸方向与板平行，就不适合射线检的分层缺陷因其延伸方向与板平行，就不适合射线检测而应选择超声波检测。测而应选择超声波检测。n n 检查工件表面细小的裂纹就不应选择射线和超声波检测，而应选检查工件表面细小的裂纹就不应选择射线和超声波检

15、测，而应选择磁粉和渗透检测。择磁粉和渗透检测。n n 在保证充分安全性的同时要保证产品的经济性。在保证充分安全性的同时要保证产品的经济性。n n 4 4、各种无损检测方法综合应用、各种无损检测方法综合应用 不要只采用一种无损检测方法，而尽可能多的同时采用儿种方法，不要只采用一种无损检测方法，而尽可能多的同时采用儿种方法，以便保证各种检测方法互相取长补短，从而取得更多的信息。以便保证各种检测方法互相取长补短，从而取得更多的信息。n n 另外，还应利用无损检测以外的其他检测所得的信息，利用有关另外，还应利用无损检测以外的其他检测所得的信息，利用有关材料、焊接、加工工艺的知识及产品结构的知识，综合起

16、来进行判断材料、焊接、加工工艺的知识及产品结构的知识，综合起来进行判断n n 例如，超声波对裂纹缺陷探测灵敏度较高，但定性不准是其不足，例如，超声波对裂纹缺陷探测灵敏度较高，但定性不准是其不足，而射线的优点是对缺陷定性比较准确，两者配合使用，就能保证检测而射线的优点是对缺陷定性比较准确，两者配合使用，就能保证检测结果既可靠又准确。结果既可靠又准确。n无损检测可发现缺陷的类型u缺陷的分类 按加工阶段分 原材料缺陷：如裂纹、夹杂物等 制造过程缺陷：又称工艺缺陷，如裂纹、夹渣、气孔、未焊透等 使用过程中缺陷：如裂纹、减薄、氢损伤（氢鼓泡、氢致裂纹）、腐蚀等 n按检测对象分：n n 铸件：气孔、夹渣、

17、夹砂、密集气孔、冷隔、密集气孔、铸件：气孔、夹渣、夹砂、密集气孔、冷隔、密集气孔、缩孔和疏松、裂纹缩孔和疏松、裂纹n n锻件：缩孔和缩管、非金属夹杂物、夹砂、龟裂、锻造裂锻件：缩孔和缩管、非金属夹杂物、夹砂、龟裂、锻造裂纹、白点纹、白点n n钢管：纵裂纹、横裂纹、表面划伤、翘皮和折叠、夹杂和钢管：纵裂纹、横裂纹、表面划伤、翘皮和折叠、夹杂和分层分层n n钢棒：内部缺陷（芯部裂纹、偏析、白点、非金属夹杂物）钢棒：内部缺陷（芯部裂纹、偏析、白点、非金属夹杂物）、外部缺陷（线状缺陷、裂纹）、外部缺陷（线状缺陷、裂纹）n n钢板：分层、裂纹、线状缺陷、非金属夹杂物、夹渣、折钢板：分层、裂纹、线状缺陷、

18、非金属夹杂物、夹渣、折叠、偏析等叠、偏析等n n使用缺陷：应力腐蚀、氢损伤、蠕变损伤、疲劳裂纹、摩使用缺陷：应力腐蚀、氢损伤、蠕变损伤、疲劳裂纹、摩擦、冲刷等擦、冲刷等u各种检测方法易检出的缺陷 MT：表面、近表面裂纹、剖口分层、夹杂物等 PT：表面开口性裂纹、针孔等 ET：表面和近表面裂纹、夹杂物等 RT：体积状缺陷和与射线入射方向一致（平行）的面型缺陷 UT：垂直于声束的平面状缺陷（裂纹、未熔合、未焊透）及大的体积状缺陷 AE：检测在负载状态下裂纹等缺陷的张口位移（发展）情况超声检测 Ultrasonic Testing（缩写 UT）；射线检测 Radiographic Testing（缩

