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材料無損檢測,2019年9月16日,《材料無損檢測》課程說明,課程任務(wù)： 通過學(xué)習(xí)本課程，使學(xué)員初步掌握： 材料無損檢測的基本知識、操作技能與技術(shù)要點； 學(xué)會正確選擇無損檢測方法、相關(guān)儀器、設(shè)備，并能正確選定各種技術(shù)參數(shù)； 初步了解缺陷識別、產(chǎn)品質(zhì)量評定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)； 為今后從事材料或產(chǎn)品的無損檢測工作、制定相應(yīng)的無損檢測工藝奠定理論和實踐基礎(chǔ)。,《材料無損檢測》課程說明,課程內(nèi)容： 本課程重點講授射線探傷、超聲波探傷、表面探傷等技術(shù)。對其它正在試用的新方法作為自學(xué)參考，課堂不作介紹。 為收到良好的教學(xué)效果，本課程采用 理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合的方法，既注重理論教學(xué)，更注重強化實驗教學(xué)對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，以增強感性認識。,《材料無損檢測》課程說明,課程特點 ： 多科性——本課程學(xué)時雖然不多，可知識內(nèi)涵卻十分豐富。多科性是說，這門技術(shù)的理論基礎(chǔ)是以近代物理學(xué)、化學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)為支撐的；從工程角度來說，它又是以全面質(zhì)量管理科學(xué)與無損評定技術(shù)緊密結(jié)合的一個嶄新領(lǐng)域；在具體檢測方法和相關(guān)原理上，又涉及到磁、電、聲、光、熱、力等各個領(lǐng)域；在取得準(zhǔn)確的檢測結(jié)果方面，有時尚需多種檢測方法的有機配合、運用獲得的多種信息對材料（包括試樣和產(chǎn)品）的物理性能和變異以及各類缺陷做出準(zhǔn)確的評價。,《材料無損檢測》課程說明,實踐性——對材料、試樣、產(chǎn)品的無損檢測，主要是探測其中的缺陷，了解各類缺陷的性質(zhì)、位置 、尺寸、形狀、分布規(guī)律等等。 因此，對材料及工件內(nèi)部缺陷的理解 、分布規(guī)律和特點的認識，熟悉它們在每種檢測方法中的顯像規(guī)律并做出正確的評價等方面，均與檢驗人員的實踐經(jīng)驗密切相關(guān)。 此外，要想取得無損檢驗人員的資格證，更需經(jīng)過一段較嚴(yán)格的培訓(xùn)和通過相關(guān)的考試； 要真正成為名副其實的質(zhì)檢師，往往要經(jīng)過較長期的嚴(yán)格實踐礪煉！,《材料無損檢測》課程說明,實用性——無損檢測技術(shù)具有較為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。它不僅用于工業(yè)生產(chǎn)中，在醫(yī)療、生物技術(shù)、電子技術(shù)、地質(zhì)科學(xué)等諸多領(lǐng)域均可得到有效的運用。 尤其在金屬材料制造領(lǐng)域，如鍋爐壓力容器、化工機械、造船、海洋構(gòu)造、航空航天以及核反應(yīng)堆等生產(chǎn)制造領(lǐng)域更是不可缺少的質(zhì)量保證手段。,《材料無損檢測》課程說明,教學(xué)要求： 重點掌握各種無損檢測方法的基本原理、適用范圍和技術(shù)要點； 能夠正確選擇探傷方法、儀器、設(shè)備，熟悉基本操作要領(lǐng)； 初步掌握擬訂檢驗工藝、缺陷識別、質(zhì)量等級評定等相關(guān)技能； 積極參與課堂教學(xué)，認真記好筆記，按時完成規(guī)定實驗，主動參加答疑活動。,《材料無損檢測》課程說明,主要教學(xué)參考書： 1.李喜孟主編. 無損檢測， 北京：機械工業(yè)出版社，2001； 2.趙熹華主編. 焊接檢驗， 北京：機械工業(yè)出版社，1992； 3.梁啟涵主編. 焊接檢驗， 北京：機械工業(yè)出版社，1980； 4.其他有關(guān)無損檢測的參考書和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。,第 1 章 緒 論,1.1 材料無損檢測的意義 1.1.1 材料無損檢測的概念 材料無損檢測，即指不損傷產(chǎn)品又能發(fā)現(xiàn)缺陷的檢測方法或技術(shù)，亦稱為無損探傷，屬于非破壞性檢測方法的范疇。 它與某些破壞性檢測方法，如力學(xué)性能檢驗、化學(xué)分析試驗、金相檢驗等具有很強的互補性。尤其適合成品檢驗和在役運行產(chǎn)品的檢驗。 無損檢測的英文縮寫為： NDT（ non－destructive test）。,1.1.2 對實際工程材料的辨證認識 材料力學(xué)對于材料的認識是基于“均勻性、連續(xù)性和小變形假設(shè)”來討論問題的。 而實際工程材料及產(chǎn)品在制造過程中，往往因冶金、結(jié)構(gòu)、工藝因素的復(fù)雜性及操作人員技術(shù)水平的差異，即使按照同一工藝規(guī)程操作，也往往會產(chǎn)生各種各樣的工藝缺陷。 總之，實際工程材料和構(gòu)件并不那麼理想，有缺陷是絕對的，沒有缺陷則是相對的。,工藝缺陷舉例,鑄件：可能有縮孔、疏松、冷隔、裂紋等； 焊件：可能有氣孔、夾雜、未熔合、未焊 透以及焊接裂紋等； 鍛件：往往有裂紋、褶皺、夾層等； 熱處理件：也可能出現(xiàn)裂紋、偏析、組織粗大等等。,1.1.3 材料無損檢測的意義 (1) 質(zhì)量、安全保證——即控制產(chǎn)品質(zhì)量，保證設(shè) 備安全運行。 ①生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的需要 生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品，往往需要從原材料、試板，到零件、部件乃至最終產(chǎn)品，都進行較嚴(yán)格的質(zhì)量把關(guān)，即實行全面質(zhì)量管理。而無損探傷技術(shù)恰好是必不可少的技術(shù)手段。 ②設(shè)備在役安全運行期間跟蹤監(jiān)測的需要 設(shè)備運行期間也可能產(chǎn)生新的缺陷。如：應(yīng)力腐蝕裂紋、延遲裂紋、疲勞裂紋等等。需要定期或不定期地進行質(zhì)量跟蹤，以保證其運行的安全性。如核反應(yīng)堆中的壓力容器。