無損檢測技術(shù)與發(fā)展研究畢業(yè)論文說明書

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1、 畢業(yè)論文 作 者： 學(xué) 號： 0914400120 系 ： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 題 目： 無損檢測技術(shù)與發(fā)展研究 指導(dǎo)者： 副教授 評閱者：

2、 2012 年 6 月 吉 林 摘 要 無損檢測是以不損害被檢驗(yàn)對象的使用性能為前提，應(yīng)用多種物理原理和化學(xué)現(xiàn)象，對各種工程材料、零部件和結(jié)構(gòu)件進(jìn)行有效地檢驗(yàn)和測試，借以評價(jià)它們的完整性、連續(xù)性。安全可靠性及某些物理性能。 無損檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)是材料的物理性質(zhì)，其發(fā)展過程幾乎利用了世界上所有物理研究的新成就、新方法，可以說材料物理性質(zhì)研究的進(jìn)展與無損檢測技術(shù)的發(fā)展是一致的。目前，在無損檢測技術(shù)中利用的材料的物理性質(zhì)有：材料在彈性波作用下呈現(xiàn)出的性質(zhì)等。例如射線檢測、超聲和聲振檢測、電學(xué)

3、和電磁檢測、力學(xué)和光學(xué)檢測、熱力學(xué)方法和化學(xué)分析方法?，F(xiàn)代無損檢測技術(shù)還應(yīng)包括計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)和圖像處理、圖像的識別與合成以及自動(dòng)化檢測技術(shù)。無損檢測是一門理論上綜合性較強(qiáng)，有非常重視實(shí)踐環(huán)節(jié)的很有發(fā)展的學(xué)科。它涉及到材料的物理性質(zhì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝、斷裂力學(xué)以及有限元計(jì)算等諸多方面。 無損檢測方法雖然很多，適用于不同場合，但是最常用的還是射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測和渦流檢測5種常規(guī)方法。其它無損檢測方法中用的比較多的有聲發(fā)射檢測、紅外檢測和激光全息照相檢測。目前95%以上的無損檢測工作是采用上述8 類方法，本文側(cè)重探討超聲波檢測和射線檢測。 關(guān)鍵詞： 無損檢測；超聲波檢

4、測；射線檢測；渦流檢測；磁粉檢測；滲透檢測 目 錄 摘 要 I 緒 論 1 1 無損檢測概述 2 1.1 無損檢測的特點(diǎn) 2 1.2 無損檢測方法的分類 2 1.3 無損檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 3 2 超聲檢測 5 2.1 超聲檢測的基本原理 5 2.2 超聲檢測方法 9 2.3 超聲檢測新技術(shù) 10 2.4 超聲波檢測發(fā)展趨勢 11 3 射線檢測 13 3.1 射線檢測的基本原理 13 3.2 X射線檢測的基本原理和方法 14 3.3 射線的防護(hù) 15 3.4 射線檢測的發(fā)展趨勢 16 4 磁粉檢測 18 4.1 磁粉檢測的基本原理

5、 18 4.2 磁粉檢測方法 18 4.3 磁粉檢測發(fā)展趨勢 19 5 渦流檢測 21 5.1 渦流檢測的基本原理 21 5.2 渦流檢測方法 22 5.2 渦流檢測發(fā)展趨勢 23 6 滲透檢測 25 6.1 滲透檢測的基本原理 25 6.2 滲透檢測方法 25 6.3 滲透檢測發(fā)展趨勢 27 7 無損檢測新技術(shù) 28 7.1 激光全息無損檢測 28 7.2 聲發(fā)射技術(shù) 28 7.3 紅外檢測 29 7.4 展望 30 結(jié) 論 31 參考文獻(xiàn) 32 致謝 33 緒 論 隨著我國科學(xué)和工業(yè)技術(shù)的迅速

6、發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程日新月異，高溫、高壓、高速度和高負(fù)荷，無疑已成為現(xiàn)代化工業(yè)的重要標(biāo)志。但它的實(shí)現(xiàn)是建立在材料（或構(gòu)件）高質(zhì)量的基礎(chǔ)之上的，為確保這種優(yōu)異的質(zhì)量，還必須采用不破壞產(chǎn)品原來的形狀、不改變使用性能的檢測方法，對產(chǎn)品進(jìn)行百分之百的檢測（或抽檢），以確保產(chǎn)品安全可靠性，這種技術(shù)就是無損檢測技術(shù)。 無損檢測以不損害被檢驗(yàn)對象的使用性能為前提，應(yīng)用多種物理和化學(xué)現(xiàn)象，對各種工程材料、零部件、結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的檢驗(yàn)和測試，借以評價(jià)它們的連續(xù)性、完整性、安全可靠性及某些物理性能。包括探測和材料和構(gòu)件中是否有缺陷，并對缺陷的形狀、大小、方位、取向、分布和內(nèi)含物等情況進(jìn)行判斷；還能提供組織分布、應(yīng)

7、力狀態(tài)以及某些機(jī)械和物理等信息。 無損檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)是材料的物理性質(zhì)，其發(fā)展過程幾乎利用了世界上所有物理研究的新成就、新方法，可以說材料物理性質(zhì)研究的進(jìn)展與無損檢測技術(shù)的發(fā)展是一致的。目前，在無損檢測技術(shù)中利用的材料的物理性質(zhì)有：材料在彈性波作用下呈現(xiàn)出的性質(zhì)等。例如射線檢測、超聲和聲振檢測、電學(xué)和電磁檢測、力學(xué)和光學(xué)檢測、熱力學(xué)方法和化學(xué)分析方法?，F(xiàn)代無損檢測技術(shù)還應(yīng)包括計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)和圖像處理、圖像的識別與合成以及自動(dòng)化檢測技術(shù)。無損檢測是一門理論上綜合性較強(qiáng)，有非常重視實(shí)踐環(huán)節(jié)的很有發(fā)展的學(xué)科。它涉及到材料的物理性質(zhì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝、斷裂力學(xué)以及有限元計(jì)算等諸多方面。 綜上所述，

8、分析材料（或構(gòu)件）在不同勢場作用下的物理性質(zhì)，并測量材料（或構(gòu)件）性能的細(xì)微變化，說明產(chǎn)生變化的原因并評價(jià)其適用性，就構(gòu)成了無損檢測工作的基本內(nèi)容。 1 無損檢測概述 1.1 無損檢測的特點(diǎn) （1）無損檢測與破壞性檢測 無損檢測的結(jié)果必須與破壞性檢測的結(jié)果相比較后，才能知道怎樣來評價(jià)無損檢測的結(jié)果，否則是沒有根據(jù)的。當(dāng)然這個(gè)工作是事先在同樣條件的試樣上進(jìn)行的，生產(chǎn)中就不需要再破壞產(chǎn)品了。 （2）無損檢測的實(shí)施時(shí)間 無損檢測應(yīng)該在對材料或工件的質(zhì)量有影響的每道工序之后進(jìn)行，例如焊縫的檢測，在熱處理前是對原

9、材料的焊接工藝的檢查；而在熱處理后則是對熱處理工藝的檢查。另外時(shí)效變化也可能對某些焊縫的質(zhì)量產(chǎn)生影響，以高強(qiáng)度鋼焊縫為例，有時(shí)會(huì)發(fā)生延遲裂紋，它是在焊接后幾小時(shí)才開始發(fā)生，而后逐步擴(kuò)大。因此如果焊接后過早地檢查，則檢查后還會(huì)發(fā)生許多裂紋，所以通常至少要放一晝夜后在做檢查。 （3）無損檢測結(jié)果的可靠性 無損檢測的可靠性與被檢測工件的材質(zhì)、組成、形狀、表面狀態(tài)、所采用的物理量的性質(zhì)以及被檢工件異常部位的狀態(tài)、形狀、大小、方向性和檢測裝置的特性等關(guān)系很大。而且還受人為因素、標(biāo)定誤差、精度要求、數(shù)據(jù)處理和環(huán)境條件等的影響。因此，不管采用哪一種檢查方法，要完全檢查出異常部位是不可能的。而且往