19、写 RT）；磁粉检测 Magnetic particle Testing（缩写 MT）；渗透检测 Penetrant Testing（缩写 PT）；涡流检测 Eddy Current Testing（缩写 ET）；声发射Acoustic Emission(缩写AE)一一 射线检测射线检测 射线检测是利用射线探测零件内部缺陷的无损探伤方法、利用X射线、射线和中子射线易于穿透物体和穿透物体后的衰减程度不同，使胶片感光程度的不同来探测物体内部的缺陷，对缺陷的种类、大小、位置等进行判断。射线检测主要适用于体积型缺陷，如气孔等的检测；在特定的条件下，也可检测裂纹、未焊透、未熔合等缺陷。工业应用的射线检测

20、技术有三种：X射线检测，r射线检测、中子射线检测。射线的种类很多，其中广泛用于锅炉压力容器焊缝和其他射线的种类很多，其中广泛用于锅炉压力容器焊缝和其他工业产品、结构材料的缺陷检测的是工业产品、结构材料的缺陷检测的是x x射线和射线和 射线。射线。n n射线检测是工业无损检测的一个重要专业门类。射线检测射线检测是工业无损检测的一个重要专业门类。射线检测最主要的应用是探测试件内部的宏观几何缺陷（探伤）。最主要的应用是探测试件内部的宏观几何缺陷（探伤）。n n射线照相法是指用射线照相法是指用x x射线或射线或 射线穿透试件，试件中因缺陷射线穿透试件，试件中因缺陷存在影响射线的吸收而产生强度差异，通过

21、测量这种差异存在影响射线的吸收而产生强度差异，通过测量这种差异来探测缺陷，并以胶片作为记录信息的器材的无损的检测来探测缺陷，并以胶片作为记录信息的器材的无损的检测方法。该方法是最基本的，应用最广泛的一种射线检测方方法。该方法是最基本的，应用最广泛的一种射线检测方法。法。n nx x射线和射线和 射线都是波长极短的电磁波，从现代物理学波粒射线都是波长极短的电磁波，从现代物理学波粒二相性的观点看也可将其视为能量极高的光子束流，两者二相性的观点看也可将其视为能量极高的光子束流，两者基本区别在于基本区别在于x x射线是从射线是从x x射线管中产生的，而射线管中产生的，而 射线是从射线是从放射性同位素的

22、原子核中放射出来的。放射性同位素的原子核中放射出来的。n射线的特性 X射线和射线均为电磁波，波长范围均在0.001lnm之间，比可见光的波长短、频率高、穿透力强。具有以下特性:不可见，以直线传播;不带电荷，不受电场和磁场的影响;能穿透物体并被物质吸收而使自身强度衰减;能产生光化学作用，使胶片感光;能使物质电离，使某些物质产生荧光;能产生生物效应，对生命细胞有杀伤作用n射线检测基本原理射线照相法探伤是利用物质在密度不同、厚度不同时对射线的吸收程度不同(即使射线的衰减程度不同),就会使零件下面的底片感光不同的原理，实现对材料或零件内部质量的照相探伤。当射线穿过密度大的物质，如金属或非金属材料时,射

23、线被吸收得多，自身衰减的程度大,使底片感光轻;当射线穿过密度小的缺陷(空气)时。则被吸收得少,衰减小，底片感光重。这样就获得反映零件内部质量的射线底片。1.11.1射线照相法的原理射线照相法的原理n nx x射线管是一种两极电子管，将阴极灯丝通电，使之白炽，电子就在射线管是一种两极电子管，将阴极灯丝通电，使之白炽，电子就在真空中放出真空中放出 ，如果两极之间加几十千伏以至几百千伏的电压（叫做管，如果两极之间加几十千伏以至几百千伏的电压（叫做管电压）时，电子就从阴极向阳极方向加速飞行，获得很大的动能，当电压）时，电子就从阴极向阳极方向加速飞行，获得很大的动能，当这些高速电子撞击阳极时，与阳极金属

24、原子的核外库仑场作用，发生这些高速电子撞击阳极时，与阳极金属原子的核外库仑场作用，发生轫致幅射而放出轫致幅射而放出x x射线。射线。n n由由x x射线管所发出的射线管所发出的x x射线能谱为连续谱，因其波长分布是射线能谱为连续谱，因其波长分布是连续的。连续谱的最短波长连续的。连续谱的最短波长 minmin与管电压千伏值（与管电压千伏值（kVPkVP）的）的关系为关系为n n minmin=12.4/kVP=12.4/kVPn n管电压越高，最短波长管电压越高，最短波长 minmin的值就越小，平均波长越短，的值就越小，平均波长越短，x x射线的能量越高，线质越硬，穿透物质时衰减越少，穿透射线

