无损检测(探伤)技术是在不损伤被检查物体(构件)的前提下,探测其内部或外部缺陷的技术。
1、超声波检测技术
在弹性介质中(如固体、液体、气体)波源激发的纵波频率小于20Hz为次声波,20~20000Hz为声波,大于20000Hz为超声波。由于超声波可以穿透大多数材料,可以用做来探测材料内部及表面的缺陷。也可用在测量厚度等其他用途。
电源振荡激发高频声波,入射到构件后遇到缺陷超声波被反射、散射和衰减,由探头接收转换为电信号,再经放大显示,根据波型来判断缺陷的位置、大小和性质,并由相应的判定标准、规范来决定缺陷的危害程度。
(1)超声波探伤技术
①基本原理
超声波分为纵波、横波、表面波和板波。超声波探伤中广泛应用的是纵波,因为纵波的产生和接收比较容易。横波多用于焊缝的超声波探伤。表面波沿着金属表面进行传播,对表面缺陷非常敏感,用以探测复杂形状的表面缺陷。板波可对薄板进行检测。
超声波探伤系统由超声波探伤仪和探头组成,一般使用耦合剂,和探头接触的金属表面要进行打磨,形成光滑清洁的表面。
②超声波探伤方法
应用最广泛的方法是脉冲反射法。超声波发射进入被测金属,然后接收从缺陷反射回来的回波,用以判断缺陷的一种方法。又分为垂直探伤法,斜角探伤法。垂直探伤法主要用于铸件、锻件、板材和复合材料的检测。斜角探伤法主要用于探测焊缝、管件等内部缺陷。
③超声波探伤技术的应用特点
超声波探伤技术应用非常广泛,用以探测构件中的不连续性的缺陷,提供不连续三维位置的信息,给出可用来评估缺陷的数据。例如检测焊缝的缺陷,传动轴、高强螺栓及材料夹层的缺陷等。
其主要特点是:
①材料种类和厚度范围广泛。
②可提供缺陷的尺寸、深度、位置和性质,判断准确。
③对人身、材料无损害。
④便于携带,检测成本低,操作灵活、及时。
⑤要求操作人员知识水平和专业技能高。
(2)超声波测厚技术
利用超声波来检测材料的厚度,检查速度快。采用数字式超声波测厚仪可直接显示厚度。
高温下应使用高温压电测厚仪,并使用高温耦合剂,使用高温测厚仪应在标明的使用温度范围内使用。不适于不锈钢铸件等晶粒粗大材料的测量。
2、射线探伤技术
(1)基本原理
射线检查技术是常用的重要的检测技术,用以检测材料的内部缺陷。常用的射线有两种类型,即γ射线和X射线。
X射线--高速电子流射到某些固体表面(靶子)上时,产生特殊的射线(电磁波频率3×1016-20Hz,波长10-6~10-100cm)。
γ射线--放射性同位素(如60Co)可发射出波长很短的电磁波,即γ射线,速度达到光速。
射线具有极强的穿透能力,从材料的一个侧面照射,射线穿透材料,使另一面的胶片感光,显示出检测到的缺陷。还可转换成可见光,用电视摄像来显示探测到的缺陷。X射线计算机断层分析可确定缺陷的位置和空间尺寸。
(2)技术应用及特点
射线检测主要用于检查铸件的缩孔、气孔、非金属夹渣等,焊缝的不连续性缺陷等。
其特点是检测缺陷直观,底片可长期保存,适用材料的范围广,成本低,操作人员业务能力和经验水平较超声波检测要求低。
两种射线检验技术比较如下:
X射线检测技术-仪器尺寸大,不便于携带,穿透力较高,用于较厚材料(钢构件120mm),不衰减,可调节射线源强度,对人体有害,需要电源。
γ射线检测技术-仪器尺寸小,便于携带,穿透力强,用于厚壁材料(钢构件可达300mm),衰减,射线源强度不可调,对人体危害大,不需电源。
3、渗透检测技术
渗透检测技术是将渗透剂涂于清洁的被检查的部件表面上,如果表面有开放性缺陷时,渗透剂则渗透到缺陷中去,去除表面多余的渗透剂,再涂以显影剂,缺陷就显现出痕迹,采用天然光或紫外线光观察,判断缺陷的种类和大小。
(1)基本操作方法
①清洗:去除金属表面的油污、锈斑及涂料等,待干燥。
②涂以渗透剂:大约5分钟后,将表面的渗透剂用水或溶剂清除。
③显像:将显影剂喷涂在金属表面上,干燥后如有缺陷很快就显示出来。如使用荧光显影剂,则使用紫外线照射下观察缺陷。
④清除表面的显影剂:注意有些渗透剂可能含氯化物,不能用于奥氏体不锈钢。
(2)适用范围
渗透探伤适用于检测各种材料和各种形状的构件表面缺陷。其设备简单,便于携带,操作简单易学,检测的效果直观,成本低廉,用于表面开放型的缺陷。只对缺陷做出定性判断,凭经验对缺陷的深度做出粗略的估计。
4、磁粉检测技术
磁粉探伤技术的基本原理是将铁磁性材料(铁、鈷、镍)置于强磁场当中,使其磁化,如果其表面或近表面存在缺陷,就会有部分磁力线外溢形成漏磁场,对施加在其表面的磁粉产生吸附作用,磁粉缺陷部位显示出缺陷的痕迹,反映出缺陷的取向、位置和大小。
操作工艺:
①预处理,清除金属表面油污、涂料和铁锈等。
②磁化,根据构件的大小、形状及缺陷的可能类型选择磁化方法,按规程进行操作。
③施加磁粉,将磁粉或磁悬液施加在磁化的构件上。
④检查,如果使用非荧光磁粉,利用自然光观察磁粉的聚集的状态,判定缺陷的部位和大小等。使用荧光磁粉,则在暗室内利用紫外线照射检查。
⑤后处理,检查后进行退磁,清除磁粉等。
5、涡流探伤技术
涡流检测的基本原理是利用电磁感应来检测导电材料的缺陷。涡流检测探头或线圈使用交流电,其交变磁场诱发被测试的部件产生涡流电流,部件的缺陷引起涡流电流强度和分布状况的变化,并显示在阴极射线管或仪器上,根据测试涡流电流的变化来判定缺陷。
涡流探伤技术主要用于导电体(钢铁、有色金属、石墨)的表面及近表面缺陷的探伤,检查腐蚀、变形、厚度测量、材料分层等。可提供缺陷的深度尺寸。检查电站、原子能、化学工业、化肥工业等使用的锅炉、冷凝器、炉管、管道等设备的缺陷,如裂纹、腐蚀,变形等。采用涡流检测技术,检测速度快,准确性高,可进行定量检查,其厚度误差±0.05mm,还可以实现自动检测和记录,实现自动化和计算机的数据处理。但是,难于用于形状复杂的构件。