第7講-第七章-無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

本章重點(diǎn)：1、聲發(fā)射探傷特點(diǎn)；2、聲發(fā)射探傷設(shè)備的基本要求；3、聲發(fā)射源分類(lèi)；4、紅外探傷原理及紅外探傷儀分類(lèi)；5、激光全息探傷原理；6、中子射線與物質(zhì)作用特點(diǎn)。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

一、聲發(fā)射探傷技術(shù)（一）聲發(fā)射探傷基礎(chǔ)

1．聲發(fā)射現(xiàn)象

材料或結(jié)構(gòu)在外力或內(nèi)力作用下產(chǎn)生變形或斷裂時(shí)，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象叫作聲發(fā)射。換句話說(shuō)，聲發(fā)射是材料或結(jié)構(gòu)中局部區(qū)域快速卸載使彈性波得以釋放的結(jié)果，即是一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象。絕大多數(shù)金屬材料塑性變形和斷裂時(shí)都有聲發(fā)射發(fā)生，但聲發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度很弱，人耳不能直接聽(tīng)到，需要借助靈敏的電子儀器才能檢測(cè)出來(lái)。用儀器檢測(cè)、分析聲發(fā)射信號(hào)，并利用聲發(fā)射信號(hào)來(lái)推斷聲發(fā)射源的技術(shù)，稱(chēng)為聲發(fā)射技術(shù)。所有的焊接缺陷都可以成為聲發(fā)射源，平面型缺陷比非平面型缺陷更容易成為聲發(fā)射源，這是因?yàn)槠矫嫘腿毕莸膽?yīng)力集中系數(shù)高，更容易引起局部屈服產(chǎn)生新的開(kāi)裂。

2．聲發(fā)射信號(hào)的表征參數(shù)聲發(fā)射換能器所檢測(cè)到的信號(hào)是經(jīng)過(guò)多次反射和波型變換的復(fù)雜信號(hào)。所以目前說(shuō)明聲發(fā)射信號(hào)的表征參數(shù)是針對(duì)儀器輸出波形而言的。這些參數(shù)主要有聲發(fā)射事件計(jì)數(shù)、平均事件計(jì)數(shù)、振鈴計(jì)數(shù)、平均振鈴計(jì)數(shù)、振鈴事件比、幅度分布、能量和能量率等。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

3．聲發(fā)射探傷特點(diǎn)聲發(fā)射探傷與常規(guī)無(wú)損探傷方法相比具有以下特點(diǎn)：

(1)聲發(fā)射探傷儀顯示和記錄那些在力的作用下擴(kuò)展的危險(xiǎn)缺陷。

(2)聲發(fā)射探傷對(duì)擴(kuò)展中的缺陷有很高的靈敏度，可以探測(cè)到零點(diǎn)幾微米數(shù)量級(jí)的裂紋增量。

(3)聲發(fā)射探傷過(guò)程對(duì)工件表面狀態(tài)和加工質(zhì)量要求不高。

(4)缺陷尺寸及在焊縫中的位置和走向不影響聲發(fā)射探傷結(jié)果。

(5)聲發(fā)射探傷與射線照相法和超聲波探傷相比，受材料的限制比較小。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

（二）聲發(fā)射探傷設(shè)備簡(jiǎn)介

1．聲發(fā)射探傷設(shè)備的基本要求

(1)應(yīng)具有較高的檢測(cè)靈敏度聲發(fā)射信號(hào)單個(gè)事件的持續(xù)時(shí)間很短，通常在0.0l-100微秒范圍內(nèi)，聲發(fā)射脈沖的上升時(shí)間一般在幾十至幾百毫微秒范圍內(nèi)。而且聲發(fā)射在工件表面上產(chǎn)生的垂直位移約為10-4-10-10mm。

(2)應(yīng)具有較寬的頻率選擇范圍因?yàn)槁暟l(fā)射信號(hào)本身具有很寬的頻率范圍，因此也要求聲發(fā)射探傷儀能在較寬的頻率范圍內(nèi)選擇檢測(cè)的頻率窗口。

(3)對(duì)各種噪聲具有較強(qiáng)的抑制和鑒別能力因?yàn)槁暟l(fā)射探傷常在各種機(jī)械噪聲、流體動(dòng)力噪聲及電氣噪聲下進(jìn)行，而有些噪聲（例如夾具之間、夾具與工件之間因摩擦而產(chǎn)生的噪聲）其特性與聲發(fā)射信號(hào)十分相似，所以要求聲發(fā)射探傷儀要有較強(qiáng)的抑制和鑒別噪聲的能力。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

