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介绍无损检测技术的基本概念,解释各类无损检测方法的基本原理及应用领域,包括超声检测、涡流检测、漏磁检测等技术。
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无损检测方法综述
摘 要
针对输油气管道、储油气罐以及火车轮毂缺陷和裂缝的无损检测这一问题,
对目前主流的无损检测方法进行了全面深入研究,对声学、电磁学、光学无损检
测方法的基本原理、系统结构、各自的应用技术特点及适用范围进行了归纳。通
过对比诸多无损检测方法的特点后发现,对金属管材类的表面和近表面探伤或管
材焊缝进行检测时,涡流检测具有很大的优势,如速度快、精确度高,在管道有
包覆层的情况下同样能够很好地检测到管道缺陷;对管道的横向和纵向裂纹或对
检测速度要求非常高的管道在线检测中,漏磁检测与其他检测方法相比,优势明
显;对材料的检测深度要求很高时,超声检测相较于其他检测方法具有突出优势。
关键词:无损检测;超声检测;涡流检测;漏磁检测
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目 录
引言................................................................................................................................................................1
1.超声检测 ...................................................................................................................................................2
1.1 脉冲反射法.......................................................................................................................................2
1.2 超声相控阵法 ..................................................................................................................................3
1.3 超声衍射时差法..............................................................................................................................4
2.涡流检测 ...................................................................................................................................................6
2.1 单频涡流检测 ..................................................................................................................................6
2.2 脉冲涡流检测 ..................................................................................................................................7
2.3 远场涡流检测 ..................................................................................................................................8
3.磁学检测 ...................................................................................................................................................9
3.1 漏磁检测 ...........................................................................................................................................9
3.2 磁粉检测.........................................................................................................................................10
3.3 磁记忆检测 ....................................................................................................................................11
4.射线检测.................................................................................................................................................13
4.1 射线胶片照相技术.......................................................................................................................13
4.2 射线实时成像技术.......................................................................................................................14
4.3 计算机射线照相检测技术.........................................................................................................14
4.4 射线计算机层析成像技术.........................................................................................................15
5.其它检测方法........................................................................................................................................16
5.1 渗透检测.........................................................................................................................................16
5.2 声发射检测 ....................................................................................................................................16
5.3 红外热成像检测 ...........................................................................................................................17
5.4 散斑干涉检测................................................................................................................................18
5.5 太赫兹检测 ....................................................................................................................................18
总结与展望................................................................................................................................................20
参考文献 ....................................................................................................................................................22
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1
引言
目前的生产过程中,无损检测已经成为非常重要的一种检测手段。无损检测
是指在不损伤材料和成品的条件下研究其内部和表面有无缺陷的手段。无损检测
方法利用某种物理信号(如电磁波、超声波)与检测对象作用,提取作用后的信
号变化判断检测对象状况
[1]
。无损检测技术的开始是以德国物理学家伦琴(Willen
Roentgen)在 1895 年发现 X 射线为标志,其作为应用型学科已有上百年的历史。
我国近年来高度的经济发展和综合国力的快速增强给无损检测的事业发展
创造了前所未有的发展机遇。我国的无损检测的应用领域十分广泛,几乎涵盖各
个主要工业部门。除了航空航天、石油化工、铁路、核电、冶金、压力容器和特
种设备、矿山机械等领域外,在海底石油勘探和海洋石油平台,高速铁路、高速
公路、超临界发电锅炉,特高压输电线路和变压器,核反应堆部件等领域也已经
有了十分良好的应用
[2]
。
无损检测是工业制造的质量控制和安全保障,目前为了适应不同部件、不同
材料的检测需求,产生了多种无损检测方法,其中有超声检测(包括 PAUT、TOFD
等)、射线检测(包括 CR、CT 等)、涡流检测(包括脉冲涡流、远场涡流等)、
磁学方法检测(磁粉、漏磁、磁记忆等)和渗透检测这五大常规检测方法。其中
射线检测和超声检测主要用于检测试件内部缺陷,磁粉检测和渗透检测主要用于
检测试件的表面缺陷。另外,声发射技术、红外热成像、微波检测和激光干涉技
术的应用也日趋成熟并逐渐成为新的常规检测方法。除此之外,ACFM(交流场
测量)、机器视觉检测技术、中子射线成像检测等也有了应用
[3]
。
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2
1.超声检测
超声波指振动频率高于 20kHz 的机械波。超声波检测常用于工件的内部缺
陷检测,可用于金属、非金属及复合材料的无损检测,它适用于各种材料厚度较
大的工件的检测,具有检测成本低,检测速度快等优势。其理论灵敏度约为超声
波波长的一半,当检测对象为钢制件,采用 2.5MHz 频率的超声斜探头,其灵敏
度约为 0.65mm,无损检测用的超声波频率范围为 0.2~25MHz
[4-5]
。超声检测包括
脉冲反射法、超声相控阵法(Phased Array Ultrasonic Testing,PAUT)、衍射时
差法(Time of Flight Diffraction,TOFD)等。
1.1 脉冲反射法
超声波无损检测利用超声波可穿透物质,并能在不同声阻抗的界面上产生反
射、折射及透射的特性,通过换能器把各种波形显示在荧光屏上,根据波形和波
形位置来判断产品内部缺陷情况。
超声波检测仪通过探头发射脉冲超声波,通过工件表面耦合进入工件中传播,
遇到缺陷发生反射,反射波经探头接收后在显示屏上形成底波,如果工件中存在
缺陷,那么探头也会接收缺陷界面反射波并在显示屏上形成缺陷波。
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3
根据被检测工件缺陷方向的不同,超声波探头又可分为直探头和斜探头。直
探头发射纵波脉冲波,主要用于检测与检测面平行的缺陷,如板材、锻件、铸件
的探伤。斜探头发射横波脉冲波,主要用于探测与检测面垂直或有一定角度的缺
陷,比如焊缝的探伤。
超声波检测在面积型缺陷的检出率较高,但体积型缺陷的检出率较低,工件
表面及近表面处于探头的工作盲区,而且材质和晶粒度对检测结果有直接影响。
此外,超声波检测无法得到工件缺陷的直观图像,定性困难,定量精度不高,检
测结果无法直接记录
[6]
。
1.2 超声相控阵法
相控阵的概念起源于雷达天线电磁波技术,超声相控阵最早仅用于医疗领域。
近年来,随着微电子、计算机等新技术的快速发展,超声相控阵逐渐被应用于工
业无损检测领域。相控阵超声检测(Phased Array Ultrasonic Testing,PAUT)系
统主要由换能器阵列和控制单元组成,换能器阵元按照一定的规则进行排列,具
有独立的收/发控制模块,当换能器处于发射状态时,控制单元按照一定的延时
规律控制换能器各阵元的发射延时时间,从而控制发射超声波束的聚焦和指向,
实现声束在一定范围内的移动、偏转和聚焦。换能器接收过程同样遵守上述几何
聚焦延迟规律,与换能器的发射状态是互逆过程。检测中,声束遵循一定的规律
在介质中进行传播,当介质中缺陷处声阻抗发生变化时,会产生一定声强的反射
信号。该点到达换能器阵列中各阵元的路径不同,从而导致该点处产生的反射信
号到达各阵元时间存在一定的差异。各阵元按照设定的延迟量Δt 对回波信号进
行延时求和,使来自缺陷的回波信号实现同相,达到增强的目的,实现接收聚焦,
相控阵超声检测原理如下图所示。
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