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無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用
《無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用》
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班 級(jí)
無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用
一、 無(wú)損檢測(cè)概述
無(wú)損檢測(cè) 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(duì)象使用性能的前提下，檢測(cè)被檢對(duì)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(jìn)而判定被檢對(duì) 象所處技術(shù)狀態(tài)（如合格與否、剩余壽命等）的所有技術(shù)手段的總稱。
與破壞性檢測(cè)相比，無(wú)損檢測(cè)具有以下顯著特點(diǎn)：
(1) 非破壞性
(2) 全面性
(3) 全程性
(4) 可靠性問(wèn)題
開展無(wú)損檢測(cè)的研究與實(shí)踐意義是多方面的，主要表現(xiàn)在以下幾方面：
(1) 改進(jìn)生產(chǎn)工藝：采用無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)制造用原材料直至最終的產(chǎn)品進(jìn)行全程檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)某些工藝環(huán)節(jié)的不足之處，為改進(jìn)工藝提供指導(dǎo)，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(wú)損檢測(cè)可對(duì)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(shí)行全過(guò)程檢測(cè)，為保證最終產(chǎn)品年質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。
(3) 降低生產(chǎn)成本：在產(chǎn)品的制造設(shè)計(jì)階段，通過(guò)無(wú)損檢測(cè)，將存有缺陷的工件及時(shí)清理出去，可免除后續(xù)無(wú)效的加工環(huán)節(jié)，減小原材料和能源的消耗節(jié)約工時(shí)，降低生產(chǎn)成本。
(4) 保證設(shè)備的安全運(yùn)行：由于破壞性檢測(cè)只能是抽樣檢測(cè)不可能進(jìn)行100%的全面檢測(cè)，所得的檢測(cè)結(jié)論只反映同類被檢對(duì)象的平均質(zhì)量水平。
此外，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在食品加工領(lǐng)域，如材料的選購(gòu)、加工過(guò)程品質(zhì)的變化、流通環(huán)節(jié)的質(zhì)量變化等過(guò)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(dòng)生產(chǎn)率方面起到積極的促進(jìn)作用。作為一種新興的檢測(cè)技術(shù)，其具有以下特征：無(wú)需大量試劑；不需前處理工作，試樣制作簡(jiǎn)單；即使檢測(cè)，在線檢測(cè)；不損傷樣品，無(wú)污染等等。
無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)上有非常廣泛的應(yīng)用，如航空航天、核工業(yè)、武器制造、機(jī)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(shè)備、以及海關(guān)檢查等等。 “現(xiàn)代工業(yè)是建立在無(wú)損檢測(cè)基礎(chǔ)之上的”并非言過(guò)其實(shí)。
無(wú)損檢測(cè)分為常規(guī)檢測(cè)技術(shù)和非常規(guī)檢測(cè)技術(shù)。常規(guī)檢測(cè)技術(shù)有：超聲檢測(cè) Ultrasonic Testing（縮寫 UT）、射線檢測(cè) Radiographic Testing（縮寫 RT）、磁粉檢測(cè) Magnetic particle Testing（縮寫 MT）、滲透檢驗(yàn)Penetrant Testing （縮寫 PT）、渦流檢測(cè)Eddy current Testing（縮寫 ET）。非常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有： 聲發(fā)射Acoustic Emission(縮寫 AE)、 紅外檢測(cè)Infrared（縮寫 IR）、激光全息檢測(cè)Holographic Nondestructive Testing（縮寫HNT）等。
二、無(wú)損檢測(cè)的方法
現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)的定義是：在不損壞試件的前提下，以物理或化學(xué)方法為手段，借助先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備器材，對(duì)試件的內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)，性質(zhì)，狀態(tài)進(jìn)行檢查和測(cè)試的方法。
1、射線檢測(cè)
