无损检测技术及其应用

本文核心词：无损检测技术。

无损检测技术及其应用

《无损检测技术及其应用》

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无损检测技术及其应用

一、 无损检测概述

无损检测 NDT （Non-destructive testing），就是利用声、光、磁和电等 特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在 缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对 象所处技术状态（如合格与否、剩余寿命等）的所有技术手段的总称。

与破坏性检测相比，无损检测具有以下显著特点：

(1) 非破坏性

(2) 全面性

(3) 全程性

(4) 可靠性问题

开展无损检测的研究与实践意义是多方面的，主要表现在以下几方面：

(1) 改进生产工艺：采用无损检测方法对制造用原材料直至最终的产品进行全程检测，可以发现某些工艺环节的不足之处，为改进工艺提供指导，从而也在一定程度上保证了最终产品的质量。

(2) 提高产品质量：无损检测可对制造产品的原材料、各中间工艺环节直至最终的产成品实行全过程检测，为保证最终产品年质量奠定了基础。

(3) 降低生产成本：在产品的制造设计阶段，通过无损检测，将存有缺陷的工件及时清理出去，可免除后续无效的加工环节，减小原材料和能源的消耗节约工时，降低生产成本。

(4) 保证设备的安全运行：由于破坏性检测只能是抽样检测不可能进行100%的全面检测，所得的检测结论只反映同类被检对象的平均质量水平。

此外，无损检测技术在食品加工领域，如材料的选购、加工过程品质的变化、流通环节的质量变化等过程中，不仅起到保证食品质量与安全的监督作用，还在节约能源和原材料资源、降低生产成本、提高成品率和劳动生产率方面起到积极的促进作用。作为一种新兴的检测技术，其具有以下特征：无需大量试剂；不需前处理工作，试样制作简单；即使检测，在线检测；不损伤样品，无污染等等。

无损检测技术在工业上有非常广泛的应用，如航空航天、核工业、武器制造、机械工业、造船、石油化工、铁道和高速火车、汽车、锅炉和压力容器、特种设备、以及海关检查等等。 “现代工业是建立在无损检测基础之上的”并非言过其实。

无损检测分为常规检测技术和非常规检测技术。常规检测技术有：超声检测 Ultrasonic Testing（缩写 UT）、射线检测 Radiographic Testing（缩写 RT）、磁粉检测 Magnetic particle Testing（缩写 MT）、渗透检验Penetrant Testing （缩写 PT）、涡流检测Eddy current Testing（缩写 ET）。非常规无损检测技术有： 声发射Acoustic Emission(缩写 AE)、 红外检测Infrared（缩写 IR）、激光全息检测Holographic Nondestructive Testing（缩写HNT）等。

二、无损检测的方法

现代无损检测的定义是：在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构，性质，状态进行检查和测试的方法。

1、射线检测

射线检测技术一般用于检测焊缝和铸件中存在的气孔、密集气孔、夹渣和未融合、未焊

透等缺陷。射线检测不适用于锻件、管材、棒材的检测。射线检测方法可获得缺陷的直观图像，对长度、宽度尺寸的定最也比较准确，检测结果有直观纪录，可以长期保存。但该方法对体积型缺陷(气孔、夹渣)检出率高，对体积型缺陷(如裂纹未熔合类)，如果照相角度不适当，容易漏检。另外该方法不适宜较厚的工件，且检测成本高、速度慢，同时对人体有害，需做特殊防护。

2、超声波检测

超声检测是利用超声波在介质中传播时产生衰减，遇到界面产生反射的性质来检测缺陷的无损检测方法。与其它常规无损检测技术相比，它具有被测对象范围广；检测深度大；缺陷定位准确，检测灵敏度高；成本低，使用方便；速度快，对人体无害以及便于现场使用等特点。目前大量应用于金属材料和构件质量在线监控和产品的在投检查。如钢板、管道、焊鞋、堆焊层、复合层、压力容器及高压管道、路轨和机车车辆零部件、棱元件及集成电路引线的检测等。

3、渗透检测

渗透检测(PenetrantTest， )是基于毛细管现象揭示非多孔性固体材料表面开口缺陷， 其方法是将液体渗透液渗人工件表面开口缺陷中，用去除剂清除多余渗透液后，用显像剂表示出缺陷。渗透检测可有效用于除疏松多孑L性材料外的任何种类的材料，如钢铁材料、有色金属材料、陶瓷材料和塑料等材料的表面开口缺陷。随着渗透检测方法在压力容器检测中的广泛应用，必须合理选择渗透剂及检测工艺、标准试块及受检压力容器实际缺陷试块，使用可行的渗透榆测方法标准等来提高渗透检测的可靠性。该方法操作简单成本低，缺陷显示赢观，检测灵敏度高，可检测的材料和缺陷范围广，对形状复杂的部件～次操作就可大致做到全面检测。但只能检测出材料的表面开口缺陷且不适用于多孔性材料的检验，对工件和环境有污染。渗透检测方法在检测表面微细裂纹时往往比射线检测灵敏度高，还可用于磁粉检测无法应用到的部位。

