第6章無損檢測方法

第6章常用無損檢測方法6.1無損檢測概述6.2超聲檢測

6.3射線檢測

6.4渦流檢測

6.5聲發射檢測

6.6紅外檢測

6.7激光全息檢測

6.8其他無損檢測方法

6.1無損檢測概述無損檢測的定義無損檢測的目的和任務常用無損檢測技術的方法及應用缺陷的種類和產生原因無損檢測NDT（Non-destructivetesting），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、性質和數量等信息，進而判定被檢對象所處技術狀態（如合格與否、剩余壽命等）的所有技術手段的總稱。

無損檢測的定義NDT是指對材料或工件實施一種不損害或不影響其未來使用性能或用途的檢測手段。通過使用NDT，能發現材料或工件內部和表面所存在的缺欠，能測量工件的幾何特征和尺寸，能測定材料或工件的內部組成、結構、物理性能和狀態等。宏觀與微觀；定性與定量無損檢測的目的

1．確保工件或設備質量，保證設備安全運行

用無損檢測來保證產品質量，使之在規定的使用條件下，在預期的使用壽命內，產品的部分或整體都不會發生破損，從而防止設備和人身事故。這就是無損檢測最重要的目的之一。

2．改進制造工藝

．

無損檢測不僅要把工件中的缺陷檢測出來，而且應該幫助其改進制造工藝。例如，焊接某種壓力容器，為了確定焊接規范，可以根據預定的焊接規范制成試樣，然后用射線照相檢查試樣焊縫，隨后根據檢測結果，修正焊接規范，最后確定能夠達到質量要求的焊接規范。無損檢測的目的

3．降低制造成本

通過無損檢測可以達到降低制造成本的目的。例如，焊接某容器，不是把整個容器焊完后才無損檢測，而是在焊接完工前的中間工序先進行無損檢測，提前發現不合格的缺陷，及時進行修補。這樣就可以避免在容器焊完后，由于出現缺陷而整個容器不合格，從而節約了原材料和工時費，達到降低制造成本的目的。無損檢測的應用范圍和應用特點（一）檢測范圍

1．組合件的內部結構或內部組成情況的檢查2．材料、鑄鍛件和焊中缺陷縫的檢查

(1)質量評定

(2)壽命評定

3．材料和機器的計量檢測

通過定量的測定材料和機器的變形量或腐蝕量來確定能不能繼續使用。例如，用超聲波測厚儀來測定容器的腐蝕量，通過射線照相來測定原子反應堆用過的燃料棒的變形量、噴氣發動機葉片的變形量等。74．材質的無損檢測

無損檢測可以用來驗證材料品種是否正確，是否按規定進行處理，例如，可采用電磁感應法來進行材質混料的分選和材料熱處理狀態的判別。5．表面處理層的厚度測定

確定各種表面層的深度和厚度。例如，用電磁感應檢測法可以測定滲碳淬火層的深度和鍍層的厚度。6．應變測試8(二)應用特點1．無損檢測要與破壞性檢測相配合無損檢測的最大特點是在不損傷材料、工件和機器結構物的前提下來進行檢測的。但是無損檢測不能代替破壞性檢測。2．正確選用實施無損檢測的時間在進行無損檢測時，必須根據無損檢測的目的，正確選用無損檢測實施的時間。例如，要檢查高強鋼焊縫有無延遲裂紋，無損檢測實施時間，就應安排在焊接后一晝夜以后進行。又如，要檢查熱處理工藝是否正確，就應將無損檢測實施時間放在熱處理后進行。從上述例子說明，只有正確的選用實施無損檢測時間，才能正確評價產品質量。

3．正確選用最適當的無損檢測方法

無損檢測在應用中，由于檢測方法本身特點所限，缺陷不能完全檢出。為了提高檢測結果的可靠性，必須在檢測前，根據被檢物的材質、加工種類、加工過程或使用過程，預計可能產生什么種類、什么形狀的缺陷，在什么部位、什么方向產生；根據以上種種情況分析，然后根據無損檢測方法各自的特點選擇最合適的檢測方法。4．綜合應用各種無損檢測方法

在無損檢測應用中，每種無損檢測方法都有它自己的優點，也有它的缺點。因此，在無損檢測的應用中，如果可能，不要只采用一種無損檢測方法，而應盡可能多的同時采用幾種方法，以便保證各種檢測方法互相取長補短，從而取得更多的信息。另外，還應利用無損檢測以外的其他檢測所得的信息，利用有關材料、焊接、加工工藝的知識及產品結構的知識，綜合起來進行判斷。

應特別指出的是，射線檢測和超聲檢測不能互為代替，因為兩者各有側重功能。雖然標準中曾有過可以互為代替使用的規定。現行規定：選擇超聲波檢測時，還可對超聲波檢測部位作射線檢測復驗，選擇射線探傷時也可進行超聲波檢測復驗。常規無損檢測方法有：超聲檢測UltrasonicTesting（縮寫UT）；射線檢測RadiographicTesting（縮寫RT）；磁粉檢測MagneticparticleTesting（縮寫MT）；滲透檢驗PenetrantTesting（縮寫PT）；渦流檢測EddycurrentTesting（縮寫ET）；

目視檢測VisualTesting（縮寫VT）；非常規無損檢測技術有：聲發射AcousticEmission(縮寫AE)；泄漏檢測LeakTesting（縮寫LT）；衍射波時差法超聲檢測技術TimeofFlightDiffraction(縮寫ToFD)；導波檢測GuidedWaveTesting；光全息照相OpticalHolography；紅外熱成象InfraredThermography；微波檢測MicrowaveTesting各種無損檢測方法的區別超聲波與射線檢測的對比主要無損檢測方法的適用性和特點各種材料中出現的主要缺陷及其產生的原因如下：(一)鑄件中常見的缺陷及其產生原因(1)氣孔溶化的金屬在凝固時，其中的氣體來不及逸出而在金屬表面或內部發生的圓孔。(2)夾渣澆鑄時由于鐵水包中的溶渣沒有與鐵水分離，混進鑄件而形成的缺陷。(3)夾砂澆鑄時由于砂型的砂子剝落，混進鑄件而形成的缺陷。(4)密集氣孔鑄件在凝固時由于金屬的收縮而發生的氣孔群。(一)鑄件中常見的缺陷及其產生原因(5)冷夾主要是由于澆鑄溫度太低，金屬熔液在鑄模中不能充分流動，在鑄件表面生成冷夾。(6)縮孔和疏松鑄件在凝固過程中由于收縮以及補縮不足所產生的缺陷叫縮孔。而沿鑄件中心呈多孔性組織分布叫中心疏松。(7)裂紋由于材質和鑄件形狀不適當，在凝固時因收縮應力而產生的裂紋。在高溫下產生的叫熱裂紋，在低溫下產生的叫冷裂紋。(8)型芯撐和內冷鐵型芯的支撐物遺留在鑄件內，或者為了增加凝固速度所用的冷鐵和內冷鐵附著，遺留于鑄件上形成的缺陷。(二)鍛件中常見的缺陷及其產生的原因(1)縮孔和縮管鑄錠時，因冒口切除不當，鑄模設計不良，以及鑄造條件(溫度、澆注速度、澆注方法、熔煉等)不良所產生的縮孔沒有被鍛合而遺留下來的缺陷。(2)非金屬夾雜物煉鋼時，由于熔煉不良以及鑄錠不良，混進硫化物和氧化物等非金屬夾渣物或者耐火材料等所造成的缺陷。(3)夾渣由于鑄錠時，溶渣和耐火材料或夾渣時太多，留在鍛件中形成的缺陷。(4)龜裂

鍛鋼件表面上出現的較淺的龜狀表面缺陷叫龜裂。它是由于原材料成分不當，原材料表面情況不好，加熱溫度和加熱時間不合適而產生的。(三)焊件中常見的缺陷及其產生原因焊接接頭缺陷的類型很多，按在接頭中的位置可分為外部缺陷和內部缺陷兩大類。1．外部缺陷位于接頭的表面，用肉眼或低倍放大鏡就可看到，如咬邊、焊瘤、弧坑、表面氣孔和裂紋等。這類缺陷不加討論。2．內部缺陷位于接頭內部，必須通過各種無損檢測方法或破壞性試驗才能發現。內部缺陷有未焊透、未熔合、夾渣、氣孔、裂紋等。

