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無損檢測技術及其應用
《無損檢測技術及其應用》
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無損檢測技術及其應用
一、 無損檢測概述
無損檢測 NDT （Non-destructive testing），就是利用聲、光、磁和電等 特性，在不損害或不影響被檢對象使用性能的前提下，檢測被檢對象中是否存在 缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，進而判定被檢對 象所處技術狀態(tài)（如合格與否、剩余壽命等）的所有技術手段的總稱。
與破壞性檢測相比，無損檢測具有以下顯著特點：
(1) 非破壞性
(2) 全面性
(3) 全程性
(4) 可靠性問題
開展無損檢測的研究與實踐意義是多方面的，主要表現(xiàn)在以下幾方面：
(1) 改進生產(chǎn)工藝：采用無損檢測方法對制造用原材料直至最終的產(chǎn)品進行全程檢測，可以發(fā)現(xiàn)某些工藝環(huán)節(jié)的不足之處，為改進工藝提供指導，從而也在一定程度上保證了最終產(chǎn)品的質(zhì)量。
(2) 提高產(chǎn)品質(zhì)量：無損檢測可對制造產(chǎn)品的原材料、各中間工藝環(huán)節(jié)直至最終的產(chǎn)成品實行全過程檢測，為保證最終產(chǎn)品年質(zhì)量奠定了基礎。
(3) 降低生產(chǎn)成本：在產(chǎn)品的制造設計階段，通過無損檢測，將存有缺陷的工件及時清理出去，可免除后續(xù)無效的加工環(huán)節(jié)，減小原材料和能源的消耗節(jié)約工時，降低生產(chǎn)成本。
(4) 保證設備的安全運行：由于破壞性檢測只能是抽樣檢測不可能進行100%的全面檢測，所得的檢測結(jié)論只反映同類被檢對象的平均質(zhì)量水平。
此外，無損檢測技術在食品加工領域，如材料的選購、加工過程品質(zhì)的變化、流通環(huán)節(jié)的質(zhì)量變化等過程中，不僅起到保證食品質(zhì)量與安全的監(jiān)督作用，還在節(jié)約能源和原材料資源、降低生產(chǎn)成本、提高成品率和勞動生產(chǎn)率方面起到積極的促進作用。作為一種新興的檢測技術，其具有以下特征：無需大量試劑；不需前處理工作，試樣制作簡單；即使檢測，在線檢測；不損傷樣品，無污染等等。
無損檢測技術在工業(yè)上有非常廣泛的應用，如航空航天、核工業(yè)、武器制造、機械工業(yè)、造船、石油化工、鐵道和高速火車、汽車、鍋爐和壓力容器、特種設備、以及海關檢查等等。 “現(xiàn)代工業(yè)是建立在無損檢測基礎之上的”并非言過其實。
無損檢測分為常規(guī)檢測技術和非常規(guī)檢測技術。常規(guī)檢測技術有：超聲檢測 Ultrasonic Testing（縮寫 UT）、射線檢測 Radiographic Testing（縮寫 RT）、磁粉檢測 Magnetic particle Testing（縮寫 MT）、滲透檢驗Penetrant Testing （縮寫 PT）、渦流檢測Eddy current Testing（縮寫 ET）。非常規(guī)無損檢測技術有： 聲發(fā)射Acoustic Emission(縮寫 AE)、 紅外檢測Infrared（縮寫 IR）、激光全息檢測Holographic Nondestructive Testing（縮寫HNT）等。
二、無損檢測的方法
現(xiàn)代無損檢測的定義是：在不損壞試件的前提下，以物理或化學方法為手段，借助先進的技術和設備器材，對試件的內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)，性質(zhì)，狀態(tài)進行檢查和測試的方法。
1、射線檢測
射線檢測技術一般用于檢測焊縫和鑄件中存在的氣孔、密集氣孔、夾渣和未融合、未焊