25、的能量越高，线质越硬，穿透物质时衰减越少，穿透力越强。所以在射线检测时，一般是根据试件的材质和厚力越强。所以在射线检测时，一般是根据试件的材质和厚度来选择管电压。度来选择管电压。x x射线的强度大致与管电压的平方和管射线的强度大致与管电压的平方和管电流的大小成正比。电流的大小成正比。x x射线的强度越大，射线的强度越大，n n 射线是通过放射性同位素的衰减产生的射线是通过放射性同位素的衰减产生的n n同位素都存在半衰期，一般要求用于同位素都存在半衰期，一般要求用于 射线探伤的放射性射线探伤的放射性同位素的半衰期为几个月同位素的半衰期为几个月n n常用的放射性同位素主要有常用的放射性同位素主要有

26、Co60Co60、Ir192Ir192等。等。图7.2-5 x射线照相原理射线特性1、通过物体会衰减2、能使胶片感光n n射线照相的原理如图所示，厚度为射线照相的原理如图所示，厚度为T T厘厘米的物体中有厚度为米的物体中有厚度为 T T厘米的缺陷时，厘米的缺陷时，x x射线透过无缺陷部位的底片的黑度为射线透过无缺陷部位的底片的黑度为D D，而，而x x射线透过有缺陷部位的底片黑射线透过有缺陷部位的底片黑度应为度应为D D+D+D，把这种曝过光的胶片，把这种曝过光的胶片在暗室中经过显影、定影、水洗和干在暗室中经过显影、定影、水洗和干燥。再将干燥的底片放在观片灯上观燥。再将干燥的底片放在观片灯上观

27、察，根据底片上有缺陷部位与无缺陷察，根据底片上有缺陷部位与无缺陷部位的黑度图象不一样，就可判断出部位的黑度图象不一样，就可判断出缺陷的种类、数量、大小。缺陷的种类、数量、大小。n n射线照相设备可分为：射线照相设备可分为：x x射线探伤机、高能射线探伤设备、射线探伤机、高能射线探伤设备、射线探射线探伤机三大类。伤机三大类。n nx x射线探伤机有携带式，移动式两类。射线探伤机有携带式，移动式两类。n n携带式携带式x x射线机主要用于现场射线照相，管电压一般小于射线机主要用于现场射线照相，管电压一般小于320kV320kV，最大穿透厚度约，最大穿透厚度约50mm50mm。n n移动式移动式x

28、x射线机用在透照室内的射线探伤，它具有较高的管电射线机用在透照室内的射线探伤，它具有较高的管电压和管电流。管电压可达压和管电流。管电压可达450kV450kV，最大穿透厚度约，最大穿透厚度约100mm100mm。n n高能射线探伤设备主要有加速器等高能射线探伤设备主要有加速器等n n 射线机由射线源、盛装源容器、操作机构、支撑和移动射线机由射线源、盛装源容器、操作机构、支撑和移动机构组成。机构组成。1.21.2射线检测设备射线检测设备射线检测设备射线检测设备1.31.3射线照相工艺射线照相工艺射线照相工艺射线照相工艺n n射线检测的优点和局限性概括如下：射线检测的优点和局限性概括如下：n n（

29、1 1）检测结果有直接记录）检测结果有直接记录底片。底片。n n由于底片上记录的信息十分丰富，且可以长期保存，从而使射线照相法成为由于底片上记录的信息十分丰富，且可以长期保存，从而使射线照相法成为各种无损检测方法中记录最真实、最直观、最全面、可追踪性最好的检测方各种无损检测方法中记录最真实、最直观、最全面、可追踪性最好的检测方法。法。n n（2 2）可以获得缺陷的投影图象，缺陷定性定量准确。）可以获得缺陷的投影图象，缺陷定性定量准确。n n各种无损检测方法中，射线照相对缺陷定性是最准的。在定量方面，对体积各种无损检测方法中，射线照相对缺陷定性是最准的。在定量方面，对体积型缺陷（气孔、夹渣类）的

