機械工程測試技術（第3版）課件：無損檢測技術

無損檢測技術

無損檢測技術無損檢測定義

不損傷被檢測對象的條件下，利用材料內部結構異?；蛉毕菟鸬膶?、聲、光、電、磁等反應的變化，來探測各種工程材料、零部件、結構件等內部和表面缺陷，并對缺陷類型、性質、數(shù)量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化做出判斷和評價。五大無損檢測技術：超聲檢測技術√射線檢測技術（包括X射線√

、γ射線、中子射線）渦流檢測技術磁粉檢測原理（適合磁性材料）√滲透檢測技術（適合非磁性材料表面缺陷監(jiān)測）√7.1超聲波檢測技術7.1.1超聲波檢測技術簡介超聲波特性：音頻超過了人類耳朵范圍的聲波，>20kHz彈性波（機械波）：在氣體、液體和固體中傳播超聲波的傳播頻率主要由探頭決定

例如：型號為2.5P20的探頭發(fā)射的超聲波，頻率為2.5MHz。超聲波在媒質中傳播速度與媒質的特性（溫度、密度）有關超聲波在介質中傳播時有多種波型，檢驗中最常用的為縱波、橫波、表面波和板波。縱波（質點運動方向與傳播方向一致）可探測金屬鑄錠、坯料、中厚板、大型鍛件和形狀比較簡單的制件中所存在的夾雜物、裂縫、縮管、分層等缺陷；橫波（質點運動方向與傳播方向垂直）可探測管材中的周向和軸向裂縫、劃傷、焊縫中的氣孔、夾渣、裂縫、未焊透等缺陷；表面波（質點作縱橫向復合振動，所引起的波只在介質表面?zhèn)鞑ィ┛商綔y形狀簡單的鑄件上的表面缺陷；板波（質點作縱橫向復合振動，板厚遠小于一個波長）

可探測薄板中的缺陷。7.1超聲波檢測技術7.1超聲波檢測技術超聲波的特點：1）頻率高波長短：繞射現(xiàn)象小，方向性好，能夠成為射線定向傳播；2）穿透本領大：在液體、固體中衰減很小，能夠穿透近幾十米；3）碰到雜質或分界面會產(chǎn)生顯著反射；4）對人體無害。5）頻率對聲速影響不明顯，但溫度對聲速有一定影響，當測量精度要求很高時需要校正；6）對工作表面要求平滑；7）要求富有經(jīng)驗的檢驗人員才能辨別缺陷種類，對缺陷沒有直觀性；9）只有缺陷尺寸大于波長的1/2時超聲波才能反射，即不能檢測尺寸小的缺陷。超聲波的應用：1）可在不透光固體中傳播；2）在工業(yè)中廣泛地用于尺寸、深度、液位、流量、粘度、厚度、距離以及探傷等參數(shù)的檢測。7.1超聲波檢測技術7.1.2超聲波無損檢測原理1.超聲波檢測方法分類

脈沖反射法、穿透法、共振法

斜聲束直聲束

反射能量大?。航唤缑鎯蛇吔橘|聲阻抗的差異

交界面的取向、大小2.檢測原理1）脈沖反射法原理：超聲波遇到不同阻抗界面發(fā)生反射在均勻的材料中：缺陷存在材料不連續(xù)界面聲阻抗不一致發(fā)生反射測量系統(tǒng)構成：只有一個超聲波探頭，既發(fā)射又接收。

7.1超聲波檢測技術底波高度法原理：如果試件內存在缺陷，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質的交界面上將會發(fā)生反射；反射回來的超聲波能量大小與交界面兩邊介質聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關。分析缺陷回波與無缺陷時回波變化判斷試件缺陷。缺陷回波法原理：如果試件內存在缺陷，底面回波高度會下降甚至消失；這種依據(jù)底面回波的高度變化判斷試件缺陷。該方法檢出缺陷定位定量不便，靈敏度較低。7.1超聲波檢測技術2）穿透法原理構成：兩個超聲波探頭：一個發(fā)射、一個接收。原理：據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透試件之后的能量變化來判斷缺陷。原理：

采用頻率可調的連續(xù)波；若聲波在被檢工件內傳播，正常情況下，當試件的厚度為超聲波的半波長的整數(shù)倍時，將引起共振。當試件內存在缺陷或工件厚度發(fā)生變化時，將改變試件的共振頻率。