10、往不同的檢測方法會(huì)得到不同的信息，因此綜合應(yīng)用幾種方法可以提高無損檢測結(jié)果的可靠性。 為了進(jìn)一步提高無損檢測結(jié)果的可靠性，必須選擇適合于異常部位的檢測方法和檢測規(guī)范，需要預(yù)計(jì)被檢工件異常部位的性質(zhì)，即預(yù)先分析被檢工件的材質(zhì)、加工類型、加工過程，必須預(yù)計(jì)缺陷可能是什么類型？什么形狀？在什么部位？什么方向？然后確定最適當(dāng)?shù)臋z測方法和能夠最佳發(fā)揮方法最大能力的監(jiān)測規(guī)范。 1.2 無損檢測方法的分類 長期以來，無損檢測大多以檢測方法為中心進(jìn)行分類，很少采用以原理為中心的分類方法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無損檢測方法愈來愈多，到底有多少種說法不一。調(diào)研分析做的最多的是美國國家宇航局（NASA）

11、，1973年提出了70中方法，歸納成6大類和兩個(gè)輔助分類，并對每一種方法，并對每一種方法說明其工作原理、檢測對象、適用范圍、制約條件以及參考文獻(xiàn)。1981年美國D.J.Hagemaier根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，把無損檢測方法歸納成32種，得到了一定程度的確認(rèn)。 無損檢測方法雖然很多，適用于不同場合，但是最常用的還是射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測和渦流檢測5種常規(guī)方法。其它無損檢測方法中用的比較多的有聲發(fā)射檢測、紅外檢測和激光全息照相檢測。目前95%以上的無損檢測工作是采用上述8 類方法。 1.3 無損檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 長期以來，無損檢測有3種簡稱，即NDE（Non-d

12、estructive Inspection）、NDT (Non-destructive Testing)和NDE(Non-destructive Evaluation)。目前大多稱之謂NDT，即損檢測。實(shí)際上國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家的無損檢測技術(shù)已逐步從NDI和NDT向NDE過渡，即用無損評價(jià)來代替無損探傷和無損檢測，這種發(fā)展很容易理解，因?yàn)闊o損評價(jià)已經(jīng)包含了無損探傷和無損檢測的內(nèi)容，而且其含義還不止于此，它比無損探傷和無損檢測更積極和更綜合性。它要求無損檢測工作者更有廣泛的知識面、更深厚的基礎(chǔ)和更高的綜合分析能力。 無損檢測技術(shù)的另一個(gè)發(fā)展是從NDE向ANDE和QNDE發(fā)展。也就是說，從一般無損

13、評價(jià)向自動(dòng)無損評價(jià)和定量無損評價(jià)發(fā)展。逐步減少人為因素的影響，改用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行檢測和分析數(shù)據(jù)，以提高檢測可靠性。 從國外近年來出版的文獻(xiàn)資料中也可以看到無損檢測技術(shù)的資料發(fā)表，其中出版最多的是美國。把文獻(xiàn)資料發(fā)展趨勢，近年來國外每年大約有3000篇關(guān)于無損檢測的文獻(xiàn)按不同檢測方法分類，大致比例如下（%）： 超聲檢測 43~46 射線檢測 12~14 渦流檢測

14、 9~10 磁粉檢測 3~4 滲透檢測 1~2 其他方法 6~7 其他內(nèi)容 20~23 其中有關(guān)超聲檢測的文

15、獻(xiàn)最多，這也說明作為無損檢測手段，超聲檢測技術(shù)研究的最多。從上述比例可以看到，前5類常規(guī)無損檢測方法的文獻(xiàn)約占全部數(shù)的71%~73%。在這5種常規(guī)無損檢測方法中，超聲檢測約占62%，射線檢測占18%，渦流檢測占13%，磁粉檢測占5%、滲透檢測占2%。 但根據(jù)日本非破壞檢查公司統(tǒng)計(jì)，80年代中期在日本生產(chǎn)應(yīng)用方面，5種常規(guī)無損檢測方法中超聲檢測約占18%、射線檢測占41%，渦流檢測占10%，磁粉檢測占24%、滲透檢測占7%。這些數(shù)字雖然不見得絕對正確，但說明了一種趨勢：即目前生產(chǎn)實(shí)際中用的最多的無損檢測方法是射線檢測和磁粉檢測，兩者之和約占5種常規(guī)方法的65%。但從發(fā)表文獻(xiàn)來看，射線檢測和磁粉

16、檢測只占23%，相反的超聲卻占62%。這說明，雖然目前生產(chǎn)中用得最多的是射線檢測和磁粉檢測，但大家更感興趣和研究得最多的是超聲檢測。從我國最近幾年發(fā)表的無損檢測文獻(xiàn)來看，大致也是這種趨勢，以1991年10月在黃山召開的第五屆全國無損檢測學(xué)術(shù)年會(huì)上發(fā)表的論文來看，在5種常規(guī)無損檢測方法中，超聲約占54%，射線占18%，磁粉占13%，渦流占12%，滲透占3%。 從檢測對象來說，盡管目前被檢測材料中仍以金屬材料為主，金屬材料中仍以鋼鐵為主。但是無損檢測技術(shù)在復(fù)合材料中應(yīng)用的文章越來越多，無損檢測用于工業(yè)陶瓷的文章也開始有了一定的數(shù)量。

17、 2 超聲檢測 2.1 超聲檢測的基本原理 超聲檢測是一種利用超聲波在介質(zhì)中傳播的性質(zhì)來判斷工件和材料的缺陷和異常，因此必須了解超聲比的基本性質(zhì)。 超聲是一種看不見、聽不到的彈性波，在自然界和日常生活中普遍存在，目前已被廣泛應(yīng)用于科學(xué)、工程和醫(yī)學(xué)中許多領(lǐng)域。人耳能聽到的聲音頻率為16Hz~20Hz，而超聲檢測裝置所發(fā)出和接收的頻率比20kHz,一般為0.5~25MHz，常用頻率范圍為0.5~10MHz。 對于材料檢測來說，超聲波具有下列特性： （1） 在液體和固體介質(zhì)中可以傳輸相當(dāng)長的距離（雖然它在氣體中衰減很快）； （2） 超聲波能量的主要部分在傳輸時(shí)有明確的方向性

18、； （3） 一般，超聲波在一定介質(zhì)中傳輸時(shí)，可能會(huì)改變其模式。 （4） 超聲波傳輸通過不同材料界面時(shí)，可能會(huì)改變其振動(dòng)模式。 超聲檢驗(yàn)就是利用超聲波來對材料和工件進(jìn)行檢驗(yàn)和測量。在檢驗(yàn)方面，典型的應(yīng)用是超聲探傷以及材料和工件的物理性能與力學(xué)性能檢驗(yàn)。在測量方面，介質(zhì)的許多非聲學(xué)特性和某些狀態(tài)參量，例如液位、流量等都可用超聲方法來測定。當(dāng)然超聲波在工業(yè)中的應(yīng)用還更廣泛，例如超聲加工和處理技術(shù)等也發(fā)展很快，它們是利用超聲的能量來改變物質(zhì)的特性和狀態(tài)的技術(shù)，如超聲鉆孔、清洗、焊接、粉碎、凝聚和催化等。 超聲檢驗(yàn)與測量之間的關(guān)系非常密切，例如超聲測量液位和超聲探傷只是檢測目的和對象不

19、同，從技術(shù)原理上說幾乎完全相彷。但是超聲檢測和超聲加工處理之間的區(qū)別比較明顯，從機(jī)電換能的角度來看，超聲加工處理時(shí)非常重視一些描述聲場強(qiáng)弱的物理量（如聲壓、聲強(qiáng)、升功率等）的測定。而超聲檢測則著重在一些，描述介質(zhì)中超聲傳播特性的物理量（如聲速、聲衰減、聲阻抗等）的測定。 超聲波是一種機(jī)械振動(dòng)所產(chǎn)生的波。物體在一定位置附近作來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱為振動(dòng)，振動(dòng)是波動(dòng)的產(chǎn)生根源，波動(dòng)是振動(dòng)的傳播過程。所以超聲波的產(chǎn)生必須依賴于作高頻機(jī)械振動(dòng)的生源和彈性介質(zhì)的傳播，超聲波的傳播過程包括振動(dòng)狀態(tài)和能量的傳播。 研究超聲波傳播時(shí)，可以將彈性介質(zhì)看成是相互間由彈性力聯(lián)系著的無數(shù)質(zhì)點(diǎn)所組成，當(dāng)在彈性介質(zhì)的表面層上

