工业无损检测技术
1.概述 无损检测技术（NDT）是指在不损伤被检测对 象的条件下，利用材料内部结构异常或缺陷存在所 引起的对热、声、光、电、磁等反映的变化，来探 测各种工程材料、零部件、结构件等内部和表面缺 陷，并对缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、 尺寸、分布及其变化做出判断和评价。 目的：质量管理、在役检测和质量鉴定。
零（部）件的形状（管、棒、板、饼及各种复 杂形状；
零（部）件中可能产生的缺陷的形态（体积型、 面积型、连续型、分散型）； 缺陷在零（部）件中可能存在的部位（表面、 近表面或内部）。
一般来讲，射线检测对体积性缺陷比较敏感，超 声波检测对面缺陷比较敏感，磁粉检测只能用于铁磁 性材料的表面或近表面缺陷的检测，渗透检测则用于 表面开口缺陷的检测，涡流检测对于开口或近表面缺 陷、磁性和非磁性的导电材料都具有很好的适用性。
3.1 压电效应 逆压电效应----压电片在受到电信号激励便可产 生振动发射超声波。 正压电效应----压电片受迫振动引起的形变可转换 成相应的电信号。 3.2 超声检测仪、探头和试块
A型脉冲反射式超声仪以给定频率产生周期性 同步脉冲信号，触发探头产生超声波，超声波通过 耦合剂射入工件，遇到界面反射，回波由已停止激 振的原探头或另一探头接收并转换成相应的电脉冲， 经放大加示波管上显示。
S
5.1 磁粉检测的适用范围 （1）未加工的原材料（如钢坯）、半成品、在役 使用的工件等； （2）管材、棒材、板材、型材及焊接件等；
（3）被检测的表面和近表面的尺寸很小，间隙极 窄的铁磁性材料，可检测出长0.1mm，宽为微米级 的裂纹； （4）不能用于检测奥氏体不锈钢及其焊接件，也 不能检测铜、铝、镁、钛合金等非磁性材料；
（5）可用于检测工件表面和近表面的裂纹、白点、 发纹、气孔、夹杂、折叠、疏松等缺陷，但不适合 检测表面浅而宽的划伤、针孔状缺陷。
5.2 磁化方法及特点 1.通电法 将工件夹在探伤机两磁化夹头之间，使电流从 被检工件上直接流过，从而在工件表面和内部产 生闭合的周向磁场。 主要用于检测与磁场方向垂直，与电流方向平 行的纵向缺陷，适用于实心或空心工件的检测。
2.3 检测工艺介绍 主要为照相法、电视观察法。
单U形对焊
双U形对焊
外透法
内透法（a)
内透法（b)
双壁双影法
双壁单影法
管接头焊缝的透照
2.4 常用器材 射线胶片、增感屏、像质计、观片灯、 暗室、铅板等。 2.5 常见缺陷 气孔、夹渣、未焊透、未融合、裂纹
2.6 国家射线检测主要标准 GB/T 3323-1987 《钢熔化焊对接接头射线照相 和质量分级 》 GB/T 5677-1985 《铸钢件射线照相及底片等级分 类方法 》 GB/T 12605-1990 《钢管环缝熔化焊对接接头射线 透照工艺和质量分级 》
磁场
电源
2.中心导体法
将导体穿入空心工件的孔中，并置于孔的 中心，电流从导体通过，，形成周向磁场。
特点：可用于检测空心工件内、外表面与 电流平行的纵向缺陷和端面的径向缺陷。 3.磁轭法
用固定式电磁轭的两极夹住工件进行整体磁 化，或用便携式电磁轭的两极接触工件表面进行 局部磁化，用于发现与两磁极连线垂直的缺陷。 特点：适用于焊接件及大中型工件的局部检 验。
工业常规无损检测方法： 射线检测、超声波检测、涡流检测、磁粉 检测和渗透检测技术。 其他：声发射检测、红外检测和声振检测等。
1.1.缺陷分类 1.1.1按加工工艺分类
铸造：气泡、疏松、缩孔、裂纹。
锻造：偏析、疏松、夹杂、缩孔、白点、裂纹。
焊接：气孔、夹渣、未焊透、未融合、裂纹。
热处理：开裂、变形。
渗透液：水洗型、后乳化型、溶剂去除型
显像剂：干式、湿式、塑料薄膜、化学反应型等。
4.2 检测工艺
包括：
（1）预清洗；（2）渗透；（3）去除表面多余 的渗透液；（4）干燥；（5）显像；（6）检验。
5.磁粉检测技术
铁磁性材料被磁化后，由于工件上存在不 连续性（缺陷），则在工件表面和近表面的磁 力线回发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加 在表面的铁磁性磁粉，在合适的光照条件下会 形成可见的磁痕，从而显示不连续性的大小、 位置、形状和严重程度。
5.4 声发射信号的检测与处理 振铃法、事件法、能量法频谱分析法。
工 件
传 感 器
前放
滤波
主放
信号 处理
5.5 缺陷的判定与评价 确定声发射源位置时需要将传感器布置 成一定的阵列。对于一维问题，采用两个 传感器连接成一条与声源分布区域相重合 的直线方式。声源可确定为：
X ( S vt ) / 2
由单色窄束射线衰减规律：
I0
I I 0e
则有
T
μ
x
d
I h I 0e I d I 0eLeabharlann ( h d )I
d
IB Id Ih
I B I 0e
[ ( d x )x ]
2.2 射线检测设备
射线探伤仪、x射线探伤仪。