,（2）工藝、技術(shù)保證——即改進制造技術(shù)，優(yōu)化制造工藝； 在新產(chǎn)品研制、新工藝制定過程中，對于某些工藝參數(shù)、工藝措施的確定，有時需要進行嚴(yán)格的工藝評定，借助先進的無損檢測技術(shù)可篩選出最佳規(guī)范，進而制定出新產(chǎn)品的工藝規(guī)程，最終制造出合格的產(chǎn)品或優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。,（3）效率、效益保證——及時發(fā)現(xiàn)缺陷，降低生產(chǎn)成本； 在復(fù)雜產(chǎn)品的加工過程中往往經(jīng)歷： “零件制備——部件組成——結(jié)構(gòu)總成”等較長生產(chǎn)周期。在重點工序適時進行合理、適度的檢驗，可及時消除該工序產(chǎn)生的缺陷、防止同類缺陷的重復(fù)出現(xiàn)。這樣做比在產(chǎn)品加工完成后再來消除缺陷更節(jié)省時間、材料和工時。從而降低了生產(chǎn)成本。而且，及時返修在操作上也較為容易。,特別值得注意的是： 在商品經(jīng)濟時代，時間就是效益，時間就是生命！ 若由于產(chǎn)品質(zhì)量問題成堆，工藝難度增大，因而拖延工期，最終造成合同違約，還會引起進一步的經(jīng)濟糾紛，甚至因產(chǎn)品報廢，還會帶來更大的經(jīng)濟損失。 所以，嚴(yán)密的組織管理， 高效的檢測手段， 精干的檢驗隊伍， 是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制的法寶。,（4）信譽、實力的見證——積累技術(shù)資料，促進技術(shù)進步 成功的檢測數(shù)據(jù)、配套的原始底片、合格的檢驗報告、標(biāo)準(zhǔn)的檢測試板等等，都是寶貴的技術(shù)資料。既可用于技術(shù)交流，又可長期存檔。 依托精干的檢測隊伍、先進的檢測設(shè)備以及嚴(yán)密的管理措施所建立起來的質(zhì)量保證體系，不但能夠提高材料的潛能、促進企業(yè)的技術(shù)進步，還能提高企業(yè)的信譽和產(chǎn)品的國際競爭力。 特別是在出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量糾紛時，上述檢驗資料的法律價值就會凸現(xiàn)出來！,1.1.4 區(qū)別適度檢驗和過度檢驗 ——無損檢測技術(shù)的兩面性 事物總是一分為二的，都具有二重性。 在產(chǎn)品制造和在役運行過程中，及時、適度地采用無損檢測技術(shù)，是優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要保證。但是，過分地采用該項技術(shù)，也會延誤工期，同時無端提高生產(chǎn)成本。因此，應(yīng)參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，合理選擇檢測工藝。 這就是強調(diào)經(jīng)濟性原則，正確處理好質(zhì)量檢測與降低生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期的關(guān)系！,1.2 材料無損檢測的特點及檢測依據(jù) 1.2.1 材料無損檢測的特點 材料無損檢測技術(shù)主要用于未知工藝缺陷的檢驗。它是對破壞性檢驗的補充和完善。其特點是： ①非破壞性——是指在獲得檢測結(jié)果的同時，除了剔除不合格品外，不損失零件。因此，檢測規(guī)模不受零件多少的限制，既可抽樣檢驗，又可在必要時采用普檢。因而，更具有靈活性（普檢、抽檢均可）和可靠性。,②互容性——即指檢驗方法的互容性，即：同一零件可同時或依次采用不同的檢驗方法；而且又可重復(fù)地進行同一檢驗。這也是非破壞性帶來的好處。 ③動態(tài)性——這是說，無損探傷方法可對使用中的零件進行檢驗，而且能夠適時考察產(chǎn)品運行期的累計影響。因而，可查明結(jié)構(gòu)的失效機理。 ④嚴(yán)格性——是指無損檢測技術(shù)的嚴(yán)格性。首先無損檢測需要專用儀器、設(shè)備；同時也需要專門訓(xùn)練的檢驗人員，按照嚴(yán)格的規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)進行操作。,⑤檢驗結(jié)果的分歧性——不同的檢測人員對同一試件的檢測結(jié)果可能有分歧。特別是在超聲波檢驗時，同一檢驗項目要由兩個檢驗人員來完成。需要“會診”！ 概括起來,無損檢測的特點是：非破壞性、互容性、動態(tài)性、嚴(yán)格性以及檢測結(jié)果的分歧性等。 應(yīng)注意揚長避短，科學(xué)利用！,1.2.2 實施無損檢驗的依據(jù) ① 產(chǎn)品圖樣 圖樣是生產(chǎn)中使用的最基本的技術(shù)資料，也是加工、檢驗的依據(jù)。尤其在圖樣的技術(shù)要求中，往往規(guī)定了原材料、零件、產(chǎn)品的質(zhì)量等級、具體要求以及是否需要作無損檢驗等等。 ②相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 生產(chǎn)企業(yè)往往要貫徹相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如：企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)等等。這些都是產(chǎn)品加工的指導(dǎo)性文件，自然也是實施無損檢測的指導(dǎo)性文件。在具體標(biāo)準(zhǔn)中，往往詳細規(guī)定了檢驗對象、檢驗方法、檢驗規(guī)模等等。,③技術(shù)文件 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝部門下達的各種技術(shù)文件，如工藝規(guī)程、檢驗卡片、產(chǎn)品檢驗報告、返修單等等。有時還要追加或改變檢驗要求等等。 ④訂貨合同 某些產(chǎn)品的特殊檢驗要求、質(zhì)量控制的條款，有時可能較詳細的強調(diào)在訂貨合同中，應(yīng)引起特別注意。,本章小結(jié),無損檢測的作用：在不損傷材料或產(chǎn)品的條件下，發(fā)現(xiàn)缺陷、改進工藝、控制質(zhì)量、降低成本、維持和保證設(shè)備的安全運行，為企業(yè)和產(chǎn) 品創(chuàng)建較為完備而可靠的技術(shù)檔案并提供法律 依據(jù)。 2. 無損檢測技術(shù)的采用：應(yīng)貫徹適時、適度的原則，應(yīng)用時，要參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)！ 3.無損檢測的特點是：非破壞性、互容性、動態(tài)性、嚴(yán)格性以及檢測結(jié)果的分歧性等。 應(yīng)注意揚長避短，科學(xué)利用！