4、声发射检测

声发射(Acoustic Emission，AE)是指材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能的现象。而弹性波可以反映出材料的一些性质。声发射检测就是通过探测受力时材料内部发出的应力波判断容器内部结构损伤程度的一种新的无损检测方法。在构件裂纹形成、扩展直至开裂过程中会发射出能量大小不同的声发射信号，根据声发射信号的大小可判断是否有裂纹产生、及裂纹的扩展程度。

声发射与X射线、超声波等常规检测方法的主要区别在于它是一种动态无损检测方法。声发射信号是在外部条件作用下产生的，对缺陷的变化极为敏感，可以检测到微米数量级的显微裂纹产生、扩展的有关信息，检测灵敏度很高。此外，因为绝大多数材料都具有声发射特征．所以声发射检测不受材料限制，可以长期连续地监视缺陷的安全性和超限报警。

5、磁记忆检测

磁记忆(metal magnetic memory，MMM)检测方法就是通过测量构件磁化状态来推断其应力集中区的一种无{fIj检测方法，其本质为漏磁检测方法。磁记忆检测方法用于发现存在材料构件的高应力集中部位，它采用磁记忆检测仪对构件焊缝进行快速扫查，从而发现焊缝上存在的应力峰值部位，然后对这些部位进行表面磁粉检测、内部超声检测、硬度测试或金相组织分析，以发现可能存在的表面裂纹、内部裂纹或材料微观损伤。

磁记忆检测方法不要求对被检测对象表面做专门的准备，不要求专门的磁化装置，具有较高的灵敏度。金属磁记忆方法能够区分出弹性变形区和塑性变形区，能够确定金属层滑动 面位置和产生疲劳裂纹的区域，能显示出裂纹在金属组织中的走向，确定裂纹是否继续发展。 是继声发射后第二次利用结构自身发射信息进行检测的方法，除早期发现已发展的缺陷外，还能提供被检测对象实际应力? 变形状况的信息，并找出应力集中区形成的原因。但此方法

目前不能单独作为缺陷定性的无损检测方法。在实际应用中，必须辅助以其他的无损检测方 法。

三、无损检测的应用

随着现代工业生产和科学技术的高速发展，在航空、航天、核能、汽车、 石油、 化工、 铁路、 建筑等产业方面， 无损检测技术将发挥着越来越重要的作用。 在现代化生产和建设中，高温、高压、高速度和高负荷无处不在，要保证产品的 高质量必须进行百分百的检测，这就要求不破坏产品原来的形状、不改变产品的 使用性能。从而无损检测技术应运而生。无损检测技术是在不损坏被检测对象的 情况下， 利用被检测对象的某些物理性质因其内部存在缺陷或结构异常而使所引 起的光、声、电、磁等反应量发生的变化，从而测量这些变化以了解和评价被检 测对象的性质、状态、质量或内部结构的技术。 在工业领域已获得实际应用的和已在实验室阶段获得成功的无损检测方 法已达五、六十种甚至更多，随着工业生产与科学技术的发展，还将会出现更多 的无损检测方法与种类。根据检测原理不同，无损检测可分为声学方法检测、射 线检测、电学方法检测、磁学方法检测、微波和介电方法检测、光学方法检测、 热学方法检测、 渗透检测与渗透检测等。 其中超声波检测、 磁粉检测、 涡流检测、 渗透检测和射线检测被称为五大常规检测技术。

1、超声波检测技术及应用 超声波是频率高于 20000 赫兹的`声波，它的特点是方向性好，穿透能力 强， 易于获得较集中的声能。 超声检测技术是使超声波与被检测工件现相互作用， 根据超声波的反射、透射和散射的行为，对被检测工件进行缺陷检测、几何特征 测量、组织机构和力学性能变化的检测和表征，并进行对其应用性进行评价的一 种无损检测技术。 根据超声波在物体中的多种传播特性， 例如反射、 透射与折射、 衍射与散射、衰减、谐振以及声速等的变化，可以测知许多物体的尺寸、表面与 内部缺陷、 组织变化等。 与其它常规无损检测技术相比， 它具有被测对象范围广， 检测深度大;缺陷定位准确，检测灵敏度高；成本低，使用方便；速度快，对人 体无害以及便于现场使用等特点。 因此其应用范围很广。 超声无损检测技术的主要应用 （1）超声检测在工业无损检测技术技术中占有重要地位。金属材料（锻件、 铸件、焊接件、型材、胶接结构）的探伤、厚度测量、硬度测量、纤维组织评价。 非金属的检测，如混凝土、岩石、桩基和路面等质量检验，包括对其内部缺陷、 内应力、强度的检测应用；陶瓷土坯的湿度、陶瓷制件的缺陷检测；气体介质特 性分析等。 （2）各种新材料的检测。如有机基复合材料、金属基复合材料、结构陶瓷 材料、陶瓷基复合材料等，超声检测技术已成为复合材料的支柱。 （3）在海洋地质领域有许多方面的应用，例如声纳、鱼群探测、海底形貌 探测、地质构造探测等。 （4）核电工业的超声检测。 （5）在医学诊断方面广泛应用超声检测技术，例如 B 超检测。 （6）在农业方面，农产品的成熟度、农畜产品的内部缺陷、畜产品的异物 等的检测。 目前人们正试图将超声检测技术用于开辟其它新领域和行业,如人们正努

