无损检测技术原理方案.docx

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无损检测技术原理方案

第1章无损检测技术

1.1无损检测技术概述

无损检测NDT（Non-destructivetesting），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、性质和数量的所有技术手段的总称。

NDT是指对材料或工件实施一种不损害等信息，进而判定被检对象所处技术状态，如合格与否、剩余寿命等或不影响其未来使用性能或用途的检测手段。

通过使用NDT，能发现材料或工件内部和表面所存在的缺欠，能测量工件的几何特征和尺寸，能测定材料或工件的内部组成、结构、物理性能和状态等。

如无损检测方法分类常规无损检测方法有超声检测UltrasonicTesting，射线检测RadiographicTesting，磁粉检测MagneticparticleTesting，渗透检验PenetrantTesting，涡流检测EddycurrentTesting。

非常规无损检测技术有声发射AcousticEmission，泄漏检测LeakTesting，光全息照相OpticalHolography，红外热成象，微波检测MicrowaveTesting。

1.2无损检测的发展

（1）由定性检测逐步向定量检测与评价过渡和发展

用断裂力学等原理来确定极限寿命设计思想的出现，导致美国等一些发达国家在近年来较大幅度地增加无损检测与评价技术的研究经费，以开展缺陷的定量测定。

由原来的探伤技术发展成测伤技术。

检测时不仅要求探测出缺陷的有无及位置，而且还要测定出缺陷的类型、尺寸、形状和取向。

（2）发展新材料和新的无损检测与评定方法和技术

随着材料科学和工程技术的发展，不断涌现出一些新材料和异型结构件。

对它们的无损检测与评价，用原有的技术和方法常常难以进行或达不到要求。

（3）发展自动化无损检测与评价系统

自动化无损检测技术比非自动化无损检测能提供更好的重复性、结果一致性和检测的可靠性，降低了对操作人员操作技术高度熟练的要求，减少人为误差的几率。

值得指出的是，由于判断的复杂性，无损检测与评价的自动化，在目前并没有达到完全可以取代人工操作的地步，实现完全自动化还是人们长远的奋斗目标。

第2章无损检测分类

2.1超声波检测介绍

超声波是频率大于20kHz的一种机械波（相对于频率范围在20Hz～20kHz的声波而言）。

超声检测用的超声波，其频率范围一般在0.25MHz～15MHz之间。

用于金属材料超声检测的超声波，其频率范围通常在0.5MHz～10MHz之间，而用于普通钢铁材料超声检测的超声波，其频率范围通常为1MHz～5MHz。

超声波具有众多与众不同的特性，如声束指向性好（能量集中），声压声强大（能量高），传播距离远；穿透能力强，在界面处会产生反射、透射（或折射）和波型转换，以及产生衍射等。

超声波在被检材料（金属、非金属）中传播时，利用材料本身或内部缺陷所示的声学性质对超声波传播的影响来检测材料的组织和内部缺陷的方法，称为超声探伤。

它是一种非破坏性的材料实验方法，即不需破坏被检材料或工件就能探测其内部各种缺陷（如裂纹、气泡、夹杂物等）的大小，形状和分布状况以及测定材料性质。

超声探伤具有灵敏度高、快速方便、易实现自动化等优点，因此广泛应用于机器制造、冶金、化工设备、国防建设等部门，已成为保证产品质量，确保安全的一种重要手段。

2.1.1超声探伤按其方法和目的分类

（1）脉冲反射法

把超声脉冲发射到物体中再接收来自物体中的反射波，这种探伤方法称为脉冲反射法。

它是超声探伤中最基本的方法。

在脉冲反射法中，根据声束传播情况可分为直探法和斜探法；根据探伤所用波形可分为纵波探伤法、横波探伤法、表面波探伤法和板波探伤法；根据探头个数和作用可分为单探头法和双探头法；根据声耦合方式可分为直接接触法和水浸法等等。

由于这些方法具有各自的特点，所以广泛用来对金属和非金属材料及其制品进行无损检验。

（2）穿透法

利用穿过被检物体的超声波的穿透率和有无声影进行探伤检验的方法称为穿透法。

穿透法有连续波穿透法，脉冲穿透法和共振穿透法等。

此方法的优点是适用于薄工件；由于超声波传播路程仅为反射法的一半，故适用于检查衰减大的材料；探伤图形直观，只要定好检查标准就可以进行作业；易实现自动探伤、检查速度快。

