无损检测人员培训资料课件.pptx

1、无损检测人员培训资料第 1 章 绪 论 1.1 无损检测的意义1.1.1 无损检测的概念 无损检测，即指不损伤产品又能发现缺陷的检测方法或技术，亦称为无损探伤，属于非破坏性检测方法的范畴。 它与某些破坏性检测方法，如力学性能检验、化学分析试验、金相检验等具有很强的互补性。尤其适合成品检验和在役运行产品的检验。 无损检测的英文缩写为： NDT（ nondestructive testing）。1.1.2 对实际工程材料的辨证认识 材料力学对于材料的认识是基于“均匀性、连续性和小变形假设”来讨论问题的。 而实际工程材料及产品在制造过程中，往往因冶金、结构、工艺因素的复杂性及操作人员技术水平的差异，

2、即使按照同一工艺规程操作，也往往会产生各种各样的工艺缺陷。 总之，实际工程材料和构件并不那麽理想，有缺陷是绝对的，没有缺陷则是相对的。 工艺缺陷举例 铸件：可能有缩孔、疏松、冷隔、裂纹等； 焊件：可能有气孔、夹杂、未熔合、未焊 透以及焊接裂纹等； 锻件：往往有裂纹、褶皱、夹层等； 热处理件：也可能出现裂纹、偏析、组织粗大等等。1.1.3 无损检测的意义 (1) 质量、安全保证即控制产品质量，保证设 备安全运行。 生产高质量产品的需要 生产高质量的产品，往往需要从原材料、试板，到零件、部件乃至最终产品，都进行较严格的质量把关，即实行全面质量管理。而无损探伤技术恰好是必不可少的技术手段。 设备在役

3、安全运行期间跟踪监测的需要 设备运行期间也可能产生新的缺陷。如：应力腐蚀裂纹、延迟裂纹、疲劳裂纹等等。需要定期或不定期地进行质量跟踪，以保证其运行的安全性。如核反应堆中的压力容器。 （2）工艺、技术保证即改进制造技术，优化制造工艺； 在新产品研制、新工艺制定过程中，对于某些工艺参数、工艺措施的确定，有时需要进行严格的工艺评定，借助先进的无损检测技术可筛选出最佳规范，进而制定出新产品的工艺规程，最终制造出合格的产品或优质产品。 （3）效率、效益保证及时发现缺陷，降低生产成本； 在复杂产品的加工过程中往往经历： “零件制备部件组成结构总成”等较长生产周期。在重点工序适时进行合理、适度的检验，可及时

4、消除该工序产生的缺陷、防止同类缺陷的重复出现。这样做比在产品加工完成后再来消除缺陷更节省时间、材料和工时。从而降低了生产成本。而且，及时返修在操作上也较为容易。特别值得注意的是： 在商品经济时代，时间就是效益，时间就是生命！ 若由于产品质量问题成堆，工艺难度增大，因而拖延工期，最终造成合同违约，还会引起进一步的经济纠纷，甚至因产品报废，还会带来更大的经济损失。 所以，严密的组织管理， 高效的检测手段， 精干的检验队伍， 是现代工业产品质量控制的法宝。 （4）信誉、实力的见证积累技术资料，促进技术进步成功的检测数据、配套的原始底片、合格的检验报告、标准的检测试板等等，都是宝贵的技术资料。既可用于

5、技术交流，又可长期存档。依托精干的检测队伍、先进的检测设备以及严密的管理措施所建立起来的质量保证体系，不但能够提高材料的潜能、促进企业的技术进步，还能提高企业的信誉和产品的国际竞争力。特别是在出现产品质量纠纷时，上述检验资料的法律价值就会凸现出来！1.1.4 区别适度检验和过度检验 无损检测技术的两面性 事物总是一分为二的，都具有二重性。 在产品制造和在役运行过程中，及时、适度地采用无损检测技术，是优质高产的重要保证。但是，过分地采用该项技术，也会延误工期，同时无端提高生产成本。因此，应参考有关标准，合理选择检测工艺。 这就是强调经济性原则，正确处理好质量检测与降低生产成本和生产周期的关系！1

6、.2 无损检测的特点及检测依据1.2.1 无损检测的特点 无损检测技术主要用于未知工艺缺陷的检验。它是对破坏性检验的补充和完善。其特点是： 非破坏性是指在获得检测结果的同时，除了剔除不合格品外，不损失零件。因此，检测规模不受零件多少的限制，既可抽样检验，又可在必要时采用普检。因而，更具有灵活性（普检、抽检均可）和可靠性。 互容性即指检验方法的互容性，即：同一零件可同时或依次采用不同的检验方法；而且又可重复地进行同一检验。这也是非破坏性带来的好处。 动态性这是说，无损探伤方法可对使用中的零件进行检验，而且能够适时考察产品运行期的累计影响。因而，可查明结构的失效机理。 严格性是指无损检测技术的严格

