常用無損檢測方法和原理,常規5項無損檢測技術有哪些

常用五大常規無損檢測技術：

1、射線檢測（Radiographic Testing）

2、超聲檢測（Ultrasonic Testing）

3、磁粉檢測（Magnetic Particle Testing）

4、滲透檢測（Penetrant Testing）

5、渦流檢測（Eddy Current Testing）。

　　一：射線檢測（RT）的原理和特點

　　射線檢測（Radiographic Testing），業內人士簡稱RT，是工業無損檢測（Nondestructive Testing）的一個重要專業門類。

　　射線檢測主要的應用是探測工件內部的宏觀幾何缺陷。按照不同特征，可將射線檢測分為多種不同的方法，例如：X射線層析照相（X-CT）、計算機射線照相技術（CR）、射線照相法，等等。

　　下圖：

　　第一行左起一：固定式磁粉探傷機；第一行左起二：射線檢測室的防護屏蔽門。

　　第二行左起一：便攜式X射線管；第二行左起二：A型顯示的模擬式超聲波探傷儀。

　　射線照相法，利用X射線管產生的X射線或放射性同位素產生的γ射線穿透工件，以膠片作為記錄信息的器材的無損檢測方法。該方法是最基本、應用最廣泛的的一種射線檢測方法，也是射線檢測專業培訓的主要內容。

　　射線照相法的原理

　　射線檢測，本質上是利用電磁波或者電磁輻射（X射線和γ射線）的能量。

　　射線在穿透物體過程中會與物質發生相互作用，因吸收和散射使其強度減弱。強度衰減程度取決于物質的衰減系數和射線在物質中穿透的厚度。

　　射線照相法的原理：如果被透照物體（工件）的局部存在缺陷，且構成缺陷的物質的衰減系數又不同于試件（例如在焊縫中，氣孔缺陷里面的空氣衰減系數遠遠低于鋼的衰減系數），該局部區域的透過射線強度就會與周圍產生差異。把膠片放在適當位置使其在透過射線的作用下感光，經過暗室處理后得到底片。

　　射線穿透工件后，由于缺陷部位和完好部位的透射射線強度不同，底片上相應部位等會出現黑度差異。射線檢測員通過對底片的觀察，根據其黒度的差異，便能識別缺陷的位置和性質。

　　以上描述的基本原理和醫院拍X光大同小異。

　　射線照相法的特點

　　1、適用范圍

　　適用于各種熔化焊接方法（電弧焊、氣體保護焊、電渣焊、氣焊等）的對接接頭，也能檢查鑄鋼件，在特殊情況下也可用于檢測角焊縫或其他一些特殊結構工件。

　　2、射線照相法的優點

　　a）缺陷顯示直觀：射線照相法用底片作為記錄介質，通過觀察底片能夠比較準確地判斷出缺陷的性質、數量、尺寸和位置。

　b）容易檢出那些形成局部厚度差的缺陷：對氣孔和夾渣之類缺陷有很高的檢出率。

　　c）射線照相能檢出的長度和寬度尺寸分別為毫米數量級和亞毫米數量級，甚至更少，且幾乎不存在檢測厚度下限。

　　d）幾乎適用于所有材料，在鋼、鈦、銅、鋁等金屬材料上使用均能得到良好的效果，該方法對試件的形狀、表面粗糙度沒有嚴格要求，材料晶粒度對其不產生影響。

　　3、射線照相法的局限

　　a）對裂紋類缺陷的檢出率則受透照角度的影響，且不能檢出垂直照射方向的薄層缺陷，例如鋼板的分層。

　　b）檢測厚度上限受射線穿透能力的限制，例如420kV的X射線機能穿透的最大鋼厚度約80mm，鈷60放射性同位素（Co60）γ射線穿透的最大鋼厚度約150mm，更大厚度的工件則需要使用特殊的設備——加速器，其最大穿透厚度可達400mm以上。

　　c）一般不適宜鋼板、鋼管、鍛件的檢測，也較少用于釬焊、摩擦焊等焊接方法的接頭的檢測。

　　d）射線照相法檢測成本較高，檢測速度較慢。

　　e）射線對人體有傷害，需要采取防護措施。

　　二：超聲檢測（UT）的原理和特點

　　超聲檢測（Ultrasonic Testing），業內人士簡稱UT，是工業無損檢測（Nondestructive Testing）中應用最廣泛、使用頻率最高且發展較快的一種無損檢測技術，可以用于產品制造中質量控制、原材料檢驗、改進工藝等多個方面，同時也是設備維護中不可或缺的手段之一。