20、施加一個(gè)按正弦規(guī)律變化的外力時(shí)，由于各質(zhì)點(diǎn)間有彈性力聯(lián)系著，因而相鄰層上的質(zhì)點(diǎn)群也將產(chǎn)生相應(yīng)的振動(dòng)，一層推動(dòng)一層，震動(dòng)也就由近及遠(yuǎn)地傳播出去。 2.1.1 波動(dòng)的種類與波型 波的種類是根據(jù)彈性介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波動(dòng)傳播方向的關(guān)系來區(qū)分，主要可分為縱波、橫波、表面波和板波4種。 縱波：當(dāng)彈性介質(zhì)受到交替變化的正弦拉壓應(yīng)力作用時(shí)，質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生疏密相間的縱向振動(dòng)，并作用于 相鄰指點(diǎn)而在介質(zhì)中向前傳播。此時(shí)介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向一致，這種波稱為縱波，常用符號“L”表示。 橫波：當(dāng)彈性介質(zhì)受到交替變化的正弦剪切應(yīng)力作用時(shí)，質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生具有波峰與波谷的橫向振動(dòng)，并在介質(zhì)中傳播，它的振動(dòng)方向與

21、波的傳播方向相垂直，這種波稱為橫波， 常用符號“T”或“S”表示。 表面波：在半無限大彈性介質(zhì)的交界面上受到交替變化的表面張力作用時(shí)，介質(zhì)表面的質(zhì)點(diǎn)就產(chǎn)生相應(yīng)的縱向和橫向振動(dòng)，其結(jié)果導(dǎo)致介質(zhì)表面質(zhì)點(diǎn)繞其平衡位置坐橢圓運(yùn)動(dòng)，并作用于相鄰質(zhì)點(diǎn)而在介質(zhì)表面?zhèn)鞑ィ@種波稱為表面波，常用符號“R”表示。 板波：當(dāng)板狀彈性介質(zhì)受到交替變化的表面張力作用而且板厚與波長想當(dāng)時(shí)，與表面波的形成過程相似，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生相應(yīng)的縱向和橫向振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)軌跡也是橢圓形，聲場遍布整個(gè)板厚。這種波稱為板波，常用符號“P”。 2.1.2 聲波的波動(dòng)特性 聲波波動(dòng)特性主要是指幾個(gè)波相遇時(shí)出現(xiàn)的干涉、疊加現(xiàn)象。 （1

22、） 波的疊加與干涉 當(dāng)幾個(gè)波在同一介質(zhì)中傳播至某處相遇，則相遇處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是各個(gè)波所引起的振動(dòng)的合成，也就是說、相遇點(diǎn)上指點(diǎn)的位移是哥哥波在該店所引起的位移的矢量和，這就是波的疊加原理。 （2） 波的衍射與惠更斯原理 當(dāng)波在彈性介質(zhì)中傳播時(shí)，如果遇到障礙物或其他不連續(xù)的情況，而使波振面發(fā)生畸變的現(xiàn)象，稱為波的衍射。當(dāng)一個(gè)任意形狀的波在傳播過程中遇到一個(gè)障礙時(shí)，該障礙有一個(gè)寬度大小與波長相當(dāng)?shù)莫M縫，此時(shí)穿過狹縫的波是以狹縫為中心的球行波，與原來的波陣面無關(guān)。這說明可以吧狹縫看作新的波源。波前上的所有點(diǎn)，都可看作產(chǎn)生球面子波的點(diǎn)源，經(jīng)過一段時(shí)間后，該波前的新位置將是與這些子波波前相切的包跡面

23、。這稱之惠更斯原理。 惠更斯原理在超聲檢測中獲得了廣泛的應(yīng)用，它不僅適用于機(jī)械波，而且也適用于電磁波。它用幾何方法比較廣泛地解決了波的傳播問題。 （3） 聲速、波長和頻率 聲速是聲波在介質(zhì)中傳播的速度。用c表示；波長是指聲波每振動(dòng)一次所走過的距離，用λ表示；頻率是指每秒鐘聲波振動(dòng)的次數(shù)。三者之間的關(guān)系為： c = λf （2.1） 聲速由介質(zhì)決定，介質(zhì)彈性振動(dòng)的規(guī)律受材料密度、彈性模量和泊松比的約束，影響這些物理常數(shù)的因素都對

24、聲速有影響。 在各向同性的無限大彈性固體中，聲速可用2.2式表示 c=K （2.2） 式中：E ——介質(zhì)的正彈性模量； ρ ——介質(zhì)的密度； K——常數(shù)，與波型有關(guān)。 縱波聲速 cs=. （2.3） 橫波聲速 cs= .= （2.4） 式中：G——介質(zhì)的切變彈性模量；

25、 μ——介質(zhì)的泊松比。 表面波聲速 cR= （2.5） 縱波速度在氣體中每秒為幾百米，在液體中為1~2㎞/s，在固體中為3~6㎞/s。在固體中還有橫波，橫波的速度約為縱波速度的一半，表面波速度約為橫波速度的0.95。 某些物質(zhì)的中，聲速又可分為相速度和群速度，相速度是聲波傳播到介質(zhì)某一選定相位點(diǎn)時(shí)在傳播方向上的聲速；群速度是指傳播聲波的包絡(luò)上具有某種特性，如幅值最大的點(diǎn)上沿傳播方向的聲速，群速度是波群的能量傳播速度。在非頻介質(zhì)中，群速度等于相速度。 當(dāng)棒的直徑與波長想當(dāng)時(shí)稱為細(xì)棒，細(xì)棒中

26、聲波已膨脹形式傳播，稱為棒波。當(dāng)棒的直徑d≤0.1λ(波長)時(shí)，棒波的速度與泊松比無關(guān)，可表示為 cd= （2.6） 從上述公式可知，介質(zhì)的彈性性能越好（即E、G越大）、密度ρ越小，則聲波在介質(zhì)中的傳播速度越高。 2.1.3 聲波的波動(dòng)特性 聲場特征常用聲壓、聲強(qiáng)和特性阻抗等特征值來描述。 聲壓（p）是指在有聲傳播時(shí)，介質(zhì)中某一點(diǎn)的壓強(qiáng)超過沒有聲波存在時(shí)的靜態(tài)壓強(qiáng)的量值。聲壓的單位采用帕斯卡，以Pa表示。1Pa=1N/㎡ 聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)中每一點(diǎn)的聲壓將隨時(shí)間和距離的變

27、化而改變。聲壓的絕對值與介質(zhì)密度、波速和頻率成正比，如2.7式所示 P=ρcv （2.7） 式中 v — 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度 超聲檢測中通過觀察熒光屏上出現(xiàn)的反射波高度h來識別聲的大小，這個(gè)高度在理論上與使用的聲壓p成正比。 在上市中，當(dāng)聲壓p不變時(shí)，pc越大，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度就越小，所以pc被稱為介質(zhì)的特性阻抗，以Z表示。特性阻抗是介質(zhì)中某一點(diǎn)的有效聲壓P與該點(diǎn)質(zhì)量的有效振動(dòng)速度v的比值。 液體的特性阻抗約為氣體的3000倍，固體的特性阻抗約為液體的30倍。 2.1.4 超聲波傳播

28、中的衰減 超聲波在傳播過程中如果遇到一個(gè)障礙物，就可能產(chǎn)生若干現(xiàn)象，這些現(xiàn)象與障礙物的大小有關(guān)。如果障礙物的尺寸比超聲波的波長小得多，則它們對超聲波的傳播幾乎沒有影響；如果障礙物的尺寸小于超聲波的波長，則超聲波到達(dá)障礙物后將使其成為新的波源發(fā)射超聲波；如果障礙物的尺寸與超聲波的波長近似，其聲阻抗與周圍介質(zhì)不同，則超聲波將發(fā)生不規(guī)則反射、折射和透。這些現(xiàn)象都是波的散射。散射是造成超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)、隨著傳播距離的增加、超聲能量逐漸減弱的主要因素之一。這種能量的減弱稱為衰減，其它兩種造成超聲波衰減的因素是由于聲束傳播時(shí)的擴(kuò)散和由于介質(zhì)的吸收。 在多晶體金屬中，散射是造成超聲波衰減的主要原因，

