2射線檢測及缺陷等級評定目前射線檢測主要有X射線檢測、射線檢測、高能X射線檢測和中子射線檢測。2.1X射線、射線的產生和性質一、X射線的產生由X射線管產生，其產生的X射線按其波長分為連續X射線和標識X射線。

射線檢測中，X射線管所產生的都屬于連續X射線。7/20/20231X射線管及其工作原理～u15～500kv高壓電源－＋高壓電纜陽極靶電子流玻殼管陰極罩燈絲X射線7/20/20232連續X射線的最短波長為：式中，U——射線管電壓，kV連續射線管的轉換效率為:式中，——比例常數，為10-6；z——陽極靶材料原子序數，鎢靶z=747/20/20233二、射線的產生γ射線是由放射性同位素的核反應、核衰變或裂變放射出的。常用的放射性同位素有60Co、192Ir等，它們是不穩定的同位素，能自發的放射出某種粒子（α、β等）或γ射線后變成另一種不同的原子核，這種現象稱為衰變。其衰變速度可用半衰期反映。

半衰期是指放射元素原子核數目因衰變減少到原來原子核數目一半所需要的時間。7/20/20234γ射線的半衰期7/20/20235γ射線與X射線檢測的不同點是：γ射線源無論使用與不適用其能量都在自然地逐漸減弱。三、射線的性質X射線、γ射線同是電磁波，后者波長短、能量高，穿透能力大。7/20/20236X射線主要性質：1、不可見，直線傳播；2、不帶電，不受電場、磁場影響；3、能穿透可見光不能透過的物質；4、與光波相同，有反射、折射、干涉現象；5、能被傳播物質衰減；6、能使氣體電離；7、能使照片膠片感光，使某些物質產生熒光作用；8、能產生生物效應，傷害、殺死生命細胞。7/20/202372.2射線檢測的原理和準備一、射線檢測原理利用射線檢測時，若被檢工件內存在缺陷，缺陷與工件材料不同，其對射線的衰減程度不同，且透過厚度不同，透過后的射線強度則不同。7/20/20238如圖所示，若射線原有強度為J0，透過工件和缺陷后的射線強度分別為Jδ和Jx，膠片接受的射線強度不同，沖洗后可明顯地反映出黑度差部位，即能辨別出缺陷的形態、位置等。7/20/20239透過后射線強度之比為

Jx／Jδ=eμx

式中μ——衰減系數；

χ——透照方向上的缺陷尺寸；可見沿射線透照方向的缺陷尺寸χ越大，衰減系數μ越大，則有無缺陷處的強度差eμx越大，Jx／Jδ值越大，在膠片上的黑度差越大，越易發現缺陷所在。

7/20/202310二、射線檢測準備在射線檢測之前，首先要了解被檢工件的檢測要求、驗收標準，了解其結構特點、材質、制造工藝過程，結合實際條件選擇合適的射線檢測設備、附件，如射線源、膠片、增感屏、象質計等，為制定必要的檢測工藝、方法做好準備工作。7/20/202311

①射線源的選擇選擇射線源應考慮射線能量，能量大，穿透力強，透照厚度增大，可以穿透衰減系數較大的材料。生產中首先要保證設備的能量能夠穿透被檢工件，但能量過大不僅浪費，而且會降低膠片的黑度反差效果等。因此，在曝光時間許可的條件下，應盡量采用較低的射線能量。7/20/202312如課本圖2-2所示:

對于鋼鐵合金,厚度為8mm的材料，最高的X射線管電壓約為140KV；厚度為20mm的材料最高X射線管電壓則為280KV。對于γ射線，不同的射線源就有不同的適宜范圍（表2-1）。如同樣是高靈敏度技術，60Co鈷范圍50～150mm、192Ir銥則為18～80mm。

7/20/202313②膠片的選擇

a膠片組成：膠片主要由基片、感光乳膠層（感光藥膜）、結合層（底膜）和保護層（保護膜）組成。

基片：膠片的基體，由乙酸纖維組成，主要保證膠片的強度韌性，適于沖洗。厚度約0.25～0.30mm,占膠片的70％左右。

感光乳劑層：其主要成分是溴化銀微粒和明膠，兩者組成懸浮體，兩面各約厚10～20μm。原理是溴化銀接受不同強度射線照射后析出多少不同的銀，經過潛影、顯影、定影處理在膠片上將顯示出黑度不同的影象。

結合層：由明膠、水、有機溶劑和酸等組成，可使感光乳膠層和基片粘結在一起，防止乳劑層在沖洗時從基片上脫落。

保護層：由透明的膠質或高分子化合物組成，厚約1～2μm，涂在乳劑層防止污染和膜損。7/20/202314b底片的黑度：

照射到底片上的光強度Lo與透過底片后的光強度L之比的常用對數定義為底片的黑度。

黑度D=Lg(L0/L)

例如對于X射線AB級底片黑度范圍：1.2~3.5,有焊縫余高的焊縫黑度為1.5～2.0，無余高的為2.5。黑度值由經常年檢的可靠黑度計來測定。

c底片的保存：

檢測前的底片應保存在低溫、低濕度的環境中，室溫在10～15℃，相對濕度在55％～65％為宜。并且避免與有害、腐蝕性氣體（如煤氣、乙炔氣、氨氣和硫化氫氣體等）接觸，避免膠片的人為缺陷產生，如變形、折傷、劃損、污染等。7/20/202315

檢測后的底片及評定結果應有測評報告，保存期五年以上，隨時待查。

d照相標準：

根據JB4730－94《壓力容器無損檢測標準》射線透照的質量等級分三個級別，即A級（普通級）、AB級（較高級）、B級（高級）。壓力容器AB類射線檢測一般不低于AB級7/20/202316③增感屏的選擇