,本章思考題： 1. 材料無損檢測有哪些實際意義？ 2. 如何處理好適度檢驗問題？ 3. 無損檢測的基本特點有哪些? 4. 哪些檢驗屬于破壞性檢驗?,第2章 缺陷分析,本章提要： 缺陷分析是無損檢測的技術(shù)基礎(chǔ)。 主要解決兩方面的問題： 一是弄清缺陷的分類、性質(zhì)、危害性； 二是分析缺陷的產(chǎn)生原因，以便有效地識別缺陷、消除缺陷，提高工藝質(zhì)量。 本章重點講授缺陷分類、危害性。缺陷的產(chǎn)生原因應(yīng)結(jié)合《材料成型原理》課程內(nèi)容深入理解與總結(jié)。 最后，對常用檢測方法作簡要介紹。,2.1 工藝缺陷的概念及分類,2.1.1 工藝缺陷的概念 （1）什么是工藝缺陷？ 在材料加工成型過程中，經(jīng)常會出現(xiàn) 某種或某些不合乎質(zhì)量要求的外觀缺陷、性能缺陷、組織缺陷和更為嚴(yán)重的內(nèi)部幾何不連續(xù)型缺陷（如裂紋、孔洞、夾雜等）。我們把這些“冶金因素、結(jié)構(gòu)因素、工藝因素”導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的各類缺陷統(tǒng)稱為工藝缺陷。,（2）工藝缺陷的辨證分析 ①缺陷產(chǎn)生的絕對性 ——就是說，在實際生產(chǎn)中，要獲得沒有任何缺陷的產(chǎn)品，在技術(shù)上是相當(dāng)困難的；要使成批生產(chǎn)的產(chǎn)品都沒有任何缺陷，是不經(jīng)濟的，甚至是不可能的。 ②缺陷評定標(biāo)準(zhǔn)的相對性 ——即“判廢標(biāo)準(zhǔn)”的相對性。就是說，不同的產(chǎn)品或同一產(chǎn)品，往往因使用條件工況不同，對其質(zhì)量要求也不同，因而，對工藝缺陷的容限，即“判廢標(biāo)準(zhǔn)”也不盡相同 。,③判廢標(biāo)準(zhǔn)的制定原則： 一般地說，產(chǎn)品質(zhì)量等級越高、失效后危害性越大，對缺陷控制也越嚴(yán)格。因此，必須注意貫徹和參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，不能隨意判廢。即合于使用的原則。 ④工藝缺陷的修復(fù)： 輕微的缺陷，不影響使用，是可以容忍的； 嚴(yán)重的缺陷，不符合使用要求，則必須給予處理： 有些缺陷能夠及時修復(fù)；而有些缺陷則可能無法修復(fù)，產(chǎn)品就得判廢！,舉例說明,比如：焊縫余高過大，屬于焊縫形狀不良，嚴(yán)重時可以修磨；必要時甚至可以磨平。 再如：鑄件的表面砂眼，可以通過焊補來修復(fù)。 特別指出，考慮到焊接接頭組織和性能的惡化，某些產(chǎn)品的焊接修復(fù)不允許超過2次！所以，應(yīng)該注意制定嚴(yán)格的修復(fù)工藝，否則就會造成經(jīng)濟損失！,2.1.2 工藝缺陷的分類 工藝缺陷種類繁多，產(chǎn)生原因也相當(dāng)復(fù)雜。為了便于分析和處理工藝缺陷、制定檢驗工藝、方便技術(shù)交流，有必要對其進行分類。 (1)按技術(shù)內(nèi)涵大體分為： ①加工、裝配缺陷 ——如焊件坡口角度、裝配間隙不均勻，錯邊量過大等； ②形狀、尺寸缺陷 ——如工件變形、焊縫寬窄不一致、焊縫余高過大、表面塌陷、滿溢、焊瘤等等；,③幾何不連續(xù)型缺陷—— 如焊件中的裂紋、孔洞、夾雜、未熔合、未焊透，鑄件中的縮孔、疏松、裂紋等等； ④組織、性能缺陷 ——如機械性能不良、耐腐蝕性下降、過熱組織、脆性組織、偏析等等； ⑤其它工藝缺陷—— 如飛濺、表面劃傷、電弧擦傷、鑿痕、磨痕等等。,（2）按工藝方法（工藝責(zé)任）分為： ①焊接缺陷——因?qū)嵤┖附庸に嚩鸬?缺陷； ②鑄造缺陷——因?qū)嵤╄T造工藝而引起的 缺陷； ③鍛壓缺陷——因?qū)嵤╁懺?、沖壓工藝而引 起的缺陷； ④熱處理缺陷—— （略）,（3）按缺陷性質(zhì)不同分為： ①裂紋——如冷裂紋、熱裂紋、再熱裂紋、 層狀撕裂、火口裂紋等； ②孔穴——如縮孔、氣孔等； ③固體夾雜——如夾渣、夾鎢等； ④未熔合——如坡口未熔合、層間未熔合； ⑤未焊透——如根部未焊透、中部未焊透； ⑥其它缺陷——未包含在以上5種缺陷中的缺陷，如咬邊、燒穿、焊瘤、電弧劃傷等。,（4）按缺陷的埋藏深度分為： ①表面缺陷——如表面氣孔、表面裂紋、砂眼、咬邊等； ②近表面缺陷——如皮下氣孔、夾雜等； ③內(nèi)部缺陷——如內(nèi)部夾雜、氣孔、縮孔、裂紋、未熔合、未焊透等； (5)按缺陷的幾何特征不同分為： ①體積型—— 如孔洞、夾雜等； ②面積型——如裂紋、未熔合、夾層等；,（6）按具體缺陷的位置特征又有不同的稱謂：例如： 裂紋可分為：HAZ 裂紋、焊縫裂紋、火口裂紋、焊趾裂紋、焊根裂紋等； 未熔合可分為：坡口未熔合、層間未熔合、根部未熔合。 （7）其它分類： ①按裂紋走向不同有：橫向裂紋、縱向裂紋、人字形裂紋、輻射形裂紋等稱謂； ②按裂紋尺寸不同又有：宏觀裂紋、微裂紋等稱謂。,③按具體缺陷產(chǎn)生機理又有不同的分類，例如： 焊接接頭中的裂紋因其產(chǎn)生機理不同有： 熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂等； 焊件中的氣孔又分為： 氫氣孔、氮氣孔、CO氣孔等等。,2．2 工藝缺陷的危害及其 對產(chǎn)品質(zhì)量的影響,2.2.1 工藝缺陷的危害性（定性分析） 應(yīng)該指出，處在同一位置上的不同性質(zhì)的缺陷、或處在不同位置的同一性質(zhì)的缺陷，其危害性是不盡相同的： (1)對于同一性質(zhì)的缺陷（即使數(shù)量、大小相同）有：,①表面缺陷比內(nèi)部缺陷危害性大; 位置特征 ②高應(yīng)力區(qū)的缺陷比低應(yīng)力區(qū)的缺陷危害性大； 應(yīng)力特征 ③與主應(yīng)力垂直的片狀缺陷比平行主應(yīng)力時危害性大； 走向特征 ④應(yīng)力集中區(qū)的缺陷比非應(yīng)力集中區(qū)的缺陷危害性大； 缺口效應(yīng) ⑤對疲勞強度的影響比靜載強度的影響大； 載荷特征 ⑥未發(fā)現(xiàn)的缺陷比已發(fā)現(xiàn)的缺陷危害性大； 掌控狀態(tài),(2)不同性質(zhì)的缺陷危害性排序（從大到?。?裂紋 未熔合，未焊透 咬邊 夾雜（條狀） 夾雜(圓形) 氣孔。 應(yīng)該強調(diào)，任何一種缺陷達到相當(dāng)嚴(yán)重的程度都會造成危害，不僅會造成結(jié)構(gòu)的破壞，甚至?xí)劤蔀?zāi)難性事故！ 尤其對于裂紋類缺陷工藝上是不能容忍的！ 必須徹底鏟除!,,,,,,2.2.2 工藝缺陷產(chǎn)生危害的本質(zhì) (1)使工件的有效承載截面F受到削弱，因而使實際平均應(yīng)力增大。 (2)缺陷造成的幾何不連續(xù)，導(dǎo)致局部應(yīng)力集中！ ①引起缺口尖端的局部三向拉應(yīng)力，使材料性能變脆，即產(chǎn)生缺口效應(yīng)； ②可能引起裂紋失穩(wěn)擴展，造成低應(yīng)力破壞（脆斷）； ③結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中點又容易引發(fā)疲勞裂紋；成為疲勞裂紋源! ④應(yīng)力集中區(qū)也容易加劇引起應(yīng)力腐蝕開裂。,總之，材料強度越高、加工精度越高、對應(yīng)力集中越敏感，工藝缺陷造成的危害越大。 2.2.3 工藝缺陷的產(chǎn)生原因 這個問題十分復(fù)雜，需要具體問題具體分析。從總體上說，主要來自： ①冶金因素——如化學(xué)成分、碳當(dāng)量、雜質(zhì)含量、冷卻速度等等； ②結(jié)構(gòu)（力學(xué)）因素——如壁厚、應(yīng)力集中、截面突變、拘束應(yīng)力等等； ③工藝因素——預(yù)熱條件、烘干溫度、清理、環(huán)境濕度、規(guī)范參數(shù)等等；,對于每種具體缺陷的產(chǎn)生原因，還要結(jié)《材料成型原理》課程的學(xué)習(xí)來深入理解。 譬如: 焊接冷裂紋的產(chǎn)生原因 ( 三要素): ①接頭中的淬硬組織 M; ②接頭中的較高拘束應(yīng)力σR; ③擴散氫含量的影響。 三因素相互促進，加劇焊縫在焊根或熔合線處的開裂傾向。,2.3 材料無損檢測方法 的種類及其適用性,2.3.1 常用的無損探傷方法及探傷原理 材料或工件未知工藝缺陷的檢測中常用的無損探傷方法有： (1)射線探傷（RT） —— 是利用射線的穿透性和衰減性來發(fā)現(xiàn)缺陷，即射線能夠穿透物質(zhì)并且在物質(zhì)中有衰減的物理特性來發(fā)現(xiàn)缺陷的。 該法是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的NDT方法!,2.3.1 常用的無損探傷方法及探傷原理,(2)超聲波探傷（UT）—— 是利用超聲波在物質(zhì)中傳播、反射和衰減等物理性質(zhì)來發(fā)現(xiàn)缺陷的。 該法與射線探傷法形成優(yōu)勢互補. (3)磁力探傷（MT）—— 是通過對鐵磁材料進行磁化所產(chǎn)生的漏磁場來發(fā) 現(xiàn)其表面及近表面缺陷的。 在黑色金屬的表面檢測中應(yīng)用廣泛.,2.3.1 常用的無損探傷方法及探傷原理,(4)滲透探傷（PT）—— 是利用熒光染料或紅色染料滲透劑的滲透作用顯現(xiàn)工件表面開口型缺陷痕跡的。 注意:不能用于多孔型材料! (5)渦流探傷(ET) —— 是利用渦流的集膚效應(yīng)及其在缺陷處的畸變行為來發(fā)現(xiàn)和檢測缺陷的。 此外，還有液晶探傷、中子探傷、全息探傷、聲發(fā)射探傷等等。,檢測方法簡介的說明,有關(guān)各種檢測方法的技術(shù)內(nèi)涵和要點將在今后各章的講授中，深入理解。 總之，每種方法既有它的優(yōu)勢，也有它的局限性。這一點就像沒有包治百病的良藥一樣！ 應(yīng)用是應(yīng)根據(jù)檢測工藝需要,認真進行選擇!,2.3.2五種常用無損探傷法的適用性 ⑴射線探傷：適用于材料內(nèi)部體積型缺陷：孔洞、夾雜、未焊透等；對于面積缺陷（如裂紋等）有選擇性：即缺陷平面與射線透照方向平行或接近平行時非常適用；而當(dāng)缺陷平面與射線透照方向垂直時極不敏感！易出現(xiàn)漏檢! ⑵ 超聲波探傷：適用于大多數(shù)缺陷的檢測，但檢出容易，定量難。不易發(fā)現(xiàn)細小裂紋。另外，由于檢測系統(tǒng)存在盲區(qū)，故不適合薄板的檢測。,2.3.2五種常用無損探傷法的適用性,⑶ 磁力探傷：適合鐵磁性材料的表面缺陷及近表面缺陷的探傷；不適用于非鐵磁性材料，如銅、鋁、奧氏體鋼等等； (4) 滲透探傷：適用于各種材料表面的開口型缺陷的檢測（如裂紋、針孔等）；但不適用多孔型材料； (5) 渦流探傷：適用于各種導(dǎo)電材料的表面及近表面缺陷的探測。不適于非導(dǎo)電材料的缺陷檢測。,本章小結(jié),本章從不同角度對缺陷分類，以便加強理解和記憶。對于缺陷的認識還沒有完結(jié)，仍須通過其它課程的學(xué)習(xí)加以深化。在具體檢測方法中，如何顯現(xiàn)缺陷的形態(tài)，更要結(jié)合試驗深入掌握。 最后，對常用的無損檢測方法的適用性作出簡要的總結(jié)。后續(xù)課程將會深入理解這一點。,本章思考題,1.工藝缺陷是如何分類的？ 2.工藝缺陷產(chǎn)生危害的本質(zhì)是什麼？ 3.不同性質(zhì)的工藝缺陷的危害性是否相同？試說明之。 4.同一種缺陷在不同條件下,危害性是否相同？試說明之。 5.常用的無損檢測方法的適用性如何? 6.什么是咬邊、未熔合、未焊透、夾雜？,第3章 射線檢測,本章重點內(nèi)容： （1）射線的產(chǎn)生及性質(zhì) ——更好地利用它； （2）射線檢測的基本原理 ——更好地理解各種缺陷的顯像狀況； （3）重點掌握射線照相法檢測技術(shù) ——學(xué)以致用； （4）了解射線的防護知識 ——保護環(huán)境和注意人身安全。,本章概要,射線檢測的英文縮寫— RT ray testing 基本原理——利用射線能穿透物質(zhì)且在不同物質(zhì)中的衰減情況有差異的特性來發(fā)現(xiàn)構(gòu)件中的缺陷； 依據(jù)顯示缺陷的方法不同，分為以下幾種具體的方法： ① 電離法 ② 熒光屏觀察法——工業(yè)電視法 ③ 照相法 ④ 計算機斷層掃描法CT,本章概要,根據(jù)射線源不同，又分為： X射線檢測； γ射線檢測； 高能射線檢測。 本章將以X射線照相法檢測技術(shù)為核心， 講授射線檢測技術(shù)。 射線檢測又稱射線探傷。 這部分內(nèi)容也是課程的重點。,3.1 射線檢測的物理基礎(chǔ),3.1.1 射線的本質(zhì) 射線本身就是一種波長很短的電磁波。 X,γ射線統(tǒng)稱為光子。 根據(jù)波譜圖可查得: X射線的波長為: 0.001~0.1nm; γ射線的波長為: 0.0003~0.1nm. γ射線比X射線的波長還短， 因此，其穿透能力更強!,3.1.2 射線的性質(zhì) (1)不可見，直線傳播—具有隱蔽性和指向性； (2)不帶電，因而不受電磁場影響—電中性； (3)能穿透物質(zhì)，但有衰減—具有穿透性和衰減性； (4)能與某些物質(zhì)產(chǎn)生光化作用，使熒光物質(zhì)發(fā)光；可使膠片感光—可成像； (5)能使某些氣體電離—即產(chǎn)生電離輻射； (6)與光波一樣，有反射、折射、干涉現(xiàn)象； (7)能產(chǎn)生生物效應(yīng)，傷害和殺死生物細胞 —對人體有害。,3.1.3 射線的產(chǎn)生 射線的性質(zhì)，有利、有弊，應(yīng)該科學(xué)地加以利用和防范！