安全检测技术.doc

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第6章 生产装置安全检测
第6章 生产装置安全检测
6.1 超声检测技术 6.2 射线检测技术 6.3 磁粉检测技术 6.4红外检测与红外诊断技术 红外检测与红外诊断技术 6.5 设备故障专家诊断技术
第6章 生产装置安全检测
6.1 超声检测技术
6.1.1 超声检测技术概述 1． 超声检测的基础知识 1) 超声波的产生与接受 超声波的产生是把电能转变为超声能的过程， 它运用 的是压电材料的逆压电效应，目前在超声检测中普遍应用的 产生超声波的方法是压电法。压电法运用压电材料施加交变 电压，它将发生交替的压缩或拉伸，由此而产生振动，振动 的频率与交变电压的频率相同。当施加在压电晶体上的交变 电压频率在超声波频率范围内时，产生的振动就是超声波振 动。假如把这种振动耦合到弹性介质中，那么在弹性介质中 传播的波就是超声波。
第6章 生产装置安全检测 2) 超声波的种类 超声波在介质中传播有不同的方式，波型不同，其振 动方式不同，传播速度也不同。空气中传播的声波只有疏 密波，声波的介质质点的振动方向与传播方向一致， 叫做 纵波。可在固体介质中传播的波除了纵波外尚有剪切波， 又叫横波。此外，尚有在固体介质的表面传播的表面波和 薄板中传播的板波。  在超声检测中， 直探头产生的是纵波， 斜探头产生的 是横波。
第6章 生产装置安全检测 3)波速 声波在介质中是以一定的速度传播的，在空气中的声速 为 340m/s ， 水 中 的 声 速 为 1500m/s ， 钢 中 纵 波 的 声 速 为 5900m/s，横波的声速为3230m/s，表面波的声速为3007m/s。 声速是由传播介质的弹性系数、密度以及声波的种类决定的， 它与频率和晶片没有关系。横波的声速大约是纵波声速的一 半，而表面波声速大约是横波的0.9。
第6章 生产装置安全检测 4)波的透射、反射与折射 当超声波从一种介质传播到另一种介质时，若垂直入射， 则只有反射和透射。反射波与透射波的比率取决于两种介质 的声阻抗。例如当钢中的超声波传到底面碰到空气界面时， 由于空气与钢的声速和密度相差很大，超声波在界面上接近 100％的反射，几乎完全不会传到空气中(只传出来约0.002 ％)，而钢同水接触时，则有88％的声能被反射，有12％的 声能穿透进入水中。计算声压反射率R和声压透射率D的公 式为
Z 2 ? Z1 R= Z 2 + Z1
（6-1）
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2Z 2 D= Z 2 + Z1
式中：Z1、Z2为两种介质的声阻抗。
（6-2）
当倾斜入射时，除反射外，投射波会发生折射现象， 同时随着有波形转换。假如介质为液体、气体时，反射波 和折射波只有纵波。 斜探头接触钢件时，由于两者都是固体，所以反射波 和折射波都存在纵波和横波，如图6-1所示。
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图6-1固体和固体间的折射和反射
第6章 生产装置安全检测 图中：i——入射角；β——反射角；θ——折射角。 此时，反射角和折射角的大小由两种介质中的声速决定。 折射角的计算公式为
sin αL sin γL sin γ s = = C1 CL2 CS 2
式中：C1——入射波声速; α——入射角; γ——反射角; L——纵波； S——横波。
（6-3）
第6章 生产装置安全检测 2.超声检测的优点 (1)适应范围广。无论是金属、非金属，还是复合材料都 可应用超声波进行无损检测。 (2)不会对工件导致损坏。施加给工件的超声强度低，最 大作用应力远低于弹性极限，不会对工件使用导致任何影响。 (3）仅需从一侧接近被检工件，便于复杂形状工件的检 测。 (4）穿透能力强、灵敏度高。可以检查极厚部件，不适 宜检查较薄的工件，可以检出微小不连续性缺陷，对面积型 缺陷的检出率较高，而对体积型缺陷的检出率较低。 (5）对拟定内部缺陷的大小、位置、取向、埋深、性质 等参量较之其他无损检测方法有综合优势。
第6章 生产装置安全检测 (6）检查成本低、速度快，能快速自动检测。 (7）检测仪器体积小，质量轻，现场使用较方便。 (8）对人体及环境无害。
