无损检测培训教材

无损检测技术培训主讲人：李祝松李祝松，男，高级工程师，核动力运行研究所考培中心副主任。工作经历及职务：•1983年至2009年在武昌造船厂质量保证部无损检测室工作•1993年至2008年武昌造船厂质量保证部无损检测室主任•2009年至今在核动力运行研究所在役检查中心工作•1989年至今湖北省特种设备无损检测人员资格认证委员会委员•1993年至今湖北省既武汉市无损检测学会理事•2000年至今中国船级社无损检测人员资格认证委员会委员•2003年10月至今国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证委员会委员及超声检测专业组成员•2011年4月至今民用核安全设备无损检验人员资格鉴定委员会射线专业组成员•2012年2月至今湖北省无损检测学会渗透专业组组长无损检测培训教师简介取得的资质证书：•特种设备行业超声、射线、磁粉、渗透检测Ⅲ级资格证书•无损检测学会超声、射线、磁粉、渗透检测Ⅲ级资格证书•水利水电行业超声、射线、磁粉、渗透检测Ⅲ级资格证书•电力行业超声、射线、磁粉、渗透检测Ⅲ级资格证书•国防科技工业超声检测Ⅲ级资格证书•中国船级社超声检测Ⅲ级资格证书•民用核安全设备超声、射线、磁粉、渗透、目视检验Ⅱ级资格证书无损检测培训教师简介（续）无损检测培训--主要内容超声波无损检测技术背景知识介绍超声波检测（UT）射线检测（RT）渗透检测（PT）目视检测（VT）人员资质管理超声波在被检测材料中传播时，材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响，通过对超声波受影响程度和状况的探测了解材料性能和结构变化的技术称为超声检测。超声检测是用得十分广泛的无损检测方法。可以检测表面、内部缺陷，特别是对垂直于声传播方向的平面型缺陷尤为灵敏。超声波检测—物理基础与检测原理超声波检测•超声波检测的优点：–适用于金属、非金属和复合材料。–穿透能力强。–缺陷定位较准确。–对面积型缺陷的检出率高。–灵敏度高，可检测工件内部尺寸很小的缺陷。–检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。–自动检测结果可进行数字化处理，并进行存储、再现和分析。超声波检测—物理基础与检测原理超声波检测•超声波检测的局限性：–对具有复杂形状或不规则外形的工件进行超声检测有困难。–缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响。–工件材质、晶粒度等对检测有较大影响。–常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，检测结果无直接见证记录。超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•超声波：一种机械波（频率高于20000Hz），它是机械振动在弹性介质中传播的过程。机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。•机械振动：–物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动。•波动：–振动的传播过程，它分为机械波和电磁波两类。–超声检测使用的频率：0.5～10MHz–基本参数：λ(波长)=c(波速)/f(频率)超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•超声检测时，频率和波长是两个非常重要的参数，它对于确定探头的近场区、指向角、缺陷反射回波的幅度、缺陷定量等具有极其显著的影响，将直接涉及缺陷等级评定的正确性。–尤其是锻件直探头检测时，直接采用频率和波长计算缺陷当量直径，因此影响更大。•波型分类：纵波、横波、表面波•纵波–质点的振动方向与波的传播方向平行。超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•横波–质点的振动方向与波的传播方向垂直。超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•表面波–在固体表面传播的波。