30、长度、宽度尺寸的确定也很准，其误差大致在零型缺陷（气孔、夹渣类）的长度、宽度尺寸的确定也很准，其误差大致在零点几毫米。但对面积型缺陷（如裂纹、未熔合类），如缺陷端部尺寸（高度点几毫米。但对面积型缺陷（如裂纹、未熔合类），如缺陷端部尺寸（高度和张口宽度）很小，则底片上影像尖端延伸可能辨别不清，此时定量数据会和张口宽度）很小，则底片上影像尖端延伸可能辨别不清，此时定量数据会偏小。偏小。n n（3 3）体积型缺陷检出率很高。而面积型缺陷的检出率受到多种因素影响）体积型缺陷检出率很高。而面积型缺陷的检出率受到多种因素影响n n体积型缺陷是指气孔、夹渣类缺陷。一般情况下，直径在试件厚度的体积型缺陷是指气

31、孔、夹渣类缺陷。一般情况下，直径在试件厚度的1%1%以上以上的体积型缺陷可以检出。在薄试件中，可检出缺陷的最小尺寸受人眼分辨率的体积型缺陷可以检出。在薄试件中，可检出缺陷的最小尺寸受人眼分辨率的限制，可达的限制，可达0.5mm0.5mm或更小。面积型缺陷是指裂纹、未熔合类缺陷，其检出或更小。面积型缺陷是指裂纹、未熔合类缺陷，其检出率的影响因素包括缺陷形态尺寸、透照厚度、透照角度、透照几何条件、源率的影响因素包括缺陷形态尺寸、透照厚度、透照角度、透照几何条件、源和胶片种类、像质计灵敏度等。虽然如此，一般可以说厚试件中的裂纹检出和胶片种类、像质计灵敏度等。虽然如此，一般可以说厚试件中的裂纹检出率较

32、低，但对薄试件，除非裂纹或未熔合的高度和张口宽度极小，否则只要率较低，但对薄试件，除非裂纹或未熔合的高度和张口宽度极小，否则只要照相角度适当，底片灵敏度符合要求，裂纹检出率还是足够高的。照相角度适当，底片灵敏度符合要求，裂纹检出率还是足够高的。1.71.7关于射线照相法特点的概括关于射线照相法特点的概括关于射线照相法特点的概括关于射线照相法特点的概括n n（4 4）适宜检验厚度较薄的工件而不适宜较厚的工件。）适宜检验厚度较薄的工件而不适宜较厚的工件。n n因为检验厚工件需要高能量的射线探伤设备。因为检验厚工件需要高能量的射线探伤设备。300KV300KV便携便携式式X X射线机透照厚度一般小于

33、射线机透照厚度一般小于40mm40mm，420KV420KV移动式移动式X X射线射线机和机和Ir192Ir192射线机透照厚度均小于射线机透照厚度均小于100mm100mm，对厚度大于，对厚度大于100mm100mm的工件照相需使用加速器或的工件照相需使用加速器或Co60Co60，因此是比较困难，因此是比较困难的。此外，板厚增大，射线照相绝对灵敏度是下降的，也的。此外，板厚增大，射线照相绝对灵敏度是下降的，也就是说对厚工件采用射线照相，小尺寸缺陷以及一些面积就是说对厚工件采用射线照相，小尺寸缺陷以及一些面积型缺陷漏检的可能性增大。型缺陷漏检的可能性增大。n n（5 5）适宜检测对接焊缝，检测

34、角焊缝效果较差，不适宜）适宜检测对接焊缝，检测角焊缝效果较差，不适宜检测板材、棒材、锻件。检测板材、棒材、锻件。n n检测角焊缝的透照布置比较困难，摄得底片的黑度变化大，检测角焊缝的透照布置比较困难，摄得底片的黑度变化大，成像质量不够好；不适宜检验板材、棒材、锻件的原因是成像质量不够好；不适宜检验板材、棒材、锻件的原因是板材、锻件中的大部分缺陷与板平行，射线照相无法检出。板材、锻件中的大部分缺陷与板平行，射线照相无法检出。此外棒材、锻件厚度较大，射线穿透比较困难，效果也不此外棒材、锻件厚度较大，射线穿透比较困难，效果也不好。好。n n（6 6）有些试件结构和现场条件不适合射线照相。）有些试件结