第6章 生产装置安全检测 3.超声检测技术的局限性 超声检测技术的局限性 超声检测技术也有一定的局限性。检测条件会限制超声 技术的应用，特别在涉及以下因素之一时： (1）试件的几何形状(尺寸、外形、表面粗糙度、复杂 性及不连续性取向)不合适； (2）不良的内部组织(晶粒尺寸、结构孔隙、夹杂物含 量或细小弥散的沉淀物)。
第6章 生产装置安全检测 6.1.2超声检测的方法 1．超声检测的基本方法 1）脉冲反射法 脉冲反射法是目前应用最为广泛的一种超声波检测法。 它的探伤原理是：将具有一定连续时间和一定频率间隔的超 声脉冲发射到被测工件上，当超声波在工件内部碰到缺陷时， 就会产生反射，根据反射信号的时差变化及在显示器上的位 置就可以判断缺陷的大小及深度。图6-2为脉冲反射法原理图。
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图6-2脉冲反射法原理图
第6章 生产装置安全检测 2）共振法 若某一频率可调的声波在被测工件内传播，当工件的厚 度是超声波的半波长的整数倍时，将引起共振，检测仪器会 显示出共振频率。运用相邻的两个共振频率之差，按下式可 计算出被测工件的厚度：
c c δ= = = 2 2 f 0 2( f m ? f m ?1 )
式中：f0——工件的固有频率; fm、fm-1——相临两共振频率; ｃ——被检工件的声速； λ——波长; δ——工件厚度。
λ
第6章 生产装置安全检测 3）穿透法 穿透法又叫透射法，它是根据脉冲波穿透工件后的能 量变化来判断工件缺陷情况的。穿透法检测可以用连续波， 也可以用脉冲波，常使用两个探头，分别用于发射和接受 超声波，这两个探头被放置在工件两侧。若工件内无缺陷， 超声波穿透工件后衰减较小，接受到的超声波较强；若超 声波在传播的途径中存在缺陷，则超声波在缺陷处就会发 生反射或折射，并部分或完全阻止超声波到达接受探头。 这样，根据接受到超声波能量的大小就可以判断缺陷位置 及大小。
第6章 生产装置安全检测 穿透法的优点是适于探测较薄工件的缺陷和检测超声 衰减大的匀质材料工件；设备简朴，操作容易，检测速度 快；对形状简朴、批量较大的工件容易实现连续自动检测。 穿透法的缺陷是不能探测缺陷的深度；不能检测小缺 陷，探伤灵敏度较低；对发射探头和接受探头的位置规定 较高。穿透检测法灵敏度低，也不能对缺陷定位。
第6章 生产装置安全检测 4）接触法 接触法就是运用探头与工件表面之间的一层薄的耦合 剂直接接触进行探伤的方法。耦合剂重要起传递超声波能 量的作用。耦合剂规定具有较高的声阻抗且透声性能好， 一般为油类，如硅油、甘油、机油。图6-3为接触法探伤原 理图。
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图6-3接触法探伤原理图
第6章 生产装置安全检测 5）液浸法 液浸法就是将探头与工件所有浸入液体，或将探头与工 件之间局部充以液体进行探伤的方法。液体一般用水，故又 称水浸法。用液浸法纵波探伤时，当超声束达成液体与工件 的界面时会产生界面波，如图6-4所示。由于水中声速是钢 中声速的1/4，声波从水中入射钢件时，产生折射后波束变 宽。为了提高检测灵敏度，常用聚焦探头。
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图6-4液浸法探伤
第6章 生产装置安全检测 2．超声波探伤仪 1）Ａ型显示探伤仪 Ａ型显示探伤仪可使用一个探头兼作收发，也可使用两 个探头，一发一收，使用的波型可以是纵波、横波、表面波 和板波。多功能的Ａ型显示探伤仪尚有一系列附加电路系统， 如时间标距电路、自动报警电路、闸门选择电路、延迟电路 等。
第6章 生产装置安全检测 2）B型显示探伤仪 在A型显示探伤中，横轴为时间轴，纵轴为信号强度。 若将探头移动距离作横轴，探伤深度作纵轴，可绘制出探伤 体的纵截面图形，这种方式称为Ｂ型显示方式。在Ｂ型显示 中，显示的是与扫描声束相平行的缺陷截面。 Ｂ型显示不能描述缺陷在深度方向的扩展。当缺陷较大 时，大缺陷后面的小缺陷的底面反射也不能被记录。 若将一系列小的晶片排列成阵，并依次通过电子切换来 代替探头的移动，即为移相控制式或相控阵式探头，它们被 广泛用于Ｂ型扫描显示和一些其他扫描方法中。近年来，Ｂ 型扫描显示已经在电脑式探伤仪中通过Ｂ型扫描程序得以实 现。