缺点是不能知道缺陷的深度位置；缺陷探测灵敏度一般比反射法低，难以检查较小缺陷。

（3）共振法

把频率连续改变的超声波射入被检材料，根据材料的共振状况测量其厚度或检查有无缺陷等材料性质的方法称为共振法。

共振法一般用来测量金属板、管壁、容器壁的厚度或腐蚀程度，测量声速，检查板中的分层和进行材质判定。

（4）声阻法

声阻法是利用被测物件的振动特性，即被测物对探头所呈现的机械阻抗的变化来进行检测的一种无损检测法。

它多用于检测物体表面的成层情况，例如用来检查基体材料上附粘的膜片是否粘接上等。

它的工作频率范围一般都较低（如几千赫兹）。

用这种方法工作时，把探头和被测件直接接触，使被测件和探头结合在一起构成一个共振体，探头一方面是振动源，同时也是检测部件，当被测件的有效厚度不同时（例如，若膜片未粘上，则有效厚度仅为膜片的厚度，若已完好的粘接上，则有效厚度包括膜片和基体材料的厚度），该共振体频率特性就不同，从而可根据其频率特性来判定膜片在某个小区域的粘接情况。

2.1.2超声波工作的原理

（1）声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件；

（2）超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变；

（3）改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析；

（4）根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。

2.1.3超声波检测优缺点

（1）超声波检测优点

a.适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；

b.穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。

如对金属材料，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；

c.缺陷定位较准确；

d.对面积型缺陷的检出率较高；

e.灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；f.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。

（2）超声波检测局限性

a.对试件中的缺陷进行精确的定性、定量仍须作深入研究；

b.对具有复杂形状或不规则外形的试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.材质、晶粒度等对检测有较大影响；

e.以常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，且检测结果无直接见证记录。

（3）超声波检测使用范围

a.从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料；

b.从检测对象的制造工艺来说，可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等；

c.从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等；

d.从检测对象的尺寸来说，厚度可小至1mm，也可大至几米；

e.从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。

2.2磁粉检测（MT）

2.2.1磁粉检测定义

利用漏磁和合适的检验介质发现试件表面和近表面的不连续性的无损检测方法，称之为磁粉检测。

铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的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，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。

2.2.2磁粉检测适用性和局限性

磁粉探伤适用于检测铁磁性材料表面和近表面尺寸很小、间隙极窄，目视难以看出的不连续性。

磁粉检测可对原材料、半成品、成品工件和在役的零部件检测，还可对板材、型材、管材、棒材、焊接件、铸钢件及锻钢件进行检测。

可发现裂纹、夹杂、发纹、白点、折叠、冷隔和疏松等缺陷。

磁粉检测不能检测奥氏体不锈钢材料和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝，也不能检测铜、铝、镁、钛等非磁性材料。

对于表面浅的划伤、埋藏较深的孔洞和与工件表面夹角小于20°的分层和折叠难以发现。

2.3渗透检测（PT）

2.3.1液体渗透检测的定义及基本原理

利用液体的毛细管作用，将渗透液渗入固体材料表面开口缺陷处。

再通过显象剂将渗入的渗透液吸出到表面显示缺陷的存在。

这种无损检测方法称为渗透检测。

液体渗透检测的基本原理是零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透剂后，在毛细管作用下，经过一段时间，渗透液可以渗透进表面开口缺陷中；经去除零件表面多余的渗透液后，再在零件表面施涂显像剂，同样，在毛细管的作用下，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液，渗透液回渗到显像剂中，在一定的光源下，缺陷处的渗透液痕迹被显示，从而探测出缺陷的形貌及分布状态。

