2无损检测.pptx

2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥5.2.1 渗透检测渗透检测5.2.2 磁粉检测磁粉检测5.2.3 涡流检测涡流检测5.2.4 射线检测射线检测5.2.5 声发射检测声发射检测 5.2.6 超声检测超声检测2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥5.2.1 5.2.1 渗透检测渗透检测 一、渗透检测的基本原理一、渗透检测的基本原理 渗渗透透检检测测是是利利用用带带有有荧荧光光染染料料（荧荧光光法法）或或红红色色染染料料（着着色色法法）渗渗透透剂剂的的渗渗透透作作用用，显显示示缺缺陷陷痕痕迹迹的的无无损损检检验验法法。可可用用于于各各种种金金属属材材料料和和非非金金属属材材料料构构件件表表面面开开口口缺缺陷陷的质量检验。的质量检验。（一）渗透检测的理化基础（一）渗透检测的理化基础 1毛细作用毛细作用 在在实实际际检检测测中中，渗渗透透液液对对零零件件表表面面缺缺陷陷的的渗渗透透作作用用，本本质质上上就就是是液液体体的的毛毛细细作作用用。对对表表面面开开口口的的点点状状缺缺陷陷（如如气气孔孔）的的渗渗透透，相相当当于于渗渗透透液液在在圆圆柱柱形形管管内内的的毛毛细细作作用用；对对表表面面条条状状缺缺陷陷（如如裂裂纹纹、夹夹杂杂等等）的的渗渗透透，相相当当于于渗渗透透液在间距很小的两平板间的毛细作用。液在间距很小的两平板间的毛细作用。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥2荧光现象荧光现象 许许多多原原来来在在白白光光下下不不发发光光的的物物质质在在紫紫外外光光的的照照射射下下能能够够发发光光，这这种种现现象象称称为为光光致致发发光光。光光致致发发光光的的物物质质在在外外界界光光源源移移开开后后，立立即即停停止止发发光光的的物物质质称称为为荧荧光光物物质质。荧荧光光渗渗透透液液中中的的荧荧光光染染料料就就是是其其中中的的一一种种。荧荧光光颜颜色色最最好好为为黄黄绿绿色色，渗渗透透检检测测用用的的荧荧光光液液中中的的荧荧光光染染料料吸吸收收紫紫外线能量后，发出光的颜色为外线能量后，发出光的颜色为黄绿色黄绿色。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 （二）渗透检测基本原理（二）渗透检测基本原理渗渗透透检检测测的的基基本本原原理理是是：在在被被检检工工件件表表面面涂涂覆覆某某些些渗渗透透力力较较强强的的渗渗透透液液，在在毛毛细细作作用用下下，渗渗透透液液被被渗渗入入到到工工件件表表面面开开口口的的缺缺陷陷中中，然然后后去去除除工工件件表表面面上上多多余余的的渗渗透透液液（保保留留渗渗透透到到表表面面缺缺陷陷中中的的渗渗透透液液），再再在在工工件件表表面面上上涂涂上上一一层层显显象象剂剂，缺缺陷陷中中的的渗渗透透液液在在毛毛细细作作用用下下重重新新被被吸吸到到工工件件的的表表面面，从从而而形形成成缺缺陷陷的的痕痕迹迹。根根据据在在紫紫外外光光（荧荧光光渗渗透透液液）或或白白光光（着着色色渗渗透透液液）下下观观察察到到的的缺缺陷陷显显示示痕痕迹迹，作作出出缺缺陷的评定。陷的评定。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 二、渗透检测剂及设备二、渗透检测剂及设备 （一）渗透检测剂（一）渗透检测剂 渗透检测剂由渗透剂、清洗剂和显象剂组成。渗透检测剂由渗透剂、清洗剂和显象剂组成。（二）渗透检测设备（二）渗透检测设备 渗渗透透检检测测装装置置般般可可分分为为四四类类，即即固固定定式式、便便携携式式、自动化及专业化渗透检测装置。自动化及专业化渗透检测装置。1固定式渗透检测装置固定式渗透检测装置 固固定定式式渗渗透透检检测测装装置置包包括括渗渗透透槽槽、乳乳化化槽槽、清清洗洗槽槽、干燥箱、显象槽及检查台等组成。干燥箱、显象槽及检查台等组成。整整体体型型检检测测装装置置适适用用于于小小型型工工件件的的检检测测；分分离离型型检检测装置适用于大型工件的检测。测装置适用于大型工件的检测。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 2便携式渗透检测装置便携式渗透检测装置 在在无无固固定定式式检检测测设设备备或或者者要要对对大大型型工工件件进进行行局局部部检检测测时时，可可采采用用便便携携式式渗渗透透检检测测装装置置。