1、無損檢測方法概述1.1. 超聲檢測設備：超神探傷儀、探頭、耦合劑及標準試塊等用途：檢測鍛件裂紋、分層、夾雜，焊縫中的裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、未焊透，型 材的裂紋、分層、夾雜、折疊，鑄件中的縮孔、氣泡、熱裂、冷裂、疏松、夾渣等缺陷及厚 度測定。優點：對平面型缺陷十分敏感，一經探傷便知結果；易于攜帶；穿透力強局限性：為耦合傳感器，要求被檢表面光滑；難于探測出細小裂紋；要有參考標準，為 解釋信號，要求檢驗人員有較高的素質；不適用于形狀復雜或表面粗糙的工作2.2. 聲發射檢測設備：聲發射傳感器、放大電路、信號處理器電路及聲發射信號分析系統用途：檢測構件的動態裂紋、裂紋萌生及裂紋生長率等優點：實時并連

2、續監控探測，可以遙控，裝置較輕便局限性：傳感器與試件耦合應良好，試件必須處于應力狀態，延性材料產生低幅值聲發 射，噪聲不得進入探測系統，設備貴，人員素質要求高3.3. 噪聲檢測設備：聲級計、頻率分析儀、噪聲分析儀用途：檢測設備內部結構的磨損、撞擊、疲勞等缺陷，尋找噪聲源（故障源）優點：儀器輕便，檢測分析速度快，可靠性高局限性：儀器較貴，對人員素質要求較高4.4. 激光檢測設備：激光全息攝影機用途：檢測微小變形、夾板蜂窩結構的膠結質量、充氣輪胎缺陷、材料裂紋、高速物理 過程中等離子體診斷和高速碰撞等優點：檢測靈敏度高、面積大、不受材料限制、結果便于保存局限性：僅適用于近表面缺陷檢測5.5. 微波

3、檢測設備：微博計算機斷層成像機（微波CTCT 機）用途：檢測復合材料、非金屬制品、火箭殼體、航空部件、輪胎等；還可測量厚度、密 度、濕度等物理參數優點：非接觸測量，檢測速度快，可實現自動化局限性：不能用來檢測金屬導體內部缺陷，一般不適用于檢測小于1mm1mm 的缺陷，空間分辨率比較低6.6. 光纖檢測設備：光纖內窺鏡、光纖裂紋檢測儀用途：檢測鍋爐、泵體、鑄件、炮筒、壓力容器、火箭殼體、管道內表面的缺陷及焊縫 質量和疲勞裂紋等優點：靈敏度高，絕緣好，抗腐蝕，不受電磁干擾局限性：價格較貴，不能檢測結構內部缺陷7.7. 渦流檢測設備：渦流探傷儀和標準試塊用途：檢測導電材料表面和近表面的裂紋、夾雜、折

4、疊、凹坑、疏松等缺陷，并能確定 缺陷位置和相對尺寸優點：經濟、簡便，可自動對準工件探傷，不需耦合，探頭不接觸試件局限性：僅限于導體材料，穿透淺，要有參考標準，難以判斷缺陷種類，不適用于非導 電材料8.8. X X 射線檢測設備：X X 射線源（機）和電源，要有和使用Y Y 射線源相同的設備用途：檢測焊縫未焊透、氣孔、夾渣，鑄件中的縮孔、氣孔、疏松、熱裂等，并能確定 缺陷的位置、大小及種類優點：功率可調，照相質量比 Y Y 射線高，可永久記錄局限性：X X 射線設備一次投資大，不易攜帶，有放射危險，要有高素質的操作和評定人 員，較難發現焊縫裂紋和未熔合缺陷，不適用于鍛件和型材9.9. Y Y 射

5、線檢測設備：Y Y 射線探傷儀，底片夾、膠片，射線鉛屏蔽，膠片處理設備，底片觀察光源，曝 光設備以及輻射監控設備等用途：檢測焊接不連續性（包括裂紋、氣孔、未熔合、未焊透及夾渣）以及腐蝕和裝配 缺陷。最宜檢查厚壁體積型缺陷優點：獲得永久記錄，可供日后再次檢查，Y Y 源可以定位在諸如鋼管和壓力容器之類的物體內局限性：不安全，要保護被照射的設備，要控制檢驗源的曝光能級和劑量，對易損耗的 輻射源必須定期更換，Y Y 源輸出能量（波長）不能調節，成本高，要有素質高的操作和評片 人員10.10. 磁粉檢測設備：磁頭，軛鐵，線圈，電源及磁粉。某些應用中要有專用設備和紫外光源用途：檢測鐵磁性材料和工件表面或

