压力管道的无损检测

1．基本知识 1.1 无损检测的定义
现代无损检测的定义是：在不损坏 试件的前提下，以物理(或化学)方法为 手段，借助先进的技术和设备器材， 对试件的内部及表面的结构，性质， 状态进行检查和测试的方法。
产品的使用性能要求通常在其技术文件 中规定，如技术条件、规范及验收标准 等，以一定的技术质量指标反映。无损 检测的主要目的之一就是对加工工序中 1．无损检测基本知识 的原材料、产品构件提供实时的工序质 已制成的产品（包括材料、零部件）在投用 前,量控制，尤其是控制产品材料的冶金质 需要进行最终检验——质量鉴定，以确定 1.2．无损检测的目的 量和生产工艺质量（无损检测的特点） 其是否达到设计性能，判别其是否符合标准 无损检测的目的有三个方面： 像钢板母材分层、焊接缺陷等。在生产 的质量要求，即产品是否合格。 制造过程中使用该项技术，一可以及时 1.2.1 保证产品质量，为质量管理提供手段； 检出原始或加工过程中出现的各种缺陷 1.2.2 质量鉴定，供求双方的共识； 并加以控制，防止不符合质量要求的材 料、部件流入下一道工序，避免了工时、 1.2.3 在用检测，保证设备安全运行。 人力和资源的浪费。二是利用该技术又 可以将材料、产品的质量控制在符合标 准要求的范围内，避免无限度提高质量 要求；或者通过检测确定缺陷的部位， 有条件的加以使用，提高材料的利用率。
I I 0 e ud
I0：穿透物质前射线强度
I ：穿透物质路程为d时的射线强度 u ：物质的线吸收系数
1.3．无损检测的原理 射线束通过受检工件时，其强度被衰减，若 工件内存在缺陷，则在缺陷部位的射线衰 减情况不同与其他部位，作用于感光胶片 （或其他记录载体）上的射线强度不同， 使胶片等受到不同程度的感光影响，从而 在底片上显示出缺陷投影图象。
1.3．无损检测的原理 1.3.2 超声波检验的基本原理 1.3.2 .1 超声波的一般概念
超声波是一种机械波，人们把能引起听觉的机械 波称为声波，频率在20～20kHz之间，20kHz以上称 为超声波。超声波可以有纵波、横波、表面波等多 种波型。当介质中质点的位移与波传播的方向一致 时为纵波；质点的位移与波传播的方式垂直时为横 波，而表面波只能沿工件表面传播。在固体中，各 类声波都可以传播，而在液体及气体中只有纵波可 以传播。
超声波检验的方法原理 脉冲反射式是当前标准中采用的主要超声波检 测方法，基本原理是： 仪器探头发出持续时间 很短的超声波，当工件内 有缺陷时，缺陷反射波被 仪器接收并反映出反射波 声压大小等信息，据此判 断缺陷的情况。
举例，平底孔回波声压Pf为：
Pf
其中，P0 探头波源的起始声压 Fs 探头波源的面积 Ff 平底孔缺陷面积
1.3.2.2 超声波的一些基本规律 ①界面的反射和穿透 当超声波传播到异种介质界面或工件中缺陷、 底面等不连续部份时， 会发出反射、透射和折射。 当超声波垂直入射到两种介质 界面时，部份声波波反射，剩余部 份则穿透入另一介质，见右图，两 部份的比率取决于两介质的密度和 其中的声速。
②超声波声束 获得超声波的方法有很多，但在超声检测中主 要是利用石英、钛酸钡等晶体的压电效应获得超 声波。 超声波探头的定向辐射性质—波束指向性。波 束指向性越好，则超声波检测缺陷的能力超高。
P0 Fs F f
x
2
2
波长
x 平底孔至波源的距离
1、探伤方法的选择； 2、仪器、探头的选择（种类、频率、晶片尺 寸折射角）； 3、试块的选择； 4、探伤灵敏度的选择； 5、耦合剂和耦合方法的选择； 6、探伤方向和扫查面的选择； 7、探伤时机的选择；
1.
2.