超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理波的类型质点振动特点传播介质应用纵波质点的振动方向与波的传播方向平行固体、液体、气体钢板、锻件检测等横波质点的振动方向与波的传播方向垂直固体焊缝、钢管检测等表面波质点作椭圆运动，椭圆长轴垂直波的传播方向，短轴平行波的传播方向固体钢管检测等•波型的比较超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•超声波的传播–与介质及其力学常数有关–与介质波型有关:CLCSCR–与温度有关•波形分类：平面波、柱面波、球面波超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•波形的比较波形声源形状振幅A与距离r关系平面波无限大的平面A不变柱面波无限长的线A∝1/球面波点声源A∝1/r活塞波有限声源1)近区近似平面波2)≥3N近似球面波r超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•垂直入射–反射率、透过率、往复透过率都取决于界面两侧的声阻抗(Z=ρc)。声阻抗相差愈大，反射率越高。超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•倾斜入射–出现反射、折射现象及波型转换，只取决于声速，与声阻抗无关。–反射定律：Sinα/Sinα′=c/c′–折射定律：Sinα/Sinβ=c1/c2超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•临界角–第一临界角αI：•纵波折射角为90°时，所对应的纵波入射角。超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•临界角–第二临界角αII：•横波折射角为90°时，所对应的纵波入射角。超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•超声波的衰减–衰减的原因•扩散衰减，取决于声源；•材质衰减，取决于介质。–金属中的衰减(吸收和散射)以散射为主，金属内部晶界间散射•与晶粒尺寸有关，尺寸越大衰减越大；•频率越高，波长越短，衰减越大；•纵波衰减比横波小。超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•声场–纵波声场•近场区•扩散角•非扩散区超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•声场--横波声场假想横波波源、扩散角超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理A型显示一种波形显示，探伤仪荧光屏的横坐标表示超声波的传播时间（或距离），纵坐标表示超声反射波的波幅。探伤仪通过探头向被检测工件周期性发射不连续且频率不变的超声波，根据声波的传播时间及反射幅度来判断工件中缺陷的位置和大小，这是目前使用最广泛的超声波探伤仪。超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•A型显示超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•B型显示一种图象显示，探伤仪荧光屏的横坐标表示靠探头机械扫描的扫查轨迹，纵坐标表示靠电子扫描来表示超声波的传播时间（或距离）。可直观显示被检工件任一纵截面上缺陷的分布和缺陷的深度。超声波检测—物理基础与检测原理物理基础与检测原理•B型显示ScanaxisIndexaxisVC-SIDE(B)VIEWUsoundaxisScanaxisVC-END(D)VIEWUsoundaxisIndexaxis超声波检测—物理基础与检测原理•C型显示一种图象显示，探伤仪荧光屏的横坐标和纵坐标都是靠机械扫描来表示探头在工件表面的位置。探头接收反射波的幅度以光点辉度表示。当探头在工件表面移动时，荧光屏上可显示工件内部缺陷的平面图象，但不能表示深度。超声波检测—物理基础与检测原理•C型显示ScanaxisIndexaxisVC-TOP(C)VIEWScanaxisIndexaxis超声波检测—物理基础与检测原理•一般而言核工业制造与安装的检查与其它工业设备的检查方法应该基本相同。主要区别是在选用标准和对缺陷性质、形状与位置分布更加关注。•主要应用对象–反应堆压力容器–稳压器–主泵–主管道–燃料组件或元件–控制棒组件–蒸汽发生器–辅助设备管道–辅助设备容器–汽轮机及发电系统–驱动机构–堆芯内部构件超声波检测—检测工艺•检测内容焊缝，压力容器、管道的母材，堆焊层，螺栓，螺纹孔，结构变形。