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承压类特种设备无损检测相关知识第三篇无损检测基础知识第6章无损检测概论6.1无损检测的定义与分类无损检测――非破坏检查.（非破壞檢查）现代无损检测的定义是：在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构、性质、状态进行检查和测试的方法。主要手段有：RT；UT；MT；PT。称为四大常规检测方法，其中：RT（RadiographicTesting）和UT（UltrasonicTesting）主要用于检测工件内部的缺陷；MT（MagneticparticleTesting磁粉）和PT（PenetrantTesting渗透）主要用于检测工件表面的缺陷。还有ET（EddyCurrentTesting涡流）；AE（AcousticEmission）和VT（VisualTesting）。无损检测技术的发展方向是NDT→NDENDT（Non--distructiveTesting）无损测试：其含义不仅是探测和发现缺陷，还包括探测试件的一些其它信息，例如结构、性质、状态等；NDE（Non–distructiveEvaluation）无损评价：这是无损检测技术发展的新阶段，涵盖更广泛、更深刻的内容，它不仅要求发现缺陷，探测试件的结构、性质、状态，还要求获取更全面、更准确的综合信息，例如有关缺陷的形状、尺寸、位置、取向、内含物、缺陷部位的组织、残余应力等信息。它要结合成像技术、自动化技术、计算机数据分析和处理技术，与材料力学等领域知识，对试件或产品的质量和性能，使用的安全性和可靠性等给出全面、准确的评价。无损检测技术具有不破坏试件、检测灵敏度高等优点，因此，不但应用于承压类特种设备的制造检验和在用检验，而且，广泛应用于机械、冶金、石油天然气、石油化工、化学工业、航空航天、船舶、铁道、电力、核工业、兵器、煤炭、有色金属、建筑等行业。6.2无损检测的目的1.保证产品质量无损检测技术应用范围广、灵敏度高、检测结果可靠性好而且可以进行100%的检测，这是破坏性检测无法比拟的，可以对每一件产品提供有效的质量保证。2.保证工件使用安全主要指的是在用工件的定期检测，发现那些使用中产生的缺陷。如疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹等；还可发现制造规范允许存在的小缺陷在使用过程中是否扩展，而成为危险性缺陷。3.改进制造工艺产品试生产过程中的无损检测是改进工艺参数的有效手段之一。4.降低生产成本产品的过程检验，可有效地降低生产成本。6.3无损检测的应用特点1.非破坏检查和破坏检查相配合如解剖、金相、爆破等。2.正确选定无损检测时机焊缝检测应注意延迟裂纹的检查；锻件应在其形状尽量规则时检查；粗晶的工件应在细化晶粒后检查。3.选择最适当的无损检测方法每种无损检测方法都有其局限性，应根据工件的材质、结构、形状、尺寸；预计可能产生的缺陷种类、部位及走向选择最合适的检测方法。并根据工件的使用情况，确定合理的验收标准。4.综合运用各种无损检测方法如焊缝缺陷的定位。6.4承压类特种设备无损检测标准JB/T4730—2005第7章缺陷的种类及产生原因了解材料和焊缝中的缺陷种类和产生原因，有助于正确的选择无损检测方法，正确地分析和判断检测结果。7.1钢焊缝中常见缺陷及产生原因1.外观缺陷（属VT）指不借助于仪器，用肉眼可以发现的工件表面缺陷。常见的外观缺陷有：咬边；焊瘤；凹坑；未焊满；烧穿及其他表面缺陷（成形不良、错边、塌陷、表面气孔及焊接变形等）。2.气孔⑴气孔的分类：球形、条虫形的单个或密集气孔（蜂窝状或链状）。⑵气孔的形成机理：金属在液态和固态下，对气体的溶解度，差几十倍至几百倍。因此，焊缝溶池中液态金属凝固过程中，应有大量气体逸出，若金属的凝固速度大于气体的逸出速度，焊缝中就形成气孔。⑶产生气孔的主要原因：有气（母材或填充金属表面有锈、油污；焊条、焊剂未烘干，高温下分解产生气体）；溶池冷却速度过快；焊缝金属脱氧不足，均增加气孔的数量。