第7讲 第七章 无损检测新技术

第七章
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2. 声发射探伤设备 目前声发射探伤仪大体上可以分为二类： 目前声发射探伤仪大体上可以分为二类 ： 一类是单 通道声发射探伤仪；另一类是多通道声发射探伤仪。 通道声发射探伤仪；另一类是多通道声发射探伤仪。
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（三）声发射探伤在焊接中的应用 在焊接领域中声发射技术已成功地应用于役前、 在焊接领域中声发射技术已成功地应用于役前、在役 压力容器结构完整性检测评定上。 压力容器结构完整性检测评定上。 1．在役、役前压力容器结构完整性检测评定 ．在役、 有相当数量的在役压力容器， 有相当数量的在役压力容器，普遍存在着各种先天性 （制造中遗留）和后天性（使用中产生）缺陷，未能得到 制造中遗留）和后天性（使用中产生）缺陷， 及时检验和处理。 及时检验和处理。声发射技术可应用于在役压力容器检修 水压试验，发现活动性缺陷源， 水压试验，发现活动性缺陷源，定出位置后再用常规无损 探伤方法对局部活动源进行重点复查， 探伤方法对局部活动源进行重点复查，这样不仅大大减少 了常规无损探伤工作量，加快检修速度， 了常规无损探伤工作量，加快检修速度，而且免去了相当 数量超标缺陷的返修，提高了经济效益。同时也真正确保 数量超标缺陷的返修，提高了经济效益。 压力容器的安全使用。 压力容器的安全使用。 役前水压试验声发射检测评定方法与在役压力容器检 修声发射检测评定方法相同。 修声发射检测评定方法相同。
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一、声发射探伤技术 （一）声发射探伤基础 1．声发射现象 ． 材料或结构在外力或内力作用下产生变形或断裂时， 材料或结构在外力或内力作用下产生变形或断裂时，以 弹性波形式释放出应变能的现象叫作声发射。换句话说， 弹性波形式释放出应变能的现象叫作声发射。换句话说，声 发射是材料或结构中局部区域快速卸载使弹性波 弹性波得以释放的 发射是材料或结构中局部区域快速卸载使弹性波得以释放的 结果，即是一种常见的物理现象。 结果，即是一种常见的物理现象。绝大多数金属材料塑性变 形和断裂时都有声发射发生，但声发射信号的强度很弱， 形和断裂时都有声发射发生，但声发射信号的强度很弱，人 耳不能直接听到，需要借助灵敏的电子仪器才能检测出来。 耳不能直接听到，需要借助灵敏的电子仪器才能检测出来。 用仪器检测、分析声发射信号， 用仪器检测、分析声发射信号，并利用声发射信号来推断声 发射源的技术，称为声发射技术。 发射源的技术，称为声发射技术。 所有的焊接缺陷都可以成为声发射源， 所有的焊接缺陷都可以成为声发射源，平面型缺陷比非 平面型缺陷更容易成为声发射源， 平面型缺陷更容易成为声发射源，这是因为平面型缺陷的应 力集中系数高，更容易引起局部屈服产生新的开裂。 力集中系数高，更容易引起局部屈服产生新的开裂。
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（二）声发射探伤设备简介 1．声发射探伤设备的基本要求 ． (1)应具有较高的检测灵敏度 声发射信号单个事件的 应具有较高的检测灵敏度 持续时间很短，通常在0.0l-100微秒范围内，声发射脉冲的 微秒范围内， 持续时间很短，通常在 微秒范围内 上升时间一般在几十至几百毫微秒范围内。 上升时间一般在几十至几百毫微秒范围内。而且声发射在 工件表面上产生的垂直位移约为10 工件表面上产生的垂直位移约为 -4-10-10mm。 。 (2)应具有较宽的频率选择范围 因为声发射信号本身 应具有较宽的频率选择范围 具有很宽的频率范围， 具有很宽的频率范围，因此也要求声发射探伤仪能在较宽 的频率范围内选择检测的频率窗口。 的频率范围内选择检测的频率窗口。 (3)对各种噪声具有较强的抑制和鉴别能力 因为声发 对各种噪声具有较强的抑制和鉴别能力 射探伤常在各种机械噪声、流体动力噪声及电气噪声下进 射探伤常在各种机械噪声、 而有些噪声（例如夹具之间、 行，而有些噪声（例如夹具之间、夹具与工件之间因摩擦 而产生的噪声）其特性与声发射信号十分相似， 而产生的噪声）其特性与声发射信号十分相似，所以要求 声发射探伤仪要有较强的抑制和鉴别噪声的能力。 声发射探伤仪要有较强的抑制和鉴别噪声的能力。