2.聲發(fā)射探傷設(shè)備目前聲發(fā)射探傷儀大體上可以分為二類(lèi)：一類(lèi)是單通道聲發(fā)射探傷儀；另一類(lèi)是多通道聲發(fā)射探傷儀。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

（三）聲發(fā)射探傷在焊接中的應(yīng)用在焊接領(lǐng)域中聲發(fā)射技術(shù)已成功地應(yīng)用于役前、在役壓力容器結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)評(píng)定上。

1．在役、役前壓力容器結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)評(píng)定有相當(dāng)數(shù)量的在役壓力容器，普遍存在著各種先天性（制造中遺留）和后天性（使用中產(chǎn)生）缺陷，未能得到及時(shí)檢驗(yàn)和處理。聲發(fā)射技術(shù)可應(yīng)用于在役壓力容器檢修水壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)活動(dòng)性缺陷源，定出位置后再用常規(guī)無(wú)損探傷方法對(duì)局部活動(dòng)源進(jìn)行重點(diǎn)復(fù)查，這樣不僅大大減少了常規(guī)無(wú)損探傷工作量，加快檢修速度，而且免去了相當(dāng)數(shù)量超標(biāo)缺陷的返修，提高了經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)也真正確保壓力容器的安全使用。役前水壓試驗(yàn)聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)定方法與在役壓力容器檢修聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)定方法相同。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

2.加載壓力及保壓臺(tái)階的確定在役壓力容器的聲發(fā)射檢測(cè)應(yīng)在容器加載過(guò)程中進(jìn)行，加載程序一般包括升壓、保壓過(guò)程。最高加載壓力最好稍高于原出廠時(shí)的水壓試驗(yàn)壓力，至少不得低于最高使用壓力的1.25倍。

3.聲發(fā)射源分類(lèi)聲發(fā)射源通常根據(jù)聲發(fā)射源的活動(dòng)度或強(qiáng)度分類(lèi)。聲發(fā)射源的活動(dòng)度是指聲發(fā)射源區(qū)事件計(jì)數(shù)或振鈴計(jì)數(shù)在加載過(guò)程中的變化率。按活動(dòng)度發(fā)射源分為1、2、3型，1型最強(qiáng)。聲源的強(qiáng)度是由經(jīng)過(guò)距離修正的聲發(fā)射源平均振鈴計(jì)數(shù)和平均幅度分別與總事件的平均振鈴計(jì)數(shù)和平均幅度的比值來(lái)決定。按強(qiáng)度分類(lèi)由強(qiáng)到弱分為I、II、III型。綜合聲發(fā)射源的活動(dòng)度和強(qiáng)度，可把聲發(fā)射源嚴(yán)重性分為A、B、C三級(jí)，其中A級(jí)源最嚴(yán)重、B級(jí)源嚴(yán)重、C級(jí)源不嚴(yán)重。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

二、紅外線探傷技術(shù)紅外線探傷是建立在傳熱學(xué)理論上的一種無(wú)損探傷方法。在探傷時(shí)，可將一恒定熱流注入工件，如果工件內(nèi)存在有缺陷，由于缺陷區(qū)與無(wú)缺陷區(qū)的熱擴(kuò)散系數(shù)不同，那么在工件表面的溫度分布就會(huì)有差異，內(nèi)部有缺陷與無(wú)缺陷區(qū)所對(duì)應(yīng)的表面溫度就不同，由此所發(fā)出的紅外光波（熱輻射）也就不同。利用紅外探測(cè)器可以響應(yīng)紅外光波（熱輻射），并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小電信號(hào)的功能。逐點(diǎn)掃描工件表面就可以得知工件表面溫度分布狀態(tài)，從而找出工件表面溫度異常區(qū)域，確定工件內(nèi)部缺陷的部位。（一）紅外線探傷儀

1．紅外線探傷儀工作原理典型的紅外線探傷儀工作原理如圖所示。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

來(lái)自工件的紅外光波經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)1的反射、聚焦后，由分光鏡將其反射至調(diào)制盤(pán)2，調(diào)制盤(pán)將來(lái)自工件和標(biāo)準(zhǔn)紅外光源5的紅外光波輪流交替地送入紅外探測(cè)器6中，由它轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小的電信號(hào)輸出，輸出的這些信號(hào)經(jīng)窄帶放大器7、參考信號(hào)發(fā)生器8、同步整流器9和信號(hào)處理及顯示裝置10后，得到工件表面被檢測(cè)點(diǎn)的溫度。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