射線學(xué)就是研究如何利用與防范射線的科學(xué)。下面介紹產(chǎn)生x射線的主要設(shè)備: (1）x光管基本組成： 陰極部件：燈絲（鎢絲）——發(fā)射電子； 陰極罩——聚焦電子。 陽極部件：陽極靶——接收電子； 冷卻介質(zhì)——散熱作用。 真空管——玻璃或金屬陶瓷制作的真空外罩。,(2)X射線管及其工作原理,(3) X射線的產(chǎn)生過程表述 首先，對燈絲通電預(yù)熱,產(chǎn)生電子熱發(fā)射,形成電子云；（大約20分鐘左右） 然后，對陰極和陽極施加高壓電（幾百kv）， 形成高壓電場，加速電子，并使其定向運動； 被加速的電子最終撞擊到陽極靶上，將其高速運動的動能轉(zhuǎn)化為熱能和X射線。,(4)幾點說明,①高速運動電子的能量，絕大多數(shù)轉(zhuǎn)換為熱能，轉(zhuǎn)化為X射線的能量比率僅占1％左右；因此陽極靶必須散熱和冷卻；這個問題應(yīng)該由X射線管的設(shè)計人員解決。 ②產(chǎn)生X射線的強度與管電流成正比，與管電壓的平方成正比，與陽極靶材料的原子序數(shù)成正比。因此，恰當(dāng)選擇管電流、管電壓和陽極靶材料至關(guān)重要。 換言之，X射線的強度可由管電流和管電壓靈活調(diào)節(jié)！,③常用的陽極靶材料為鎢。它具有高原子序數(shù)和高熔點。 ④X射線的強度的分布規(guī)律： 在垂直電子束的方向上最強；在平行電子束的方向上最弱。這就是說，X射線的強度在空間的分布是不均勻的，而且具有一定的擴散角，并不是平行光！ 了解這一點，對應(yīng)用也很重要（后面在象質(zhì)計的布置時將提到）。,3.1.4 γ射線的產(chǎn)生,γ射線是由放射性同位素的原子核衰變過程伴隨產(chǎn)生的。 常用于射線探傷的放射性同位素主要有： 鈷60、銥192、銫137/134等。 γ射線的特點： ①強度高于X射線，穿透力強，適合厚板透視； ②強度無法直接調(diào)節(jié)，射線長期存在，防護更要注意！ ③可實現(xiàn)周向輻射，透視效率高。,3.1.5 γ射線的半衰期,3.2 射線檢測的基本原理,3.2.1 射線在物質(zhì)中的衰減定律 射線在穿透物質(zhì)的同時也會發(fā)生衰減現(xiàn)象。其發(fā)生衰減的根本原因有兩點： 散射和吸收。 其衰減規(guī)律成負指數(shù)規(guī)律： Iδ= I0· e－μδ （3-1） 式中， I0—射線的初始強度； Iδ—射線的透射強度； δ— 工件的厚度； μ—線衰減系數(shù)。,線衰減系數(shù)μ,線衰減系數(shù)μ——入射光子在物質(zhì)中穿行單位距 離時，與物質(zhì)發(fā)生相互作用的幾率。 不同材料具有不同的衰減系數(shù)。 一般規(guī)律是： μ＝f (λ,ρ,z ) ，且與三者成正比。 其中: λ— 射線的波長； ρ — 材料密度； z — 原子序數(shù)；,,3.2.2 射線檢測的基本原理,射線檢測主要是利用它的指向性、穿透性、衰 減性等幾個基本性質(zhì)。具體分析（參考下圖）： （1）無缺陷區(qū)的射線透射強度： Iδ=I0·e－μδ 衰減定律,,,,,,,,,,,,,,,A,B,X,,,,,,,,,I0,Iδ,,,,δ,μ,μx,δ=A+X+B,,,X — 缺陷厚度； A — 缺陷上部厚度； B —缺陷下部厚度；,I x,（2）有缺陷區(qū)的射線透射強度： Ix = I0·e－μA · e－μˊX · e－μB = I0·e－μA·e－μB ·e－ μX · eμX ·e－ μˊX = I0·e－μδ ·e－ （μˊ－μ)X = Iδ · e－ （μˊ－μ)X (3-2) 顯然有： Ix / Iδ = e－ （μˊ－μ)X (3-3),討論與結(jié)論,①當(dāng)μ’Iδ；比如，鋼中的氣孔、夾渣就屬于這種； ②當(dāng)μ’ μ時，Ix Iδ；比如，鋼中的夾銅就屬于這種； ③當(dāng)μ’＝ μ或x很小時，Ix ≈Iδ；幾乎差異，缺陷則得不到顯示！ 這就是射線檢測的基本應(yīng)用原理!,3.3 X射線照相法檢測技術(shù),3.3.1 x射線照相法檢測原理 依據(jù)射線檢測的基本原理，將射線透射工件后的潛影以膠片形式接收，再經(jīng)顯影、定影后，就可從射線底片上得到了工件內(nèi)在的質(zhì)量信息。這就是x射線照相法檢測原理。,,,,,,,,,,,,,,膠片,,3.3.2 X射線照相法檢測技術(shù) (1)合格底片的評價指標(biāo)（參考GB3323-87） ①象質(zhì)等級的規(guī)定： A 級，AB級，B級。B級為最高級。 適用結(jié)構(gòu)：A 級，適用一般結(jié)構(gòu)； AB級，適用壓力容器； B級，適用極重要的結(jié)構(gòu)， 如核設(shè)施。,② 與象質(zhì)等級相關(guān)的兩個重要技術(shù)指標(biāo)： 黑度——射線底片的黑化程度。 定義式：D =lg(I0 / I) 式中：I0 —— 原始入射光強； I —— 透射光強； D —— 底片黑度;最佳值D=2.0 合格底片黑度范圍（參考GB3323-87） : A 級：1.2～3.5 AB級：1.2～3.5 B級： 1.5～3.5,,靈敏度 絕對靈敏度——射線底片上發(fā)現(xiàn)最小缺陷 的能力。 相對靈敏度——射線底片上發(fā)現(xiàn)的最小缺 陷尺寸與工件的透照厚度 之比(%). 相對靈敏度表達式： K= (X/δ)×100% 強調(diào): K值越小,靈敏度越高!,,相對靈敏度的具體運用：,象質(zhì)計/透度計——金屬絲型象質(zhì)計 （GB5618-85）. 作用：人工缺陷，理解為“臥底”。 使用說明： 將16根線徑不同的金屬絲(線徑0.1-3.2) 編成序號：1～16； 分成三組：1～7;6～12;10～16 象質(zhì)指數(shù)Z＝線號1～16 象質(zhì)指數(shù)Z值越高,靈敏度越低!,金屬絲型象質(zhì)計,第一組象質(zhì)計示例:,,,,,,,,,,7~1,GB5618-85,一定厚度范圍工件的底片，達到相應(yīng)象質(zhì)等級要求的最低的象質(zhì)指數(shù)Z，即等于達到了相對靈敏度的要求。,應(yīng)用方法,象質(zhì)計的擺放要求：,①射線源一側(cè)的工件上表面； ②跨越焊縫，靠近邊緣 （膠片長度1/4處）； ③選對組別，細絲在外。 基本思想： 就是使象質(zhì)計處于較惡劣條件下透照，從而使獲得的底片質(zhì)量更有說服力。,象質(zhì)計的擺放圖示,圖例,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,L/2,L/4,,,,,,,,,1—7,,,焊接試板,,象質(zhì)計,（2）透照參數(shù)選擇 ①膠片選擇：國產(chǎn)天津Ⅲ型膠片。 ②增感屏選擇： 增感屏種類： 金屬增感屏、熒光增感屏、金屬熒光增感屏； 鋼制件——選擇鉛箔增感屏。 增感屏的作用： 濾波作用；增感作用。,③曝光條件的選擇 四個主要參數(shù)： 管電壓U、管電流I、曝光時間t、焦距f。 它們均從不同角度影響x射線作用于膠片 上的感光強度，進而得到不同的底片黑度。 一個合成參數(shù)： 曝光量—管電流I與曝光時間t的乘積。 曝光曲線——選擇曝光參數(shù)的工具！,曝光曲線的使用示意圖,X射線機控制箱面板上的曝光曲線使用：,,,,,,δ,δ0,U/kv,150,,注意：不同材料的曝光曲線是不同的！,制作依據(jù)： 黑度達到 相同標(biāo)準(zhǔn)。,④ 透照距離的選擇 最小透照距離Fmin的確定： 首先分析——相似三角形平面幾何原理： 板厚δ、焦點直徑d、幾何不清晰度ug與最小透照距離Fmin的關(guān)系。 綜合考慮： F一般取400～700 mm。 基本規(guī)律：F ，ug ； 射線強度 ！ 下面分析幾何關(guān)系。,,,,F與ug的關(guān)系分析,根據(jù)相似原理，有 ug / d = h / (F－h(huán)) 所以，ug＝ d·h / (F－h(huán)) ug max = d·δ/ (F－δ) 顯然，F(xiàn)↗, ug max↘. 故有， Fmin = d·δ/ ug max ＋δ,,,d,⑤透照方式選擇 選擇射線與工件的相對位置關(guān)系。 因工件情況不同、發(fā)現(xiàn)缺陷種類不同而 采用不同的透照方式。 平板對接焊縫： 垂直透照、傾斜透照； 大直徑筒節(jié)環(huán)縫、縱縫： 內(nèi)透法、外透法； 管子對接環(huán)縫： 雙壁雙影法、雙壁單影法。,⑥散射線的屏蔽 采用濾板、遮板、底部鉛板等。 目的是降低底片的 灰霧度 ！,射線源,⑦ 補償塊的選擇 對于不規(guī)則的接頭，如角接頭、T形接頭， 可采用特殊形狀的補償塊來調(diào)節(jié)射線的 透射強度，從而調(diào)節(jié)底片黑度。,3.4 X射線探傷機及探傷程序,3.4.1 x射線探傷機 (1)基本組成 x射線管——核心，射線源 高壓發(fā)生器——提供 50～500kv直流電源 冷卻裝置——循環(huán)噴油冷卻 支撐機構(gòu)——便于對位、調(diào)焦 高壓電纜——連接電源 控制箱——設(shè)定參數(shù)、監(jiān)控操作,（2）主要性能參數(shù)（以X2005型射線機為例） 管壓峰值kv——200kv 管電流平均值mA——5mA 焦點尺寸mm—— 2.5×2.5 射線機重量kg—— 60kg 最大透射厚度mm—— 鋼件29mm 便攜式x射線機簡化為三大部件： ① 控制箱 ② x射線管 ③ 高壓電纜,3.4.2 X射線照相法探傷系統(tǒng),,,,,,,,,,,,關(guān)于標(biāo)記帶,標(biāo)記帶內(nèi)容： ①定位標(biāo)記——中心標(biāo)記，搭接標(biāo)記； ②識別標(biāo)記——產(chǎn)品代號、批號、焊縫代號、透照日期、操作者代碼等； ③B標(biāo)記——評價背部散射線強度；,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0,1,007,2006，3，15,GL141,A,B,,,,,,標(biāo)記帶內(nèi)容的處理,為使用方便，可將長期不變的標(biāo)記鉛字或符號固定在暗袋的外表面，放在工件下面。但應(yīng)注意貼在工件的下表面！而且不能與工件上表面的標(biāo)記重影！,3.4.3 射線探傷的基本操作程序 總體上分為三個階段，具體操作內(nèi)容 根據(jù)具體情況有所刪減。 (1)技術(shù)準(zhǔn)備階段： ①了解被檢對象——包括材質(zhì)、壁厚、 加工工藝、工件表面狀態(tài)等； ②設(shè)備選擇—— 射線源類型、能量水平、 可否移動等； ③選擇曝光條件—— 包括膠片、增感方式、 焦距、曝光量、管電壓等； ④選擇透照方式 —— 定向、周向輻射、 布片策略等； ⑤其它準(zhǔn)備—— 如標(biāo)記帶布置、象質(zhì)計布置、 屏蔽散射線的方法等。,（2）實際透照 ① 核對實物，布片貼標(biāo)； ② 屏蔽散射，對位調(diào)焦； ③ 設(shè)定參數(shù)，設(shè)備預(yù)熱； ④ 檢查現(xiàn)場，開機透照。 （3）技術(shù)處理 ① 暗室處理—— 沖洗、干燥； ② 底片評定—— 黑度、象質(zhì)指數(shù)、偽缺陷等； 確認合格底片。 ③ 質(zhì)量等級評定——根據(jù)缺陷類別、嚴(yán)重性， 確定產(chǎn)品質(zhì)量級別。 ④ 簽發(fā)檢驗報告——資料歸檔，保存5～8年。 檢驗報告有統(tǒng)一格式、規(guī)定的內(nèi)容、 質(zhì)檢人員要簽字、提出返修建議等。,3.5 射線的防護,3.5.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) GB4792-84 《放射衛(wèi)生防護基本標(biāo)準(zhǔn)》 要點： 職業(yè)探傷人員： 每天實際接受劑量 不大于 17.4 mrem; 每年最高允許劑量當(dāng)量 5 rem ； 終生累計照射劑量，不得超過 250 rem。,3.5.2 防護措施 屏蔽防護——如機體襯鉛、射線發(fā)生器 用遮光器、使用鉛房等； 探傷人員帶鉛圍裙、鉛眼鏡等。 ⑵ 距離防護——射線劑量率與距離的平方 成反比。 ⑶ 時間防護——探傷人員工作時間: t≤17.4/p, p為射線劑量率. 實際工作中往往采用聯(lián)合防護策略！,,本章思考題：,1. 射線的性質(zhì) 2. 射線檢測的基本原理 3. 射線底片的評定指標(biāo) 4. 象質(zhì)等級、黑度、相對靈敏度及其表征方法 5. 象質(zhì)計的使用方法 6. 射線照相法檢測的主要技術(shù)參數(shù) 7. 各種缺陷在射線底片中的基本特征 8. 射線防護的具體措施,第4章 超聲波檢測,本章提要： 超聲檢測（UT）是利用其在物質(zhì)中傳播、界面反射、折射(產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換)和衰減等物理性質(zhì)來發(fā)現(xiàn)缺陷的一種無損檢測方法，應(yīng)用較為廣泛。 按其工作原理不同分為：共振法、穿透法、脈沖反射法超聲檢測； 按顯示缺陷方式不同分為： A型、B型、C型、3D型超聲檢測； 按選用超聲波波型不同分為：縱波法、橫波法、表面波法超聲檢測；,按聲耦和方式不同分為：直接接觸法、液浸法超聲檢測； 由于學(xué)時有限，本章將重點介紹： 脈沖反射法原理、 直接接觸法、 A型顯示方式、 縱波法、橫波法 超聲檢測技術(shù)。