过程装备制造与检测无损检测.pptx

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1、第一篇过程装备的检测4.1 射线检测(RT）及缺陷等级评定 目前射线检测主要有X射线检测、射线检测、高能 X射线检测（能量在1MeV以上的X射线）和中子射线检测。常用的是X射线检测、射线检测两种。(一）X射线、射线的产生和性质 （1）产生 X射线主要是由X射线管产生，在真空玻璃外壳内的阴极（灯丝）和阳极（靶面）之间加上几十至几百千伏高电压，被加热的灯丝放出电子在高电压电场作用下，以极高的速度撞击到靶面，产生大量的热能和少量X射线能量。第1页/共137页X射线管及其工作原理u15500kv 高压电高压电源源 高压电高压电缆缆阳极阳极靶靶电子电子流流玻壳玻壳管管阴极阴极罩罩灯丝灯丝X射线射线第2页

2、/共137页第一篇过程装备的检测 射线是由放射性同位素的核反应、核衰变或裂变放射出的。常用的放射性同位素有60Co钴、192Ir铱、137Cs铯等。两者之间重要的不同点：射线源无论使用与否其能量都在自然地逐渐减弱。第3页/共137页射线的半衰期 同位素同位素 半衰期半衰期射线能量射线能量 应用条件应用条件钴60 5.3年 高 300 mm 以下 钢制件铱192 753天 较弱 60mm 以下 钢制件铯137 332年 较弱 60mm 以下 钢制件第4页/共137页第一篇过程装备的检测 （2）射线的性质 X射线、射线同是电磁波，后者波长短、能量高、穿透能力大。两者性质相似。射线的主要性质如下：不

3、可见，直线传播。不带电，不受电场、磁场影响。能穿透可见光不能透过的物质，如金属材料。与光波相同，有反射、折射、干涉现象。能被传播物质衰减。能使气体电离。能使照相胶片感光，使某些物质产生荧光作用。能产生生物效应，伤害、杀死生命细胞。第5页/共137页第一篇过程装备的检测 （二）射线检测的原理和准备 （1）射线检测的原理 利用射线检测时，若被检工件内存在缺陷，缺陷与工件材料不同，其对射线的衰减程度不同，且透过厚度不同，透过后的射线强度则不同。如图所示，若射线原有强度为J0，透过工件和缺陷后的射线强度分别为J和Jx，胶片接受的射线强度不同，冲洗后可明显地反映出黑度差部位，即能辨别出缺陷的形态、位置等

4、。第6页/共137页第一篇过程装备的检测 透过后射线强度之比为 Jx J=ex 式中 衰减系数；透照方向上的缺陷尺寸；可见沿射线透照方向的缺陷尺寸越大，衰减系数越大，则有无缺陷处的强度差ex越大，Jx J值越大，在胶片上的黑度差越大，越易发现缺陷所在。第7页/共137页第一篇过程装备的检测（2）射线检测的准备 在射线检测之前，首先要了解被检工件的检测要求、验收标准，了解其结构特点、材质、制造工艺过程，结合实际条件选择合适的射线检测设备、附件，如射线源、胶片、增感屏、象质计等，为制定必要的检测工艺、方法做好准备工作。第8页/共137页第一篇过程装备的检测 射线源的选择 主要考虑容器的结构、材质、

5、几何尺寸及容器安装位置等因素，同时要考虑射线照像的对比度和清晰度。在曝光时间许可的条件下，应尽可能采用较低的射线能量。例如:如课本图2-2所示:对于钢铁合金,厚度为8mm 的材料，最高的X射线管电压约为140KV；厚度为20mm的材料最高X射线管电压则为280KV。对于射线，不同的射线源就有不同的适宜范围（表2-1）。如同样是高灵敏度技术，60Co钴范围50150mm、192Ir铱则为1880mm。第9页/共137页第一篇过程装备的检测 胶片的选择 a 胶片组成：胶片主要由基片、感光乳胶层（感光药膜）、结合层（底膜）和保护层（保护膜）组成。基片：胶片的基体，由乙酸纤维组成，主要保证胶片的强度韧

6、性，适于冲洗。厚度约0.250.30mm,占胶片的70左右。感光乳剂层：其主要成分是溴化银微粒和明胶，两者组成悬浮体，两面各约厚1020m。原理是溴化银接受不同强度射线照射后析出多少不同的银，经过潜影、显影、定影处理在胶片上将显示出黑度不同的影象。结合层：由明胶、水、有机溶剂和酸等组成，可使感光乳胶层和基片粘结在一起，防止乳剂层在冲洗时从基片上脱落。保护层：由透明的胶质或高分子化合物组成，厚约12m，涂在乳剂层防止污染和膜损。第10页/共137页第一篇过程装备的检测 b 底片的黑度：照射到底片上的光强度Lo与透过底片后的光强度L之比的常用对数定义为底片的黑度。黑度D=Lg(L0/L)例如对于X