(1)未焊透焊接時接頭根部未完全熔透的現象。在底片呈現規則性的黑色條紋，成直線連續狀或間斷分布，邊緣整齊。未焊透缺陷不僅降低了焊接接頭的機械性能，而且在未焊透處的缺口和端部形成應力集中點承載后往往會引起裂紋，是一種危險性缺陷，這類缺陷一般是不允許存在的。(2)未熔合熔焊時，焊道與母材之間或焊道與焊道之間，未完全熔化結合的部分，點焊時母材與母材之間未完全熔化結合的部分。(3)夾渣、夾雜物夾渣是指焊后殘留在焊縫中的熔渣。夾雜物是指由于焊接冶金產生的、焊后殘留在焊縫金屬中的非金屬雜質(如氧化物、硫化物等)。兩種缺陷是焊縫中常見的缺陷，其形狀有條狀和點狀，外形不規則。(4)氣孔

在焊接過程中，由于焊縫內部存在的或外界侵入的氣體。在熔池金屬凝固之前來不及逸出，而殘留在焊縫金屬內所形成的空穴，按分布情況可分為單個氣孔、密集氣孔和鏈狀氣孔。(5)裂紋

裂紋主要是在熔焊冷卻時因熱應力和相變應力而產生的，也有在校正和疲勞過程中產生的，是危險性最大的一種缺陷。

6.2超聲檢測超聲波檢測（UT）定義定義：通過超聲波與試件相互作用，就反射、透射和散射的波進行研究，對試件進行宏觀缺陷檢測、幾何特性測量、組織結構和力學性能變化的檢測和表征，并進而對其特定應用性進行評價的技術。超聲檢測是利用超聲波的眾多特性（如反射和衍射），通過觀察顯示在超聲檢測儀上的有關超聲波在被檢材料或工件中發生的傳播變化，來判定被檢材料和工件的內部和表面是否存在缺陷，從而在不破壞或不損害被檢材料和工件的情況下，評估其質量和使用價值。（l）縱波當彈性介質受到交替變化的拉、壓應力作用時，就會相應產生交替變化的拉伸和壓縮形變。此時質點振動方向與波傳播方向相同，這種波被稱為縱波。通常用符號“L”表示。（2）橫波當固體介質受到交變的剪切應力作用時，將發生相應的剪切變形，介質質點產生具有波峰和波谷的橫向振動，這時質點的振動方向與波的傳播方向垂直。這種波稱為“橫波”，又稱為剪切波常用符號“S”表示。超聲波波型由于液體和氣體不存在剪切應力，所以液體和氣體中只能傳播縱波，不能傳播橫波。（3）表面波當介質表面受到交變應力作用時，產生沿介質表面傳播的波，稱為表面波，常用符號“R”表示。表面波在介質表面傳播時，介質表面質點作橢圓運動。橢圓運動可視為縱向振動和橫向振動的合成，因此表面波同橫波一樣只能在固體介質中傳播，不能在液體和氣體介質中傳播。（4）板波（蘭姆波）

在板厚和波長相當的彈性薄板中傳播的超聲波叫板波(或蘭姆波)。板波傳播時聲場遍及整個板的厚度。薄板兩表面質點的振動為縱波和橫波的組合，質點振動的軌跡為一橢圓，在薄板的中間也有超聲波傳播。板波按其傳播方式又可分為對稱型（S型）和非對稱型（A型）兩種，這是由質點相對于板的中間層作對稱型還是非對稱型運動來決定的。

板波(a)對稱型；(b)非對稱型超聲波工作頻率超聲波是頻率大于20kHz的一種機械波（相對于頻率范圍在20Hz～20kHz的聲波而言）。超聲檢測用的超聲波，其頻率范圍一般在0.25MHz～15MHz之間。用于金屬材料超聲檢測的超聲波，其頻率范圍通常在0.5MHz～10MHz之間；而用于普通鋼鐵材料超聲檢測的超聲波，其頻率范圍通常為1MHz～5MHz。超聲波被用于無損檢測，主要是因為有以下幾個特性：①超聲波在介質中傳播時，遇到界面會發生反射；②超聲波指向性好，頻率愈高，指向性愈好；③超聲波傳播能量大，對各種材料的穿透力較強。通常，超聲檢測采用了不同的技術：——按波源不同可分為：連續波、脈沖波；——按波型不同可分為：縱波、橫波、表面波、板波、爬波；

——按接收方式不同可分為：回波（反射）、穿透；

——按耦合方式不同可分為：接觸式、液浸式；

——按探頭數不同可分為：單探頭、雙探頭、多探頭。脈沖回波（脈沖反射）技術是超聲檢測中最常用的一種技術，其所用的超聲波是一種脈沖波，即波源振動持續時間很短（通常是微秒數量級）、僅在很短一段時間內有振幅（間歇發射）的一種機械波動。通常，脈沖回波超聲檢測的過程是：由超聲檢測儀（亦稱超聲波探傷儀）產生脈沖電信號，輸入到換能器（或探頭）上，激勵換能器的壓電晶片發射脈沖超聲波；超聲波透射（或折射）進入被檢材料或工件中，經過反射或衍射等傳播變化，最終又被換能器的壓電晶片所接收，再轉換成電信號，輸送回超聲檢測儀顯示出來；最后，通過對顯示屏進行觀察，來分析和評價被檢材料或工件的內部或表面質量。超聲波檢測（UT）原理超聲波工作的原理：主要是基于超聲波在試件中的傳播特性。a.聲源產生超聲波，采用一定的方式使超聲波進入試件；b.超聲波在試件中傳播并與試件材料以及其中的缺陷相互作用，使其傳播方向或特征被改變；c.改變后的超聲波通過檢測設備被接收，并可對其進行處理和分析；d.根據接收的超聲波的特征，評估試件本身及其內部是否存在缺陷及缺陷的特性。超聲波檢測的優缺點a.適用于金屬、非金屬和復合材料等多種制件的無損檢測；b.穿透能力強，可對較大厚度范圍內的試件內部缺陷進行檢測。如對金屬材料，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；c.缺陷定位較準確；d.對面積型缺陷的檢出率較高；e.靈敏度高，可檢測試件內部尺寸很小的缺陷；f.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。34超聲波檢測的優缺點a.對試件中的缺陷進行精確的定性、定量仍須作深入研究；b.對具有復雜形狀或不規則外形的試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.材質、晶粒度等對檢測有較大影響；e.以常用的手工A型脈沖反射法檢測時結果顯示不直觀，且檢測結果無直接見證記錄。超聲波檢測（UT）使用范圍a.從檢測對象的材料來說，可用于金屬、非金屬和復合材料；b.從檢測對象的制造工藝來說，可用于鍛件、鑄件、焊接件、膠結件等；c.從檢測對象的形狀來說，可用于板材、棒材、管材等；d.從檢測對象的尺寸來說，厚度可小至1mm，也可大至幾米；e.從缺陷部位來說，既可以是表面缺陷，也可以是內部缺陷。超聲波檢測的應用超聲波檢測是工業無損檢測中應用最為廣泛的一種方法。就無損探傷而言，超聲波法適用于各種尺寸的鍛件、軋制件、焊縫和某些鑄件，無論是鋼鐵、有色金屬和非金屬，都可以采用超聲波法進行檢驗。各種機械零件、結構件、電站設備、船體、鍋爐、壓力容器和化工容器、非金屬材料等，都可以用超聲波進行有效的檢測。有的采用手動方式，有的可采用自動化方式。就物理性能檢測而言，用超聲波法可以無損檢測厚度、材料硬度、淬硬層深度、晶粒度、液位和流量、殘余應力和膠接強度等。脈沖反射式超聲探傷儀的原理脈沖反射法：超聲波以持續極短的時間發射脈沖到被檢工件內，利用被檢工件底面或內部缺陷的反射回波探測反射源的位置和大小的方法。其工作原理圖如下所示。

一般只需要一個探頭兼做發射和接收。超聲探傷主要是判斷工件材料有無缺陷，若有缺陷時，確定缺陷的大小和位置，進而評定其有無使用價值和修復的可能性。a.判斷缺陷的存在

換能器發射的超聲波在工件內部傳播時，當遇到不同介質時，將發生反射，反射信號的強度與反射率R的大小有關，而反射率R只與反射介質和反射介質的材料有關。由于反射信號通過的聲程是一定的，故換能器獲得的反射信號的強度也是一定的。當工件無缺陷時，只有始發射脈沖波和底面反射波，二者之間沒有其他回波。當工件中有面積小于聲束截面的小缺陷，則會在始波和底波之間出現缺陷回波。缺陷回波在時間軸上的位置可以確定缺陷在工件中的位置，缺陷回波幅度的大小取決于缺陷在聲束入射方向上的投影面積的大小，當有缺陷回波出現時，底波高度下降。當工件中缺陷大于聲束截面時，全部聲能被缺陷所反射，只有始波和缺陷回波，不會出現底波b.缺陷的定位

由于超聲波在介質的波速是一定的，在上圖中.