定義：是用來增強射線對底片感光作用的工具，它可以加快感光時間，減少透照時間，以達到提高工作效率，提高影像質量的目的。常見的增感屏有金屬增感屏、熒光增感屏和金屬熒光增感屏三類。其中金屬熒光屏應用較多，它是利用金屬箔吸收X射線，激發出二次電子和二次射線以增強對膠片的感光作用，同時還能吸收波長較長的散射線，減少散射線引起的灰霧度，從而提高圖像的清晰度。7/20/202317④象質計的選擇

定義：是用來檢查射線透照技術和膠片處理技術質量、定量評價射線底片影像質量的器件。象質計（透度計）有三種基本類型：金屬絲型、平板孔型、槽形。我們國家標準規定采用金屬絲型，即線型象質計，由7根不同直徑的金屬絲構成。7/20/202318金屬絲型象質計

第一組象質計示例:7~1GB5618-85一定厚度范圍工件的底片，達到相應象質等級要求的最低的象質指數Z，即等于達到了相對靈敏度的要求。應用方法7/20/202319象質計的擺放圖示圖例L/2L/41—7焊接試板象質計7/20/202320

應用原理：將其放在射線源一側、被檢工件部位（如焊縫）的一端（約被檢區長度的1／4處），金屬絲與焊縫方向垂直，細絲置于外側，與被檢部件同時曝光，則在底片上應觀察到不同直徑的影像。分辨原則：能在底片上識別出的金屬絲越細，說明靈敏度越高。射線照相相對靈敏度K表示為:7/20/202321式中，d—底片上可識別出的最細金屬絲直徑，mm;—被檢工件的穿透厚度，mm。

7/20/202322（5）照相方法一般采用①縱縫透照法、②環縫外透法、③環壁內透法、④雙壁單透法、⑤雙壁雙透法等幾種方法。1、2兩種方法：外透法一般用于單壁容器和夾套容器。第3種方法又分為偏心法和中心法，但要注意在評片時，內壁缺陷要放大。4、5兩種方法主要用于小直徑容器（直徑小于一米以下）以及管子（4用于外徑89mm以上，5用于89mm以下的管子）。7/20/2023237/20/202324透照方式選擇選擇射線與工件的相對位置關系。因工件情況不同、發現缺陷種類不同而采用不同的透照方式。

平板對接焊縫：

垂直透照、傾斜透照；大直徑筒節環縫、縱縫：

內透法、外透法；

管子對接環縫：

雙壁雙影法、雙壁單影法。7/20/202325(6)散射線的屏蔽采用濾板、遮板、底部鉛板等。目的是降低底片的

灰霧度！射線源濾光板遮光板工件7/20/202326關于標記帶標記帶內容：①定位標記——中心標記，搭接標記；②識別標記——產品代號、批號、焊縫代號、透照日期、操作者代碼等；③B標記——評價背部散射線強度；0072006，3，15GL141

AB7/20/202327標記帶內容的處理為使用方便，可將長期不變的標記鉛字或符號固定在暗袋的外表面，放在工件下面。但應注意貼在工件的下表面！而且不能與工件上表面的標記重影！2006，3，12－007GL100-2暗袋標記帶7/20/202328(7)射線探傷的基本操作程序總體上分為三個階段，具體操作內容根據具體情況有所刪減。

(1)技術準備階段：①了解被檢對象——包括材質、壁厚、加工工藝、工件表面狀態等；②設備選擇——射線源類型、能量水平、

可否移動等；③選擇曝光條件——包括膠片、增感方式、焦距、曝光量、管電壓等；

④選擇透照方式——定向、周向輻射、布片策略等；⑤其它準備——如標記帶布置、象質計布置、

屏蔽散射線的方法等。

7/20/202329（2）實際透照①核對實物，布片貼標；②屏蔽散射，對位調焦；③設定參數，設備預熱；④檢查現場，開機透照。（3）技術處理①暗室處理——沖洗、干燥；②底片評定——黑度、象質指數、偽缺陷等；確認合格底片。③質量等級評定——根據缺陷類別、嚴重性，確定產品質量級別。④簽發檢驗報告——資料歸檔，保存5～8年。檢驗報告有統一格式、規定的內容、

質檢人員要簽字、提出返修建議等。7/20/202330三、焊縫射線透照缺陷等級評定

1評片工作的基本要求：（1）底片質量要求的主要內容：合適的底片黑度（有余高的焊縫黑度為1.5~2.0)、正確的象質計、合理的射線底片影像級別（AB級、B級）。（2）底片觀察的條件要符合要求。（包括評片環境和觀察底片的亮度）（3）具備相應評片資格和經驗的評片人。（必須具備勞動部門頒發的射線Ⅱ級以上資格證書的檢測人員。）

7/20/2023312焊縫的質量分級

根據相關標準（JB4730、GB3323）中關于鋼制壓力容器對接焊縫透照缺陷等級評定的內容，根據缺陷的性質和數量，焊縫質量分為四級，Ⅰ級焊縫要求的質量最高，依次下降。具體內容見下表：7/20/202332

具體的焊接缺陷的分級見課本表2－7、2-8，分為圓形缺陷和條形夾渣。

3缺陷位置和尺寸的確定見課本P27頁表2－9。（了解內容）

7/20/202333四、射線防護1射線防護標準

對于檢測人員每年允許接受的最大射線照射劑量為5雷姆。2射線防護方法射線防護方法主要從控制輻射劑量著手，把輻射劑量控制在保證工作人員健康和安全的條件下的最低標準內。

7/20/202334控制輻射劑量的方法：（1）照射時間即控制工作人員在輻射場中的停留時間。在劑量率不變的情況下，輻射劑量是與照射時間成正比的。（2）距離即被照射人員與輻射源之間的距離。對于同一輻射源，劑量是與輻射距離的平方成反比。（3）屏蔽原子序數高、密度大的材料是較好的防護材料。如鉛、混凝土等。7/20/2023353超聲波檢測(UT）及缺陷等級評定

