五大常規(guī)無損檢測技術·一網(wǎng)打盡
五大常規(guī)無損檢測技術：
射線檢測（Radiographic Testing）、
超聲檢測（Ultrasonic Testing）、
磁粉檢測（Magnetic Particle Testing）、
滲透檢測（Penetrant Testing）、
渦流檢測（Eddy Current Testing）。
一：射線檢測（RT）的原理和特點
射線檢測（Radiographic Testing），業(yè)內(nèi)人士簡稱RT，是工業(yè)無損檢測（Nondestructive Testing）的一個重要專業(yè)門類。
射線檢測主要的應用是探測工件內(nèi)部的宏觀幾何缺陷。按照不同特征，可將射線檢測分為多種不同的方法，例如：X射線層析照相（X-CT）、計算機射線照相技術（CR）、射線照相法，等等。
下圖：
第一行左起一：固定式磁粉探傷機；第一行左起二：射線檢測室的防護屏蔽門。
第二行左起一：便攜式X射線管；第二行左起二：A型顯示的模擬式超聲波探傷儀。
射線照相法，利用X射線管產(chǎn)生的X射線或放射性同位素產(chǎn)生的γ射線穿透工件，以膠片作為記錄信息的器材的無損檢測方法。該方法是最基本、應用最廣泛的的一種射線檢測方法，也是射線檢測專業(yè)培訓的主要內(nèi)容。
射線照相法的原理
射線檢測，本質(zhì)上是利用電磁波或者電磁輻射（X射線和γ射線）的能量。
射線在穿透物體過程中會與物質(zhì)發(fā)生相互作用，因吸收和散射使其強度減弱。強度衰減程度取決于物質(zhì)的衰減系數(shù)和射線在物質(zhì)中穿透的厚度。
射線照相法的原理：如果被透照物體（工件）的局部存在缺陷，且構成缺陷的物質(zhì)的衰減系數(shù)又不同于試件（例如在焊縫中，氣孔缺陷里面的空氣衰減系數(shù)遠遠低于鋼的衰減系數(shù)），該局部區(qū)域的透過射線強度就會與周圍產(chǎn)生差異。把膠片放在適當位置使其在透過射線的作用下感光，經(jīng)過暗室處理后得到底片。
射線穿透工件后，由于缺陷部位和完好部位的透射射線強度不同，底片上相應部位等會出現(xiàn)黑度差異。射線檢測員通過對底片的觀察，根據(jù)其黒度的差異，便能識別缺陷的位置和性質(zhì)。
以上描述的基本原理和醫(yī)院拍X光大同小異。
射線照相法的特點
1、適用范圍
適用于各種熔化焊接方法（電弧焊、氣體保護焊、電渣焊、氣焊等）的對接接頭，也能檢查鑄鋼件，在特殊情況下也可用于檢測角焊縫或其他一些特殊結構工件。
2、射線照相法的優(yōu)點
a）缺陷顯示直觀：射線照相法用底片作為記錄介質(zhì)，通過觀察底片能夠比較準確地判斷出缺陷的性質(zhì)、數(shù)量、尺寸和位置。
b）容易檢出那些形成局部厚度差的缺陷：對氣孔和夾渣之類缺陷有很高的檢出率。
c）射線照相能檢出的長度和寬度尺寸分別為毫米數(shù)量級和亞毫米數(shù)量級，甚至更少，且?guī)缀醪淮嬖跈z測厚度下限。
d）幾乎適用于所有材料，在鋼、鈦、銅、鋁等金屬材料上使用均能得到良好的效果，該方法對試件的形狀、表面粗糙度沒有嚴格要求，材料晶粒度對其不產(chǎn)生影響。
3、射線照相法的局限
a）對裂紋類缺陷的檢出率則受透照角度的影響，且不能檢出垂直照射方向的薄層缺陷，例如鋼板的分層。
b）檢測厚度上限受射線穿透能力的限制，例如420kV的X射線機能穿透的最大鋼厚度約80mm，鈷60放射性同位素（Co60）γ射線穿透的最大鋼厚度約150mm，更大厚度的工件則需要使用特殊的設備——加速器，其最大穿透厚度可達400mm以上。
c）一般不適宜鋼板、鋼管、鍛件的檢測，也較少用于釬焊、摩擦焊等焊接方法的接頭的檢測。
d）射線照相法檢測成本較高，檢測速度較慢。
e）射線對人體有傷害，需要采取防護措施。
二：超聲檢測（UT）的原理和特點