该该装装置置实实际际上上是是一一个个装装有有渗渗透透检检测测剂剂及及各各类类工工具具的的箱箱子子。由由于于其其体体积积小小、重量轻、便于携带，故适用于现场检测。重量轻、便于携带，故适用于现场检测。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 在在便便携携式式设设备备内内装装有有压压力力喷喷罐罐，检检测测时时在在其其中中装装入入被被喷喷涂涂的的材材料料（渗渗透透剂剂或或者者是是清清洗洗剂剂、显显象象剂剂）和和能能在在常常温温下下产产生生压压力力的的气气溶溶胶胶或或雾雾化化剂剂。使使用用压压力力喷喷罐罐操操作作简简单单易易行行，尤尤其其适适于于高高空空野野外外等等场场所所。用用于于观观察察缺缺陷陷的的照照明明装装置置由由白白光光灯灯（用用于于着着色色法法检检测测）或或黑黑光光灯灯（用用于于荧荧光法检测）组成。光法检测）组成。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 三、渗透检测方法三、渗透检测方法 根根据据不不同同的的色色调调，可可分分为为荧荧光光渗渗透透检检测测法法和和着着色色渗透检测法两种，渗透检测法两种，荧荧光光渗渗透透检检测测法法，是是采采用用含含荧荧光光材材料料的的渗渗透透液液的的检检测测方方法法。它它用用波波长长为为510550nm的的紫紫外外线线进进行行照照射射，使使缺缺陷陷显显示示痕痕迹迹而而发发出出黄黄绿绿色色的的光光线线，本本方方法法的的观观察察必须在暗室中采用紫外线灯（不可见光）来进行。必须在暗室中采用紫外线灯（不可见光）来进行。着着色色渗渗透透检检测测法法，是是采采用用含含红红色色染染料料的的渗渗透透液液的的检检测测方方法法。它它在在自自然然光光下下或或在在白白光光下下可可以以观观察察出出红红色色的的缺缺陷陷显显示示痕痕迹迹，只只要要在在明明亮亮的的地地方方，不不管管在在室室内内还还是是室室外外都都可可以以进进行行检检测测。与与荧荧光光渗渗透透检检测测相相比比，它它不不受检测场所、电源和检测装置等条件的限制。受检测场所、电源和检测装置等条件的限制。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 渗透检测的特点：渗透检测的特点：（1）钢钢铁铁材材料料、有有色色金金属属材材料料、陶陶瓷瓷材材料料和和塑塑料料等等表面缺陷都可以用渗透检测。表面缺陷都可以用渗透检测。（2）即即使使是是形形状状复复杂杂的的试试件件只只需需一一次次检检测测操操作作就就可可大致做到全面探测。大致做到全面探测。（3）即即使使是是圆圆面面上上的的缺缺陷陷，也也很很容容易易观观察察出出显显示示痕痕迹迹。另另外外，同同时时存存在在几几个个方方向向的的缺缺陷陷时时，用用一一次次检检测测操操作就可以完成探测。作就可以完成探测。（4）不需要大型的设备。）不需要大型的设备。（5）检检测测结结果果受受试试件件表表面面光光洁洁度度和和检检测测人人员员技技术术的的影响。多孔材料检测存在困难。影响。多孔材料检测存在困难。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥一、磁力检测基本原理一、磁力检测基本原理 铁铁磁磁材材料料的的工工件件被被磁磁化化后后，在在其其表表面面和和近近表表面面的的缺缺陷陷处处磁磁力力线线发发生生变变形形，逸逸出出工工件件表表面面形形成成漏漏磁磁场场。用用上上述述的的方方法法将将漏漏磁磁场场检检测测出出来来，进进而而确确定定缺缺陷陷的的位位置置（有有时时包包括括缺缺陷陷的的形形状状、大大小小和和深深度度），这就是磁力检测的基本原理。这就是磁力检测的基本原理。5.2.2 磁力检测磁力检测2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 1漏磁场漏磁场 当当磁磁通通量量从从一一种种介介质质进进入入另另一一种种介介质质时时，若若两两种种介介质质的的磁磁导导率率不不同同，在在介介面面上上磁磁力力线线的的方方向向一一般般会会发发生生突突变变。若若工工件件表表面面或或近近表表面面存存在在着着缺缺陷陷，经经磁磁化化后后，缺缺陷陷处处空空气气的的磁磁导导率率远远远远低低于于铁铁磁磁材材料料的的磁磁导导率率(钢钢 )，在在介介面面上上磁磁力力线线的的方方向向将将发发生生改改变变。