无损检测综合知识

无损检测综合知识

1.1     无损检测概论

1.1.1  无损检测通用方法及技术

一、无损检测的定义：不破坏材料的外形和性能的情况下，检测该材料的内部结构（组织与不连续）和性能，该技术称为无损检测。英文全称：Non Destructive Testing   (NDT)

二、 常用无损检测方法

   （1）射线检测：Radiographic Testing  (RT)

l射线的种类与本质： χ射线、γ射线和中子射线。χ射线和    γ射线与无线电波、红外线、可见光、紫外线一样，都是电磁波；而中子射线是粒子。

lX射线的产生：X射线管、 X射线机

lγ射线的产生：γ射线是放射性原子核在衰变时放射出来的电磁波。γ射线机

射线检测：原理、方法与应用

l利用射线透过物体时产生的吸收和散射现象，检测材料中因缺陷存在而引起射线强度改变的程度来探测缺陷的方法称为射线检测技术，可分为：

  ⑴　射线照相法；⑵　荧光屏法；⑶　工业电视法

l检测对象类型：金属；非金属。   焊缝；铸件。

l检测缺陷类型：裂纹；气孔；未焊透；未融合；夹渣；疏松；冷隔等。#

l射线检测与超声检测比较：

   ⑴   射线检测优点是缺陷显示直观；定量、定位准确；可以定性；检测结果可以长期保留。缺点是检测周期长；成本高；大厚度工件检测比较困难。

   ⑵   超声检测优点是检测周期短；成本低；大厚度工件检测方便；缺点是不能显示缺陷形状；不能精确定量，不能定性。

（2）超声检测：Ultrasonic Testing  (UT)

l超声波的本质：机械波，它是由于机械振动在弹性介质中 引起的波动过程，例如水波、声波、超声波等

l超声波的类型：纵波和横波  表面波（瑞利波）、板波

l超声波的性质：

   （1）声速：与材料性质有关、与波的种类有关

   （2）波的叠加、干涉及驻波

   （3）反射、折射和波型转换

l超声波的产生：仪器、探头

l超声波与工件的接触：耦合剂

l超声波在工件内的传播与反射 、波的接收

l超声波检测原理：探头发射的超声波通过耦合剂在工件中传播，遇到缺陷时反射回来被探头接收。根据反射回波在荧屏上的位置和波辐高低判断缺陷的大小和位置。

l 超声检测技术的特点：应用范围广；穿透能力大；设备轻便；定量不准确；定性困难。

l  检测技术类型：纵波法；横波法；表面波法；板波波；

l  常用检测方法：穿透法；反射法；串列法；液浸法；

l  检测对象类型：金属；非金属。   焊缝；板件；管件；锻件。

l  检测缺陷类型：面缺陷；体缺陷。定性困难。

l  数字化、智能化发展前景宽广。#

（3）磁粉检测:  Magnetic Testing  (MT)   

l漏磁场：铁磁材料磁化时磁力线由于折射而迤出到材料表面所形成的磁场称为漏磁场

l剩磁：铁磁材料磁化时所具有的磁性在磁化电流取消后继续存在的性质称为剩磁 

l铁磁材料在磁场中被磁化后，缺陷处产生的漏磁场吸附磁粉而形成磁痕。磁痕的长度、位置、形状反映了缺陷的状态。

l磁粉检测技术的特点：检测表面和近表面缺陷；铁磁材料；

l常用检测方法：剩磁法；连续法。

l检测对象类型：铁磁材料。 焊缝；钢板；钢管；螺栓等...

l检测缺陷类型：裂纹；夹渣等... #

（4）渗透检测：Penetrate Testing (PT)

l分子压强与表面张力：每一个离液面的距离小于分子作用半径r的分子，都受到一个指向液体内部的力的作用。而这些表面分子及近表面分子组成的表面层，都受到垂直于液面且指向液体内部的力的作用。这种作用力就是表面层对整个液体施加的压力，该压力在单位面积上的平均值叫分子压强。分子压强是表面张力产生的原因。

l液体润湿：液体铺展在固体材料的表面不呈球形，且能覆盖表面，此现象称液体润湿现象。

l毛细现象：润湿液体在毛细管内的自动上升或下降称为毛细现象。#

l具有润湿作用的渗透剂在毛细管作用下渗入表面开口缺陷。在显象剂作用下由于毛细管作用渗入到开口缺陷内的渗透剂被析出表面形成痕迹。

l渗透检测基本操作过程

l渗透检测技术的特点：检测表面开口缺陷；

l常用检测方法：着色法；荧光法。

l检测对象类型：金属与非金属材料。

l检测缺陷类型：裂纹。#

（5）涡流检测：Eddy Current Testing (ET)

