失效分析 第5章

5.1無損檢測診斷技術(shù)概述5.2超聲檢測診斷技術(shù)5.3聲發(fā)射檢測診斷技術(shù)5.4射線檢測診斷技術(shù)5.5渦流檢測診斷技術(shù)5.6磁粉檢測診斷技術(shù)5.7滲透檢測診斷技術(shù)第五章無損檢測診斷技術(shù)第五章無損檢測診斷技術(shù)

無損檢測診斷技術(shù):

在不損傷被檢測對(duì)象的條件下，利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常或缺陷存在所引起的對(duì)熱、聲、光、電、磁等反應(yīng)的變化，來探測各種工程材料、零部件、結(jié)構(gòu)件等內(nèi)部和表面缺陷，并對(duì)缺陷的類型、性質(zhì)、數(shù)量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化作出判斷和評(píng)價(jià)。

5.1.1概述目的:定量掌握缺陷與載荷的關(guān)系，即評(píng)價(jià)構(gòu)件的允許載荷、壽命或剩余壽命關(guān)系。檢測結(jié)構(gòu)在制造和使用過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)不完整性及缺陷情況，以便改進(jìn)制造工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，保證設(shè)備安全、高效、可靠地運(yùn)行。5.1無損檢測診斷技術(shù)概述三種含義：無損檢測NDT(NondestructiveTesting);

無損檢查NDI(NondestructiveInspection);

無損評(píng)價(jià)NDE(NondestructiveEvaluation);NDT──僅檢測出缺陷；

NDI──以NDT檢測結(jié)果為基礎(chǔ)判定缺陷；

NDE──掌握對(duì)象的載荷、環(huán)境條件，對(duì)構(gòu)件的完整性、可靠性及使用性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。5.1.1概述無損檢測診斷技術(shù)的特點(diǎn)：

(1)

不會(huì)對(duì)構(gòu)件造成任何損傷(2)

為查找缺陷提供有效方法(3)

能夠?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量實(shí)現(xiàn)監(jiān)控(4)

能夠防止產(chǎn)品失效引起的災(zāi)難性后果(5)

無損檢測診斷技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用范圍5.1.2特點(diǎn)常用的有6種：超聲檢測、聲發(fā)射檢測、

射線檢測、

渦流檢測、磁粉檢測、

滲透檢測（已列入國際標(biāo)準(zhǔn)，可參照?qǐng)?zhí)行）適用場合不同：超聲和射線用于探測內(nèi)部缺陷；磁粉和渦流用于探測表面和近表面缺陷；滲透僅用于表面開口處的缺陷；聲發(fā)射用于動(dòng)態(tài)無損檢測。5.1.3常用方法5.2.1概述超聲波：是頻率高于20kHZ的聲波，它是方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能

(常用0.5-10MHZ)超聲檢測診斷技術(shù):利用材料本身或內(nèi)部缺陷對(duì)超聲波傳播的影響，來判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部及表面缺陷的大小、形狀和分布情況。5.2超聲檢測診斷技術(shù)超聲波特點(diǎn)：