2．紅外探傷儀分類(lèi)紅外線探傷儀有紅外線熱像儀和輻射計(jì)兩類(lèi)。

(1)紅外線熱像儀可把來(lái)自工件表面的溫度分布變成直觀而形象的熱圖。

(2)輻射計(jì)就是視場(chǎng)固定的點(diǎn)探測(cè)儀。輻射計(jì)僅提供一點(diǎn)或一條線的溫度分布狀態(tài)。

3．紅外線探測(cè)器紅外線探測(cè)器是紅外線探傷儀中的關(guān)鍵部件，它的質(zhì)量直接關(guān)系到探傷儀性能的優(yōu)劣。紅外線探測(cè)器分為熱探測(cè)器和光探測(cè)器兩類(lèi)。

(1)熱探測(cè)器它利用入射的紅外線引起探測(cè)器材料溫度變化，使與溫度有關(guān)的一些物理參數(shù)發(fā)生變化，通過(guò)這些物理參數(shù)的變化來(lái)確定所吸收的紅外線輻射量。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

(2)光電探測(cè)器它利用某些半導(dǎo)體材料在入射紅外線照射下產(chǎn)生光電效應(yīng)，致使導(dǎo)電性發(fā)生變化，進(jìn)而反應(yīng)出所吸收紅外輻射的強(qiáng)弱。（二）紅外線探傷方法分類(lèi)

1．按檢測(cè)方法分類(lèi)按檢測(cè)方法可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類(lèi)。其中，主動(dòng)式是在加熱被檢工件同時(shí)或加熱后，用紅外線探傷儀掃描工件表面進(jìn)行探傷的方法。

2．按被檢工件加熱狀態(tài)分類(lèi)按被檢工件加熱狀態(tài)，可分為穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)加熱紅外線探傷兩類(lèi)。

3．按工件表面溫度狀態(tài)顯示方式分類(lèi)按顯示方式可分熱圖法、溫度分布曲線法和逐點(diǎn)測(cè)溫法三類(lèi)。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

（三）紅外線探傷在焊接檢驗(yàn)中應(yīng)用焊接接頭的紅外線探傷常采用主動(dòng)式探傷方法。

利用紅外燈泡1非接觸加熱點(diǎn)焊接頭，采用雙面法探傷。把接頭處加熱至80-100℃，從放置熱像儀的一側(cè)冷卻接頭十幾秒鐘后，在顯示裝置熒光屏上就能很清楚地顯示出接頭的等溫線直徑。將它與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)焊接頭的等溫線直徑相比，凡等溫線直徑大于標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)焊接頭等溫線直徑的接頭質(zhì)量合格，否則，則存在未焊透。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

三、激光全息探傷（一）全息照相原理

從激光器發(fā)出的光，經(jīng)分束器分成兩束，一束經(jīng)分光鏡直接投射到記錄媒質(zhì)上，稱(chēng)為參考光；另一束經(jīng)物體反射（或透射）之后也達(dá)到記錄媒質(zhì)。參照光和物光在記錄媒質(zhì)上相干疊加，并使之感光，這樣就攝得一張全息照片。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

一張全息照片或全息圖，用眼睛直接觀看時(shí)只是灰蒙蒙的半透明片，絕對(duì)看不出物體的形象。要再現(xiàn)全息照片上所記錄的物，還需要用相干光照射全息照片。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

因?yàn)檫@種照相術(shù)能獲得景物的每個(gè)細(xì)節(jié)輻射或反射光波的全部信息，所以叫做“全息照相”。全息照片記錄來(lái)自物體上各點(diǎn)光的全部信息。這也是全息照相與普通照相的一個(gè)重要不同之處。普通的照相只能顯示物體的一個(gè)平面像，不能反映物體的全部情況。全息照相的第二個(gè)特點(diǎn)是能以一斑而知全貌。當(dāng)全息照片被損壞，即使是大半損壞的情況下，我們?nèi)匀豢梢詮氖Ｏ碌哪且恍“肷峡吹竭@張全息照片上原有物體的全貌。這對(duì)于普通照片來(lái)說(shuō)就不行，即使是損失一只角，那只角上的畫(huà)面也就看不到了。全息照的第三個(gè)特點(diǎn)是在一張全息底片上可以分層記錄多幅全息照，而且在它們顯示畫(huà)面時(shí)不會(huì)互相干擾。正是這種分層記錄，使得全息照片能夠存儲(chǔ)巨大的信息量。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