7、射线AB级底片黑度范围：1.23.5,有焊缝余高的焊缝黑度为1.52.0，无余高的为2.5。黑度值由经常年检的可靠黑度计来测定。c 底片的保存：检测前的 底片应保存在低温、低湿度的环境中，室温在1015，相对湿度在5565为宜。并且避免与有害、腐蚀性气体（如煤气、乙炔气、氨气和硫化氢气体等）接触，避免胶片的人为缺陷产生，如变形、折伤、划损、污染等。第11页/共137页第一篇过程装备的检测 检测后的 底片及评定结果应有测评报告，保存期五年以上，随时待查。d 照相标准：根据JB473094压力容器无损检测标准射线透照的质量等级分三个级别，即A级（普通级）、AB级（较高级）、B级（高级）。压力容器A

8、B类射线检测一般不低于AB级。第12页/共137页第一篇过程装备的检测 增感屏的选择 定义：是用来增强射线对底片感光作用的工具，它可以加快感光时间，减少透照时间，以达到提高工作效率，提高影像质量的目的。常见的增感屏有金属增感屏、荧光增感屏和金属荧光增感屏三类。其中金属荧光屏应用较多，它是利用金属箔吸收X射线，激发出二次电子和二次射线以增强对胶片的感光作用，同时还能吸收波长较长的散射线，减少散射线引起的灰雾度，从而提高图像的清晰度。第13页/共137页第一篇过程装备的检测 象质计的选择 定义：是用来检查射线透照技术和胶片处理技术质量、定量评价射线底片影像质量的器件。象质计（透度计）有三种基本类型

9、：金属丝型、平板孔型、槽形。我们国家标准规定采用金属丝型，即线型象质计，由7根不同直径的金属丝构成。第14页/共137页金属丝型象质计 第一组象质计示例:71GB5618-85一定厚度范围工一定厚度范围工件的底片，达到件的底片，达到相应象质等级要相应象质等级要求的求的最低的象质最低的象质指数指数Z Z，即等于，即等于达到了相对灵敏达到了相对灵敏度的要求。度的要求。应用方法应用方法第15页/共137页象质计的摆放图示图例图例L/2L/417焊接试焊接试板板象质计象质计第16页/共137页第一篇过程装备的检测 应用原理：将其放在射线源一侧、被检工件部位（如焊缝）的一端（约被检区长度的14处），金属

10、丝与焊缝方向垂直，细丝置于外侧，与被检部件同时曝光，则在底片上应观察到不同直径的影像。分辨原则：能在底片上识别出的金属丝越细，说明灵敏度越高。第17页/共137页第一篇过程装备的检测（5）照相方法 一般采用纵缝透照法、环缝外透法、环壁内透法、双壁单透法、双壁双透法等几种方法。1、2两种方法：外透法一般用于单壁容器和夹套容器。第3种方法又分为偏心法和中心法，但要注意在评片时，内壁缺陷要放大。4、5两种方法主要用于小直径容器（直径小于一米以下）以及管子（4用于外径89mm以上，5用于89mm以下的管子）。第18页/共137页第19页/共137页透照方式选择 选择射线与工件的相对位置关系。因工件情况

11、不同、发现缺陷种类不同而 采用不同的透照方式。平板对接焊缝：垂直透照、倾斜透照；大直径筒节环缝、纵缝：内透法、外透法；管子对接环缝：双壁双影法、双壁单影法。第20页/共137页(6)散射线的屏蔽 采用滤板、遮板、底部铅板等。目的是降低底片的 灰雾度灰雾度 ！射线源射线源滤光板滤光板遮光板遮光板工件工件第21页/共137页关于标记带标记带内容：定位标记中心标记，搭接标记；识别标记产品代号、批号、焊缝代号、透照日期、操作者代码等；B标记评价背部散射线强度；0072006，3，15GL141 AB第22页/共137页标记带内容的处理为使用方便，可将长期不变的标记铅字或符号固定在暗袋的外表面，放在工件

12、下面。但应注意贴在工件的下表面！而且不能与工件上表面的标记重影！2006，3，12007GL100-2暗暗袋袋标记标记带带第23页/共137页(7)射线探伤的基本操作程序 总体上分为三个阶段，具体操作内容 根据具体情况有所删减。(1)(1)技术准备阶段：技术准备阶段：了解被检对象包括材质、壁厚、加工工艺、工件表面状态等；设备选择 射线源类型、能量水平、可否移动等；选择曝光条件 包括胶片、增感方式、焦距、曝光量、管电压等；选择透照方式 定向、周向辐射、布片策略等；其它准备 如标记带布置、象质计布置、屏蔽散射线的方法等。第24页/共137页（2）实际透照 核对实物，布片贴标；屏蔽散射，对位调焦；设

13、定参数，设备预热；检查现场，开机透照。（3）技术处理 暗室处理 冲洗、干燥；底片评定 黑度、象质指数、伪缺陷等；确认合格底片。质量等级评定根据缺陷类别、严重性，确定产品质量级别。签发检验报告资料归档，保存58年。检验报告有统一格式、规定的内容、质检人员要签字、提出返修建议等。第25页/共137页第一篇过程装备的检测（三）焊缝射线透照缺陷等级评定 1 评片工作的基本要求：（1）底片质量要求的主要内容：合适的底片黑度（有余高的焊缝黑度为1.52.0)、正确的象质计、合理的射线底片影像级别（AB级、B级）。（2）底片观察的条件要符合要求。（包括评片环境和观察底片的亮度）（3）具备相应评片资格和经验的