超聲檢測目前在國內系指采用A型脈沖反射式超聲波探傷儀產生的超聲波，透射被檢物并接收反射回的脈沖信號，對信號進行等級分類的全過程。

7/20/202336第一篇過程裝備的檢測

3.1超聲波檢測的基礎知識

1超聲波及其特性超聲波即是頻率高于20000Hz的機械波(聲波的頻率范圍在20～20000Hz之間)。超聲波的特性如下：①具有良好的方向性。在超聲檢測中超聲波的頻率高、波長短，在介質傳播過程中方向性好，能較方便、容易地發現被檢物中是否存在缺陷。②具有相當高的強度。超聲波的強度與其頻率的平方成正比，因此其強度相當高。如1MHz的超聲波能量(強度)相當于lkHz聲波強度的100萬倍。7/20/202337第一篇過程裝備的檢測

③在兩種傳播介質的界面上能產生反射、折射和波形轉換。目前國內廣泛采用的脈沖反射式超聲檢測法就是利用了這一特點。④具有很強的穿透能力。超聲波可以在許多金屬或非金屬物質中傳播，且傳播距離遠、傳輸能量損失少、穿透力強，是目前無損檢測中穿透力最強的檢測方法，可穿透幾米厚的金屬材料。⑤對人體無傷害。

7/20/202338超聲檢測的原理超聲檢測原理：超聲波在材料中傳播遇到缺陷時會發生一些特性的變化（如能量損失、反射等），通過這些特性的變化來判斷材料的缺陷。常用的超聲波頻率為0.5—25MHz，檢測過程：向被檢測試件中引入超聲波。超聲波與材料相互作用，聲波特性發生變化。改變特性的超聲波被檢測儀器檢測到，并據此分析缺陷的特征。依據：反射信號的存在和幅度。入射信號和檢測信號的時間差。能量的衰減。等等。7/20/202339超聲檢測的物理基礎超聲波是頻率大于20KHz的機械波。主要特征量：周期、頻率、波長和波速。頻率取決于震源，在傳播過程中始終不變。波長λ、波速c、頻率f和周期T之間的關系為：λ=cT=c/f7/20/202340超聲波的分類根據波動中質點振動的方向與波的傳播方向的關系，超聲波可分為：縱波：平行橫波：垂直表面波（瑞利波）：僅在表面傳播板波（蘭姆波）：薄板中傳播的一種波形7/20/202341超聲波的傳播速度聲速依賴于傳聲介質自身的密度、彈性模量和聲波的類型等性質。聲速對缺陷的定位和定量分析有重要意義?？v波在固體中的聲速縱波在液體和氣體中的聲速橫波在在固體中的聲速CS＝E－彈性模量；ρ－密度；σ—波松比；B—液體或氣體的體積彈性模量；G－介質的切變模量7/20/202342超聲波的聲壓、聲強、聲阻抗聲壓和聲強是描述聲場的物理量，聲阻抗描述的是介質的特性，與聲波在界面上的行為相關。聲壓p：聲場中某一點在某一時刻所具有的壓強與沒有聲波存在時該點的靜壓強之差。p=ρcu u：質點振動的速度聲強：在垂直于聲波傳播方向的平面上，單位面積上單位時間內所通過的聲能量。I=p2/2ρc聲阻抗Z：ρc就是介質的聲阻抗。在同一聲壓下，Z越大，質點振動的速度越小。聲壓與超聲檢測儀屏幕上脈沖的高度成正比。7/20/202343超聲波的傳播超聲波的波動性：疊加、干涉、共振、散射和衍射等。見《大學物理》及其他參考書。波的衍射見下圖如果障礙物的尺寸比超聲波的波長尺寸小得多，則對超聲波的傳播沒有影響。7/20/202344超聲波的反射和透射超聲波垂直入射的情況如右圖將反射聲壓與入射聲壓的比值稱為反射率r，將透射聲壓與入射聲壓的比值稱為透過率K，表達式如下：

