NDT的 发展历史（3）
• 50年代， Donald C. Erdman发明了第一代浸入式 超声检测扫描仪
• 二十世纪中期，在现代化工业大生产促进下，建 立了以射线检测（RT）、超声检测（UT）、磁 粉检测（MT）、渗透检测（PT）和电磁检测 （ET）五大常规检测方法为代表的无损检测体系。 • • 进入二十世纪后期，以计算机和新材料为代表的 新技术，促进无损检测技术的快速发展
无损探伤（NDI)概论
相似的术语
• 无损检测（ NDT）！！！
• 无损检查（ NDE） • 无损评价（ NDE）
定义
• 广义：为了确定是否存在影响物体使用性 能的条件或结构不连续，在不改变物体状 态和性质的条件下所进行的各种检查、测 试、评价方法。 • 实用：在不破坏或损伤原材料和工件受检 对象的前提下，测定和评价物质内部和外 表的物理和力学性能，并包括各类缺陷和 其他技术参数的综合性应用技术。 • 例子：手、投币机、 QC、无损探伤仪等等
（1） 光电效应。 在普朗克概念中每束射线都具有能量为E=hv的光子。光子
运动时保持着它的全部动能。 光子能够撞击物质中原子轨道
上的电子，若撞击时光子释放出全部能量，并将原子电离， 则称为光电效应(见图4)。光子的一部分能量把电子从原子中
逐出去，剩余的能量则作为电子的动能被带走，于是该电子可
能又在物质中引起新的电离。 当光子的能量低于1 MeV时， 光电效应是极为重要的过程。另外，光电效应更容易在原子序 数高的物质中产生，如在铅(Z＝82)中产生光电效应的程度比 在铜(Z=29)中大得多。
射线的种类
• 电磁辐射： X射线 、γ射线
• 粒子辐射：各种粒子射线 • 在本课程中，如果没有特别指明，所称的 射线均指电磁辐射中的 X射线 与γ射线
实例
• CT（Computer-aided Tomograph scanner)。ＣＴ扫描仪可以用于对人体的全 身扫描，但是应该指出这两种仪器的成像 原理确是完全不同的。 • 比较：核磁共振扫描仪MRI(Nuclear Magnetic Resonance Imaging),核磁共振扫 描仪则主要用于对人体的软组织的扫描。
第一章 射线检测RT
• 放射线穿透时间时胶片曝光。不连续对曝 光有影响。 • 适用于大部分材料、形状的结构。例如新 制造或在用的焊接件、铸件、组合件等 • 可提供永久性的记录，高灵敏度，最广泛 地被应用和认可的体积型缺陷检查方法。 • 检测的极限厚度与材料密度有关，平面不 连续的（可检测方向）有临界值。 射线有 害。
3） 中子射线
• • 中子是构成原子核的基本粒子。中子 射线是由某些物质的原子在裂变过程中逸 出高速中子所产生的。工业上常用人工同 位素、加速器、反应堆来产生中子射线。 在无损检测中中子射线常被用来对某些特 殊部件(如放射性核燃料元件)进行射线照相。
2. X射线的产生
• • X射线是一种波长比紫外线还短的电磁波， 它具有光的特性，例如具有反射、折射、干涉、 衍射、散射和偏振等现象。 它能使一些结晶物体 发生荧光、气体电离和胶片感光。 • X射线通常是将高速运动的电子作用到金属 靶(一般是重金属)上而产生的。图2是在35 kV的 电压下操作时，钨靶与钼靶产生的典型的X射线 谱。钨靶发射的是连续光谱，而钼靶除发射连续 光谱之外还叠加了两条特征光谱，称为标识X射 线，即Kα线和Kβ线。若要得到钨的Kα线和Kβ线， 则电压必须加到70 kV以上。
可足以打出靶原子(通常是重金属原子)内壳层上的一个电子， 该电子或者处于游离状态，或者被打到外壳层的某一个位置上。 于是原子的内壳层上有了一个空位，邻近壳层上的电子便来填 空，这样就发生相邻壳层之间的电子跃迁。这种跃迁将发射出 线状的X射线。显然，这种X射线与靶金属原子的结构有关， 因此称其为标识X射线或特征X射线。标识X射线通常频率很高， 波长很短。
图2 钨与钼的X射线谱
1） 连续X射线
•
•
根据电动力学理论，具有加速度的带电粒子将产生电
磁辐射。在X射线管中，高压电场加速了阴极电子，当具 有很大动能的电子达到阳极表面时，由于猝然停止，它所 具有的动能必定转变为电磁波辐射出去。由于电子被停止 的时间和条件不同， 所以辐射的电磁波具有连续变化的
图4 光电效应
3. 射线通过物质的衰减定律 1） 射线与物质的相互作用 射线与物质的相互作用主要有三种过程：光电效应、康普 顿效应和电子对的产生。 这三种过程的共同点是都产生电子， 然后电离或激发物质中的其他原子；此外，还有少量的汤姆逊 效应。光电效应和康普顿效应随射线能量的增加而减少，电子 对的产生则随射线能量的增加而增加，四种效应的共同结果是 使射线在透过物质时能量产生衰减。
应用方面
• 1. 加工前对原材料的检测
• 2.作为一种过程控制手段，多材料加工过程 的评估（在线控制）----工业即时检测技术 • 3.对成品的检验 • 4.对在用产品和结构的评估