7、性。首先无损检测需要专用仪器、设备；同时也需要专门训练的检验人员，按照严格的规程和标准进行操作。 检验结果的分歧性不同的检测人员对同一试件的检测结果可能有分歧。特别是在超声波检验时，同一检验项目要由两个检验人员来完成。需要“会诊”！ 概括起来,无损检测的特点是：非破坏性、互容性、动态性、严格性以及检测结果的分歧性等。 应注意扬长避短，科学利用！ 1.2.2 实施无损检验的依据 产品图样 图样是生产中使用的最基本的技术资料，也是加工、检验的依据。尤其在图样的技术要求中，往往规定了原材料、零件、产品的质量等级、具体要求以及是否需要作无损检验等等。 相关标准 生产企业往往要贯彻相关标准，如：企业标准

8、、行业标准、国家标准、国际标准等等。这些都是产品加工的指导性文件，自然也是实施无损检测的指导性文件。在具体标准中，往往详细规定了检验对象、检验方法、检验规模等等。 技术文件 产品生产工艺部门下达的各种技术文件，如工艺规程、检验卡片、产品检验报告、返修单等等。有时还要追加或改变检验要求等等。 订货合同 某些产品的特殊检验要求、质量控制的条款，有时可能较详细的强调在订货合同中，应引起特别注意。本章小结无损检测的作用：在不损伤材料或产品的条件下，发现缺陷、改进工艺、控制质量、降低成本、维持和保证设备的安全运行，为企业和产 品创建较为完备而可靠的技术档案并提供法律 依据。2. 无损检测技术的采用：应贯

9、彻适时、适度的原则，应用时，要参考相关标准！3.无损检测的特点是：非破坏性、互容性、动态性、严格性以及检测结果的分歧性等。 应注意扬长避短，科学利用！ 本章思考题： 1. 无损检测有哪些实际意义？ 2. 如何处理好适度检验问题？ 3. 无损检测的基本特点有哪些? 4. 哪些检验属于破坏性检验? 第2章 缺陷分析 本章提要：缺陷分析是无损检测的技术基础。主要解决两方面的问题： 一是弄清缺陷的分类、性质、危害性； 二是分析缺陷的产生原因，以便有效地识别缺陷、消除缺陷，提高工艺质量。本章重点讲授缺陷分类、危害性。缺陷的产生原因应结合材料成型原理课程内容深入理解与总结。 最后，对常用检测方法作简要介绍

10、。2.1 工艺缺陷的概念及分类2.1.1 工艺缺陷的概念 （1）什么是工艺缺陷？ 在材料加工成型过程中，经常会出现 某种或某些不合乎质量要求的外观缺陷、性能缺陷、组织缺陷和更为严重的内部几何不连续型缺陷（如裂纹、孔洞、夹杂等）。我们把这些“冶金因素、结构因素、工艺因素”导致的产品质量不符合相关标准要求的各类缺陷统称为工艺缺陷。 （2）工艺缺陷的辨证分析 缺陷产生的绝对性 就是说，在实际生产中，要获得没有任何缺陷的产品，在技术上是相当困难的；要使成批生产的产品都没有任何缺陷，是不经济的，甚至是不可能的。 缺陷评定标准的相对性 即“判废标准”的相对性。就是说，不同的产品或同一产品，往往因使用条件工

11、况不同，对其质量要求也不同，因而，对工艺缺陷的容限，即“判废标准”也不尽相同 。 判废标准的制定原则： 一般地说，产品质量等级越高、失效后危害性越大，对缺陷控制也越严格。因此，必须注意贯彻和参照有关标准，不能随意判废。即合于使用的原则。 工艺缺陷的修复： 轻微的缺陷，不影响使用，是可以容忍的； 严重的缺陷，不符合使用要求，则必须给予处理： 有些缺陷能够及时修复；而有些缺陷则可能无法修复，产品就得判废！ 举例说明比如：焊缝余高过大，属于焊缝形状不良，严重时可以修磨；必要时甚至可以磨平。再如：铸件的表面砂眼，可以通过焊补来修复。特别指出，考虑到焊接接头组织和性能的恶化，某些产品的焊接修复不允许超过

12、2次！所以，应该注意制定严格的修复工艺，否则就会造成经济损失！ 2.1.2 工艺缺陷的分类 工艺缺陷种类繁多，产生原因也相当复杂。为了便于分析和处理工艺缺陷、制定检验工艺、方便技术交流，有必要对其进行分类。 (1)按技术内涵大体分为： 加工、装配缺陷 如焊件坡口角度、装配间隙不均匀，错边量过大等； 形状、尺寸缺陷 如工件变形、焊缝宽窄不一致、焊缝余高过大、表面塌陷、满溢、焊瘤等等； 几何不连续型缺陷几何不连续型缺陷 如焊件中的裂如焊件中的裂纹、孔洞、夹杂、未熔合、未焊透，铸纹、孔洞、夹杂、未熔合、未焊透，铸件中的缩孔、疏松、裂纹等等；件中的缩孔、疏松、裂纹等等； 组织、性能缺陷组织、性能缺陷