14、评片人。（必须具备劳动部门颁发的射线级以上资格证书的检测人员。）第26页/共137页第一篇过程装备的检测2 焊缝的质量分级 根据相关标准（JB4730、GB3323）中关于钢制压力容器对接焊缝透照缺陷等级评定的内容，根据缺陷的性质和数量，焊缝质量分为四级，级焊缝要求的质量最高，依次下降。具体内容见下表：焊缝质量要 求 内 容级级焊缝内不允许有裂纹、未融合、未焊透和条形夹渣存在。级级焊缝内不允许有裂纹、未融合、未焊透存在。级级焊缝内不允许有裂纹、未融合以及双面焊或相当于双面焊的全焊透对接焊缝和加垫板的单面焊中的未焊透。不加垫板的单面焊中的未焊透按相关规定进行评定。级焊缝缺陷超过级者为级第27页/

15、共137页第一篇过程装备的检测 2 焊缝的质量分级 具体的焊接缺陷的分级见课本表28，分为圆形缺陷和条形夹渣。3 缺陷位置和尺寸的确定 见课本P27页表29。（了解内容）第28页/共137页第一篇过程装备的检测（四）射线防护 1 射线防护标准 对于检测人员每年允许接受的最大射线照射剂量为5雷姆。2 射线防护方法 射线防护方法主要从控制辐射剂量着手，把辐射剂量控制在保证工作人员健康和安全的条件下的最低标准内。第29页/共137页第一篇过程装备的检测控制辐射剂量的方法：（1）照射时间 即控制工作人员在辐射场中的停留时间。在剂量率不变的情况下，辐射剂量是与照射时间成正比的。（2）距离 即被照射人员与

16、辐射源之间的距离。对于同一辐射源，剂量是与辐射距离的平方成反比。（3）屏蔽 原子序数高、密度大的材料是较好的防护材料。如铅、混凝土等。第30页/共137页第一篇过程装备的检测4.2 超声波检测(UT）及缺陷等级评定 超声检测目前在国内系指采用A型脉冲反射式超声波探伤仪产生的超声波，透射被检物并接收反射回的脉冲信号，对信号进行等级分类的全过程。第31页/共137页第一篇过程装备的检测 （一）超声波检测的基础知识 1 超声波及其特性 超声波即是频率高于20000Hz的机械波(声波的频率范围在2020000Hz之间)。超声波的特性如下：具有良好的方向性。在超声检测中超声波的频率高、波长短，在介质传播

17、过程中方向性好，能较方便、容易地发现被检物中是否存在缺陷。具有相当高的强度。超声波的强度与其频率的平方成正比，因此其强度相当高。如1MHz的超声波能量(强度)相当于lkHz声波强度的100万倍。第32页/共137页第一篇过程装备的检测 在两种传播介质的界面上能产生反射、折射和波形转换。目前国内广泛采用的脉冲反射式超声检测法就是利用了这一特点。具有很强的穿透能力。超声波可以在许多金属或非金属物质中传播，且传播距离远、传输能量损失少、穿透力强，是目前无损检测中穿透力最强的检测方法，可穿透几米厚的金属材料。对人体无伤害。第33页/共137页34超声检测的原理超声检测的原理超声检测原理：超声波在材料中

18、传播遇到缺陷时会发生一些特性的变化（如能量损失、反射等），通过这些特性的变化来判断材料的缺陷。常用的超声波频率为0.525MHz，检测过程：向被检测试件中引入超声波。超声波与材料相互作用，声波特性发生变化。改变特性的超声波被检测仪器检测到，并据此分析缺陷的特征。依据：反射信号的存在和幅度。入射信号和检测信号的时间差。能量的衰减。等等。第34页/共137页35超声检测的物理基础超声检测的物理基础超声波是频率大于20KHz的机械波。主要特征量：周期、频率、波长和波速。频率取决于震源，在传播过程中始终不变。波长、波速c、频率f和周期T之间的关系为：=cT=c/f第35页/共137页36超声波的分类超

19、声波的分类根据波动中质点振动的方向与波的传播方向的关系，超声波可分为：纵波：平行横波：垂直表面波（瑞利波）：仅在表面传播兰姆波：薄板中传播的一种波形第36页/共137页37超声波的传播速度超声波的传播速度声速依赖于传声介质自身的密度、弹性模量和声波的类型等性质。声速对缺陷的定位和定量分析有重要意义。纵波在固体中的声速纵波在液体和气体中的声速横波在在固体中的声速CSE弹性模量；密度；波松比；B液体或气体的体积弹性模量；G介质的切变模量第37页/共137页38超声波的声压、声强、声阻抗超声波的声压、声强、声阻抗声压和声强是描述声场的物理量，声阻抗描述的是介质的特性，与声波在界面上的行为相关。声压p