射線檢測(cè)技術(shù)一般用于檢測(cè)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(cè)不適用于鍛件、管材、棒材的檢測(cè)。射線檢測(cè)方法可獲得缺陷的直觀圖像，對(duì)長(zhǎng)度、寬度尺寸的定最也比較準(zhǔn)確，檢測(cè)結(jié)果有直觀紀(jì)錄，可以長(zhǎng)期保存。但該方法對(duì)體積型缺陷(氣孔、夾渣)檢出率高，對(duì)體積型缺陷(如裂紋未熔合類)，如果照相角度不適當(dāng)，容易漏檢。另外該方法不適宜較厚的工件，且檢測(cè)成本高、速度慢，同時(shí)對(duì)人體有害，需做特殊防護(hù)。
2、超聲波檢測(cè)
超聲檢測(cè)是利用超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)產(chǎn)生衰減，遇到界面產(chǎn)生反射的性質(zhì)來(lái)檢測(cè)缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法。與其它常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比，它具有被測(cè)對(duì)象范圍廣；檢測(cè)深度大；缺陷定位準(zhǔn)確，檢測(cè)靈敏度高；成本低，使用方便；速度快，對(duì)人體無(wú)害以及便于現(xiàn)場(chǎng)使用等特點(diǎn)。目前大量應(yīng)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(fù)合層、壓力容器及高壓管道、路軌和機(jī)車車輛零部件、棱元件及集成電路引線的檢測(cè)等。
3、滲透檢測(cè)
滲透檢測(cè)(PenetrantTest， )是基于毛細(xì)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(cè)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(cè)方法在壓力容器檢測(cè)中的廣泛應(yīng)用，必須合理選擇滲透劑及檢測(cè)工藝、標(biāo)準(zhǔn)試塊及受檢壓力容器實(shí)際缺陷試塊，使用可行的滲透榆測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)等來(lái)提高滲透檢測(cè)的可靠性。該方法操作簡(jiǎn)單成本低，缺陷顯示贏觀，檢測(cè)靈敏度高，可檢測(cè)的材料和缺陷范圍廣，對(duì)形狀復(fù)雜的部件～次操作就可大致做到全面檢測(cè)。但只能檢測(cè)出材料的表面開口缺陷且不適用于多孔性材料的檢驗(yàn)，對(duì)工件和環(huán)境有污染。滲透檢測(cè)方法在檢測(cè)表面微細(xì)裂紋時(shí)往往比射線檢測(cè)靈敏度高，還可用于磁粉檢測(cè)無(wú)法應(yīng)用到的部位。
4、聲發(fā)射檢測(cè)
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(yīng)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(cè)就是通過(guò)探測(cè)受力時(shí)材料內(nèi)部發(fā)出的應(yīng)力波判斷容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷程度的一種新的無(wú)損檢測(cè)方法。在構(gòu)件裂紋形成、擴(kuò)展直至開裂過(guò)程中會(huì)發(fā)射出能量大小不同的聲發(fā)射信號(hào)，根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)的大小可判斷是否有裂紋產(chǎn)生、及裂紋的擴(kuò)展程度。
聲發(fā)射與X射線、超聲波等常規(guī)檢測(cè)方法的主要區(qū)別在于它是一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)方法。聲發(fā)射信號(hào)是在外部條件作用下產(chǎn)生的，對(duì)缺陷的變化極為敏感，可以檢測(cè)到微米數(shù)量級(jí)的顯微裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展的有關(guān)信息，檢測(cè)靈敏度很高。此外，因?yàn)榻^大多數(shù)材料都具有聲發(fā)射特征．所以聲發(fā)射檢測(cè)不受材料限制，可以長(zhǎng)期連續(xù)地監(jiān)視缺陷的安全性和超限報(bào)警。
5、磁記憶檢測(cè)
磁記憶(metal magnetic memory，MMM)檢測(cè)方法就是通過(guò)測(cè)量構(gòu)件磁化狀態(tài)來(lái)推斷其應(yīng)力集中區(qū)的一種無(wú){fIj檢測(cè)方法，其本質(zhì)為漏磁檢測(cè)方法。磁記憶檢測(cè)方法用于發(fā)現(xiàn)存在材料構(gòu)件的高應(yīng)力集中部位，它采用磁記憶檢測(cè)儀對(duì)構(gòu)件焊縫進(jìn)行快速掃查，從而發(fā)現(xiàn)焊縫上存在的應(yīng)力峰值部位，然后對(duì)這些部位進(jìn)行表面磁粉檢測(cè)、內(nèi)部超聲檢測(cè)、硬度測(cè)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(cè)方法不要求對(duì)被檢測(cè)對(duì)象表面做專門的準(zhǔn)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(dòng) 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(jìn)行檢測(cè)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(cè)對(duì)象實(shí)際應(yīng)力? 變形狀況的信息，并找出應(yīng)力集中區(qū)形成的原因。但此方法