透等缺陷。射線檢測不適用于鍛件、管材、棒材的檢測。射線檢測方法可獲得缺陷的直觀圖像，對長度、寬度尺寸的定最也比較準確，檢測結(jié)果有直觀紀錄，可以長期保存。但該方法對體積型缺陷(氣孔、夾渣)檢出率高，對體積型缺陷(如裂紋未熔合類)，如果照相角度不適當，容易漏檢。另外該方法不適宜較厚的工件，且檢測成本高、速度慢，同時對人體有害，需做特殊防護。
2、超聲波檢測
超聲檢測是利用超聲波在介質(zhì)中傳播時產(chǎn)生衰減，遇到界面產(chǎn)生反射的性質(zhì)來檢測缺陷的無損檢測方法。與其它常規(guī)無損檢測技術相比，它具有被測對象范圍廣；檢測深度大；缺陷定位準確，檢測靈敏度高；成本低，使用方便；速度快，對人體無害以及便于現(xiàn)場使用等特點。目前大量應用于金屬材料和構(gòu)件質(zhì)量在線監(jiān)控和產(chǎn)品的在投檢查。如鋼板、管道、焊鞋、堆焊層、復合層、壓力容器及高壓管道、路軌和機車車輛零部件、棱元件及集成電路引線的檢測等。
3、滲透檢測
滲透檢測(PenetrantTest， )是基于毛細管現(xiàn)象揭示非多孔性固體材料表面開口缺陷， 其方法是將液體滲透液滲人工件表面開口缺陷中，用去除劑清除多余滲透液后，用顯像劑表示出缺陷。滲透檢測可有效用于除疏松多孑L性材料外的任何種類的材料，如鋼鐵材料、有色金屬材料、陶瓷材料和塑料等材料的表面開口缺陷。隨著滲透檢測方法在壓力容器檢測中的廣泛應用，必須合理選擇滲透劑及檢測工藝、標準試塊及受檢壓力容器實際缺陷試塊，使用可行的滲透榆測方法標準等來提高滲透檢測的可靠性。該方法操作簡單成本低，缺陷顯示贏觀，檢測靈敏度高，可檢測的材料和缺陷范圍廣，對形狀復雜的部件～次操作就可大致做到全面檢測。但只能檢測出材料的表面開口缺陷且不適用于多孔性材料的檢驗，對工件和環(huán)境有污染。滲透檢測方法在檢測表面微細裂紋時往往比射線檢測靈敏度高，還可用于磁粉檢測無法應用到的部位。
4、聲發(fā)射檢測
聲發(fā)射(Acoustic Emission，AE)是指材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應變能的現(xiàn)象。而彈性波可以反映出材料的一些性質(zhì)。聲發(fā)射檢測就是通過探測受力時材料內(nèi)部發(fā)出的應力波判斷容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷程度的一種新的無損檢測方法。在構(gòu)件裂紋形成、擴展直至開裂過程中會發(fā)射出能量大小不同的聲發(fā)射信號，根據(jù)聲發(fā)射信號的大小可判斷是否有裂紋產(chǎn)生、及裂紋的擴展程度。
聲發(fā)射與X射線、超聲波等常規(guī)檢測方法的主要區(qū)別在于它是一種動態(tài)無損檢測方法。聲發(fā)射信號是在外部條件作用下產(chǎn)生的，對缺陷的變化極為敏感，可以檢測到微米數(shù)量級的顯微裂紋產(chǎn)生、擴展的有關信息，檢測靈敏度很高。此外，因為絕大多數(shù)材料都具有聲發(fā)射特征．所以聲發(fā)射檢測不受材料限制，可以長期連續(xù)地監(jiān)視缺陷的安全性和超限報警。
5、磁記憶檢測
磁記憶(metal magnetic memory，MMM)檢測方法就是通過測量構(gòu)件磁化狀態(tài)來推斷其應力集中區(qū)的一種無{fIj檢測方法，其本質(zhì)為漏磁檢測方法。磁記憶檢測方法用于發(fā)現(xiàn)存在材料構(gòu)件的高應力集中部位，它采用磁記憶檢測儀對構(gòu)件焊縫進行快速掃查，從而發(fā)現(xiàn)焊縫上存在的應力峰值部位，然后對這些部位進行表面磁粉檢測、內(nèi)部超聲檢測、硬度測試或金相組織分析，以發(fā)現(xiàn)可能存在的表面裂紋、內(nèi)部裂紋或材料微觀損傷。