l由于电磁感应金属材料在交变磁场作用下产生涡流。

l金属材料中存在的裂纹将改变涡流的大小和分布，分析这些变化可检出铁磁性和非铁磁性材料中的缺陷。

l涡流可用以分选材质、测膜层厚度和工件尺寸以及材料的某些物理性能等。

l涡流检测技术的特点：适用于导电材料；检测近表面缺陷。

l常用检测方法：穿过式线圈；内通过式线圈；探头式线圈。

l检测对象类型：金属与非金属材料。

l检测缺陷类型：裂纹。#

1.1.2 常用无损检测方法的应用

一、应用的部门：航空、航天、机械、核工业、汽车制造、船舶、电子、钢结构、商检、进出口等。

二、应用的对象

       （1）缺陷探伤       （2）厚度测量       （3） 性能测试 #

1.1. 3  常用无损检测方法的范围及局限性

1.2  材料及缺陷

1.2.1  金属及合金的结构

一、金属

   （1） 纯金属：单一原子构成的材料

   （2）合金：某一金属元素为基，添加一种或多种其他元素，通过冶金或粉末冶金方法制成的金属材料。

二、 单组元金属结构

   （1）体心立方结构   （2）面心立方结构   （3）密排立方结构        金属结构图      #

三、合金的结构

    合金的结构由多种成分组成，不是简单的体心、面心、六方而是由“相”来表示的：

    相：在合金内，一个或多个成份、结构和性质均匀的区域称为“相”。一种合金可以有若干种不同的“相”构成，其结构也由“相”所决定。

    随着温度的变化，金属的“相”也会随着改变。相变图     #

1.2.2  材料的性能

一、力学性能

  （1） 金属材料的静拉伸力学性能

l 强度：金属抗拉永久变形和断裂的能力

l 塑性：又称范性，断裂前材料发生不可逆永久变形的能力

l 韧性：金属在断裂前吸收变形能量的能力

 （2） 金属材料的弹性性能

l 弹性（虎克定律）：

  （3） 金属材料在静加载下的力学性能

l 扭转性能        扭转破断图

l 弯曲、压缩性能

l 硬度 #    

（4） 金属材料的冲击性能

（5） 金属材料的疲劳性能

（6） 金属材料的蠕变性能

二、物理性能

（1） 密度、比热量、磁性、导电性、导热性等

（2） 光学性能

（3） 声学性能 #

1.2.3  金属材料中的各种缺陷及不连续性

一、不连续性：金属或合金内部结构的不均匀变化，称为不连续性。

二、缺陷：对金属材料的性能造成破坏的不连续性称为缺陷。

       常见的焊接缺陷：气孔、夹渣、未融合、未焊透、裂纹、夹珠、钨夹杂、夹层等 #

1.3  加工及缺陷

一、最初加工过程及相关缺陷

  （1） 铸造：将熔融金属浇注入铸型型腔，冷却后形成工件的加工过程；

           常见的铸造缺陷：气孔、缩孔、疏松、冷裂、热裂、冷隔、偏析、夹杂。

  （2）塑性加工：锻、轧、拔、钣金等

          常见的塑性加工缺陷：裂纹、折叠、分层、白点（氢脆） #

二、制造加工过程及相关缺陷

（1）焊接：通过加热或加压，使填充材料熔化、冷却将工件连接在一起的加工方式称焊接；

          常见的焊接缺陷：气孔、夹渣、未融合、未焊透、裂纹、夹珠、钨夹杂

（2）表面加工：车、铣、刨、镀、磨、喷丸、吹砂等常见的表面加工缺陷：氢脆

（3）热处理：对金属材料加温并用不同方法冷却使其组织结构发生的方法称热处理；

          常见的热处理缺陷：淬裂

（4）其他热加工工艺：粉末冶金等 #

1.4  在役中的材料

1.4.1  在役中材料的行为

          受力、受压、高低温、摩擦、腐蚀  ...