29、散射現(xiàn)象主要取決于材料內(nèi)部組織、超聲波波長和散射體的形狀，當(dāng)金屬組織委粗晶材料（如鑄態(tài)組織、奧氏體焊縫等）或者組織總有大量的第二向物質(zhì)式，特別是當(dāng)它們的尺寸與超聲波波長相當(dāng)時(shí)，散射現(xiàn)象特別嚴(yán)重。超聲散射時(shí)產(chǎn)生的不規(guī)則發(fā)射波和折射波現(xiàn)象，在熒光屏上表演為林狀回波（或草狀回波）干擾信號，使信噪比下降，降低檢測靈敏度。工件表面粗糙度也對衰減產(chǎn)生影響，采用的超聲波頻率越高時(shí)散射越嚴(yán)重。 吸收是由于介質(zhì)的粘滯性造成的質(zhì)點(diǎn)之間的摩擦引起的，它使一部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。?dāng)超聲波的傳播距離一定時(shí)，吸收的大小與介質(zhì)的粘滯系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)以及頻率的某次方成正比，而與聲速的三次方和密度成反比。因此在同一介質(zhì)中，橫波的

30、吸收要比縱波大得多。超聲波在液體和氣體中的衰減主要是由吸收引起的。有機(jī)玻璃等高分子材料的聲速和密度較小，與散射衰減比幾乎可以忽略。 為消除吸收造成的能量減弱，可增強(qiáng)發(fā)射電壓和增益以及適當(dāng)降低頻率。而消除散射則比較困難，這是因?yàn)樗坏箓鞑ツ芰繙p弱，而且產(chǎn)生許多傳播時(shí)間不同的反射波，即所謂林狀反射波，它也隨著發(fā)射電壓和增益的增強(qiáng)而增大。較好的辦法是降低頻率，但這就限制了小缺陷的檢出。經(jīng)過努力，目前已研制出各種新型超聲換能器、新型超聲探傷儀以及計(jì)算機(jī)信號處理等技術(shù)來減少和消除散射的影響。 2.2 超聲檢測方法 （1）儀器選擇 探傷用儀器的選擇應(yīng)從探傷對象的材料和缺陷存在的狀況來考慮，如

31、果儀器選得不正確，不但導(dǎo)致不可靠的探傷結(jié)果，而且在經(jīng)濟(jì)上也帶來很大損失。儀器的選擇應(yīng)從選擇最適合的探頭開始，因?yàn)樘筋^的性能是檢測缺陷的關(guān)鍵，而探傷裝置本身則應(yīng)使探頭的性能獲得最充分地發(fā)揮。在考慮探傷操作要求的同時(shí)要決定是否需要自動(dòng)化，同時(shí)考慮選擇試塊、輔助工具和耦合介質(zhì)等。 但是也不可能對每一種探傷對象都配備相應(yīng)的裝置，實(shí)際上主要考慮重復(fù)性大的探傷材料與工件，探傷裝置的通用性要大些，甚至要為今后可能探傷的新對象留有余地。而探頭則要盡可能滿足專用的需要。當(dāng)然在自動(dòng)探傷的情況下盡量采用專用探傷裝置即使在這種情況下，儀器的部件和零件應(yīng)盡量具備互換性，以便于管理。 （2）探頭選擇 目前應(yīng)用最廣

32、、數(shù)量最多的超生換能器是以壓電效應(yīng)為原理的超聲換能器，它將來自發(fā)射電路的電脈沖加到電晶片上，變成同頻率的機(jī)械振動(dòng)從而向被檢測對象輻射出超聲波。同時(shí)，他又將從聲場中反射回來的聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，送入接收、放大電路，變?yōu)榭晒┰跓晒馄辽嫌^察和判斷的檢測信號。 探頭的基本形式是直探頭和斜探頭，直探頭主要用于發(fā)射和接收縱波，斜探頭常用的有橫波探頭、表面波探頭和板波探頭。其它各種探頭（例如聚焦探頭、組合探頭、高分辯力探頭和高溫探頭等）都可以說是它們的變型。近年來探頭迅速發(fā)展給人們留下了深刻的印象，使人們充分認(rèn)識到探頭雖小，但它集中了大量聲學(xué)的基本問題：如吸收衰減問題，復(fù)合體的基本振動(dòng)問題、電聲能量轉(zhuǎn)換以

33、及多層波傳導(dǎo)傳播問題等，因此它是探傷儀的主體，而不是探傷裝置的附件。 探頭的選擇原則必須分清兩個(gè)問題：即缺陷的探出和缺陷大小與位置的確定。要探出以任何形式出現(xiàn)在任何位置上的缺陷，要求探頭的聲場能夠以同樣的靈敏度覆蓋試驗(yàn)工件的最大范圍。但是一般來說。指向角大時(shí)檢測靈敏度降低。 （3）超生檢測的主要方法：波形判斷法（經(jīng)驗(yàn)法） 應(yīng)用最廣泛的是A掃描顯示型超聲脈沖反射式檢測儀。經(jīng)過長期的超聲檢測實(shí)踐，許多超聲檢測人員對其大量接觸的材料、產(chǎn)品及制造工藝有充分的了解，并通過大量的解剖分析驗(yàn)證，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，在檢測時(shí)能通過A掃描顯示型超聲脈沖反射式探傷儀，根據(jù)示波屏上出現(xiàn)缺陷回波時(shí)的波形形狀，例

34、如視頻顯示或射頻顯示，起波速度，回波前沿的陡峭程度及回波后沿下降的速度（下降斜率），波尖形狀，回波占寬以及移動(dòng)探頭時(shí)缺陷回波的變化情況（波幅、位置、數(shù)量、形狀、動(dòng)態(tài)包絡(luò)等），還可以根據(jù)觀察多次底波的次數(shù)，底波高度損失情況，再根據(jù)缺陷在被檢件中的位置，分布情況，缺陷的當(dāng)量大小（與反射率有關(guān)），延伸情況，結(jié)合具體產(chǎn)品、材料的特點(diǎn)和制造工藝作出綜合判斷，評估出缺陷的種類和性質(zhì)。有時(shí)還可以通過改變發(fā)射超聲波脈沖的頻率、改變聲束直徑大?。ú扇【劢够虿捎貌煌睆降奶筋^等）來觀察缺陷的回波變化特征，從而識別是材料中的冶金缺陷還是組織反射。 在這方面已經(jīng)有不少經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和資料報(bào)道，例如判斷鋼鍛件中的白點(diǎn)、夾

35、雜物、殘余縮孔、粗晶、中心疏松、方框形偏析，以及焊縫中的氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋等等。 必須指出，這種判斷方法在很大程度上依賴超聲檢測人員的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平和對特定產(chǎn)品、材料及制造工藝的充分了解，其局限性是很大的，難以推廣成為通用的評定方法。此外，作為A掃描顯示的缺陷回波所顯示的缺陷信息也極其有限，主要顯示的是波幅大小、位置和回波包絡(luò)形狀，而缺陷對超聲響應(yīng)的相位、頻譜等重要信息則無法顯示出來，但是后兩者與缺陷性質(zhì)和種類有著密切關(guān)系，這也正是廣大超聲檢測人員致力研究探索的問題。 超聲檢測方法還有：脈沖反射法與穿透法、直接接觸法與液浸法、探頭與工件的耦合。 2.3 超聲檢測新技術(shù)

