無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用

1、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用一、 無(wú)損檢測(cè)概述無(wú)損檢測(cè)NDT ( Non-destructive testing )，就是利用聲、光、磁和電等特性， 在不損害或不影響被檢對(duì)象使用性能的前提下，檢測(cè)被檢對(duì)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(jìn)而判定被檢對(duì)象所處技術(shù)狀態(tài)(如合格與否、剩余壽命等)的所有技術(shù)手段的總稱。與破壞性檢測(cè)相比，無(wú)損檢測(cè)具有以下顯著特點(diǎn)：(1) 非破壞性(2) 全面性(3) 全程性(4) 可靠性問(wèn)題開(kāi)展無(wú)損檢測(cè)的研究與實(shí)踐意義是多方面的，主要表現(xiàn)在以下幾方面：(1) 改進(jìn)生產(chǎn)工藝：采用無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)制造用原材料直至最終的產(chǎn)品進(jìn)行全程檢測(cè)， 可以發(fā)現(xiàn)某些

2、工藝環(huán)節(jié)的不足之處，為改進(jìn)工藝提供指導(dǎo)，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(wú)損檢測(cè)可對(duì)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(shí)行全過(guò)程檢測(cè)，為保證最終產(chǎn)品年質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。(3) 降低生產(chǎn)成本：在產(chǎn)品的制造設(shè)計(jì)階段，通過(guò)無(wú)損檢測(cè)，將存有缺陷的工件及時(shí)清理出去，可免除后續(xù)無(wú)效的加工環(huán)節(jié)，減小原材料和能源的消耗節(jié)約工時(shí)，降低生產(chǎn)成本。(4) 保證設(shè)備的安全運(yùn)行：由于破壞性檢測(cè)只能是抽樣檢測(cè)不可能進(jìn)行100%的全面檢測(cè)，所得的檢測(cè)結(jié)論只反映同類被檢對(duì)象的平均質(zhì)量水平。此外， 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在食品加工領(lǐng)域，如材料的選購(gòu)、加工過(guò)程品質(zhì)的變化、流通環(huán)節(jié)的質(zhì)量變化等過(guò)程中

3、，不僅起到保證食品質(zhì)量與安全的監(jiān)督作用，還在節(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(dòng)生產(chǎn)率方面起到積極的促進(jìn)作用。作為一種新興的檢測(cè)技術(shù)，其具有以下特征：無(wú)需大量試劑；不需前處理工作，試樣制作簡(jiǎn)單；即使檢測(cè)，在線檢測(cè)；不損傷樣品，無(wú)污染等等。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)上有非常廣泛的應(yīng)用，如航空航天、核工業(yè)、武器制造、機(jī)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(shè)備、以及海關(guān)檢查等等。 “現(xiàn)代工業(yè)是建立在無(wú)損檢測(cè)基礎(chǔ)之上的”并非言過(guò)其實(shí)。無(wú)損檢測(cè)分為常規(guī)檢測(cè)技術(shù)和非常規(guī)檢測(cè)技術(shù)。常規(guī)檢測(cè)技術(shù)有：超聲檢測(cè)Ultrasonic Testing (縮寫(xiě)UT) 、射線檢

4、測(cè)Radiographic Testing (縮寫(xiě)RT) 、磁粉檢測(cè)Magnetic particle Testing (縮寫(xiě)MT) 、 滲透檢驗(yàn)Penetrant Testing(縮寫(xiě) PT) 、渦流檢測(cè)Eddy current Testing (縮寫(xiě)ET) 。非常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有： 聲發(fā)射 Acoustic Emission( 縮寫(xiě) AE) 、 紅外檢測(cè)Infrared (縮寫(xiě) IR ) 、 激光全息檢測(cè) Holographic Nondestructive Testing （縮寫(xiě) HNT 等。二、無(wú)損檢測(cè)分類及簡(jiǎn)介下面對(duì)以上所說(shuō)的五種常規(guī)檢測(cè)技術(shù)以及幾種非常規(guī)檢測(cè)技術(shù)做一下簡(jiǎn)要的介紹。1

5、. 超聲檢測(cè)超聲檢測(cè)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(jié)合面）出的反射和折射以及超聲波在介質(zhì)中傳播過(guò)程中的衰減，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(lái)超聲波（反射法）或透過(guò)被檢件后的透射波（透射法），以此檢測(cè)備件部件是否存在缺陷，并對(duì)缺陷進(jìn)行定位、定性與定量。超聲檢測(cè)主要應(yīng)用于對(duì)金屬板材、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(gòu)建的檢測(cè)。2. 射線檢測(cè)射線檢測(cè)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(shí)的衰減特性，當(dāng)將強(qiáng)度均勻的射線從被檢件的一面注入其中時(shí)，由于缺陷與被檢件基體材料對(duì)射線的衰減特性不同，