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面积型缺陷的检出率较高，而体积型缺陷 的检出率较低。 适宜检验厚度较大的工件，不适宜检验较 薄的工件。 应用范围广，可用于各种试件。 检测成本低、速度快，仪器体积小，重量 轻，现场使用较方便。 无法得到缺陷直观图象，定性困难，定量 精度不高。
不同的磁性材料其磁滞回线 是不相同的，通常很难以磁 钢铁材料的磁性质，与其 化，剩磁强而矫顽力高的材 ②磁滞回线 结晶结构有很大关系；如 料，称为硬磁材料，磁带回 描述铁磁性材料常 面心立体晶格的 γ铁（奥 线表现为形状肥大，所包围 使用 B-H曲线，而把循 氏体）就没有磁性，而体 的面积大，磁化时所消耗的 环交变过程的 B-H 关系 心立方体晶格的 α铁则具 功也多。而易于磁化、剩磁 曲线称做磁滞回线。 有磁性。因此磁粉检测不 低、矫顽力也低的磁性材料 适于奥氏体材料的检测。 称为软磁性材料，其磁滞回 线则表现为形状狭窄，包围 的面积小，故磁化消耗的功 也就少。所以对于不同的磁 性材料，由于具有不同的磁 学特性，所以应该采用不同 的磁化方法进行磁粉检测。
③小物体上的超声波反射 当超声波在传播过程中碰到缺陷，就会产生反 射和散射现象，而缺陷形状和方法不同时，其反 射方式也有所不同，对于缺陷的尺寸小于超声波 波长的一半时，由于衍射作用，不能引起反射。 故超声波检测中缺陷尺寸的检出极限为超声波波 长的一半。反射信号的强弱以声压大小表示，例 如： 底面反射波声压PB，等于声波未发生底面反射 而沿原方向传播到两倍距离处的声压。而圆盘形 反射体的反射波声压PF，相当于一个与圆盘尺寸 相同且处于同一位置的探头发射的声波一样。
由于空气与钢的密度和声速相差极大， 故超声波从空气中垂直入射至钢界面时几 乎100%被反射。所以必须在探头与工件表 面间添加耦合剂，使超声波很好的传播。 当超声波倾斜入射到界面上时，在界面上会 产生的不同方向、不同波型的反射波和折 射波。对于两者都是固体的情况，反射波 和折射波中都存在纵波和横波，其行为遵 守几何声学的反射、折射定律。
工艺要点1——
X射线和γ 射线的应用特点
γ 射线主要优点：射源尺寸小，可用于X射线 机管头无法接近的现场；不需电源或水源； 运行费用低； γ 射线 局限性： 探伤灵敏度低，尤其对薄钢 试件（如5mm以下） ；曝光时间长。
工艺要点2——


胶片应用特点


胶片影响成像对比度和颗粒度进而影响灵敏度 依据成像特性，胶片分成四类，T1、T2、T3、T4。 T1为最高类别，T4为最低类别。 标准规定：A级和AB级射线检测技术应采用T3类 或更高类别的胶片，B级射线检测技术应采用T2 类或更高类别的胶片。 标准规定：采用γ 射线对裂纹敏感性大的材料进 行射线检测时,应采用T2类或更高类别的胶片。
透照摄片
暗室洗片
底片评定
报告签发
工艺要点1——
X射线和γ 射线的应用特点
X 射线 主要优点 ： X 射线能量可改变，因此对 各种厚度的试件均可获得高灵敏度；X射线 机可用开关切断，故较易实施射线防护； 曝光时间短，一般为几分钟； X射线局限性：需电源，有些还需有水源。体 积较大，成本和维修费用均较大。
1、焦距——影响几何不清晰度，选择焦距必 须大于标准规定最小值； 2、K值——影响横向裂纹检出率，选择K值不 得大于标准规定值； 3、射线能量——影响底片对比度、固有不清 晰度、颗粒度；选择射线能量应在标准限定范 围； 4、曝光量——影响底片黑度，选择曝光量应 在标准限定范围；
1、底片上定位和识别标记——齐全、影像显示 完整、位置正确； 2、底片评定范围内的黑度D ——应符合下列规 定:A 级：1.5≤D≤4.0 AB级：2.0≤D≤4.0 ；B 级2.3≤D≤4.0 3、底片的像质计灵敏度满足标准要求； 4、底片评定范围内不应存在干扰缺陷影像识别 的水迹、划痕、斑纹等伪缺陷影像。
1.3．无损检测的原理
人工同位素原子处于激活不稳定状态， 它的原子不断进行分裂或从激发态跃迁到 基态，在这一过程中，原子以带电粒子和 电磁辐射的形式不断释放出能力。其中以 电磁波辐射形式所释放的能量形成γ射线。 目前，较广泛应用的γ射线源有60C0 、 192Ir 、75Se等 。
1.3.1 射线检测工艺步骤：