20、：声场中某一点在某一时刻所具有的压强与没有声波存在时该点的静压强之差。p=cuu：质点振动的速度声强：在垂直于声波传播方向的平面上，单位面积上单位时间内所通过的声能量。I=p2/2c声阻抗Z：c就是介质的声阻抗。在同一声压下，Z越大，质点振动的速度越小。声压与超声检测仪屏幕上脉冲的高度成正比。声压与超声检测仪屏幕上脉冲的高度成正比。第38页/共137页39超声波的传播超声波的传播超声波的波动性：叠加、干涉、共振、散射和衍射等。见大学物理及其他参考书。波的衍射见下图如果障碍物的尺寸比超声波的波长尺寸小得多，则对超声波的传播没有影响。第39页/共137页40超声波的反射和透射超声波的反射和透射超声

21、波垂直入射的 情况如右图将反射声压与入射声压的比值称为反射率r，将透射声压与入射声压的比值称为透射率t，表达式如下：声强反射率R和声强透射率T的表达式如下：第40页/共137页41超声波的反射和透射（续）超声波的反射和透射（续）根据前面的公式，可知：能量守恒：I0It+Ir，R+T=1声阻抗差异越大，反射声能越大。应用：钢中的空气孔钛合金中的夹杂物超声波从钢射入水中，Z1/Z2=45/1.5 r=0.953，t=0.065超声波从水射入钢中，Z1/Z2=1.5/45r=0.935，t=1.935反射率为负？透射率大于1？第41页/共137页42超声波的反射和透射（续）超声波的反射和透射（续）反

22、射率为负表示反射波与入射波相位相反。透射率大于1，但反射能仍占大部分。？第42页/共137页43超声波的衰减超声波的衰减衰减：声压或声能随着距离的增大逐渐减小的现象。引起衰减的原因：声束的扩散介质中晶粒或其它微粒对声波的散射介质的吸收衰减规律声压衰减的规律一般可用下式表示第43页/共137页44AVG曲线描述规则反射体距声源的距离A、回波高度V和缺陷当量尺寸G之间关系的曲线。是超声检测中常用的曲线。包括：纵波AVG曲线和横波AVG曲线平底孔AVG曲线和横孔AVG曲线通用AVG曲线和实用AVG曲线等等第44页/共137页45通用AVG曲线对规则反射体距声源的距离A和缺陷当量尺寸G进行了归一化，可

23、适用于不同规格的探头。在远场区：大平底回波声压：平底孔回波声压：第45页/共137页46通用AVG曲线由于A型脉冲探伤仪的波高与声压成正比，则：大平底回波声压：平底孔回波声压：x用归一化距离A表示为：当量尺寸用G表示为：将A和G代入上式，得：第46页/共137页47通用AVG曲线用DB表示相对波高，则有：用横座标表示A，纵座标表示相对波高V，利用上式可以得出一组曲线，见下页图。第47页/共137页48通用AVG曲线在曲线的x3处,理论公式不适用,曲线是通过试验测得的.第48页/共137页49实用AVG曲线通用AVG曲线虽然可适用于不同的探头,但在使用时需要反复归一化声程和缺陷当量,很不方便。实

24、用AVG曲线：以声程（mm）为横座标，以平底孔当量标注各个曲线。只适用于特定材料、特定尺寸和频率的探头。制作方法与通用AVG相同，只是可以引入探头的参数，考虑材料的衰减性能，可以计算得到，也可以通过试验得到。第49页/共137页50实用AVG曲线纵波平底孔实用AVG曲线见右图：晶片D20mm，f=2.5Mhz，材料为钢第50页/共137页51超声检测技术与设备超声检测技术与设备超声检测技术的分类按原理分：脉冲反射法、穿透法和共振法显示方式：A型显示、B型显示和C型显示波型分类：纵波法、横波法和兰姆波法耦合方式：接触法、液侵法等等超声检测方法的选择依据：检测对象的制造工艺、使用目的、缺陷的种类和

25、可能性、验收要求等。第51页/共137页52脉冲反射法和穿透法脉冲反射法和穿透法脉冲反射法示意如下图原理：通过试件底面或缺陷反射情况进行检测。第52页/共137页53穿透法穿透法穿透法示意如下图原理：根据脉冲波穿透试件后的能量变化来判断内部缺陷情况。第53页/共137页54脉冲反射法和穿透法的比较脉冲反射法和穿透法的比较脉冲反射法的优点（相对于穿透法）：检测灵敏度高。25MHz可检出钢中120um的缺陷（按12波长计算）。可对缺陷精确定位。操作方便。脉冲反射法的缺点（相对于穿透法）：有盲区，不能检出表面缺陷。难于检测主平面与声束轴平行的缺陷难于检测高衰减材料中的缺陷。第54页/共137页55超