6、透過(guò)被檢件后的射線強(qiáng)度將會(huì)不均勻，用膠片照相、 熒光屏直接觀測(cè)等方法在其對(duì)面檢測(cè)透過(guò)被檢件后的射線強(qiáng)度，即可判斷被檢件表面或內(nèi)部是否存在缺陷（異質(zhì)點(diǎn)）。目前，射線檢測(cè)主要一個(gè)用于機(jī)械兵器、造船、電子、航空航天、石油化工等領(lǐng)域中的鑄件、焊縫等的檢測(cè)。3. 磁粉檢測(cè)磁粉檢測(cè)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(guò)基體的磁力線在缺陷處將產(chǎn)生彎曲并可能逸出基體表面，形成漏磁場(chǎng)。若缺陷漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度足以吸附磁性顆粒，則將在缺陷對(duì)應(yīng)處形成尺寸比缺陷本身更大、對(duì)比度也更高的磁痕，從而指示缺陷的存在。目前，磁粉檢測(cè)主要應(yīng)用于金屬鑄件、鍛件和焊縫的檢測(cè)。4. 滲透檢測(cè)滲透檢測(cè)的基本原理是：利用毛

7、細(xì)管現(xiàn)象和滲透液對(duì)缺陷內(nèi)壁的浸潤(rùn)作用，使?jié)B透液進(jìn)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(duì)比度更高、尺寸放大的缺陷顯像，有利于人眼的觀測(cè)。目前，滲透檢測(cè)主要應(yīng)用于有色金屬和黑色金屬材料的鑄件、鍛件、焊接件、粉末冶金件以及陶瓷、塑料和玻璃制品的檢測(cè)。5. 渦流檢測(cè)渦流檢測(cè)的基本原理是：將交變磁場(chǎng)靠近導(dǎo)體（被檢件）時(shí)，由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)體中將感生出密閉的環(huán)狀電流，此即渦流。該渦流受激勵(lì)磁場(chǎng)（電流強(qiáng)度、頻率） 、導(dǎo)體的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)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(chǎng)，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(cè)主要應(yīng)用

8、于導(dǎo)電管材、棒材、線材的探傷和材料分選。6. 聲發(fā)射檢測(cè)聲發(fā)射檢測(cè)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(kuò)展、應(yīng)力松弛、摩擦、泄露、磁疇壁運(yùn)動(dòng)等）而產(chǎn)生的彈性波，用聲發(fā)射傳感器級(jí)二次儀表取該彈性波，從而對(duì)試樣的結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行檢測(cè)。目前， 聲發(fā)射檢測(cè)主要應(yīng)用于鍋爐、壓力容器、焊縫等試件中的裂紋檢測(cè)；隧道、涵洞、橋梁、大壩、邊坡、房屋建筑等的在役檢（監(jiān)）測(cè)。7. 紅外檢測(cè)紅外檢測(cè)的基本原理是：用紅外點(diǎn)溫儀、紅外熱像儀等設(shè)備，測(cè)取目標(biāo)物體表面的紅外輻射能，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^形象的溫度場(chǎng)，通過(guò)觀察該溫度場(chǎng)的均勻與否，來(lái)推斷目標(biāo)物體表面或內(nèi)部是否有缺陷。目前， 紅外檢測(cè)主要用應(yīng)于電力設(shè)備、石

9、化設(shè)備、機(jī)械加工過(guò)程檢測(cè)、火災(zāi)檢測(cè)、農(nóng)作物優(yōu)種、材料與構(gòu)件中的缺陷無(wú)損檢測(cè)。8. 激光全息檢測(cè)激光全息檢測(cè)是利用激光全息照相來(lái)檢驗(yàn)物體表面和內(nèi)部的缺陷。它是將物體表面和內(nèi)部的缺陷，通過(guò)外部加載的方法，使其在相應(yīng)的物體表面造成局部變形，用激光全息照相來(lái)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(cè)主要應(yīng)用于航空、航天以及軍事等領(lǐng)域，對(duì)一些常規(guī)方法難以檢測(cè)的零部件進(jìn)行檢測(cè)，此外，在石油化工、鐵路、機(jī)械制造、電力電子等領(lǐng)域也獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。三無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)例超聲波傳感器在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用1.可聞聲波是人們能聽(tīng)到的聲音,由物體振動(dòng)產(chǎn)生，它的頻率在20H入20kHz 范圍內(nèi)。