35、构和现场条件不适合射线照相。n n由于是穿透法检验，检测时需要接近工件的两面，因此结构和现场条由于是穿透法检验，检测时需要接近工件的两面，因此结构和现场条件有时会限制检测的进行。例如有内件的容器，有厚保温层的容器，件有时会限制检测的进行。例如有内件的容器，有厚保温层的容器，内部液态或固态介质未排空的容器等均无法检测；采用双壁单影法透内部液态或固态介质未排空的容器等均无法检测；采用双壁单影法透照虽然可以不进入容器内部，但只适用于直径较小的容器，对直径较照虽然可以不进入容器内部，但只适用于直径较小的容器，对直径较大（一般大于大（一般大于1000mm1000mm）的容器，双壁单影法透照很难实施。此外

36、射线）的容器，双壁单影法透照很难实施。此外射线照相对源至胶片的距离（焦距）有一定要求，如焦距太短，则底片清照相对源至胶片的距离（焦距）有一定要求，如焦距太短，则底片清晰度会很差。晰度会很差。n n（7 7）对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸（高度）的确定比较困）对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸（高度）的确定比较困难。难。n n除了一些根部缺陷可结合焊接知识和规律来确定其在工件中厚度方向除了一些根部缺陷可结合焊接知识和规律来确定其在工件中厚度方向的位置，很多缺陷无法用底片提供的信息定位。的位置，很多缺陷无法用底片提供的信息定位。n n缺陷高度可通过黑度对比的方法作出判断，但精确度不高，尤其影像

37、缺陷高度可通过黑度对比的方法作出判断，但精确度不高，尤其影像细小的裂纹类缺陷，其黑度测不准，用黑度对比方法测定缺陷高度的细小的裂纹类缺陷，其黑度测不准，用黑度对比方法测定缺陷高度的误差较大。误差较大。n n（8 8）检测成本高。）检测成本高。n n射线照相设备和透照室的建设投资巨大：穿透能力射线照相设备和透照室的建设投资巨大：穿透能力40mm40mm（钢）的（钢）的300KV300KV便携式便携式X X射线机至少需射线机至少需8 8万元，穿透能力万元，穿透能力100mm100mm（钢）的（钢）的420KV420KV移动式移动式X X射射线机至少需线机至少需6060万元，穿透能力万元，穿透能力1

38、00mm 100mm（钢）的（钢）的Ir192Ir192射线机至少需射线机至少需6 6万元，万元，穿透能力大于穿透能力大于100mm100mm（钢）的（钢）的6060CoCo至少需至少需5050万元，加速器则需万元，加速器则需100100万元以万元以上。透照室按其面积、高度、防护等级等设计条件的不同，建设费用在上。透照室按其面积、高度、防护等级等设计条件的不同，建设费用在数十万乃至数百万。此外，与其它无损检测方法相比，射线照相的材料数十万乃至数百万。此外，与其它无损检测方法相比，射线照相的材料成本（胶片、冲洗药液等）、人工成本也是很高的。成本（胶片、冲洗药液等）、人工成本也是很高的。n n（9

39、 9）射线照相检测速度慢。）射线照相检测速度慢。n n一般情况下定向一般情况下定向X X射线机一次透照长度不超过射线机一次透照长度不超过300mm300mm，拍一张片子需，拍一张片子需1010分分钟，钟，射线源的曝光时间一般更长。射线照相从透照开始到评定出结果需射线源的曝光时间一般更长。射线照相从透照开始到评定出结果需数小时。与其它无损检测方法相比，射线照相的检测速度很慢，效率很数小时。与其它无损检测方法相比，射线照相的检测速度很慢，效率很低。但特殊场合的特殊应用另当别论，例如周向低。但特殊场合的特殊应用另当别论，例如周向X X射线机周向曝光或射线机周向曝光或 射射线源全景曝光技术应用则可以大