26、声波探头超声波探头超声波探头：是产生和接收超声波的器件，直接影响着超声波的检测能力。原理：利用材料的压电效应实现电声能量的转换。超声波探头即能将电能转换为声能，也能将声能转换为电能。材料的频率常数是晶片的谐振频率和晶片厚度的乘积。同样的材料，制作高频探头时需要小厚度晶片，制作低频探头时需要大厚度晶片。第55页/共137页56耦合剂耦合剂耦合剂：为了改善探头与试件间声能的传递而加在探头和检测面之间的液体薄层。作用：使超声波能够射入工件；润滑。常用的耦合剂水：方便；但易流失甘油：声阻抗大，耦和效果好；但需要稀释，价格高全损耗系统用油：较为常用第56页/共137页57试块试块为了保证检测结果的准确性

27、和可重复性，必须用一个具有已知固定特性的试块对检测系统进行校准。常用试块包括校准试块和参考试块。校准试块：具有规定的材质和表面状况，用于校准设备。参考试块：与受检材料声学特性相似，用以调节检测设备的工作状态，和对缺陷进行标定。第57页/共137页58超声检测典型波形超声检测典型波形第58页/共137页59迟到的回波迟到的回波第59页/共137页60缺陷的评定缺陷评定的内容：位置和尺寸缺陷位置评定平面位置埋藏深度缺陷尺寸评定回波幅度评定当量尺寸评定缺陷面积的测量第60页/共137页61缺陷的评定缺陷位置评定平面位置：一般位于缺陷波最大值的正下方。埋藏深度：设探伤仪的时基线比例为1：n，根据缺陷回

28、波前沿所对应的水平刻度值为t，可判断缺陷到探头的距离为x=nt。第61页/共137页62缺陷的评定缺陷尺寸评定当缺陷小于声束截面时，采用回波高度法和当量评定法。当缺陷大于声束截面时，采用缺陷延伸长度法（或面积测量法）评定缺陷的尺寸。第62页/共137页63缺陷的评定当量评定法：AVG曲线法用平底孔AVG曲线确定缺陷当量，不需要大量的试块和繁琐的计算。例：用2.5MHz，14mm直探头对厚度420mm的钢件进行检测，在210mm处发现一缺陷，缺陷波比底波低26dB，求此缺陷的当量（cL5.9X106mm/s）。计算Aj和A。查AVG图计算缺陷当量第63页/共137页64缺陷的评定缺陷的当量尺寸d

29、=GD=0.2*14=2.8mm第64页/共137页65超声检测的优点l适合于金属、非金属和复合材料等。l穿透能力强，可检测1mm几m的金属材料。l灵敏度高，可测定缺陷的深度位置。l一般情况，仅需从一侧接近试件。l设备轻便，对人体无害，可作现场检测。第65页/共137页66超声检测的局限性l存在检测盲区，难于检测表面和近表面的缺陷。l材料的某些组织结构（如晶粒度、非均匀性等）会使缺陷检测的灵敏度和信噪比变差。l对缺陷的定量表征不够准确，需要检测者丰富的经验。l一般需要耦合剂。第66页/共137页第67页/共137页第一篇过程装备的检测2 超声波的种类及应用 种类 纵波概念：在传播介质中质点的振

30、动方向与波的传播方向相同的波。传播介质:固、液、气体介质 应用：钢板、锻件等 产生：直探头 横波概念：在传播介质中质点的振动方向与波的传播方向垂直的波。传播介质:固体介质 应用：焊缝、钢管等的探伤 产生：斜探头第68页/共137页第69页/共137页第一篇过程装备的检测 超声波的的反射与折射 当超声波从一个介质传播到另一个介质时，一部分能量在界面上反射回原介质内，称为反射波；另一部分能量透过界面在第二介质内传播，称为折射波。（这一点跟光的反折射原理一样）a 反射率 即反射波声压Pr与入射波声压Po之比：第70页/共137页第一篇过程装备的检测当垂直入射时，=0o 由计算公式可以看出，两介质声阻

31、抗相差越大，反射率就越大。例如钢的声阻抗就比空气的声阻抗大得多，因此在钢中传播的超声波遇到裂纹等缺陷时，便从缺陷表面反射回来，而且反射率接近于100，测定反射回来的超声波，就可以判定缺陷的存在。这就是超声波检测的基本原理。第71页/共137页第一篇过程装备的检测b 透过率 即透过声压Pt与入射波声压Po之比,称为透过率K。当垂直入射时，=0o第72页/共137页第一篇过程装备的检测 从透过率公式可以看出，第二介质的声阻抗增大，则透过率也增大。实际意义：检测时为了尽量使超声波透入工件，必须在探头与工件表面中间加机油、水等耦合剂，否则在探头与工件表面之间存在有空气，易产生全反射。不同介质的声阻抗钢

32、的声阻抗为4.53106 g/cm2S 空气的声阻抗为4.3 103g/cm2.S 水的声阻抗为1.5 x 105 g/cm2.S)第73页/共137页第一篇过程装备的检测 应用 直探头（纵波）的应用 当超声波垂直入射到平界面上时超声波从直探头的发射点a发射进入工件中，超声波传播的距离为工件的高度（厚度）L，如果在探测区域发现缺陷，缺陷距离发射点a的距离x是和L成正比关系，从而和超声波探伤仪显示屏上的缺陷波和第一次反射底波各自距离始波的读数Xx、Xl成对应关系，即：x:L=Xx:Xl 从而可以确定缺陷的位置。同时，根据反射回的波形形态、特点还可以判断缺陷的性质（如裂纹、夹层、夹渣等缺陷）。第7