根據(jù)共振頻率變化判斷缺陷。

常用于測量試件厚度。3）共振法原理7.1超聲波檢測技術7.1.3超聲波無損檢測的應用探傷的5個組成要素：儀器：電子設備，提供發(fā)射脈沖激勵探頭，接收/放大/顯示信號探頭：核心為壓電晶片，發(fā)射/接收超聲波試塊：探傷的基本方法是將試塊上的人工傷信號與實際被檢測的

工件測量信號對比。工藝/標準：規(guī)范探傷的方法/步驟等檢測人員：具有一定實際經(jīng)驗7.1超聲波檢測技術探傷儀：運用超聲檢測方法來檢測損傷的儀器稱之為超聲波探傷儀。探傷儀類型：1）脈沖波探傷儀：發(fā)射不連續(xù)且頻率不變的超聲波，根據(jù)超聲波傳播時間及幅度判斷缺陷位置和大小?！Ｓ?）連續(xù)波探傷儀：發(fā)射連續(xù)且頻率不變的超聲波，根據(jù)透過工件的超聲波強度變化判斷工件中有無缺陷及缺陷大小。3）調頻波探傷儀：發(fā)射連續(xù)的頻率變化的超聲波，根據(jù)發(fā)射波與反射波的差頻變化情況判斷工件中有無缺陷。7.1超聲波檢測技術例如：脈沖反射式超聲探傷系統(tǒng)同步電路：觸發(fā)掃描電路和發(fā)射電路開始工作掃描電路：加至示波管水平偏轉板上，使電子束發(fā)生水平偏轉，在熒光屏上產(chǎn)生一條水平掃描線發(fā)射電路：產(chǎn)生高頻窄脈沖，激勵探頭壓電晶片振動，在工件中產(chǎn)生超聲波探頭：發(fā)射超聲波到工件中、接收遇缺陷或底面返回的信號接收放大電路：檢波返回電信號，加至示波管垂直偏轉板上，使電子束發(fā)生垂直偏轉，在水平掃描線的相應位置上產(chǎn)生缺陷波和底波判斷：根據(jù)缺陷波的位置可以確定缺陷的深度，根據(jù)缺陷波的幅度可以估算缺陷當量的大小7.1超聲波檢測技術常見的工業(yè)檢測應用焊縫檢測復合材料缺陷檢測超聲波測厚超聲波測距技術7.1超聲波檢測技術

用于無損檢測的射線有X射線、γ射線、中子射線三種（電磁波）；

X射線和γ射線廣泛用于壓力容器焊縫和其他工業(yè)產(chǎn)品、結構材料的缺陷檢測，而中子射線僅用于一些特殊場合。因此，X射線檢測是透射法！7.2工業(yè)CT檢測技術7.2.1工業(yè)CT成像技術簡介X射線檢測最主要的應用是探測試件內部的宏觀幾何缺陷，采用射線照相法進行檢測。原理：射線通過物體時會發(fā)生吸收和散射，材料中有缺陷會影響射線的吸收和散射，則測量出射射線強度可達到探測。射線另一特性是能夠使膠片感光，底片上有缺陷部位與無缺陷部位的黑度圖像不一樣，這樣，就可以判斷出缺陷的種類、數(shù)量、大小等。

超聲波X射線適用對象一般用在厚板上，探測深度可達3m左右比較適合檢測50mm，最多500mm厚以下的薄板原理常利用機械波的反射利用電磁波的透射缺陷特征適合檢測與超聲波垂直的缺陷適合檢測與X射線平行的缺陷輸出波（幅值、頻率）結果不直觀圖像結果較直觀靈敏性比X射線探傷具有較高的探傷靈敏度透視靈敏度高影響對人體無害輻射對人有影響特殊要求對工作表面要求平滑常加耦合劑必須有防護措施成本成本低、靈活方便費用高，設備較重X射線與超聲波探傷的比較工業(yè)CT是在X射線基礎上發(fā)展起來的一種無損檢測技術。7.2工業(yè)CT檢測技術7.2工業(yè)CT檢測技術CT成像技術CT是ComputedTomography的縮寫,計算機斷層成像技術基于射線與物質的相互作用原理，通過投影重建方法獲取被檢測物體的數(shù)字圖像CT與一般X輻射成像的區(qū)別：一般X輻射成像：