6、近表面的裂紋、折疊、夾層、夾渣等，并能確定缺 陷的位置、大小和形狀優點：簡單、操作方便，速度快，靈敏度高局限性：限于鐵磁材料， 探傷前必須清潔工件，涂層太厚會引起假顯示。某些應用要求 探傷后給工件退磁，難以確定缺陷深度，不適用于非鐵磁性材料11.11. 滲透檢測設備：熒光或著色滲透液，顯像液，清洗劑（溶劑、乳化劑）及清潔裝置。如果用熒光 著色，則需紫外光源用途：能檢測金屬和非金屬材料的裂紋、折疊、疏松、針孔等缺陷的位置、大小和形狀優點：對所有的材料都適用；設備輕便，投資相對較少；探傷簡便，結果易解釋 局限性：涂料、污垢及涂覆層金屬等表面層會掩蓋缺陷，孔隙表面的漏洞也能引起假顯示；探傷前后必須清

7、潔工件；難以確定缺陷的深度；不適用于疏松的多孔性材料12.12. 目視檢測設備：放大鏡、彩色增強器、直尺、千分卡尺、光學比較儀及光源等用途：檢測表面缺陷、焊接外觀和尺寸優點：經濟、方便、設備少，檢驗員只需稍加培訓局限性：只能檢查外部（表面）損傷，要求檢驗員視力好13.13. 工業 CTCT 檢測設備：工業 CTCT 機用途：缺陷檢測，尺寸測量，裝配結構分析，密度分布表征優點：能給出檢測試件斷層掃描圖像和空間位置、尺寸、形狀、成像直觀；分辨率高； 不受試件幾何結構限制局限性：設備成本高渦流檢測1.1.渦流檢測是以研究渦流與試件的相互關系為基礎的一種常規無損檢測方法。當試件被放在通有交變電流的激勵

8、線圈或其附近時，進入試件的交變磁場可在試件中感生出方向與激勵磁場相垂直的、呈旋渦狀流動的電流（渦流），這渦流會轉而產生一與激勵磁場方向相反的磁場使線圈中的原磁場有部分減小，從而引起線圈阻抗的變化。由于渦流的大小既取決于激勵條件，如線圈的形狀和尺寸、交變電流的頻率、線圈與試件的相對位置等，也取決于與時間有關的一些參量，如試件材料的電導率、鐵磁體試件的磁導率、試件的冶金變量（化學成分、 熱處理狀態等）、試件表面和金表面處缺陷的有無、及試件的形狀和尺寸等；因此，在一些 參量可保持不變的情況下，通過對激勵線圈阻抗變化的測量，或通過對另一附加的可感受磁場變化的專用檢測線圈電參量變化的測量，就可對另一些量

9、作出檢測。b)圖渦逹的激勵與檢測曲放査線.圏法 hihi 穿過線.圈法2.2.金屬物理特性1 1導電性G電導率為電阻率的倒數，單位為西門子/ /米 S/mS/m。IACSIACS 單位（國際退火銅標準）表示，規定退火工業純銅（在溫度為2020 攝氏度時，電阻率為 10724*10e-810724*10e-8Q.m.m）的電導率為 100%IACS100%IACS 其他金屬的電導率 ax:ax:標準退火銅電阻率a（%IACS）=金屬的電阻率*1002 2磁特性物質在外磁場的作用下感生處磁場的物理過程稱為磁化物質磁性的大小可用磁導率u u 表示：旦U=H（ B B 磁感應強度，H H 磁場強度）相

10、對磁導率Ur= =3(Uo自由空間的磁導率，Uo=4=4nlOH/mH/mUO3.3.電磁感應電磁感應：當穿過閉合導電回路所包圍面積的磁通量發生變化時，回路中就產生電流，這種現象叫做電磁感應現象，回路中所產生的電流為感應電流，回路中產生的感應電動勢Ei則等于所包圍面積中磁通量 隨時間變化的負值：Ei=-=- (N N 匝線圈：巳=-=-d(N)dtdt自感應：線圈中電流發生變化時，相應通過線圈的磁通量也隨著變化，回路中便會有感應電動勢產生，這種現象叫自感現象。自感電動勢：ldIE|二一二Ldt dt互感：如果兩個線圈靠近，線圈中分別通過電流11和12，根據電磁感應定律，線圈 1 1中電流Ii的