射线探伤仪
x射线探伤仪
二维问题，传感器的布置常用正方形、直 角三角形、正三角形等形式，然后根据AE信号 达到各传感器的时间差、AE在介质中传播的速 度及几何关系来确定。
GB／T 12604 · 4-90 声发射检测术语 GB／T 18182-2000 金属压力容器声发射检测及结果 评 价方法 GJB 2044-94 钛合金压力容器检测方法 JB／T 8283-95 检测仪性能测试方法 JB／TQ753-89 在役容器检测方法 QJ 2914-96 复合材料构件检测方法
缺点：
（1）结构必须承载；（2）检测受材料的影响大， 受电噪声和机械噪声影响大；（3）定位精度不够 高；（4）测量结果解释比较困难。
目前声发射技术作为一种成熟的无损检测方法， 已被广泛应用于许多领域，主要包括以下方面： (1) 石油化工工业：各种压力容器、压力管道和 海洋石油平台的检测和结构完整性评价，常压贮罐 底部、各种阀门和埋地管道的泄漏检测等。 (2) 电力工业：高压蒸汽汽包、管道和阀门的检测 和泄漏监测，汽轮机叶片的检测，汽轮机轴承运行 状况的监测，变压器局部放电的检测。 (3) 材料试验：材料的性能测试、断裂试验、疲劳 试验、腐蚀监测和摩擦测试, 铁磁性材料的磁声发射 测试等。 (4) 民用工程：楼房、桥梁、起重机、隧道、大坝 的检测，水泥结构裂纹开裂和扩展的连续监视等。
3.超声波检测技术
超声波检测是使超声波与被检工件相互作用， 根据超声波的反射、透射和散射行为，对被检工件 进行缺陷检测、几何特征测量、组织结构和力学性 能变化的检测和表征，并进而对其应用性进行评价。
超声波检测适用于各种尺寸的锻件、轧制件、 焊缝和某些铸件。无论是有色金属和非金属，都可 以采用。
波形分类：纵波、横波、瑞利波、兰姆波等。
这种现象称为声发射（AE）。这通常与裂 纹的产生、塑性变形等现象有 关。
声发射的传播过程是从声发射源开始，通过 整个结构进行传播的。利用电子手段来检测声发 射活动的技术已被广泛采用。声发射检测技术不 但具有整体性、快速及时性、经济性等特性，还 对缺陷的类型作出危害等级评估。
5.1声发射检测技术的特点 优点： （1）几乎不受材料的限制；（2）是一种动态无 损检测技术；（3）灵敏度高；（4）可检测活动 裂纹；
4.1 渗透检测的优缺点
优点：成本低、缺陷显示直观，可用于金属和非金 属材料，特别是在航空领域得到广泛应用。
缺点：
（1）只能发现表面开口缺陷，不适于检查多孔或疏 松材料。 （2）只能检出缺陷的表面分布，难以确定缺陷的实 际深度，因而很难对缺陷作出定量评价。
检测材料主要包括：渗透液、显像剂和去除剂。
2.射线检测技术 依据被检工件由于成分、密度、厚度等的不同， 对射线产生不同的吸收或散射的特性，从而对被检 工件的质量、尺寸、特性等作出判断的一种无损检 测方法。
2.1 X射线检测原理
当射线通过被检物体时，物体中有缺陷的部位 （如气孔、非金属夹杂等）与无缺陷部位对射线的吸 收能力不同，一般是透过有缺陷的部位的射线强度高 于无缺陷部位的强度，将这种强度差异反映在感光胶 片或显示设备上来判断被检物体是否存在缺陷。
(5) 航天和航空工业：航空器壳体和主要构件的检 测和结构完整性评价，航空器的时效试验、疲劳试 验检测和运行过程中的在线连续监测等。 (6) 金属加工：工具磨损和断裂的探测，打磨轮 或整形装置与工件接触的探测，修理整形的验证， 金属加工过程的质量控制，焊接过程监测，振动探 测，锻压测试，加工过程的碰撞探测和预防。 (7) 交通运输业：长管拖车、公路和铁路槽车及 船舶的检测和缺陷定位，铁路材料和结构的裂纹探 测，桥梁和隧道的结构完整性检测，卡车和火车滚 珠轴承和轴颈轴承的状态监测，火车车轮和轴承的 断裂探测。
（1）声发射信号是上升时间很短的振荡脉冲 信号，上升时间约为10-4—10-8s； （2）信号一般是不可逆的，具有不复现性。 同一时间在同一条件下产生的声发射只有一次， 这成为kaiser效应。 AE信号
声 发 射 第1次 加载 第2次 加载
t1
t2
t
（3）声发射信号产生的影响因素复杂，不仅与外部因 素有关，还与材料的内部结构有关，因此信号具有随机 性和模糊性。
5.2 声发射信号的分类 声发射信号是物体受到外部条件作用使 其状态发生改变而释放出来的一种瞬时弹性 波，按波形可分为连续型和突发型两类。
突发型：金属、复合材料、地质材料等裂 纹的产生和扩展，材料受到冲击作用时。 连续型：材料的屈服过程、充压系统的泄 漏等。
5.3 声发射信号的特征 典型的声发射波的频率范围是1KHz-2MHz 或更高。
(8) 其他：硬盘的干扰探测，带压瓶的完整性检测 ，庄稼和树木的干旱应力监测，磨损摩擦监测，岩 石探测，地质和地震上的应用，发动机的状态监测 ，转动机械的在线过程监测，钢轧辊的裂纹探测， 汽车轴承强化过程的监测，铸造过程监测， Li/MnO2电池的充放电监测，人骨头的摩擦、受力 和破坏特性试验，骨关节状况的监测。