第6章 生产装置安全检测 3）C型显示探伤仪 C型显示探伤仪使探头在工件上纵横交替扫查，把在探 伤距离特定范围内的反射作为辉度变化并连续显示，可绘制 出工件内部缺陷的横截面图形。这个截面与扫描声束相垂直。 示波管荧光屏上的纵、横坐标，分别代表工件表面的纵、横 坐标。 若将Ｂ型和Ｃ型显示两者结合起来，便可同时显示被检 测部位的侧面图和顶视图，此种方法被称为复二维显示方式。 在复二维显示中，常用多笔放电式记录仪描绘图形。
第6章 生产装置安全检测 4）连续波探伤仪 对时间而言，连续波探伤仪发射的是连续的且频率不 变（或在小范围内周期性频率微调）的超声波。其结构比 脉冲波探伤仪简朴，重要由振荡器、放大器、指示器和探 头组成。检测灵敏度较低，可用于某些非金属材料检测。
第6章 生产装置安全检测 5）调频波探伤仪 对时间而言，调频波探伤仪周期性地发射连续的频率可 调的超声波，其工作原理与调频雷达类似，重要由调频器、 振荡器、混频器、低频放大器和探头组成，由电表、耳机、 喇叭或频率计指示。当调频波进入工件并由缺陷返回后，其 反射波与发射波的频率不同，通过混频器输出两者的差频， 由指示器显示。此类仪器现在已很少使用。
第6章 生产装置安全检测 3.采用超声波检测技术时应注意的事项 采用超声波检测技术时应注意的事项 1）检测条件的选择 在进行超声波检测之前，应了解被检工件的材料特性、 外形结构和检测技术规定；熟悉工件在加工的各个过程中可 能产生的缺陷和部位，以作为分析缺陷性质的依据。
第6章 生产装置安全检测 2）检测仪的选择 超声波检测仪是超声波检测的重要设备。目前国内外检 测仪种类繁多，性能也各不相同。使用时应优先选用性能稳 定、反复性好、可靠性高的仪器。此外，检测前也应根据探 测规定和现场条件来选择检测仪： （1）对于定位规定高的情况，应选择水平线性误差小 的仪器； （2）对于定量规定高的情况，应选择垂直线性好、衰 减器精度高的仪器；
第6章 生产装置安全检测 （3）对于大型零件的检测，应选择灵敏余量低、信噪 比高、功率大的仪器； （4）为了有效地发现表面缺陷和区分相邻缺陷，应选 择盲区小、分辨率好的仪器； （5）对于室外现场检测，应选择重量轻、荧光屏亮度 好、抗干扰能力强的便携式检测仪。
第6章 生产装置安全检测 3）探头的选择 根据检测目的和技术条件选择合适的探头，从探头的 形式、探头的频率以及探头的晶片尺寸三个方面选择。 在选择探头频率时应注意：对同种材料而言，频率愈 高，超声衰减愈大；对同一频率而言，晶粒愈粗，衰减愈 大。对于细晶粒材料，选用较高频率可提高检测灵敏度， 由于频率高，波长短，检测小缺陷的能力强，同时频率愈 高，指向性愈好，可提高分辨力，并能提高缺陷的定位精 度。但是，提高频率会减少穿透能力和增大衰减，因此， 对粗晶和不致密材料及厚度大的工件，应选用较低的探测 频率。
第6章 生产装置安全检测 4)检测方法和耦合剂的选择 应针对工件的具体情况选择合适的检测方法，常用的检 测方法有：脉冲反射法、共振法、穿透法、接触法和液浸法。 探头与试件的耦合方式有：液体耦合、空气耦合等。另 外，在一些特殊条件（如高温）下，还需要选择特殊的耦合 剂。 对于应用最多的液体耦合，影响声耦合的重要因素有： （1）耦合层厚度； （2）表面粗糙度； （3）声阻抗； （4）工件表面形状等。
第6章 生产装置安全检测 6.1.3生产装置的超声检测 1．钢壳和模具的超声波检测 大型结构部件钢壳和各种不同尺寸的模具均为锻件。锻 件探伤采用脉冲反射法，除奥氏体钢外，一般晶粒较细，探 测频率多为２～５ＭＨｚ，质量规定高的可用10ＭＨｚ。锻 件通常采用接触法探伤，用机油作耦合剂，也可采用水浸法。 在锻件中缺陷的方向一般与锻压方向垂直，因此，应以锻压 面作重要探测面。锻件中的缺陷重要有折叠、夹层、中心疏 松、缩孔和锻造裂纹等。钢壳和模具探伤以直探头纵波检测 为主，以横波斜探头作辅助探测。但对于筒头模具的圆柱面 和球面壳体，应以斜探头为主。为了获得良好的声耦合，斜 探头楔块应磨制成与工件相同曲率。钢壳的腰部带有异型法 兰环，当用直探头探测时，在正常情况下不出现底波，若有 裂纹等缺陷存在，便会有缺陷波出现。其探伤情况如图6-5 所示。
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图6-5异型法兰探伤