1)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到界面會(huì)發(fā)生反射；2)超聲波具有良好的指向性，頻率愈高，指向性愈好；3)超聲波傳播能量大，對(duì)各種材料的穿透力較強(qiáng)。檢測原理：超聲波進(jìn)入物體遇到障礙（缺陷或其他異質(zhì)界面）時(shí)，其方向和強(qiáng)度就會(huì)受到影響，發(fā)生反射、折射、散射或吸收等，根據(jù)這種影響的大小就可以確定缺陷部位的尺寸、物理性質(zhì)、方向性、分布方式及分布位置等。5.2.1概述超聲檢測特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：穿透能力較大，檢測距離大；（例如在鋼中的有效探測深度可達(dá)1米以上）對(duì)平面型缺陷如裂紋、夾層等，探傷靈敏度較高，并可測定缺陷的深度和相對(duì)大?。辉O(shè)備輕便，操作安全，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢驗(yàn)。缺點(diǎn)：不易檢查形狀復(fù)雜的工件，要求被檢查表面有一定的光潔度。對(duì)于粗晶粒鑄件和焊縫，因易產(chǎn)生雜亂反射波而較難應(yīng)用。結(jié)果不直觀，要求有經(jīng)驗(yàn)的人員來進(jìn)行操作和判斷檢測結(jié)果。5.2.1概述超聲檢測應(yīng)用：是無損檢測中應(yīng)用最為廣泛的方法之一。適用于各種尺寸的鍛件、軋制件、焊縫和某些鑄件，無論是鋼鐵、有色金屬和非金屬，都可以采用超聲法進(jìn)行檢測，包括各種機(jī)械零件、結(jié)構(gòu)件、電站設(shè)備、船體、鍋爐、壓力容器、非金屬材料等。如：檢測鍛件的裂紋、分層、夾雜；焊縫中的裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、未焊透，型材的裂紋、分層、夾雜、折疊；鑄件中的縮孔、氣泡、熱裂、冷裂、疏松、夾渣等缺陷及厚度測定等。5.2.1概述按檢測原理：共振法、穿透法和脈沖反射法。按探頭與工件接觸方式：直接接觸法、液浸法。共振法：利用共振現(xiàn)象檢測物體缺陷的方法（主要用于檢測工件的厚度）。原理：通過調(diào)整超聲波的發(fā)射頻率，以改變發(fā)射到工件中的超聲波的波長，使工件厚度為超聲波半波長的整數(shù)倍時(shí)，便產(chǎn)生共振，由此可測出工件厚度。5.2.2超聲檢測法分類穿透法：根據(jù)超聲波穿透工件后能量的變化來判斷內(nèi)部有無缺陷。原理：兩個(gè)探頭置于試件兩側(cè)面，一個(gè)探頭發(fā)射超聲波，另一個(gè)接收，根據(jù)接收到的超聲波的強(qiáng)弱判斷內(nèi)部是否有缺陷。若無缺陷，超聲波較強(qiáng)，衰減較小；若有缺陷，超聲波在缺陷處會(huì)反射或折射，阻止超聲波到達(dá)接收探頭。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，操作容易，檢測速度快。缺點(diǎn)：不能探測缺陷深度，靈敏度低，探頭位置要求高。5.2.2超聲檢測法分類脈沖反射法：根據(jù)缺陷的回波和底面的回波來進(jìn)行判斷，是目前應(yīng)用最廣泛的超聲波檢測法。原理：將具有一定持續(xù)時(shí)間和一定頻率間隔的超聲脈沖反射到被測工件，超聲波遇到缺陷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射，根據(jù)反射信號(hào)的時(shí)差變化，及在顯示器上的位置可判斷缺陷大小及深度。優(yōu)點(diǎn)：通過改變?nèi)肷浣?，可發(fā)現(xiàn)不同方位的缺陷，利用表面波可以檢測復(fù)雜形狀的表面，可對(duì)薄板進(jìn)行探傷。5.2.2超聲檢測法分類測試方法：當(dāng)試件完好時(shí)，超聲波可順利傳播到達(dá)底面，檢測圖形中只有表示發(fā)射脈沖T及底面回波B兩個(gè)信號(hào)；若存在缺陷，在檢測圖形中，底面回波前有表示缺陷的回波。缺陷波在時(shí)基軸上的位置可以確定缺陷在工件中的位置，缺陷波的高度取決于缺陷對(duì)超聲束的反射面積。5.2.2超聲檢測法分類熱交換器焊縫的超聲檢驗(yàn)

5.2.2超聲檢測法應(yīng)用5.2.2超聲檢測法應(yīng)用水輪發(fā)電機(jī)組大軸的超聲檢驗(yàn)

5.2.2超聲檢測法應(yīng)用鐵塔樁基混凝土質(zhì)量的超聲檢測

5.2.2超聲檢測法應(yīng)用5.2.2超聲檢測法應(yīng)用5.2.2超聲檢測法應(yīng)用聲發(fā)射檢測：是一種評(píng)價(jià)材料損傷的動(dòng)態(tài)無損檢測技術(shù)。通過對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的處理和分析評(píng)價(jià)缺陷發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，確定缺陷位置。聲發(fā)射：是材料在外力作用下，缺陷因應(yīng)力集中產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波釋放應(yīng)變能的一種現(xiàn)象。聲發(fā)射技術(shù)：多數(shù)金屬材料塑性變形或斷裂時(shí)都有聲發(fā)射信號(hào)，用儀器檢測、分析聲發(fā)射信號(hào)并確定聲發(fā)射源的技術(shù)稱為聲發(fā)射技術(shù)。5.3聲發(fā)射檢測診斷技術(shù)聲發(fā)射檢測診斷特點(diǎn)：