若工件長度L是已知的，則可以根據發射波到反射波與反射波到底波的時間的比值，來確定缺陷距探頭的距離。

若工件長度L是未知的，則可以根據聲束和聲波在介質中傳播至缺陷所需要時間和波速來定位缺陷。式中C為材料中的聲速，Tf為聲速遇到缺陷時的來回傳播時間C.缺陷的定量

超聲波探測缺陷尺寸的最小檢測極限為

工件或材料中的實際缺陷是多種多樣的，其形狀和性質也各不相同。要確定其真實大小是非常困難的，甚至是不可能的，只能采用相對比較的方法，即用未知量（缺陷）與已知量（規定的人工缺陷）的回波振幅相比較的方法，來確定缺陷的當量大小。超聲波檢測方法接觸法：就是探頭與工件表面之間經一層薄的耦合劑直接接觸進行探傷的方法。耦合劑主要起傳遞超聲波能量作用。液浸法：就是將探頭與工件全部浸入液體，或探頭與工件之間局部充以液體進行探傷的方法。液體一般用水，故又稱水浸法。探頭不直接與工件接觸，因而易于實現自動化檢測，也適用于檢測表面粗糙的工件。接觸法探傷液浸法探傷縱波脈沖反射法：超聲波以一定的速度向工件內傳播，一部分聲波遇到缺陷時反射回來；另一部分聲波繼續傳至工件底面后也反射回來。發射波、缺陷波和底波經過放大后在熒光屏上顯示。由發射波、缺陷波和底波在時間基線上的位置，即可求出缺陷的部位。橫波探傷法：是聲波以一定角度入射到工件中產生波型轉換，利用橫波進行探傷的方法。橫波入射工件后，當所遇缺陷與聲束垂直或夾角較大時，聲波發生反射，在熒光屏上出現缺陷波。橫波單收單發檢測焊縫表面波探傷法：是表面波沿著工件表面傳播檢測表面缺陷的方法。表面波的能量隨著表面下深度增加而顯著降低，在大于一個波長的深度處，表面波的能量很小，已無法進行檢測。表面波沿著工件表面傳播過程中，遇到裂紋、表面劃痕或棱角等均會發生反射。在反射的同時，部分表面波仍繼續向前傳播。用表面波法可以對工件上開口于表面的裂紋深度進行測量。表面波在棱角處的反射蘭姆波探傷法：是使蘭姆波沿著薄板(或薄壁管)兩表面及中間傳播來進行探傷的方法。當工件中有缺陷時，在缺陷處產生反射，熒光屏上出現缺陷波，當蘭姆波遇到端面時，亦會產生端面反射波。超聲波檢測儀CTS-9002入門級數字探傷儀，性能價格比高、操作簡單、低溫性能優越，適合大多數無損檢測場合使用。列舉為廣東汕頭超聲電子股份有限公司產品CTS-9003彩顯、屏幕大并且分辨率高、軟件通用型強、指標過硬、B掃等功能。適合絕大多數無損檢測場合，在電力、核電等要求嚴格場合均有應用CTS-9008針對電力行業中高壓支柱瓷絕緣子及瓷套檢測的專用數字式超聲波探傷儀。CTS-1008高端數字機方波激勵，對檢測高衰減或厚工件有良好的穿透性和信噪比體積小、重量輕萬能旋鈕操作具備遠程控制功能USB主控TOFD（超聲波衍射時差法，用于缺陷的檢測、定量和定位）探傷專用設備CTS-1008PLUSCTS-400超聲測厚儀測量范圍:0.8～500.0mmCTS-8005APLUS用于鐵路車輛輪軸探傷的數字式探傷儀，內嵌鐵道部車輛輪軸工藝規程，智能化的季度、日常校驗功能，具有五個通道，可自由切換.GT-2國內首臺為鋼軌在線檢測而設計的手推式全數字超聲探傷設備

CTS-8006具有6個獨立的發射－接收通道,性能穩定可靠、抗干擾能力強。儀器配合不同的機械傳動裝置，可實現對鋼管、鋼板、機械零件等的自動化超聲探傷超聲波檢測儀模擬探傷儀：得到的是模擬信號，不能直接進行處理，但真實。數字探傷儀：探傷信號、數據已數字化，可進行各種處理，技術先進，能夠設計多種功能，如波形存貯、回放、比較等，代表著發展方向。儀器自檢功能探傷圖形存儲、回放和打印功能探傷工藝參數存儲功能峰值搜索功能距離波福曲線繪制功能數字式探傷儀功能：選用功能：距離補償功能，探傷圖形局部放大功能，探頭和儀器技術指標測試功能。超聲波檢測儀超聲儀基本組成發射部分接收部分時間軸部分示波管電源部分輔助電路超聲波檢測儀發射部分發射部分能產生約500V以上的高壓電脈沖，這個電脈沖加到（探頭的）壓電晶片上（使晶片產生振蕩，其振蕩頻率超過20KHz）能使晶片發出超聲波。接收部分接收部分就是由衰減器、高頻放大器、檢波電路及視頻放大電路構成的。另外，還有抑制電路，抑制電路是供抑制雜波用的。時間軸部分時間軸部分能產生使示波管的電子束在水平方向自左向右作等速移動的電壓，改變電子束的移動速度（即掃描速度）就能將來自試件中不同深度處的回波顯示在刻度板上。

換能器就是將一種形式的能量轉換成另一種能量的器件。超聲換能器能將電能轉變成機械能（聲能），也能將機械能（聲能）轉變成電能。換能器常規換能器：壓電換能器新型換能器：壓電—合成換能器壓電高分子換能器特殊換能器：電磁聲換能器激光換能器換能器種類超聲波探頭探頭的主要種類接觸式縱波直探頭接觸式斜探頭液浸探頭、液浸聚焦探頭接觸式縱波聯合雙晶探頭接觸式聚焦探頭接觸式橫波聯合雙探頭超聲波探頭接觸式縱波直探頭：超聲波垂直于發射面發出，用于探測基本平行于探測面的平面或立方體型缺陷。聯合雙晶探頭：聯合雙晶探頭一般可為兩類：⑴接觸式縱波聯合雙晶探頭 使用接觸式縱波聯合雙晶探頭時，發射電脈沖在激勵壓電晶片的同時也進入儀器的接收電路。同于儀器放大器的阻塞，無法探測近探測面的缺陷縱波聯合雙探頭的結構就是二個縱波單探頭的組合，一個用于發射一個用于接收，收發探頭都有各自的延遲塊，而且兩延遲塊聲束入射平面均帶一傾角，傾角的大小（決定F焦距大小，傾角越小，焦距越大）則取決于要探測區域距探測面的深度。⑵接觸式橫波聯合雙探頭 橫波聯合雙探頭是將二個橫波斜探頭向中偏一個內傾角構成的（指聲程較近者，遠則無須），從而提高信噪比。

液浸探頭、液浸聚焦探頭：液浸探頭用于水（液體）浸法探傷，多用于自動、半自動探傷，在液浸探頭的晶片平面上加上聲透鏡即可成為液浸聚焦探頭，其性能是聲強增加，靈敏度提高。接觸式斜探頭：斜探頭有橫波斜探頭、瑞利波斜探頭（表面波）、縱波斜探頭（小角度）、藍姆波斜探頭（板波）接觸式及可變角斜探頭等多種形式。橫波斜探頭主要用于探測與探測面成一定角度的平面型及立方體型缺陷，應用廣泛。接觸式聚焦探頭：接觸式聚焦探頭可分為三類：透鏡式、反射式和曲面晶片式。