1.4.2  在役工况导致缺陷和失效

     一、腐蚀：腐蚀裂纹、腐蚀坑、腐蚀减薄

     二、疲劳：疲劳裂纹、疲劳断裂

     三、磨损：材料减薄、摩擦裂纹

     四、过负载：变形、断裂

     五、脆性断裂：镉脆、氢脆

1.4.3  金属中破裂发展的概念

    一、缺陷的形成（应力集中）

    二、缺陷的发展（载荷）

    三、断裂 #

1.5  质量及标准化

1.5.1  质量、质量控制及标准化

一、质量的定义：（GB/T 6583-92）

    反映产品或服务满足明确或隐含需要能力的特征和特性的总和。

    通常认为，质量有狭义和广义两种含义，狭义的质量就是产品质量。对无损检测而言，可以认为是指无损检测各种方法检测结果的正确性和可靠性；广义的质量除产品质量外，还包括了工作质量。对无损检测而言，可以认为是指无损检测人员在实施无损检测工作过程中，各个方面、各个环节工作的好坏。它取决于工作人员的责任心与技术水平等综合条件，这些条件直接或间接的影响到无损检测的结果。 #

二、质量控制的定义： （GB/T 6583-92）

    为达到质量要求所采取的作业技术和活动。质量控制的目的，监视一个过程并排除不满意的原因，以取得经济效益。

三、标准化的定义：制定和执行标准的过程       

1.5.2  质量体系

一、定义：为实施质量管理的组织结构，职责，程序过程和资源。

二、质量体系要素

    在质量管理中，有关内容可分为若干个质量体系要素。在GB/19004一ISO9004”质量管理和质量体系要素——指南”中质量体系要素有20个。这些要素都取决于人的因素、机器的因素、材料的因素、方法的因素以及工作环境的固素。 #

    即人、机、料、法、环五个因素，无损检测就是从这五个因素着手去提高质量。对各种检测方法，其主要内容 ：

    (1)  无损检测人员的管理

l  人员资格：凡从事无损检测的人员必须按照各行业规定的无损检测人员资格考核规则（如全国无损检测学会执行的《GB/T 9445：1999  无损检测人员资格鉴定与认证》）参加培训和考核，取得相应的资洛证书、方可从事该行业相应方法和等级的无损检测工作。无损检测资格分为初级（I级）、中级（II级）和高级（III级）三个等级。（各等级的职责）

l  培训考核：培训可以是长期的或短期的，集中的或分散的，一般应有培训记录。一个单位的无损检测部门或其主管部门，应当制订培训计划，以便于按照人员情况：工作需要进行人员技术培训。 #

l  建立无损检测人员的技术档案。对每一位从事无损检测的人员应建立个人技术档案，内容至少应包括：个人简历；检测质量方面的奖惩情况；检测人员的工作记录，包括中断无损检测工作的起止时间；接受技术培训的情况等。

l  对射线检测人员还应建立“健康档案”和射线剂量记录。射线检测属特殊有害工种，为了呆障射线检测人员的健康与安全，应建立射线检测人员的健康档案和进行射线剂量记录，此项工作应归口于单位的安全技术和工业卫生部门管理，但为了便于对无损检测人员的管理，也应同时纳入无损捡测部门的质量管理之中。

l  国际和我国无损检测人员资格认证现状。

  (2) 无损检测设备及器材的管理

     该项管理主要是建立设备台帐和设备使用卡以及设备的周期捡定(周检)制度,应详细记录设备进厂日期和性能、价值及附件情况：检修和零件更换情况以及设备周检情况，设备应有专人负责维护保养，设备可以集中管理，也可以分散管理，对于关键设备应记录其使用的频度分折设备利用率。

    要用好、管好、修好设备，要对操作人员进行培训、考核，发设备操作许可证后方可上岗。设备应制定安全操作规程，要严格按操作规程进行操作,设备发生事故，应填写事故报告单以分析事故发生的原因和责任者。

    无损检测设备和器材管理的内容主要有:

l  检测设备的管理（包话X射线探伤机、超声波探伤仪、磁粉探伤仪等检测仪器设备）； #

l  辅助设备的管理（黑度计、评片灯、自动洗片机等辅助设备）；

l  无损检测器材的管理（渗透剂、射线胶片、象质计、显定影液、增感屏等器材）。

 (3) 无损检测工艺的管理

     检测工艺的管理是质量管理重要组成部分，无损检测工艺应符合有关规范，规程和标准，并随这些标准的变化，按年号修订以及按新颁标准制定相应的工艺规程。检测工艺是质量管理和质量保证手册中一种强制性的要求。对于具体的产品或重要的特殊结构的检测，还应建立工艺卡，作为射线检测人员具体操作的指导性工艺文件。 #

