金屬的無損檢測試驗指導書

金屬的無損檢測試驗指導書一、實驗目的1、了解磁粉檢測、滲透檢測和超聲波檢測的基本原理。2、初步掌握磁粉檢測、滲透檢測和超聲波檢測的操作方法。二、實驗原理無損檢測是指在不損壞試件的前提下，以物理或化學方法為手段，借助先進的技術和設備器材，對試件內(nèi)部及表面的結構、性質(zhì)、狀態(tài)進行檢查和測試的方法。無損檢測通常包括磁粉檢測、滲透檢測、射線檢測和超聲波檢測等。(一)磁粉檢測1、磁粉檢測原理自然界有些物體具有吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)的特性，我們把這些具有磁性的物體稱為磁體。使原來不帶磁性的物體變得具有磁性叫磁化，能夠被磁化的材料稱為磁性材料。鐵磁性材料被磁化后，其內(nèi)部產(chǎn)生很強的磁感應強度，磁力線密度增大幾百倍到幾千倍，如果材料中存在不連續(xù)性（包括缺陷造成的不連續(xù)性和結構、形狀、材質(zhì)等原因造成的不連續(xù)性），磁力線會發(fā)生畸變，部分磁力線有可能逸出材料表面，從空間穿過，形成漏磁場，漏磁場的局部磁極能夠吸引鐵磁物質(zhì)。圖3-1看出，試件中裂紋造成的不連續(xù)性使磁力線畸變，由于裂紋中空氣介質(zhì)的磁導率遠遠低于試件的磁導率，使磁力線受阻，一部分磁力線擠到缺陷的底部，一部分穿過裂紋，一部分排擠出工件的表面后再進入工件。如果這時在工件上撒上磁粉，漏磁場就會吸附磁粉，形成與缺陷形狀相近的磁粉堆積，我們稱其為磁痕，從而顯示缺陷。隨著缺陷的埋藏深度增加，溢出工件表面的磁力線將迅速減少。缺陷的埋藏深度越大，漏磁場就越小。因此，磁粉探傷只能檢測出鐵磁性材料制成的工件表面或近表面的裂紋及其它缺陷，不能用于檢查內(nèi)部缺陷。磁粉檢測適宜鐵磁材料探傷，不能用于非鐵磁材料檢驗。圖3-1缺陷漏磁場2、磁粉檢測設備器材2.1探傷機常用的磁粉檢測設備為便攜式探傷機，其特點是體積小、重量輕，適合野外和高空作業(yè)，多用于鍋爐壓力容器焊縫和大型工件局部探傷，最常使用的是電磁軛探傷機。電磁軛探傷機是一個繞有線圈的U型鐵芯，當線圈中通過電流、鐵芯中便產(chǎn)生大量的磁力線，將軛鐵放在工件上，軛鐵兩極之間的工件局部便被磁化。軛鐵兩極可做成活動式的，極間距和角度可調(diào)。2.2磁粉和磁懸液磁粉是具有高磁導率和低剩磁的四氧化三鐵或三氧化二鐵粉末。磁懸液是以水或煤油為分散介質(zhì)，加入磁粉配成的懸浮液，配制濃度一般為：非熒光磁粉10~20g/L，熒光磁粉1～3g/L。3、磁粉探傷的一般程序探傷操作包括以下幾個步驟：預處理、磁化和施加磁粉、觀察、記錄以及后處理（包括退磁）等。(1)預處理把試件表面的油脂、涂料以及鐵銹等去掉，以免妨礙磁粉附著在缺陷上。(2)磁化選定適當?shù)拇呕椒?，然后接通電源，對試件進行磁化操作。(3)施加磁粉磁粉的噴撒時間，有連續(xù)法和剩磁法兩種施加方式。連續(xù)法是在磁化工件的同時噴施磁粉，磁化一直延續(xù)到磁粉施加完成為止。而剩磁法則是在磁化工件之后再施加磁粉。(4)磁痕的觀察與判斷磁痕的觀察是在施加磁粉后進行的，在光線明亮的地方，用自然光和燈光進行觀察，在磁粉探傷中，肉眼見到的磁粉堆積，簡稱磁痕。(5)后處理探傷完成后，根據(jù)需要，應對工件進行退磁、除去磁粉和防銹處理。