13、如机械性能不良、如机械性能不良、耐腐蚀性下降、过热组织、脆性组织、耐腐蚀性下降、过热组织、脆性组织、偏析等等；偏析等等； 其它工艺缺陷其它工艺缺陷 如如飞溅飞溅、表面、表面划伤划伤、电弧擦伤电弧擦伤、凿痕凿痕、磨痕磨痕等等。等等。 （2）按）按工艺方法工艺方法（工艺责任）分为：（工艺责任）分为： 焊接缺陷焊接缺陷因实施焊接工艺而引起的因实施焊接工艺而引起的 缺陷；缺陷； 铸造缺陷铸造缺陷因实施铸造工艺而引起的因实施铸造工艺而引起的 缺陷；缺陷； 锻压缺陷锻压缺陷因实施锻造、冲压工艺而引因实施锻造、冲压工艺而引 起的缺陷；起的缺陷； 热处理缺陷热处理缺陷 （略） （3）按）按缺陷性质缺陷性质不同

14、分为：不同分为： 裂纹裂纹如冷裂纹、热裂纹、再热裂纹、如冷裂纹、热裂纹、再热裂纹、 层状撕裂、火口裂纹等；层状撕裂、火口裂纹等； 孔穴孔穴如缩孔、气孔等；如缩孔、气孔等； 固体夹杂固体夹杂如夹渣、夹钨等；如夹渣、夹钨等； 未熔合未熔合如坡口未熔合、层间未熔合；如坡口未熔合、层间未熔合； 未焊透未焊透如根部未焊透、中部未焊透；如根部未焊透、中部未焊透； 其它缺陷其它缺陷未包含在以上未包含在以上5种缺陷中的缺陷，如种缺陷中的缺陷，如咬边咬边、烧烧穿穿、焊瘤焊瘤、电弧划伤电弧划伤等。等。 （4）按）按缺陷的埋藏深度缺陷的埋藏深度分为：分为： 表面缺陷表面缺陷如表面气孔、表面裂纹、砂眼、咬边等；如表面

15、气孔、表面裂纹、砂眼、咬边等； 近表面缺陷近表面缺陷如皮下气孔、夹杂等；如皮下气孔、夹杂等； 内部缺陷内部缺陷如内部夹杂、气孔、缩孔、裂纹、未熔合、如内部夹杂、气孔、缩孔、裂纹、未熔合、未焊透等；未焊透等； (5)(5)按按缺陷的缺陷的几何特征几何特征不同分为：不同分为： 体积型体积型 如孔洞、夹杂等；如孔洞、夹杂等； 面积型面积型如裂纹、未熔合、夹层等；如裂纹、未熔合、夹层等； （6）按具体缺陷的按具体缺陷的位置特征位置特征又有不同的称谓：例如：又有不同的称谓：例如： 裂纹可分为：裂纹可分为：HAZ 裂纹、裂纹、焊缝焊缝裂纹、裂纹、火口火口裂纹、裂纹、焊趾焊趾裂纹、裂纹、焊根焊根裂纹等；裂纹

16、等； 未熔合可分为：未熔合可分为：坡口坡口未熔合、未熔合、层间层间未熔合、未熔合、根部根部未熔合。未熔合。 （7）其它分类：）其它分类： 按裂纹按裂纹走向走向不同有：不同有：横向横向裂纹、裂纹、纵向纵向裂纹、裂纹、人字人字形裂纹、形裂纹、辐射辐射形裂纹等称谓；形裂纹等称谓； 按裂纹按裂纹尺寸尺寸不同又有：不同又有：宏观裂纹宏观裂纹、微裂纹微裂纹等称谓。等称谓。 按具体缺陷按具体缺陷产生机理产生机理又有不同的分类，又有不同的分类，例如：例如：焊接接头中的焊接接头中的裂纹裂纹因其产生机理不同有：因其产生机理不同有： 热裂纹热裂纹、冷裂纹冷裂纹、再热裂纹再热裂纹、层状撕层状撕裂裂等；等； 焊件中的焊

17、件中的气孔气孔又分为：又分为： 氢氢气孔、气孔、氮氮气孔、气孔、CO气孔等等。气孔等等。22 工艺缺陷的危害及其对产品质量的影响 2.2.1 工艺缺陷的危害性（定性分析）工艺缺陷的危害性（定性分析） 应该指出，处在应该指出，处在同一位置同一位置上的上的不同不同性质的缺陷性质的缺陷、或处在、或处在不同位置不同位置的的同一同一性质性质的缺陷，其的缺陷，其危害性危害性是是不尽相同不尽相同的：的： (1)(1)对于对于同一性质同一性质的缺陷（即使数量、的缺陷（即使数量、大小相同）有：大小相同）有： 表面表面缺陷比缺陷比内部内部缺陷危害性大缺陷危害性大; 位置特征位置特征 高应力区高应力区的缺陷比的缺陷

18、比低应力区低应力区的缺陷危害性大；的缺陷危害性大； 应力特征应力特征 与主应力垂直与主应力垂直的片状缺陷比的片状缺陷比平行平行主应力时危害性大；主应力时危害性大； 走向特征走向特征 应力集中区应力集中区的缺陷比的缺陷比非应力集中区非应力集中区的缺陷危害性大；的缺陷危害性大； 缺口效应缺口效应 对疲劳强度的影响对疲劳强度的影响比比静载强度静载强度的影响大；的影响大； 载荷特征载荷特征 未发现的缺陷未发现的缺陷比比已发现的缺陷已发现的缺陷危害性大；危害性大； 掌控状态掌控状态(2)(2)不同性质的缺陷不同性质的缺陷危害性排序危害性排序（从大到小）：（从大到小）： 裂纹裂纹 未熔合，未焊透未熔合，未