33、4页/共137页第75页/共137页第一篇过程装备的检测 斜探头（横波）的应用 在对焊缝检测时，由于焊缝余高凹凸不规则,且高出钢板表面,因此常选用斜探头探伤。超声波由斜探头的入射点进入钢板，传播到钢板与空气的界面时，产生全反射。由于上下钢板表面是平行的，所以超声波将在钢板内按W形路线传播。在焊缝检测时，一次波声程常用于厚板焊缝检测，但不易发现焊缝区上部（M区）的缺陷；二次波声程常用于中厚板、薄板的焊缝检测。（如下图3-5a、b所示）第76页/共137页第一篇过程装备的检测（3）超声波的衰减 超声波在介质中传播，随着传播距离的增加，其能量逐渐减弱的现象称超声波能量的衰减。超声波衰减的主要原因：a

34、 声束的扩散衰减 不同的振源在介质中产生的波形不同，声波在介质中传播的状况也不同。随着传播距离的增加，声波将会扩散，从而单位面积上超声波能量和声压将会逐渐减少。在实际检测中，随着使用探头形式、晶片的大小和频率的不同，超声波的扩散衰减也是不同的。另外，超声波传播的距离增加，衰减增加，从而使检测的灵敏度减低。第77页/共137页第一篇过程装备的检测b 超声波的散射衰减 超声波的散射主要来源于介质内部声抗阻不同的界面（如晶粒的大下不同等），超声波在这些阻抗不同的截面上产生散乱反射，从而使主声束方向上的声能减少而产生的衰减称为散射衰减。在实际检测中，铸铁材料晶粒粗大，而且是由不同成分、不同形态的石墨和

35、铁素体组成，界面复杂，散射衰减严重；奥氏体不锈钢晶粒粗大，间隙较大，散射衰减同样严重。因此，需要采用一些特殊检测工艺方法。第78页/共137页第一篇过程装备的检测 c 介质吸收引起的衰减 声波被介质吸收主要是由介质的黏滞性、热传导、弹性弛豫等因素引起的。在气体介质中超声波衰减最严重，液体介质次之，固体介质中衰减最小。实际检测中，超声波是由探头发射出来的，接触的第一介质是有机玻璃（探头晶片），在进入到钢材料之前，如果接触到空气，就会发生全反射。因此，检测时必须用耦合剂（一般为液体）以解决这个问题。第79页/共137页第一篇过程装备的检测 3 超声波探伤仪、探头、耦合剂、试块（1）超声波探伤仪 超

36、声检测中的关键设备，它的功能是产生电振荡并加在换能器探头上，使之产生超声波，同时又将探头接收的返回信号放大处理，以脉冲波、图像显示在荧光屏上，以便进一步分析被检对象的具体情况。按缺陷被显示方式分为A、B、C三种型式。对金属材料检测基本上都用A型探伤仪。A型探伤仪是以脉冲波形显示在荧光屏上，横坐标代表声波的传播时间（或距离），纵坐标代表反射波的幅度。医用超声波仪是B型。第80页/共137页第一篇过程装备的检测（2）探头 探头是与超声波探伤仪配合产生超声波和接收反射信号重要部件。也即是将电能转换成超声波能（机械能）和将超声波能转换为电能的一种换能器。分类：按入射声束方向分为：直探头和斜探头 按波型

37、分类：纵波探头、横波探头、板波和表面波探头 此外还有单探头、双探头之分。第81页/共137页第一篇过程装备的检测（3）超声波探伤仪和探头的系统性能 a 灵敏度余量：简单说，就是系统能够检测最小缺陷的能力，以衰减值分贝dB表示，dB值越大，灵敏度越高。b 分辨力 即超声检测系统能够把声程不同的两个相邻缺陷在荧光屏上作为两个回波区别出来的能力。c 始脉冲宽度 即始波的宽度 第82页/共137页第一篇过程装备的检测（4）耦合剂 作用：既减少声能的损失，又能提高探头的使用寿命。常用的有：机油、浆糊、甘油和水等透声性好的耦合剂（5）试块 定义：为了校验探伤仪、探头等设备的综合系统性能，统一检测标准而专门

38、制造出的不同形状、不同用途的人工反射体。国际焊接学会规定的试块叫标准试块。第83页/共137页第一篇过程装备的检测分类：一般分为校验标准试块和对比标准试块 a 校验标准试块：主要用于校验探伤仪、探头的综合性能，如确定探伤灵敏度等工艺参数。b 对比标准试块：主要用于调整检测范围，确定探伤时的灵敏度，评估被检验缺陷的大小，以便对缺陷进行分级，作出最后判定。第84页/共137页第一篇过程装备的检测（二）超声波检测缺陷 超声波对缺陷检测主要包括：对缺陷位置的确定（定位），对缺陷尺寸和数量的确定（定量）和对缺陷性质如裂纹、气孔、夹渣的分析、判别（定性评估）。对于A型探伤仪，主要是根据脉冲反射波的位置、幅