　　超聲檢測主要的應用是檢測工件內部宏觀缺陷和材料厚度測量。

　　按照不同特征，可將超聲檢測分為多種不同的方法：

　?。?）按原理分類：超聲波脈沖反射法、衍射時差法（Time ofFlight Diffraction，簡稱TOFD）等。

　?。?）按顯示方式分類：A型顯示、超聲成像顯示（B、C、D、P掃描成像、雙控陣成像等）。

　　超聲檢測原理

　　超聲檢測，本質上是利用超聲波與物質的相互作用：反射、折射和衍射。

　?。?）什么是超聲波？

　　我們把能引起聽覺的機械波稱為聲波，頻率在20-20000Hz之間，而頻率高于20000Hz的機械波稱為超聲波，人類是聽不到超聲波的。對于鋼等金屬材料的檢測，我們常用頻率為0.5~10MHz的超聲波。（1MHz=10的六次方Hz）

　?。?）如何發出和接收超聲波？

　　超聲檢測用探頭的核心元件是壓電晶片，其具有壓電效應：在交變拉壓應力的作用下，晶體可以產生交變電場。

當高頻電脈沖激勵壓電晶片時，發生逆壓電效應，將電能轉換成聲能（機械能），探頭以脈沖的方式間歇發射超聲波，即脈沖波。當探頭接受超聲波時，發生正壓電效應，將聲能轉換成電能。

　　超聲檢測所用的常規探頭，一般由壓電晶片、阻尼塊、接頭、電纜線、保護膜和外殼組成，一般分為直探頭和斜探頭兩個類別，后者的話通常還有一個使晶片與入射面成一定角度的斜鍥塊。

　　下圖為典型的斜探頭結構圖

　　下圖為斜探頭的實物圖：

　　該探頭型號:2.5P8*12 K2.5，其參數為：

　　a）2.5代表頻率f：2.5MHz；

　　b）P代表晶片材料為：鋯鈦酸鉛陶瓷，具有溫度穩定性好、電性能優異、容易制造而且價格低廉等優點；

　　c）8*12代表矩形晶片尺寸為：8mm*12mm；

　　d）K2.5代表：斜探頭折射角的正切值為2.5，即tan(68.2°)=2.5，其折射角為68.2°。

　　A型顯示的超聲波脈沖反射法工作原理：

　　聲源產生的脈沖波進入到工件中，超聲波在工件中以一定方向和速度向前傳播。當遇到兩側聲阻抗有差異的界面時（聲阻抗存在差異往往是因為材料中某種不連續性造成，如裂紋、氣孔、夾渣等）部分聲波被反射，檢測設備接受和顯示：分析聲波幅度和位置等信息，評估缺陷是否存在或存在缺陷的大小位置等。

　　A型顯示的超聲波脈沖反射法的特點

　　1、適用范圍

　　適用于金屬、非金屬和復合材料等多種制件。

　　a）原材料、零部件檢測：鋼板、鋼鍛件、鋁及鋁合金板材、鈦及鈦合金板材、復合板、無縫鋼管等。

　　b）對接焊接接頭檢測：鋼制對接接頭（包括管座角焊縫、T形焊接接頭，支撐架和結構件），鋁及鋁合金對接接頭

　　下圖為鋼制對接接頭：T形焊接接頭。

　　2、A型顯示的超聲波脈沖反射法的優點

a）穿透能力強，可對較大厚度范圍內的工件內部缺陷進行檢測。如對于金屬材料，可檢測厚度為1~2mm的薄壁管材和板材，也可檢測幾米長的鋼鍛件。

　　b）缺陷定位較準確。

　　c）對面積型缺陷的檢出率較高。

　　d）靈敏度高，可檢測工件內部尺寸很小的缺陷。超聲檢測理論靈敏度約為超聲波波長的一半，當檢測對象為鋼制件，采用2.5MHz頻率的超聲斜探頭，其靈敏度約為0.65mm。