2.3.2渗透检测（PT）优缺点

（1）渗透检测优点

a.可检测各种材料；金属、非金属材料；磁性、非磁性材料；焊接、锻造、轧制等加工方式；

b.具有较高的灵敏度（可发现0.1μm宽缺陷）；

c.显示直观、操作方便、检测费用低。

（2）渗透检测缺点及局限性

a.它只能检出表面开口的缺陷；

b.不适于检查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的工件；

c.渗透检测只能检出缺陷的表面分布，难以确定缺陷的实际深度，因而很难对缺陷做出定量评价。

检出结果受操作者的影响也较大。

2.4涡流检测

涡流检测（ET）：

涡流检测的英文名称是：

EddyCurrentTesting，工业上无损检测的方法之一。

给一个线圈通入交流电，在一定条件下通过的电流是不变的。

如果把线圈靠近被测工件，像船在水中那样，工件内会感应出涡流，受涡流影响，线圈电流会发生变化。

由于涡流的大小随工件内有没有缺陷而不同，所以线圈电流变化的大小能反映有无缺陷。

涡流检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法.它适用于导电材料.如果我们把一块导体置于交变磁场之中,在导体中就有感应电流存在,即产生涡流.由于导体自身各种因素（如电导率,磁导率,形状,尺寸和缺陷等）的变化，会导致感应电流的变化，利用这种现象而判知导体性质，状态的检测方法叫做涡流检测方法．

2.5射线照相法

2.5.1射线照相法概述

射线照相法是指用X射线或γ射线来检测材料和工件，并以射线照相胶片作为记录介质和显示方法的一种无损检测方法。

该方法是最基本的，应用最广泛的一种非破坏性检验方法。

通过观察记录（感光）在射线照相胶片（底片）上的有关X射线或伽玛射线在被检材料或工件中发生的衰减变化，来判定被检材料和工件的内部是否存在缺陷，从而在不破坏或不损害被检材料和工件的情况下，评估其质量和使用价值。

X射线是电磁波。

X射线具有众多与众不同的特性，如：

折射系数接近于1，几乎无折射；穿透能力强；仅在晶体光栅中才产生干涉和衍射现象；与某些物质会发生电离作用、荧光作用、热作用和光化学作用；较易衰减，并对不同物质和密度，衰减系数明显不同；易杀伤生物细胞，破坏生物组织等。

X射线是高速带电粒子撞击金属时，在金属原子核的库仑场作用下急剧减速而伴随发射的一种辐射。

利用此原理制成的X射线管和加速器，就可以生产出射线照相检测用的X射线和高能X射线。

X射线的强度与X射线管的管电压（kV）有关，管电压越大，X射线的强度就越大，其穿透能力也就越强。

加速器的情况亦如此。

简而言之，X射线的强度是可以控制的。

根据射线产生的方式不同，射线照相检测可分为：

以X射线管为射线源的X射线照相检测、以放射性同位素为射线源的伽玛射线照相检测、以加速器为射线源的高能X射线照相检测。

2.5.2射线照相检测的过程

通常，射线照相检测的过程是由X射线管、加速器或放射性同位素源发射出X射线；射线透射进入并穿越被检材料或工件；穿越而出的射线随后与放置于被检材料和工件后的射线照相胶片发生光化学作用（即胶片感光）；然后将已感光的射线照相胶片进行处理，得到一张以不同光学密度（图像）的方式记录和显示被检材料和工件内部质量密度的射线照相底片；最后，通过对射线照相底片进行观察，来分析和评价被检材料或工件的内部质量。

2.5.3射线照相检验法的原理

射线照相检验法的原理是射线能穿透肉眼无法穿透的物质使胶片感光，当X射线或r射线照射胶片时，与普通光线一样，能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜影，由于不同密度的物质对射线的吸收系数不同，照射到胶片各处的射线能量也就会产生差异，便可根据暗室处理后的底片各处黑度差来判别缺陷。