將三維物體投影到二維平面成像，各層面影像重疊會造成相互干擾，圖像模糊且損失了深度信息，不能滿足精密分析評價要求CT成像：

把被測物體所檢測斷層孤立出來單獨成像，避免了其余部分的干擾；

圖像質量高——清晰準確顯示所檢測部位內部的結構關系、物質組成及缺陷狀況，檢測效果遠遠高于其他傳統(tǒng)的無損檢測方法7.2工業(yè)CT檢測技術工業(yè)CT特點：能準確地再現(xiàn)物體內部的三維立體結構能夠定量地提供物體內部的物理特性，識別內部缺陷和位置7.2工業(yè)CT檢測技術7.2.2工業(yè)CT工作原理一束射線穿過物質并與物質相互作用后，射線強度將受到射線路徑上物質的吸收或散射而衰減，衰減規(guī)律遵循比爾定律一次探測計算出路徑L上衰減系數(shù)的線積分多次探測就可以獲得整個面的無窮多個線積分，從而可以精確無誤地確定該物質面的衰減系數(shù)的二維分布物質的衰減系數(shù)與物質的質量密度直接相關，故衰減系數(shù)的二維分布可以體現(xiàn)出密度的二維分布7.2工業(yè)CT檢測技術

工業(yè)CT檢測系統(tǒng)組成射線源（高能、低能）前后準直器探測器（種類很多）機械掃描裝置（精度很重要）前端數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)后端圖像處理系統(tǒng)射線防護措施對操作者和設備的防護例如：某型號工業(yè)CT機產(chǎn)品特點：提供試樣的二維(2D)橫切面或三維(3D)立體表現(xiàn)圖像檢測系統(tǒng)組成：x光機、探測器、預載于計算機的CT軟件、轉臺、控制系統(tǒng)和監(jiān)視器等部分技術參數(shù)：空間分辨率5.0Lp/mm圖象灰度等級16位探測器類型

平板；線陣列轉臺步進間隔

0.1mm射線源

20~450KV

Ｘ射線管焦點選擇普通焦點、微焦點均可使用

被測物尺寸

最大長度2000mm，最大厚度150mm鋼板應用領域：汽車零部件，輪胎，電池，玩具，軍工7.2工業(yè)CT檢測技術7.2工業(yè)CT檢測技術7.2.3工業(yè)CT檢測系統(tǒng)的應用材料損傷和缺陷檢測材料密度分布檢查裝配檢測元器件內部結構的評估可見，縱向裂紋、橫向裂紋、未焊透、條狀夾渣、氣孔、咬邊等缺陷均可通過CT探傷檢測出來。（1）焊縫缺陷檢測焊接缺陷在射線探傷儀上的顯示圖7.2工業(yè)CT檢測技術搖枕CT掃描圖像及局部圖

（2）車輛關鍵部件缺陷檢測

大型工業(yè)CT系統(tǒng)可對車輛搖枕、側架等關鍵部件內部的氣孔、砂眼、夾雜物、縮孔、疏松、冷隔、裂紋等鑄造缺陷進行快速有效檢測。7.3磁粉檢測技術7.3.1磁粉檢測技術簡介磁粉檢測（MagneticParticleTesting），簡稱MT檢測原理：磁化工件，施加磁粉，觀察磁粉的分布，判斷被檢工件是否存在缺陷。1.磁粉檢測方法分類