第6章 生产装置安全检测 2．小型压力容器壳体的超声波检测 ．小型压力容器壳体的超声波检测 小型压力容器壳体是由低碳不锈钢锻导致型的，经机械加 工后成半球壳状。对此类锻件进行超声波探伤，通常以斜探头 横波探伤为主，辅以表面波探头检测表面缺陷。对于壁厚３ｍ ｍ以下的薄壁壳体可只用表面波法检测。探伤前必须将斜探头 楔块磨制成与工件相同曲率的球面，以利于声耦合，但磨制后 的超声波束不能带有杂波。通常使用易于磨制的塑料外壳环氧 树脂小型Ｋ值斜探头，Ｋ值可选，范围为1.5～2，频率为2.5～ 5ＭＨｚ。探伤时采用接触法，用机油耦合。图6-6为探伤操作 情况。探头一方面沿经线上下移动，一方面沿纬线绕周长水平 移动一周，使声束扫描线覆盖整个球壳。在扫查过程中通常没 有底波，但碰到裂纹时会出现缺陷波。可以制作带有人工缺陷、 与工件相同的模拟件调试灵敏度。
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图6-6小型球壳的探伤
第6章 生产装置安全检测 3．复合构件检测 某些结构件是将两种材料粘合在一起形成的复合材料。 复合材料粘合质量的检测，重要有脉冲反射法、脉冲穿透 法和共振法。 两层材料复合时，粘合层中的分层（粘合不良）多与 板材表面平行，用脉冲反射法检测是一种有效的方法。用 纵波检测时，若两种材料的声阻抗相同或相近，且粘合质 量良好，产生的界面波很低，底波幅度较高。当粘合不良 时，界面波较高，而底波较低或消失。若两种材料的声阻 相差较大，在复合良好时界面波较高，底波较低。当粘合 不良时，界面波更高，底波很低或消失。
第6章 生产装置安全检测 当第一层复合材料很薄，在仪器盲区范围内时，界面波 不能显示。这时粘合质量的好坏重要用底波判别。一般说来 粘合良好时有底波，粘合不良时无底波。但第二层材料对超 声衰减大时，也也许无底波，如图6-7所示。
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图6-7第一层较薄时的探测 (a)粘合良好；(b)粘合不良
第6章 生产装置安全检测 当第二层复合材料很薄时，界面波（I）与底波(B)相邻 或重合，如图6-8所示。对于很薄的复合材料，也可用双探 头法检测。如用横波检测，可用两个斜探头一发一收，调整 两探头的位置，使接受探头能收到粘合不良的界面波。
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图6-8第二层较薄时的探测 (a)粘合良好；(b)粘合不良
第6章 生产装置安全检测 4．结构件焊缝的检测 ． 在科研生产过程中，经常碰到焊接结构件，如实验筒体、 大型测试刚架、焊接容器和壳体等。焊缝形式有对接、角接、 搭接、丁字接和接管焊缝等。超声波检测常碰到的缺陷有气 孔、夹渣、未熔合、未焊透和焊接裂纹等。 焊缝探伤重要用斜探头（横波），有时也可使用直探头 （纵波）。探测频率通常为2.5～5ＭＨｚ。探头角度的选择 重要依据工件厚度。在缺陷定位计算中，可以使用探头折射 角的正弦和余弦，也可使用正切值，它等于探头入射点至缺 陷的水平距离与缺陷至工作表面垂直距离之比。一般说来， 板材厚度小时选用Ｋ值大的探头，板材厚度大时选用Ｋ值小 的探头。仪器灵敏度调整和探头性能测试应在相应的标准试 件上进行。
第6章 生产装置安全检测 例如：某化工厂采用超声波检测技术，对由16MnR材质 制造，壁厚24mm，工作压力12.6MPa，工作介质为压缩氦气， -5℃低温条件下工作的多台压力容器进行无损检测。重要针 对压力容器的焊缝缺陷进行检测。 检测结果表白，超声波探伤是压力容器焊接质量控制中 的一种有效的检查技术。通过纯熟掌握超声波无损检测技术 能检测出压力容器焊接接头补焊焊道中的埋藏缺陷，并且具 有指向性较强、灵敏度高、探测可靠性较高、探测效率高、 成本低和设备轻便等特点。
第6章 生产装置安全检测 5．港口集装箱龙门桥吊缺陷的超声检测 港口龙门桥吊是用于起吊集装箱从岸上到船或从船上 到岸的可延伸、可行走的起重机。港口龙门桥吊重要采用 钢板、钢管、法兰盘等进行焊接和拼装而成。重要件之间 的连接采用焊接与法兰盘螺栓连接相结合，有的也采用焊 接方式进行连接。由于工作环境、运营情况以及自身结构 状态的限制，对每条重要焊缝的质量规定都非常严格。 采用超声检测技术对法兰盘与主梁焊接连接处的焊缝 缺陷、盘管焊缝缺陷、吊机上行车行驶轨道对接焊缝缺陷 进行检测，可以及时发现隐患，防止重大事故的发生。