2.5.4射线照相法的优缺点

射线照相法的优点和局限性总结如下：

（1）可以获得缺陷的直观图像，定性准确，对长度、宽度尺寸的定量也比较准确；

（2）检测结果有直接记录，可长期保存；

（3）对体积型缺陷（气孔、夹渣、夹钨、烧穿、咬边、焊瘤、凹坑等）检出率很高，对面积型缺陷（未焊透、未熔合、裂纹等），如果照相角度不适当，容易漏检；

（4）适宜检验厚度较薄的工件而不宜较厚的工件，因为检验厚工件需要高能量的射线设备，而且随着厚度的增加，其检验灵敏度也会下降；

（5）适宜检验对接焊缝，不适宜检验角焊缝以及板材、棒材、锻件等；

（6）对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸（高度）的确定比较困难；

（7）检测成本高、速度慢；

（8）具有辐射生物效应，能够杀伤生物细胞，损害生物组织，危及生物器官的正常功能。

第3章无损检测方案

3.1无损检测程序及方法

（1）编制依据

（2）工程概况（3）检测部署（4）主要工作程序

（5）资源配置计划（6）检测质量控制保证措施

（7）健康、安全、环保（HSE）管理措施

射线检测方法用于压力容器壳体或接管对接焊缝内部缺陷的检测，渗透方法通常用于压力容器制造时钢板坡口、角焊缝和对接焊缝的表面检测。

超声检测法用于厚度>8mm的压力容器壳体或大口径接管与壳体的角接接焊缝内部缺陷的检测。

3.2.检测流程图

检测流程图如下图3-1：

图3-1检测流程图

3.3无损检测注意事项

在焊接完成后，根据监理工程师下达无损检测指令进行检测工作，检测组接到指令后，按照指令要求完成检测任务，及时向监理工程师反馈检测结果。

在接到监理以书面形式对其下达的检测指令后，为保证检测数据准确无误，必须按检测指令注明的内容完成检测工作。

根据压力容器用钢板厚度、材料强度、工作介质、工作压力、焊缝系数、制造工艺等的不同,检测的比例分为100%和局部抽查。

渗透检测用于不锈钢和有色金属坡口以及焊缝表面开口性缺陷的检测。

作磁粉或渗透检测时,光照条件应至少为500勒克斯。

无损检测必须在外观质量检查合格后才能进行。

有裂纹倾向的材料应在焊接完成24小时后方能进行检测。

有特殊要求的（如球罐）应在焊接完成36小时后方能进行检测。

射线检测18小时内完成检测任务，并出据检测结果，超声波检测现场完成检测任务，并出据检测结果所有射线底片有检测机组进行整理，整理完毕后将底片装箱有项目部专人进行验收进行贮存。

并编制底片装箱记录表和底片交接记录表，便于日后的查阅和管理。

3.4HSE责任制

员工注意自觉完成HSE工作，保护自身与他人的健康、按照要求安全施工，保护周围环境，保护国家和集体财产不受损失。

（1）保证为检测人员配备施工现场所用的安全帽、劳保服、手套、雨衣等。

（2）保证为现场检测人员配备射线剂量笔以监测所受的射线辐射剂量。

（3）参建工程之前各员工应做体检，合格者方可上线。

（4）根据本标段的现状，配备常用药品。

检测作业的射线安全防护措施应符合GB4792-84《放射卫生防护基本标准》以及国务院44号令的规定。

1）设置警戒标志2）确定安全距离3）控制个人辐射剂量

对从事射线的人员每人必须配备1个剂量笔，以监测个人吸收剂量，并定期查看个人累积剂量，以保证人身安全，各组配备1个射线报警器。

3.5无损检测方案审查

（1）工程量是否明确；

（2）安全措施是否科学、可靠；

放射源的存放和管理是否落实到具体操作者

射线现场是否划定安全区域并有专人四周巡视

射线现场是否有醒目的警戒标志（警示灯、警戒线、警示牌）

探伤时是否有2-3人巡视

现场射线探伤全过程负责人必须用报警仪检查、检测射线源是否工作正常

（3）无损检测要求是否明确；

（4）无损检测设备是否满足本工程需要；

（5）无损检测质量目标是否明确、是否符合标准；

（6）无损检测方法是否明确合理；

（7）特殊位置、重要设备的检测工艺。

参考文献

[1]超声波探伤编写组编著.超声波探伤.[M].北京：

电力工业出版社，1980

[2]李茂山.超声波测距原理及实践技术.实用测试技术[J]，1994年第1期

[3]黄建兵.超声波精确测距的研究.南京理工大学硕士学位论文[D]2004.2

指导教师评语及成绩评定：

成绩：

指导教师签字：

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