11、變化在線圈 2 2 中產生感應電動勢E21;同樣線圈 2 2 中電流丨2的變化會在線圈 1 1 中產生感應電動勢E12。這種兩個線圈相互激起感應電動勢的現象稱為互感現象L乃圖兩線圈之間互感dtp |-MW 丘IIdcpi2-dt -Md/：?擊M M :線圈的互感 H H兩個線圈耦合時，用耦合系數k k 表示它們之間的耦合程度4 4影響線圈阻抗的因素1.1.工件電導率 Y Y 對阻抗圖的影響電導率不同獲得信號也不同，線圈阻抗變化如圖實線所示R圖電導率效應和提高效應阻抗圖（試驗頻率f 100kHz）2.2. 提離效應對阻抗的影響線圈與工件之間的距離變化會引起檢測線圈阻抗變化，這種距離影響稱為提離

12、效應。渦流檢測中提離效應影響很大，必須用適當的電子學方法予以抑制3.3. 磁導率對阻抗圖影響非鐵磁性材料相對磁導率約為1 1,為一常數，因此不影響阻抗。然而磁性材料的相對磁導率遠大于 1 1,對阻抗影響顯著。高磁導率材料檢測時，磁導率不是常數，微小的 磁導率變化都會引起很大的本底噪音，為消除磁導率的影響，需用直流磁化將被檢區磁化到飽和，從而使磁導率變小，達到某一常數，大大減少了磁導率變化的影響4 4試驗頻率對阻抗圖影響頻率和電導率效應在阻抗圖上的影響是一致的。一般，阻抗圖都是以頻率比f.fg(f f 試驗頻率，fg特征頻率取決于工件尺寸和電磁特性)為參數描繪出來的。j fg般取下列范圍：101

13、0f fg4040,選得過小，則導電率變化方向與直徑變化方向的夾角很 小，采用相位分離法難以分離；也不宜選得過高5.5.裂紋對阻抗圖的影響儀非磁性材料鋁合金的裂紋響應才加跡(“)磁性材料1340鋼的裂紋響應軌跡5 5趨膚效應與交流電一樣，渦流在被檢驗工件流過時， 分布是不均勻的，渦流密集于靠近線圈工件表面，隨著離開表面深度的增加，渦流也逐漸減小，這種效應稱為趨膚效應。電流密度J J啟導率曲線S.裂絲效應陰抗1減小到Jo（導體表面的電流密度）的 （即 37%37%）時的深度叫趨膚深度 d d,其表達式e503d -（ 電導率，S/mS/m）（fu/在表面下 3d3d 處渦流密度僅為表面渦流密度的

14、5%5%，因此將 3d3d 作為渦流探傷的實際深度極限1000 10000 100000激圖渦流穿透深度與激勵頻率關系6 6渦流檢測中線圈的阻抗分析1.1.線圈的阻抗和歸一化單線圈的阻抗和歸一化：渦流檢測單個線圈一般忽略線圈匝間的分布電容而用電阻 與電感的0.01串聯電路來表示圖渦流檢測中單個線圈的等效電路當單一頻率的交流電流(i二Imsi nwt)流經上述串聯的純電阻和純電感時，在串聯元 件兩端的總電壓由克希荷夫電壓定律可得：nV0=VRVL= lmRsin wt wLImsin(wt )2或者以相量表示為：V = IR jwLI = I (R jXL)串聯電路的交流阻抗可用總電壓對電流大小

15、之比給出為：V0Z =0= R jXLI交流阻抗的實部是電阻， 虛部是感抗，因為相量形成一個直角三角形，這些阻抗值得關系是:圖在復阻抗平面圖上圖電路的阻抗分t-3nffi量.L 22XLZ = R XL,tg =LR此圖稱為電壓平面圖，亦稱復阻抗平面圖。渦流檢測中當實驗線圈遠離試件時，其阻抗稱空線圈阻抗， 提供了一個用于其他阻抗的比較參數。設空線圈電阻值為R0，自感值為L0，則空線圈阻抗Z0可表示為：VZoRojXLo = RojwLoI因大多數渦流線圈為能產生合適的外部磁化場和限制熱損耗，線圈繞有很多匝，空線圈的感抗wLo較之空線圈的電阻Ro要大，因此可近似：Zo: wLo空線圈阻抗這一近似