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6.2射线检测技术 射线检测技术
6.2.1射线检测技术概述 1. 射线检测技术的特点
射线检测诊断使用的射线重要是X射线、γ射线和其他 射线。射线检测诊断成像技术重要有实时成像技术、背散射 成像技术、CT技术等。该技术的重要优点如下。 (1)几乎合用于所有材料，并且对试件形状及其表面粗 糙度均无特别规定。对于厚度为0.5mm的钢板等，均可检查 其内部质量。
第6章 生产装置安全检测 (2)能直观地显示缺陷影像，便于对缺陷进行定性、定 量与定位分析。 (3)射线底片也就是检测结果可作为档案资料长期保存 备查，便于分析事故因素。 (4)对被测物体无破坏、无污染。 (5)检测技术和检测工作质量可以自我监测。
第6章 生产装置安全检测 2.射线检测技术的局限性 (1）射线在穿透物质的过程中被吸取和散射而衰减，使 得可检查的工件厚度受到制约。 (2）难于发现垂直射线方向的薄层缺陷，当裂纹面与射 线近于垂直时就很难检查出来。 (3）对工件中平面型缺陷（裂纹未熔合等缺陷）也具有 一定的检测灵敏度，但与其他常用的无损检测技术相比，对 微小裂纹的检测灵敏度较低， (4）检测费用较高，其检查周期也较其他无损检测技术 长。 (5）射线对人体有害，需作特殊防护。
第6章 生产装置安全检测 6.2.2射线检测的基本原理和方法 1.射线检测的基本原理 各种射线检测方法的基本原理都是相同的，都是运用 射线通过物质时的衰减规律，即当射线通过被检物质时， 由于射线与物质的互相作用，发生吸取和散射而衰减。其 衰减限度根据其被通过部位的材质、厚度和存在缺陷的性 质不同而异。因此，可以通过检测透过被检物体后的射线 强度的差异，来判断物体中是否存在缺陷。图6-9为射线检 测的原理图。
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图6-9射线检测的原理图
第6章 生产装置安全检测 当一束强度为I0的均匀射线通过被检测试件（厚度为d） 后，其强度将衰减为
I d = I 0 e ? ud
（6-5）
式中：u为被检物体的线吸取系数。 假如被测试件表面局部凸起，其高度为ｈ时，则射线 通过ｈ部位后，其强度将衰减为
I h = I 0e
u ( d + h )
（6-6）
又如在被测试件内有一个厚度为ｘ 的线吸取系数为u′的某种 缺陷，则射线通过ｘ部位后，其强度衰减为
I x = I 0e
[ ? u ( d ? x ) ?u ' x ]
（6-7）
式中：u′为被检物体缺陷处的线吸取系数。
第6章 生产装置安全检测 由于u≠u′，则由式（6－5)、(6－6)、(6－7）可得
Id ≠ Ih ≠ I x
（6-8）
因而，在被检测试件的另一面就形成了一幅射线强度 不均匀的分布图。通过一定方式将这种不均匀的射线强度 进行照相或转变为电信号指示、记录或显示，就可以评估 被检测试件的内部质量，达成无损检测的目的。
第6章 生产装置安全检测 2.射线检测的方法 射线检测的方法 射线检测的方法 射线检测的方法重要有透视照相法、电离检测法、Ｘ射 线荧光屏观测法和电视观测法以及正在发展中的工业射线Ｃ Ｔ(计算机层析成像)技术等。 照相法是指将射线感光材料（通常用射线胶片）放在被 透照试件的后面接受来自透过试件后不同强度分布的射线。 由于射线强度与胶片乳剂的摄影作用在正常条件下成正比， 所以胶片在射线作用下形成潜影，经暗室解决后，就会显示 出物体的结构图像。根据底片上影像的形状及其黑度的不均 匀限度，就可以评估被检测试件中有无缺陷及缺陷的性质、 形状、大小和位置。图6-10为射线照相原理示意图。
第6章 生产装置安全检测
图6-10射线照相原理示意图
第6章 生产装置安全检测 2）电离检测法
Ｘ射线通过气体时，撞击气体分子，使其中某些原子失
去电子而变成离子，同时产生电离电流。假如让穿过工件的 射线再通过电离室，那么在电离室内便产生电离电流。不同 的射线强度穿过电离室后产生的电离电流也不相同。电离检 测法就是运用测定电离电流的方法来测定Ｘ射线强度的，根 据射线强度的不同可以判断工件内部质量的变化。检测时， 可用探头（即电离室）接受射线，并转换为电信号，经放大 后输出。电离检测法检测原理如图6－11所示。