聲強反射率R和聲強透射率T的表達式如下：7/20/202345超聲波的反射和透射（續）根據前面的公式，可知：能量守恒：I0＝It+Ir聲阻抗差異越大，反射聲能越大。應用：鋼中的空氣孔鈦合金中的α夾雜物超聲波從鋼射入水中，Z1/Z2=45/1.5r=－0.935，t=0.065超聲波從水射入鋼中，Z1/Z2=1.5/45r=0.935，t=1.935反射率為負？透射率大于1？7/20/202346超聲波的反射和透射（續）反射率為負表示反射波與入射波相位相反。透射率大于1，但反射能仍占大部分。7/20/202347超聲波的衰減衰減：聲壓或聲能隨著距離的增大逐漸減小的現象。引起衰減的原因：聲束的擴散介質中晶?；蚱渌⒘β暡ǖ纳⑸浣橘|的吸收衰減規律聲壓衰減的規律一般可用下式表示7/20/202348AVG曲線描述規則反射體距聲源的距離A、回波高度V和缺陷當量尺寸G之間關系的曲線。是超聲檢測中常用的曲線。包括：縱波AVG曲線和橫波AVG曲線平底孔AVG曲線和橫孔AVG曲線通用AVG曲線和實用AVG曲線等等7/20/202349通用AVG曲線對規則反射體距聲源的距離A和缺陷當量尺寸G進行了歸一化，可適用于不同規格的探頭。在遠場區：大平底回波聲壓：平底孔回波聲壓：7/20/202350通用AVG曲線由于A型脈沖探傷儀的波高與聲壓成正比，則：大平底回波聲壓：平底孔回波聲壓：x用歸一化距離A表示為：當量尺寸用G表示為：將A和G代入上式，得：7/20/202351通用AVG曲線用DB表示相對波高，則有：用橫座標表示A，縱座標表示相對波高V，利用上式可以得出一組曲線，見下頁圖。7/20/202352通用AVG曲線在曲線的x<3處,理論公式不適用,曲線是通過試驗測得的.7/20/202353實用AVG曲線通用AVG曲線雖然可適用于不同的探頭,但在使用時需要反復歸一化聲程和缺陷當量,很不方便。實用AVG曲線：以聲程（mm）為橫座標，以平底孔當量標注各個曲線。只適用于特定材料、特定尺寸和頻率的探頭。制作方法與通用AVG相同，只是可以引入探頭的參數，考慮材料的衰減性能，可以計算得到，也可以通過試驗得到。7/20/202354實用AVG曲線縱波平底孔實用AVG曲線見右圖：晶片D＝20mm，f=2.5Mhz，材料為鋼7/20/202355超聲檢測技術與設備超聲檢測技術的分類按原理分：脈沖反射法、穿透法和共振法顯示方式：A型顯示、B型顯示和C型顯示波型分類：縱波法、橫波法和蘭姆波法耦合方式：接觸法、液侵法等等超聲檢測方法的選擇依據：檢測對象的制造工藝、使用目的、缺陷的種類和可能性、驗收要求等。7/20/202356脈沖反射法和穿透法脈沖反射法示意如下圖原理：通過試件底面或缺陷反射情況進行檢測。7/20/202357穿透法穿透法示意如下圖原理：根據脈沖波穿透試件后的能量變化來判斷內部缺陷情況。7/20/202358脈沖反射法和穿透法的比較脈沖反射法的優點（相對于穿透法）：檢測靈敏度高。25MHz可檢出鋼中120um的缺陷（按1／2波長計算）。可對缺陷精確定位。操作方便。脈沖反射法的缺點（相對于穿透法）：有盲區，不能檢出表面缺陷。難于檢測主平面與聲束軸平行的缺陷難于檢測高衰減材料中的缺陷。7/20/202359超聲波探頭超聲波探頭：是產生和接收超聲波的器件，直接影響著超聲波的檢測能力。原理：利用材料的壓電效應實現電聲能量的轉換。超聲波探頭即能將電能轉換為聲能，也能將聲能轉換為電能。材料的頻率常數是晶片的諧振頻率和晶片厚度的乘積。同樣的材料，制作高頻探頭時需要小厚度晶片，制作低頻探頭時需要大厚度晶片。7/20/202360耦合劑耦合劑：為了改善探頭與試件間聲能的傳遞而加在探頭和檢測面之間的液體薄層。作用：使超聲波能夠射入工件；潤滑。常用的耦合劑水：方便；但易流失甘油：聲阻抗大，耦和效果好；但需要稀釋，價格高全損耗系統用油：較為常用7/20/202361試塊為了保證檢測結果的準確性和可重復性，必須用一個具有已知固定特性的試塊對檢測系統進行校準。常用試塊包括校準試塊和參考試塊。校準試塊：具有規定的材質和表面狀況，用于校準設備。參考試塊：與受檢材料聲學特性相似，用以調節檢測設備的工作狀態，和對缺陷進行標定。7/20/202362超聲檢測典型波形7/20/202363遲到的回波7/20/202364缺陷的評定缺陷評定的內容：位置和尺寸缺陷位置評定平面位置埋藏深度缺陷尺寸評定回波幅度評定當量尺寸評定缺陷面積的測量7/20/202365缺陷的評定缺陷位置評定平面位置：一般位于缺陷波最大值的正下方。埋藏深度：設探傷儀的時基線比例為1：n，根據缺陷回波前沿所對應的水平刻度值為t，可判斷缺陷到探頭的距離為x=nt。7/20/202366缺陷的評定缺陷尺寸評定當缺陷小于聲束截面時，采用回波高度法和當量評定法。當缺陷大于聲束截面時，采用缺陷延伸長度法（或面積測量法）評定缺陷的尺寸。7/20/202367缺陷的評定當量評定法：AVG曲線法用平底孔AVG曲線確定缺陷當量，不需要大量的試塊和繁瑣的計算。例：用2.5MHz，φ14mm直探頭對厚度420mm的鋼件進行檢測，在210mm處發現一缺陷，缺陷波比底波低26dB，求此缺陷的當量（cL＝5.9X106mm/s）。計算Aj和A。查AVG圖計算缺陷當量7/20/20236869缺陷的評定缺陷的當量尺寸d=GD=0.2*14=2.8mm7/20/202369超聲檢測的優點適合于金屬、非金屬和復合材料等。穿透能力強，可檢測1mm—幾m的金屬材料。靈敏度高，可測定缺陷的深度位置。一般情況，僅需從一側接近試件。設備輕便，對人體無害，可作現場檢測。7/20/202370超聲檢測的局限性存在檢測盲區，難于檢測表面和近表面的缺陷。材料的某些組織結構（如晶粒度、非均勻性等）會使缺陷檢測的靈敏度和信噪比變差。對缺陷的定量表征不夠準確，需要檢測者豐富的經驗。一般需要耦合劑。7/20/202371第一篇過程裝備的檢測2超聲波的種類及應用

⑴種類①縱波概念：在傳播介質中質點的振動方向與波的傳播方向相同的波。傳播介質:固、液、氣體介質應用：鋼板、鍛件等產生：直探頭②橫波概念：在傳播介質中質點的振動方向與波的傳播方向垂直的波。傳播介質:固體介質應用：焊縫、鋼管等的探傷產生：斜探頭7/20/2023727/20/202373第一篇過程裝備的檢測⑵超聲波的的反射與折射當超聲波從一個介質傳播到另一個介質時，一部分能量在界面上反射回原介質內，稱為反射波；另一部分能量透過界面在第二介質內傳播，稱為折射波。（這一點跟光的反折射原理一樣）a反射率即反射波聲壓Pr與入射波聲壓Po之比：

7/20/202374第一篇過程裝備的檢測當垂直入射時，α=β=0o

由計算公式可以看出，兩介質聲阻抗相差越大，反射率就越大。例如鋼的聲阻抗就比空氣的聲阻抗大得多，因此在鋼中傳播的超聲波遇到裂紋等缺陷時，便從缺陷表面反射回來，而且反射率接近于100％，測定反射回來的超聲波，就可以判定缺陷的存在。這就是超聲波檢測的基本原理。7/20/202375第一篇過程裝備的檢測b透過率即透過聲壓Pt與入射波聲壓Po之比,稱為透過率K。當垂直入射時，α=β=0o7/20/202376第一篇過程裝備的檢測