16、值在渦流線圈的阻抗測量及其相應的復阻抗平面圖中被用作歸一化參量。a)b)c)圖線圈耦合的等效電路凱）線圈耦合I等效電路C）副線圈折合到原線圈的等效電路耦合線圈阻抗和歸一化：當兩個線圈（原線圈和副線圈）相耦合且在原線圈通以交變電流時，由于互感作用兩線圈之間的電流與電壓會互有影響，可用將副線圈電路的阻抗通過互感反折到原線圈電路作為折合阻抗來體現，其等效電路如上圖所示， 對于原線圈，將自身阻抗和折合阻抗相加得到視在阻抗（Z Z）:Z=R+jXZ=R+jXR = RiRX2折=Ri（RJ_XMX =Xi X折=Xi（2匕X2）（XM=wM互感抗）R2+ X?這樣， 根據原線圈電路中視在阻抗的變化就可以

17、知道副線圈對原線圈的效應，從而推知副線圈電路的阻抗變化。原線圈視在電阻 R R 和視在感抗 X X 隨R2由a至 0 0 而變化的規律如下圖所示 ，是- -條半徑為K2WLI/2的半圓形曲線；K=M/JL匸。左圖比較直觀，但為了消除原線圈電阻R,及頻率對曲線位置的影響以便就不同情況下的曲線進行比較，通常進行歸一化處理，即橫軸以（R-Ro）/wL。縱軸以wL/wLo來表示，這里Ro、Lo分別為原線圈在空線圈無耦合作用情況下R和R2值，右圖為歸一化處理后的耦合線圈阻抗（復）平面圖。在渦流檢測中，在載流檢測線圈（原線圈）的作用下，試件中由于電磁感應而感生的渦流宛 若在多層密疊在一起的線圈中流動的電流

18、，這就可以把被檢測的金屬試件看作一個和檢測線圈交連的副線圈。因此， 從電路的角度看，渦流檢測類似于電感耦合電路的情況，上述的耦合線圈阻抗分析完全能類比用于渦流檢測線圈阻抗的分析。此外，載流檢測線圈移近導電的試件時，由于渦流場的反作用線圈感抗被減小，而由于渦流在試件中流動所引起的熱電損耗，視在電阻是增大了，線圈電阻的變化可給出為（R-RJRo是線圈繞組在空氣中的電阻，如前所述，從渦流測量的角度看，在說明試件性能時重要性甚小，在考慮由于渦流效應而引起 的電阻變化時，Ro常被略去。7 7渦流檢測原理和方法1 1渦流檢驗原理渦流檢驗是以電磁感應為基礎的，渦流檢驗的原理類似于兩個線圈的耦合（工件相當于一

19、個線圈），當通以交變電流的檢測線圈中沒有工件時，可得到空載阻抗Z。二R。jwLo。當線圈靠近工件后，工件受感生渦流的影響，如下圖所示，線圈的阻抗變為ZR1- jwL1，在表示檢驗線圈的阻抗平面圖上可得到兩點。這樣，根據檢測線圈特 性的變化，便可推知金屬工件對磁場影響的原因。圖檢測線圈的阻抗特性由于金屬工件的影響而使視在阻抗從R點變到P點，其位移（包括大小和方向） 取決于工件狀況和儀器特性。工件的狀況主要是指：電導率，工件的形狀和尺寸，磁導率和 工件中存在的缺陷。儀器的主要特性包括： 檢測線圈中交流磁場的頻率，檢測線圈的尺寸和形狀，及檢測線圈與工件的間距。2 2放置式線圈又稱點式線圈或探頭。在探

20、傷時，把線圈置于被檢工件表面進行檢驗。這種體積小，線圈內部一般帶有磁芯，因而具有磁場聚焦的性質，靈敏度高。它適用于各種板材、帶材和大直徑管材、棒材的表面檢測，還能對形狀復雜的工件某一區域作局部檢測。3 3檢測線圈的使用方式進行渦流檢測，必須在被檢試件上及其周圍建立一個交變磁場，因此需要有一個激勵 線圈。同時，為了測量檢測受試件性能影響的渦流磁場，還要有一個測量線圈。它們可以分別是兩個線圈，也可以是一個線圈同時承擔激勵和檢測兩項任務。一般在不需要區分線圈功能的時候，可把激勵線圈和測量線圈統稱為檢測線圈。只有一個測量線圈工作的方式稱絕對式，使用兩個線圈進行反接的方式稱差動式。差 動式按試件的放置形式不同又可分為標準比較式和自比較式兩種。（1 1）絕對式 如圖（a a）所示，直接測量線圈阻抗的變化，在檢測時可以先用標準試件 放入線圈，調整儀器，使信號輸出為零，再將被試工件放入線圈，這時，若仍無輸出，表示% 氣R試件