安全检测与监控（PPT82页)

安全检测与监控主讲：樊建春安全检测与监控六、结构完整性检测内容简介一、结构完整性检测概述二、超声检测与声发射检测技术三、射线检测技术四、电磁检测技术五、渗透检测技术六、红外检测技术安全检测与监控六、结构完整性检测1.结构完整性(StructuralIntegrity)6.1结构完整性问题反映组成工程系统的构件安全可靠服役的能力。完整性良好意味着：①构件在物理上和功能上是完整的；②构件处于受控状态；③存在持续性措施防止构件在运行阶段发生事故；结构完整性与构件设计、制造、安装、施工、运行、维护、检修和管理的各个过程密切相关。结构完整性着重研究安全工程系统中机的问题及其影响因素。安全检测与监控六、结构完整性检测6.1结构完整性问题结构完整性不足或丧失，意味着：①结构出现损伤（缺陷），难以保证安全可靠服役；②构件功能部分或完全丧失；③运行阶段所采取的措施不足以预防失效事故的发生。受各种复杂因素的影响，工程系统的构件在运行过程中的结构完整性实际上是动态变化的，对结构完整性适时进行检测与评价，是结构完整性管理的核心任务之一。安全检测与监控六、结构完整性检测6.1结构完整性问题安全检测与监控六、结构完整性检测6.1结构完整性问题安全检测与监控六、结构完整性检测6.1结构完整性问题安全检测与监控六、结构完整性检测6.1结构完整性问题结构完整性检测与评价的主要工作内容：1、系统工况分析，确定被测对象的检测条件要求；2、依据条件要求，选择合适的检测方法；3、确定检测实施方案；4、检测方案实施，采集数据；5、检测数据处理；6、检测结果分析、解释；7、结构完整性评价：剩余工作能力、建议措施、预测安全检测与监控六、结构完整性检测6.1结构完整性问题常用结构完整性检测方法：1、电磁检测技术（磁粉、漏磁、涡流、磁记忆）；2、超声检测技术；3、声发射检测技术；4、射线检测技术；5、渗透检测技术；6、红外检测技术。安全检测与监控超声波检测主要用于检测试件的内部缺陷，它的应用十分广泛。用于探伤的超声波频率为0.4～25MHz。6.2.1超声波的发生及其性质1.超声波的发生和接收压电效应：对某些物质，当沿着一定方向施加力而使其变形时，在一定表面上将产生电荷，外力去掉后又重新回到不带电状态的现象。反之，如在这些物质的极化方向施加电场，这些物质又在一定方向上产生机械变形或机械应力，当外电场撤去时这些变形或应力则随之消失，这种现象为逆压电效应。六、结构完整性检测6.2超声波检测技术安全检测与监控超声波的产生（逆压电效应）：对压电材料施加交变电压，从而产生交替的压缩和拉伸，由此产生振动，振动频率与交变电压的频率相同，当施加在压电晶体上的交变电压频率在超声波范围内时，产生的振动就是超声波振动。如将这种振动耦合到弹性介质中，则在弹性介质中传播的就是超声波。超声波的接收：将超声能转变为电能的过程，利用压电材料的压电效应。超声波检测所利用的探头，一方面用于发生超声波，另一方面用于接收从界面、缺陷返回的超声波。六、结构完整性检测6.2超声波检测技术安全检测与监控2、超声波的种类纵波：声波介质质点的振动方向与传播方向一致；横波：在固体介质中传播的剪切波（质点运动方向垂直于声波传播方向）；表面波：在固体介质表面传播的波（质点运动为椭圆形，且椭圆的主轴垂直于波的传播方向）；是一种仅沿固体表面传播的剪切波；板波（Lamb）：在薄板中传播的波，平行于测试表面，质点运动轨迹也是椭圆形，仅当被测材料厚度为检测频率下的几个波长时，在厚度均匀的地方才会产生。超声波检测中，直探头产生纵波，斜探头产生横波。