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五大常规无损检测技术全面介绍

发布日期:2022-11-28 13:00:00 浏览:49次

卓茂科技X-RAY检测设备属于射线检测(Radiographic Testing),另外还有超声检测,磁粉检测,渗透检测,涡流检测,本文全面介绍五大常规无损检测技术。

五大常规无损检测技术:

射线检测(Radiographic Testing)

超声检测(Ultrasonic Testing)

磁粉检测(Magnetic Particle Testing)

渗透检测(Penetrant Testing)

涡流检测(Eddy Current Testing)

1

射线检测(RT)的原理和特点

射线检测(Radiographic Testing),业内人士简称RT,是工业无损检测(Nondestructive Testing)的一个重要专业门类。

射线检测主要的应用是探测工件内部的宏观几何缺陷。按照不同特征,可将射线检测分为多种不同的方法,例如:X射线层析照相(X-CT)、计算机射线照相技术(CR)、射线照相法,等等。

下图:

行左起一:固定式磁粉探伤机;行左起二:射线检测室的防护屏蔽门。

第二行左起一:便携式X射线管;第二行左起二:A型显示的模拟式超声波探伤仪。


射线照相法,利用X射线管产生的X射线或放射性同位素产生的γ射线穿透工件,以胶片作为记录信息的器材的无损检测方法。该方法是最基本、应用最广泛的的一种射线检测方法,也是射线检测专业培训的主要内容。

射线照相法的原理

射线检测,本质上是利用电磁波或者电磁辐射(X射线和γ射线)的能量。

射线在穿透物体过程中会与物质发生相互作用,因吸收和散射使其强度减弱。强度衰减程度取决于物质的衰减系数和射线在物质中穿透的厚度。

射线照相法的原理如果被透照物体(工件)的局部存在缺陷,且构成缺陷的物质的衰减系数又不同于试件(例如在焊缝中,气孔缺陷里面的空气衰减系数远远低于钢的衰减系数),该局部区域的透过射线强度就会与周围产生差异。把胶片放在适当位置使其在透过射线的作用下感光,经过暗室处理后得到底片。

射线穿透工件后,由于缺陷部位和完好部位的透射射线强度不同,底片上相应部位等会出现黑度差异。射线检测员通过对底片的观察,根据其黒度的差异,便能识别缺陷的位置和性质。

以上描述的基本原理和医院拍X光大同小异。


射线照相法的特点

1、适用范围

适用于各种熔化焊接方法(电弧焊、气体保护焊、电渣焊、气焊等)的对接接头,也能检查铸钢件,在特殊情况下也可用于检测角焊缝或其他一些特殊结构工件。

2、射线照相法的优点

a)缺陷显示直观:射线照相法用底片作为记录介质,通过观察底片能够比较准确地判断出缺陷的性质、数量、尺寸和位置。

b)容易检出那些形成局部厚度差的缺陷:对气孔和夹渣之类缺陷有很高的检出率。

c)射线照相能检出的长度和宽度尺寸分别为毫米数量级和亚毫米数量级,甚至更少,且几乎不存在检测厚度下限。

d)几乎适用于所有材料,在钢、钛、铜、铝等金属材料上使用均能得到良好的效果,该方法对试件的形状、表面粗糙度没有严格要求,材料晶粒度对其不产生影响。

3、射线照相法的局限

a)对裂纹类缺陷的检出率则受透照角度的影响,且不能检出垂直照射方向的薄层缺陷,例如钢板的分层。

b)检测厚度上限受射线穿透能力的限制,例如420kVX射线机能穿透的更大钢厚度约80mm,钴60放射性同位素(Co60)γ射线穿透的更大钢厚度约150mm,更大厚度的工件则需要使用特殊的设备——加速器,其更大穿透厚度可达400mm以上。

c)一般不适宜钢板、钢管、锻件的检测,也较少用于钎焊、摩擦焊等焊接方法的接头的检测。

d)射线照相法检测成本较高,检测速度较慢。

e)射线对人体有伤害,需要采取防护措施。

2

超声检测(UT)的原理和特点

超声检测(Ultrasonic Testing),业内人士简称UT,是工业无损检测(Nondestructive Testing)中应用最广泛、使用频率更高且发展较快的一种无损检测技术,可以用于产品制造中质量控制、原材料检验、改进工艺等多个方面,同时也是设备维护中不可或缺的手段之一。

超声检测主要的应用是检测工件内部宏观缺陷和材料厚度测量。

按照不同特征,可将超声检测分为多种不同的方法:

(1)按原理分类:超声波脉冲反射法、衍射时差法(Time ofFlight Diffraction,简称TOFD)等。

(2)按显示方式分类:A型显示、超声成像显示(B、C、D、P扫描成像、双控阵成像等)。

超声波原理

超声检测,本质上是利用超声波与物质的相互作用:反射、折射和衍射。

(1)什么是超声波?

我们把能引起听觉的机械波称为声波,频率在20-20000Hz之间,而频率高于20000Hz的机械波称为超声波,人类是听不到超声波的。对于钢等金属材料的检测,我们常用频率为0.5~10MHz的超声波。(1MHz=10的六次方Hz)

(2)如何发出和接收超声波?

