无损检测技术与发展研究毕业论文说明书

无损检测技术与发展研究毕业论文说明书内容摘要：

少和消除散射的影响。 超声检测方法 （ 1）仪器选择 探伤用仪器的选择应从探伤对象的材料和缺陷存在的状况来考虑，如果仪器选得不正确，不但导致不可靠的探伤结果，而且在经济上也带来很大损失。 仪器的选择应从选择最适合的探头开始，因为探头的性能是检测缺陷的关键，而探伤 装置本身则应使探头的性能获得最充分地发挥。 在考虑探伤操作要求的同时要决定是否需要自动化，同时考虑选择试块、辅助工具和耦合介质等。 但是也不可能对每一种探伤对象都配备相应的装置，实际上主要考虑重复性大的探伤材料与工件，探伤装置的通用性要大些，甚至要为今后可能探伤的新对象留有余地。 而探头则要尽可能满足专用的需要。 当然在自动探伤的情况下尽量采用专用探伤装置即使在这种情况下，仪器的部件和零件应尽量具备互换性，以便于管理。 （ 2）探头选择 目前应用最广、数量最多的超生换能器是以压电效应为原理的超声换能器，它将来自发 射电路的电脉冲加到电晶片上，变成同频率的机械振动从而向被检测对象辐射出超声波。 同时，他又将从声场中反射回来的声信号转换成电信号，送入接收、放大电路，变为可供在荧光屏上观察和判断的检测信号。 探头的基本形式是直探头和斜探头，直探头主要用于发射和接收纵波，斜探头常用的有横波探头、表面波探头和板波探头。 其它各种探头（例如聚焦探头、组合探头、高分辩力探头和高温探头等）都可以说是它们的变型。 近年来探头迅速发展给人们留下了深刻的印象，使人们充分认识到探头虽小，但它集中了大量声学的基本问题：如吸收衰减问题，复合体的基本振 动问题、电声能量转换以及多层波传导传播问题等，因此它是探伤仪的主体，而不是探伤装置的附件。 东北电力大学毕业论文 10 探头的选择原则必须分清两个问题：即缺陷的探出和缺陷大小与位置的确定。 要探出以任何形式出现在任何位置上的缺陷，要求探头的声场能够以同样的灵敏度覆盖试验工件的最大范围。 但是一般来说。 指向角大时检测灵敏度降低。 （ 3）超生检测的主要方法： 波形判断法（经验法） 应用最广泛的是 A 扫描显示型超声脉冲反射式检测仪。 经过长期的超声检测实践，许多超声检测人员对其大量接触的材料、产品及制造工艺有充分的了解，并通过大量的解剖分析验证，积 累了丰富的经验，在检测时能通过 A 扫描显示型超声脉冲反射式探伤仪，根据示波屏上出现缺陷回波时的波形形状，例如视频显示或射频显示，起波速度，回波前沿的陡峭程度及回波后沿下降的速度（下降斜率），波尖形状，回波占宽以及移动探头时缺陷回波的变化情况（波幅、位置、数量、形状、动态包络等），还可以根据观察多次底波的次数，底波高度损失情况，再根据缺陷在被检件中的位置，分布情况，缺陷的当量大小（与反射率有关），延伸情况，结合具体产品、材料的特点和制造工艺作出综合判断，评估出缺陷的种类和性质。 有时还可以通过改变发射超声波脉冲的 频率、改变声束直径大小（采取聚焦或采用不同直径的探头等）来观察缺陷的回波变化特征，从而识别是材料中的冶金缺陷还是组织反射。 在这方面已经有不少经验总结和资料报道，例如判断钢锻件中的白点、夹杂物、残余缩孔、粗晶、中心疏松、方框形偏析，以及焊缝中的气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹等等。 必须指出，这种判断方法在很大程度上依赖超声检测人员的经验、技术水平和对特定产品、材料及制造工艺的充分了解，其局限性是很大的，难以推广成为通用的评定方法。 此外，作为 A 扫描显示的缺陷回波所显示的缺陷信息也极其有限，主要显示的是 波幅大小、位置和回波包络形状，而缺陷对超声响应的相位、频谱等重要信息则无法显示出来，但是后两者与缺陷性质和种类有着密切关系，这也正是广大超声检测人员致力研究探索的问题。 超声检测方法还有：脉冲反射法与穿透法、直接接触法与液浸法、探头与工件的耦合。 超声检测新技术 电磁超声检测 当金属材料处于毛面状态、高温状态以及具有氧化皮表面时，采用常用的压电换能器来进行检测比较困难，这是由于很难实现正常的声耦合。 李洋：无损检测技 术与发展研究 11 在接触法超声检测时，毛面需要加工打磨，以符合一定表面粗糙度的要求。 而高温状态又往往是压电 晶片即使在居里点一下也很难正常工作。 液浸法虽对部分毛面探伤有所改善，但对高温状态由于工件使液体汽化也难以应用。 