六、结构完整性检测6.2超声波检测技术安全检测与监控六、结构完整性检测6.2超声波检测技术波的类型质点振动特点传播介质应用纵波质点振动方向平行于波传播方向固、液、气体介质钢板、锻件探伤等横波质点振动方向垂直于波传播方向固体介质焊缝、钢管探伤等表面波质点作椭圆运动，椭圆长轴垂直波传播方向，短轴平行于波传播方向固体介质钢管探伤等板波对称型(S型)上下表面：椭圆运动,中心：纵向振动固体介质(厚度与波长相当的薄板)薄板、薄壁钢管等(δ6mm)非对称型(A型)上下表面；椭圆运动，中心：横向振动安全检测与监控3、声速声波在不同介质中的传播速度：空气：340m/s；水：1500m/s；钢：5900m/s（纵波）、3230m/s（横波）、表面波：3007m/s声速取决于传播介质的弹性系数、密度和声波的种类，与频率和晶片无关。横波的声速大约是纵波声速的一半，表面波声速约为横波的0.9倍。六、结构完整性检测6.2超声波检测技术安全检测与监控4、波长波在一个周期内或者说质点完成一次振动所经过的路程称为波长。=V/f；V—速度；f—频率；：波长在超声波检测中，能被检测到的最小检测体的主尺寸至少为检测频率下的半波长。如果已经知道要检测的不连续的临界尺寸，则有助于选择合适的检测频率。例1：计算频率为5MHz的纵波在钢铁中传播的波长，设低碳钢中的波速为5960m/s。例2：计算频率为5MHz的纵波在铝中传播的波长，设铝中的波速为6400m/s。六、结构完整性检测6.2超声波检测技术安全检测与监控5、超声场及其特征量充满超声波的空间叫做超声场，描述超声场的特征量有声压、声强、声阻抗。6、波的反射和透射（1）垂直入射时的反射和透射当超声波垂直地传到界面上时，一部分超声波被反射，而剩余的部分就穿透过去，这两部分的比率取决于两种介质的声阻抗。当钢中的超声波传播到底面遇到空气介质界面时，由于空气和钢中声波传播速度和密度相差很大，接近100%的超声波被反射回来，而当交接界面为钢和水时，有88%的声能被反射。声压反射率：R=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)，Z1、Z2为两种介质的声阻抗声压透射率：D=2Z2/(Z2+Z1)，Z1、Z2为两种介质的声阻抗（声阻抗：超声场中任一点的声压与该处质点振动速度之比称为声阻抗；超声场中某一点在某一时刻所具有的压强与没有超声波存在时的静态压强之差，称为该点的声压）六、结构完整性检测6.2超声波检测技术安全检测与监控（2）斜射时的反射和透射当超声波斜射到界面上时，在界面上会产生反射和折射。六、结构完整性检测6.2超声波检测技术i1s2sL反射角和折射角的大小取决于两种介质的中声速。221sinsinsinSLCSCLCLC1—入射波声速—入射角—反射角L—纵波S—横波安全检测与监控7、指向性声束集中向一个方向辐射的性质，叫做声波的指向性，探伤采用高频超声波，其理由之一就是希望它具有指向性，便于超声波探伤发现缺陷，确定缺陷位置。8、近场区和远场区在超声波探头的声场中，按声场变化的规律分为近场区和远场区。在近场区，声束可粗略地认为是圆柱形的，且与传感器晶片的直径相同，在近场区以外的远场区，声束会以圆锥形扩散：六、结构完整性检测6.2超声波检测技术传感器晶片直径波长；声束扩散的半锥角；式中：DD2,22.12sin安全检测与监控9、小物体上的超声波反射在超声波探伤中，缺陷尺寸的检出极限为超声波波长的一半。缺陷尺寸越大，越容易反射。六、结构完整性检测6.2超声波检测技术近场区远场区幅值距离近场区远场区Y0指数规律衰减因干涉波动安全检测与监控6.2.2超声波检测原理及方法超声波检测利用超声波通过两种介质的界面时发生反射和折射的特性来探测零件内部的缺陷。由于超声波在异质界面上会发生反射、折射等现象，尤其是不能通过气体固体界面。如果金属中有气孔、裂纹、分层等缺陷(缺陷中有气体)或夹杂，超声波传播到金属与缺陷的界面处时，就会全部或部分反射。反射回来的超声波被探头接收，通过检测仪器处理，可得到不同高度和有一定间距的波形，根据波形的变化特征可以判断缺陷在工件中的深度、位置和形状。六、结构完整性检测6.2超声波检测技术安全检测与监控6.2.2超声波检测原理及方法1、脉冲反射法将具有一定持续时间和一定频率间隔的超声脉冲发射到被测工件上，当超声波在工件内部遇到缺陷时，就会产生反射，根据反射信号的时差变化及在显示器上的位置就可以判断缺陷大小及深度。