超聲檢測（Ultrasonic Testing），業(yè)內(nèi)人士簡稱UT，是工業(yè)無損檢測（Nondestructive Testing）中應用最廣泛、使用頻率最高且發(fā)展較快的一種無損檢測技術，可以用于產(chǎn)品制造中質(zhì)量控制、原材料檢驗、改進工藝等多個方面，同時也是設備維護中不可或缺的手段之一。
超聲檢測主要的應用是檢測工件內(nèi)部宏觀缺陷和材料厚度測量。
按照不同特征，可將超聲檢測分為多種不同的方法：
（1）按原理分類：超聲波脈沖反射法、衍射時差法（Time ofFlight Diffraction，簡稱TOFD）等。
（2）按顯示方式分類：A型顯示、超聲成像顯示（B、C、D、P掃描成像、雙控陣成像等）。
超聲檢測原理
超聲檢測，本質(zhì)上是利用超聲波與物質(zhì)的相互作用：反射、折射和衍射。
（1）什么是超聲波？
我們把能引起聽覺的機械波稱為聲波，頻率在20-20000Hz之間，而頻率高于20000Hz的機械波稱為超聲波，人類是聽不到超聲波的。對于鋼等金屬材料的檢測，我們常用頻率為0.5~10MHz的超聲波。（1MHz=10的六次方Hz）
（2）如何發(fā)出和接收超聲波？
超聲檢測用探頭的核心元件是壓電晶片，其具有壓電效應：在交變拉壓應力的作用下，晶體可以產(chǎn)生交變電場。
當高頻電脈沖激勵壓電晶片時，發(fā)生逆壓電效應，將電能轉換成聲能（機械能），探頭以脈沖的方式間歇發(fā)射超聲波，即脈沖波。當探頭接受超聲波時，發(fā)生正壓電效應，將聲能轉換成電能。
超聲檢測所用的常規(guī)探頭，一般由壓電晶片、阻尼塊、接頭、電纜線、保護膜和外殼組成，一般分為直探頭和斜探頭兩個類別，后者的話通常還有一個使晶片與入射面成一定角度的斜鍥塊。
下圖為典型的斜探頭結構圖（圖片來源于網(wǎng)絡）。
下圖為斜探頭的實物圖：
該探頭型號:2.5P8*12 K2.5，其參數(shù)為：
a）2.5代表頻率f：2.5MHz；
b）P代表晶片材料為：鋯鈦酸鉛陶瓷，具有溫度穩(wěn)定性好、電性能優(yōu)異、容易制造而且價格低廉等優(yōu)點；
c）8*12代表矩形晶片尺寸為：8mm*12mm；
d）K2.5代表：斜探頭折射角的正切值為2.5，即tan(68.2°)=2.5，其折射角為68.2°。
A型顯示的超聲波脈沖反射法工作原理：
聲源產(chǎn)生的脈沖波進入到工件中，超聲波在工件中以一定方向和速度向前傳播。當遇到兩側聲阻抗有差異的界面時（聲阻抗存在差異往往是因為材料中某種不連續(xù)性造成，如裂紋、氣孔、夾渣等）部分聲波被反射，檢測設備接受和顯示：分析聲波幅度和位置等信息，評估缺陷是否存在或存在缺陷的大小位置等。
A型顯示的超聲波脈沖反射法的特點
1、適用范圍
適用于金屬、非金屬和復合材料等多種制件。
a）原材料、零部件檢測：鋼板、鋼鍛件、鋁及鋁合金板材、鈦及鈦合金板材、復合板、無縫鋼管等。
b）對接焊接接頭檢測：鋼制對接接頭（包括管座角焊縫、T形焊接接頭，支撐架和結構件），鋁及鋁合金對接接頭
下圖為鋼制對接接頭：T形焊接接頭。
2、A型顯示的超聲波脈沖反射法的優(yōu)點
a）穿透能力強，可對較大厚度范圍內(nèi)的工件內(nèi)部缺陷進行檢測。如對于金屬材料，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。
b）缺陷定位較準確。
c）對面積型缺陷的檢出率較高。
d）靈敏度高，可檢測工件內(nèi)部尺寸很小的缺陷。超聲檢測理論靈敏度約為超聲波波長的一半，當檢測對象為鋼制件，采用2.5MHz頻率的超聲斜探頭，其靈敏度約為0.65mm。
e）檢測成本低、速度快，設備輕便，對人體及環(huán)境無害，現(xiàn)場使用較方便。
3、A型顯示的超聲波脈沖反射法的局限
a）對工件中的缺陷進行精確的定性、定量仍需作深入研究。