從透過率公式可以看出，第二介質的聲阻抗增大，則透過率也增大。實際意義：檢測時為了盡量使超聲波透入工件，必須在探頭與工件表面中間加機油、水等耦合劑，否則在探頭與工件表面之間存在有空氣，易產生全反射。

不同介質的聲阻抗鋼的聲阻抗為4.53×106g/cm2·S空氣的聲阻抗為4.3×103g/cm2.S

水的聲阻抗為1.5x105g/cm2.S)7/20/202377第一篇過程裝備的檢測c應用①直探頭（縱波）的應用當超聲波垂直入射到平界面上時超聲波從直探頭的發射點a發射進入工件中，超聲波傳播的距離為工件的高度（厚度）L，如果在探測區域發現缺陷，缺陷距離發射點a的距離x是和L成正比關系，從而和超聲波探傷儀顯示屏上的缺陷波和第一次反射底波各自距離始波的讀數Xx、Xl成對應關系，即：

x:L=Xx:Xl

從而可以確定缺陷的位置。同時，根據反射回的波形形態、特點還可以判斷缺陷的性質（如裂紋、夾層、夾渣等缺陷）。

7/20/2023787/20/202379第一篇過程裝備的檢測

②斜探頭（橫波）的應用

在對焊縫檢測時，由于焊縫余高凹凸不規則,且高出鋼板表面,因此常選用斜探頭探傷。超聲波由斜探頭的入射點進入鋼板，傳播到鋼板與空氣的界面時，產生全反射。由于上下鋼板表面是平行的，所以超聲波將在鋼板內按W形路線傳播。在焊縫檢測時，一次波聲程常用于厚板焊縫檢測，但不易發現焊縫區上部（M區）的缺陷；二次波聲程常用于中厚板、薄板的焊縫檢測。（如下圖3-5a、b所示）7/20/202380第一篇過程裝備的檢測（3）超聲波的衰減超聲波在介質中傳播，隨著傳播距離的增加，其能量逐漸減弱的現象稱超聲波能量的衰減。超聲波衰減的主要原因：a聲束的擴散衰減不同的振源在介質中產生的波形不同，聲波在介質中傳播的狀況也不同。隨著傳播距離的增加，聲波將會擴散，從而單位面積上超聲波能量和聲壓將會逐漸減少。在實際檢測中，隨著使用探頭形式、晶片的大小和頻率的不同，超聲波的擴散衰減也是不同的。另外，超聲波傳播的距離增加，衰減增加，從而使檢測的靈敏度減低。

7/20/202381第一篇過程裝備的檢測b超聲波的散射衰減

超聲波的散射主要來源于介質內部聲抗阻不同的界面（如晶粒的大下不同等），超聲波在這些阻抗不同的截面上產生散亂反射，從而使主聲束方向上的聲能減少而產生的衰減稱為散射衰減。在實際檢測中，鑄鐵材料晶粒粗大，而且是由不同成分、不同形態的石墨和鐵素體組成，界面復雜，散射衰減嚴重；奧氏體不銹鋼晶粒粗大，間隙較大，散射衰減同樣嚴重。因此，需要采用一些特殊檢測工藝方法。7/20/202382第一篇過程裝備的檢測

c介質吸收引起的衰減

聲波被介質吸收主要是由介質的黏滯性、熱傳導、彈性弛豫等因素引起的。在氣體介質中超聲波衰減最嚴重，液體介質次之，固體介質中衰減最小。實際檢測中，超聲波是由探頭發射出來的，接觸的第一介質是有機玻璃（探頭晶片），在進入到鋼材料之前，如果接觸到空氣，就會發生全反射。因此，檢測時必須用耦合劑（一般為液體）以解決這個問題。

7/20/202383第一篇過程裝備的檢測

3超聲波探傷儀、探頭、耦合劑、試塊（1）超聲波探傷儀

超聲檢測中的關鍵設備，它的功能是產生電振蕩并加在換能器－探頭上，使之產生超聲波，同時又將探頭接收的返回信號放大處理，以脈沖波、圖像顯示在熒光屏上，以便進一步分析被檢對象的具體情況。按缺陷被顯示方式分為A、B、C三種型式。對金屬材料檢測基本上都用A型探傷儀。A型探傷儀是以脈沖波形顯示在熒光屏上，橫坐標代表聲波的傳播時間（或距離），縱坐標代表反射波的幅度。醫用超聲波儀是B型。7/20/202384第一篇過程裝備的檢測（2）探頭

探頭是與超聲波探傷儀配合產生超聲波和接收反射信號重要部件。也即是將電能轉換成超聲波能（機械能）和將超聲波能轉換為電能的一種換能器。分類：按入射聲束方向分為：直探頭和斜探頭按波型分類：縱波探頭、橫波探頭、板波和表面波探頭此外還有單探頭、雙探頭之分。

7/20/202385第一篇過程裝備的檢測（3）超聲波探傷儀和探頭的系統性能

a靈敏度余量：

簡單說，就是系統能夠檢測最小缺陷的能力，以衰減值分貝dB表示，dB值越大，靈敏度越高。b分辨力

即超聲檢測系統能夠把聲程不同的兩個相鄰缺陷在熒光屏上作為兩個回波區別出來的能力。c始脈沖寬度

即始波的寬度

7/20/202386第一篇過程裝備的檢測（4）耦合劑

作用：既減少聲能的損失，又能提高探頭的使用壽命。常用的有：機油、漿糊、甘油和水等透聲性好的耦合劑（5）試塊

定義：為了校驗探傷儀、探頭等設備的綜合系統性能，統一檢測標準而專門制造出的不同形狀、不同用途的人工反射體。國際焊接學會規定的試塊叫標準試塊。

7/20/202387第一篇過程裝備的檢測分類：一般分為校驗標準試塊和對比標準試塊a校驗標準試塊：主要用于校驗探傷儀、探頭的綜合性能，如確定探傷靈敏度等工藝參數。b對比標準試塊：主要用于調整檢測范圍，確定探傷時的靈敏度，評估被檢驗缺陷的大小，以便對缺陷進行分級，作出最后判定。7/20/202388第一篇過程裝備的檢測