36、 2.3.1 電磁超聲檢測 當(dāng)金屬材料處于毛面狀態(tài)、高溫狀態(tài)以及具有氧化皮表面時(shí)，采用常用的壓電換能器來進(jìn)行檢測比較困難，這是由于很難實(shí)現(xiàn)正常的聲耦合。 在接觸法超聲檢測時(shí)，毛面需要加工打磨，以符合一定表面粗糙度的要求。而高溫狀態(tài)又往往是壓電晶片即使在居里點(diǎn)一下也很難正常工作。液浸法雖對部分毛面探傷有所改善，但對高溫狀態(tài)由于工件使液體汽化也難以應(yīng)用。 電磁超聲有可能用來解決上述各種問題，他的依據(jù)是電磁學(xué)與超聲學(xué)的結(jié)合，它綜合了電磁感應(yīng)和金屬中超聲波產(chǎn)生等一些基本原理而或得的。 與渦流檢測法相同，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)金屬表面有一個(gè)通用交變電流的線圈存在時(shí)，金屬表面將產(chǎn)生渦流，他的頻

37、率與線圈內(nèi)電流的頻率相一致。 目前用的比較好的電磁超聲換能器的頻率為2MHz，發(fā)出SH橫波，折射角為450，采用信號均值法來降低噪聲、提高信噪比。信號處理設(shè)備中預(yù)處理單元的才樣頻率為20MHz。在核電站中在役檢測奧氏體不銹鋼焊縫時(shí)去得了令人滿意的結(jié)果。 2.3.2 奧氏體不銹鋼焊縫的超聲檢測 奧氏體不銹鋼焊縫由于晶粒粗大和各向異性，不能采用一般的超聲方法進(jìn)行無損檢測。但是由于奧氏體不銹鋼的斷裂韌性高，抗蠕變性能和抗腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，在個(gè)工業(yè)部門中應(yīng)用越來越廣泛，特別是在核電站核化工廠，奧氏體不銹鋼焊縫常常都用在各種機(jī)械部件的重要部位。為了確保安全，超聲檢測往往又是必不可少的。80年代初，

38、國際焊接學(xué)會(huì)為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，建立了奧氏體焊縫超聲檢測工作組，積極開展國際合作，1986年國際焊接學(xué)會(huì)出版了第一本《奧氏體焊縫超聲檢測手冊》，為奧氏體不銹鋼焊縫超聲檢測的實(shí)際應(yīng)用提供了必要的指導(dǎo)。 奧氏體不銹鋼焊縫對超聲來說是一種彈性非均質(zhì)材料，這種非均質(zhì)性顯著影響超聲波在工件中的傳播。彈性非均質(zhì)材料具有方向性，傳聲時(shí)晶界散射較大，但彈性非均勻程度本身還不能單獨(dú)作為傳聲性能好壞的檢測標(biāo)準(zhǔn)；另一個(gè)重要因素是晶粒大小，只有當(dāng)晶粒尺寸達(dá)到一定程度時(shí)，它的聲散射才會(huì)嚴(yán)重到影響超聲的正常檢測。因此材料的彈性非均質(zhì)性是影響超聲檢測的基本因素；而晶粒大小則是影響超聲檢測的必要條件。 2.4 超

39、聲波檢測發(fā)展趨勢 隨著微計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，超聲檢測儀器和檢測方法都得到了迅速的發(fā)展，使超聲檢測的應(yīng)用更為普及。目前，微計(jì)算機(jī)在超聲檢測中已能夠完成數(shù)據(jù)采集、信息處理、過程控制和記錄存儲等多種功能。許多超聲檢測儀器都把微處理機(jī)作為一個(gè)部件而組裝在一起，去執(zhí)行處理數(shù)據(jù)和圖像的任務(wù)。一些全電腦對話式超聲波探傷儀，可在屏幕上同時(shí)顯示回波曲線和檢測數(shù)據(jù)，存儲儀器調(diào)整狀態(tài)、缺陷波型和各種操作功能；用打印機(jī)輸出可供永久記錄的各種數(shù)據(jù)和圖形資料，并直接由計(jì)算機(jī)編制測試報(bào)告。 在冶金廠鋼板、鋼帶、型材和管材的自動(dòng)軋制生產(chǎn)線上，計(jì)算機(jī)對超聲檢測進(jìn)行自動(dòng)化程序控制。它控制多通道超聲自動(dòng)檢測系統(tǒng)，能同時(shí)進(jìn)行探傷和

40、測厚，并根據(jù)指定的判斷標(biāo)準(zhǔn)處理數(shù)據(jù)，做出關(guān)于缺陷長度、面積、位置和分布情況的報(bào)告，有的還應(yīng)用了B掃描、C掃描和圖像識別技術(shù)，進(jìn)一步分析缺陷的性質(zhì)，并控制噴標(biāo)裝置動(dòng)作，在缺陷處噴漆標(biāo)記。 超聲檢測是無損檢測領(lǐng)域中應(yīng)用和研究最活躍的方法之一。例如，用聲速測定法評估灰鑄鐵的強(qiáng)度和石墨含量，超聲衰減和阻抗測定法確定材料的性能，用超聲波衍射和臨界反射法檢測材料的機(jī)械性能和表層深度，用棱邊波法、表面波法和聚焦探頭法對缺陷定量的研究，用超聲顯像法和超聲頻譜分析法的進(jìn)展和應(yīng)用，用多頻探頭去對奧氏體不銹鋼厚焊縫的檢測，用超聲測定材料內(nèi)應(yīng)力的研究，特殊波型例如用管波模式檢測管材的研究，采用自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)對不同類型缺

41、陷的波形特征進(jìn)行識別和分類，噪聲信號超聲檢測法，超高頻超聲檢測法、寬頻窄脈沖超聲檢測法，以及新型生源的研究例如用激光來激發(fā)和接收超聲的方法和各種新型超聲檢測儀器的研究等，都是比較典型和集中的研究方向。 3 射線檢測 3.1 射線檢測的基本原理 射線檢測的基本原理是：當(dāng)射線透過被檢物體時(shí)，有缺陷部位(如氣孔、非金屬夾雜物等)與無缺陷部位對射線吸收能力不同（以金屬物體為例，缺陷部位所含空氣或非金屬夾雜物對射線的吸收能力大大低于金屬對射線的吸收能力），透過有缺陷部位的射線強(qiáng)度高于無缺陷的射線強(qiáng)度，因而可以通過檢測透過工件后的射線強(qiáng)度的差

42、異，來判斷工件中是否存在缺陷。目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、靈敏度比較高的射線檢測方法是射線強(qiáng)度，在X射線感光照片上對應(yīng)的有缺陷部位將接受較多的射線，從而形成黑度較大的缺陷影像。 射線是一種電磁波，它與無線電波、紅外線、可見光、紫外線等本質(zhì)相同，具有相同的傳播速度，但頻率與波長則不同。射線的波長短、頻率高，因此它有許多可見光不同的性質(zhì)： （1）不可見，依直線傳播。 （2）不帶電荷，因此不受電場和磁場影響。 （3）能透過可見光不能透過的物質(zhì)。 （4）與可見光同樣有反射、干涉、繞射、折射等現(xiàn)象，但這些現(xiàn)象又與可見光有區(qū)別，如X射線只有漫反射，不能產(chǎn)生如可見光那樣的鏡面反射。 （5）能使物質(zhì)產(chǎn)生

43、光電子及反跳電子、以及引起散射現(xiàn)象。 （6）能被物質(zhì)吸收產(chǎn)生熱量。 （7）能使氣體電離。 （8）能使某些物質(zhì)起光化學(xué)作用，使照相膠片感光，又能使某些物質(zhì)發(fā)生熒光。 （9）能產(chǎn)生生物效應(yīng)、傷害及殺死有生命的細(xì)胞。 射線檢測的種類：X射線與γ射線、α射線β射線、中子射線，其中X射線與γ射線最常用。 射線的特性：X射線、γ射線和中子射線都可用于固體材料的無損檢測，現(xiàn)將其共性與各自的特性分?jǐn)?shù)如下： 具有 X射線和γ射線隨被穿透物質(zhì)原子序數(shù)的增大而逐漸減弱，輕元素（即原子序數(shù)小的元素）對中子射線吸收系數(shù)特別大，如氫、硼一類稀土元素和鎘等；鐵、鉛等重元素對中子的吸收系數(shù)反而小。其次，對同一元