磁記憶檢測方法不要求對被檢測對象表面做專門的準備，不要求專門的磁化裝置，具有較高的靈敏度。金屬磁記憶方法能夠區(qū)分出彈性變形區(qū)和塑性變形區(qū)，能夠確定金屬層滑動 面位置和產(chǎn)生疲勞裂紋的區(qū)域，能顯示出裂紋在金屬組織中的走向，確定裂紋是否繼續(xù)發(fā)展。 是繼聲發(fā)射后第二次利用結(jié)構(gòu)自身發(fā)射信息進行檢測的方法，除早期發(fā)現(xiàn)已發(fā)展的缺陷外，還能提供被檢測對象實際應力? 變形狀況的信息，并找出應力集中區(qū)形成的原因。但此方法
目前不能單獨作為缺陷定性的無損檢測方法。在實際應用中，必須輔助以其他的無損檢測方 法。
三、無損檢測的應用
隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學技術的高速發(fā)展，在航空、航天、核能、汽車、 石油、 化工、 鐵路、 建筑等產(chǎn)業(yè)方面， 無損檢測技術將發(fā)揮著越來越重要的作用。 在現(xiàn)代化生產(chǎn)和建設中，高溫、高壓、高速度和高負荷無處不在，要保證產(chǎn)品的 高質(zhì)量必須進行百分百的檢測，這就要求不破壞產(chǎn)品原來的形狀、不改變產(chǎn)品的 使用性能。從而無損檢測技術應運而生。無損檢測技術是在不損壞被檢測對象的 情況下， 利用被檢測對象的某些物理性質(zhì)因其內(nèi)部存在缺陷或結(jié)構(gòu)異常而使所引 起的光、聲、電、磁等反應量發(fā)生的變化，從而測量這些變化以了解和評價被檢 測對象的性質(zhì)、狀態(tài)、質(zhì)量或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的技術。 在工業(yè)領域已獲得實際應用的和已在實驗室階段獲得成功的無損檢測方 法已達五、六十種甚至更多，隨著工業(yè)生產(chǎn)與科學技術的發(fā)展，還將會出現(xiàn)更多 的無損檢測方法與種類。根據(jù)檢測原理不同，無損檢測可分為聲學方法檢測、射 線檢測、電學方法檢測、磁學方法檢測、微波和介電方法檢測、光學方法檢測、 熱學方法檢測、 滲透檢測與滲透檢測等。 其中超聲波檢測、 磁粉檢測、 渦流檢測、 滲透檢測和射線檢測被稱為五大常規(guī)檢測技術。
1、超聲波檢測技術及應用 超聲波是頻率高于 20000 赫茲的聲波，它的特點是方向性好，穿透能力 強， 易于獲得較集中的聲能。 超聲檢測技術是使超聲波與被檢測工件現(xiàn)相互作用， 根據(jù)超聲波的反射、透射和散射的行為，對被檢測工件進行缺陷檢測、幾何特征 測量、組織機構(gòu)和力學性能變化的檢測和表征，并進行對其應用性進行評價的一 種無損檢測技術。 根據(jù)超聲波在物體中的多種傳播特性， 例如反射、 透射與折射、 衍射與散射、衰減、諧振以及聲速等的變化，可以測知許多物體的尺寸、表面與 內(nèi)部缺陷、 組織變化等。 與其它常規(guī)無損檢測技術相比， 它具有被測對象范圍廣， 檢測深度大;缺陷定位準確，檢測靈敏度高；成本低，使用方便；速度快，對人 體無害以及便于現(xiàn)場使用等特點。 因此其應用范圍很廣。 超聲無損檢測技術的主要應用 （1）超聲檢測在工業(yè)無損檢測技術技術中占有重要地位。金屬材料（鍛件、 鑄件、焊接件、型材、膠接結(jié)構(gòu)）的探傷、厚度測量、硬度測量、纖維組織評價。 非金屬的檢測，如混凝土、巖石、樁基和路面等質(zhì)量檢驗，包括對其內(nèi)部缺陷、 內(nèi)應力、強度的檢測應用；陶瓷土坯的濕度、陶瓷制件的缺陷檢測；氣體介質(zhì)特 性分析等。 （2）各種新材料的檢測。如有機基復合材料、金屬基復合材料、結(jié)構(gòu)陶瓷 材料、陶瓷基復合材料等，超聲檢測技術已成為復合材料的支柱。 （3）在海洋地質(zhì)領域有許多方面的應用，例如聲納、魚群探測、海底形貌 探測、地質(zhì)構(gòu)造探測等。 （4）核電工業(yè)的超聲檢測。 （5）在醫(yī)學診斷方面廣泛應用超聲檢測技術，例如 B 超檢測。 （6）在農(nóng)業(yè)方面，農(nóng)產(chǎn)品的成熟度、農(nóng)畜產(chǎn)品的內(nèi)部缺陷、畜產(chǎn)品的異物 等的檢測。 目前人們正試圖將超聲檢測技術用于開辟其它新領域和行業(yè),如人們正努