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图6-11电离检测法检测原理
第6章 生产装置安全检测 此法的特点：能对产品进行连续检测，便于自动化操作， 可采用多探头，效率高，成本低。但它只合用于形状简朴、 表面平整的工件，在一般情况下对缺陷性质判别较困难。因 此，在探伤方面应用并不广泛，但可研制成各种专用的检测 设备，如用于自动检查子弹壳的Ｘ射线装置。该装置由德国 塞福特公司研制，用于分选子弹壳，每小时可检测的子弹壳 达7200个。Ｘ射线束通过铅制狭缝后，透过子弹壳的Ｘ射线 由探头接受。探头采用闪烁探测器，由碘化钠晶体和光电倍 增管组成。当碰到子弹壳壁有缺陷时，则壁厚变薄，探头便 输出一个较强的电信号，触发分选机构，从而自动将废品分 选出来。
第6章 生产装置安全检测 3）荧光屏观测法 荧光屏观测法是将透过被检测物体后的不同强度的射 线投射在涂有荧光物质的荧光屏上，激发出不同强度的荧 光来，成为可见影像，从荧光屏上直接辨认缺陷。它所看 到的缺陷影像与照相法在底片上所得到的影像黑度相反。
第6章 生产装置安全检测
图6-12荧光屏观测法检测示意图
第6章 生产装置安全检测 荧光屏观测法的相对灵敏度大约为７％左右。它具有成 本低、效率高、可连续检测等优点，合用于形状简朴、规定 不很严的产品探伤。近来，对此装置进一步采用了电子聚焦 荧光辉度倍增管配合小焦点的Ｘ光机，使荧光屏的亮度、清 晰度有所增长，灵敏度达２％～３％。在荧光屏上观测时， 为了减少直射Ｘ射线对人体的影响，在荧光屏后用一定厚度 的铅玻璃吸取Ｘ射线，并将图像再通过４５°的二次反射后 进行观测，如图6-12所示。从荧光屏上观测到的缺陷，如需 要备查时，可用照相或录像法将其摄录下来。
第6章 生产装置安全检测 4）电视观测法 电视观测法是荧光屏直接观测法的发展，事实上就是 将荧光屏上的可见影像通过光电倍增管增强，再通过电视 设备进行显示。电视观测法的自动化限度高，并且无论静 态或动态情况都可进行观测，但检测灵敏度比照相法低， 对形状复杂的零件检查也比较困难。
第6章 生产装置安全检测 5）工业射线ＣＴ(计算机层析成像)技术 射线照相一般仅能提供定性信息，不能用于测定结构 尺寸、缺陷方向和大小。它还存在三维物体二维成像、前 后缺陷重叠的缺陷。ＣＴ技术是断层照相技术，又称计算 机层析成像技术，它根据物体横断面的一组投影数据，经 过计算机解决后，得到物体横断面的图像。所以，它是一 种由数据到图像的重建技术。它比射线照相法能更快、更 精确地检测出材料和构件内部的细微变化，消除了照相法 也许导致的检查失真和图像重叠，并且大大提高了空间分 辨力和密度分辨力。
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图6-13 射线ＣＴ工作原理示意图
第6章 生产装置安全检测 3.射线检测设备 3.射线检测设备 现代工业射线照相检测设备器材重要由射线源、胶片 和金属增感屏组成。 过程设备的射线检测对象重要是材质、壁厚、形状和 尺寸不同的容器和管子的对接接头、对接焊缝和其他形式 接头，T形和角接接头则需特殊的透照技术。为保证过程设 备的制造质量和安全使用，在制造阶段就要根据容器的结 构特点，选用适当的射线设备、器材、几何布置和曝光条 件，对被检焊缝进行透照检查。为保证检测结果的有效性 和可靠性，通常要对射线透照工艺和透照质量进行适当控 制。只有自身质量符合规定的射线底片，才有条件按标准 对焊接质量进行评估和验收。
第6章 生产装置安全检测 6.2.3生产装置的射线检测 1.射线检测技术在压缩机入口分液罐检测中的应用 射线检测技术在压缩机入口分液罐检测中的应用 采用射线检测技术可以对压缩机入口分液罐进行检测， 其中，对容器环焊缝的检测难度相对较大。在实际的检测过 程中，可根据现场的具体情况，设计检测方案。 (1)对接环焊缝进行检测时，采用射线或轴向X射线机内 透中心法(或偏心法)进行透照。 (2)容器对接纵缝进行检测时，采用定向射线机进行直缝 透照。
第6章 生产装置安全检测 2.射线检测技术在航空航天工业中的应用 射线检测技术在航空航天工业中的应用 射线检测技术中的ＣＴ技术在航空航天领域不仅用来检 测精密铸件的内部缺陷、评价烧结件的多孔性、检测复合材 料件的结构并控制其制造工艺，并且近年来已将射线ＣＴ技 术引入更高层次的探测对象。美国肯尼迪空间中心就采用射 线ＣＴ装置来检测火箭发动中的电子束焊缝、飞机机翼的铝 焊缝。该装置还能发现涡轮叶片内0.25ｍｍ的气孔和夹杂物， 也可用来检测航天飞机发动机出口锥等。