(二)滲透檢測1、滲透檢測原理如圖3-2所示，零件表面施涂含有熒光染料或著色染料的滲透液后，在毛細管作用下，經(jīng)過一定時間，滲透液可以滲進表面開口的缺陷中；經(jīng)去除零件表面多余的滲透液后；再在零件表面施涂顯象劑；同樣，在毛細管作用下，顯象劑將吸引缺陷中保留的滲透液，滲透液回滲到顯象劑中；在一定的光源下（紫外線光或白光），缺陷處的滲透液痕跡被顯示（黃綠色熒光或鮮艷紅色），從而檢測出缺陷的形貌及分布狀態(tài)。除了疏松多孔性材料外，任何種類的材料，如鋼鐵、有色金屬、陶瓷和塑料等材料的表面開口缺陷都可以用滲透法進行探傷。此外，滲透檢測只能檢出表面開口的缺陷，對埋藏缺陷或閉合型的表面缺陷均無法檢出。2、滲透檢測操作的基本步驟(1)滲透首先將試件浸漬于滲透液中或者用噴霧器或刷子把滲透液涂在試件表面。如果試件表面有缺陷，滲透液便滲入缺陷中，見圖3-2(a)。(2)清洗待滲透液充分地滲透到缺陷內(nèi)之后，用水或清洗劑把試件表面的滲透液洗掉，見圖3-2(b)和3-2(c)。(3)顯象把顯象劑噴撒或涂敷在試件表面上，使殘留在缺陷中的滲透液吸出，表面上便形成放大的黃綠色熒光或者紅色的顯示痕跡，見圖3-2(d)。(4)觀察熒光滲透液的顯示痕跡在紫外線照射下呈黃綠色，著色滲透液的顯示痕跡在自然光下呈紅色。用肉眼觀察就可以發(fā)現(xiàn)很細小的缺陷，見圖3-2(e)。圖3-2滲透檢測的基本操作過程在滲透探傷中，除上述的基本步驟外，還可能增加另外一些工序，例如，有時為了使?jié)B透容易進行，要進行表面預處理等。滲透探傷的操作步驟如圖3所示。圖3-3滲透探傷法操作步驟通常的滲透溫度范圍為15～50℃，滲透時間不得少于10分鐘。另外還應注意，采用溶劑清洗時，只能用蘸有溶劑的布或紙擦洗，且應沿一個方向擦拭，不得往復擦拭，也不得用清洗劑直接沖洗工件表面。(三)超聲波檢測1、超聲波超聲波檢測主要用于探測試件的內(nèi)部缺陷，它的應用十分廣泛。所謂超聲波是指超過人耳聽覺、頻率大于20千赫茲的聲波。用于探傷的超聲波，頻率為0.4～25兆赫茲，其中用得最多的是1～5兆赫茲。2、超聲波的發(fā)生及其性質(zhì)(1)超聲波的發(fā)生和接收聲波是一種機械波，超聲波是一種高頻機械波。超聲波探傷用的高頻超聲波，其聲波的發(fā)生用的是壓電換能器，又叫壓電材料，這種材料具有壓電效應，可以將電振動轉(zhuǎn)換成機械振動，也能將機械振動轉(zhuǎn)換成電振動。要使壓電材料產(chǎn)生超聲波，可把它切成能在一定頻率下共振的片子，這種片子叫做晶片，如圖4所示，將晶片兩面都鍍上銀，作為電極。當高頻電壓加到這兩個電極上時，晶片就在厚度方向產(chǎn)生伸縮（振動），這樣就把電振動轉(zhuǎn)換成機械振動了。這種機械振動發(fā)生的超聲波，可傳播到被檢物體中去。反之，將高頻機械振動傳到晶片上時，晶片就被振動，在晶片兩電極之間就會產(chǎn)生頻率與超聲波相等、強度與超聲波成正比的高頻電壓，這個高頻電壓經(jīng)放大、檢波、顯示在示波屏上，這就是超聲波的接收。圖3-4超聲波的發(fā)生(2)超聲波的種類超聲波在介質(zhì)中傳播有不同的方式，波型不同，其振動方式不同，傳播速度也不同。介質(zhì)質(zhì)點振動方向與傳播方向一致的波叫做縱波。介質(zhì)質(zhì)點振動方向和波轉(zhuǎn)播的方向垂直的波叫橫波。在超聲波探傷中，通常用直探頭來產(chǎn)生縱波，縱波是向探頭接觸面相垂直的方向傳播的。橫波通常是用斜探頭來發(fā)生的。(3)超聲場及其特征量充滿超聲波的空間叫作超聲場，描述超聲場的特征量有聲壓、聲強和聲阻抗。