39、值、形状等来判定。1 检测前的准备 首先根据被检工件选择好探头的型式和检测方法，并且要做好调解检测仪器的扫描速度和灵敏度等准备工作。第85页/共137页2 缺陷的检测 （1）缺陷的定位（略）（2）缺陷的定量常用的定量方法：a 当量法 可分为当量试块比较法、当量计算法和当量AVG曲线法。这些方法确定的缺陷尺寸是缺陷的当量尺寸。第86页/共137页第一篇过程装备的检测 当量试块比较法 即将缺陷的回波与试块上事先加工出的一系列不同声程、不同尺寸大小的人工缺陷回波进行比较，当同声程处（或相近声程处）的两处回波高度相同时，则可以认为被检自然缺陷与该比较的人工缺陷是相当的（即为当量缺陷）当量法确定的当量缺

40、陷尺寸总是小于或等于真实缺陷尺寸。第87页/共137页第一篇过程装备的检测b 测长法 测长法包括6dB法（半波高法）、端点 6dB法（端点半波高法）、绝对灵敏度测长法。6dB法（半波高法）：当发现缺陷时，使反射回的缺陷波达到最大值（不要达到饱和值），然后移动探头（理想方向是缺陷延伸方向），当反射回的缺陷波高降至原来的一半时，此时探头位置即是缺陷的端点，探头移动的距离即为被检缺陷的指示长度。第88页/共137页第一篇过程装备的检测 c 底波高度法 即通过测试缺陷回波高与底波高比值的不同，来衡量缺陷的相对尺寸。表示方式有两种：F/B F/BGF/B法：一定灵敏度条件下，通过测试缺陷回波高与缺陷处底

41、波高比值的不同来衡量缺陷的相对大小。F/BG法：一定灵敏度条件下，通过测试缺陷回波高与无缺陷处底波高比值的不同来衡量缺陷的相对大小第89页/共137页第一篇过程装备的检测（3）缺陷的定性分析 如果缺陷的位置、数量、尺寸相同而性质不同，其影响也是不同的，尤其裂纹是最为危险的。因此重要部位如焊接接头，在评级时，不仅要准确地确定缺陷的位置、尺寸、数量等，而且要辨别缺陷的性质。缺陷的定性分析要结合课本P49页表311的几方面内容来进一步的判别。第90页/共137页第一篇过程装备的检测 例如对裂纹缺陷，在焊缝中的位置常出现在焊缝区或者热影响区，形状为长条状，沿焊缝纵向或横向。在荧光屏上常常出现锯齿较多的

42、波形等特征。如气孔缺陷，出现位置在焊缝区或者铸造材料中，不会出现在锻件中，形态为球状或针状，单个、密集或者链状，反射波形单纯等特征。第91页/共137页第一篇过程装备的检测（三）超声检测焊接接头的缺陷等级评定1 超声检测焊接接头的等级选择 焊接接头超声检测分为A、B、C三个等级，检验的完善程度A级最低，B级一般，C级最高。一般来说，A级适用于普通结构，B级适用于压力容器与相应管道，C级适用于核容器等级重要结构。2 缺陷检测结果的分级 焊缝的超声检测结果分为四级（GB11345-89）全部（100）探伤要求检测级别达到级，局部（20）探伤要求检测级别达到级。第92页/共137页第一篇过程装备的检

43、测作业：2-2、说明射线照相的质量等级。2-3、射线检测焊接接头时，对接焊缝透照缺陷等级评定的焊缝质量级别是怎样划分的？2-4、对射线防护的方法有几种。检测人员每年允许接受的最大射线照射剂量是多少？3-0、超声波的定义及其特性？3-2、在超声波检测中，影响超声波能量衰减的主要原因有哪些方面，衰减对检测有哪些影响，实际检测时常采用什么措施？3-3、超声波检测时应做的准备工作有哪些？利用超声波对缺陷的检测主要包括哪些内容？第93页/共137页第一篇过程装备的检测4.3 表面检测及缺陷等级评定 表面检测是对材料、零部件、焊接接头的表面或近表面缺陷进行检测和评定缺陷等级。常规方法有磁粉检测、渗透检测和

44、管材涡流检测等。第94页/共137页第一篇过程装备的检测（一）磁粉检测 1 检测原理 当一被磁化的工件表面和内部存在缺陷时，缺陷的导磁率远小于工件材料，磁阻大，阻碍磁力线顺利通过，造成磁力线弯曲。如果工件表面、近表面存在缺陷(没有裸露出表面也可以)，则磁力线在缺陷处会逸出表面进入空气中，形成漏磁场。(参见图4-l的SN磁场)此时若在工件表面撒上导磁率很高的磁性铁粉，在漏磁场处就会有磁粉被吸附，聚集形成磁痕，通过对磁痕的分析即可评价缺陷。第95页/共137页第一篇过程装备的检测 第96页/共137页第一篇过程装备的检测 2 影响漏磁场强度的主要因素 磁粉检测灵敏度的高低，关键在于形成漏磁场强度的