第6章 生产装置安全检测 3.射线检测技术在核工业中的应用 射线检测技术在核工业中的应用 ＣＴ技术的应用日渐增多，例如用来检测反映堆燃料 元件的密度和缺陷，拟定包壳管内芯体的位置，检测核动 力装置及其零部件的质量，并用于设备的故障诊断和运营 监测。中子ＣＴ技术还可以用来检查燃料棒中铀分布的均 匀和废物容器中铀屑的位置。
第6章 生产装置安全检测 4.射线检测技术在钢铁工业中的应用 射线检测技术在钢铁工业中的应用 ＣＴ技术在钢铁工业中的应用已十分广泛，从分析矿石 含量到冶炼过程中各项技术标准的实现，以及各种钢材的质 量保证限度，都可以通过ＣＴ扫描进行检测。例如1989年美 国ＩＤＭ公司研制的IRIS系统，用于热轧无缝钢管的在线质 量控制，25ｍｓ即可完毕一个截面的图像。它由1024×1024 25 1024 1024 图像显示器显示，光盘存储，可以实时测量管子的外径、内 径、壁厚、偏心和椭圆度等。它还可以同时测量轧制温度， 管子的长度和质量，以及检测腐蚀、蠕变、塑性变形、锈斑 和裂纹等缺陷。美国和德国还用中子ＣＴ装置进行钢管在线 质量监测，每隔１ｃｍ给出一组层析数据和图像，发现偏心、 厚度不均和缺陷时，由计算机自动调整生产工艺参数。
第6章 生产装置安全检测 5.射线检测技术在机械工业中的应用 射线检测技术在机械工业中的应用 射线检测技术在机械工业中常用于检测和评价铸件和 焊接结构的质量。图6-14所示为采用射线ＣＴ装置在线检 测汽缸体铸件的质量。特别是用来检测微小气孔、缩孔、 夹杂和裂纹等缺陷，并用于进行精确的尺寸测量，也可用 于汽缸盖、铝活塞等铸件的检测。
第6章 生产装置安全检测
图6-14用于汽缸体铸件在线检测的射线ＣＴ装置
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6.3磁粉检测技术 磁粉检测技术
6.3.1磁粉检测技术概述 磁粉检测技术概述 1.磁粉检测技术的特点 磁粉检测对工件中表面或近表面的缺陷检测灵敏度最高， 对裂纹、折叠、夹层和未焊透等缺陷较为灵敏，能直观地显 示出缺陷的大小、位置、形状和严重限度，并可大体拟定缺 陷性质，检查结果的反复性好。 一般来说，采用交流电磁化可以检测表面下2mm以内的 缺陷，采用直流电磁化可以检测表面下6mm以内的缺陷。随 着缺陷的埋藏深度的增长，其检测灵敏度迅速减少。因此， 它被广泛用于磁性材料表面和近表面缺陷的检测。
第6章 生产装置安全检测 2.磁粉检测法的局限性 磁粉检测法的局限性 磁粉检测法只合用于检测铁磁性材料及其合金。此外， 磁粉探伤仅局限于对铁磁材料的表面和近表面缺陷进行检 测，所以在现代工业中经常碰到的奥氏体不锈钢、铝镁合 金制品中的缺陷不能应用磁粉探伤进行检测，而只能使用 其他的探伤方法（如渗透检测、射线检测等方法）进行检 测。此外，磁粉检测法的局限性还表现在单一的磁化方法 检测受工件几何形状影响(如键槽)，会产生非相关显示，通 电法和触头法磁化时，易产生打火烧伤。
第6章 生产装置安全检测 ３.磁粉检测的合用范围 磁粉检测的合用范围 (1)未加工的原材料(如钢坯)、半成品、成品及在役与 使用过的工件都可用磁粉检测技术进行检查。 (2)管材、棒材、板材、型材和锻钢件、铸钢件及焊接 件都可应用磁粉检测技术来检测缺陷。 (3)被检测的表面和近表面的尺寸很小，间隙极窄的铁 磁性材料，可检测出长0.1mm、宽为微米级的裂纹和目测难 以发现的缺陷。
第6章 生产装置安全检测 (4)可用于检测马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢材料， 但不合用于检测奥氏体不锈钢(如1Crl8Ni9)和用奥氏体不 锈钢焊条焊接的焊缝，也不合用于检测铜、铝、镁、钛合 金等非磁性材料。 (5)可用于检测工件表面和近表面的裂纹、白点、发纹、 折叠、疏松、冷隔、气孔和夹杂等缺陷，但不适于检测工 件表面浅而宽的划伤、针孔状缺陷、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°的缺陷。