19、焊透 咬边咬边 夹杂夹杂（条状）（条状） 夹杂夹杂(圆形圆形) 气孔气孔。 应该强调，任何一种缺陷达到相当严重应该强调，任何一种缺陷达到相当严重的程度都会造成危害，不仅会造成结构的程度都会造成危害，不仅会造成结构的破坏，甚至会酿成灾难性事故！的破坏，甚至会酿成灾难性事故！ 尤其对于尤其对于裂纹类裂纹类缺陷缺陷工艺上是工艺上是不能容忍不能容忍的！的！ 必须必须彻底铲除彻底铲除!2.2.2 工艺缺陷产生工艺缺陷产生危害的本质危害的本质 (1)(1)使工件的使工件的有效承载截面有效承载截面F受到受到削弱削弱，因而使实际，因而使实际平均应力增大平均应力增大。 (2)(2)缺陷造成的几何不连续，导致局部

20、应力集中！缺陷造成的几何不连续，导致局部应力集中！ 引起引起缺口尖端缺口尖端的局部的局部三向拉应力三向拉应力，使材料性能，使材料性能变变脆脆，即产生，即产生缺口效应缺口效应； 可能引起裂纹可能引起裂纹失稳扩展失稳扩展，造成低应力破坏（，造成低应力破坏（脆脆断断）；）； 结构的结构的应力集中点应力集中点又容易又容易引发疲劳裂纹引发疲劳裂纹；成为；成为疲疲劳裂纹源劳裂纹源! 应力集中区也容易应力集中区也容易加剧加剧引起引起应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂。 总之，材料强度越高、加工精度越高、对应力集中越敏感，总之，材料强度越高、加工精度越高、对应力集中越敏感，工艺缺陷造成的危害越大。工艺缺陷造成的危害越大

21、。2.2.3 工艺缺陷的产生原因工艺缺陷的产生原因 这个问题十分复杂，需要具体问题具体分析。从总体上说，这个问题十分复杂，需要具体问题具体分析。从总体上说，主要来自：主要来自： 冶金因素冶金因素如化学成分、碳当量、杂质含量、冷却速度如化学成分、碳当量、杂质含量、冷却速度等等；等等； 结构（力学）因素结构（力学）因素如壁厚、应力集中、截面突变、拘如壁厚、应力集中、截面突变、拘束应力等等；束应力等等； 工艺因素工艺因素预热条件、烘干温度、清理、环境湿度、规预热条件、烘干温度、清理、环境湿度、规范参数等等；范参数等等； 对于每种对于每种具体缺陷的产生原因具体缺陷的产生原因，还要结，还要结材料成型原理

22、材料成型原理课程的学习来课程的学习来深入理解深入理解。 譬如譬如: 焊接焊接冷裂纹冷裂纹的产生原因的产生原因 ( 三要素三要素): 接头中的淬硬组织接头中的淬硬组织 M; 接头中的较高拘束应力接头中的较高拘束应力R; 扩散氢含量的影响。扩散氢含量的影响。 三因素三因素相互促进相互促进，加剧焊缝在，加剧焊缝在焊根焊根或或熔合线处熔合线处的开裂倾向。的开裂倾向。2.3 无损检测方法 的种类及其适用性 2.3.1 常用的无损探伤方法及探伤原常用的无损探伤方法及探伤原理理 材料或工件未知工艺缺陷的检测中常用的无损探材料或工件未知工艺缺陷的检测中常用的无损探伤方法有：伤方法有： (1)(1)射线探伤射线

23、探伤（RT） 是利用射线的是利用射线的穿透性穿透性和和衰衰减性减性来发现缺陷，即来发现缺陷，即射线能够穿透物质射线能够穿透物质并且在物并且在物质中质中有衰减有衰减的物理特性来发现缺陷的。的物理特性来发现缺陷的。 该法是工业生产中该法是工业生产中最常用最常用的的NDT方法方法!2.3.1 常用的无损探伤方法及探伤原理(2)(2)超声波探伤超声波探伤（UT） 是利用超声波在物质中是利用超声波在物质中传播传播、反反射射和和衰减衰减等物理性质来发现缺陷的。等物理性质来发现缺陷的。 该法与射线探伤法形成优势互补该法与射线探伤法形成优势互补. (3)(3)磁力探伤磁力探伤（MT） 是通过对铁磁材料进行磁化

24、所产生是通过对铁磁材料进行磁化所产生的的漏磁场漏磁场来发来发 现其现其表面表面及及近表面近表面缺陷的。缺陷的。 在在黑色金属黑色金属的的表面检测表面检测中应用广泛中应用广泛.2.3.1 常用的无损探伤方法及探伤原理常用的无损探伤方法及探伤原理 (4)渗透探伤渗透探伤（PT） 是利用是利用荧光染料荧光染料或或红色染料红色染料渗透渗透剂的渗透作用显现工件剂的渗透作用显现工件表面开口型表面开口型缺陷痕迹的。缺陷痕迹的。 注意注意:不能用于不能用于多孔型多孔型材料材料! (5)涡流探伤涡流探伤(ET) 是利用是利用涡流的集肤效应涡流的集肤效应及其在及其在缺陷处缺陷处的的畸变行为畸变行为来发现和检测缺陷