电磁超声有可能用来解决上述各种问题，他的依据是电磁学与超声学的结合，它综合了电磁感应和金属中超声波产生等一些基本原理而或得的。 与涡流检测法相同，根据法拉第电磁感应定律，当金属表面有一个通用交变电流的线圈存在时，金属表面将产生涡流，他的频率与线圈内电流的频率相一致。 目前用的比较好的电磁超声换能器的频率为 2MHz，发出 SH 横波，折射角为 450，采用信号均值法来降低噪声、提高信噪比。 信号处理设备中预 处理单元的才样频率为20MHz。 在核电站中在役检测奥氏体不锈钢焊缝时去得了令人满意的结果。 奥氏体不锈钢焊缝的超声检测 奥氏体不锈钢焊缝由于晶粒粗大和各向异性，不能采用一般的超声方法进行无损检测。 但是由于奥氏体不锈钢的断裂韧性高，抗蠕变性能和抗腐蚀性能好等优点，在个工业部门中应用越来越广泛，特别是在核电站核化工厂，奥氏体不锈钢焊缝常常都用在各种机械部件的重要部位。 为了确保安全，超声检测往往又是必不可少的。 80年代初，国际焊接学会为了适应工业生产发展的需要，建立了奥氏体焊缝超声检测工作组，积极开展 国际合作， 1986 年国际焊接学会出版了第一本《奥氏体焊缝超声检测手册》，为奥氏体不锈钢焊缝超声检测的实际应用提供了必要的指导。 奥氏体不锈钢焊缝对超声来说是一种弹性非均质材料，这种非均质性显著影响超声波在工件中的传播。 弹性非均质材料具有方向性，传声时晶界散射较大，但弹性非均匀程度本身还不能单独作为传声性能好坏的检测标准；另一个重要因素是晶粒大小，只有当晶粒尺寸达到一定程度时，它的声散射才会严重到影响超声的正常检测。 因此材料的弹性非均质性是影响超声检测的基本因素；而晶粒大小则是影响超声检测的必要条件。 超声波检测发展趋势 随着微计算机的普遍应用，超声检测仪器和检测方法都得到了迅速的发展，使超声检测的应用更为普及。 目前，微计算机在超声检测中已能够完成数据采集、信息处理、过程控制和记录存储等多种功能。 许多超声检测仪器都把微处理机作为一个部件而组装在一起，去执行处理数据和图像的任务。 一些全电脑对话式超声波探伤仪，可在屏幕上同时显示回波曲线和检测数据，存储仪器调整状态、缺陷波型和各种操作功能；用打印机输出可供永久记录的各种数据和图形资料，并直接由计算机编制测试报告。 在冶金厂钢板、钢带、型材和管材的自动轧制生产 线上，计算机对超声检测进行自东北电力大学毕业论文 12 动化程序控制。 它控制多通道超声自动检测系统，能同时进行探伤和测厚，并根据指定的判断标准处理数据，做出关于缺陷长度、面积、位置和分布情况的报告，有的还应用了 B扫描、 C 扫描和图像识别技术，进一步分析缺陷的性质，并控制喷标装置动作，在缺陷处喷漆标记。 超声检测是无损检测领域中应用和研究最活跃的方法之一。 例如，用声速测定法评估灰铸铁的强度和石墨含量，超声衰减和阻抗测定法确定材料的性能，用超声波衍射和临界反射法检测材料的机械性能和表层深度，用棱边波法、表面波法和聚焦探头法对缺陷定量的研究， 用超声显像法和超声频谱分析法的进展和应用，用多频探头去对奥氏体不锈钢厚焊缝的检测，用超声测定材料内应力的研究，特殊波型例如用管波模式检测管材的研究，采用自适应网络对不同类型缺陷的波形特征进行识别和分类，噪声信号超声检测法，超高频超声检测法、宽频窄脉冲超声检测法，以及新型生源的研究例如用激光来激发和接收超声的方法和各种新型超声检测仪器的研究等，都是比较典型和集中的研究方向。 李洋：无损检测技 术与发展研究 13 3 射线检测 射线检测的基本原理 射线检测的基本原理是：当射线透过被检物体时，有缺陷部位 (如气 孔、非金属夹杂物等 )与无缺陷部位对射线吸收能力不同（以金属物体为例，缺陷部位所含空气或非金属夹杂物对射线的吸收能力大大低于金属对射线的吸收能力），透过有缺陷部位的射线强度高于无缺陷的射线强度，因而可以通过检测透过工件后的射线强度的差异，来判断工件中是否存在缺陷。 目前国内外应用最广泛、灵敏度比较高的射线检测方法是射线强度，在 X 射线感光照片上对应的有缺陷部位将接受较多的射线，从而形成黑度较大的缺陷影像。 射线是一种电磁波，它与无线电波、红外线、可见光、紫外线等本质相同，具有相同的传播速度，但频率与波长则不同。 射 线的波长短、频率高，因此它有许多可见光不同的性质： （ 1）不可见，依直线传播。 （ 2）不带电荷，因此不受电场和磁场影响。 （ 3）能透过可见光不能透过的物质。 （ 4）与可见光同样有反射、干涉、绕射、折射等现象，但这些现象又与可见光有区别，如 X射线只有漫反射，不能产生如可见光那样的镜面反射。 （ 5）能使物质产生光电子及反跳电子、以及引起散射现象。 （ 6）能被物质吸收产生热量。 （ 7）能使气体电离。 （ 8）能使某些物质起光化学作用，使照相胶片感光，又能使某些物质发生荧光。 （ 9）能产生生物效应、伤害及杀死有生命的 细胞。 射线检测的种类： X射线与γ射线、α射线β射线、中子射线，其中 X射线与γ射线最常用。 射线的特性： X 射线、γ射线和中子射线都可用于固体材料的无损检测，现将其共性与各自的特性分数如下： 具有 X 射线和γ射线随被穿透物质原子序数的增大而逐渐减弱，轻元素（即原子序数小的元素）对中子射线吸收系数特别大，如氢、硼一类稀土元素和镉等；铁、铅等重元素对中子的吸收系数反而小。 其次，对同一元素的不同同位素，中子的质量吸收系数也差别很大。 正是由于这些吸收系数的差异，使中子照相具有不同于 X射线和γ射线检东北电力大学毕业论文 14 测的某些特点，可以弥 补前两者的不足，换言之，上述各条又是不同检测技术相互补充的理论依据。 因射线具有一定能量，当穿过某些气体是与其分子发生作用而电离，能产生生物效应，杀死有生命的细胞，特别是中子射线，它具有比 X 射线和γ射线更强的杀伤力。 射线的衰减特性：射线对物质的作用理论上有 12 种效应，其中主要有 4种： 1）光电效应； 2）瑞利散射； 3）康普顿效应； 4）电子对生成。 能量较小时、前两种效应比较重要，电子对生成效应仅当能量大于 1MeV 时才开始显著。 各种效应还随物质原子序数的不同而改变，原子序数低、效应弱，原子序数高、效应强。 上述集 中效应造成射线能减弱，其原因是物质对射线的吸收与散射，射线被吸收时其能量转变为其它形式，如热能。 散射则使射线的传播方式改变。 X 射线检测的基本原理和方法 检测原理 X 射线检测原理是：当射线通过被检物体时，有缺陷部位（如气孔、非金属夹杂）与无缺陷部位对射线吸收能力不同，一般情况是透过有缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位的射线强度，因而可以通过检测透过被检物体后的射线强度的差异，来判断被检物体中是否有缺陷存在。 换言之，强度均匀的射线照射被检测的物体时，会产生能量的衰减，其衰减程度与射 线的能量（波长）、被穿透物质的质量，厚度及密度有关。 如果被照物体是均匀的，射线穿过物体衰减后的能量只与其厚度有关。 当物体内有缺陷时，在缺陷部位穿过射线的程度则不同。 最终得到不同强度的射线。 如将这不同能量进行照相或转变为电信号指示、记录或显示，就可以评定材料质量，从而达到无损检测的目的。 检测方法 目前工业上主要有照相法、电离检测法、荧光屏直接观察法、电视观察法等方法。 （ 1）照相法 照相法是将感光材料（胶片）置于被检测试件后面，来接收透过试件的不同强度的射线，因为胶片乳剂的摄影作用于感受到的射 线强度有直接的关系，经过暗室处理后就会得到透照影像，根据影像的形状、大小和位置。 照相法灵敏度高，直观可靠，重复性好，是最常用的方法之一。 （ 2）电离检测法 李洋：无损检测技 术与发展研究 15 当射线通过气体时，与气体分子撞击使其失去电子而电离，生成正离子，有的气体分子得到电子而生成负离子，此即气体的电离效应。 气体的电力效应将产生电离电流，电离电流的大小与射线的强度有关。 如果让透射试件的 X射线再通过电离室进行射线强度测量，便可根据电离电流的大小来判断试件的完整性。 这种方法自动化程度高，成本低，但对缺陷性质的判别较困难。 只适用于形状简单，表面平 整的工件，一般应用较少，但可制成专用设备。 射线的防护 射线防护是通过采取适当措施，减少射线对工作人员和其它人员的照射剂量。 从各方面把射线剂量控制在国家规定的允许剂量标准（ 1x103Sv/周）以下，以避免超剂量照射和减少射线对人体的影响。 射线防护主要有屏蔽防护、距离防护和时间防护三种防护方法： （ 1）屏蔽防护法 屏蔽防护法是利用各种屏蔽物体吸收射线对人体的伤害，这是外照射防护的主要方法。 一般根据 X射线与屏蔽物的相互作用来选择防护材料，屏蔽 X射线和γ射线以密度大的物质为好，如贫化铀、铅、铁、重混凝土 ，铅玻璃等都可以用作防护材料。 但从经济、方便出发，也可采用普通材料如混凝土、岩石、砖、土、水等。 对于中子的屏蔽除防护γ射线之外，还以特别选取含氢元素多的物质为宜。 （ 2）距离防护法 距离防护在进行野外或流动性射线检测时是非常经济有。