b）對具有復雜形狀或不規(guī)則外形的工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）工件材質(zhì)、晶粒度等對檢測有較大影響。
e）檢測結果顯示不直觀，檢測結果無直接見證記錄。
下圖為 鋼管超聲波自動檢測系統(tǒng)：
三：滲透檢測（PT）的原理和特點
滲透檢測（Penetrant Testing），業(yè)內(nèi)人士簡稱PT，是工業(yè)無損檢測（Nondestructive Testing）應用最早的無損檢測方法，由于滲透檢測簡單易操作，其在現(xiàn)代工業(yè)的各個領域都有廣泛的應用。
滲透檢測主要的應用是檢查金屬（鋼、鋁合金、鎂合金、銅合金、耐熱合金等）和非金屬（塑料、陶瓷等）工件的表面開口缺陷，例如表面裂紋等。
工業(yè)產(chǎn)品在制造和運行過程中,可能在表面產(chǎn)生寬度零點幾微米的表面裂紋， 斷裂力學研究表明，在惡劣的工作條件下，這些微細裂紋都會是導致設備破壞的裂紋源。
按照不同特征，可將滲透檢測分為多種不同的方法：
按顯示材料，分為熒光法（Fluorescent）和非熒光法（Non-Fluorescent）。前者稱為“熒光滲透檢測”，后者稱為“著色滲透檢測”。
典型的熒光滲透檢測缺陷示意圖。（圖片來源于網(wǎng)絡）
肉眼無法察覺的微裂紋，經(jīng)熒光滲透檢，在紫外線燈的照射下，黃綠色熒光格外醒目，如下圖所示：
滲透檢測原理
滲透檢測，本質(zhì)上是利用液體的表面能。
當液體和固體界面接觸時會出現(xiàn)以下三種現(xiàn)象，θ稱為接觸角。如下圖所示：
（a）θ=0°，全部潤濕；（b）θ＜90°，部分潤濕；（c）θ＞90°，不潤濕。
對某一液體而言，表面張力越小，當液體在界面鋪展時克服這個力做功越少，則潤濕效果越好。
表面張力，是液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。
毛細現(xiàn)象：當液體潤濕毛細管或含有細微縫隙的物體，液體沿毛細縫隙流動的現(xiàn)象。
如果液體能潤濕毛細管，則液體在細管上升，管子的內(nèi)徑越小，它里面上升的水面也越高 。例如水在玻璃毛細管內(nèi)，液面是上升的，相當于水滲入毛細管內(nèi)。
如果液體不能潤濕毛細管，則液體在細管降低。例如水銀（Hg）在玻璃毛細管內(nèi)，液面是下降的。
（圖片來源于維基百科）
滲透檢測基本原理：由于毛細現(xiàn)象的作用，當人們將溶有熒光染料或著色染料的滲透劑施加于試件表面時，滲透劑就會滲入到各類開口于表面的細小缺陷中（細小的開口缺陷相當于毛細管，滲透劑滲入細小開口缺陷相當于潤濕現(xiàn)象），然后清除依附在試件表面上多余的滲透劑，經(jīng)干燥后再施加顯像劑，缺陷中的滲透劑在毛細現(xiàn)象的作用下重新吸附到試件的表面上，形成放大的缺陷顯示。用目視檢測即可觀察出缺陷的形狀、大小及分布情況。
滲透檢測特點
1、適用范圍
滲透檢測可以應用于各種金屬、非金屬、磁性及非磁性材料工件的表面開口缺陷的檢測。除了多孔性的材料無法或難以檢測外，幾乎所有材料的表面開口缺陷都可以使用此方法，獲得令人滿意的檢測結果。
2、滲透檢測優(yōu)點
（a）不受被檢工件磁性、形狀、大小、組織結構、化學成分及缺陷方位的限制，一次操作能檢查出各個方向的缺陷。
（b）操作簡便，設備簡單。
（c）缺陷顯示直觀，靈敏度高。
3、滲透檢測局限
（a）只能檢測出材料的表面開口缺陷，對于埋藏在材料內(nèi)部的缺陷，滲透檢測就無能為力了。必須指出，由于多孔性材料的缺陷圖像顯示難以判斷，所以滲透檢測并不適合多孔性材料表面缺陷。
（b）滲透劑成分對被檢工件具有一定腐蝕性，必須嚴格控制硫、鈉等微量元素的存在。
（c）滲透劑所用的有機溶劑具有揮發(fā)性，工業(yè)染料對人體有毒性，必須注意吸入防護。