超聲波探頭電磁聲探頭優點： 不需要清除工件的表面 不需要耦合劑 高溫、低溫條件下的檢測 小直徑的棒材的檢測 探頭可設計成產生各種波型：縱波、垂直偏振的橫波、水平偏振的 橫波、板波、瑞利波、導波等等。缺點： 靈敏度較低、噪聲大 高頻難以實現（常用，如1-2.5MHz左右） 接觸工件、或者離工件一定距離（約1mm超聲波探頭空氣耦合探頭缺點： 空氣耦合的檢測技術，受到被檢測工件形狀、尺寸的限制。 不適合聲阻抗高的材料，如重金屬等 單探頭的工作方式（脈沖回波）信噪比低，難以適應實際的應用場 合。 被檢工件溫度>250攝氏度，檢測難以進行（探頭的性能、空氣的密 度） 高頻率的超聲波信號在空氣中迅速衰減，限制了檢測的應用場合。 （一般100KHz到2.5MHz，特殊條件下可到20MHz）優點： 不需要液體耦合劑； 不需要接觸工件超聲波探頭直探頭直探頭用于發射和接收縱波。它發射的聲波方向垂直于工件表面，其結構如下圖：

直探頭檢測原理當工件表面存在缺陷時，缺陷將聲波全遮住，無聲波到達工件底面，儀器示波屏上只有缺陷波的反射：

斜探頭在實際工作中所遇到的缺陷，更多的是與檢測面不平行。在這種情況下，就會用到斜探頭，以一定的角度對工件進行入射以達到檢測的目的，斜探頭的結構如下圖：

斜探頭檢測原理當采用斜探頭時，波束軸線在探測面處折射，工作中的缺陷的位置由探頭的折射角和聲程確定，利用三維坐標，可將反射體（缺陷）的位置清晰地描述下來。

探頭的選擇原則

（1）頻率。超聲波的頻率在很大程度上決定了其對缺陷的探測能力。頻率的選擇可以這樣考慮：對于小缺陷、近表面缺陷或薄件的檢測，可以選擇較高頻率；對于大厚度試件、高衰減材料，應選擇較低頻率。在靈敏度滿足要求的情況下，選擇寬帶探頭可提高分辨力和信噪比。針對具體對象，適用的頻率需在上述考慮當中取得一個最佳的平衡，既要保證所需尺寸缺陷的檢出，并滿足分辨力的要求，也要保證在整個檢測范圍內具有足夠的靈敏度與信噪比。

（2）晶片尺寸。探頭晶片尺寸對檢測的影響主要是通過其對聲場特性的影響體現出來的。多數情況下，檢測大厚度的試件時，采用大直徑探頭較為有利；檢測厚度較小的試件時，則采用小直徑探頭較為合理。

應根據具體情況，

選擇滿足檢測要求的探頭。

耦合劑超聲耦合劑是指超聲波在探測面上的聲強透射率，聲強透射率高，超聲耦合好。

為了提高耦合效果，在探頭與工件之間施加的一層透聲介質稱為耦合劑。耦合劑的作用是排除工件表面之間的空氣，使超聲波能有效地進入工件，此外耦合劑還有減少摩擦的作用，可減少探頭磨損。耦合劑耦合劑能濕潤工件表面，流動性、粘度和附著力適當，容易去除耦合劑滿足要求聲阻抗高，透聲性好對工件無腐蝕，對人體無害，不污染環境性能穩定，不易變質并能長期保存超聲波檢測儀的選擇一般市場上出售的A型脈沖反射式超聲波檢測儀已具備一些基本功能，其基本性能參數(垂直線性、水平線性等)也能滿足通常超聲檢測的要求。對于給定的任務，在選擇超聲波檢測儀時，主要考慮的是該任務的特殊要求，可從以下幾方面進行考慮：（1）所需采用的超聲頻率特別高或特別低時，應注意頻帶寬度。（2）對薄試件檢測和近表面缺陷檢測時，應注意發射脈沖是否可調為窄脈沖。（3）檢測大厚度試件或高衰減材料時，選擇發射功率大、增益范圍大、電噪聲低的超聲波檢測儀，有助于提高穿透能力和小缺陷顯示能力。

（4）對衰減小或厚度大的試件，選用重復頻率可調為較低數值的超聲波檢測儀，可避免幻象波的干擾。（5）室外現場檢測時，應選擇重量輕，熒光屏亮度好，抗干擾能力強的便攜式超聲波檢測儀。（6）

自動快速掃查時應選擇最高重復頻率高的超聲波檢測儀。

6.2射線探傷

射線探傷是利用射線可穿透物質和在物質中有衰減的特性來發現缺陷的一種探傷方法，射線透過被檢工件后，在膠片上感光成黑度不同的圖像來觀察的。它可用來檢測產品的氣孔、夾渣、鑄造孔洞等立體缺陷。優點：客觀準確，重復性好，可靠性高，檢測圖像較直觀，對缺陷尺寸和性質判斷比較容易，結果可長期保存。缺點:可檢測板厚較小，成本較高，污染環境，對人體有害。按射線源種類分：X射線、γ射線、高能射線檢測按顯示缺陷方法不同：射線照相探傷、射線熒光屏觀察法、射線實時圖象法、射線計算機斷層掃描技術。

6.2.1射線檢測的基本原理一、射線的基本性質1不可見，以光速直線傳播2不帶電，不受電場和磁場的影響3穿透可見光不能穿透的物質4能使物質的原子電離，能使膠片感光，能使某些物質產生熒光。5能傷害和殺死生物細胞二、射線與物質的相互作用1主要有：光電效應、湯姆遜散射，康普頓效應和電子對效應。作用的結果使射線因吸收和散射而失去一部分能量，強度相應減弱，這種現象稱之為射線的衰減。

（1）光電效應。在普朗克概念中每束射線都具有能量為E=hv的光子。光子運動時保持著它的全部動能。光子能夠撞擊物質中原子軌道上的電子，若撞擊時光子釋放出全部能量，并將原子電離，則稱為光電效應。光子的一部分能量把電子從原子中逐出去，剩余的能量則作為電子的動能被帶走，于是該電子可能又在物質中引起新的電離。當光子的能量低于1MeV時，光電效應是極為重要的過程。（2）康普頓效應。在康普頓效應中，一個光子撞擊一個電子時只釋放出它的一部分能量，結果光子的能量減弱并在和射線初始方向成θ角的方向上散射，而電子則在和初始方向成φ角的方向上散射。這一過程同樣服從能量守恒定律，即電子所具有的動能為入射光子和散射光子的能量之差，最后電子在物質中因電離原子而損失其能量。在絕大多數的輕金屬中，射線的能量大約在0.2～3MeV范圍時，康普頓效應是極為重要的效應。康普頓效應隨著射線能量的增加而減小，其大小也取決于物質中原子的電子數。在中等原子序數的物質中，射線的衰減主要是由康普頓效應引起，在射線防護時主要側重于康普頓效應。（3）電子對效應一個具有足夠能量的光子釋放出它的全部動能而形成具有同樣能量的一個電子和一個正電子，這樣的過程稱為電子對的產生。產生電子對所需的最小能量為0.51MeV，所以光子能量hv必須大于等于1.02MeV。

（4）湯姆遜效應。射線與物質中帶電粒子相互作用，產生與入射波長相同的散射線的現象叫做湯姆遜效應。這種散射線可以產生干涉，能量衰減十分微小。

2衰減定律射線透過厚度δ的物質后射線強度Iδ與透照厚度之間應遵循如下的指數衰減規律：Iδ＝

I0e-μδIδ：射線透過厚度δ的物質后的射線強度I0：射線的初始強度e:自然對數的底δ：透過物質的厚度μ:線衰減系數，為上述各物理效應分別引起的衰減系數之和。三、射線探傷的基本原理射線探傷的實質是根據被檢工件與其內部缺陷介質對射線能量的衰減程度不同，而引起射線透過工件后的強度差異，使缺陷能在射線底片上或電視屏幕上顯示出來。成象技術示意圖xΔxμ’μI’Ix射線探傷原理圖射線在工件及缺陷中的線衰減系數分別為μ和μ’。根據衰減定律：透過完好部位x厚的射線強度Ix＝

I0e-μx透過缺陷部位的射線強度I’＝I0e-[μ(x-Δx)+μ’Δx]=

I0e-μxe–(μ’