超聲波探傷根據(jù)缺陷返回的超聲信號聲壓和聲強的高低來判斷缺陷的大小，超聲信號的聲壓越高，示波屏上顯示的回波也就越高，據(jù)此判斷缺陷的“當量”值也就越大。(4)分貝分貝是計量聲強和聲壓的單位。超聲波探傷中，通常是采用比較兩個信號的聲壓值的方法來描述缺陷的大小，分貝值的計算公式為：20lg(p2/p1)單位：分貝(dB)由于超聲波信號的示波屏上的波高H與聲壓P成正比，所以不同波高的分貝差值的計算公式為：20lg(H2/H1)單位：分貝(dB)3、超聲波檢測原理超聲波檢測目前用得最多的方法是脈沖反射法。脈沖反射法在垂直探傷時用縱波，在斜入射探傷時用橫波。把超聲波射入被檢物的一面，然后在同一面接收從缺陷處反射回來的回波，根據(jù)回波情況來判斷缺陷。(1)垂直探傷法如圖3-5所示，當脈沖振蕩器產(chǎn)生的電壓加到晶片上時，晶片振動，產(chǎn)生超聲波脈沖，并以一定的速度在鋼工件內(nèi)傳播，超聲波碰到缺陷時，一部分從缺陷反射回到晶片，而另一部分未碰到缺陷的超聲波繼續(xù)前進，一直到被檢物底面才反射回來。因此，缺陷處反射的超聲波先回到晶片，底面反射后回到晶片?；氐骄系某暡ㄓ址催^來被轉(zhuǎn)換成高頻電壓，通過接收、放大，進入示波器，示波器將缺陷回波和底面回波顯示在熒光屏上。因此，在示波屏上可以得到圖3-6的圖形，從這個圖形上可以看出有沒有缺陷、缺陷的位置及其大小。圖3-5脈沖反射法的原理圖3-6縱波探傷法原理示意圖(2)斜射探傷法在斜射法探傷中，由于超聲波在被檢物中是斜向傳播的，超聲波斜向射到底面，所以不會有底面回波。因此，不能再用底面回波調(diào)節(jié)來對缺陷進行定位，要知道缺陷位置，需要用適當?shù)臉藴试噳K來把示波屏橫坐標調(diào)整到適當狀態(tài)。在測定范圍作了適當調(diào)整后，探測到缺陷時，從示波屏上顯示的探頭到缺陷的距離W與缺陷位置的關系如圖7所示。從以下關系式可以求出缺陷位置的水平距離x和缺陷深度（垂直距離）d。X=Wsinθd=Wcosθ圖3-7斜射法探傷的幾何關系W—缺陷的聲程；X—缺陷的水平距離；d—缺陷的垂直距離；F—缺陷的反射波；T—始波(3)試塊在無損檢測技術中，通常采用與已知量相比較的方法來確定被檢物的狀況。超聲波探傷中是以試塊作為比較的依據(jù)，試塊上有各種已知的特征，例如特定的尺寸，規(guī)定的人工缺陷某一尺寸的平底孔、橫通孔、凹槽等。用試塊作為調(diào)節(jié)儀器、定量缺陷的參考依據(jù)，是超聲探傷的一個特點。4、超聲波檢測基本操作要點(1)探傷方法選擇。根據(jù)工件情況，選定探傷方法，如對焊縫探傷，選擇斜探頭斜射探傷法，對軸類鍛件探傷，選用直探頭垂直探傷法。(2)探傷面修整。不適于探傷的探傷表面，必須進行適當?shù)男拚悦獠黄秸奶絺嬗绊懱絺`敏度和探傷結果。(3)耦合劑的選擇。為使探頭發(fā)射的超聲波傳入試件，應使用合適的耦合劑。常用的有機油、水、甘油和化學漿糊。(4)確定探傷靈敏度。用適當?shù)臉藴试噳K的人工缺陷或試件無缺陷底面調(diào)節(jié)到一定的波高，以此來確定探傷靈敏度。(5)進行粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無和分布狀態(tài)，以較高的靈敏度進行全面掃查，稱為粗探傷。對粗探傷發(fā)現(xiàn)的缺陷進行定性、定量、定位，就是精探傷。三、實驗內(nèi)容1、對實驗室提供的有缺陷的鋼板和鋼板焊縫，采用磁粉檢測法進行檢測，確定缺陷位置、尺寸，并進行描繪。