四：渦流檢測（ET）的原理和特點
渦流檢測（Eddy CurrentTesting），業(yè)內(nèi)人士簡稱ET，在工業(yè)無損檢測（Nondestructive Testing）領域中具有重要的地位，在航空航天、冶金、機械、電力、化工、核能等領域中發(fā)揮著越來越重要的作用。
渦流檢測主要的應用是檢測導電金屬材料表面及近表面的宏觀幾何缺陷和涂層測厚。
按照不同特征，可將渦流檢測分為多種不同的方法：
（1）按檢測線圈的形式分類：
a）外穿式：將被檢試樣放在線圈內(nèi)進行檢測，適用于管、棒、線材的外壁缺陷。
b）內(nèi)穿式：放在管子內(nèi)部進行檢測，專門用來檢查厚壁管子內(nèi)壁或鉆孔內(nèi)壁的缺陷。
c）探頭式：放置在試樣表面進行檢測，不僅適用于形狀簡單的板材、棒材及大直徑管材的表面掃查檢測，也適用于形狀福州的機械零件的檢測。
（2）按檢測線圈的結構分類：
a）絕對方式：線圈由一只線圈組成。
b）差動方式：由兩只反相連接的線圈組成。
c）自比較方式：多個線圈繞在一個骨架上。
d）標準比較方式：繞在兩個骨架上，其中一個線圈中放入已經(jīng)樣品，另一個用來進行實際檢測。
（3）按檢測線圈的電氣連接分類：
a）自感方式：檢測線圈使用一個繞組，既起激勵作用又起檢測作用。
b）互感方式：激勵繞組和檢測繞組分開。
c）參數(shù)型式：線圈本身是電路的一個組成部分。
渦流檢測原理
渦流檢測，本質(zhì)上是利用電磁感應原理。
無論什么原因，只要穿過閉合回路所包圍曲面的磁通量發(fā)生變化，回路中就會有電流產(chǎn)生，這種由于回路磁通量變化而激發(fā)電流的現(xiàn)象叫做電磁感應現(xiàn)象，回路中所產(chǎn)生的電流叫做感應電流。
電路中含有兩個相互耦合的線圈，若在原邊線圈通以交流電，在電磁感應的作用下，在副邊線圈中產(chǎn)生感應電流；反過來，感應電流又會影響原邊線圈中的電流和電壓的關系。如下圖所示：
渦流檢測的基本工作原理：
當載有交變電流的試驗線圈靠近導體工件時，由于線圈產(chǎn)生的交變磁場會使導體感生出電流（即渦流）。渦流的大小、相位及流動形式受到工件性質(zhì)（電導率、磁導率、形狀、尺寸）及有無缺陷的影響產(chǎn)生變化，反作用于磁場使線圈的電壓和阻抗發(fā)生變化。
因此通過儀器測出試驗線圈電壓或阻抗的變化，就可以判斷被檢工件的性質(zhì)、狀態(tài)及有無缺陷。
渦流檢測特點
1、適用范圍
a）工藝檢查和最終產(chǎn)品檢測：在制造工藝過程中進行質(zhì)量控制，或在成品剔除不合格品。
b）在役檢測：為機械零部件及熱交換管等設施進行定期檢驗。
c）其他應用：金屬薄板及涂層的測厚、材質(zhì)分選、電導率測量等。
2、渦流檢測的優(yōu)點
a）檢測時既不需要接觸工件也不需要耦合劑，可在高溫下進行檢測。同時探頭可延伸至遠處檢測，可有效對工件的狹窄區(qū)域及深孔壁等進行檢測。
b）對表面和近表面缺陷的檢測靈敏度很高。
c）對管、棒、線材的檢測易于實現(xiàn)高速、高效率的自動化檢測，可對檢測結果進行數(shù)字化處理，然后儲存、再現(xiàn)及數(shù)據(jù)處理。
3、渦流檢測的局限
a）只適用于導電金屬材料或能感生渦流的非金屬材料的檢測。
b）只適用于檢測工件表面及近表面缺陷，不能檢測工件深層的內(nèi)部缺陷。
c）渦流效應的影響因素多，目前對缺陷的定性和定量還比較困難。
下圖為：鋼管超聲渦流一體探傷機
五：磁粉檢測（MT）的原理和特點
磁粉檢測（Magnetic ParticleTesting），業(yè)內(nèi)人士簡稱MT，是工業(yè)無損檢測（Nondestructive Testing）的一種成熟的無損檢測方法，在航空航天、兵器、船舶、火車、汽車、石油、化工、鍋爐壓力容器、壓力管道等各個領域都得到廣泛應用。