–μ)Δx可得：1、μ’＜μ時，I’＞Ix2、μ’＞μ時，I’＜Ix3、μ’≈μ或Δx→0時，I’≈Ix這樣在被檢測試件的另一面就形成一幅射線強度不均勻的分布圖。通過一定方式將這種不均勻的射線強度進行照相或轉變為電信號指示、記錄或顯示，就可以評定被檢測試件的內部質量，達到無損檢測的目的。四、Χ射線檢測方法

Χ射線檢測常用的方法是照相法，即利用射線感光材料(通常用射線膠片)，放在被檢測試件的背面接受透過試件后的Χ射線。膠片曝光后經暗室處理，就會顯示出物體的結構圖像。根據膠片上影像的形狀及其黑度的不均勻程度，就可以評定被檢測試件中有無缺陷及缺陷的性質、形狀、大小和位置。此法的優點是靈敏度高、直觀可靠、重復性好，是Χ射線檢測法中應用最廣泛的一種常規方法。6.2.2射線探傷設備一、X射線機1、分類⑴按射線束輻射方向分：定向輻射和周向輻射⑵按結構形式分：攜帶式、移動式、固定式⑶按極區數量分：單極式、雙極區⑷按高壓整流線路的結構形式分為：自整流、全波整流、倍壓整流⑸按絕緣材料分：油絕緣、氣體絕緣⑹按冷卻方式分：強油循環冷卻、水冷卻、自冷卻移動式X射線機XY-4510/2型X射線機，廣泛適用于105mm以下厚度鐵板的檢測。移動式X射線機XY-1520/4型X射線機，廣泛適用于各種輕合金及28mm以下厚度鐵板的檢測。管道爬行器是自動檢測石油、天然氣管道焊縫質量的專用設備。便攜式X射線機XXG-1605定向波紋陶瓷探傷儀遼東射線儀器有限公司生產的新一代智能化便攜式充氣系列變頻X射線探傷機。廣泛應用于國防工業、鍋爐、壓力容器、造船、石油化工、航空及工業機械等，是進行無損檢測的最理想設備。它具有體積小、操作方便、工作穩定，特別適應各種野外作業并與發電機組配合作業。2、X射線機的選擇⑴根據被檢工件的材料和厚度選擇X射線機的額定管電壓檢查非金屬材料或輕金屬材料時選用額定管電壓較低的射線（軟X射線）；檢查鋼鐵工件，選用額定管電壓較高的X射線機。工件厚時，較高電壓。工件薄時，較低電壓。⑵根據射線檢驗工作的性質選擇X射線機的結構形式⑶根據被檢對象的形狀和尺寸選擇射線束的輻射方向定向和周向輻射⑷對于質量要求高的被檢對象，必須選用小焦點，甚至微焦點X射線機

X射線機的主要技術參數與規范主要包括：管壓峰值（kv）管電流平均值（mA),焦點尺寸（mm),最大穿透鋼鐵厚度。攜帶式XX－2005管電流平均值5mA管電壓峰值200kvX射線機攜帶式XXT－3010管電流平均值10mA管電壓峰值300kvX射線機金屬陶瓷X射線管6.2.3焊縫的照相法探傷根據被檢工件及其內部缺陷介質對射線能量衰減程度的不同而引起透過后射線強度分布差異，被射線照相膠片記錄下來經暗室處理后，再由其底片上較大的黑化程度對應較大的透射射線強度，根據射線照相底片上這種黑化程度變化的圖象來發現被檢工件中存在的缺陷。主要標準為：GB3323－87《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級》一、探傷系統基本組成射線源鉛光闌濾板象質記標記帶鉛遮板工件濾板暗盒膠片增感屏底部鉛板1、射線源常用的射線源是X射線機、γ射線機2射線膠片⑴結構1保護層2乳劑層3結合層4片基①片基起支持全部涂層的作用。②乳劑層具有增感作用并使鹵化銀顆粒能均勻懸浮，固定其中。③結合層主要成分為樹脂，其作用是使乳劑層牢固地粘附在片基上。④保護層保護乳劑層不受損傷⑵底片的黑度是描述照相底片上某一點黑化程度的參量，其定義為強度為L0的可見光沿法向入射到照相底片上的某點，設透過底片的可見光強度為L，則該點的黑度為：D＝lg(L0/L)D—底片黑度L0－－照射光強L－－透過光強D＝1D＝2D＝3透過率L/L0=1/10L/L0=1/100L/L0=1/1000底片黑度透射光強與照射光強的關系底片上某點的黑度與它的含銀量的多少有關，含銀量越多，越難于透光，即黑度較大。⑶膠片的類型按銀鹽粒度由小到大的順序J1、J2、J33增感屏由于X射線和γ射線波長短、硬度大，對膠片的感光效應差，一般透過膠片的射線，大約1％就能使膠片中的銀鹽微粒感光。為了增加膠片的感光速度，利用某些增感物質在射線作用下能激發出熒光或產生次級射線，從而加強對膠片的感光作用。在射線透視照相中，所用的增感物質稱為增感屏。⑴金屬增感屏金屬增感屏在受射線照射時產生β射線和二次標識X射線對膠片起感光作用。其增感較小，一般只有2～7倍。在生產實踐中，多采用鉛、錫等原子序數較高的材料作金屬增感屏，因為鉛的壓延性好，吸收散射線的能力強。⑵熒光增感屏和金屬熒光增感屏熒光增感屏是利用熒光物質被射線激發產生熒光實現增感作用的。它是將熒光物質均勻地涂布在質地均勻而光滑的支撐物(硬紙或塑料薄板等)上，再覆蓋一層薄薄的透明保護層組合而成的。（3）金屬熒光增感屏金屬熒光增感屏是在鉛箔上涂一層熒光物質組合而成的。它具有熒光增感的高增感系數，又有吸收散射線的作用。（4）增感方式的選擇增感方式的選擇通常考慮三方面的因素：產品設計對檢測的要求、射線能量和膠片類型。

4象質計是一種用于評價底片影象質量優劣的工具。有槽型、孔型及金屬線型等幾種。5暗盒作用保護膠片不受光和機械損傷材料應對射線的吸收不明顯。如不透明橡膠或塑料，黑紙或薄鋁片等。二、常見缺陷及其影像特征

1.焊件中常見的缺陷

1）裂紋裂紋主要是在熔焊冷卻時因熱應力和相變應力而產生的，也有在校正和疲勞過程中產生的，是危險性最大的一種缺陷。裂紋影像較難辨認。因為斷裂寬度、裂紋取向、斷裂深度不同，使其影像有的較清晰，有的模糊不清。常見的有縱向裂紋、橫向裂紋和弧坑裂紋，

分布在焊縫上或熱影響區。

焊縫裂紋照片

2）未焊透未焊透是熔焊金屬與基體材料沒有熔合為一體且有一定間隙的一種缺陷。在膠片上的影像特征是連續或斷續的黑線，黑線的位置與兩基體材料相對接的位置間隙一致。

3）氣孔氣孔是在熔焊時部分空氣停留在金屬內部而形成的缺陷。氣孔在底片上的影像一般呈圓形或橢圓形，也有不規則形狀的，以單個、多個密集或鏈狀的形式分布在焊縫上。在底片上的影像輪廓清晰，邊緣圓滑，如氣孔較大，還可看到其黑度中心部分較邊緣要深一些。

4）夾渣夾渣是在熔焊時所產生的金屬氧化物或非金屬夾雜物，因來不及浮出表面，停留在焊縫內部而形成的缺陷。在底片上其影像是不規則的，呈圓形、塊狀或鏈狀等，邊緣沒有氣孔圓滑清晰，

有時帶棱角。

5）燒穿在焊縫的局部，因熱量過大而被熔穿，形成流垂或凹坑。在底片上的影像呈光亮的圓形(流垂)或呈邊緣較清晰的黑塊(凹坑)。

6.2.4射線的防護

1.屏蔽防護法屏蔽防護法是利用各種屏蔽物體吸收射線，以減少射線對人體的傷害，這是射線防護的主要方法。一般根據X射線、γ射線與屏蔽物的相互作用來選擇防護材料，屏蔽X射線和γ射線以密度大的物質為好，如貧化鈾、鉛、鐵、重混凝土、鉛玻璃等都可以用作防護材料。但從經濟、方便出發，也可采用普通材料，如混凝土、巖石、磚、土、水等。