44、素的不同同位素，中子的質(zhì)量吸收系數(shù)也差別很大。正是由于這些吸收系數(shù)的差異，使中子照相具有不同于X射線和γ射線檢測的某些特點(diǎn)，可以彌補(bǔ)前兩者的不足，換言之，上述各條又是不同檢測技術(shù)相互補(bǔ)充的理論依據(jù)。 因射線具有一定能量，當(dāng)穿過某些氣體是與其分子發(fā)生作用而電離，能產(chǎn)生生物效應(yīng)，殺死有生命的細(xì)胞，特別是中子射線，它具有比X射線和γ射線更強(qiáng)的殺傷力。 射線的衰減特性：射線對物質(zhì)的作用理論上有12種效應(yīng)，其中主要有4種：1）光電效應(yīng)；2）瑞利散射；3）康普頓效應(yīng)；4）電子對生成。能量較小時(shí)、前兩種效應(yīng)比較重要，電子對生成效應(yīng)僅當(dāng)能量大于1MeV時(shí)才開始顯著。各種效應(yīng)還隨物質(zhì)原子序數(shù)的不同而改變，原

45、子序數(shù)低、效應(yīng)弱，原子序數(shù)高、效應(yīng)強(qiáng)。 上述集中效應(yīng)造成射線能減弱，其原因是物質(zhì)對射線的吸收與散射，射線被吸收時(shí)其能量轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问?，如熱能。散射則使射線的傳播方式改變。 3.2 X射線檢測的基本原理和方法 3.2.1 檢測原理 X射線檢測原理是：當(dāng)射線通過被檢物體時(shí)，有缺陷部位（如氣孔、非金屬夾雜）與無缺陷部位對射線吸收能力不同，一般情況是透過有缺陷部位的射線強(qiáng)度高于無缺陷部位的射線強(qiáng)度，因而可以通過檢測透過被檢物體后的射線強(qiáng)度的差異，來判斷被檢物體中是否有缺陷存在。 換言之，強(qiáng)度均勻的射線照射被檢測的物體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生能量的衰減，其衰減程度與射線的能量（波長）、被穿透物質(zhì)的質(zhì)量，厚度

46、及密度有關(guān)。如果被照物體是均勻的，射線穿過物體衰減后的能量只與其厚度有關(guān)。 當(dāng)物體內(nèi)有缺陷時(shí)，在缺陷部位穿過射線的程度則不同。最終得到不同強(qiáng)度的射線。如將這不同能量進(jìn)行照相或轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栔甘尽⒂涗浕蝻@示，就可以評定材料質(zhì)量，從而達(dá)到無損檢測的目的。 3.2.2 檢測方法 目前工業(yè)上主要有照相法、電離檢測法、熒光屏直接觀察法、電視觀察法等方法。 （1）照相法 照相法是將感光材料（膠片）置于被檢測試件后面，來接收透過試件的不同強(qiáng)度的射線，因?yàn)槟z片乳劑的攝影作用于感受到的射線強(qiáng)度有直接的關(guān)系，經(jīng)過暗室處理后就會(huì)得到透照影像，根據(jù)影像的形狀、大小和位置。 照相法靈敏度高，直觀可靠，重復(fù)性好

47、，是最常用的方法之一。 （2）電離檢測法 當(dāng)射線通過氣體時(shí)，與氣體分子撞擊使其失去電子而電離，生成正離子，有的氣體分子得到電子而生成負(fù)離子，此即氣體的電離效應(yīng)。氣體的電力效應(yīng)將產(chǎn)生電離電流，電離電流的大小與射線的強(qiáng)度有關(guān)。如果讓透射試件的X射線再通過電離室進(jìn)行射線強(qiáng)度測量，便可根據(jù)電離電流的大小來判斷試件的完整性。這種方法自動(dòng)化程度高，成本低，但對缺陷性質(zhì)的判別較困難。只適用于形狀簡單，表面平整的工件，一般應(yīng)用較少，但可制成專用設(shè)備。 3.3 射線的防護(hù) 射線防護(hù)是通過采取適當(dāng)措施，減少射線對工作人員和其它人員的照射劑量。從各方面把射線劑量控制在國家規(guī)定的允許劑量標(biāo)準(zhǔn)（1x10-3Sv

48、/周）以下，以避免超劑量照射和減少射線對人體的影響。射線防護(hù)主要有屏蔽防護(hù)、距離防護(hù)和時(shí)間防護(hù)三種防護(hù)方法： （1）屏蔽防護(hù)法 屏蔽防護(hù)法是利用各種屏蔽物體吸收射線對人體的傷害，這是外照射防護(hù)的主要方法。一般根據(jù)X射線與屏蔽物的相互作用來選擇防護(hù)材料，屏蔽X射線和γ射線以密度大的物質(zhì)為好，如貧化鈾、鉛、鐵、重混凝土，鉛玻璃等都可以用作防護(hù)材料。但從經(jīng)濟(jì)、方便出發(fā)，也可采用普通材料如混凝土、巖石、磚、土、水等。對于中子的屏蔽除防護(hù)γ射線之外，還以特別選取含氫元素多的物質(zhì)為宜。 （2）距離防護(hù)法 距離防護(hù)在進(jìn)行野外或流動(dòng)性射線檢測時(shí)是非常經(jīng)濟(jì)有效的方法。這是因?yàn)樯渚€的劑量率與距離的平方成反

49、比，增加距離可顯著的降低射線的劑量率。若離放射源的距離為R1處的劑量率為P1，在另一徑向距離為R2處的劑量率為P2，則它們的的關(guān)系為： P2=P1R12/R22 （3.1） 顯見，增大R2時(shí)可有效地降低劑量率P2，在無防護(hù)或戶防層不夠時(shí)，這是一種特別有用的防護(hù)方法。 （3）時(shí)間防護(hù)法 時(shí)間防護(hù)是指讓工作人員盡可能的減少接觸射線的時(shí)間，以保證檢測人員在任一天都不超過國家規(guī)定的最大允許劑量當(dāng)量（17mrem）。 人體接受的

50、總劑量D為： D=Pt （3.2） 式中，P—在人體上接受到的射線劑量率，t—接觸射線的時(shí)間。 從上式可看出，縮短與射線接觸時(shí)間t亦可達(dá)到防護(hù)目的。如每周沒人控制在最大容許劑量0.1rem以內(nèi)時(shí)，則控制每周內(nèi)的透照次數(shù)Pt≤0.1rem；如果人體在沒透照一次時(shí)所接受到的射線劑量為P/時(shí)，則控制每周內(nèi)透照次數(shù)N≤0.1/P/，亦可達(dá)到防護(hù)的目的。 中子防護(hù)：中子對人體危害很大，所以特別要注意防護(hù)。中子防護(hù)的特點(diǎn)可歸結(jié)為快中子的減速和熱中子的吸收兩個(gè)問題，在選擇屏蔽材料時(shí)要考慮。

51、 減速劑的選擇：快中子減速作用，主要依靠中子和原子核的彈性碰撞，因此較好的減速劑是原子序數(shù)低的元素如氫、水、石蠟等含氫多的物質(zhì)，它們作為減速劑使用減速效果好，價(jià)格便宜，是比較理想的防護(hù)材料。 吸收劑的選擇：對于吸收劑要求它在俘獲慢中子時(shí)放出來的γ射線能量要小，而且對中子是易吸收的。鋰和硼較為合適，因?yàn)樗鼈儗嶂凶游战孛娲螅謩e為71barn和759barn，鋰俘獲中子時(shí)放出γ射線很少，可以忽略，而硼俘獲的中子95%放出0.7MeV軟射線，比較易吸收，因此常選含硼物或硼砂、硼酸作吸收劑。 在設(shè)置中子防護(hù)層時(shí)，總是把減速劑和吸收劑同時(shí)考慮；如含2%的硼砂（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）、石蠟、磚或裝有2

52、%硼酸水溶液的玻璃（或有機(jī)玻璃）水箱對置即可，特別要注意防止中子產(chǎn)生泄漏。 3.4 射線檢測的發(fā)展趨勢 由于射線檢測具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，因此用其它無損檢測方法完全取代射線檢測是不可能的。但是，射線檢測發(fā)展的前景如何，一方面要看射線檢測自身技術(shù)的發(fā)展，另一方面，也要看其它無損檢測技術(shù)的發(fā)展情況，目前，X射線探傷機(jī)的管電壓最高位430kV，功率多數(shù)在4kW一下。管電壓指標(biāo)表示了穿透能力。在最大管電壓下，對于鋼材的穿透能力不超過130㎜。再厚的工件，必須使用γ射線探傷裝置或加速器探傷裝置。 管焦點(diǎn)是反映X射線探傷機(jī)性能的另一個(gè)重要指標(biāo)。管焦點(diǎn)越小，獲得的圖像越清晰，它直接映影響儀器的分辨