（二）激光全息探傷方法

1.激光全息探傷原理對(duì)于不透明的工件來(lái)說(shuō)，激光只能在它的表面發(fā)生反射，反映工件的表面狀況。但工件表面與內(nèi)部的情況有關(guān)聯(lián)，在被檢工件上加一個(gè)并不使工件受損的機(jī)械力、熱應(yīng)力或振動(dòng)力，在內(nèi)部缺陷所對(duì)應(yīng)的表面區(qū)域?qū)a(chǎn)生一個(gè)比周?chē)o(wú)缺陷區(qū)所對(duì)應(yīng)的表面）大一些的微量位移。激光全息無(wú)損探傷就是把工件在受力和不受力兩種狀態(tài)下所獲得的全息圖加以比較找出異常，確定缺陷。

2．激光全息探傷方法分類(lèi)激光全息探傷按觀察工件表面微量位移的方法，分有實(shí)時(shí)法、兩次曝光法和時(shí)間平均法三種。

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3．激光全息探傷加載方式激光全息探傷的加載方式有內(nèi)部充氣法、表面真空法、加熱法和聲振法四種。內(nèi)部充氣法比較適合于管道、小型壓力容器、蜂窩式結(jié)構(gòu)。表面真空法比較適合于迭層、板狀結(jié)構(gòu)。加熱法是一種最簡(jiǎn)單而有效的方法，對(duì)工件表面施加一個(gè)急驟的熱脈沖，如用一盞燈掃描被檢工件表面幾秒鐘，就可使其彎曲，而達(dá)到探傷的目的。聲振法是把一個(gè)寬頻帶的換能器(常用壓電晶體)膠接在工件表面上，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)改變激振頻率，在工件振動(dòng)期間攝取全息圖。

4.激光全息探傷在焊接中的應(yīng)用激光全息探傷在焊接檢驗(yàn)中主要應(yīng)用于小型壓力容器、蜂窩狀?yuàn)A層和迭層膠接結(jié)構(gòu)件的探傷。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

四、熱中子照相法探傷（一）中子射線與物質(zhì)作用特點(diǎn)中子射線與物質(zhì)作用的特點(diǎn)與γ射線、X射線相比不同。X射線、γ射線主要是與物質(zhì)的核外電子相互作用，形成吸收和散射。而中子射線是不帶電的中性微粒，與核外電子幾乎沒(méi)有什么作用，它主要是與物質(zhì)的原子核相互作用，形成吸收和散射。中子射線的質(zhì)量吸收系數(shù)與原子序數(shù)無(wú)規(guī)律而循，輕元素的吸收系數(shù)大，而重元素的吸收系數(shù)反而小。由于存在這一差別，使中子照相具有不同于X射線照相的特點(diǎn)。對(duì)X射線較難穿透的鉛、鉍钚、鈾一類(lèi)重元素，采用中子照相法探傷則比較容易，所以中子照相法探傷可以作為X射線照相法探傷的重要補(bǔ)充。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

（二）熱中子照相法探傷特點(diǎn)

1．熱中子照相法探傷方法由反應(yīng)堆、加速器等中子源所發(fā)出的中子，經(jīng)周?chē)暮瑲湮镔|(zhì)（慢化劑）減慢速度后的中子叫熱中子。從中子源發(fā)出的中子射線不能用于探傷，只有熱中子射線才可以用于探傷。熱中子照相法探傷與X射線、γ射線一樣，是利用射線在物質(zhì)中的衰減作用為基礎(chǔ)而進(jìn)行的。但與X射線、γ射線照相法探傷不同的是透過(guò)物質(zhì)的中子射線并不能使X光膠片感光，而是要通過(guò)轉(zhuǎn)換屏激發(fā)出α、β或γ射線再作用到X光膠片上使其感光。熱中子照相常用的轉(zhuǎn)換屏有兩類(lèi)：一類(lèi)是鋰、硼、鎘和釓，它們?cè)谖諢嶂凶雍蠓懦鏊矔r(shí)低能粒子，另一類(lèi)是銦，鏑和銀等，在俘獲熱中子后形成具有一定壽命的放射性同位素。第七章無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

2．熱中子照相法探傷分類(lèi)根據(jù)轉(zhuǎn)換屏的不同，熱中子照相法探傷可分為直接曝光法和間接曝光法兩種。