超声检测用探头的核心元件是压电晶片,其具有压电效应:在交变拉压应力的作用下,晶体可以产生交变电场。

高频电脉冲激励压电晶片时,发生逆压电效应,将电能转换成声能(机械能),探头以脉冲的方式间歇发射超声波,即脉冲波当探头接受超声波时,发生正压电效应,将声能转换成电能。

超声检测所用的常规探头,一般由压电晶片、阻尼块、接头、电缆线、保护膜和外壳组成,一般分为直探头和斜探头两个类别,后者的话通常还有一个使晶片与入射面成一定角度的斜锲块。

下图为典型的斜探头结构图(图片来源于网络)。


下图为斜探头的实物图


该探头型号:2.5P8*12 K2.5其参数为:

a)2.5代表频率f2.5MHz

b)P代表晶片材料为:锆钛酸铅陶瓷,具有温度稳定性好、电性能优异、容易制造而且价格低廉等优点;

c)8*12代表矩形晶片尺寸为:8mm*12mm;

dK2.5代表:斜探头折射角的正切值为2.5,即tan(68.2°)=2.5,其折射角为68.2°

A型显示的超声波脉冲反射法工作原理:

声源产生的脉冲波进入到工件中,超声波在工件中以一定方向和速度向前传播。当遇到两侧声阻抗有差异的界面时(声阻抗存在差异往往是因为材料中某种不连续性造成,如裂纹、气孔、夹渣等)部分声波被反射,检测设备接受和显示:分析声波幅度和位置等信息,评估缺陷是否存在或存在缺陷的大小位置等。

A型显示的超声波脉冲反射法的特点

1、适用范围

适用于金属、非金属和复合材料等多种制件。

a)原材料、零部件检测:钢板、钢锻件、铝及铝合金板材、钛及钛合金板材、复合板、无缝钢管等。

b)对接焊接接头检测:钢制对接接头(包括管座角焊缝、T形焊接接头,支撑架和结构件),铝及铝合金对接接头

下图为钢制对接接头:T形焊接接头。


2、A型显示的超声波脉冲反射法的优点

a)穿透能力强,可对较大厚度范围内的工件内部缺陷进行检测。如对于金属材料,可检测厚度为1~2mm的薄壁管材和板材,也可检测几米长的钢锻件。

b)缺陷定位较准确。

c)对面积型缺陷的检出率较高。

d)灵敏度高,可检测工件内部尺寸很小的缺陷。超声检测理论灵敏度约为超声波波长的一半,当检测对象为钢制件,采用2.5MHz频率的超声斜探头,其灵敏度约为0.65mm。

e)检测成本低、速度快,设备轻便,对人体及环境无害,现场使用较方便。

3、A型显示的超声波脉冲反射法的局限

a)对工件中的缺陷进行的定性、定量仍需作深入研究。

b)对具有复杂形状或不规则外形的工件进行超声检测有困难。

c)缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响。

d)工件材质、晶粒度等对检测有较大影响。

e)检测结果显示不直观,检测结果无直接见证记录。

3

磁粉检测(MT)的原理和特点

磁粉检测(Magnetic ParticleTesting),业内人士简称MT,是工业无损检测(Nondestructive Testing)的一种成熟的无损检测方法,在航空航天、兵器、船舶、火车、汽车、石油、化工、锅炉压力容器、压力管道等各个领域都得到广泛应用。

磁粉检测主要的应用是探测铁磁性工件表面和近表面的宏观几何缺陷,例如表面气孔、裂纹等。

按照不同特征,可将磁粉检测分为多种不同的方法

(1)按施加磁粉的时间分为:连续法和剩磁法。

a)连续法:磁化工件的同时,施加磁粉。

b)剩磁法:先磁化工件,停止磁化后利用工件的剩磁,然后再施加磁粉。

(2)按显示材料,分为荧光法(Fluorescent)和非荧光法(Non-Fluorescent)。

a)荧光法:采用荧光磁粉,在黑光灯下观察磁痕。

b)非荧光法:采用普通黑色磁粉或者红色磁粉,在正常光照条件下观察磁痕。

(3)按磁粉的载体,分为湿法和干法。

a)湿法:磁粉的载体为液体(油或水)。

b)干法:直接以干粉的形式喷涂在工件上,只有特殊情况下才会采用这种方法。

举个例子,一般压力容器焊缝的磁粉检测会采用:湿法+非荧光法+连续法,这意味着我们将在正常的光照条件下,把黑色或者红色的磁粉分散在以水或者油的载体(即磁悬液),然后磁化焊缝的同时施加磁悬液,一边磁化一边观察是否有磁痕形成。

下面就是典型的湿法+非荧光法+连续法的磁粉检测,工艺为:交叉磁轭机磁化,配合黑色磁粉。

磁粉检测裂纹缺陷示意图,球罐的环形对接焊缝,磁痕粗大明显。


下图为一条对接焊缝管,图片来源于网络,磁痕没有上图那么明显,大家还能找到磁痕吗?


磁粉检测原理

磁粉检测,本质上是利用材料磁性变化。

当铁磁性工件被磁化时,若工件材质是连续、均匀的,则工件中的磁感应线将基本被约束在工件内,几乎没有磁感应线从被检表面穿出或进入工件,被检表面不会形成明显的泄漏磁场。如下图所示:


无泄漏磁场

但当工件的表面存在着切割磁力线的不连续性时,由于不连续性部位的磁导率低,磁阻很大,磁感应线将会改变途径。

大部分改变途径的磁通将优先从磁阻较低的不连续性底部的工件内通过,当工件磁感应强度比较大,工件不连续性处底部难以接受更多的磁通,或不连续性部位的尺寸较大时,部分磁通就会从不连续性部位逸出工件,越过不连续性上方然后再进入工件,这种磁通的泄漏同时会使不连续性两侧部位产生了磁极化,形成所谓的漏磁场。

如下图所示:


存在泄磁场

磁粉检测基本原理:当工件被磁化后,若工件表面及近表面存在不连续性(如裂纹),就会在不连续性部位的表面形成泄漏磁场(即

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