,,4.1 超聲波檢測技術(shù)基礎(chǔ),4.1.1 超聲波的物理本質(zhì) 它是頻率大于2萬赫茲的機械振動在彈性介質(zhì)中的轉(zhuǎn)播行為。 即超聲頻率的機械波。 一般地說，超聲波頻率越高，其能量越大，探傷靈敏度也越高。 超聲檢測常用頻率在 0.5～10 MHZ。,4.1.2 超聲波的產(chǎn)生（發(fā)射）與接收 (1) 超聲波的產(chǎn)生機理——利用了壓電材 料的壓電效應(yīng)。 試驗發(fā)現(xiàn)，某些晶體材料（如石英晶體）做成的晶體薄片，當(dāng)其受到拉伸或壓縮時，表面就會產(chǎn)生電荷；此現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)；反之，當(dāng)對此晶片施加交變電場時，晶體內(nèi)部的質(zhì)點就會產(chǎn)生機械振動，此現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的晶體材料就稱為壓電材料。,壓電效應(yīng),壓電效應(yīng)圖解,(2) 超聲波的發(fā)射與接收 ①發(fā)射——在壓電晶片制成的探頭中，對壓電晶片施以超聲頻率的交變電壓，由于逆壓電效應(yīng)，晶片中就會產(chǎn)生超聲頻率的機械振動——產(chǎn)生超聲波；若此機械振動與被檢測的工件較好地耦合，超聲波就會傳入工件——這就是超聲波的發(fā)射。 ②接收——若發(fā)射出去的超聲波遇到界面被反射回來，又會對探頭的壓電晶片產(chǎn)生機械振動，由于正壓電效應(yīng)，在晶片的上下電極之間就會產(chǎn)生交變的電信號。將此電信號采集、檢波、放大并顯示出來，就完成了對超聲波信號的接收。 可見，探頭是一種聲電換能元件，是一種特殊的傳感器，在探傷過程中發(fā)揮重要的作用。,4.1.3 超聲波波型的分類 按質(zhì)點的振動方向與聲波的傳播方向之間的關(guān)系分為： （1）縱波 L—— 介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳 播方向一致； （2）橫波 S—— 介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳 播方向垂直； （3）表面波 R——介質(zhì)質(zhì)點沿介質(zhì)表面做橢圓運 動；又稱瑞利波； （4）板波 ——板厚與波長相當(dāng)?shù)谋“逯袀鞑サ?超聲波，板的兩表面介質(zhì)質(zhì)點沿 介質(zhì)表面做橢圓運動，板中間也 有超聲波傳播。又稱蘭姆波；,注意！ ① 液體和氣體介質(zhì)（不能傳遞切向力） 中，只能傳播縱波！ ② 同一介質(zhì)中，聲速的關(guān)系有： CL CS CR ③ 同一介質(zhì)中，聲速、波長、頻率之間的關(guān)系為： C = λ·f = 常數(shù)。,按超聲波振動持續(xù)時間分為： (1)連續(xù)波——在有效作用時間內(nèi)聲波不間 斷地發(fā)射； (2)脈沖波——在有效作用時間內(nèi)聲波以脈 沖方式間歇地發(fā)射。 注意: 超聲波檢測過程常采用脈沖波。,4.1.4 超聲波的基本性質(zhì) (1)具有良好的指向性： 直線傳播，符合幾何光學(xué)定律；象光波一樣，方向性好； 束射性，象手電筒的光束一樣，能集中在超聲場內(nèi)定向輻射。 聲束的擴散角滿足如下關(guān)系： θ= arcsin 1.22(λ/D) (4-1) 可見， 波長越短，擴散角θ越小， 聲能越集中。,(2)具有較強的穿透性，但有衰減； 穿透性——來自于它的高能量，因為聲強正比于頻率的平方；所以，超聲波的能量比普通聲波大100萬倍！可穿透金屬達數(shù)米！ 衰減性——源于三個方面：擴散、散射和吸收； （3）只能在彈性介質(zhì)中傳播，不能在真空（空 氣近似看成真空）中傳播； 強調(diào)：橫波不能在氣體、液體中傳播！ 表面波看作是縱波與橫波的合成， 所以，也不能在氣體、液體中傳播！,（4）遇到界面將產(chǎn)生反射、折射 和波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象； （5）對人體無害——優(yōu)于射線的性質(zhì)。,,,,,,,,主聲軸,,,,N,近場區(qū)長度,N=D2 /4λ,超聲場及 近場區(qū),壓電晶片,,4.2 超聲波在介質(zhì)中的傳播,4.2.1 超聲波在金屬中的衰減定律 超聲波在金屬中主要的衰減原因是散射和擴散；在液體中主要是吸收。研究表明，超聲波在金屬中的衰減規(guī)律可用下面的關(guān)系式表達： PX = P0 ·e-α·x (4-2) α——衰減系數(shù)；dB/m x ——聲束傳播的距離，即聲程 m。,(4-2)式表明，超聲波的聲壓在其傳播的路徑上，呈負指數(shù)規(guī)律衰減。 這里強調(diào)指出：衰減系數(shù)α為頻率f4和晶粒尺寸d3的函數(shù)。所以，粗晶檢測時，應(yīng)適當(dāng)降低超聲波頻率，彌補能量的不足。 研究表明，聲壓p與超聲波探傷儀示波屏上的波高h成正比關(guān)系： p1/p2 = h1/h2 (4-3) 實際探測時，超聲波探傷儀示波屏上的波高h能夠反映聲波的衰減狀況。,超聲波探傷儀示波屏上 波高h的衰減狀況,這里，B1～ B6代表超聲波在工件底面的 6次反射波。波高h依次遞減。,,,,,,,,,,,,T,B1,B2,B6,4.2 超聲波在介質(zhì)中的傳播,4.2.2 超聲波在異質(zhì)界面處產(chǎn)生的各種現(xiàn)象 (1)垂直入射異質(zhì)界面時的透射、反射及繞射 ①透射與反射 ② 反射系數(shù) K = W反/ W入×100%,w入,③常見材料之間的界面反射系數(shù),④反射現(xiàn)象的辯證分析 反射現(xiàn)象： 對發(fā)射超聲波不利 ； 對脈沖反射法接收有利。 ⑤影響反射系數(shù)K的因素 反射系數(shù)K值的大小，決定于相鄰介質(zhì)的聲阻抗之差： Δ Z =| Z 2－Z 1| Δ Z 越大，K 值越大。 而與何者為第一介質(zhì)無關(guān)。,關(guān)于聲阻抗,聲阻抗Z——表示聲場中介質(zhì)對質(zhì)點振動的阻礙作用。指超聲波在介質(zhì)中傳播時，任一點的聲壓p與該點速度振幅V之比。 定義式 聲阻抗 Z = p/V (4-4) 數(shù)值表征 Z = ρ·CL (4-5) 氣體、液體、金屬之間聲阻抗之比約為： 1：3000：8000。,,,,,⑥ 繞射現(xiàn)象 當(dāng)界面尺寸dfλ/2 時，聲波能繞過缺陷界面而繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象，叫作繞射。 因此，要想提高探傷靈敏度，必須提高頻率f,以便發(fā)現(xiàn)更小的缺陷。