这这样样，便便有有一一部部分分磁磁通通散散布布在在缺缺陷陷周周围围。这这种种由由于于介介质质磁磁导导率率的的变变化化而而使使磁磁通通泄泄漏漏到到缺缺陷陷附附近近的的空空气气中中所所形形成成的的磁磁场场，称称为为漏漏磁场。磁场。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 二、磁粉检测方法二、磁粉检测方法 1磁粉磁粉 磁磁粉粉是是磁磁粉粉检检测测的的显显示示介介质质，由由铁铁磁磁性性金金属属微微粒粒组组成成。这这些些微微粒粒具具有有适适当当的的大大小小，形形状状和和较较高高的的磁磁导导率率，其其磁磁性性、粒粒度度、颜颜色色和和悬悬浮浮性性等等因因素素对对工工件件表表面面磁磁粉粉痕痕迹的显示有着很大的影响。迹的显示有着很大的影响。(1)磁粉种类和特点磁粉种类和特点 磁粉分类见图磁粉分类见图2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 磁磁粉粉由由工工业业纯纯铁铁粉粉、羰羰基基铁铁粉粉或或磁磁性性氧氧化化铁铁粉粉(Fe2O3或或Fe3O4）制制成成。若若在在其其上上包包覆覆一一层层荧荧光光物物质质或或其其它它颜颜料料就就构构成荧光磁粉或有色磁粉。成荧光磁粉或有色磁粉。用用干干磁磁粉粉进进行行检检测测的的方方法法叫叫干干法法。干干法法广广泛泛地地用用于于大大型型结结构构件件和和大大型型焊焊缝缝局局部部区区域域的的磁磁粉粉检检测测。湿湿磁磁粉粉是是指指磁磁粉粉按按规规定定浓浓度度悬悬浮浮在在载载液液（油油或或水水）中中，通通过过流流淌淌、喷喷雾雾或或浇浇注注的的方方法法施施加加到到被被探探工工件件表表面面（称称为为湿湿法法）。湿湿法法比比干干法法具具有有更更高高的的检检测测灵灵敏敏度度，特特别别适适用用于于探探测测表表面面微微小小缺缺陷，常用于大批量工件的检测。陷，常用于大批量工件的检测。荧荧光光磁磁粉粉显显示示的的缺缺陷陷清清晰晰可可见见，在在紫紫外外线线光光的的激激发发下下呈呈黄黄绿绿色色，色色泽泽鲜鲜明明易易于于观观察察，一一般般用用于于湿湿法法检检验验。若若配配上上光光电电转转换换装装置置，可可实实现现自自动动或或半半自自动动化化检检测测。有有色色磁磁粉粉可可以以增增强强磁磁粉粉的的可可见见度度，提提高高与与被被探探件件表表面面的的对对比比度度，使使缺陷容易发现。缺陷容易发现。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 磁粉检测剂：磁粉检测剂：磁磁粉粉颗颗粒粒均均匀匀细细微微，具具有有检检测测灵灵敏敏度度高高，流流动动性性好好，无无腐腐蚀蚀特特点点，分分水水基基型型红红、黑黑磁磁悬悬液液、油油基基型型红红、黑黑磁磁悬悬液。液。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 2.磁粉检测技术磁粉检测技术 (1)磁化方法磁化方法 a.周向磁化周向磁化 给工件直接通电，或者使给工件直接通电，或者使电流流过贯穿工件中心孔的导体，在工件中建立一个环电流流过贯穿工件中心孔的导体，在工件中建立一个环绕工件并且与工件轴线垂直的闭合磁场。周向磁化用于绕工件并且与工件轴线垂直的闭合磁场。周向磁化用于发现与工件轴线（或与电流方向）平行的缺陷。发现与工件轴线（或与电流方向）平行的缺陷。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 b 纵纵向向磁磁化化 电电流流通通过过环环绕绕工工件件的的线线圈圈，使使工工件件中中的的磁磁力力线线平平行行于于线线圈圈的的轴轴线线。纵纵向向磁磁化化用用于于发发现现与与工工件件轴轴线线相相垂垂直直的的缺缺陷陷。利利用用电电磁磁轭轭磁磁化化使使磁磁力力线线平平行行于于工工件件纵纵轴轴亦亦属于这一类。属于这一类。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 c 复复合合磁磁化化 将将周周向向磁磁化化和和纵纵向向磁磁化化同同时时作作用用在在工工件件上上，使使工工件件得得到到由由两两个个互互相相垂垂直直的的磁磁力力线线的的作作用用而而产产生生的的合合成成磁场，其指向构成扇形磁化场。磁场，其指向构成扇形磁化场。