25、的。来发现和检测缺陷的。 此外，还有此外，还有液晶探伤液晶探伤、中子探伤中子探伤、全息探伤全息探伤、声发射探伤声发射探伤等等。等等。检测方法简介的说明检测方法简介的说明有关各种检测方法的有关各种检测方法的技术内涵技术内涵和和要点要点将在今后各章的讲授中，深入理解。将在今后各章的讲授中，深入理解。总之，每种方法既总之，每种方法既有它的优势有它的优势，也有，也有它的它的局限性局限性。这一点就像。这一点就像没有包治百没有包治百病的良药病的良药一样！一样！应用是应根据应用是应根据检测工艺需要检测工艺需要,认真进行认真进行选择选择!2.3.2五种常用无损探伤法的适用性五种常用无损探伤法的适用性 射线探伤

26、射线探伤：适用于适用于材料内部材料内部体积型缺陷体积型缺陷：孔洞、夹杂、未：孔洞、夹杂、未焊透等；焊透等；对于面积缺陷对于面积缺陷（如裂纹等）（如裂纹等）有选择性有选择性：即缺陷：即缺陷平面与射线透照方向平行或接近平行时非常适用；而平面与射线透照方向平行或接近平行时非常适用；而当当缺陷平面缺陷平面与与射线透照方向射线透照方向垂直时垂直时极不敏感极不敏感！易出现！易出现漏检漏检! 超声波探伤超声波探伤：适用于适用于大多数缺陷大多数缺陷的检测，但检出容易，的检测，但检出容易，定定量难量难。不易发现细小裂纹。另外，由于检测系统。不易发现细小裂纹。另外，由于检测系统存在盲存在盲区区，故，故不适合不适合

27、薄板薄板的检测。的检测。2.3.2五种常用无损探伤法的适用性五种常用无损探伤法的适用性 磁力探伤磁力探伤：适合铁磁性材料适合铁磁性材料的的表面表面缺陷及缺陷及近表面近表面缺陷的缺陷的探伤；探伤；不适用不适用于非铁磁性材料，如于非铁磁性材料，如铜铜、铝铝、奥氏体钢等等；、奥氏体钢等等； (4)(4) 渗透探伤渗透探伤：适用适用于各种材料于各种材料表面的表面的开口型开口型缺陷缺陷的检测的检测（如裂纹、针孔等）；但（如裂纹、针孔等）；但不适用不适用多孔型材料多孔型材料； (5)(5) 涡流探伤涡流探伤：适用于各种导电材料的：适用于各种导电材料的表面表面及及近表面近表面缺陷的缺陷的探测。探测。不适于不

28、适于非导电材料非导电材料的缺陷检测。的缺陷检测。本章小结本章小结 本章从不同角度对本章从不同角度对缺陷分类缺陷分类，以便加强理解和记忆。对于，以便加强理解和记忆。对于缺陷的认识还没有完结缺陷的认识还没有完结，仍须通过其它课程的学习加以深，仍须通过其它课程的学习加以深化。在具体检测方法中，化。在具体检测方法中，如何显现缺陷的形态如何显现缺陷的形态，更要结合，更要结合试验深入掌握。试验深入掌握。 最后，对最后，对常用的无损检测方法常用的无损检测方法的的适用性适用性作出作出简要的总结简要的总结。后续课程将会深入理解这一点。后续课程将会深入理解这一点。本章思考题本章思考题1.工艺缺陷是如何分类的？工艺

29、缺陷是如何分类的？2.工艺缺陷产生危害的本质是什麽？工艺缺陷产生危害的本质是什麽？3.不同性质的工艺缺陷的危害性是否相同？试说不同性质的工艺缺陷的危害性是否相同？试说明之。明之。4.同一种缺陷在不同条件下同一种缺陷在不同条件下,危害性是否相同？试危害性是否相同？试说明之。说明之。5.常用的无损检测方法的适用性如何常用的无损检测方法的适用性如何?6.什么是咬边、未熔合、未焊透、夹杂？什么是咬边、未熔合、未焊透、夹杂？第第 2 章章 射线检测射线检测 本章重点内容：本章重点内容：（1）射线的产生及性质射线的产生及性质 更好地利用它；更好地利用它；（2）射线检测的）射线检测的基本原理基本原理 更好地

30、理解更好地理解各种缺陷各种缺陷的的显像状况显像状况；（3）重点掌握重点掌握射线射线照相法检测技术照相法检测技术 学以致用；学以致用；（4）了解）了解射线的防护射线的防护知识知识 保护环境和保护环境和注意人身安全注意人身安全。本章概要本章概要射线检测射线检测的英文缩写的英文缩写 RT ( ray testing)基本原理基本原理利用射线能利用射线能穿透物质穿透物质且在不同物质中的且在不同物质中的衰衰减情况有差异减情况有差异的特性来发现构件中的缺陷；的特性来发现构件中的缺陷；依据显示缺陷的方法不同，分为以下几种依据显示缺陷的方法不同，分为以下几种具体的方法具体的方法： 电离法电离法 荧光屏观察法荧