,,,,,,,,超聲波的 繞射現(xiàn)象,(2)傾斜入射異質(zhì)界面的反射、折射和波型轉(zhuǎn)換 ①參考圖,o,L——入射縱波； α——縱波入射角； L1——反射縱波； αL——縱波L1反射角； S1——反射橫波； αｓ——橫波S1反射角； L2 ——折射縱波； βL——縱波L2折射角； S2 ——折射橫波； βｓ——橫波S2折射角。,②斯涅耳定律：,,（4－6),(2)臨界角的討論及其應(yīng)用意義 因 CL = CL1 ;α=αL ;由（4-6）式可推知: （4-7） （4-8） 臨界角的討論 ：當(dāng)取有機玻璃為第一介質(zhì)，鋼為第二介質(zhì)時，即有： CL1CL2 , CL1 CS2 CL2 , 必有 αβSβL ；且α ，βS ，βL ；,,,,,,故當(dāng)βL = 90°時，第二介質(zhì)中只有橫波。此時對應(yīng)的縱波入射角α；叫作第一臨界角，記為α1m。 這時，α1m = 27.6°。 當(dāng)α ，使βs = 90°時，第二介質(zhì)中只有表面波。此時對應(yīng)的縱波入射角α叫作第二臨界角，記為α2m = 57.6 。 臨界角的應(yīng)用： 斜探頭設(shè)計時，應(yīng)保證聲波的入射角介于第一臨界角、第二臨界角之間。,,4.3 超聲波檢測原理,本節(jié)重點講解: A型脈沖反射法超聲波檢測原理。 在實際應(yīng)用中以該法為主。 4.3.1 A型脈沖反射法超聲波檢測原理 (1)原理： A型脈沖反射法超聲波檢測就是利用超聲波在傳播過程中，遇到聲阻抗較大的異質(zhì)界面時，將產(chǎn)生反射的原理來實現(xiàn)對內(nèi)部缺陷檢測的。,(2)實現(xiàn)方法： 該法采用單一探頭——既作發(fā)射器件，又作接收元件，以脈沖方式間歇地向工件發(fā)射超聲波；接受到的回波信號經(jīng)功能電路放大、檢波后，在探傷儀的示波屏上，以脈沖信號顯示出來。 (3)信號的解讀： 根據(jù)探傷儀示波屏上，始波T、傷波F、底波B的有無、大小及其在時基軸上的位置可判斷工件內(nèi)部缺陷的有無、大小和位置。見下圖：,示例,直探頭缺陷顯示,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,a.無缺陷 b.小缺陷 c. 大缺陷,,,,,,,,,,,,T,B,T,T,B,F,F,示波屏特征小結(jié),（a）無缺陷 —— 示波屏上只有始波T和底 波B，而且底波較高； （b）有小缺陷——示波屏上不僅有始波T 和底波B；而其間還有傷波F; 相對（a）無缺陷的情況， 底波變矮； （c）有大缺陷——示波屏上只有始波T和傷波F, 沒有底波B。 相對（b）而言，傷波變高。,4.4 脈沖反射法超聲波檢測技術(shù)要點,內(nèi)容提要： 從根本上說，超聲波檢測技術(shù)的基本任務(wù)就是： ① 通過調(diào)節(jié)探傷系統(tǒng)的靈敏度和調(diào)整操作手法， 有效的發(fā)現(xiàn)缺陷； ② 發(fā)現(xiàn)缺陷后，能夠準(zhǔn)確的給缺陷定性、定量、 定位； ③ 根據(jù)工藝要求, 提出返修建議及相關(guān)的探傷工藝； ④ 按規(guī)定格式，出據(jù)檢測報告。 本節(jié)將根據(jù)上述任務(wù)，重點介紹兩種探傷方法。,4.4.1 垂直入射法（直探頭，縱波法探傷技術(shù)） ①定義：采用直探頭將聲束垂直入射工件的探傷方法；該法利用的聲波類型為縱波，故有縱波法之稱。 簡記：垂直入射法 = 直探頭法 = 縱波法 ②缺陷顯示方式：以回波在時基線上的位 置、脈沖大小反映缺陷的情況。 ③應(yīng)用特點：能夠發(fā)現(xiàn)與探測面平行或接近平行的面積型缺陷和體積型缺陷。對體積型缺陷的檢出率較高。,④缺陷的定位： 缺陷就在探頭的正下方！從三維定位的角度，需給出三個坐標(biāo)：x,y,z；其中，在探測面上的水平坐標(biāo)x,y可直接用鋼板尺量取；而缺陷的埋藏深度坐標(biāo)z（習(xí)慣上用h表示）可根據(jù)傷波可根據(jù)傷波F在時基線上的位置，按比例關(guān)系確定: h = (tf / tb) ·δ= n · tf 式中， tf —傷波脈沖前沿在示波屏?xí)r基線上的刻度值； tb—底波在示波屏?xí)r基線上的刻度值； δ—被檢測試件的厚度值； n —比例系數(shù); n= δ/ tb 。,⑤缺陷的定量 a.當(dāng)缺陷尺寸大于聲束直徑時，采用移動測長法； 即半波高法 。圖示如下：,b.缺陷尺寸小于聲束直徑時，采用當(dāng)量法； 當(dāng)量法的基本思想： 在一定的探傷靈敏度條件下，將已知形狀、尺寸的人工反射體的回波與實際檢測到的缺陷回波相對比，若二者的聲程、回波高度相等，則這個已知人工反射體的相關(guān)尺寸可視為該實際缺陷的“缺陷當(dāng)量”。 可見當(dāng)量法應(yīng)該選擇恰當(dāng)?shù)膶Ρ仍噳K。 設(shè)計適當(dāng)?shù)木嚯x尺寸和人工反射體的尺寸； 得到“探測距離與波幅曲線” ；,當(dāng)量法的距離——波幅曲線示意圖,對比試塊,,,,,,,,,,,,,,250,,,,50,孔徑可改變?yōu)椋?Φ2， Φ3， Φ4， Φ6；,,,,探頭,平底孔距探測面的距離為： 5，10，15，20，25，30，35，40，45,當(dāng)量法的距離——波幅曲線示意圖,圖例,,波幅,距離mm,,,,評定線,,定量線,,報廢線,,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,dB,⑥缺陷的定性 對于A型顯示的超聲波檢測來說，給缺陷定性是較復(fù)雜和困難的。 需要了解檢測對象的材質(zhì)、工藝、缺陷位置、空間位向、信號大小、特征等多方面的信息。 缺陷性質(zhì)不同，其波形特征各異；在探頭移動時，也會表現(xiàn)出不同的特點。 要做動態(tài)分析！,舉 例,點狀缺陷的波幅較低，當(dāng)探頭作環(huán)繞掃查時，信號反映遲鈍； 夾渣群則呈連串的波峰，而且波形雜亂； 裂紋和未焊透等平面缺陷的回波高而陡峭，對探頭轉(zhuǎn)角掃查反映敏感； 特別是回波信號往往隨探頭的掃查方式改變而發(fā)生不同的變化。其變化規(guī)律需操作者積累豐富的經(jīng)驗。 各種現(xiàn)代超聲檢測技術(shù)的出現(xiàn)，大大提高了缺陷定性的準(zhǔn)確性。,基本掃查方式,圖示,4.4.2 斜角探傷法（斜探頭，橫波法） (1)定義：采用斜探頭將聲束傾斜入射工件探傷面進行檢測的方法，簡稱斜射法。 在具體檢測中，采用橫波探傷，因此，又稱橫波法。 (2)斜探頭的主要參數(shù): ①橫波折射角βｓ ；簡稱折射角β； ②探頭K值: K = tgβ. ③超聲波頻率:f.,(3)示波屏上的缺陷顯示情況：,,,,,,,,,,,,,,,,,,T,T,T,F,,,B’,,,,,,,,,,,,,