1、焊接无损检测哈工大哈工大( (威海威海) )焊接教研室焊接教研室贺文雄贺文雄检测方法检测方法n常规检测方法：射线、超声、涡流、常规检测方法：射线、超声、涡流、磁力、渗透磁力、渗透n 表面方法（渗透、磁粉、涡流，以检表面方法（渗透、磁粉、涡流，以检验工件表面以及近表面缺陷。验工件表面以及近表面缺陷。 ）n 内部方法（射线、超声，以发现工件内部方法（射线、超声，以发现工件内部的缺陷。内部的缺陷。 ）射 线 检 测 n定义定义：射线检测是利用射线射线检测是利用射线可穿透物质可穿透物质和在物质中有和在物质中有衰减衰减的特性来发现缺陷的的特性来发现缺陷的一种探伤方法。一种探伤方法。n分类分类nX射线波长
2、射线波长0.0011nmn 射线波长射线波长0.00030.1nmn高能射线高能射线定义与分类定义与分类 射线的获得及基本性质射线的获得及基本性质 nX射线的产生射线的产生 阴极加热阴极加热 电子发射电子发射 电场加速电场加速 撞击阳极靶撞击阳极靶 X射线射线X射线的性质射线的性质n不可见不可见n不带电不带电n可穿透不透明的物质可穿透不透明的物质n能使底片感光能使底片感光n有反射、折射、干涉有反射、折射、干涉现象现象n使某些物质产生光电使某些物质产生光电效应效应n生物效应生物效应 射线的获得及性质射线的获得及性质 射线射线n 射线的产生射线的产生n放射性同位素的原子核衰变放射性同位素的原子核衰
3、变n半衰期半衰期 T=0.693/ （年）（年） 衰变常数衰变常数n例：例：Co60， = 0.131/年年 T = 5.3 年年n 射线的性质与特点射线的性质与特点n与与X射线相似射线相似n波长比波长比X射线短射线短n穿透力：穿透力：Co60 - 铜铜 250mm；铝；铝 350mm；钢；钢 300mm 射线的获得及性质射线的获得及性质高能高能x射线射线n定义：能量定义：能量100万电子伏特的万电子伏特的X射线射线n产生：电子回旋加速器等产生：电子回旋加速器等n性质：焦点小性质：焦点小n特点特点n穿透力大（能量大，吸收）穿透力大（能量大，吸收）n5060%变成热能，转换效率高变成热能，转换效
4、率高n散热问题小散热问题小 射线的获得及性质射线的获得及性质射线照相用设备射线照相用设备 nX射线探伤机组成射线探伤机组成 射线检测设备射线检测设备控制器调压器继电器电压表电流表计时器保护装置控制按钮X射线柜X射线管灯丝变压器冷却装置温度保护电源输出电压电缆X射线检测设备射线检测设备射线检测设备射线检测设备 射线探伤机射线探伤机射线检测设备射线检测设备射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线探伤原理及方法射线探伤原理及方法光电效应康普顿效应电子对效应Z入射光子能量h0衰减定律衰减定律 Jd=J0e -d （单色平行射线）（单色平行射线） d:物质厚度；物质厚度； ：衰减系数：衰减系数 K3
5、Z3 = + K：系数，决定于比重：系数，决定于比重 ：波长：波长Z：原子序数：原子序数 ：吸收系数：吸收系数 ：散射系数：散射系数软射线（波长较长）要比硬射线（波长较短）易被材料吸收软射线（波长较长）要比硬射线（波长较短）易被材料吸收 射线探伤原理及方法射线探伤原理及方法射线照相法探伤原理射线照相法探伤原理n原理原理n衰减规律衰减规律n光化作用光化作用n内部信息获取内部信息获取n强度不同的射线场强度不同的射线场n探测并记录这个场信探测并记录这个场信息息 n胶片n纪录载体n暗盒n防止曝光n增感屏n增感系数（曝光量的比值）：K=无/有 n荧光增感屏：产生荧光，增感系数大，n金属增感屏：二次电子和