磁粉檢測主要的應用是探測鐵磁性工件表面和近表面的宏觀幾何缺陷，例如表面氣孔、裂紋等。
按照不同特征，可將磁粉檢測分為多種不同的方法：
（1）按施加磁粉的時間分為：連續(xù)法和剩磁法。
a）連續(xù)法：磁化工件的同時，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）按顯示材料，分為熒光法（Fluorescent）和非熒光法（Non-Fluorescent）。
a）熒光法：采用熒光磁粉，在黑光燈下觀察磁痕。
b）非熒光法：采用普通黑色磁粉或者紅色磁粉，在正常光照條件下觀察磁痕。
（3）按磁粉的載體，分為濕法和干法。
a）濕法：磁粉的載體為液體（油或水）。
b）干法：直接以干粉的形式噴涂在工件上，只有特殊情況下才會采用這種方法。
舉個例子，一般壓力容器焊縫的磁粉檢測會采用：濕法+非熒光法+連續(xù)法，這意味著我們將在正常的光照條件下，把黑色或者紅色的磁粉分散在以水或者油的載體（即磁懸液），然后磁化焊縫的同時施加磁懸液，一邊磁化一邊觀察是否有磁痕形成。
下面就是典型的濕法+非熒光法+連續(xù)法的磁粉檢測，工藝為：交叉磁軛機磁化，配合黑色磁粉。
磁粉檢測裂紋缺陷示意圖，球罐的環(huán)形對接焊縫，磁痕粗大明顯。
下圖為一條對接焊縫管，圖片來源于網(wǎng)絡，磁痕沒有上圖那么明顯，大家還能找到磁痕嗎？
磁粉檢測原理
磁粉檢測，本質(zhì)上是利用材料磁性變化。
當鐵磁性工件被磁化時，若工件材質(zhì)是連續(xù)、均勻的，則工件中的磁感應線將基本被約束在工件內(nèi)，幾乎沒有磁感應線從被檢表面穿出或進入工件，被檢表面不會形成明顯的泄漏磁場。如下圖所示：
無泄漏磁場
但當工件的表面存在著切割磁力線的不連續(xù)性時，由于不連續(xù)性部位的磁導率低，磁阻很大，磁感應線將會改變途徑。
大部分改變途徑的磁通將優(yōu)先從磁阻較低的不連續(xù)性底部的工件內(nèi)通過，當工件磁感應強度比較大，工件不連續(xù)性處底部難以接受更多的磁通，或不連續(xù)性部位的尺寸較大時，部分磁通就會從不連續(xù)性部位逸出工件，越過不連續(xù)性上方然后再進入工件，這種磁通的泄漏同時會使不連續(xù)性兩側部位產(chǎn)生了磁極化，形成所謂的漏磁場。如下圖所示：
存在泄磁場
磁粉檢測基本原理：當工件被磁化后，若工件表面及近表面存在不連續(xù)性（如裂紋），就會在不連續(xù)性部位的表面形成泄漏磁場（即漏磁場），通過漏磁場吸附、聚集檢測過程施加的磁粉，最終形成磁痕，便可提供缺陷的位置、形狀、大小的顯示。
磁粉檢測特點
1、適用范圍
磁粉檢測可用于板材、型材、管材、鍛造毛坯等原材料和半成品的檢查，也可用于鍛鋼件、焊接件、鑄鋼件加工制造過程工序間檢查和最終加工檢查，還可用于重要設備機械、壓力容器、石油儲罐等工業(yè)設施在役檢查等。
2、磁粉檢測的優(yōu)點
a）能直觀顯示缺陷的形狀、位置、大小和嚴重程度，并可大致確定缺陷的性質(zhì)。
b）具有高靈敏度，磁粉在缺陷上聚集形成的磁痕有放大作用，可檢出缺陷的最小寬度約0.1μm ，能發(fā)現(xiàn)深度約10μm的微裂紋。
c）適應性好，幾乎不受試件大小和形狀的限制，綜合采用多種磁化方法，可檢測工件上的各個方向的缺陷。
d）檢測速度快，工藝簡單，操作方便，效率高，成本低。
3、磁粉檢測的局限
a）只能用于檢測鐵磁性材料，如碳鋼、合金結構鋼等，不能用于檢測非鐵磁性材料，如鎂、鋁、銅、鈦及奧氏體不銹鋼等。
b）只能用來檢測表面和近表面缺陷，不能檢測埋藏較深的缺陷，可檢測的皮下缺陷的埋藏深度一般不超過1~2mm。
c）難于定量確定缺陷埋藏的深度和缺陷自身的高度。
d）通常采用目視法檢查缺陷，磁痕的判斷和解釋需要有技術經(jīng)驗和素質(zhì)。
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