1、一種動(dòng)態(tài)無損檢測診斷技術(shù)：內(nèi)部缺陷在外力作用下擴(kuò)展時(shí)，能發(fā)出一定頻率和振幅的聲波，以此來判斷反射地點(diǎn)的部位和狀態(tài)。2、聲發(fā)射檢測幾乎不受材料限制。3、聲發(fā)射檢測靈敏度高。4、可實(shí)現(xiàn)在線檢測，能夠減少停產(chǎn)的損失。5.3.1概述聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用范圍：在工業(yè)生產(chǎn)中，聲發(fā)射技術(shù)已用于壓力容器、鍋爐、管道和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等大型構(gòu)件的檢驗(yàn)，評(píng)定缺陷的危險(xiǎn)性等級(jí)，作出實(shí)時(shí)報(bào)警。在生產(chǎn)過程中，用聲發(fā)射技術(shù)可以連續(xù)監(jiān)視高壓容器、核反應(yīng)堆容器和海底采油裝置等構(gòu)件的完整性。聲發(fā)射技術(shù)還應(yīng)用于測量固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)火藥的燃燒速度和研究燃燒過程，檢測滲漏，研究巖石的斷裂，監(jiān)視礦井的崩塌，并預(yù)報(bào)礦井的安全性。5.3.1概述優(yōu)點(diǎn)：可對(duì)裂紋遙測定位；測量系統(tǒng)可很快設(shè)置；靈敏度高；對(duì)測試目標(biāo)只要求有限接近；可檢測活動(dòng)裂紋；只需要相對(duì)很小負(fù)載；有時(shí)能預(yù)報(bào)毀壞負(fù)載。5.3.1概述缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)必須承載；與材料密切相關(guān)；會(huì)受電噪聲和機(jī)械噪聲影響；定位精度有限；裂紋類型只能給出有限信息；難于解釋測量結(jié)果。5.3.1概述聲發(fā)射是物體受外部條件作用使其狀態(tài)發(fā)生改變而釋放出來的一種瞬時(shí)彈性波。其信號(hào)來自缺陷本身，因此，用聲發(fā)射檢測法可以判斷缺陷的活動(dòng)性和嚴(yán)重性。5.3.2聲發(fā)射檢測方法1、它是上升時(shí)間很短的振蕩脈沖信號(hào)，上升時(shí)間為10－4~10－8秒，信號(hào)的重復(fù)速度很高。2、聲發(fā)射信號(hào)有很寬的頻率范圍，從次聲到30MHz。3、信號(hào)是不可逆的,具有不重現(xiàn)性。同一試件在同一條件下產(chǎn)生的聲發(fā)射只有一次。4、信號(hào)不僅與外部因素，而且與內(nèi)部因素有關(guān)。具有隨機(jī)性。5、頻率范圍很寬，信號(hào)具有模糊性。聲發(fā)射信號(hào)的特征1.一個(gè)完整振蕩波形稱為一個(gè)聲發(fā)射事件。0.01~100ms。2.聲發(fā)射最大幅值反映釋放能量的大小。3.振蕩曲線與門檻值第一個(gè)交點(diǎn)到最后一個(gè)交點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間稱為事件持續(xù)時(shí)間。4.上述第一個(gè)交點(diǎn)到最大幅值的時(shí)間稱為上升時(shí)間。聲發(fā)射信號(hào)的表征參數(shù)重要參數(shù)：振幅、事件持續(xù)時(shí)間、上升時(shí)間聲發(fā)射信號(hào)的表征參數(shù)儲(chǔ)氫瓶的聲發(fā)射在役檢驗(yàn)

射線檢測:利用射線(X射線、γ射線、中子射線等)穿過工件時(shí)的強(qiáng)度衰減，檢測其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不連續(xù)性的技術(shù)。工作原理：穿過的射線由于強(qiáng)度不同在膠片上的感光程度也不同，由此生成內(nèi)部不連續(xù)的圖像，根據(jù)膠片的感光情況可以判斷被檢測物的內(nèi)部質(zhì)量。5.4射線檢測診斷技術(shù)射線:

是一種電磁波，與無線電波、紅外線、可見光、紫外線等本質(zhì)相同，但射線波長短、頻率高，穿透能力強(qiáng)。特點(diǎn)：1.不可見，易直線傳播；2.不帶電荷，不受電場和磁場影響；3.能夠透過可見光不能透過的物體；4.與可見光一樣有干涉、繞射、折射等現(xiàn)象；5.能使某些物質(zhì)起光化學(xué)作用，使膠片感光，使某些物質(zhì)發(fā)生熒光；