6、金属标识射线；增感系数小，晶粒细小射线检测设备射线检测设备射线照相法探伤原理射线照相法探伤原理象质计象质计 几何不清晰度影响几何不清晰度影响射线照相法探伤工艺射线照相法探伤工艺 n透照规范包括：透照布置、透照规范包括：透照布置、透照基本参数透照基本参数、透、透照辅助措施和透照设备与器材照辅助措施和透照设备与器材 n管电压管电压n材料的吸收系数（穿透厚度）材料的吸收系数（穿透厚度）n照相灵敏度照相灵敏度n选择原则选择原则n焦距焦距n几何不清晰度的要求几何不清晰度的要求 n适当的射线强度，均匀的透照范围适当的射线强度，均匀的透照范围 n曝光量曝光量 n透照时间透照时间 管电流管电流 (mAmin)
7、 曝光曲线曝光曲线 n实验确定的有关透照实验确定的有关透照规范数据的一组曲线规范数据的一组曲线 n应用说明：根据板厚应用说明：根据板厚由曝光曲线确定管电由曝光曲线确定管电压、曝光量压、曝光量 焊缝的射线检测焊缝的射线检测 n应熟悉焊接工艺，了解应熟悉焊接工艺，了解可能出现的缺陷类型和可能出现的缺陷类型和部位部位n选择合理的透照方位，选择合理的透照方位，以得到最大的缺陷检出以得到最大的缺陷检出率率n管子透照问题，单壁单管子透照问题，单壁单投影，双壁双投影，双投影，双壁双投影，双壁双投影壁双投影n圆周透照的重叠问题圆周透照的重叠问题 射线照相底片射线照相底片射线探伤的缺陷识别射线探伤的缺陷识别 n
8、焊缝缺陷焊缝缺陷 n裂纹在底片上呈直线且略成波纹状，二头尖细，裂纹在底片上呈直线且略成波纹状，二头尖细，中间稍宽。（纵向、横向裂纹）中间稍宽。（纵向、横向裂纹） n未焊透焊缝影响中心呈现一条黑度较大的细长未焊透焊缝影响中心呈现一条黑度较大的细长直线。直线。n气孔在底片上多呈现为圆形或椭圆形的黑点，气孔在底片上多呈现为圆形或椭圆形的黑点，其中心黑度较大，边界黑度较小。（分散气孔、其中心黑度较大，边界黑度较小。（分散气孔、密集气孔、单个气孔等）密集气孔、单个气孔等）n夹渣焊缝内部的非金属残留物，在底片上是一夹渣焊缝内部的非金属残留物，在底片上是一些黑度不均匀，形状不规则的点状、条状或块状些黑度不均
9、匀，形状不规则的点状、条状或块状黑影。黑影。n夹钨钨的密度比铁大，呈白点夹钨钨的密度比铁大，呈白点 典型缺陷图片典型缺陷图片未焊透未焊透未熔合未熔合气孔和夹渣气孔和夹渣夹钨夹钨典型缺陷图片典型缺陷图片射线检测应用射线检测应用射线检测应用射线检测应用射线检测应用射线检测应用射线检测应用射线检测应用实时成像检测方法实时成像检测方法n快速检测n动态检测n数字图像（A/D转换）n计算机管理n图像处理典型系统典型系统实时成像系统实时成像系统环焊缝实时成像检测环焊缝实时成像检测实时成像控制系统实时成像控制系统C T检测方法检测方法nComputer Tomographyn真正的二维图像n可实现三维检测n射
10、线源nX射线、射线n探测器n机械装置（步进、旋转）n计算机重建CT检测原理检测原理C T应用应用C T应用应用超 声 检 测定义及特点定义及特点n定义定义n物体中的传播、反射和衰减物体中的传播、反射和衰减n最重要的检验技术之一最重要的检验技术之一n优点：灵敏度高、设备轻巧、操作方便、检测速优点：灵敏度高、设备轻巧、操作方便、检测速度快、成本低、无害、易于实现自动化度快、成本低、无害、易于实现自动化n缺点：缺陷定性、定量困难，一般无检测记录，缺点：缺陷定性、定量困难，一般无检测记录，受人的影响因素较大。受人的影响因素较大。n发展：超声成像、自动检测技术，计算机信号处发展：超声成像、自动检测技术，