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 d 旋旋转转磁磁化化 将将绕绕有有激激磁磁线线圈圈的的型型磁磁铁铁交交叉叉放放置置，各各通通以以不不同同相相位位的的交交流流电电，产产生生圆圆形形或或椭椭圆圆形形磁磁场场（即即合合成成磁磁场场的的方方向向作作圆圆形形旋旋转转运运动动）。旋旋转转磁磁化化能能发发现现沿沿任任意意方方向向分分布的缺陷。布的缺陷。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 B310BDC磁轭检测仪磁轭检测仪 便携低频磁力检测仪便携低频磁力检测仪2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 EW系列的系列的DEUTROFLUX仪器仪器主要是用于检测小型零件。主要是用于检测小型零件。最最大大夹夹紧紧长长度度:300 或或 600 mm；两两个个独独立立的的磁磁化化电电路路，可可进进行行复复合合磁磁化化(一一次次操操作作可可检检测测各各个个方方向向的的裂裂纹纹）；分分开开的的磁磁悬悬液液箱箱，40升升，带带进进给给循循环环泵泵，软软管管，箱箱体体内内部部有有剂剂量刻度值。量刻度值。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥UWS系系统统特特别别适适用用于于长长工工件件的的裂裂纹纹检检查查，例例如如：大大型型涡涡轮轮机机的的叶叶片片检检测测(大大约约3米长米长)UWE磁磁粉粉检检测测系系统统，工工件件超超过过900mm长长的的新新型型磁磁粉粉检检测测机机。产产生生旋旋转转磁磁场场，一一次次过过程程检检测测出出任任何何方方向向的的裂裂纹纹；自自动动周周期期设设定定夹夹紧、喷淋、充磁和退磁。紧、喷淋、充磁和退磁。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 一、涡流检测原理一、涡流检测原理 1.涡涡流流的的产产生生 在在图图中中，若若给给线线圈圈通通以以变变化化的的交交流流电电，根根据据电电磁磁感感应应原原理理，穿穿过过金金属属块块中中若若干干个个同同心心圆圆截截面面的的磁磁通通量量将将发发生生变变化化，因因而而会会在在金金属属块块内内感感应应出出交交流流电电。由由于于这这种种电电流流的的回回路路在在金金属属块块内内呈呈旋涡形状，故称为涡流。旋涡形状，故称为涡流。涡涡流流的的大大小小影影响响着着激激励励线线圈圈中中的电流。的电流。涡涡流流的的大大小小和和分分布布决决定定于于激激励励线线圈圈的的形形状状和和尺尺寸寸、交交流流电电频频率率、金金属属块块的的电电导导率率、磁磁导导率率、金金属属块块与与线线圈圈的的距距离离、金金属属块块表表层层缺缺陷陷等等因素。因素。5.2.3 涡流检测涡流检测2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 因因此此，根根据据一一次次侧侧检检测测线线圈圈中中的的电电流流变变化化情情况况（或或者者是是阻阻抗抗的的变变化化），就就可可以以取取得得关关于于试试件件材材质质的的情情况况、有有无无缺陷以及形状尺寸的变化等信息。缺陷以及形状尺寸的变化等信息。2.集集肤肤效效应应 当当直直流流电电通通过过一一圆圆柱柱导导体体时时，导导体体截截面面上上的的电电流流密密度度均均相相同同，而而交交流流电电流流过过圆圆柱柱导导体体时时，横横截截面面上上的的电电流流密密度度就就不不一一样样，表表面面的的电电流流密密度度最最大大，越越到到圆圆柱体中心就越小，这种现象称为集肤效应。柱体中心就越小，这种现象称为集肤效应。由由于于涡涡流流是是交交流流，同同样样具具有有集集肤肤效效应应，所所以以金金属属内内涡涡流流的的渗渗透透深深度度与与激激励励电电流流的的频频率率、金金属属的的电电导导率率和和磁磁导导率率有有直直接接的的关关系系。它它表表明明涡涡流流检检验验只只能能在在金金属属材材料料的的表表面面或或近近表表面面处处进进行行，而而对对内内部部缺缺陷陷的的检检测测则则灵灵敏敏度度太太低低，在在涡涡流检测中，应根据检测深度的要求来选择试验频率。流检测中，应根据检测深度的要求来选择试验频率。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 3检测基本原理检测基本原理 根根据据前前面面的的分分析析，涡涡流流的的大大小小影影响响到到激激励励线线圈圈的的电电流流使使其其发发生生变变化化，如如果果施施加加的的交交变变电电压压不不变变，则则这这种种影影响响可可等等效效于于激激励励线线圈圈的的阻阻抗抗发发生生了了变变化化。