3.2超聲波檢測缺陷

超聲波對缺陷檢測主要包括：對缺陷位置的確定（定位），對缺陷尺寸和數量的確定（定量）和對缺陷性質如裂紋、氣孔、夾渣的分析、判別（定性評估）。對于A型探傷儀，主要是根據脈沖反射波的位置、幅值、形狀等來判定。1檢測前的準備

首先根據被檢工件選擇好探頭的型式和檢測方法，并且要做好調解檢測儀器的掃描速度和靈敏度等準備工作。7/20/2023892缺陷的檢測

（1）缺陷的定位（略）

（2）缺陷的定量常用的定量方法：

a當量法可分為當量試塊比較法、當量計算法和當量AVG曲線法。這些方法確定的缺陷尺寸是缺陷的當量尺寸。7/20/202390第一篇過程裝備的檢測

①當量試塊比較法

即將缺陷的回波與試塊上事先加工出的一系列不同聲程、不同尺寸大小的人工缺陷回波進行比較，當同聲程處（或相近聲程處）的兩處回波高度相同時，則可以認為被檢自然缺陷與該比較的人工缺陷是相當的（即為當量缺陷）當量法確定的當量缺陷尺寸總是小于或等于真實缺陷尺寸。

7/20/202391第一篇過程裝備的檢測b測長法

測長法包括6dB法（半波高法）、端點6dB法（端點半波高法）、絕對靈敏度測長法。

①6dB法（半波高法）：當發現缺陷時，使反射回的缺陷波達到最大值（不要達到飽和值），然后移動探頭（理想方向是缺陷延伸方向），當反射回的缺陷波高降至原來的一半時，此時探頭位置即是缺陷的端點，探頭移動的距離即為被檢缺陷的指示長度。

7/20/202392第一篇過程裝備的檢測

c底波高度法

即通過測試缺陷回波高與底波高比值的不同，來衡量缺陷的相對尺寸。表示方式有兩種：F/BF/BGF/B法：一定靈敏度條件下，通過測試缺陷回波高與缺陷處底波高比值的不同來衡量缺陷的相對大小。F/BG法：一定靈敏度條件下，通過測試缺陷回波高與無缺陷處底波高比值的不同來衡量缺陷的相對大小7/20/202393第一篇過程裝備的檢測（3）缺陷的定性分析

如果缺陷的位置、數量、尺寸相同而性質不同，其影響也是不同的，尤其裂紋是最為危險的。因此重要部位如焊接接頭，在評級時，不僅要準確地確定缺陷的位置、尺寸、數量等，而且要辨別缺陷的性質。缺陷的定性分析要結合課本P49頁表3－11的幾方面內容來進一步的判別。

7/20/202394第一篇過程裝備的檢測例如對裂紋缺陷，在焊縫中的位置常出現在焊縫區或者熱影響區，形狀為長條狀，沿焊縫縱向或橫向。在熒光屏上常常出現鋸齒較多的波形等特征。如氣孔缺陷，出現位置在焊縫區或者鑄造材料中，不會出現在鍛件中，形態為球狀或針狀，單個、密集或者鏈狀，反射波形單純等特征。7/20/202395第一篇過程裝備的檢測（三）超聲檢測焊接接頭的缺陷等級評定1超聲檢測焊接接頭的等級選擇

焊接接頭超聲檢測分為A、B、C三個等級，檢驗的完善程度A級最低，B級一般，C級最高。一般來說，A級適用于普通結構，B級適用于壓力容器與相應管道，C級適用于核容器等級重要結構。2缺陷檢測結果的分級

焊縫的超聲檢測結果分為四級（GB11345-89）全部（100％）探傷要求檢測級別達到Ⅰ級，局部（20％）探傷要求檢測級別達到Ⅱ級。7/20/202396第一篇過程裝備的檢測作業：

1、說明射線照相的質量等級。2、射線檢測焊接接頭時，對接焊縫透照缺陷等級評定的焊縫質量級別是怎樣劃分的？

3、對射線防護的方法有幾種。檢測人員每年允許接受的最大射線照射劑量是多少？

4、超聲波的定義及其特性？

5、在超聲波檢測中，影響超聲波能量衰減的主要原因有哪些方面，衰減對檢測有哪些影響，實際檢測時常采用什么措施？

6、超聲波檢測時應做的準備工作有哪些？利用超聲波對缺陷的檢測主要包括哪些內容？

7/20/202397第一篇過程裝備的檢測4表面檢測及缺陷等級評定

表面檢測是對材料、零部件、焊接接頭的表面或近表面缺陷進行檢測和評定缺陷等級。常規方法有磁粉檢測、滲透檢測和管材渦流檢測等。

7/20/202398第一篇過程裝備的檢測4.1磁粉檢測

1檢測原理

當一被磁化的工件表面和內部存在缺陷時，缺陷的導磁率遠小于工件材料，磁阻大，阻礙磁力線順利通過，造成磁力線彎曲。如果工件表面、近表面存在缺陷(沒有裸露出表面也可以)，則磁力線在缺陷處會逸出表面進入空氣中，形成漏磁場。(參見圖4-l的S—N磁場)此時若在工件表面撒上導磁率很高的磁性鐵粉，在漏磁場處就會有磁粉被吸附，聚集形成磁痕，通過對磁痕的分析即可評價缺陷。