53、本領(lǐng)和靈敏度。目前大多數(shù)X射線機(jī)的焦點(diǎn)尺寸在0.4x0.4㎜2到4.0x4.0㎜2之間有的具有雙焦點(diǎn)。美、英等國還研制了微米級的微焦點(diǎn)X射線機(jī)。為了適應(yīng)球形、圓筒形等工件的檢測，還研制了棒陽極、旋轉(zhuǎn)陽極和圓周照射的X射線探傷機(jī)。 在高能射線方面，電子直線加速器和電子回旋加速器已得到普遍應(yīng)用，為檢測大厚鑄件和焊縫提供了便利條件。 在顯示方法中，除用膠片和電離探測器進(jìn)行記錄外，工業(yè)電視顯示方法也廣泛應(yīng)用。此外，記憶電視也被引入射線檢測過程，用于存儲透視結(jié)果，以便隨后觀察和評價(jià)。計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)對底片和工業(yè)電視圖像的處理一獲得了令人滿意的結(jié)果，從而大大提高了為識別缺陷所需的清晰度和靈敏度。

54、為了實(shí)現(xiàn)某些生產(chǎn)線上的在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測，已研制了各種程序控制單元。使工件能按程序在幾個(gè)位置上處于靜止?fàn)顟B(tài)接受檢驗(yàn)。配合自動(dòng)探傷傳送裝置，可以實(shí)現(xiàn)射線檢測的全部自動(dòng)化。 X射線計(jì)算機(jī)層析攝影技術(shù)，在工業(yè)上已經(jīng)開始應(yīng)用，并且會(huì)越來越普及。這對射線檢測中提高缺陷的定位、定量和定性精度將是革命性的進(jìn)展。 在射線檢測靈敏度的理論分析方面，已用分辨力函數(shù)和調(diào)制傳遞函數(shù)的概念，綜合分析在圖像產(chǎn)生過程中所有影響因素的作用，例如被檢試件中輻射的傳遞、照相幾何、線質(zhì)與射束特征、膠片與增感屏的組合、膠片的處理等。調(diào)制傳遞函數(shù)已開始用于評價(jià)圖像質(zhì)量和評價(jià)射線照相檢測系統(tǒng)，包括評價(jià)工業(yè)電視裝置、CT掃描系統(tǒng)、閃光射

55、線照相和中子照相等裝置。 4 磁粉檢測 4.1 磁粉檢測的基本原理 在磁導(dǎo)率不同的兩種介質(zhì)的界面上，磁感應(yīng)線的方向會(huì)發(fā)生改變，這與光和聲波的折射相似，稱為磁感應(yīng)線的折射若兩種介質(zhì)的磁導(dǎo)率相差懸殊，例如鐵和空氣，磁感應(yīng)線折射進(jìn)入空氣后幾乎垂直于界面，從而引起磁場路徑的改變，導(dǎo)致部分刺桐泄漏于鋼材的表面，形成漏磁場。 磁介質(zhì)中磁場的分布情況與磁介質(zhì)的性質(zhì)和形狀等因素有關(guān)，很難用解析形成表達(dá)，通常引入一個(gè)輔助的物理量H，稱為磁場強(qiáng)度。它也可以用磁感應(yīng)線形象的進(jìn)行描述。 磁介質(zhì)在外磁場作用下，它的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與外加磁場強(qiáng)度H有如下的關(guān)系：

56、 B=μH （4.1） 式中H的住單位為A/m，B的住單位為特斯拉，μ是磁導(dǎo)率，住單位為H/m。物質(zhì)磁導(dǎo)率與其它磁導(dǎo)率之比為相對磁導(dǎo)率μr。μr＞＞1，其數(shù)值在幾百到幾萬的范圍內(nèi)。鐵磁物質(zhì)還具有磁滯回線特性。當(dāng)零件磁化時(shí)，在零件中就有磁感應(yīng)線通過。對沒有缺陷的工件，磁化后磁感應(yīng)線均勻分布。當(dāng)工件有缺陷時(shí)，就會(huì)在缺陷處發(fā)生磁感應(yīng)線外泄現(xiàn)象，即產(chǎn)生漏磁通，形成一對局部磁極。這種局部磁極便吸引磁粉形成磁粉圖。根據(jù)磁痕的形象和尺寸就可以判別缺陷的位置、大小、形狀和性質(zhì)。 4.2 磁粉檢測方法 4.2.1 磁化方法

57、 工件磁化時(shí)，應(yīng)使磁場方向盡可能與缺陷的方向垂直，而工件中的缺陷可能有各種取向，因此需要在工件上建立有可能與缺陷方向垂直的磁場。常用的磁化方法為周向磁化和縱向磁化，有時(shí)對工件中可能產(chǎn)生的缺陷取向難以預(yù)計(jì)，最好采用一個(gè)大小和方向隨時(shí)間而變化的磁場，即所謂的旋轉(zhuǎn)磁場或復(fù)合磁場。這種方向在工件上不斷地變化著的磁場，可以檢測出工件中不同方向的缺陷。 因此，磁粉檢測對被測工件的磁化方法主要有兩種：一種是對工件直接通電，或者使電流通過貫穿工件中心孔的導(dǎo)體，目的是在工件中建立一個(gè)環(huán)繞工件的并與工件軸垂直的閉合磁場，磁力線具有閉合形狀。周向磁化主要用于發(fā)現(xiàn)與工件平行的缺陷，即與電流方向平行的缺陷；另一種是

58、將電流通過環(huán)繞工件的線圈，使工件沿縱長方向磁化的方法，工件中的磁力線平行于線圈的軸心線。主要用于發(fā)現(xiàn)與工件軸垂直的缺陷。 4.2.2 檢測方法 （1）連續(xù)法 在有外加磁場作用的同時(shí)向被檢表面施加磁粉或磁懸液的檢測方法稱為連續(xù)法。使用連續(xù)發(fā)檢測時(shí)，即可再外加磁場的作用下，也可在撤去外加磁場以后觀察磁痕。 低碳鋼及所有狀態(tài)或經(jīng)過變形的鋼材均應(yīng)采用連續(xù)發(fā)，一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型構(gòu)件也宜采用連續(xù)法檢測。 ①濕粉連續(xù)磁化：在磁化的同時(shí)施加磁懸液，每次磁化的通電時(shí)間為0.5~2s，磁化間歇時(shí)間不應(yīng)超過1s。至少在停止施加磁懸液1s以后才接停止磁化。 ②干粉連續(xù)磁化：干粉連續(xù)磁化的原則是先磁化后噴粉

59、，待吹去多余的磁粉以后才可以停止磁化。 連續(xù)發(fā)檢測的靈敏度高，但檢測效率較低，而且易出現(xiàn)干擾缺陷評定的雜亂顯示。此外，復(fù)合磁化方法只能在連續(xù)法檢測中使用。 （2） 剩磁法 利用磁化過后被檢工件上的剩磁進(jìn)行磁粉檢測的方法稱為剩磁法。在經(jīng)過熱處理的高碳鋼或合金鋼中，凡剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度在0.8T以上，嬌頑力在800A/m以上的材料均可用剩磁法檢測。 剩磁的大小主要取決于磁化電流的峰值，而通電時(shí)間原則上控制在1/4~1s的范圍內(nèi)即可。用交流勵(lì)磁時(shí)，為保證得到穩(wěn)定的剩磁，應(yīng)配備斷電相位控制裝置。 剩磁法的檢測效率高，其磁痕易于辨別，并有足夠的檢測靈敏度。但復(fù)合磁化方法不能在剩磁法檢測中使用。一般