反反射射到到激激励励线线圈圈产产生生的的附附加加阻阻抗抗包包含含了了试试件件的的各各种种信信息息，当当试试件件存存在在着着缺缺陷陷时时，涡涡流流的的流流动动发发生生了了畸畸变变，如如果果能能检检测测出出这这种种畸畸变变的的信信息，就能判定试件中有关缺陷的情况。息，就能判定试件中有关缺陷的情况。因因此此，必必须须合合理理地地设设计计检检验验线线圈圈和和测测试试仪仪器器，突突出出所所要要测测试试的的信信息息，而而将将其其它它没没有有用用的的信信息息（称称为为干干扰扰信信息息）抑抑制制掉掉。在在涡涡流流检检测测仪仪中中的的信信号号处处理理单单元元电电路路就就是是专专门门用用来来抑抑制制干干扰扰信信息息的的。而而有有关关缺缺陷陷的的信信息息则则能能顺顺利利地地通通过过它它，并被送去显示、记录、触发报警或实现分类控制等。并被送去显示、记录、触发报警或实现分类控制等。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 五、涡流检测设备五、涡流检测设备 涡涡流流检检测测设设备备主主要要由由涡涡流流检检验验线线圈圈和和涡涡流流检检测测仪仪等等组成。组成。1涡流检验线圈涡流检验线圈 涡涡流流检检测测检检验验线线圈圈的的作作用用有有两两个个：其其一一是是在在试试件件表表面面及及近近表表面面感感生生涡涡流流；其其二二是是测测量量涡涡流流磁磁场场或或合合成成磁磁场场的的变变化化。检检验验线线圈圈对对缺缺陷陷的的检检出出灵灵敏敏度度及及分分辨辨率率有有很很大大的的影影响响，是检测仪的重要组成部分。是检测仪的重要组成部分。2涡流检测仪涡流检测仪 后后图图是是自自动动涡涡流流检检测测仪仪的的基基本本组组成成方方框框图图，其其中中的的主主要单元为电桥电路及信号处理单元。要单元为电桥电路及信号处理单元。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 振振荡荡器器给给电电桥桥电电路路提提供供电电源源，作作为为电电桥桥桥桥臂臂的的检检验验线线圈圈探探测测到到试试样样表表面面缺缺陷陷时时会会输输出出电电信信号号，这这个个微微弱弱的的电电信信号号经经放放大大器器放放大大后后，去去除除了了缺缺陷陷以以外外的的大大部部分分干干扰扰信信号号，检检出出的的缺缺陷陷信信号号可可以以送送到到显显示示器器显显示示或或控制分选装置等。控制分选装置等。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥Super-Checker EW-1超级涡流检测仪超级涡流检测仪2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥5.2.4 射线检测射线检测1.射线检测的基本原理射线检测的基本原理射线检测是利用射线通过物质衰减程度与被通过部位的材质、厚度和缺陷的性质有关的特性，使胶片感光成黑度不同的图像来实现的，如图所示。当一束强度为I0的射线平行通过被检测试件(厚度为d)后，其强度Id由下式表示。若被测试件表面有高度为h的凸起时，则射线强度将衰减为 2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥又如在被测试件内，有一个厚度为x、吸收系数为的某种缺陷，则射线通过后，强度衰减为(6-37)若有缺陷的吸收系数小于被测试件本身的吸收系数，则IxIdIh，于是，在被检测试件的另一面就形成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，就可以评定被检测试件的内部质量，达到无损检测的目的。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥图X射线检测原理 2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥图 X射线照相原理示意图 2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 5.2.5 5.2.5 声发射检测声发射检测声声发发射射检检测测技技术术是是上上世世纪纪 50 50 年年代代初初兴兴起起的的一一种种新新的的无无损损检检测测方方法法。