目前不能單獨(dú)作為缺陷定性的無(wú)損檢測(cè)方法。在實(shí)際應(yīng)用中，必須輔助以其他的無(wú)損檢測(cè)方 法。
三、無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用
隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)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(wú)損檢測(cè)技術(shù)將發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。 在現(xiàn)代化生產(chǎn)和建設(shè)中，高溫、高壓、高速度和高負(fù)荷無(wú)處不在，要保證產(chǎn)品的 高質(zhì)量必須進(jìn)行百分百的檢測(cè)，這就要求不破壞產(chǎn)品原來(lái)的形狀、不改變產(chǎn)品的 使用性能。從而無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是在不損壞被檢測(cè)對(duì)象的 情況下， 利用被檢測(cè)對(duì)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(yīng)量發(fā)生的變化，從而測(cè)量這些變化以了解和評(píng)價(jià)被檢 測(cè)對(duì)象的性質(zhì)、狀態(tài)、質(zhì)量或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的技術(shù)。 在工業(yè)領(lǐng)域已獲得實(shí)際應(yīng)用的和已在實(shí)驗(yàn)室階段獲得成功的無(wú)損檢測(cè)方 法已達(dá)五、六十種甚至更多，隨著工業(yè)生產(chǎn)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，還將會(huì)出現(xiàn)更多 的無(wú)損檢測(cè)方法與種類。根據(jù)檢測(cè)原理不同，無(wú)損檢測(cè)可分為聲學(xué)方法檢測(cè)、射 線檢測(cè)、電學(xué)方法檢測(cè)、磁學(xué)方法檢測(cè)、微波和介電方法檢測(cè)、光學(xué)方法檢測(cè)、 熱學(xué)方法檢測(cè)、 滲透檢測(cè)與滲透檢測(cè)等。 其中超聲波檢測(cè)、 磁粉檢測(cè)、 渦流檢測(cè)、 滲透檢測(cè)和射線檢測(cè)被稱為五大常規(guī)檢測(cè)技術(shù)。
1、超聲波檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 超聲波是頻率高于 20000 赫茲的聲波，它的特點(diǎn)是方向性好，穿透能力 強(qiáng)， 易于獲得較集中的聲能。 超聲檢測(cè)技術(shù)是使超聲波與被檢測(cè)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(duì)被檢測(cè)工件進(jìn)行缺陷檢測(cè)、幾何特征 測(cè)量、組織機(jī)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測(cè)和表征，并進(jìn)行對(duì)其應(yīng)用性進(jìn)行評(píng)價(jià)的一 種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。 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(cè)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(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比， 它具有被測(cè)對(duì)象范圍廣， 檢測(cè)深度大;缺陷定位準(zhǔn)確，檢測(cè)靈敏度高；成本低，使用方便；速度快，對(duì)人 體無(wú)害以及便于現(xiàn)場(chǎng)使用等特點(diǎn)。 因此其應(yīng)用范圍很廣。 超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的主要應(yīng)用 （1）超聲檢測(cè)在工業(yè)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)技術(shù)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(cè)量、硬度測(cè)量、纖維組織評(píng)價(jià)。 非金屬的檢測(cè)，如混凝土、巖石、樁基和路面等質(zhì)量檢驗(yàn)，包括對(duì)其內(nèi)部缺陷、 內(nèi)應(yīng)力、強(qiáng)度的檢測(cè)應(yīng)用；陶瓷土坯的濕度、陶瓷制件的缺陷檢測(cè)；氣體介質(zhì)特 性分析等。 （2）各種新材料的檢測(cè)。如有機(jī)基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)陶瓷 材料、陶瓷基復(fù)合材料等，超聲檢測(cè)技術(shù)已成為復(fù)合材料的支柱。 （3）在海洋地質(zhì)領(lǐng)域有許多方面的應(yīng)用，例如聲納、魚群探測(cè)、海底形貌 探測(cè)、地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)等。 （4）核電工業(yè)的超聲檢測(cè)。 （5）在醫(yī)學(xué)診斷方面廣泛應(yīng)用超聲檢測(cè)技術(shù)，例如 B 超檢測(cè)。 （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(cè)。 目前人們正試圖將超聲檢測(cè)技術(shù)用于開辟其它新領(lǐng)域和行業(yè),如人們正努