31、光屏观察法工业电视法工业电视法 照相法照相法 计算机断层扫描法计算机断层扫描法CT本章概要本章概要根据根据射线源不同射线源不同，又分为：，又分为： X射线射线检测；检测； 射线射线检测；检测； 高能射线高能射线检测。检测。本章将以本章将以X射线照相法射线照相法检测技术为检测技术为核心核心， 讲授射线检讲授射线检测技术。测技术。 射线检测射线检测又称又称射线探伤射线探伤。 这部分内容也是这部分内容也是课程的重点课程的重点。 2.1 射线检测的物理基础射线检测的物理基础 2.1.1 射线的本质射线的本质 射线本身就是一种射线本身就是一种波长很短波长很短的的电磁波电磁波。 X,射线射线统称为统称为光

32、子光子。 根据波谱图可查得根据波谱图可查得: X射线的波长为射线的波长为: 0.0010.1nm; 射线的波长为射线的波长为: 0.00030.1nm. 射线比射线比X射线的波长还短，射线的波长还短， 因此，其因此，其穿透能力更强穿透能力更强!电磁波普图 2.1.2 射线的性质射线的性质 (1)(1)不可见，直线传播不可见，直线传播具有具有隐蔽性隐蔽性和和指向性指向性； (2)(2)不带电，因而不受电磁场影响不带电，因而不受电磁场影响电中性电中性； (3)(3)能穿透物质能穿透物质,但有衰减但有衰减具有具有穿透性穿透性和和衰减性衰减性； (4)(4)能与某些物质能与某些物质产生光化作用产生光化

33、作用，使荧光物质发光；可使胶片感，使荧光物质发光；可使胶片感光光可成像可成像； (5)(5)能能使某些气体电离使某些气体电离即产生即产生电离辐射电离辐射； (6)(6)与光波一样与光波一样，有反射、折射、干涉现象有反射、折射、干涉现象； (7)(7)能产生能产生生物效应生物效应，伤害和，伤害和杀死生物细胞杀死生物细胞 对人体有害对人体有害。 2.1.3 射线的产生射线的产生 射线的性质，射线的性质，有利有利、有弊有弊，应该科学地加以，应该科学地加以利利用用和和防范防范！射线学就是研究如何利用与防范射线！射线学就是研究如何利用与防范射线的科学。下面介绍的科学。下面介绍产生产生x射线射线的主要设备

34、的主要设备: (1(1）x光管光管基本组成基本组成： 阴极部件阴极部件：灯丝（钨丝）：灯丝（钨丝）发射电子发射电子； 阴极罩阴极罩聚焦电子聚焦电子。 阳极部件阳极部件：阳极靶：阳极靶接收电子接收电子； 冷却介质冷却介质散热散热作用。作用。 真空管真空管玻璃玻璃或或金属陶瓷金属陶瓷制作的制作的真空外罩真空外罩。(2)X射线管及其工作原理u15500kv 高压电源高压电源 高压电缆高压电缆阳极靶阳极靶电子流电子流玻壳管玻壳管阴极罩阴极罩灯丝灯丝X射线射线 (3)(3) X射线的产生过程表述射线的产生过程表述首先，对首先，对灯丝灯丝通电通电预热预热, ,产生产生电子热发射电子热发射, ,形成形成电子

35、云电子云；（大约；（大约2020分钟左右）分钟左右）然后，对阴极和阳极施加高压电（几百然后，对阴极和阳极施加高压电（几百kvkv），）， 形成形成高压电场高压电场，加速电子加速电子，并使，并使其其定向运动定向运动；被加速的被加速的电子最终撞击到阳极靶上电子最终撞击到阳极靶上，将，将其高速运动的其高速运动的动能动能转化为转化为热能热能和和X射线射线。(4)(4)几点说明几点说明 高速运动电子的能量，高速运动电子的能量，绝大多数转换为热能绝大多数转换为热能，转化为，转化为X射射线的能量比率线的能量比率仅占仅占1左右；因此阳极靶左右；因此阳极靶必须散热和冷却必须散热和冷却；这个问题应该由这个问题应该

36、由X射线管的设计人员解决。射线管的设计人员解决。 产生产生X射线的强度射线的强度与与管电流管电流成正比，与成正比，与管电压管电压的的平方平方成正成正比，与比，与阳极靶材料阳极靶材料的的原子序数成正比原子序数成正比。因此，恰当选择。因此，恰当选择管电流、管电压和阳极靶材料至关重要。管电流、管电压和阳极靶材料至关重要。 换言之，换言之，X射线的强度射线的强度可由可由管电流管电流和和管电压管电压灵活调节灵活调节！ 常用的常用的阳极靶阳极靶材料为材料为钨钨。它具有。它具有高原子序数高原子序数和和高熔点高熔点。 X射线的强度的分布规律：射线的强度的分布规律： 在在垂直电子束的方向垂直电子束的方向上上最强