2.距離防護法距離防護在進行野外或流動性射線檢測時是非常經濟有效的方法。這是因為射線的劑量率與距離的平方成反比，增加距離可顯著地降低射線的劑量率。若離放射源的距離為R1處的劑量率為P1，在另一徑向距離為R2處的劑量率為P2，則它們的關系為：

（6-49）

顯然，增大R2可有效地降低劑量率P2，在無防護或護防層不夠時，這是一種特別有用的防護方法。

3.時間防護法時間防護是指讓工作人員盡可能的減少接觸射線的時間，以保證檢測人員在任一天都不超過國家規定的最大允許劑量當量(17mrem)。人體接受的總劑量：D=Pt，其中，P為在人體上接受到的射線劑量率，t為接觸射線的時間。

由此可見，縮短與射線接觸時間t亦可達到防護目的。6.3

渦流檢測渦流檢測：利用電磁感應原理，通過測定被檢工件內感生渦流的變化來無損地評定導電材料及其工件的某些性能，或發現缺陷的無損檢測方法。渦流：當檢測線圈中通有交變電流時，在線圈周圍產生交變磁場；當此交變磁場相對導體作運動時，導體中會感生出渦狀流動的電流。渦流檢測只能用于導電材料的檢測。對管、棒和線材等型材有很高的檢測效率。與渦流檢測有關的材料的性質：材料的磁特性抗磁性物質：使磁場減弱的物質，磁化率為負。如金、銀、銅。順磁性物質：使磁場略有增強的物質，磁化率為正。如空氣、鋁、鉑。鐵磁性物質：使磁場劇烈增加的物質，磁化率為正。如鐵、鎳、鈷。一、渦流檢測的特點表面或近表面缺陷檢測只適用于導電材料非接觸，無需耦合檢測速度快，易于實現自動化適用于高溫檢測適用于異型材料和小零件檢測二、渦流檢測的基本原理當載有交變電流的檢測線圈靠近導電工件時，由于線圈磁場的作用，工件中將會感生出渦流（其大小等參數與工件中的缺陷等有關），而渦流產生的反作用磁場又將使檢測線圈的阻抗發生變化。因此，在工件形狀尺寸及探測距離等固定的條件下，通過測定探測線圈阻抗的變化，可以判斷被測工件有無缺陷存在。

三、渦流的趨膚效應和滲透深度1.趨膚效應感應出的渦流集中在靠近激勵線圈的材料表面附近的現象。渦流密度隨著距離表面的距離增加而減小。2.趨膚深度趨膚效應的存在，使交變電流激勵磁場的強度及感生渦流的密度，從被檢材料的表面到其內部按指數分布規律遞減。將渦流密度衰減為其表面密度的1/e（36.8%）時對應的深度為標準透入深度，也稱趨膚深度，用符號δ表示，其數學表達式為：頻率越高、電導率越大或磁導率越大的材料，趨膚效應越顯著。119四、

渦流檢測儀渦流檢測儀種類較多，按檢測目的分有：導電儀、測厚儀、探傷儀等。功能：①產生激勵信號；②檢測渦流信息；③鑒別影響因素；④指示檢測結果。組成（基本電路）振蕩器信號檢出電路放大器信號處理電路顯示器和電源電路1201、振蕩器：給電橋電路提供電源。可分為高頻和低頻信號。高頻2MHz～6MHz

適用于：檢測表面裂紋低頻50Hz～100Hz

適用于：表面下缺陷和多層結構中的第二層。2、放大器：由于線圈產生信號的幅度和相位改變較小，必須要有放大器進行放大。要求：低噪聲、動態范圍寬、畸變低1213、抑制電路抑制無關的信號。4、檢出電路：提出有關的參量所施加的調制——解調。由幅度探測器、相敏探測器來實現。5、信號顯示顯示所檢出的信號。有電流表、示波管、計算機。

電流表用于便攜式小型渦流探傷儀，用以檢測電橋的電流輸出。對于表面缺陷電流和缺陷大小呈線性。

示波管多用于較大的渦流檢測儀，把探頭檢測到的阻抗在阻抗平面上的二維分量以圖形顯示出來。

計算機可用于多路通道的數據處理，并顯示出來。

122五、

渦流檢測探頭（檢測線圈）的分類（一）按應用方式分類

1、穿過式線圈用以檢測管材、棒材、線材等可以從線圈內部通過的導電工件或材料。可用于高速、自動化檢測。

2、內通過式線圈（內壁穿過式）將線圈本身插入工件的內部檢測。對管件、小直徑的深鉆孔、螺紋孔等進行表面檢測。

3、放置式線圈線圈直接放置于被檢工件的表面。體積小、一般有磁芯。靈敏度高，適用于各種板材、帶材、大管徑材、棒材等的表面檢測。123124

（二）按感應方式分類

自感式線圈由單個線圈構成，該線圈產生激勵磁場，在導電體中形成渦流，同時又是感應、接收導電體中渦流再生磁場信號的檢測線圈，故名自感線圈。

互感線圈一般由兩個或兩組線圈構成，其中一個（組）是用于產生激勵磁場在導電體中形成渦流的激勵線圈(又稱一次線圈)，另一個(組)線圈是感應、接收導電體中渦流再生磁場信號的檢測線圈(又稱二次線圈)。125(a)自感式線圈；(b)互感式線圈渦流檢測頻率的選擇渦流探傷的頻率一般為：200Hz～6MHz工作頻率取決于檢測對象厚度、透入深度、靈敏度或分辨率等。對非鐵磁性材料選用幾K至幾百K赫茲。頻率低，透入深度大，但檢測靈敏度降低。在滿足檢測深度要求的前提下，可選擇較高的檢測頻率，以提高靈敏度。對于同樣的檢測深度要求，鐵磁材料需要的檢測頻率要低。六、

渦流檢測技術應用1、探傷：金屬管材探傷

用高速、自動化的渦流探傷裝置可以對成批生產的金屬管材和棒材進行無損檢測。首先，自動上料進給裝置使管材等速、同心地進入并通過渦流檢測線圈。然后，分選下料機構根據渦流檢測結果，按質量標準規定將經過探傷的管材分別送入合格品、次品和廢品料槽。檢測管材的穿過式線圈

小直徑管材(直徑≤75mm)探傷通常采用激勵線圈與測量線圈分開的感應型穿過式線圈。檢測管材的周向裂紋或當管材的直徑超過75mm時，宜采用小尺寸的探頭式線圈以探測管材上的短小缺陷。探頭數量的多少取決于管徑的大小。探頭式線圈的優點是提高了檢測靈敏度，但其探傷的效率要比穿過式線圈低。

檢測管材的探頭式線圈

2、檢驗：材料成分及雜質含量的鑒別

電導率的測量是利用渦流電導儀測量出非鐵磁性金屬的電導率值，而電導率值與金屬中所含雜質、材料的熱處理狀態以及某些材料的硬度、耐腐蝕等性能有關，所以可進行材質的分選。3、測厚：涂覆層厚度測量

用渦流檢測方法可以測量金屬基體上的覆層以及金屬薄板的厚度，利用的是探頭式線圈的提離效應。這一厚度一般在幾微米至幾百微米的范圍。

Conductive

BaseMetalNonconductiveCoatingEddyCurrents焊縫檢測鋼管渦流探傷系統鋼管渦流探傷工業線材檢測表面裂紋檢測DR280兩用涂層測厚儀廣州市東儒電子科技有限公司專業測量金屬材料表面涂鍍層覆蓋層物體厚度的專業無損檢測儀器A、

磁性測厚方法，可無損地測量磁性金屬基體（如：鋼、鐵）上非磁性覆層的厚度（如：鍍鋅、鉻、錮、琺瑯、橡膠、粉未、油漆、電泳、搪瓷、防腐層，涂料等）渦流測厚方法，可無損地測量非磁性金屬基體（如：鋁、銅、不銹鋼）上非導電覆層的厚度（如:油漆、粉末、塑料、橡膠、琺瑯、搪瓷、電泳、防腐層等）SZT-50RFT遠場渦流探傷系統廈門欣中特電子科技有限公司SZT-50RFT遠場渦流探傷儀是低頻渦流無損檢測設備的一種。SZT-50RFT具有50Hz至10000Hz的可變頻率范圍，在管道檢測中采用內穿式探頭，一次通過管道便可測出壁內、外表面的裂紋、凹坑、腐蝕、減薄及管壁材料的內部缺陷。可用石油化工廠、水煤氣廠、煉油廠和電廠等企業中，金屬零部件的探傷和壁厚測量以及各種鐵磁性管道的探傷、分析和評價。SZT-33F金屬材質分選儀SZT-33F金屬材質分選儀是根據金屬材料具有不同硬度、熱處理、電導率、磁導率而設計出來的一款高精度、便捷高效率的儀器。6.4聲