•检测方式–自动化采集、分析–人工采集、分析•检测前准备探头、检测仪器准备在检验开始前必须使用标准试块校准检测仪器和探头，该项工作可以在实验室内根据仪器、探头的校准程序提前进行。但在现场检测开始前，必须进行设备有效性的功能试验。超声波检测—检测工艺•检测前准备确认检测仪器和探头有效性后，使用相应的对比（参考）试块进行扫查灵敏度、评定曲线的标定。波幅，dBⅢⅡⅠ0判废线（RL）定量线（SL）评定线（EL）距离，mm参考线（a）超声波检测—检测工艺检测工艺•表面准备–通常应使被检测的金属露出来，被准备区域的尺寸、表面平整度、粗糙度应满足检测要求。L3L1L2SH超声波检测—检测工艺检测工艺•扫查–按照规定的扫查路径进行扫查，相邻扫查轨迹的间隔应不大于检测探头晶片宽度或直径的一半。–扫查过程中注意观察是否有超过扫查灵敏度或记录标准的显示，并及时记录显示（自动化检测进行自动记录）。超声波检测—检测工艺检测工艺•缺陷的评定–对反射波幅超过定量线的缺陷应测定其位置、最大反射波幅和缺陷当量。–缺陷定量主要包括两个内容•缺陷当量直径Ф•缺陷指示长度ΔL。•缺陷当量直径Ф–通常指的是当量平底孔直径。–主要用于直探头检测，可采用公式计算、距离-波幅曲线和试块对比等方法来确定。超声波检测—检测工艺检测工艺•缺陷指示长度ΔL当缺陷反射波在Ⅱ区或Ⅱ区以上，且只有一个高点时，应以最大6dB法测其指示长度；当缺陷反射波峰值起伏变化、有多个高点，且位于Ⅱ区或Ⅱ区以上时，应以端点6dB法测其指示长度；当缺陷反射波峰位于I区，如需要记录，应将探头左右移动，使波幅降到评定线，以此测定缺陷指示长度。•相邻两缺陷间距小于较小缺陷长度时，作为一条缺陷处理，两缺陷长度之和作为单个缺陷指示长度。条状缺陷分布在一条直线上时，以两端点距离作为其间距；点状缺陷以两缺陷中心距离作为间距。超声波检测—检测工艺检测工艺•缺陷类型–缺陷类型主要分为点状缺陷、线性缺陷、体积状缺陷、平面状缺陷和多重缺陷等五类。–缺陷类型识别是通过探头从两个方向扫查（即前后和左右扫查），观察其回波动态波形来进行的。–缺陷类型只用单个探头或单向扫查识别是不太可能的，宜采用一种以上声束方向作多种扫查，包括前后、左右、转动和环绕扫查，以此对各种超声信息进行综合评定来识别缺陷。超声波检测—检测工艺检测工艺•缺陷定性–对缺陷定性就是准确判定原材料、零部件和焊接接头缺陷的性质。气孔夹渣未焊透未熔合裂纹超声波检测—检测工艺检测工艺•缺陷性质估判依据–工件结构与坡口形式–母材与焊材–焊接方法和焊接工艺–缺陷几何位置–缺陷最大反射回波高度–缺陷定向反射特性–缺陷回波静态波形–缺陷回波动态波形。•缺陷性质估判程序反射波幅低于评定线或按本部分判断为合格的缺陷原则上不予定性。对于超标缺陷，首先应进行缺陷类型识别，对于可判断为点状的缺陷一般不予定性。超声波检测—检测工艺检测工艺•缺陷性质估判程序对于判定为线状、体积状、面状或多重的缺陷，应进一步测定和参考缺陷平面、深度位置、缺陷高度、缺陷各向反射特性、缺陷取向、缺陷波形、动态波形、回波包络线和扫查方法等参数，同时结合工件结构、坡口形式、材料特性、焊接工艺和焊接方法进行综合判断，尽可能定出缺陷的实际性质。•缺陷的高度测量–测定缺陷自身高度端部最大回波法端点衍射法6dB法超声波检测—检测工艺检测工艺•异种金属焊缝无损检测–由于不锈钢母材晶粒相对粗大，将导致超声波声能衰减严重、超声声波穿透力差、结构噪声强烈、检测信噪比低和系统检测灵敏度余量不足。–由于不锈钢、隔离层和碳钢三种材料的声阻抗不同，将导致超声声波在不同的结合面产生波的折射、衍射和波型转换的现象，导致位于焊缝内的缺陷定位定量不精确。超声波检测—检测工艺检测工艺•异种金属焊缝无损检测超声波检测—检测工艺检测工艺•超声波端点时差衍射波技术（TOFD）超声波检测—检测工艺检测工艺•相控阵技术超声波检测—检测工艺检测设备与仪器•A型脉冲式超声波探伤仪超声波检测—检测设备与仪器检测设备与仪器•超声波测厚仪超声波检测—检测设备与仪器检测设备与仪器•超声波检测探头超声波检测—检测设备与仪器检测设备与仪器•超声波检测探头超声波检测—检测设备与仪器检测设备与仪器•超声波检测探头–探头中的压电晶片具有压电效应，当高频电脉冲激励压电晶片时，发生逆压电效应，将电能转换为声能（机械能），探头发射超声波。当探头接受超声波时，发生正压电效应，将声能转化为电能。所以探头又叫换能器。–探头的选择主