与人体的关系
• 人体被认为是有史以来最独特的无损检测
一种仪器。依靠各种感官！ 视觉最甚！VT
• 无损检测可以看着对人类感觉的延伸，通
Hale Waihona Puke 历史上主要的NDT• 目视检测 VT（见下表）@宏观检测 • 渗透检测PT （见下表） • 磁粉检测MT （见下表）
• 射线检测RT
• • • • 超声波检测UT：如B超 彩超是真正的彩色吗？ 涡流检测ET 红外热成像法TIR 声发射检测AE
由人眼或光敏设备对 被陂检测物体的反射 光或发射光成像
NDT的 发展历史（2）
• 1912年超声波探测技术最早在航海中用于探查海 面上的冰山， • 1929年超声波技术用于产品缺陷的检验，至今仍 是锅炉压力容器、钢管、重要机械产品的主要检 测手段。 • 二十世纪30年代，开始用磁粉检测方法来检测车 辆的曲柄等关键部件，以后在钢结构件上广泛应 用磁粉探伤方法，使磁粉检测得以普及到各种铁 磁性材料的表面检测。
常使用精密的电子仪器和其他专业设备。
NDT的 发展历史（1）
• 何时开始？？？盘古开天地 • 以1895年伦琴发现X射线为标志，无损检测 作为一门多学科的综合技术，正式开始进 入工业化大生产的实际应用领域，迄今已 有一百多年的历史。 • 1900年法国海关开始应用X射线检验物品 • 1922年美国建立了世界第一个工业射线实 验室，用X射线检查铸件质量，以后在军事 工业和机械制造业等领域得到广泛的应用。
• 促成了锅炉检测保险法案
• 2. 工业的质量卫士
• 3.与材控的密切关系：焊接件 铸件 锻件 • 4.无损：破坏与非破坏----硬度测试？？
射线检测的物理基础
• • • • • • • 1. 射线的种类和频谱 在射线检测中应用的射线主要是： X射线 γ射线 和中子射线。 X射线和γ射线属于电磁辐射，而中子射线是中子 束流。
（1） 光电效应。 在普朗克概念中每束射线都具有能量为E=hv的光子。光子
运动时保持着它的全部动能。 光子能够撞击物质中原子轨道
上的电子，若撞击时光子释放出全部能量，并将原子电离， 则称为光电效应(见图4)。光子的一部分能量把电子从原子中
逐出去，剩余的能量则作为电子的动能被带走，于是该电子可
能又在物质中引起新的电离。 当光子的能量低于1 MeV时， 光电效应是极为重要的过程。另外，光电效应更容易在原子序 数高的物质中产生，如在铅(Z＝82)中产生光电效应的程度比 在铜(Z=29)中大得多。
地位与作用
• 对于控制和改进生产过程和产品质量，保 证材料、零件和产品的可靠性及提高生产 率起着关键的作用，是发展现代工业必不 可少的重要技术措施之一。 • 还在材料加工、零件制造、产品组装直至 产品使用的整个过程当中起到保证质量、 保障安全的监督作用，以及在节约能源及 资源、降低成本、提高成品率和劳动生产 率方面起到了积极的促进作用。
3. 射线通过物质的衰减定律 1） 射线与物质的相互作用 射线与物质的相互作用主要有三种过程：光电效应、康普 顿效应和电子对的产生。 这三种过程的共同点是都产生电子， 然后电离或激发物质中的其他原子；此外，还有少量的汤姆逊 效应。光电效应和康普顿效应随射线能量的增加而减少，电子 对的产生则随射线能量的增加而增加，四种效应的共同结果是 使射线在透过物质时能量产生衰减。
1.24 min (nm) U
（3） X射线管的效率为
P ZIU 2 ZU P0 IU
式中：P=αZIU2 为连续X射线的总功率；P0=IU为输入功率；Z
为阳极的原子序数；U为管电压，单位为kV；α为常数，约等
于1.5×10-6。
(4) X射线管的 管电压愈高，其连续
X 射线的强度愈大，
而且其最短波长λ
min
愈向短波方向移动，
如图3所示。
图3 不同管电压下钨靶连续X射线
2） 标识X射线 根据原子结构理论，原子吸收能量后将处于受激状态， 受激状态原子是不稳定的，当它回复到原来的状态时，将以发 射谱线的形式放出能量。在 X 射线管内，高速运动的电子到达
阳极靶时将产生连续 X 射线。如果电子的动能与灾难: Sultana轮船
• Sultana：美国侧轮式蒸气船，于1865年4 月27日，因为锅炉爆炸造成大灾难，成为 ， 北美历史上最惨重的一次船难，超过2000 人丧生，其中大部分是北军士兵。 （@1912年4月14日 Titanic—1517 人葬身 海底)
ＣＴ扫描仪
• 它是利用不同密度的人体组织对Ｘ射线有着不同 的吸收率的原理而设计的。大家都知道Ｘ射线是 一种波长很短的电磁波，它沿着直线传播，由于 它的能量很高，所以它可以穿透人体的所有组织。 由于人体不同组织的密度不同，所以它们对Ｘ射 线的吸收率也各不相同。如果用平行的或者是向 外成一定角度发散的Ｘ射线穿越人体，然后对感 光胶片进行曝光，这样就可以清楚地看见人体的 骨肋和一些组织的分布情况。
1) X射线