發

射

檢

測

聲發射技術在材料和結構的無損檢測中占有很重要的地值，是在60年代發展起來的一種材料和構件評價的新方法，現已成為一種不可缺少的檢測手段。材料或結構件受外力或內力作用產生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應變能的現象稱為聲發射。

利用儀器檢測、分析聲發射信號并利用聲發射信息推斷聲發射源的技術稱為聲發射技術。

聲發射檢測必須有外部條件的作用，使材料內部結構發生變化，即結構、焊接接頭或材料的內部結構、缺陷處于運動變化的過程中，才能實施檢測。

聲發射是一種常見的物理現象，如果釋放的應變能足夠大，就可產生人耳聽得見的聲音。大多數金屬材料塑性變形和斷裂時有聲發射發生，但許多金屬材料的聲及射信號強度很弱，人耳不能直接聽見，需要藉助靈敏的電子儀器才能檢測出來。用儀器檢測、記錄、分析聲發射信號和利用聲發射信號推斷聲發射源的技術稱為聲發射技術，所采用的儀器成為聲發射儀。

聲發射技術基本原理

各種材料的聲發射的頻率很寬，從次聲波，到超聲波。聲發射傳感器檢測的信號通常為中心頻率為300KHz的超聲波信號。人們將聲發射儀器形象地稱為材料的聽診器。如果裂紋等缺陷處于靜止狀態，沒有變化和擴展，就沒有聲發射發生，也就不能實現聲發射檢測。聲發射檢測的這一特點使其區別于超聲、X射線、渦流等其它常規無損檢測方法。

由于聲發射檢測是一種動態無損檢測方法，而且，聲發射信號來自缺陷本身，因此，用聲發射法可以判斷缺陷的嚴重性。一個同樣大小、同樣性質的缺陷，當它所處的位置和所受的應力狀態不同時，對結構的損傷程度也不同，所以它的聲發射特征也有差別。明確了來自缺陷的聲發射信號，就可以長期連續地監視缺陷的安全性，這是其它無損檢測方法難以實現的。

除極少材料外，金屬和非金屬材料在一定條件下都有聲發射發生，所以，聲發射檢測幾乎不受材料的限制。利用多通道聲發射裝置，可以對缺陷進行準確的定位。聲發射檢測的這一特點對大型結構如球罐等檢測特別方便。在利用聲發射技術確定缺陷部位后，還可以利用其它無損檢測方法加以驗證。當然隨著信號處理水平的提高，根據信號本身的特征，也可以對缺陷的性質和嚴重程度進行識別。

由于聲發射技術具有許多獨特的優點，近年來有許多科學家和工程技術人員致力于發展和應用該項技術。

聲發射檢測的主要目標是：①確定聲發射源的部位；②分析聲發射源的性質；③確定聲發射發生的時間或載荷；④評定聲發射源的嚴重性。一般而言，對超標聲發射源，要用其他無損檢測方法進行局部復檢，以精確確定缺陷的性質與大小。

1．聲發射技術的特點聲發射技術與其他無損檢測方法相比，具有兩個基本差別：①檢測動態缺陷而不是靜態缺陷，如缺陷擴展；②缺陷本身發出缺陷信息，而不是用外部輸入對缺陷進行掃查。

聲發射檢測技術的主要優點有：（1）可檢測對結構安全更為有害的活動性缺陷。由于提供了缺陷在應力作用下的動態信息，因此適于評價缺陷對結構的實際有害程度。（2）對大型構件，可提供整體范圍的快速檢測。由于不必進行繁雜的掃查操作，而只要布置好足夠數量的傳感器，經一次加載或實驗過程，就可以確定缺陷的部位，從而易于提高檢測效率。（3）可提供缺陷隨載荷、時間、溫度等外變量而變化的實時或連續信息，因而適用于工業過程的在線監控及早期或臨近破壞的預報。（4）對于被檢件的接近要求不高、而其他方法難于或不能接近環境下的檢測，如高低溫、核輻射、易燃、易爆及劇毒等環境。（5）由于對構件的幾何形狀不敏感，因此適宜檢測其他檢測方法受到限制的形狀復雜的構件。(6)可遠距離操作，長期監控設備允許狀態和缺陷擴展情況；聲發射檢測技術的主要局限性有：（1）聲發射特性對材料甚為敏感，又易受到機電噪聲的干擾。因此，對數據的正確解釋要有更為豐富的數據庫和現場檢測經驗。（2）聲發射檢測一般需要適當的加載程序。多數情況下，可利用現成的加載條件，但有時還需要特殊準備。（3）由于聲發射的不可逆性，實驗過程的聲發射信號不可能通過多次加載重復獲得，因此，每次檢測過程的信號獲取是非常寶貴的，應避免因人為疏忽而造成數據的丟失。（4）聲發射檢測所發現的缺陷的定性定量，仍需依賴于其他無損檢測方法。

(5)無法探測靜態缺陷；設備價格昂貴；

2.聲發射檢測技術與儀器

隨著數字技術和計算機技術的迅速發展，研制高性能全波采集的聲發射儀成為可能。其原理是，聲發射信號經高靈敏度傳感器接收后，經過全波列數字采集變為數字信號，再進行數字信號處理，最后把信號輸入計算機通過軟件設計，對檢測缺陷進行定位和定量。

（1）傳感器（換能器、探頭）傳感器就是用來把聲發射產生的彈性波信號接收下來并轉換成電信號輸出到前置放大器在輸出到主放大器然后又采集卡采集后進入計算機。聲發射檢測中，要求傳感器為寬頻帶的前置放大器內置式的共振型高靈敏傳感器，主響應頻率為150KHz；前置放大器增益為40dB，濾波器帶通為100～300KHz。（2）

前置放大器聲發射信號經換能器轉換成電信號后，其輸出低至十幾微伏。這樣微弱的信號若經過長電纜輸送，可能衰減到無法分辨出信號和噪聲。設置前置放大器的目的是為了增大信噪比，增加微弱信號的抗干擾能力。（3）

主放大器電信號經前置放大器和電纜長途傳播后進入主放大器進一步放大到適合PCI數據采集卡的幅值大小。（4）PCI數據采集卡電信號（模擬信號）經采集卡數字化后，通過采樣進入計算機，供分析，計算，轉換和存儲。（5）軟件系統對采集的數據進行分析，計算，波型重組，聲發射源定位，缺陷識別等。3.聲發射儀的應用現代聲發射儀除了能進行聲發射參數實時測量和聲發射源定位外，還可直接進行聲發射波形的觀察、顯示、記錄和頻譜分析。目前人們已將聲發射技術應用于許多領域，主要包括以下方面：（1）金屬結構：對壓力容器、金屬橋梁、起重機臂、鐵軌和飛機骨架等金屬結構進行無損檢測和安全評定（2）巖石：研究巖石的受力和破壞特性，對巖石塌方進行預測預報；（3）水泥混凝土：研究水泥及鋼筋混凝土的受力和破壞特性，評價橋梁和建筑物等大型混凝土構件的承載能力和壽命；（4）金屬材料：研究金屬材料的塑性變形、斷裂和相變機制；（5）復合材料：研究和測量復合材料內基體和纖維的斷裂、脫開、分層和整體失效等；（6）磁性材料：通過測量磁聲發射的信號，研究磁性材料的某些特性；（7）陶瓷材料：研究陶瓷材料的受力和破壞特性，對陶瓷材料進行無損評估；（8）核工業領域：對核容器和管道的泄漏進行監測，對核壓力容器進行無損檢測和安全評定；（9）焊接過程控制：通過實時監測焊接過程中金屬冷卻產生的聲發射信號來控制焊接質量；（10）機械加工：通過探測機械加工過程中產生的聲發射信號，監測刀具的磨損情況；（11）機械診斷：通過監測機器在運轉過程中產生的聲發射信號，診斷機器軸承的磨損情況。