11、计算机信号处理与分析识别技术理与分析识别技术基本概念基本概念n机械波（水波、声波、超声波）机械波（水波、声波、超声波）n次声波次声波 20KHzn无损检测无损检测 15MHz超声波的产生与接收超声波的产生与接收n超声波的产生超声波的产生n压电效应压电效应n正压电效应正压电效应 n逆压电效应逆压电效应 超声检测基础超声检测基础超声波探头的组成超声波探头的组成n晶片：钛酸钡、钛酸晶片：钛酸钡、钛酸铅等铅等n吸收块：吸收杂波，吸收块：吸收杂波，阻尼停振作用阻尼停振作用n电感：提高发射效率电感：提高发射效率n保护膜：软膜、硬模保护膜：软膜、硬模超声检测基础超声检测基础超声波检测的基础超声波检测的基础n
12、超声波的发射与接收高频电压探头耦合超声发射异质界面反射回波探头信号超声检测基础超声检测基础超声波的波型超声波的波型n纵波纵波Ln定义定义波的传播方向与质点振动方向相一致的振动波波的传播方向与质点振动方向相一致的振动波n在固体、液体和气体中传播在固体、液体和气体中传播n产生和接收比较容易产生和接收比较容易 超声检测基础超声检测基础超声波的波型超声波的波型n横波横波Sn定义：质点的振动方向垂直于波的传播方向定义：质点的振动方向垂直于波的传播方向的振动波的振动波n只能在固体中传播只能在固体中传播n靠波型转换才能得到横波靠波型转换才能得到横波 超声检测基础超声检测基础超声波的声场特性超声波的声场特性n
13、半扩散角半扩散角 ： arcsin1.22 /D n近场区长度近场区长度N：N=D2/4 n未扩散区未扩散区b：b 1.64N 超声检测基础超声检测基础超声波的声场特性超声波的声场特性超声检测基础超声检测基础D/=6D/=6.7超声波的声场特性超声波的声场特性超声检测基础超声检测基础超声波的声场特性超声波的声场特性超声检测基础超声检测基础超声波的声场特性超声波的声场特性超声检测基础超声检测基础超声波的特点超声波的特点 n具有良好的指向性具有良好的指向性n直线性直线性n直线传播（类似于光波）符合光学定律直线传播（类似于光波）符合光学定律n声速为常数（固定介质）声速为常数（固定介质）n由传播时间可
14、求得传播距离由传播时间可求得传播距离 t n束射性（定向辐射）束射性（定向辐射）n能在弹性介质中传播能在弹性介质中传播 n真空真空n空气可视为真空空气可视为真空 超声检测基础超声检测基础IIIssnCL1=CL1n = L1n入射角反射角 （同介质中）nCL2 CL1n Ln又CS2 CL2nS 纵波斜入射纵波斜入射(波形转换）超声检测基础超声检测基础超声波的绕射超声波的绕射n超声波的绕射 n定义：波在传播过程中遇到障碍物时，能定义：波在传播过程中遇到障碍物时，能绕过障碍物的边缘继续前进的现象，称为绕过障碍物的边缘继续前进的现象，称为波的绕射。波的绕射。（波的重要特征之一）（波的重要特征之一）
15、n绕射现象：其本领取决于障碍物的尺寸绕射现象：其本领取决于障碍物的尺寸Df和波长和波长 的相对大小。的相对大小。Df 只反射，无绕射Df 既反射有绕射 超声检测基础超声检测基础超声波的衰减超声波的衰减n超声波的衰减超声波的衰减n超声波在通过介质后，其超声波在通过介质后，其强度发生减弱，这种现象强度发生减弱，这种现象称为。称为。 n原因原因n晶界反射：折射、反射、晶界反射：折射、反射、波型转换波型转换n吸收：声源激发产生的晶吸收：声源激发产生的晶粒间的摩擦，吸收能量粒间的摩擦，吸收能量n扩散：传播张角使得单位扩散：传播张角使得单位面积能量减弱面积能量减弱 超声检测基础超声检测基础超声波的衰减规律
16、超声波的衰减规律n衰减公式：J = Joe-2snJo-入射强度ns 距离n衰减系数n的影响因素：nfn晶粒度（不锈钢的探伤问题） 超声检测基础超声检测基础超声波检测原理超声波检测原理 n发射超声波发射超声波n传播传播n异质界面异质界面n回波回波n接收接收n放大显示放大显示n始波、伤波、始波、伤波、底波底波超声检测原理与设备超声检测原理与设备几种扫描方式几种扫描方式 nA扫描扫描 （点）（点）nB扫描扫描 （线）（线）nC扫描扫描 （面）（面）超声检测原理与设备超声检测原理与设备典型设备典型设备超声检测原理与设备超声检测原理与设备 超声波探头超声波探头 n直探头结构与参数直探头结构与参数 n发