　　e）檢測成本低、速度快，設備輕便，對人體及環境無害，現場使用較方便。

　　3、A型顯示的超聲波脈沖反射法的局限

　　a）對工件中的缺陷進行精確的定性、定量仍需作深入研究。

　　b）對具有復雜形狀或不規則外形的工件進行超聲檢測有困難。

　　c）缺陷的位置、取向和形狀對檢測結果有一定影響。

　　d）工件材質、晶粒度等對檢測有較大影響。

　　e）檢測結果顯示不直觀，檢測結果無直接見證記錄。

　　三：滲透檢測（PT）的原理和特點

　　滲透檢測（Penetrant Testing），業內人士簡稱PT，是工業無損檢測（Nondestructive Testing）應用最早的無損檢測方法，由于滲透檢測簡單易操作，其在現代工業的各個領域都有廣泛的應用。

　　滲透檢測主要的應用是檢查金屬（鋼、鋁合金、鎂合金、銅合金、耐熱合金等）和非金屬（塑料、陶瓷等）工件的表面開口缺陷，例如表面裂紋等。

　　工業產品在制造和運行過程中,可能在表面產生寬度零點幾微米的表面裂紋， 斷裂力學研究表明，在惡劣的工作條件下，這些微細裂紋都會是導致設備破壞的裂紋源。

　　按照不同特征，可將滲透檢測分為多種不同的方法：

　　按顯示材料，分為熒光法（Fluorescent）和非熒光法（Non-Fluorescent）。前者稱為“熒光滲透檢測”，后者稱為“著色滲透檢測”。

　　典型的熒光滲透檢測缺陷示意圖。（圖片來源于網絡）

　　肉眼無法察覺的微裂紋，經熒光滲透檢，在紫外線燈的照射下，黃綠色熒光格外醒目，如下圖所示：

　　滲透檢測原理

　　滲透檢測，本質上是利用液體的表面能。

　　當液體和固體界面接觸時會出現以下三種現象，θ稱為接觸角。如下圖所示：

　?。╝）θ=0°，全部潤濕；（b）θ＜90°，部分潤濕；（c）θ＞90°，不潤濕。

　　對某一液體而言，表面張力越小，當液體在界面鋪展時克服這個力做功越少，則潤濕效果越好。

　　表面張力，是液體表面層由于分子引力不均衡而產生的沿表面作用于任一界線上的張力。

　　毛細現象：當液體潤濕毛細管或含有細微縫隙的物體，液體沿毛細縫隙流動的現象。

　　如果液體能潤濕毛細管，則液體在細管上升，管子的內徑越小，它里面上升的水面也越高 。例如水在玻璃毛細管內，液面是上升的，相當于水滲入毛細管內。

　　如果液體不能潤濕毛細管，則液體在細管降低。例如水銀（Hg）在玻璃毛細管內，液面是下降的。

　　滲透檢測基本原理：由于毛細現象的作用，當人們將溶有熒光染料或著色染料的滲透劑施加于試件表面時，滲透劑就會滲入到各類開口于表面的細小缺陷中（細小的開口缺陷相當于毛細管，滲透劑滲入細小開口缺陷相當于潤濕現象），然后清除依附在試件表面上多余的滲透劑，經干燥后再施加顯像劑，缺陷中的滲透劑在毛細現象的作用下重新吸附到試件的表面上，形成放大的缺陷顯示。用目視檢測即可觀察出缺陷的形狀、大小及分布情況。

　　滲透檢測特點

　　1、適用范圍

　　滲透檢測可以應用于各種金屬、非金屬、磁性及非磁性材料工件的表面開口缺陷的檢測。除了多孔性的材料無法或難以檢測外，幾乎所有材料的表面開口缺陷都可以使用此方法，獲得令人滿意的檢測結果。

　　2、滲透檢測優點

　?。╝）不受被檢工件磁性、形狀、大小、組織結構、化學成分及缺陷方位的限制，一次操作能檢查出各個方向的缺陷。

　?。╞）操作簡便，設備簡單。

　?。╟）缺陷顯示直觀，靈敏度高。

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