12）醫學領域：研究骨頭的摩擦|受力和破壞特性，無損檢測和評價骨關節的狀況。13）壓力容器的聲發射檢測（球罐、尿素合成塔、長管拖車）

14)儲油罐的泄漏檢測（地下加油站）SAEU2S集中式多通道聲發射檢測儀北京聲華興業科技有限公司采集分析軟件為主機必選部件，可安裝在用戶采購的任何型號的電腦上。SPAES便攜聲發射檢測儀SAEI1一體化聲發射檢測儀SAEI1一體化聲發射檢測儀將聲發射采集卡、存儲設備、數據處理軟件、觸控屏幕集成在防護儀器箱中，構造緊湊，便于攜帶與操作。內置聲華科技公司SAE聲發射軟件，可實現數據的實時采集、存儲與分析，支持USB接口擴展，可外接鼠標、鍵盤、存儲設備等。支持交流電源供電與內置電池供電，可用于室外等不方便接通電源情況下的測試，特別適用于單人攜帶在野外現場進行作業工作，連續工作時長可達10h。SET-AE-01聲發射在線監測系統湖南芯儀電子科技有限公司◆各類材料動態損傷檢測◆各類壓力容器、天然氣管道泄露檢測

◆

變壓器局部放電檢測信號采集軟件界面數據分析軟件界面紅外輻射實際是波長為0.75~100μm紅外輻射分為三個波段(1)近紅外波段波長為0.75~3.0μm。(2)中紅外波段波長為3.0~20μm(3)遠紅外波段波長大于20μm。能夠順利地透過大氣的紅外輻射主要有三個波長范圍：1~2.5μm、3~5μm和8~14μm。—般將這三個波長范圍叫做大氣窗口6.5.1紅外無損檢測技術的特點紅外無損檢測的優點為操作安全、靈敏度高、檢測效率高。由于進行紅外無損檢測時不需要與被檢對象直接接觸，所以操作十分安全。這個優點在帶電設備、轉動設備及高空設備的無損檢測中非常突出。

現代紅外探測器對紅外輻射的探測靈敏度很高，目前的紅外無損檢測設備可以檢測出0.1℃的溫度差，因此能檢測出設備或結構件等熱狀態的細微變化。

6.5紅

外

檢

測

由于紅外探測器的響應速度高達納秒級，所以可迅速采集、處理和顯示被檢對象的紅外輻射，提高檢測效率。

一些新型的紅外無損檢測儀器還可與計算機相連或自身帶有微處理器，實現數字化圖像處理，擴大了其功能和應用范圍。

另外，紅外輻射不受可見光的影響，可晝夜進行測量。大氣對某些特定波長范圍內的紅外線吸收甚少，

適用于遙感和遙測。

紅外檢測的檢測原理

總的來說，紅外無損檢測是依據紅外輻射的基本原理。使用紅外輻射的分析方法來對物體內部能量流動情況進行測量，最后使用紅外熱像儀顯示檢測結果。直觀上對缺陷進行判定的一種方法。

當物體的溫度同環境溫度存在差異時，就會在物體內部產生熱量的流動。在實施無損檢測時，如果向一個試件注入熱量。其中一部分熱流必然向內部擴散。并引起試樣表面的溫度分布的變化。對于無缺陷的物體，當熱流均勻注入時．熱流能夠均勻的向內部擴散或從表面擴散，因而表面的溫度場分布也是均勻的：當物體內部含有導熱性缺陷時．試樣表面就會出現溫度較低的局部冷區。由以上幾種情況可看出．當試樣內部存在缺陷時．就會在試樣有缺陷區和無缺陷區形成溫差且該溫差除了取決于試樣材料的熱物理性質外，還與缺陷的尺寸、距表面的距離及它的熱物理性質有關。由于試樣局部溫差的存在,必然導致紅外輻射強度的不同．利用紅外熱像儀即可檢測出溫度的變化狀況．進而判斷缺陷的情況6.5.2紅外無損檢測基礎

1．紅外輻射及傳輸

1）紅外輻射紅外輻射是位于可見光中紅光以外的光線，故又稱紅外線，它是一種人眼看不見的光線。其波長范圍大致在0.75～1000μm的頻譜范圍之內，相對應的頻率大致在4×1014～3×1011Hz之間。任何物體，只要其溫度高于絕對零度就有紅外線向周圍空間輻射。

2）紅外輻射的傳輸和所有電磁波一樣，紅外輻射是以波的形式在空間直線傳播的。它在真空中的傳播速度等于光在真空中的傳播速度，

即

（6-63）

式中：為紅外輻射的波長；f

為紅外輻射的頻率；C為光在真空中的傳播速度。紅外輻射分為三個波段(1)近紅外波段波長為0.75~3.0μm。(2)中紅外波段波長為3.0~20μm(3)遠紅外波段波長大于20μm。能夠順利地透過大氣的紅外輻射主要有三個波長范圍：2∽2.5μm、3∽5μm和8∽14μm。—般將這三個波長范圍叫做大氣窗口.這三個大氣窗口對紅外技術應用特別重要，因此一般紅外儀器都工作在這三個窗口之內。

2．紅外探測器紅外探測器是能將紅外輻射能轉換成電能的光敏元件，用來監測物體輻射的紅外線。它是紅外檢測系統中最重要的器件之一。

1）常用紅外探測器的分類紅外探測器分熱電型和光電型兩類。這兩類探測器不僅在性能上有差異，而且在工作原理上也不相同。熱電型紅外探測器是利用熱電元件、熱敏電阻或熱電偶等元件的熱效應進行工作的。它們一般靈敏度低、響應慢，但有較寬的紅外波長響應范圍，且價廉，常用于溫度的測量及自動控制。光電型紅外探測器可直接把紅外光能轉換成電能，靈敏度高、響應快，但其紅外波長響應范圍窄，有的還需在低溫條件下才能使用。光電型紅外探測器廣泛應用在遙測、遙感、成像、

測溫等方面。

2）紅外探測器的性能參數不同的紅外探測器不但工作原理不同，而且其探測的波長范圍、靈敏度和其他主要性能都不同。下面的幾個參數常用來衡量各種紅外探測器的主要性能。

(1）響應率。響應率表示紅外探測器把紅外輻射轉換為電信號的能力。它等于輸出信號電壓與輸入紅外輻射能之比。

(2)響應波長范圍（光譜響應）。它表示探測器的電壓響應率與入射波波長之間的關系，一般用光譜響應曲線來表示。對任何波長的紅外輻射響應率都相等的紅外探測器，稱為無選擇性探測器。如果紅外探測器對不同波長的紅外輻射響應率不相等，則稱為選擇性探測器。熱電型探測器一般可認為是無選擇性探測器，而光電型探測器為有選擇性探測器。一般將響應率最大的值所對應的波長稱為峰值波長，而把響應率下降到響應值的一半所對應的波長稱為截止波長。響應波長范圍也表示紅外探測器使用的波長范圍。

(3)噪聲等效功率。紅外探測器的輸出電壓較低，外界噪聲對它的影響很大，因此要用噪聲等效功率參數來衡量紅外探測器的性能。紅外探測到的最小輻射功率，

該值越小，

探測器越靈敏。

（4）探測率。探測率為噪聲等效功率的倒數。（5）響應時間。輸出信號滯后于紅外輻射的時間，稱為探測器的響應時間。它反映紅外探測器的輸出信號隨紅外輻射變化的速率。

3.紅外無損檢測的方式主動式紅外檢測在人工加熱工件的同時或加熱后經過延遲掃描記錄和觀察工件表面的溫度分布，適用于靜態件檢測.被動式紅外檢測利用周圍環境的溫度與試樣溫度有差異，不需要加載熱源，在工件與環境進行熱交換時，通過對被測物表面發出的紅外輻射進行檢測來檢測缺陷的一種方式。適用于運行中設備的質量控制。由于它不需要附加熱源，在生產現場基本都采用這種方式。

4.紅外無損檢測系統的構成6.5.3紅外無損檢測儀器

1．紅外測溫儀紅外測溫儀是用來測量設備、結構、工件等表面某一局部區域的平均溫度的。通過特殊的光學系統，可以將目標區域限制在1mm以內甚至更小，因此有時也將其稱為紅外點溫儀。它主要是