超声波在同一均匀介质中传播时声束不变，传 播方向也不变，若在传播过程中遇到另一种介质， 就会发生反射、折射透照、绕射或波型转换的现象。 超声波在不同介质中传播时，由于介质质点的 密度和弹性模量不同，传播的速度也不同。在空气 中声速为340M/S，水中声速为1500M/S，在钢中纵 波的声束为5900M/S，横波的声波为3200M/S。
1、检测结果有直接记录，可以获得缺 陷投影的直观图象，缺陷定性定量准 确。 2、体积型缺陷检出率很高。而面积型 缺陷的检出率受到多种因素影响。 3、适宜检验较薄的工件而不适宜较厚 的工件。 4、适宜检测对接焊缝，检测角焊缝效 果较差，不适宜检测板材、棒材、锻 件。
5、对有些试件或结构不适用。 6、对缺陷在工件中厚度方向的位 置 和高度尺寸的确定比较困难。 7、射线照相检测成本高，速度慢。 8、射线对人体有伤害。
超声波检测 反射式 成本低，检测距离大 实时性好 面状缺陷敏感 无污染 可记录差 直观性差
1.3.3.磁粉检测 1.3.3.1 基本概念 生活中存在着许多磁的现象，我们把能 够吸引铁、钴、镍等物质的性质称为磁性， 而具有磁性的和的体称为磁体。使原来的 不带磁性的物体具有磁性叫磁化，能被磁 化的材料称为磁性材料。
1.3．无损检测的原理 1.3.1 射线检测 在电磁波谱系列中波长短于紫外线波长的 电磁波都属于x射线，它具有可见光的某些 特性；如传播速度不受电、磁场作用，使 胶片感光等，又具有不同的性质；如不可 见、穿透物质、杀伤生命细胞等。
X射线穿透物质的能力取决于：x射线强度 （即能量），波长越短强度越大、穿透力就 越大；被穿透物质对射线的吸收能力越强， 则经过单位路程的射线强度源自文库减越大。 衰减规律可由下式（在单一波长时）表示：
6. 检测结果无直接见证记录。 7. 对缺陷在工件厚度方向上的定位较准确。 8. 材质、晶粒度对探伤有影响。 9. 工件不规则的外形和一些结构会影响检测。 10.不平或粗糙的表面会影响耦合和扫查，从而 影响检测精度和可靠性。
射线检测 特点 透射式 优 直观性好 点 可记录 体积性缺陷敏感 成本高，检测距离小 缺 实时性较差 点 有污染
1.3.3.2 磁性及磁场 每个磁体都有一对磁极即N极和S极，而且 即使把磁体分割成无数小磁体，每一个小 磁体同样存在N极和S极。磁体周围空间存 在有力的作用，我们称磁场，以磁力线形 象描述磁场，磁力线密度的大小表示了磁 场强度的强弱。 1.3.3.3 铁磁性材料的磁化特性
①铁磁性材料的特性 铁磁性的研究表明，铁磁性物质系由极多微小 区域构成，在这小区域内，各原子的磁化方向一 致，因此，该小区域具有相当的磁性，此种自发 磁化区域称为磁畴。当外磁场不存在时，铁磁性 材料中磁畴方向紊乱，对外不呈现磁性。而在外 磁场作用时，各个磁畴排列趋向一致，从而产生 附加磁场，由于附加磁场与磁场的方向一致，故 总的磁场强度大大加强。有： B = μH （μ》1）
江苏省特种设备安全监督检验研究院 陈 挺 2012年4月 于南京
1．基本知识 1.1 无损检测的定义 无损检测技术是利用物质的某些物理性 质因存在缺陷或组织结构上的差异使其物 理量发生变化这一现象，在不损伤受检物 体的情况下，通过测量这些变化来了解和 评价材料、产品和设备构件的性质、状态 或内部结构。
1.3．无损检测的原理
γ射线的产生 前面提到x射线波段范围很大，γ射线只是其中的 一段。在射线检测中使用的γ射线源，都是有要用人 工同位素制造的。某些易激活元素，在原子反应堆 中或被中子轰击，使原子核增加一个中子而制成人 工同位素如60C0、137Cs，或通过加速器催裂反应， 改变原子核内质子与中子间力的平衡，使原子不稳 定而形成人工同位素如192Ir。
1.3．无损检测的原理
射线源
I I 0 e
ud
(e
ud
1)
I0
Δd—缺陷高度
I ud (1 n) I 受检工件
I
感光胶片 ΔI——缺陷引起的射线 强度变化
射线检测原理图
1.3．无损检测的原理
依照产生射线的方式的不同，可以分为x射线、γ 射线及高能x射线三种检测方法。 1.3.1.1．射线产生方式 工业用x射线一般由x射线管产生，其原理为:x射 线管内被加热的阴极产生大量电子，电子在管内被 在阴极与阳极间施加的高压电场（工业通常采用 100～420KV）加速而高速与阳极靶撞击，因受靶材 料原子阻挡，高速电子的动能大部转为热量而极小 部分以x射线形式辐射出来。