自自从从 19501950 年年德德国国科科学学家家 Kaiser Kaiser 发发现现了了材材料料的的声声发发射射现现象象以以来来，人人们们对对声声发发射射技技术术的的研研究究热热潮潮先先后后传传遍遍美美国国、日日本本和和欧欧洲洲一一些些国国家家。我我国国对对声声发发射射的的研研究究起起步步于于19731973年年,并并首首先先就就着着眼眼于于应应用用研研究究。几几十十年年来来,声声发发射射技技术术已已经经在在压压力力容容器器的的安安全全性性检检测测与与评评价价、焊焊接接过过程程的的监监控控和和焊焊缝缝焊焊后后的的完完整整性性 检检测测、核核反反应应堆堆的的安安全全性性监监测测以以及及断断裂裂力力学学研研究究等等诸诸多多领领域域都都取取得得了重要进展了重要进展 。一、声发射与检测一、声发射与检测2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥金属材料由于内部晶格的位错，晶界滑移，或者由于内金属材料由于内部晶格的位错，晶界滑移，或者由于内部裂纹的发生和发展，均要以部裂纹的发生和发展，均要以弹性波弹性波的形式释放出应变的形式释放出应变能，这种现象称为能，这种现象称为声发射。声发射。各种材料声发射的频率很宽，从各种材料声发射的频率很宽，从次声频、声频到超次声频、声频到超声频声频。所以，声发射也称作。所以，声发射也称作应力波发射应力波发射。声发射是一种。声发射是一种常见的物理现象，如果释放的应变能足够大，就产生听常见的物理现象，如果释放的应变能足够大，就产生听得见的声音，如得见的声音，如锡片受力弯曲时就可听见劈啪声锡片受力弯曲时就可听见劈啪声，这就，这就是锡受力产生孪生变形的声发射。是锡受力产生孪生变形的声发射。但多数金属材料受力发生塑性变形或断裂时的声但多数金属材料受力发生塑性变形或断裂时的声发发射信号很微弱射信号很微弱，人耳难以查觉人耳难以查觉，需要借助电子仪器放大需要借助电子仪器放大处理后才能被检测出来。处理后才能被检测出来。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥二、声发射检测仪器二、声发射检测仪器声声发发射射仪仪器器的的作作用用主主要要有有三三个个:即即接接收收声声发发射射信信号号、处处理理信信号号、显显示示声声发发射射数数据据等等仪仪器器。按按接接收收声声发发射射信信号号的的通通道道数数目目,声声发发射射仪仪器器分分为为三三类类:即即单单通通道道声声发发射射仪仪、双双通道声发射仪、多通道声发射仪通道声发射仪、多通道声发射仪。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥三、声发射检测的应用三、声发射检测的应用在工业生产中，声发射检测主要应用在以下几方面：在工业生产中，声发射检测主要应用在以下几方面：(1)(1)金属塑性变形的声发射分析金属塑性变形的声发射分析 (2)(2)评价表面渗层的脆性评价表面渗层的脆性(3)(3)断裂韧性的声发射分析断裂韧性的声发射分析 (4)(4)检测疲劳裂纹扩展检测疲劳裂纹扩展 此此外外，控控制制焊焊接接质质量量、评评价价压压力力容容器器安安全全性性、泄泄漏漏监监测测、运运转转机机械械的的状状况况监监测测，以以及及内内部部放放电电监监测测等都是声发射检验的典型应用场合。等都是声发射检验的典型应用场合。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥5.2.6 5.2.6 超声波检测技术超声波检测技术在声学中，人耳可听到的声波范围大致在在声学中，人耳可听到的声波范围大致在 20Hz20Hz到到 20kHz 20kHz，低于，低于 20Hz20Hz的称为的称为次声波次声波，高于，高于 20kHz 20kHz 的就叫做的就叫做超声波超声波。用于探伤的超声波频率主要为用于探伤的超声波频率主要为 1 15MHz5MHz。超声波探伤所用的高频超声波超声波探伤所用的高频超声波是在压电材料，如是在压电材料，如石英、钛酸石英、钛酸钡等晶片钡等晶片上施加上施加高频电压高频电压后产后产生的。在晶片的上、下两面都生的。在晶片的上、下两面都镀上很薄的镀上很薄的银层银层作为作为电极电极，在，在电极上加上电极上加上高频电压高频电压后，晶片后，晶片就在厚度方向上产生就在厚度方向上产生伸缩伸缩。这。这样就把样就把电的振荡电的振荡转换为转换为机械振机械振动动，并在介质中进行传播。