20#钢板对接焊密集气孔、层间未熔合及根部未焊透⑷气孔的危害：减小焊缝截面积，使焊缝疏松,降低焊缝强度和塑性，严重的还会引起泄漏。气孔也是引起应力集中的因素，氢气孔还可能促成冷裂纹。⑸防止气孔的措施：清除油污、铁锈、水分和杂物；焊前预热、焊后缓冷；焊接表面及焊接材料要彻底烘干。用偏强的施焊规范等。3.夹渣指焊后熔渣残存在焊缝中的现象。（1）夹渣的分类：金属夹渣：夹钨、夹铜等；非金属夹渣：药皮、焊剂，氧化物、硫化物、氮化物等残留于焊缝之中。（2）夹渣的分布于形态：点状加渣、条状加渣、链状加渣和密集加渣。（3）夹渣产生的原因：坡口尺寸不合理；坡口有污物；多层焊时，层间清渣不彻底；钨极气体保护焊，电源极性不当，电流密度过大，钨极溶化脱落于溶池中；焊接线能量小，焊缝散热太快，不利溶渣上浮等；焊条药皮、焊剂化学成分不合理，熔点过高，冶金反应不完全，脱渣性不好；手工焊时，焊条摆动不正确，不利于熔渣上浮。焊缝根部及坡口处夹渣（4）加渣的危害：点状加渣的危害于气孔相似，带尖角的加渣会产生尖端应力集中，尖端还会发展成为裂纹源，危害较大。4.裂纹金属原子的结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙称为裂纹。这是一种危害性最大的焊接缺陷。应力高度集中，很容易扩展，引起脆断。（1）裂纹的分类根据裂纹尺寸大小：宏观裂纹（肉眼可见的裂纹）,微观裂纹（在高倍放大镜下才能发现的裂纹）,超显微裂纹（在高倍显微镜下才能发现的晶间裂纹和穿晶裂纹）根据裂纹延伸方向：纵向裂纹（与焊缝平行）横向裂纹（与焊缝垂直）辐射状裂纹根据裂纹发生部位：焊缝裂纹；热影响区裂纹；溶合区裂纹；焊趾裂纹；焊道下裂纹；弧坑裂纹。根据裂纹发生条件和时机：热裂纹：一般是焊接完毕即出现，又称结晶裂纹，温度在AC3线附近，液态金属一次结晶时产生的裂纹，沿晶界开裂。其生成原因是在焊缝金属凝固过程中，结晶偏析使杂质生成的低熔点共晶物富集于晶界，形成所谓的“液态薄膜”，在特定的敏感温度区间，其强度极小，由于焊缝凝固收缩受到拉应力，最终开裂形成裂纹。冷裂纹：焊缝冷至马氏体转变温度MS点﹝200~300℃﹞以下产生的裂纹，一般是焊后一段时间﹝几小时、几天甚至更长时间﹞才出现，故又称延迟裂纹。主要生成于热影响区，也有发生在焊缝上的。冷裂纹可能是沿晶开裂，也可能是穿晶开裂。其生成原因主要有：淬硬组织减小了金属的塑性储备；焊接的残余应力使焊缝受拉；接头金属以内含有较多的原子态氢。所有裂纹当中，冷裂纹的危害性最大。它引起的结构破坏是典型的脆断。再热裂纹：接头冷却后，再进行热处理，加热550~650℃时产生的裂纹，生成于热影响区内的粗晶区，一般从熔合线向粗晶区发展，呈晶间开裂。层状撕裂：在具有丁字接头或角接头的厚大结构件中，沿钢板轧制方向分层出现的阶梯状裂纹，层状撕裂实质上也属冷裂纹。根部结晶裂纹焊根撕裂裂纹的危害：裂纹是焊接缺陷中危害最大的一种。属面积型缺陷，它的出现将显著减少承载面积，更严重的是裂纹端部形成尖锐缺口，应力高度集中，很容易扩展导致破坏。尤其是冷裂纹，由于其延迟特性和快速脆断特性，带来的危害往往是灾难性的。世界上的锅炉、压力容器、压力管道事故，除极少数是由于设计不合理、选材不当的原因引起的外；绝大部分是由于裂纹引起的脆性破坏。5．未焊透指母材金属未溶化，焊缝金属没有进入接头根部的现象。未焊透的产生原因：焊接电流小，熔深浅；坡口和间隙尺寸不合理，钝边太大；磁偏吹影响；焊条偏心度太大；层间及焊根清理不良。未焊透的危害：减少了焊缝的有效截面积；使接头强度下降；未焊透产生的应力集中，严重降低焊缝的疲劳强度；未焊透可能成为裂纹源，是导致焊缝开裂的重要原因。6.未熔合焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未溶化结合在一起形成的缺陷。未熔合产生原因：焊接电流过小；焊接速度过快；焊条角度不对；磁偏吹；焊接处于下坡位置，母材未溶化时已被铁水覆盖；母材表面有污物或氧化物影响熔敷金属与母材间的熔化结合等。未熔合的危害：未熔合是一种面积性缺陷。