17、射，接收纵波发射，接收纵波n晶片直径，探头频率晶片直径，探头频率 超声检测原理与设备超声检测原理与设备超声波探头超声波探头n斜探头结构与参数斜探头结构与参数n发射接收横波发射接收横波n晶片直径，探头频率，晶片直径，探头频率，折射角（斜率）折射角（斜率）超声检测原理与设备超声检测原理与设备 超声波探头超声波探头 超声检测原理与设备超声检测原理与设备检测的方式与耦合检测的方式与耦合n检测方式检测方式单收单发单收单发2个探头，（穿透式探个探头，（穿透式探伤，串列式探伤）伤，串列式探伤）单收发单收发1个探头（反射式检测）个探头（反射式检测）双收发二个探头（各自发、收）双收发二个探头（各自发、收）n耦合
18、方式耦合方式直接接触式机油、甘油、水玻璃、直接接触式机油、甘油、水玻璃、工业浆糊等工业浆糊等浸液式局部：喷水浸液式局部：喷水全部：水浸槽全部：水浸槽 直接接触法超声波检测直接接触法超声波检测常用检测方法常用检测方法 n垂直入射垂直入射( (纵波纵波) ) n应用：缺陷与探测应用：缺陷与探测面平行的厚件检测面平行的厚件检测如钢板，轴类，铸如钢板，轴类，铸锻件等锻件等n特点：一般有底波特点：一般有底波 直接接触法超声波检测直接接触法超声波检测检测方法检测方法直接接触法超声波检测直接接触法超声波检测检测方法检测方法n斜入射（横波）斜入射（横波）n应用：缺陷与探测面应用：缺陷与探测面成一定角度的焊缝检
19、成一定角度的焊缝检测或其他部件检测测或其他部件检测n特点：一般无底波特点：一般无底波 直接接触法超声波检测直接接触法超声波检测检测方法检测方法直接接触法超声波检测直接接触法超声波检测扫描方式扫描方式直接接触法超声波检测直接接触法超声波检测直探头定位直探头定位nh伤伤H工件工件 ( S伤伤屏屏/S底屏底屏)n扫描速度调节扫描速度调节1: n, hf = n fhf : 缺陷深度；缺陷深度； n：比例；：比例； f ： 屏幕刻度屏幕刻度 缺陷定位与判别缺陷定位与判别hHS伤S底斜探头定位斜探头定位n声程标定声程标定n水平位置标定（投影位置）水平位置标定（投影位置）n深度位置标定深度位置标定缺陷定位
20、与判别缺陷定位与判别cos2dSPtan2 daP反射体距入射点的水平距离：反射体距入射点的水平距离：反射体距检测面的距离：反射体距检测面的距离：埋藏深度位置：埋藏深度位置：当当b bd d时，时，t=bt=b；当；当d db2db2d时，时，t=2d-bt=2d-bsin Sacos Sb缺陷大小的判别缺陷大小的判别n 当量高度法当量高度法应用：缺陷反射面应用：缺陷反射面 声束声束n脉冲消失法脉冲消失法n应用：回波变化大的情况应用：回波变化大的情况 缺陷定位与判别缺陷定位与判别缺陷性质的判别缺陷性质的判别n 工况、材料、加工工艺等工况、材料、加工工艺等n 缺陷的大小、方向、位置缺陷的大小、方向、位置n 波形特征识别法波形特征识别法n回波上升速度回波上升速度n波根宽度波根宽度n波形包络波形包络n回波下降速度回波下降速度 缺陷定位与判别缺陷定位与判别超声检测应用超声检测应用B扫描成像扫描成像n探头移动方式探头移动方式n扫描结果扫描结果n应用应用超声成像超声成像 C扫描成像扫描成像扫描方式扫描方式超声成像超声成像C扫描检测系统框图扫描检测系统框图扫描机构探头试件计算机控制器探伤仪检测系统检测系统超声成像超声成像C扫描检测系统扫描检测系统超声成像超声成像C扫描检测图像扫描检测图像超声成像超声成像