40、大提高检测效率。线源全景曝光技术应用则可以大大提高检测效率。n n（1010）射线对人体有伤害。）射线对人体有伤害。射线会对人体组织造成多种损伤，因此对职射线会对人体组织造成多种损伤，因此对职业放射性工作人员剂量当量规定了限值。要求在保证完成射线探伤任务业放射性工作人员剂量当量规定了限值。要求在保证完成射线探伤任务的同时，使操作人员接受的剂量当量不超过限值，并且应尽可能的降低的同时，使操作人员接受的剂量当量不超过限值，并且应尽可能的降低操作人员和其他人员的吸收剂量。防护的主要措施有屏蔽防护、距离防操作人员和其他人员的吸收剂量。防护的主要措施有屏蔽防护、距离防护和时间防护。现场照相因防护会给施工

41、组织带来一些问题，尤其是护和时间防护。现场照相因防护会给施工组织带来一些问题，尤其是 射射线，对放射同位素的严格管理规定将影响工作效率和成本。线，对放射同位素的严格管理规定将影响工作效率和成本。工业工业CT 工业CT是工业用计算机断层成像技术的简称，它能在对检测物体无损伤条件下，以二维断层图像或三维立体图像的形式，清晰、准确、直观地展示被检测物体内部的结构、组成、材质及缺损状况，被誉为当今最佳无损检测技术。工业CT技术涉及了核物理学、微电子学、光电子技术、仪器仪表、精密机械与控制、计算机图像处理与模式识别等多学科领域，是一个技术密集型的高科技产品。工业CT广泛应用在汽车、材料、航天、航空、军工

42、、国防等产业领域，为检测航天运载火箭及飞船航空发动机、大型武器的检测、地质结构的分析以及机械产品质量的重要检测手段。二 超声波检测n超声波在介质中的传播方式随振源在介质上施力方向与声波传播方向不同分为纵波、横波和表面波。n n声波属于机械波范畴。超过人耳听觉（声波属于机械波范畴。超过人耳听觉（16Hz20KHz16Hz20KHz），频），频率大于率大于2020千赫兹的声波叫超声波。用于工业检测的超声波，千赫兹的声波叫超声波。用于工业检测的超声波，频率为频率为0.40.42525兆赫兹，其中用得最多的是兆赫兹，其中用得最多的是1 15 5兆赫兹。兆赫兹。较低频率用于检测粗晶材料和衰减较大的材料较

43、高频率用于检测细晶材料和要求高灵敏度处。超声波具有频率高、波长短、传播能量大、穿透力强、指向性好的特点。超声波在均匀介质中沿直线传播，遇到界面时发生反射和折射.并且可以在任何弹性介质(固体、液体和气体)中传播。在工业超声波探伤中传播介质主要是固体，液体作为藕合剂以减少声能损失。超声波检测实际上就是利用超声波通过两种介质的界面时发生反射和折射的特性来探测零件内部的缺陷。超声波检测方法按波的传播方式分为脉冲反射法和透射法。目前用得最多的是脉冲反射法，在显示超声信号方面，目目前用得最多的是脉冲反射法，在显示超声信号方面，目前用得最多而且较为成熟的是前用得最多而且较为成熟的是A A显示。显示。脉冲反射

44、波法是利用脉冲发生器发出的电脉冲激励探头晶体产生超声脉冲波。超声波以一定的速度向零件内部传播。遇到缺陷的波发生反射，得到缺陷波,其余的波则继续传播至零件底面后发生反射，得到底波。探头接收发射波、缺陷波和底波，放大后显示在荧光屏上。2.1 超声波的发生及其性质n n1.1.超声波的发生和接收超声波的发生和接收超声波的发生和接收超声波的发生和接收n n超声波探伤用的高频超声波是通过超声波探伤用的高频超声波是通过压电换能器压电换能器获得的。所获得的。所谓压电效应是指将电振动转换成机械振动或将机械振动转谓压电效应是指将电振动转换成机械振动或将机械振动转换成电振动物理现象。换成电振动物理现象。压电材料压