（1）按照施加磁粉的時間可分為連續(xù)法和剩磁法。

連續(xù)法是在磁化工件的同時施加磁粉；剩磁法是先磁化工件，停止磁化后再施加磁粉。（2）按照顯示材料可分為熒光法和非熒光法。

熒光法是采用熒光磁粉，在黑光燈下觀察磁痕。非熒光法是采用普通黑色磁粉或者紅色磁粉，在正常光照條件下觀察磁痕。（3）按照磁粉的載體可分為濕法和干法。

濕法是磁粉的載體為液體。干法是直接以干粉的形式噴涂在工件上，只有特殊情況下才會采用這種方法。7.3磁粉檢測技術2.磁粉檢測方法的特點（1）優(yōu)勢能直觀檢驗工件表面的裂紋、疏松、氣孔和夾雜等缺陷，可顯示缺陷的形狀、位置、大小和嚴重程度，并可大致確定缺陷的性質可檢出缺陷的最小寬度約0.1μm，能發(fā)現(xiàn)深度約10μm的微裂紋，具有較高靈敏度、磁粉檢測幾乎不受試件大小和形狀的限制，綜合采用多種磁化方法，可檢測工件上各個方向的缺陷檢測速度快，工藝簡單，操作方便，效率高，成本低（2）局限性磁粉檢測只能用于檢測鐵磁性材料只能用來檢測表面和近表面缺陷難于定量確定缺陷埋藏的深度和缺陷自身的高度7.3磁粉檢測技術7.3.2磁粉檢測技術原理工件表面存在缺陷，缺陷與基體材料的磁特性不同，缺陷部位的磁導率低，磁阻很大，磁感應線將會改變途徑若缺陷漏磁場的強度足以吸附磁性顆粒，則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，從而指示缺陷存在的位置、形狀和大小257.3磁粉檢測技術缺陷檢測流程磁化被檢驗的工件，然后在磁化的工件表面上施加合適的磁粉，最后觀察和解釋磁粉堆積。7.3磁粉檢測技術7.3.3磁粉檢測技術的應用球罐焊縫檢測在正常的光照條件下，把黑色或者紅色的磁粉分散在以水或者油的載體（即磁懸液）中磁化焊縫的同時施加磁懸液一邊磁化一邊觀察焊縫表面是否有磁痕形成起重機吊鉤焊縫檢測7.4滲透檢測技術7.4.1滲透檢測技術簡介滲透檢測（PenetrantTesting），簡稱PT1）優(yōu)勢

不受被檢工件磁性、形狀、大小、組織結構及缺陷方位的限制；一次操作能檢查出各個方向的缺陷；不需要特別昂貴和復雜的電子設備和器械，取得可觀的經(jīng)濟效益；檢驗速度快，操作比較簡單，大量零件可以同時批量檢測；缺陷顯示直觀、檢驗靈敏度高。2）局限性只能檢測出材料表面開口缺陷，對于材料內部的缺陷無能為力；由于多孔性材料的缺陷圖像顯示難以判斷，所以不適合多孔性材料表面缺陷檢測；工序多，難以定量地控制檢驗操作程序，大多憑檢驗人員的經(jīng)驗和視力的敏銳程度。7.4滲透檢測技術7.4.2滲透檢測原理毛細現(xiàn)象原理：毛細現(xiàn)象由于毛細現(xiàn)象的作用，溶有熒光染料或著色染料的滲透劑施加于試件表面時，滲透劑就會滲入到各類開口于表面的細小缺陷中清除依附在試件表面上多余的滲透劑，經(jīng)干燥后再施加顯像劑缺陷中的滲透劑在毛細現(xiàn)象的作用下重新吸附到試件表面的顯像劑中在一定的光源下（黑光或白光），缺陷處的滲透液痕跡被顯示，從而探測出缺陷的形貌及分布狀態(tài)7.4滲透檢測技術滲透檢測分類：滲透檢測按染料不同，分為熒光法和非熒光法熒光法需在紫外線燈的照射下檢測，若存在裂紋，其黃綠色熒光格外醒目非熒光法（也稱著色法）只需在白光或日光下檢測，在沒有電源的場合也能工作，因而應用非常廣泛。7.4滲透檢測技術7.4.3滲透檢測技術應用滲透檢測的主要應用是檢查金屬（鋼、鋁合金、鎂合金、銅合金、耐熱合金等）和非金屬（塑料、陶瓷等）工件的表面開口缺陷，例如表面裂紋等。鋼管滲透無損檢測7.4滲透檢測技術葉片滲透檢測關鍵步驟：將葉片完全浸入到水洗型熒光滲透劑中，停留時間最少15分鐘。清洗葉片上多余的滲透液，在熱空氣循環(huán)烘箱中干燥或在室溫下自然干燥，用噴粉柜或手工撒的方法把干粉顯像劑施加到葉片的表面，顯像時間10分鐘在暗室的黑光燈下檢查葉片，判別是否存在裂紋缺陷超聲檢測一般用在厚板缺陷檢測，比X射線探傷具有較高的探傷靈敏度，成本低，對人體無害，但工作表面要求平滑，且不適合于檢測與超聲波平行的缺陷；射線檢測對體積型（薄板）缺陷，如氣孔、夾渣等的檢出率高，對面積型缺陷（如裂紋、末熔合類），如果照相角度不適當，則比較容易漏檢，此外，射線檢測的局限性還在于成本很高，且對人體有害；磁粉檢測幾乎不受工件幾何和缺陷方向的限制，但是，只能檢測磁性材料的表面缺陷，檢測靈敏度與磁化方向有很大關系；滲透檢測適用于任何非多孔性材料工件表面缺陷，特別適合于現(xiàn)場檢驗，但是檢測速度較慢，污染度較重等。四種無損檢測技術的比較7.5其它技術在無損檢測中的應用7.5.1電渦流傳感器在無損檢測中的應