，并在介质中进行传播。一、超声波的类型和特点一、超声波的类型和特点2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥图4-22 超声波波型a)纵波 b)横波 c)表面波 d)非对称型板波 e)对称板波a)b)c)d)e)2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥纵波纵波横波横波2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥非对称板波非对称板波对称板波对称板波表面波表面波2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥超声波的特点超声波的特点超声波波长很短，这决定了超声波具有一些重要特性，使其能广泛应用于无损检测。1)方向性好 超声波具有像光波一样定向束射的特性。2）穿透能力强 对于大多数介质而言，它具有较强的穿透能力。例如在一些金属材料中，其穿透能力可达数米。3）能量高 超声检测的工作频率远高于声波的频率，超声波的能量远大于声波的能量。4）遇有界面时，将产生反射、折射和波型的转换。利用超声波在介质中传播时这些物理现象，经过巧妙的设计，使超声检测工作的灵活性、精确度得以大幅度提高。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥二、超声波检测原理和方法二、超声波检测原理和方法1.1.超声检测设备和器材超声检测设备和器材超声检测设备和器材包括超声波检测仪、探头、试块、耦合剂和机械扫查装置等。超声检测仪和探头对超声检测系统的性能起着关键性的作用，是产生超声波并对经材料中传播后的超声波信号进行接收、处理、显示的部分。由这些设备组成一个综合的超声检测系统，系统的总体性能不仅受到各个分设备的影响，还在很大程度上取决于它们之间的配合。随着工业生产自动化程度的提高，对检测的可靠性、速度提出了更高的要求，以往的手工检测越来越多地被自动检测系统取代。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥1)超声波检测仪超声波检测仪是超声检测的主体设备，是专门用于超声检测的一种电子仪器。(1)超声波检测仪的作用。它的作用是产生电振荡并加于换能器探头，激励探头发射超声波，同时将探头送回的电信号进行放大处理后以一定方式显示出来，从而得到被探测工件内部有无缺陷及缺陷的位置和大小等信息。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥 按缺陷显示方式分类：脉冲式检测仪按回波信号的显示方式又可分为A型显示、B型显示和C型显示三种类型。A型显示是一种波形显示，屏幕的横坐标代表声波的传播时间（或距离），纵坐标代表反射波的声压幅度。可以认为该方式显示的是沿探头发射声束方向上一条线上的不同点的回波信息。图6-17为A型显示原理图。图中，T表示发射脉冲，F表示来自缺陷的回波，B表示底面回波。B型显示显示的是试件的一个二维截面图，屏幕纵坐标代表探头在探测面上沿一直线移动扫查的位置坐标，横坐标是声传播的时间（或距离）。该方式可以直观地显示出被探工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度等信息。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥A型显示原理图 2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥图 B型显示原理图 2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥C型显示显示的是试件的一个平面投影图，探头在试件表面做二维扫查，屏幕的二维坐标对应探头的扫查位置。探头在每一位置接收的信号幅度以光点辉度表示。该方式可形象地显示工件内部缺陷的平面投影图像，但不能显示缺陷的深度。图为C型显示原理图。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥图 C型显示原理图 2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥图 超声波检测仪(a)、(b)、(c)数字式超声检测仪；(d)探伤小车 2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥2)2)超声波探头超声波探头（1）超声波探头的作用。