37、最强；在平行电子束的方向上最；在平行电子束的方向上最弱。这就是说，弱。这就是说，X射线的强度在空间的分布是射线的强度在空间的分布是不均匀的不均匀的，而且具有一定的而且具有一定的扩散角扩散角，并，并不是不是平行光平行光！ 了解这一点，对应用也很重要（后面在了解这一点，对应用也很重要（后面在象质计象质计的的布置布置时时将提到）。将提到）。2.1.4 射线的产生射线的产生 射线射线是由是由放射性同位素放射性同位素的原子核的原子核衰变衰变过程过程伴随伴随产生的产生的。常用于射线探伤的放射性同位素主要有：常用于射线探伤的放射性同位素主要有： 钴钴60、铱铱192、铯铯137/134等。等。射线的特点：射

38、线的特点： 强度高于强度高于X射线，射线，穿透力强穿透力强，适合，适合厚板透视厚板透视； 强度强度无法直接调节无法直接调节，射线长期存在，射线长期存在，防护更要防护更要注意！注意！ 可实现可实现周向辐射周向辐射，透视，透视效率高效率高。2.1.5 射线的半衰期射线的半衰期 同位素同位素 半衰期半衰期射线能量射线能量 应用条件应用条件钴60 5.3年 高 300 mm 以下 钢制件铱192 753天 较弱 60mm 以下 钢制件铯137 332年 较弱 60mm 以下 钢制件2.2 射线检测的基本原理射线检测的基本原理2.2.1 射线与物质的射线与物质的相互作用相互作用 光电效应 射线与物质的相

39、互作用射线与物质的相互作用 光电效应光电效应光电效应光电效应 在普朗克概念中每束射线都具有能量为E=hv的光子。光子运动时保持着它的全部动能。 光子能够撞击物质中原子轨道上的电子，若撞击时光子释放出全部能量，并将原子电离， 则称为光电效应。 光子的一部分能量把电子从原子中逐出去，剩余的能量则作为电子的动能被带走，于是该电子可能又在物质中引起新的电离。 当光子的能量低于1 MeV时， 光电效应是极为重要的过程。另外，光电效应更容易在原子序数高的物质中产生，如在铅(Z82)中产生光电效应的程度比在铜(Z=29)中大得多。 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用 光电效应光电效应康普顿效应 射线与

40、物质的相互作用射线与物质的相互作用 康普顿效应康普顿效应康普顿效应康普顿效应：在康普顿效应中，一个光子撞击一个电子时只释放出它的一部分能量，结果光子的能量减弱并在和射线初始方向成角的方向上散射，而电子则在和初始方向成角的方向上散射。这一过程同样服从能量守恒定律， 即电子所具有的动能为入射光子和散射光子的能量之差， 最后电子在物质中因电离原子而损失其能量。 在绝大多数的轻金属中，射线的能量大约在0.23 MeV范围时，康普顿效应是极为重要的效应。 康普顿效应随着射线能量的增加而减小，其大小也取决于物质中原子的电子数。在中等原子序数的物质中，射线的衰减主要是由康普顿效应引起， 在射线防护时主要侧重

41、于康普顿效应。 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用 康普顿效应康普顿效应电子对效应X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用 电子对效应电子对效应电子对效应电子对效应 一个具有足够能量的光子释放出它的全部动能而形成具有同样能量的一个电子和一个正电子，这样的过程称为电子对的产生。 产生电子对所需的最小能量为0.51 MeV，所以光子能量hv必须大于等于1.02 MeV。 X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用 电子对效应电子对效应 光子的能量一部分用于产生电子对，一部分传递给电子和正电子作为动能，另一部分能量传给原子核。在物质中电子和正电子都是通过原子的电离而损失动能，在消失过程中正电

42、子和物质中的电子相作用成为能量各为0.51 MeV的两个光子，它们在物质中又可以通过光电效应和康普顿效应进一步相互作用。 由于产生电子对的能量条件要求不小于1.02 MeV， 所以电子对的产生只有在高能射线中才是重要的过程。 该过程正比于吸收体的原子序数的平方，所以高原子序数的物质电子对的产生也是重要的过程。 汤姆逊效应 X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用 汤姆逊效应汤姆逊效应（4） 汤姆逊效应。 射线与物质中带电粒子相互作用，产生与入射波长相同的散射线的现象叫做汤姆逊效应。这种散射线可以产生干涉， 能量衰减十分微小。 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用 汤姆逊效应汤姆逊效应2.

43、2.2 射线在物质中的射线在物质中的衰减定律和衰减曲线衰减定律和衰减曲线射线的衰减是由于射线光子与物体相互作用产生光电效应、 康普顿效应、汤姆逊效应或电子对的产生，使射线被吸收和散射而引起的。由此可知，物质愈厚，则射线穿透时的衰减程度也愈大。射线衰减的程度不仅与透过物质的厚度有关，而且还与射线的性质(波长)、物体的性质(密度和原子序数)有关。一般来讲，射线的波长愈小，衰减愈小；物质的密度及原子序数愈大， 衰减也愈大。但它们之间的关系并不是简单的直线关系， 而是成指数关系的衰减。 2.2 射线检测的基本原理射线检测的基本原理射线的衰减曲线射线在物质中的射线在物质中的衰减曲线衰减曲线2.2 射线检