坡口未熔合和根部未熔合会使承载面积明显减小，使应力集中加重，其危害性仅次于裂纹。1105mm厚板焊缝夹渣、未焊透、咬边、未焊满对焊接影响较大的气体：1、氮：焊接区的空气是氮的主要来源。氮与金属作用分为两类。一类是不与氮发生作用的金属，如铜、镍等。它们既不溶解氮，又不形成氮化物，因此焊接这类金属可用氮作为保护气体。另一类是与氮发生作用的金属，如铁、钛等既能溶解氮，又能与氮形成稳定的氮化物，焊接这类金属及合金时，要防止焊接区与氮气的接触。氮是促使焊缝产生气孔的主要原因之一，液态金属在高温时可溶解大量的氮，而在凝固时氮的溶解度会迅速下降，来不及逸出的氮，即形成气孔。氮也是促使金属实效脆化的元素。焊缝金属中过饱和的氮会随时间逐渐析出降低焊缝强度、塑性和韧性。在焊缝中加入能形成稳定化合物的元素Ti、Al等，可抑制或消除时效脆化。2、氢：焊接时，氢的主要来源是焊接材料及周围环境中的水分。氢是严重危害焊缝的元素。一是室温下可使钢的塑性严重下降，从而导致“氢脆”；二是导致出现白点，在碳钢和低合金钢焊缝，若含氢量过高，则会在其拉伸或冲击试样断口上出现银白色的脆断点，称为白点。它大大降低了焊缝的塑性和韧性；三是生成气孔，降低焊缝强度；四是焊缝“吸氢”后，可诱使焊缝产生冷裂纹。15CrMo自动焊焊缝冲击断口试样白点3、氧：氧在焊缝中不论以何种形式存在，对焊缝的性能都有很大影响，随着焊缝中含氧量的增加，其强度、塑性和韧性都明显下降，尤其低温冲击韧性会急剧下降。关于时效：钢材的强度、硬度和塑性，特别是冲击韧性在一定时间内产生自发改变的现象，称为时效。低碳钢的时效有两种：热时效：低碳钢在加热至570~720℃后，快速冷却，再放置一段时间后，韧性降低的现象。应变时效：经过冷变形（变形量超过5%）的低碳钢，再加热至250~350℃时，韧性降低的现象。钢材经冷变形、卷边等冷加工后，再进行焊接，有时会在距焊缝40~50mm处出现裂纹，既是应变时效导致的结果。7.2铸钢件常见缺陷及产生原因孔洞类缺陷：气孔、针孔、缩孔、缩松和疏松等；裂纹类缺陷：冷裂纹、热裂纹和冷隔等；夹杂类缺陷：夹杂、夹渣、沙眼等；成分类缺陷：偏析等。冷隔：金属液充型后，在金属液的交接处融合不好，在铸件中产生穿透的或不穿透的缝隙称为冷隔。多出现在远离流道的铸件表面上和薄壁处。形状呈液体初流动时的形状，边缘呈圆角。缩孔和疏松：铸件在凝固过程中，由于收缩补缩不足所产生的缺陷叫缩孔；而沿铸件中心呈多孔性组织分布的叫疏松。阀座缩孔阀座疏松裂纹（冷、热）等。7.3锻钢件常见缺陷及产生原因：缩孔和缩管、疏松：夹杂物（金属、非金属；内在、外来）：折叠：由于钢锭表面凹凸不平，或锻造工艺不当产生的“肉瘤”，在进一步锻造时，把高处的金属斜压倒锻件内部所产生的裂纹。锻造裂纹：由锻造引起的裂纹种类很多，通常有以下两类：原材料缺陷经锻造扩展产生的裂纹（缩孔残余、皮下气泡、粗大柱状晶、轴心晶间裂纹、非金属夹杂物等）；锻造工艺不当（加热温度不均匀、终锻温度过低、锻造变形工艺不当等）。裂纹走向与夹杂锻造加热温度不均物分布方向相同心部塑性差白点：白点是一种微细的裂纹，它是由于钢中含氢量较高，在锻造后冷却过程中，氢原子与热应力和组织应力相互作用的结果。白点在横截面低倍试片上，呈锯齿状小裂纹；在调质后的纵向断口上，呈白色亮点，故称为白点。7.4轧材中常见缺陷及产生原因：钢管缺陷：分层、裂纹、翘皮和折叠、表面划伤和直道。钢棒及型材缺陷：心部开裂、严重偏析、白点、夹杂等内部缺陷；折叠、皱纹、发纹等外部缺陷。钢板缺陷：分层。7.5使用中常见缺陷及其产生原因：疲劳裂纹：结构材料承受交变载荷、局部高应力超过材料的屈服点，产生微裂纹，逐步扩展形成疲劳裂纹。应力腐蚀裂纹：在特定腐蚀介质中的钢材，在拉应力作用下产生的裂纹。氢损伤：在临氢工况条件下运行的设备，氢进入金属后使材料性能变坏，造成损伤，氢脆、氢腐蚀、氢鼓泡、氢致裂纹等。晶间腐蚀：奥氏体不锈钢晶间贫铬，晶界发生腐蚀。各种局部腐蚀：点蚀、缝隙腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀等。40Cr柴油机曲轴飞轮端沿键槽疲劳开裂液化石油气球罐内壁应力腐蚀