力將超聲檢測技術用于血壓控制系統(tǒng)進行系統(tǒng)作非接觸檢測、辨識。性能分析和 故障診斷等
2、磁粉檢測技術及應用 磁粉檢測的基本原理是利用鐵磁性材料或工件被磁化后， 如果在表面和近 表面有材料的不連續(xù)性的存在（材料的均質(zhì)狀態(tài)或致密性受到破壞） ，則在不連 續(xù)處磁力線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，在合適的 光照下形成目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、大小、形狀和嚴重程 度等． 由于有趨膚效應存在， 鐵磁性材料中的磁通基本集中在材料的表面和進表 面，因此磁粉檢測局限在檢查鐵磁性材料的表面和近表面，此外還不適用于檢測 銅、呂、鎂、鈦合金等非鐵磁性金屬材料外。但是它的優(yōu)點較多，適用范圍較廣， 成為五大常規(guī)檢測技術之一。由于磁粉檢測的特點和局限性，一般只應用在工業(yè) 上，其適用范圍如下： （1）適用于檢測鐵磁性
材料工件表面和近表面尺寸很小，間隙極窄的鐵磁性 材料的微小裂紋和目視難以看出的缺陷． （2）適用于檢測馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼材料，不適用于檢測奧氏體 不銹鋼材料． （3）適用于檢測未加工的原材料（如綱坯）和加工的半成品、成品件及在役 與使用過的工件． （4）適用于檢測管材、棒材、板材、形材和鍛鋼件、鑄鋼件及焊接件． （5）使用于檢測工件表面和近表面的缺陷，但不適用于檢測工件表面淺而寬 的缺陷、埋藏較深的內(nèi)部缺陷和延伸方向與磁力線方向夾角小于２０度的缺陷．
3、渦流檢測技術及應用 當向一個線圈中通入交變電流時， 該線圈將產(chǎn)生垂直于電流方向的交變磁 場，當此交變磁場與導體產(chǎn)生相對運動時，導體中會產(chǎn)生垂直于磁場并與電流方 向相反的渦電流，即渦流。渦流檢測是利用電磁感應原理，通過測定被檢測工件 內(nèi)感應出的渦流的變化來檢查導電材料或工件的某些性能或發(fā)現(xiàn)缺陷。 渦流檢測的優(yōu)點是檢測速度快，檢測成本低，操作方便等。按試件的形狀 和檢測目的的不同，可采用不同形式的線圈，通常有穿過式、探頭式和插入式線 圈 3 種。 （1） 穿過式線圈用來檢測管材、 棒材和線材， 它的內(nèi)徑略大于被檢物件， 使用時使被檢物體以一定的速度在線圈內(nèi)通過。（2） 探頭式線圈適用于對試件進 行局部探測。 可檢查飛機起落撐桿內(nèi)筒上和渦輪發(fā)動機葉片上的疲勞裂紋等。 3） （ 插入式線圈也稱內(nèi)部探頭，放在管子或零件的孔內(nèi)用來作內(nèi)壁檢測，可用于檢查 各種管道內(nèi)壁的腐蝕程度等。 渦流法適用于鋼鐵、有色金屬、石墨等導電材料的制品的檢測，主要用于 生產(chǎn)線上的管材、棒材、線材、絲材，鍛件等的快速檢測（可發(fā)現(xiàn)裂紋、夾雜、 凹坑等缺陷） 以及大批量零件如軸承鋼球、 汽門等的探傷、 材質(zhì)分選和硬度測量， 也可用來測量鍍層和涂膜的厚度。
4、滲透檢測技術及應用 利用液體的毛細管作用， 將溶有熒光染料或著色染料的滲透液施加到零部 件表面，滲透液滲入到細小的表面開口缺陷處，清除附著在工件表面的多余的滲 透液， 經(jīng)干燥后再通過顯象劑將滲入的滲透液吸出到表面， 形成放大的缺陷顯示， 即可檢測出缺陷的形貌和分布狀態(tài)。這種無損檢測方法稱為滲透檢測。 滲透檢測方法可檢查各種非疏孔性金屬和非金屬材料的表面開口缺陷， 如
可檢驗鍛件、鑄件、焊縫、陶瓷、玻璃、塑料、以及機械零件等的裂紋、氣孔、 折疊、疏松、冷隔等。特別是無法采用磁性檢測的材料，例如呂、鎂、鈦合金、 奧氏體鋼等的制品。
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