44、测的基本原理射线检测的基本原理2.2.2 射线在物质中的射线在物质中的衰减定律衰减定律 射线在穿透物质的同时也会发生衰减现象。其发射线在穿透物质的同时也会发生衰减现象。其发生衰减的根本原因有两点：生衰减的根本原因有两点： 散射散射和和吸收吸收。 其衰减规律成负指数规律：其衰减规律成负指数规律： I= I0 e （2-1） 式中，式中， I0射线的初始强度；射线的初始强度； I射线的透射强度；射线的透射强度； 工件的厚度；工件的厚度； 线衰减系数。线衰减系数。线衰减系数线衰减系数 线衰减系数线衰减系数入射光子在物质中入射光子在物质中穿行单位距穿行单位距 离离时，与物质时，与物质发生相互作用发生相

45、互作用的的几率。几率。 不同材料不同材料具有具有不同的衰减系数不同的衰减系数。 一般规律是：一般规律是： f (,z ) ，且与三者，且与三者成正比成正比。 其中其中: 射线的波长；射线的波长； 材料密度；材料密度； z 原子序数；原子序数；2.2.2 射线检测的基本原理射线检测的基本原理 射线检测主要是利用它的射线检测主要是利用它的指向性指向性、穿透性穿透性、衰衰减性减性等几个基本性质。具体分析（参考下图）：等几个基本性质。具体分析（参考下图）： （1）无缺陷区无缺陷区的射线透射强度：的射线透射强度： I=I0e 衰减定律衰减定律ABXI0Ix x=A+X+B=A+X+BX 缺陷厚度；缺陷厚

46、度；A 缺陷上部厚度；缺陷上部厚度；B 缺陷下部厚度；缺陷下部厚度；I x（2）有缺陷区有缺陷区的射线透射强度：的射线透射强度： Ix = I0eA eX eB = I0eAeB e X eX e X = I0e e （)X = I e （)X (2-2) 显然有：显然有： Ix / I = e （)X (2-3) 讨论与结论讨论与结论 当当I；比如，钢中的气孔、夹渣就属；比如，钢中的气孔、夹渣就属于这种；于这种； 当当 时，时，Ix CS CR 同一介质中，声速、波长、频率之间的关系为：同一介质中，声速、波长、频率之间的关系为： C = f = 常数常数。 按超声波振动持续时间分为：按超声波

47、振动持续时间分为： (1)连续波连续波在有效作用时间内声波不间在有效作用时间内声波不间 断地发射；断地发射； (2)脉冲波脉冲波在有效作用时间内声波以脉在有效作用时间内声波以脉 冲方式间歇地发射。冲方式间歇地发射。 注意注意: 超声波检测过程常采用超声波检测过程常采用脉冲波脉冲波。 超声波的波形-波阵面的形状： 超声波由声源向周围传播的过程可用波阵面进行描述。 如图3-6所示，在无限大且各向同性的介质中，振动向各方向传播， 用波线表示传播的用波线表示传播的方向方向；将同一时刻介质中振动相位相同的所有质将同一时刻介质中振动相位相同的所有质点所连成的面称为波阵面点所连成的面称为波阵面；某一时刻振动

48、传播到某一时刻振动传播到达距声源最远的各点所连成的面称为波前达距声源最远的各点所连成的面称为波前。在各向同性介质中波线垂直于波阵面。在任何时刻，波前总是距声源最远的一个波阵面。 波前只有一个，而波阵面可以有任意多个。图3-6 波线、 波前与波阵面(a) 平面波； (b) 柱面波； (c) 球面波 3.1.4 超声波的基本性质超声波的基本性质 (1)具有良好的指向性：具有良好的指向性： 直线传播直线传播，符合几何光学定律；象光波一样，方向性好；，符合几何光学定律；象光波一样，方向性好； 束射性束射性，象手电筒的光束一样，能集中在超声场内定向，象手电筒的光束一样，能集中在超声场内定向辐射。辐射。

49、声束的扩散角满足如下关系：声束的扩散角满足如下关系： = arcsin 1.22(/D) (3-1) 可见，可见， 波长越短波长越短，扩散角扩散角越小越小， 声能越集中声能越集中。 圆盘声源非扩散区示意图 圆盘声源轴线上的声压分布 波源附近由于波的干涉而出现一系列声压极大极小的区域，称为超声场的近场区，由于波源各点至轴线上某点的距离不同，存在波程差，互相叠加时存在相位差而互相干涉，出现声压极大极小值的点。波源轴线上最后一个声压极大值至波源的距离称为近场区长度。 (2)具有较强的具有较强的穿透性穿透性，但有，但有衰减衰减； 穿透性穿透性来自于它的高能量，因为声强正比于来自于它的高能量，因为声强正

50、比于频率的平方；所以，超声波的能量比普通声波大频率的平方；所以，超声波的能量比普通声波大100万倍！可穿透金属达数米！万倍！可穿透金属达数米！ 衰减性衰减性源于三个方面：源于三个方面：扩散扩散、散射散射和和吸收吸收； （3 3）只能在弹性介质中传播只能在弹性介质中传播，不能在真空不能在真空（空（空 气近似看成真空）中传播；气近似看成真空）中传播； 强调强调：横波不能在气体、液体中传播横波不能在气体、液体中传播！ 表面波表面波看作是纵波与横波的合成，看作是纵波与横波的合成， 所以，也不能在气体、液体中传播！所以，也不能在气体、液体中传播！ （4）遇到界面将产生）遇到界面将产生反射反射、折射折射