力将超声检测技术用于血压控制系统进行系统作非接触检测、辨识。性能分析和 故障诊断等

2、磁粉检测技术及应用 磁粉检测的基本原理是利用铁磁性材料或工件被磁化后， 如果在表面和近 表面有材料的不连续性的存在（材料的均质状态或致密性受到破坏） ，则在不连 续处磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，在合适的 光照下形成目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、大小、形状和严重程 度等． 由于有趋肤效应存在， 铁磁性材料中的磁通基本集中在材料的表面和进表 面，因此磁粉检测局限在检查铁磁性材料的表面和近表面，此外还不适用于检测 铜、吕、镁、钛合金等非铁磁性金属材料外。但是它的优点较多，适用范围较广， 成为五大常规检测技术之一。由于磁粉检测的特点和局限性，一般只应用在工业 上，其适用范围如下： （1）适用于检测铁磁性

材料工件表面和近表面尺寸很小，间隙极窄的铁磁性 材料的微小裂纹和目视难以看出的缺陷． （2）适用于检测马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢材料，不适用于检测奥氏体 不锈钢材料． （3）适用于检测未加工的原材料（如纲坯）和加工的半成品、成品件及在役 与使用过的工件． （4）适用于检测管材、棒材、板材、形材和锻钢件、铸钢件及焊接件． （5）使用于检测工件表面和近表面的缺陷，但不适用于检测工件表面浅而宽 的缺陷、埋藏较深的内部缺陷和延伸方向与磁力线方向夹角小于２０度的缺陷．

3、涡流检测技术及应用 当向一个线圈中通入交变电流时， 该线圈将产生垂直于电流方向的交变磁 场，当此交变磁场与导体产生相对运动时，导体中会产生垂直于磁场并与电流方 向相反的涡电流，即涡流。涡流检测是利用电磁感应原理，通过测定被检测工件 内感应出的涡流的变化来检查导电材料或工件的某些性能或发现缺陷。 涡流检测的优点是检测速度快，检测成本低，操作方便等。按试件的形状 和检测目的的不同，可采用不同形式的线圈，通常有穿过式、探头式和插入式线 圈 3 种。 （1） 穿过式线圈用来检测管材、 棒材和线材， 它的内径略大于被检物件， 使用时使被检物体以一定的速度在线圈内通过。（2） 探头式线圈适用于对试件进 行局部探测。 可检查飞机起落撑杆内筒上和涡轮发动机叶片上的疲劳裂纹等。 3） （ 插入式线圈也称内部探头，放在管子或零件的孔内用来作内壁检测，可用于检查 各种管道内壁的腐蚀程度等。 涡流法适用于钢铁、有色金属、石墨等导电材料的制品的检测，主要用于 生产线上的管材、棒材、线材、丝材，锻件等的快速检测（可发现裂纹、夹杂、 凹坑等缺陷） 以及大批量零件如轴承钢球、 汽门等的探伤、 材质分选和硬度测量， 也可用来测量镀层和涂膜的厚度。

4、渗透检测技术及应用 利用液体的毛细管作用， 将溶有荧光染料或着色染料的渗透液施加到零部 件表面，渗透液渗入到细小的表面开口缺陷处，清除附着在工件表面的多余的渗 透液， 经干燥后再通过显象剂将渗入的渗透液吸出到表面， 形成放大的缺陷显示， 即可检测出缺陷的形貌和分布状态。这种无损检测方法称为渗透检测。 渗透检测方法可检查各种非疏孔性金属和非金属材料的表面开口缺陷， 如

可检验锻件、铸件、焊缝、陶瓷、玻璃、塑料、以及机械零件等的裂纹、气孔、 折叠、疏松、冷隔等。特别是无法采用磁性检测的材料，例如吕、镁、钛合金、 奥氏体钢等的制品。

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