力將超聲檢測(cè)技術(shù)用于血壓控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)作非接觸檢測(cè)、辨識(shí)。性能分析和 故障診斷等
2、磁粉檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 磁粉檢測(cè)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(chǎng)，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(yán)重程 度等． 由于有趨膚效應(yīng)存在， 鐵磁性材料中的磁通基本集中在材料的表面和進(jìn)表 面，因此磁粉檢測(cè)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(cè) 銅、呂、鎂、鈦合金等非鐵磁性金屬材料外。但是它的優(yōu)點(diǎn)較多，適用范圍較廣， 成為五大常規(guī)檢測(cè)技術(shù)之一。由于磁粉檢測(cè)的特點(diǎn)和局限性，一般只應(yīng)用在工業(yè) 上，其適用范圍如下： （1）適用于檢測(cè)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(cè)馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼材料，不適用于檢測(cè)奧氏體 不銹鋼材料． （3）適用于檢測(cè)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(guò)的工件． （4）適用于檢測(cè)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(cè)工件表面和近表面的缺陷，但不適用于檢測(cè)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(cè)技術(shù)及應(yīng)用 當(dāng)向一個(gè)線圈中通入交變電流時(shí)， 該線圈將產(chǎn)生垂直于電流方向的交變磁 場(chǎng)，當(dāng)此交變磁場(chǎng)與導(dǎo)體產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生垂直于磁場(chǎng)并與電流方 向相反的渦電流，即渦流。渦流檢測(cè)是利用電磁感應(yīng)原理，通過(guò)測(cè)定被檢測(cè)工件 內(nèi)感應(yīng)出的渦流的變化來(lái)檢查導(dǎo)電材料或工件的某些性能或發(fā)現(xiàn)缺陷。 渦流檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)速度快，檢測(cè)成本低，操作方便等。按試件的形狀 和檢測(cè)目的的不同，可采用不同形式的線圈，通常有穿過(guò)式、探頭式和插入式線 圈 3 種。 （1） 穿過(guò)式線圈用來(lái)檢測(cè)管材、 棒材和線材， 它的內(nèi)徑略大于被檢物件， 使用時(shí)使被檢物體以一定的速度在線圈內(nèi)通過(guò)。（2） 探頭式線圈適用于對(duì)試件進(jìn) 行局部探測(cè)。 可檢查飛機(jī)起落撐桿內(nèi)筒上和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)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(lái)作內(nèi)壁檢測(cè)，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(dǎo)電材料的制品的檢測(cè)，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(cè)（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(cè)量， 也可用來(lái)測(cè)量鍍層和涂膜的厚度。
4、滲透檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 利用液體的毛細(xì)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(xì)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(guò)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(cè)出缺陷的形貌和分布狀態(tài)。這種無(wú)損檢測(cè)方法稱為滲透檢測(cè)。 滲透檢測(cè)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(yàn)鍛件、鑄件、焊縫、陶瓷、玻璃、塑料、以及機(jī)械零件等的裂紋、氣孔、 折疊、疏松、冷隔等。特別是無(wú)法采用磁性檢測(cè)的材料，例如呂、鎂、鈦合金、 奧氏體鋼等的制品。
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