可以通过改变入射角的方法发现不同方位的缺陷，利用表面波可以检测复杂形状零件的表面缺陷，利用板波可以检测薄板的缺陷。六、结构完整性检测6.2超声波检测技术安全检测与监控1）垂直探伤法（纵波法）当把脉冲振荡器发生的电压加到晶片上时，晶片振动，产生超声波脉冲。如果被检物是钢的话，超声波以5900米/秒的固定速度在钢内传播，超声波碰到缺陷时，一部分从缺陷反射回到晶片，而另一部分未碰到缺陷的超声波继续前进，直到被检底面才反射回来。六、结构完整性检测6.2超声波检测技术脉冲发生器接收放大器探头工件缺陷TFBT—发射波F—缺陷波B—底波安全检测与监控垂直探伤法能发现与探伤面平行或近于平行的缺陷，适用于厚钢板、轴类、轮等几何形状简单的工件。2）斜射探伤法（横波法）在斜射法探伤时，由于超声波在被检物中是斜向传播的，超声波是斜射向底面不会有底面回波。斜射探伤法能发现与探测表面成角度的缺陷，常用于焊缝、环状锻件、管材的检查。六、结构完整性检测6.2超声波检测技术TTFTB’斜射探伤：无缺陷波形斜射探伤：含缺陷波形斜射探伤：板端反射波形安全检测与监控2、共振法若某一频率的声波在被测工件内传播，当工件的厚度是超声波半波长的整数倍时，将引起共振，仪器显示出共振频率，利用相邻两个共振频率差，可确定被测工件的厚度：六、结构完整性检测6.2超声波检测技术工件厚度波长；—声速；相邻两共振频率—工件固有频率；其中，cfffffcfcmmmm1010,)(222共振法主要用于测量壁厚；依据前后检测共振点变化，可检测复合材料胶合质量、板材点焊质量、均匀腐蚀和板材内部夹层等。设备简单、测量精确。安全检测与监控3、透射法利用超声波穿透工件后的能量变化来判断工件缺陷情况。六、结构完整性检测6.2超声波检测技术当工件无缺陷时，能量衰减小，接收探头得到的信号强；当存在缺陷时，由于反射或折射导致接收探头得到的信号较弱，依据接收信号大小可判断缺陷位置及大小。发射探头接收探头适合探测较薄工件的缺陷和超声波衰减大的匀质材料，设备简单、操作方便，速度快，对形状简单、批量大的工件易实现连续检测；不能检测缺陷深度、小缺陷，探伤灵敏度低，对探头安装位置要求高。安全检测与监控4、接触测量与液浸测量接触测量利用探头与工件表面之间的一层耦合剂直接接触进行探伤。耦合剂要求有较高声阻抗且透声性好。操作方便，但对工件表面粗糙度要求高。液浸测量将探头与工件全部浸入液体，或将探头与工件局部充入液体进行探伤。液浸法当用水作耦合介质时，称作水浸法。水浸法探伤时，探头常采用聚焦探头以保证灵敏度。探头与工件不直接接触，检测速度高，易实现自动化检测。六、结构完整性检测6.2超声波检测技术安全检测与监控6.2.3超声波检测仪器1、A型显示探伤仪：波形显示：横坐标代表声波的传播时间(或距离)，纵坐标代表反射波的幅度。由反射波的位置可以确定缺陷位置，由反射波的幅度可估算缺陷大小。2、B型显示探伤仪：图象显示：横坐标靠机械扫描代表探头扫查轨迹，纵坐标靠电子扫描代表声波的传播时间(距离)，可直观地显示出被探工件任一纵截面上缺陷分布及深度。3、C型显示探伤仪：图象显示：横坐标和纵坐标都是靠机械扫描来代表探头在工件表面的位置。探头接收信号幅度以光点辉度表示；当探头在工件表面移动时，荧光屏上可显示出工件内部缺陷的平面图象，但不能显示缺陷的深度。六、结构完整性检测6.2超声波检测技术安全检测与监控六、结构完整性检测6.2超声波检测技术安全检测与监控六、结构完整性检测6.2超声波检测技术安全检测与监控6.2.3超声波检测的应用范围及特点1、适应范围广：金属、非金属、复合材料均可，匀质2、对工件无任何损伤，可检测微小不连续缺陷；3、单侧检验，便于复杂工件应用；4、穿透力强、灵敏度高，可检测极厚部件；5、面积型缺陷检出率高，体积型检测率低；6、检验成本低，速度快，仪器轻小，便于现场应用；7、对确定内部缺陷的大小、位置、取向、