45、强弱。影响漏磁场强度的主要因素如下。(1)外加磁场强度 缺陷漏磁场强度的强弱与工件被磁化程度有关。一般说来，如果外加磁场使被检材料的磁感应强度达到其饱和值的 80以上，即达到0.8T时，缺陷的漏磁场强度就会显著增加。第97页/共137页第一篇过程装备的检测 (2)缺陷的形状和位置 缺陷方向与磁力线方向越接近90，其漏磁场强度越大，否则相反。检测时，很难发现与被检表面所夹角度小于20的夹层。表面漏磁场强度随着缺陷深宽比的增加而增加。缺陷位置越接近表面，漏磁场强度就越强，否则减弱。当缺陷较深时，漏磁场强度将衰减至零，无法进行磁粉检测。第98页/共137页第一篇过程装备的检测 (3)被检材料的性质

46、常温下的钢铁材料是体心立方晶格，非奥氏体组织，是铁磁性材料；而面心立方晶格、奥氏体组织是非铁磁性材料。奥氏体不锈钢在常温下是奥氏体组织，无磁性。材料的合金化程度，冷加工程度及热处理状态也会影响材料的磁性，主要表现在以下几个方面：钢铁材料随着含碳量的增加，碳钢的矫顽力（抗磁力）几乎呈线性增加，而最大相对导磁率却随之下降。第99页/共137页第一篇过程装备的检测 合金化将增加钢材的矫顽力，使其磁性硬化。退火、正火状态的钢材磁性差别不大，而淬火后则可以提高钢材的矫顽力。随着淬火以后回火温度的升高，矫顽力又有所降低。晶粒越粗大，钢材的导磁率越大，矫顽力越小，反之则相反。钢材的矫顽力随着压缩变形率的增加

47、而增加。第100页/共137页第一篇过程装备的检测 (4)被检材料表面状态 若被检材料表面有覆盖层(如有涂料等)，则会降低缺陷漏磁场的强度。可见磁粉检测的前提是要努力使被检材料有足够强的缺陷漏磁场强度。第101页/共137页第一篇过程装备的检测 3 磁粉检测的特点 适用于能被磁化的材料(如铁、钴、镍及其合金等)，不能用于非磁性材料(如铜、铝、铬等)。适用于材料和工件的表面和近表面的缺陷，该缺陷可以是裸露于表面，也可以是未裸露于表面。不能检测较深处的缺陷(内部缺陷)。能直观地显示出缺陷的形状、尺寸、位置，进而能做出缺陷的定性分析。第102页/共137页第一篇过程装备的检测 检测灵敏度较高，能发现

48、宽度仅为0.1m的表面裂纹。可以检测形状复杂、大小不同的工件。检测工艺简单，效率高、成本低。4 磁化方法及特点 常用方法有线圈法、磁轭法、轴向通电法、中心导体法、触头法、平行电缆法和旋转磁场法。具体见P55表41第103页/共137页 磁粉检测方法的分类 (1)依据施加磁粉颗粒的方法不同,分为:干法和湿法两类。干法采用干燥磁粉进行检测的方法。磁粉粒度以1060m为宜。湿法采用进行检测的方法。磁粉粒度以110m为宜。磁悬液磁粉或磁膏悬浮在载液(媒质)中 形成的一种液体.磁粉又分为：普通磁粉和荧光磁粉。第104页/共137页(2)根据外加磁场的作用情况分为:连续法在外加磁场的同时，将检验介 质（磁

49、粉或磁悬液）加到试件 上进行检测的方法。剩磁法先将试件磁化，待切断电源或 移去外加磁场后，再进行检测 的方法。第105页/共137页（3）根据外加磁场的方向不同，分为：周向磁化法利用周向磁场进行磁化。纵向磁化法利用纵向磁场进行磁化。组合磁化法利用合成磁场进行磁化。I磁力线磁力线磁痕磁痕A A）工件直接通电）工件直接通电B）电流通过中心导体）电流通过中心导体I 周向磁化法周向磁化法第106页/共137页 纵向磁化图例1：磁痕磁痕 利用空心线圈进行的局部利用空心线圈进行的局部 纵向磁化纵向磁化工件工件第107页/共137页纵向磁化图例2：工件工件磁力线磁力线磁扼磁扼 磁扼法进行整体纵向磁化磁扼法进

50、行整体纵向磁化电流电流第108页/共137页（4）根据工件上的磁场存在范围，又分为：局部磁化法 整体磁化法工件工件为防止漏检，应注意为防止漏检，应注意改变磁场的方向改变磁场的方向，以便发现以便发现不同位向不同位向的缺陷！的缺陷！第109页/共137页退磁退磁 在大多数情况下,被检工件上带有剩磁是有害的.故需退磁!退磁将被检工件内的剩磁减小到不防碍使用的程度。剩磁控制要求：剩磁控制要求：航空导航系统零件：小于0.1 mT;内燃机曲轴/连杆/凸轮等:小于0.2 mT;压力容器:小于0.3 mT。第110页/共137页 退磁方法退磁方法分为：（1）交流退磁 将被检工件从一个中通有交流电的线圈沿轴向逐