10、于20HZ稱為次聲波，人耳雖然聽(tīng)不到但可與人體器官發(fā)生共振。頻率 超過(guò)20KHz稱為超聲波，檢測(cè)中常用的超聲波頻率范圍為幾十kHZ到幾十MHZ。超聲波是一種在彈性介中的機(jī)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(guān); 通過(guò)兩種不同介質(zhì)時(shí), 會(huì)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(qiáng)度有所衰減。超聲波傳感器利用晶體的壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng), 將電和能相互轉(zhuǎn)換, 實(shí)現(xiàn)對(duì)各種參量的測(cè)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(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療、家電等許多領(lǐng)

11、域中。超聲波無(wú)損探傷具有應(yīng)用方便、適用性強(qiáng)、準(zhǔn)確率高、 易自動(dòng)化等許多優(yōu)點(diǎn)。2. 超聲波傳感器的主要作用和結(jié)構(gòu)超聲波傳感器是一種可逆換能器, 超聲波換能器又稱超聲波探頭。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(cè)技術(shù)中主要采用壓電式。超聲波探頭的主要作用是: 一個(gè)電聲換能器, 并能將返回來(lái)的聲波轉(zhuǎn)換成電脈沖 ; 控制超聲波的傳播方向和能量集中的程度, 當(dāng)改變探頭入射角或改變超聲波的擴(kuò)散角時(shí), 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(shí)現(xiàn)波型轉(zhuǎn)換; 控制工作頻率; 適用于不同的工作條件。超聲波探頭又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波

12、探頭、聚焦探頭、沖水探頭、水浸探頭、高溫探頭、空氣傳導(dǎo)探頭以及其他專用探頭等。接觸式直探頭的結(jié)構(gòu)如圖 1所示 :超聲探頭與被測(cè)物體接觸時(shí), 探頭與被測(cè)物體表面間存在一層空氣薄層, 空氣將引起三個(gè)界面間強(qiáng)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(cè)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(lái)水、機(jī)油、甘油、水玻璃、膠水、化學(xué)漿糊等。超聲波探傷是目前應(yīng)用十分廣泛的無(wú)損探傷技術(shù)中的一種主要檢測(cè)手段。它既可檢測(cè)材料表面的缺陷，又可檢測(cè)內(nèi)部幾米深的缺陷，這是x光

13、探傷所達(dá)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(duì)人體無(wú)害等優(yōu)點(diǎn); 缺點(diǎn)是對(duì)工作表面要求平滑、要求富有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員才能辨別缺陷種類、對(duì)缺陷沒(méi)有直觀性; 超聲波探傷適合于厚度較大的零件檢驗(yàn)。3. 超聲波無(wú)損探傷的方法到目前為止, 已經(jīng)應(yīng)用或者提議應(yīng)用的利用超聲波探傷進(jìn)行無(wú)損檢查的方法見(jiàn)下表 :缺陷定量方法當(dāng)量法（當(dāng)量試塊比較法、當(dāng)量計(jì)算法、當(dāng)量 AVG曲線法）測(cè)長(zhǎng)法（相對(duì)靈敏度測(cè)長(zhǎng)法、絕對(duì)靈敏度測(cè)長(zhǎng)法、端點(diǎn)峰值法）底波高度法裂紋的檢測(cè)方法表面波波高法表面波波時(shí)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用列式雙探頭法相對(duì)

14、靈敏度法（6dB 、 10dB、 20dB）散射波法（衍射法）損傷、劣化評(píng)價(jià)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、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（6法、波松比評(píng)價(jià)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)往往又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(huì)發(fā)生反射 ，反射回來(lái) 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(guān)。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的

15、。 脈沖反射法根據(jù)超聲波波形的不 同又分為縱波探傷、橫波探傷和表面波探傷。例如管道環(huán)焊縫超聲波檢測(cè)裝置原 理如圖2所示：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(biāo)是超聲波在被檢測(cè)材料中的傳播時(shí)間或者傳播距離，縱坐標(biāo)是超聲波反射波的幅值。譬如，在一個(gè)鋼工件中存在一個(gè)缺陷，由于這個(gè)缺 陷的存在，造成了缺陷在鋼材料之間形成了一個(gè)不同介質(zhì)之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不用，當(dāng)發(fā)射的超聲波遇到這個(gè)界面之后， 就會(huì)發(fā)生發(fā)射，反射回 來(lái)的能量又被探頭接受到，在顯示屏幕中橫坐標(biāo)的一定的位置就會(huì)顯示出來(lái)一個(gè) 反射波的波形，橫坐標(biāo)的這個(gè)位置就是缺陷在被檢測(cè)材料中的深度。 這個(gè)反射波 的長(zhǎng)度和形狀因不同的缺陷而不同，反應(yīng)了缺陷的性質(zhì)。