第6章 生产装置安全检测 6.3.2磁粉检测的基本原理和方法 磁粉检测的基本原理和方法 1.磁粉检测的基本原理 磁粉检测的基本原理 磁粉检测是将铁磁性金属制成的工件置于磁场内，则工 件将被磁化，其磁感应强度为
B=uH
式中：B——工件的磁感应强度；
（6-9）
H——外加磁场（磁化磁场）强度； u——材料的导磁率。
第6章 生产装置安全检测 磁感应强度B的大小，不仅决定着工件能否进行磁粉检 测，并且会对检测灵敏度产生很大的影响。铁磁性物质的导 磁率很大，能产生一定的磁感应强度，因而能进行磁粉检测， 并能获得必要的灵敏度。铁磁性材料的导磁率u1，导磁率高 的物质具有低顽磁性，容易被磁化；导磁率低的物质具有高 顽磁性，难被磁化。
第6章 生产装置安全检测 磁粉检测的三个必要的环节为： （1)被检查的工件必须得到磁化； （2)必须在磁化的工件上施加合适的磁粉； (3)对任何磁粉的堆积必须加以观测和解释。 当材料或工件被磁化后，若在工件表面或近表面存在裂 纹、冷隔等缺陷，便会在该处形成一漏磁场。此漏磁场将吸 引、聚集检测过程中施加的磁粉，从而形成缺陷显示。
第6章 生产装置安全检测 因此，磁粉检测一方面是对被检工件加外磁场进行磁化。 工件被磁化后，在工件表面上均匀喷洒微颗粒的磁粉（磁粉 平均粒度为5～10μｍ），一般用四氧化三铁或三氧化二铁 作为磁粉。假如被检工件没有缺陷，则磁粉在工件表面均匀 分布。当工件上有缺陷时，由于缺陷（如裂纹、气孔、非金 属夹杂物等）内具有空气或非金属，其磁导率远远小于工件 的磁导率，因此，位于工件表面或近表面的缺陷处产生漏磁 场，形成一个小磁极，如图6－15所示。磁粉将被小磁极所 吸引，缺陷处由于堆积比较多的磁粉而被显示出来，形成肉 眼可以看到的缺陷图像。
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图6-15缺陷漏磁场的产生 （a）表面缺陷;（b）近表面缺陷
第6章 生产装置安全检测 最后需要对检测过程中出现的磁粉堆积加以观测并做出 合理的解释。 此外，要增强磁粉检测的有效性，还应安排好磁粉检测 的时机。一般来说，磁粉检测时机的安排应遵循以下原则： (1)磁粉检测工序应安排在容易产生缺陷的各道工序(如 焊接、热解决、机加工、磨削、矫正和加载实验)之后进行， 但应在涂漆、发蓝、磷化等表面解决之前进行。 (2)对于有产生延迟裂纹倾向的材料，磁粉检测应安排在 焊接完24h后进行。 (3)磁粉检测可以在电镀工序之后进行。对于镀铬、镀镍 层厚度大于50μm的超高强度钢(抗拉强度等于或超过1240hWa) 的工件，在电镀前后均应进行磁粉检测。
第6章 生产装置安全检测 2．磁粉检测缺陷发现的条件 1）取决于工件缺陷处漏磁场强度是否足够大 磁粉检测中能否发现缺陷，一方面决定于工件缺陷处漏磁 场强度是否足够大。要提高磁粉检测的灵敏度，即提高发现 更细小缺陷的能力，就必须提高漏磁场的强度。缺陷处漏磁 场的强度重要与被检工件中的磁感应强度Ｂ有关，工件中磁 感应强度越大，则缺陷处的漏磁场强度越大。一般情况下， 工件中磁感应强度达成0.8Ｔ（特）左右即可保证缺陷处的漏 磁场可以吸附磁粉。
第6章 生产装置安全检测 2）取决于缺陷自身的状况 缺陷处漏磁场的大小还取决于缺陷自身的状况（例如缺 陷的宽窄、深度与宽度之比、缺陷埋藏深度以及倾角方向 等），因此，对于具有相同磁感应强度的被检工件，在不同 缺陷处的漏磁场强度也有差异。由于空气的磁导率远比工件 的磁导率低，因而缺陷孔隙处不容易使磁力线通过，就会产 生对本来均匀分布的磁力线的干扰，使一部分磁力线被“挤 到”裂纹尖端的下面，一部分穿过裂纹气隙，另一部分被 “挤出”工件表面后再进入工件，如图6－15（ａ）所示。 这后两部分磁力线在工件表面形成漏磁场。有些靠近工件表 面的缺陷虽然没有暴露到工件表面，但当工件被磁化时，缺 陷处靠近工件表面的受干扰的磁力线有也许被挤出工件表面， 如图6－15（ｂ）所示，这样在工件表面上也会有漏磁场产 生。但当缺陷离工件表面较深时，受干扰的磁力线没有被挤 出工件表面，就不会产生漏磁场。也就是说，离工件表面比 较深的缺陷用磁粉检测检查不出来。
第6章 生产装置安全检测 3）取决于缺陷的形状和位置 同样深度的缺陷由于形状与位置不同，能检出的限度 也不同样。例如，当被检工件近表面缺陷的方向与磁场相 垂直时就容易被检出。当然，能检出缺陷的深度与工件的 磁感应强度有关，磁