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来自工件的红外光波经光学系统1的反射、 聚焦后， 来自工件的红外光波经光学系统 的反射、聚焦后 ， 由分光镜将其反射至 的反射 调制盘2，调制盘将来自工件和标准红外光源5的红外光波轮流交替地送入红外 调制盘 ，调制盘将来自工件和标准红外光源 的红外光波轮流交替地送入红外 探测器6中 由它转换成相应大小的电信号输出， 探测器 中 ， 由它转换成相应大小的电信号输出 ， 输出的这些信号经窄带放大 和信号处理及显示装置10后 器 7、参考信号发生器 、 同步整流器 和信号处理及显示装置 后， 得到工件 、参考信号发生器8、同步整流器9和信号处理及显示装置 表面被检测点的温度。 表面被检测点的温度。
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(2)光电探测器 它利用某些半导体材料在入射红外线 光电探测器 照射下产生光电效应，致使导电性发生变化， 照射下产生光电效应 ， 致使导电性发生变化 ， 进而反应出 所吸收红外辐射的强弱。 所吸收红外辐射的强弱。 （二）红外线探伤方法分类 1．按检测方法分类 ． 按检测方法可分为主动式和被动式两类。 其中， 按检测方法可分为主动式和被动式两类 。 其中 ， 主动 式是在加热被检工件同时或加热后， 式是在加热被检工件同时或加热后 ， 用红外线探伤仪扫描 工件表面进行探伤的方法。 工件表面进行探伤的方法。 2．按被检工件加热状态分类 ． 按被检工件加热状态， 按被检工件加热状态 ， 可分为稳态和非稳态加热红外 线探伤两类。 线探伤两类。 3．按工件表面温度状态显示方式分类 ． 按显示方式可分热图法、 按显示方式可分热图法 、 温度分布曲线法和逐点测温 法三类。 法三类。
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2．声发射信号的表征参数 ． 声发射换能器所检测到的信号是经过多次反射和波型 变换的复杂信号。 变换的复杂信号。所以目前说明声发射信号的表征参数是 针对仪器输出波形而言的。 针对仪器输出波形而言的。这些参数主要有声发射事件计 平均事件计数、振铃计数、平均振铃计数、 数、平均事件计数、振铃计数、平均振铃计数、振铃事件 幅度分布、能量和能量率等。 比、幅度分布、能量和能量率等。
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2．红外探伤仪分类 ． 红外线探伤仪有红外线热像仪和辐射计两类。 红外线探伤仪有红外线热像仪和辐射计两类。 (1)红外线热像仪 可把来自工件表面的温度分布变成 红外线热像仪 直观而形象的热图。 直观而形象的热图。 (2)辐射计 就是视场固定的点探测仪。辐射计仅提供 辐射计 就是视场固定的点探测仪。 一点或一条线的温度分布状态。 一点或一条线的温度分布状态。 3．红外线探测器 ． 红外线探测器是红外线探伤仪中的关键部件， 红外线探测器是红外线探伤仪中的关键部件， 它的质 量直接关系到探伤仪性能的优劣。 量直接关系到探伤仪性能的优劣。红外线探测器分为热探 测器和光探测器两类。 测器和光探测器两类。 (1)热探测器 它利用入射的红外线引起探测器材料温 热探测器 度变化，使与温度有关的一些物理参数发生变化， 度变化，使与温度有关的一些物理参数发生变化，通过这 些物理参数的变化来确定所吸收的红外线辐射量。 些物理参数的变化来确定所吸收的红外线辐射量。
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2. 加载压力及保压台阶的确定 在役压力容器的声发 射检测应在容器加载过程中进行，加载程序一般包括升压、 射检测应在容器加载过程中进行，加载程序一般包括升压、 保压过程。 保压过程。最高加载压力最好稍高于原出厂时的水压试验 压力，至少不得低于最高使用压力的1.25倍。 压力，至少不得低于最高使用压力的 倍 3. 声发射源分类 声发射源通常根据声发射源的活 动度或强度分类。声发射源的活动度是指声发射源区事件 动度或强度分类。 计数或振铃计数在加载过程中的变化率。 计数或振铃计数在加载过程中的变化率。按活动度发射源 分为1、 、 型 型最强。 分为 、2、3型，1型最强。声源的强度是由经过距离修正 型最强 的声发射源平均振铃计数和平均幅度分别与总事件的平均 振铃计数和平均幅度的比值来决定。 振铃计数和平均幅度的比值来决定。按强度分类由强到弱 分为I、 、 型 综合声发射源的活动度和强度， 分为 、 II、III型。 综合声发射源的活动度和强度 ， 可把 声发射源严重性分为A、 、 三级 其中A级源最严重 三级， 级源最严重、 声发射源严重性分为 、B、C三级，其中 级源最严重、 B级源严重、C级源不严重。 级源严重、 级源不严重 级源不严重。 级源严重
