材料缺陷检测技术

材料（构件）缺陷检测技术

摘要：无损检测技术是随着现代工业技术的发展而发展起来的，总得来说，无损检测大致经历了三个阶段早期称作无损探伤，它的作用是在不破坏产品的前提下，检测出人眼无法看见的缺陷，以满足工程中的需要；第二阶段称为无损检测，它不是检测，它不是检测最终产品，而是要测量过程工艺参数；第三阶段称为无损评价，它不仅要检测缺陷是否存在和位置信息，还要测出缺陷的类型、尺寸、形状、取向以及对材料的力学行为的影响。，无损检测的类型有很多，根据美国国家航天局统计分析，大概有六大类，70余种。因为材料（构件）缺陷检验在航空航天，建筑，交通，工业，运输都有广泛的应用，也是这些行业正常运行的必要保障，也为国家和人民提供产品质量和安全保障，所以，现如今人们发明了各种各样的材料缺陷检测设备和装置，如：超声检测、红外检测、电子错位散斑干涉、交变磁场测量法等无损伤检测技术。下面我将对一些现如今主要运用的检测技术对其原理、优缺点做一下介绍。

关键词：无损检测，超声检测；红外检测；电子错位散斑干涉；交变磁场检测

引言：材料或构件在使用中难免会有疲劳损伤、荷载

损伤和被腐蚀，即使是全新加工制作的构件也难免有

缺陷。及时发现材料或构件的缺陷有利于减少损失，

保障安全。如今有很多各种各样的探伤检测设备，可

以根据不同需要选择对应的检测设备和方法。下面将

对比介绍一下现在普遍运用的检测手段和方法。

1.超声探伤检测

超声波进入物体遇到缺陷时，一部分声波会产

生反射，发射和接收器可对反射波进行分析，就能

异常精确地测出缺陷来．并且能显示内部缺陷的位

置和大小，测定材料厚度等。除探伤外，超声波还

可用于测定材料的厚度,使用较广泛的是数字式超

声测厚仪，可用来测定化工管道、船体钢板等易腐

蚀物件的厚度。利用测定超声波在材料中的声速、

衰减或共振频率可测定金属材料的晶粒度、弹性模量(见拉伸试验)、硬度、内应力、钢的淬硬层深度、球墨铸铁的球化程度等。

此外，穿透式超声法在检验纤维增强塑料和蜂窝结构材料方面的应用也已日益广泛。原理：

超声波是频率高于20千赫的机械波。在超声探伤中常用的频率为0.5～10兆赫。这种机械波在材料中能以一定的速度和方向传播，遇到声阻抗不同的异质界面（如缺陷或被测物件的底面等）就会产生反射。这种反射现象可被用来进行超声波探伤，最常用的是脉冲回波探伤法探伤，脉冲振荡器发出的电压加在探头上（用压电陶瓷或石英晶片制超声探伤仪

成的探测元件），探头发出的超声波脉冲通过声耦合介质（如机油或水等）进入材料并在其中传播，遇到缺陷后，部分反射能量沿原途径返回探头，探头又将其转变为电脉冲，经仪器放大而显示在示波管的荧光屏上。根据缺陷反射波在荧光屏上的位置和幅度（与参考试块中人工缺陷的反射波幅度作比较），即可测定缺陷的位置和大致尺寸。除回波法外，还有用另一探头在工件另一侧接受信号的穿透法。利用超声法检测材料的物理特性时，还经常利用超声波在工件中的声速、衰减和共振等特性。

优缺点：

超声检测法的优点是：穿透能力较大，例如在钢中的有效探测深度可达1米以上;对平面型缺陷如裂纹、夹层等，探伤灵敏度较高，并可测定缺陷的深度和相对大小；设备轻便，操作安全，易于实现自动化检验。缺点是：不易检查形状复杂的工件，要求被检查表面有一定的光洁度，并需有耦合剂充填满探头和被检查表面之间的空隙，以保证充分的声耦合。对于有些粗晶粒的铸件和焊缝，因易产生杂乱反射波而较难应用。

2.红外热波无损检测

红外热像仪最早是因为军事目的而得以开发，后来迅速向民用工业领域扩展。自二十世纪70年代，欧美一些发达国家先后开始使用红外热像仪在各个领域进行探索。红外热像仪也经过几十年的发展，已经发展成非常轻便的现场测试设备。由于测试往往产生的温度场差异不大和现场环境复杂等因素，好的热像仪必须具备320*240像素、分辨率小于0.1℃、空间分辨率小、具备红外图像和可见光图像合成功能等。由于红外热成像技术能够进行非接触式的、高分辨率的温度成像，能够生成高质量的图像，可提供测量目标的众多信息，弥补了人类肉眼的不足，因此已经在电力系统、土木工程、汽车、冶金、石化、医疗等诸多行业得到广泛应用，如：在土木工程方面：红外热像仪可通过对建筑物表面的温度分布状况的检测，分析建筑物的结构，从而及时有效地发现例如外墙开裂、房顶裂缝、内部支撑损坏等问题，可避免严重影响救援进度、危害救援人员安全的房屋跨塌伤害事故，为灾区的救援工作提供技术保障；同时也可为灾区受损房屋的安全及渗漏状况提供参考依据。红外热像仪是“建筑质量检测”的有力工具，即通过非接触的方式测量建筑结构的表面温度状态，来检测外墙的剥离、空鼓状况或评价。红外热像仪未来的发展前景更不可限量。

原理：

红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。

优缺点：

由于红外热像仪属于窄带光谱辐射测温系统，使用其进行温度测量时所测得的物体表面温度，不是直接测量得到的，而是以测到的辐射能计算出来的。因此，实际测量时，测量精度受被测表面的发射率和反射率、背景辐射、大气衰减、测量距离、环境温度等因素的影响。所以相比之下，红外热像仪的测量误差因素比较多，误差可能会比较大。

3、交变磁场无损检测

交变磁场检测技术是一种新型的无损检测技术，可以实现金属表面裂纹尺寸测量。它在上世纪80年代后期开始被用于水下结构和海上平台设备的无损检测中。这种技术到现在已经发展的很成熟，而且被广泛的运用到各个领域。

原理：

交变磁场检测时先给被测试件通以交变电流，使

红外热像仪