5.4射線檢測診斷技術(shù)檢測方法：照相法、熒光顯示法、電視觀察法、電離法和發(fā)光晶體記錄法。照相法將被檢件放置在離射線源裝置50cm-1m的位置處，把膠片盒緊貼在構(gòu)件背后，讓射線照射適當(dāng)時(shí)間進(jìn)行曝光，將曝光后的底片在暗室中顯影、定影、水洗和干燥，根據(jù)底片黑度和圖像來判斷缺陷的種類、大小和數(shù)量。5.4射線檢測診斷技術(shù)焊縫的X射線底片（有氣孔、夾渣等缺陷）鑄件底片

5.4射線檢測診斷技術(shù)5.4射線檢測診斷技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：1.適用于大多數(shù)材料。對(duì)形狀、表面粗糙度無特殊要求。2.直觀顯示缺陷影像，便于定性、定量、定位分析。3.射線底片能長期存檔，便于分析事故原因。4.對(duì)被測物體無破壞，無污染。缺點(diǎn)：1.射線因被吸收和散射而衰減，檢查厚度受限制。2.難于發(fā)現(xiàn)垂直射線方向的薄層缺陷。3.檢測費(fèi)用較高。4.射線對(duì)人體有害，需作特殊防護(hù)。5.4射線檢測診斷技術(shù)

X射線機(jī)和γ射線儀

水力發(fā)電機(jī)蝸殼焊縫的射線檢驗(yàn)

射線照相檢驗(yàn)飛機(jī)起落架

渦流檢測：利用鐵磁線圈在工件中感生的渦流,分析工件內(nèi)部質(zhì)量狀況的無損檢測方法稱為渦流檢測。

渦流檢測是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)的無損檢測，只適用于導(dǎo)電材料。主要應(yīng)用于金屬和少數(shù)非金屬材料(如石墨,碳纖維復(fù)合材料)的無損檢測。渦流檢測原理

5.5渦流檢測診斷技術(shù)渦流檢測的主要特點(diǎn):1.特別適用于薄、細(xì)導(dǎo)電材料，對(duì)于粗厚材料只適用于表面和近表面的檢測。2.不需要耦合劑，非接觸檢測，3.速度極快，易自動(dòng)化，可在線檢測控制產(chǎn)品質(zhì)量。4.可用于高溫檢測。高溫下，導(dǎo)電試件仍然導(dǎo)電。5.可用于異型材和小零件的檢測。6.不僅適用于導(dǎo)電材料的缺陷檢測，還可能檢測其他特性，只要該材料對(duì)渦流有影響。5.5渦流檢測診斷技術(shù)應(yīng)用:1.測量材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、檢測晶粒度、熱處理狀況、材料的硬度和尺寸等。2.檢測材料和構(gòu)件中的缺陷，如裂紋、折疊、氣孔和夾雜等。3.金屬材料或零件的混料分選。通過檢查其成分、組織和物理性能的差異而達(dá)到分選的目的。4.測量金屬材料上的非金屬涂層、鐵磁性材料上的非鐵磁性材料涂層和鍍層厚度等。5.在無法進(jìn)行直接測量情況下，可用來測量金屬箔、板材和管材的厚度，測量管材和棒材的直徑等。5.5渦流檢測診斷技術(shù)渦流診斷原理:當(dāng)載有交變電流的檢測線圈靠近導(dǎo)電試件時(shí)，由于線圈磁場的作用，試件會(huì)產(chǎn)生渦流。渦流的大小、相位及流動(dòng)性受到試件導(dǎo)電性能的影響，而渦流的反作用又使檢測線圈的阻抗發(fā)生變化。因此，通過測定檢測線圈阻抗的變化(或線圈上感應(yīng)電壓的變化)，就可探知被檢材料有無缺陷。5.5渦流檢測診斷技術(shù)檢測線圈可分為三類：1、穿過式線圈：工件插入線圈內(nèi)部進(jìn)行檢測。可用于檢測管材、棒材、線材等可以從線圈內(nèi)部通過的試件。易于實(shí)現(xiàn)批量、高速、自動(dòng)檢測.2、內(nèi)通過式線圈：將線圈插入工件內(nèi)部進(jìn)行檢測。3、放置式線圈：線圈放在工件表面檢測。具有磁場聚焦的性質(zhì)，靈敏度高，適用于板材、帶材、棒材的表面檢測，還能對(duì)形狀復(fù)雜的工件某一區(qū)域進(jìn)行局部檢查。5.5渦流檢測診斷技術(shù)渦流線圈與工件的三種位置5.5渦流檢測診斷技術(shù)標(biāo)定試樣渦流檢測的對(duì)比試樣，一般采用與被檢工件同樣牌號(hào)和狀態(tài)的材料，用同樣的方法制作,加工一定規(guī)格的人工缺陷。人工缺陷的加工有下列原則：1.它們須符合技術(shù)要求。2.應(yīng)該容易制造。3.應(yīng)可以復(fù)制。4.均能按精確標(biāo)度的尺寸制造。5.工件在檢測儀上產(chǎn)生的信號(hào)和自然產(chǎn)生的信號(hào)十分相似。5.5渦流檢測診斷技術(shù)用作參考標(biāo)準(zhǔn)的人工缺陷5.5渦流檢測診斷技術(shù)燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片的渦流檢驗(yàn)