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本章重点： 本章重点： 1、声发射探伤特点； 、声发射探伤特点； 2、声发射探伤设备的基本要求； 、声发射探伤设备的基本要求； 3、声发射源分类； 、声发射源分类； 4、红外探伤原理及红外探伤仪分类； 、红外探伤原理及红外探伤仪分类； 5、激光全息探伤原理； 、激光全息探伤原理； 6、中子射线与物质作用特点。 、中子射线与物质作用特点。
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（三）红外线探伤在焊接检验中应用 焊接接头的红外线探伤常采用主动式探伤方法。 焊接接头的红外线探伤常采用主动式探伤方法。
利用红外灯泡1非接触加热点焊接头，采用双面法探伤。 利用红外灯泡 非接触加热点焊接头，采用双面法探伤。把接头处加热至 非接触加热点焊接头 80-100℃，从放置热像仪的一侧冷却接头十几秒钟后，在显示装置荧光屏上就 ℃ 从放置热像仪的一侧冷却接头十几秒钟后， 能很清楚地显示出接头的等温线直径。将它与标准点焊接头的等温线直径相比， 能很清楚地显示出接头的等温线直径。将它与标准点焊接头的等温线直径相比， 凡等温线直径大于标准点焊接头等温线直径的接头质量合格，否则， 凡等温线直径大于标准点焊接头等温线直径的接头质量合格，否则，则存在未 焊透。 焊透。
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3．声发射探伤特点 ． 声发射探伤与常规无损探伤方法相比具有以下特 点： (1)声发射探伤仪显示和记录那些在力的作用下扩 声发射探伤仪显示和记录那些在力的作用下扩 展的危险缺陷。 展的危险缺陷。 (2)声发射探伤对扩展中的缺陷有很高的灵敏度， 声发射探伤对扩展中的缺陷有很高的灵敏度， 声发射探伤对扩展中的缺陷有很高的灵敏度 可以探测到零点几微米数量级的裂纹增量。 可以探测到零点几微米数量级的裂纹增量。 (3)声发射探伤过程对工件表面状态和加工质量要 声发射探伤过程对工件表面状态和加工质量要 求不高。 求不高。 (4)缺陷尺寸及在焊缝中的位置和走向不影响声发 缺陷尺寸及在焊缝中的位置和走向不影响声发 射探伤结果。 射探伤结果。 (5)声发射探伤与射线照相法和超声波探伤相比， 声发射探伤与射线照相法和超声波探伤相比， 声发射探伤与射线照相法和超声波探伤相比 受材料的限制比较小。 受材料的限制比较小。
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二、红外线探伤技术 红外线探伤是建立在传热学理论上的一种无损探伤方 在探伤时，可将一恒定热流注入工件， 法 。 在探伤时 ， 可将一恒定热流注入工件 ， 如果工件内存 在有缺陷，由于缺陷区与无缺陷区的热扩散系数不同， 在有缺陷 ， 由于缺陷区与无缺陷区的热扩散系数不同 ， 那 么在工件表面的温度分布就会有差异， 么在工件表面的温度分布就会有差异 ， 内部有缺陷与无缺 陷区所对应的表面温度就不同， 由此所发出的红外光波 陷区所对应的表面温度就不同 ， 热辐射）也就不同。 （ 热辐射 ） 也就不同 。 利用红外探测器可以响应红外光波 热辐射） 并转换成相应大小电信号的功能。 （ 热辐射 ） ， 并转换成相应大小电信号的功能 。 逐点扫描 工件表面就可以得知工件表面温度分布状态， 工件表面就可以得知工件表面温度分布状态 ， 从而找出工 件表面温度异常区域，确定工件内部缺陷的部位。 件表面温度异常区域，确定工件内部缺陷的部位。 （一）红外线探伤仪 1．红外线探伤仪工作原理 ． 典型的红外线探伤仪工作原理如图所示。 典型的红外线探伤仪工作原理如图所示。