超声波探头用于实现声能和电能的互相转换。它是利用压电晶体的正、逆压电效应进行换能的。探头是组成检测系统的最重要的组件，其性能的好坏直接影响超声检测的效果。（2）常用超声波探头的类型。超声波检测中由于被探测工件的形状和材质、探测的目的、探测的条件不同，因而要使用各种不同形式的探头。其中最常用的是接触式纵波直探头、接触式横波斜探头、双晶探头、水浸探头与聚焦探头等。一般横波斜探头的晶片为方形，纵波直探头的晶片为圆形，而聚焦声源的圆形晶片为声透镜。所以声场就有圆盘源声场、聚焦声源声场和斜探头发射的横波声场。图6-21为一组探头的图片。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥超声波探头超声波探头在超声波探伤中是实现电能和声能相互转换的关键元件在超声波探伤中是实现电能和声能相互转换的关键元件 直探头斜探头2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥3）试块与耦合剂与一般的测量过程一样，为了保证检测结果的准确性与重复性、可比性，必须用一个具有已知固定特性的试样(试块)对检测系统进行校准。这种按一定的用途设计制作的具有简单形状人工反射体的试件即称为试块。超声检测用试块通常分为两种类型，即标准试块(校准试块)和对比试块(参考试块)。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥当探头和试件之间有一层空气时，超声波的反射率几乎为100，即使很薄的一层空气也可以阻止超声波传入试件。因此，排除探头和试件之间的空气非常重要。耦合剂就是为了改善探头和试件间声能的传递而加在探头和检测面之间的液体薄层。耦合剂可以填充探头与试件间的空气间隙，使超声波能够传入试件，这是使用耦合剂的主要目的。除此之外，耦合剂有润滑作用，可以减少探头和试件之间的摩擦，防止试件表面磨损探头，并使探头便于移动。在液浸法检测中，通过液体实现耦合，此时液体也是耦合剂。常用的耦合剂有水、甘油、变压器油、化学浆糊等。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥2.2.超声检测方法超声检测方法超声检测的方法很多，可按原理、波型和使用探头的数目及探头接触方式来分类。按原理分类，有脉冲反射法、穿透法和共振法；按显示方式分类，有A型显示、B型显示和C型显示；按波型分类，有纵波法、横波法、表面波法和板波法；按探头数目分类，有单探头法、双探头法和多探头法；按耦合方式分类，有接触法和液浸法；按入射角度分类，有直射声束法和斜射声束法。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥1）穿透法穿透法通常采用两个探头，分别放置在试件两侧，一个将脉冲波发射到试件中，另一个接收穿透试件后的脉冲信号，依据脉冲波穿透试件后幅值的变化来判断内部缺陷的情况(见图6-22)。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥图 直射声束穿透法(a)无缺陷；(b)有缺陷 2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥2）脉冲反射法脉冲反射法是由超声波探头发射脉冲波到试件内部，通过观察来自内部缺陷或试件底面的反射波的情况来对试件进行检测的方法。图6-23 显示了接触法单探头直射声束脉冲反射法的基本原理。2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥图 接触法单探头直射声束脉冲反射法(a)无缺陷；(b)有缺陷 2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥三、超声波探伤的应用三、超声波探伤的应用2009.3.24常州大学环境与安全工程学院 邢志祥作作 业业 1.简述渗透检测的基本原理。2.磁粉检测法的原理是什么？3.涡流检测的基本原理是什么?4.X射线检测的原理是什么？5.简述声发射检测的基本原理6.试述超声波的特点和超声检测的适用范围。2.