7/20/202399第一篇過程裝備的檢測

7/20/2023100第一篇過程裝備的檢測

2影響漏磁場強度的主要因素

磁粉檢測靈敏度的高低，關鍵在于形成漏磁場強度的強弱。影響漏磁場強度的主要因素如下。

(1)外加磁場強度

缺陷漏磁場強度的強弱與工件被磁化程度有關。一般說來，如果外加磁場使被檢材料的磁感應強度達到其飽和值的80％以上，即達到0.8T時，缺陷的漏磁場強度就會顯著增加。7/20/2023101第一篇過程裝備的檢測(2)缺陷的形狀和位置

缺陷方向與磁力線方向越接近90°，其漏磁場強度越大，否則相反。檢測時，很難發現與被檢表面所夾角度小于20°的夾層。表面漏磁場強度隨著缺陷深寬比的增加而增加。缺陷位置越接近表面，漏磁場強度就越強，否則減弱。當缺陷較深時，漏磁場強度將衰減至零，無法進行磁粉檢測。

7/20/2023102第一篇過程裝備的檢測

(3)被檢材料的性質

常溫下的鋼鐵材料是體心立方晶格，非奧氏體組織，是鐵磁性材料；而面心立方晶格、奧氏體組織是非鐵磁性材料。奧氏體不銹鋼在常溫下是奧氏體組織，無磁性。材料的合金化程度，冷加工程度及熱處理狀態也會影響材料的磁性，主要表現在以下幾個方面：①鋼鐵材料隨著含碳量的增加，碳鋼的矯頑力（抗磁力）幾乎呈線性增加，而最大相對導磁率卻隨之下降。

7/20/2023103第一篇過程裝備的檢測

②合金化將增加鋼材的矯頑力，使其磁性硬化。③退火、正火狀態的鋼材磁性差別不大，而淬火后則可以提高鋼材的矯頑力。隨著淬火以后回火溫度的升高，矯頑力又有所降低。④晶粒越粗大，鋼材的導磁率越大，矯頑力越小，反之則相反。⑤鋼材的矯頑力隨著壓縮變形率的增加而增加。

7/20/2023104第一篇過程裝備的檢測

(4)被檢材料表面狀態

若被檢材料表面有覆蓋層(如有涂料等)，則會降低缺陷漏磁場的強度。可見磁粉檢測的前提是要努力使被檢材料有足夠強的缺陷漏磁場強度。7/20/2023105第一篇過程裝備的檢測

3磁粉檢測的特點

①適用于能被磁化的材料(如鐵、鈷、鎳及其合金等)，不能用于非磁性材料(如銅、鋁、鉻等)。②適用于材料和工件的表面和近表面的缺陷，該缺陷可以是裸露于表面，也可以是未裸露于表面。不能檢測較深處的缺陷(內部缺陷)。③能直觀地顯示出缺陷的形狀、尺寸、位置，進而能做出缺陷的定性分析。

7/20/2023106第一篇過程裝備的檢測④檢測靈敏度較高，能發現寬度僅為0.1μm的表面裂紋。⑤可以檢測形狀復雜、大小不同的工件。⑥檢測工藝簡單，效率高、成本低。4磁化方法及特點

常用方法有線圈法、磁軛法、軸向通電法、中心導體法、觸頭法、平行電纜法和旋轉磁場法。具體見P55表4－17/20/2023107第一篇過程裝備的檢測

實際檢測中，根據工件的結構、尺寸及分析缺陷的概況，選擇合適的磁化方法。例如，在檢測與工件軸線方向垂直或夾角≥45°的缺陷時，應采用縱向磁化方法，如線圈法、磁軛法；在檢測與工件軸線方向平行或夾角≤45°的缺陷時，應采用周向磁化方法，如軸向通電法、中心導體法、觸頭法、平行電纜法；旋轉磁場法同時對工件進行縱向、軸向磁化，使用任意方向的缺陷檢測。

7/20/2023108第一篇過程裝備的檢測5

磁化規范的確定

包括選擇合理的靈敏度試片和不同的磁化方法的磁化電流。（1）靈敏度試片分為ABC三種，A、C兩種用于被檢工件表面有效磁場的強度和方向、有效檢測區以及磁化方法是否正確的測定。使用時，應將試片無人工缺陷的面朝外，平整粘貼在被檢工件上，磁化電流應使試片上顯示清晰的磁痕。

7/20/2023109（2）磁化電流外加磁場強度的強弱直接影響工件的磁感應強度和磁粉檢測要達到的靈敏度，而磁場強度主要是通過磁化電流來調節的。磁化電流有交流電、整流電和直流電，交流電應用較廣泛。a、交流電磁化特點P57b、整流與直流磁化

c、磁化電流的選擇P58磁化方法不同，磁化電流的大小也不同7/20/2023110

6磁粉磁粉是在缺陷處形成缺陷磁痕的重要材料。磁粉又分為：熒光磁粉和非熒光磁粉。

熒光磁粉：在磁性氧化鐵粉或工業純鐵粉的外面在涂覆一層熒光染料制成的磁粉。它指在濕法檢測中使用，即把熒光懸浮在煤油或水的載液中制成濕粉。

非熒光磁粉：可用于濕法，也可用于干法檢測。7/20/2023111?磁粉的性狀：

a、磁性：磁粉磁性的強弱直接關系到磁粉能否被待檢表面上的漏磁場吸附而形成磁痕。磁粉首先要具有高導磁性，易于被微弱的缺陷漏磁場磁化和吸附，并且有低矯頑力，磁化后易于分散并可以反復使用。

b、粒度：磁粉的粒度應小于76μmc、顆粒的形狀：條狀和球狀?反差增強劑為了提高缺陷磁痕的可見度，檢測前可先在被檢焊縫附近噴或涂刷一層白色的、厚度為25-45μm的反差增強劑。7/20/2023112磁粉檢測方法的分類

(1)依據施加磁粉顆粒的方法不同,分為:

干法和濕法兩類。①干法—采用干燥磁粉進行檢測的方法。磁粉粒度以10～60μm為宜。

②濕法—采用磁懸液進行檢測的方法。磁粉粒度以1～10μm為宜。磁懸液—磁粉或磁膏懸浮在載液(媒質)中形成的一種液體7/20/2023113(2)根據外加磁場的作用情況分為:①連續法—在外加磁場的同時，將檢驗介質（磁粉或磁懸液）加到試件上進行檢測的方法。②剩磁法—先將試件磁化，待切斷電源或移去外加磁場后，再進行檢測的方法。7/20/2023114（3）根據外加磁場的方向不同，分為：①周向磁化法—利用周向磁場進行磁化。②縱向磁化法—利用縱向磁場進行磁化。③組合磁化法—利用合成磁場進行磁化。I磁力線磁痕A）工件直接通電B）電流通過中心導體I

周向磁化法7/20/2023115

縱向磁化圖例1：磁痕

利用空心線圈進行的局部縱向磁化工件7/20/2023116縱向磁化圖例2：工件磁力線磁扼

磁扼法進行整體縱向磁化電流7/20/2023117（4）根據工件上的磁場存在范圍，又分為：①局部磁化法②整體磁化法工件為防止漏檢，應注意改變磁場的方向，以便發現不同位向的缺陷！7/20/20231187退磁在大多數情況下,被檢工件上帶有剩磁是有害的.故需退磁!退磁——將被檢工件內的剩磁減小到不防礙使用的程度。

剩磁控制要求：①航空導航系統零件：小于0.1mT;②內燃機曲軸/連桿/凸輪等:小于0.2mT;③壓力容器:小于0.3mT。7/20/2023119

退磁方法分為：（1）交流退磁

將被檢工件從一個中通有交流電的線圈沿軸向逐步撤出到距離線圈1.5m以外,然后斷電。（2）直流退磁

通過低頻換向、且幅值逐漸遞減至零的直流電，也可更為可靠的去除工件內部的剩磁。7/20/2023120第一篇過程裝備的檢測

8磁痕評定和缺陷等級評定(1)磁痕的評定與記錄①除能確認磁痕是由于工件材料局部磁性不均或操作不當造成的之外．其他一切磁痕顯示均作為缺陷磁痕處理。②長度與寬度之比大于3的缺陷磁痕，按線性缺陷處理；長度與寬度之比≤3的缺陷磁痕，按圓形缺陷處理。③缺陷磁痕長軸方向與工件軸線或母線的夾角≥30°時，作為橫向缺陷處理。其他按縱向缺陷處理。④兩條或兩條以上缺陷磁痕在同一直線上且間距≤2mm時，按一條缺陷處理，其長度為兩條缺陷之和加間距。7/20/2023121第一篇過程裝備的檢測

⑤長度<0.5mm的缺陷磁痕不計。⑥所有磁痕的尺寸、數量和產生部位均應記錄，并圖示。⑦磁痕的永久性記錄可采用膠帶法，照相法以及其他適當的方法。⑧非熒光磁粉檢測時，磁痕的評定應在可見光下進行，工件被檢面處可見光照應不小于500lx。熒光磁粉檢測時，磁痕的評定應在暗室內進行（需要紫外光源），暗室內可見光照度不大于20lx，工件被檢面處的紫外線強度不小于1000μW／cm2。⑨當辨認細小缺陷磁痕時，應用2~10倍放大鏡進行觀察。7/20/2023122第一篇過程裝備的檢測

（2）缺陷的等級評定

①下列缺陷不允許存在：a任何裂紋和白點；b任何橫向缺陷顯示；c焊縫及緊固件上任何長度大于1.5mm的線性缺陷顯示；d鍛件上任何長度大于2mm的線性缺陷顯示；e單個尺寸大于等于4mm的圓形缺陷顯示。

7/20/2023123第一篇過程裝備的檢測②缺陷顯示累積長度的等級評定按表4-4進行。

表4-4缺陷顯示累計長度的等級評定7/20/2023124第一篇過程裝備的檢測9操作工藝：

①表面準備②磁化包括磁化方法的選擇、磁化電流的確定和通電時間的確定。③施加磁粉④觀察檢查⑤退磁⑥后清洗⑦復檢⑧報告

7/20/2023125第一篇過程裝備的檢測

4.2滲透檢測

滲透檢測是利用液體的毛細現象檢測非松孔性固體材料表面開口缺陷的一種無損檢測方法。在裝備制造、安裝、在役和維修過程中，滲透檢測是檢驗焊接坡口、焊接接頭等是否存在開口缺陷的有效方法之一。

7/20/2023126滲透檢測圖示滲透與顯象顯象劑滲透劑缺陷痕跡工件7/20/20231274.2.1檢測方法

著色滲透檢測的基本步驟是：預清洗滲透中間清洗顯象干燥觀察記錄

預清洗—清除工件表面的油污、氧化皮等；

滲透—在工件表面噴灑著色滲透劑，保持20分鐘左右；讓滲透劑充分滲入開口的缺陷之中。

中間清洗—去除工件表面多余的滲透劑。

顯象—在工件表面噴灑白色顯象劑，以吸附滲入開口缺陷中的粉紅色的滲透劑。待顯象劑干燥后，缺陷的痕跡十分明顯！7/20/20231284.2.2適用范圍

適用任何材料的表面開口型缺陷的檢測。不適用于多孔性材料的檢測。4.2.3滲透劑的種類

熒光滲透劑—需要紫外線燈照射！缺陷處顯示綠色光痕。

著色滲透劑—采用色澤鮮艷的粉紅色。白底紅道，特別分明。7/20/20231294.2.4滲透劑的性能要求滲透劑是滲透檢測中最關鍵的要素,直接影響檢測精度.應具有以下性能:①良好的滲透性;②易清洗;③著色劑應色彩艷麗;④無腐蝕,毒性小,污染小;⑤閃點高,不易燃,安全性好;⑥資源豐富,價格便宜。7/20/20231304.2.5缺陷的顯示真實的缺陷顯示有四種基本圖像：（1）連續線條一般為裂紋、冷隔、折疊等缺陷的顯象；（2）斷續線條可能是相鄰缺陷的顯象；也可能是線形缺陷的局部被堵住的表象；例如零件經過