60、情況下，剩磁法檢測也不使用干粉。 4.3 磁粉檢測發(fā)展趨勢 為了減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高檢測效率和檢測靈敏度，磁粉檢測方法和設(shè)備都在不斷地改進(jìn)。半自動(dòng)的磁粉探傷線和專用自動(dòng)探傷設(shè)備相繼出現(xiàn)。 使用的磁化電流除交流電外，還采用單相半波整流、三相半流及全波整流，并用可控硅控制調(diào)節(jié)。退磁裝置除交流降壓退磁和交流線圈退磁外，還有采用直流降壓并交替改變方向和低頻率電流衰減退磁裝置的。磁化電流有磁化定時(shí)裝置自動(dòng)控制。工件夾持裝置除液壓和電動(dòng)夾緊外，還有采用氣功夾緊裝置的。 為了避免漏檢和提高對各種方向缺陷的檢測能力，可采用復(fù)合磁化法和旋轉(zhuǎn)磁場法。由于旋轉(zhuǎn)磁場法是在交叉線圈中通入相位不同的電流，線圈工件可

61、不直接接觸，因而為實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)化檢測提供了條件。 為了檢查零件內(nèi)孔的表面和近表面缺陷，還發(fā)展了磁橡膠檢測法和橡膠鑄型法。磁橡膠檢測法是把磁粉混合在一種特殊的室溫硫化硅橡膠內(nèi)并充分調(diào)勻，然后施加于被檢零件的內(nèi)孔表面，零件經(jīng)磁化后，含在橡膠內(nèi)的磁粉由于缺陷的“漏磁”作用而被吸引聚集，待橡膠固化后，從零件中取出，用目視檢查，在磁粉集中的區(qū)域顯示出缺陷的特征。橡膠鑄型法是先對零件磁化并澆灑磁粉，使缺陷處吸附磁粉形成磁痕，然后用白色橡膠液相零件內(nèi)孔鑄型，等固化后取出觀察，缺陷磁痕便復(fù)印在橡膠鑄型上。此種方法襯度高，圖像清晰，比磁橡膠法有更高的檢測靈敏度。 為了檢查水下的工程設(shè)備，如石油鉆采平臺、海底

62、管道、棧橋和服役中的艦船等，發(fā)展了水下磁粉檢測方法。它的原理與普通磁粉檢測法相同，只是磁化裝置多采用永久磁鐵。 為了提高檢測效率，各種專用的磁粉探傷裝置先后出現(xiàn)。如曲軸半自動(dòng)探傷機(jī)、飛機(jī)起落架探傷機(jī)等。這些裝置多為熒光磁粉探傷機(jī)，用非燃性氯乙烯作觀察暗棚，棚頂裝有紫外線燈。有的采用閘流管無極調(diào)整電流，磁化電流連續(xù)可調(diào)，磁化時(shí)間和退磁操作均自動(dòng)控制，同時(shí)具備交、直流磁化機(jī)構(gòu)。 在磁粉檢測的半自動(dòng)和自動(dòng)化方向，日本、德國和美國等一些廠家先后研制和使用了鋼坯、方鋼、棒材等自動(dòng)磁粉探傷機(jī)。除磁痕檢查仍用目視外，工件的裝卡、傳遞、磁化、噴粉、推辭等工序全部自動(dòng)化。有的可同時(shí)實(shí)現(xiàn)縱向和周向磁化；有的利

63、用光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)將熒光磁粉的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大和信息處理后，推動(dòng)分選機(jī)構(gòu)，達(dá)到全自動(dòng)檢測的目的。但是，由于熒光磁粉粒度粗時(shí)靈敏度低，粒度細(xì)時(shí)熒光亮度小，所以通過光電轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)熒光磁粉自動(dòng)檢測難度較大。今后磁粉檢測預(yù)計(jì)仍會(huì)以半自動(dòng)為主，計(jì)算機(jī)的引入，對信號采集和分析會(huì)帶來方便，但全自動(dòng)化電磁檢測主要是發(fā)展錄磁和磁敏元件檢測法。 5 渦流檢測 5.1 渦流檢測的基本原理 （1）渦流檢測的基本原理 當(dāng)導(dǎo)電體靠近變化著的磁場或?qū)w作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由電磁感應(yīng)定律可知，導(dǎo)電體內(nèi)必然感生出呈渦狀流動(dòng)的電流，即所謂渦流。 設(shè)此渦流是因一通以交變電流的檢測線圈靠近導(dǎo)電

64、體而生，則由電磁感應(yīng)理論可知，與渦流伴生的感應(yīng)磁場會(huì)與原磁場疊加，結(jié)果使得檢測線圈的復(fù)阻抗發(fā)生改變。由于導(dǎo)電體內(nèi)感生渦流的幅值、相位、流動(dòng)形式以及其伴生磁場不可避免要受導(dǎo)電體的物理以及其制造工藝性能的影響，因此通過監(jiān)測檢測線圈阻抗的變化即可非破壞地評價(jià)被檢材料或工件的物理或工藝性能及發(fā)現(xiàn)某些工藝性缺陷，此即渦流檢測的基本原理。 交變的感生渦流滲入被檢材料或工件的深度與其頻率的1/2次冪成反比。鑒于常規(guī)渦流檢測使用的頻率較高（數(shù)百道數(shù)兆赫茲），滲透深度通常較淺，因此常規(guī)渦流檢測是一種表面或近表面的無損檢測方法。 （2） 渦流檢測的特點(diǎn) 在工業(yè)生產(chǎn)中，渦流檢測被廣泛用于各種金屬、非金

65、屬導(dǎo)電材料及其制件的成品、工藝和維修檢測等各個(gè)質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。由于渦流因電磁感應(yīng)而生，故而進(jìn)行渦流檢測時(shí)，檢測線圈不必與被檢材料或工件緊密接觸，不需用耦合劑，檢測過程也不影響被檢材料或工件的使用性能。表5-1中列舉的是影響感生渦流特性的幾種主要因素以及常規(guī)渦流檢測的主要用途。 表5-1渦流檢測影響因素及用途 檢測目的 影響渦流特性的因素 用途 探 傷 缺陷的形狀、尺寸和位置 導(dǎo)電的管、棒、線材及零部件的缺陷檢測 材質(zhì)分選 電導(dǎo)率 混料分選和非磁性材料電導(dǎo)率的測定 測 厚 檢測距離和薄板厚度 覆膜和薄板厚度的測量 尺寸檢測 工件的尺寸和形狀 工件尺寸和形

66、狀的控制 物理量測量 工件與檢測線圈之間的距離 徑向振幅、軸向位移及運(yùn)動(dòng)軌跡的測量 與其它無損檢測方法比較，渦流檢測的主要特點(diǎn)有： ①對導(dǎo)電材料表面和近表面缺陷的檢測靈敏度較高。 ②應(yīng)用范圍廣，對影響感生渦流特性的各種物理和工藝因素均能實(shí)施檢測。 ③在一定條件下，能反映有關(guān)裂紋深度的信息。 ④不需用耦合劑，易于實(shí)現(xiàn)管。棒。線材高速、高效的自動(dòng)化檢測。 ⑤可在高溫、薄壁管、細(xì)線、零件內(nèi)孔表面等其它檢測方法不適用的場合實(shí)施檢測。 雖然渦流檢測有著上述諸多優(yōu)點(diǎn)，但比較而言，當(dāng)需要對形狀復(fù)雜的機(jī)械零部件進(jìn)行全面檢測時(shí)，渦流檢測的效率則相對較低。此外，在工業(yè)探傷中，僅依靠渦流檢測通常也難以區(qū)分缺陷的種類和形狀。 5.2 渦流檢測方法 渦流檢測主要包括振蕩器、測量系統(tǒng)、分析系統(tǒng)、記錄器、顯示器和自動(dòng)分選裝置。 振蕩器主要用來激勵(lì)測量系統(tǒng)，同時(shí)它輸出的正弦電壓也作為參考相位。振蕩器就是正弦波信號發(fā)生器。振蕩器后往往有一個(gè)功率放大器。 測量系統(tǒng)包括探頭和測量電路。測量方法有絕對法和差分法。絕對法可用不同的配置把探頭放到試樣需要測量的區(qū)域進(jìn)行，在測量時(shí)不進(jìn)行任何比較，如測