磁粉檢測：利用被檢材料的鐵磁性能以檢驗(yàn)其表層中的微小缺陷（裂紋、氣孔、夾雜、折疊）的一種無損檢測方法。（適用于鐵磁性材料表面或近表面缺陷）

基本原理：鐵磁性材料工件被磁化后，由于不連續(xù)性的存在，使工件表面和近表面的磁力線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，在合適的光照下形成目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度。5.6磁粉檢測診斷技術(shù)設(shè)備：磁頭，軛鐵，線圈，電源及磁粉。某些應(yīng)用中要有專用設(shè)備和紫外光源。用途：檢測鐵磁性材料和工件表面或近表面的裂紋、折疊、夾層、夾渣等，并能確定缺陷的位置、大小和形狀。優(yōu)點(diǎn)：簡單、操作方便，速度快，靈敏度高。局限性：限于鐵磁材料，探傷前必須清潔工件，涂層太厚會(huì)引起假顯示，某些應(yīng)用要求探傷后給工件退磁，難以確定缺陷深度，不適用于非鐵磁性材料。5.6磁粉檢測診斷技術(shù)磁鐵有磁性，磁鐵各部分磁性強(qiáng)弱不同，兩端強(qiáng)，中間弱，特別強(qiáng)的部位稱磁極：北極N，南極S。磁極間相互排斥及相互吸引的力稱磁力。磁力可達(dá)到的空間稱磁場。磁場內(nèi)有能量。如果環(huán)形磁鐵兩端閉合，則不呈現(xiàn)磁極，不會(huì)吸引磁粉。如果該磁鐵有空隙，兩端形成磁極，會(huì)吸引磁粉。如果磁環(huán)上有裂紋，裂紋兩端形成磁極，成為漏磁場。磁粉探傷利用漏磁場進(jìn)行工件檢驗(yàn)。5.6磁粉檢測診斷技術(shù)漏磁場將吸引、聚集檢驗(yàn)施加的磁粉，形成缺陷顯示。磁粉檢測深度只有1~2mm,直流磁化時(shí)為3~4mm。缺陷漏磁場的產(chǎn)生5.6磁粉檢測診斷技術(shù)通電法：工件夾在探傷機(jī)夾頭之間，電流從工件上通過，形成周向磁場，可發(fā)現(xiàn)與電流方向平行的裂紋，適合檢驗(yàn)中小工件支桿法：用支桿觸頭或夾鉗接觸工件表面，通電磁化，適用于焊縫或大型部件的局部檢驗(yàn)。芯棒法：導(dǎo)體穿入空心工件，電流從導(dǎo)體上流過形成周向磁場，可發(fā)現(xiàn)與電流方向平行的缺陷，適合檢驗(yàn)管材等空心工件。磁化方法線圈法：工件放入通電線圈內(nèi)，或用通電軟電纜繞在工件上形成磁場，有利于發(fā)現(xiàn)與線圈垂直的缺陷。磁軛法：工件夾在電磁鐵的兩極間磁化，或用永久磁鐵對(duì)工件局部磁化。適合大型工件局部檢驗(yàn)。感應(yīng)電流法：環(huán)形工件作變壓器次級(jí)線圈，利用磁感應(yīng)原理，在工件上產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生環(huán)形磁場。檢驗(yàn)薄壁環(huán)形工件。磁化方法復(fù)合磁化法：將周向磁化和縱向磁化組合在一起，一次可發(fā)現(xiàn)不同方向的缺陷。直電纜法：電流通過與受檢工件表面平行放置的電纜來磁化工件，可發(fā)現(xiàn)與電纜平行的缺陷。磁