45、电材料主要采用石英、钛酸钡、主要采用石英、钛酸钡、锆钛酸铅和硫酸锂。通常在超声波探伤中只使用一个晶片，锆钛酸铅和硫酸锂。通常在超声波探伤中只使用一个晶片，这个晶片既作发射又作接收。这个晶片既作发射又作接收。2.2.超声波的种类超声波的种类n n超声波在不同介质中传播的波型不同：超声波在不同介质中传播的波型不同：n n空气中和水中空气中和水中只有声波的介质质点振动方向与传播方向一只有声波的介质质点振动方向与传播方向一致的波能传播，叫做致的波能传播，叫做纵波纵波。n n因因固体固体介质能承受剪切应力，所以可在其中传播多种波型，介质能承受剪切应力，所以可在其中传播多种波型，除了除了纵波纵波外还有介质

46、质点振动方向和波传播的方向垂直的外还有介质质点振动方向和波传播的方向垂直的波，叫做波，叫做横波横波。n n此外，还有在固体介质的表面传播的此外，还有在固体介质的表面传播的表面波表面波和在薄板中传和在薄板中传播的播的板波板波，它们都可用来探伤。，它们都可用来探伤。3.超声波特征参数n n声速：声速是由传播介质的弹性系数、密度以及声波的种声速：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。水中的声速约为类决定的，它与频率和晶片没有关系。水中的声速约为15001500米米/秒，钢中纵波的声速约为秒，钢中纵波的声速约为59005900米米/秒，横波的声速秒，横波的声速约

47、为约为32303230米米/秒，表面波的声速约为秒，表面波的声速约为30073007米米/秒。秒。n n波长：波在一个周期内或者说质点完成一次振动所经过的波长：波在一个周期内或者说质点完成一次振动所经过的路程称为波长，用路程称为波长，用 表示，根据频率表示，根据频率f f和波速和波速C C的定义，三的定义，三者有下式关系：者有下式关系：n nC=f C=f n n超声场超声场：被超声所充满的空间范围称为：被超声所充满的空间范围称为超声场超声场 n n声压：超声场某一点某一顺时所具有的压强与没有超声波声压：超声场某一点某一顺时所具有的压强与没有超声波存在时的静态压强之差存在时的静态压强之差n n

48、声强：在垂直于超声波传播方向上单位面积单位时间内通声强：在垂直于超声波传播方向上单位面积单位时间内通过的超声能量。过的超声能量。n n声阻抗：密度与声速的乘积。声阻抗：密度与声速的乘积。n n分贝：是声压与声强的计量单位分贝：是声压与声强的计量单位3.超声场及其特征量4.界面的反射和透射n n当超声波传到缺陷、被检物底面或者异种金属结合面，即当超声波传到缺陷、被检物底面或者异种金属结合面，即两种不同声阻抗的物质组成的界面时，会发生反射。两种不同声阻抗的物质组成的界面时，会发生反射。n n（1 1）垂直入射时的反射和透射垂直入射时的反射和透射n nR=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)D=2Z2/(

49、Z2+Z1)R=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)D=2Z2/(Z2+Z1)n n（2 2）斜射时的反射和透射斜射时的反射和透射5.5.指向性指向性n n声束集中向一个方向幅射的性质，叫做声波的指向性。高频超声束集中向一个方向幅射的性质，叫做声波的指向性。高频超声波具有良好的指向性，这有利于超声波探伤发现缺陷，确定声波具有良好的指向性，这有利于超声波探伤发现缺陷，确定缺陷位置。如图缺陷位置。如图7.3-57.3-5所示，晶片发出的超声波，在某一个范围所示，晶片发出的超声波，在某一个范围内，声速是不扩散的，可是，发射到一定距离后，由于晶片的内，声速是不扩散的，可是，发射到一定距离后，由于晶片的制约力

50、减弱，波束就扩散了。超声波探头的声场中，在一定角制约力减弱，波束就扩散了。超声波探头的声场中，在一定角度度 中包含了大部分的超声波能量，这个角度就叫做指向角（或中包含了大部分的超声波能量，这个角度就叫做指向角（或叫半扩散角）。指向角叫半扩散角）。指向角00与超声波波长与超声波波长，晶片直径，晶片直径DD的关系为：的关系为：n n 0 0=arcsin=arcsin（1.12/D1.12/D）（7.3-87.3-8）n n频率愈高（即波长愈短），晶片愈大，则指向角就愈小，目前频率愈高（即波长愈短），晶片愈大，则指向角就愈小，目前实际应用的探头，其指向实际应用的探头，其指向 角在几度到十几度之间。