(4) 建立无损检测质量管理制度

    无损检测质量管理制度是质量管理的具体文件。它应对无损检测整个工作内容，在质量方面作出规定。它是整个质量管理和质量保证体系中的核心内容和文件。其内容应包括：检测的工作程序即从检测项目的委托、编号、检测操作、标记报告等作出规定。同时, 还应制定检测设

备、检测人员、工艺规程等管理制度。这些管理制度是以制度的形式，进一步细化整个检测的质量管理内容。它们应具备具体实施的可操作性。

   上述的内容就构成了整个无损检测质量管理和质量保证体系的基本内容，这些内容又是互相有联系的一个整体。各个单位可以根据本草位（工厂企业、事业，公司等实体〕的具体情况，作出补充性的一些质量管理制度。如建立有关工艺纪律监督的制度，以保证工艺规程的正确实

施。建立审片制度，以确保评片质量等。以上这些制度正常运作之后，就能够有效地确保检测的工作质量。 #

1.5.3  检查、 检验、检测

一、检查（Check ）

    对机构、部门执行某个标准、规程或体系与规定的要求进行比较以确定其符合性的活动。      

二、检验（ Inspection ）

    对产品或服务的一种或多种特性进行测量、检查、试验、度量，并将这些特性与规定的要求进行比较以确定其符合性的活动。

三、检测（ Test ）

    开展检验的一种技术活动，通常采用仪器设备或器具，按照规定的程序操作获取某些技术参数，从而对产品或服务的一种或多种特性做出结论。 #

1.6   标准、法规、技术条件及规程

一、标准（ Standard ）

二、法规（ Code ）

三、技术条件（Technology Condition ）

四、规程（ Procedure ）

    实施无损检测时仪器所用的技术参数和操作程序称为无损检测工艺或规程

五、作业指导书（工艺卡 Instruction ） #

1.7 向业主提供的技术文件：工艺卡、记录及报告

一、工艺卡（ Instruction ）

    根据工艺规程编制的用以指导Ⅰ、Ⅱ级人员实际操作的技术指导书，通常它是以表格的形式出现。实际上工艺卡是工艺规程的浓缩。

二、记录（Record）

   Ⅰ、Ⅱ级人员在实际操作时，对操作过程和技术参数所做的原始记录。

三、报告（Report）

   Ⅱ级人员在实际操作后对检测结果的评定意见。 #

   工艺卡、记录及报告（超声、磁粉）

附：5.2.1 持有NDT Ⅰ级证书的人员有资格按照NDT指导书，并在II级和III级人员的监督下进行NDT操作。

   I级人员应能：

        （a）调整设备；

        （b）进行检测；

        （c）按照文件提供的验收标准进行记录并对检测结果分类；

        （d）按检测结果写出检测报告。

5.2.2  Ⅰ级人员不应负责选择检测方法或技术。

5．3   NDTⅡ级

   持有NDT Ⅱ级证书的人员有资格按所制定的或经认可

的工艺规程，执行和指导无损检测工作，具体包括：

（a）解释该Ⅱ级人员具有资格的检测方法的应用局限性；

（b）按NDT法规、标准、技术条件和工艺规程编写适合

干实际工作情况的检测指导书；

（c）安装设备并验证其调整情况；

（d）执行和监督检测;

（e）按照适用的法规、标准和技术条件，解释和评定检

测结果；

（f）执行或监督所有Ⅰ级人员的工作；

（g）培训或指导Ⅱ级以下的人员；

（h）组织编写无损检测结果的报告。

5．4　NDT Ⅲ级

5.4.1  持有Ⅲ级证书的人员可被授权来指导其具有资格的

各种NDT方法的全部工作，包括:

（a）对NDT装备和工作人员承担全部责任；

（b）制定和批准检测技术和工艺规程；

（c）解释法规、标准、技术条件和工艺规程；

（d）确定用于特定NDT工作的特殊检测方法、技术和工

艺规程；

（e）按现行法规、标准和技术条件解释和评定检测结果；

（f ）若被认证机构授权，可受理资格鉴定考试；

（g）可执行或监督所有Ⅰ级和Ⅱ级人员的工作。

5.4.2  持有Ⅲ级证书的人员应：

 （a）对所有的材料、加工和产品制造工艺有足够的实际

知识，以便选择检测方法、制定检测技术；并在没有现

成标准可采用的情况下协助建立验收标准；   

 （b）一般地熟悉其它NDT方法；

 （c）具有培训或指导Ⅲ级以下人员的能力。