无损探伤核评片(NDI)概要

无损探伤（NDI)概论相似的术语•无损检测（NDT）！！！•无损检查（NDE）•无损评价（NDE）定义•广义：为了确定是否存在影响物体使用性能的条件或结构不连续，在不改变物体状态和性质的条件下所进行的各种检查、测试、评价方法。•实用：在不破坏或损伤原材料和工件受检对象的前提下，测定和评价物质内部和外表的物理和力学性能，并包括各类缺陷和其他技术参数的综合性应用技术。•例子：手、投币机、QC、无损探伤仪等等地位与作用•对于控制和改进生产过程和产品质量，保证材料、零件和产品的可靠性及提高生产率起着关键的作用，是发展现代工业必不可少的重要技术措施之一。•还在材料加工、零件制造、产品组装直至产品使用的整个过程当中起到保证质量、保障安全的监督作用，以及在节约能源及资源、降低成本、提高成品率和劳动生产率方面起到了积极的促进作用。应用方面•1.加工前对原材料的检测•2.作为一种过程控制手段，多材料加工过程的评估（在线控制）----工业即时检测技术•3.对成品的检验•4.对在用产品和结构的评估与人体的关系•人体被认为是有史以来最独特的无损检测一种仪器。依靠各种感官！视觉最甚！VT•无损检测可以看着对人类感觉的延伸，通常使用精密的电子仪器和其他专业设备。NDT的发展历史（1）•何时开始？？？盘古开天地•以1895年伦琴发现X射线为标志，无损检测作为一门多学科的综合技术，正式开始进入工业化大生产的实际应用领域，迄今已有一百多年的历史。•1900年法国海关开始应用X射线检验物品•1922年美国建立了世界第一个工业射线实验室，用X射线检查铸件质量，以后在军事工业和机械制造业等领域得到广泛的应用。NDT的发展历史（2）•1912年超声波探测技术最早在航海中用于探查海面上的冰山，•1929年超声波技术用于产品缺陷的检验，至今仍是锅炉压力容器、钢管、重要机械产品的主要检测手段。•二十世纪30年代，开始用磁粉检测方法来检测车辆的曲柄等关键部件，以后在钢结构件上广泛应用磁粉探伤方法，使磁粉检测得以普及到各种铁磁性材料的表面检测。NDT的发展历史（3）•50年代，DonaldC.Erdman发明了第一代浸入式超声检测扫描仪•二十世纪中期，在现代化工业大生产促进下，建立了以射线检测（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）和电磁检测（ET）五大常规检测方法为代表的无损检测体系。••进入二十世纪后期，以计算机和新材料为代表的新技术，促进无损检测技术的快速发展历史上主要的NDT•目视检测VT（见下表）@宏观检测•渗透检测PT（见下表）•磁粉检测MT（见下表）•射线检测RT•超声波检测UT：如B超彩超是真正的彩色吗？•涡流检测ET•红外热成像法TIR•声发射检测AE由人眼或光敏设备对被陂检测物体的反射光或发射光成像许多工业领域和场合都可以用,从原材料到成品到在用检查廉价、简单、培训很少。范围广，优点多只能评价表面状态，需要光源，必须能接近将可视或荧光物质的液体涂到表面，由毛细作用进入不连续处事实上，可用于任何无覆盖层、未污染的无吸附性固体操作相对简单、材料廉价。特别敏感、通用、培训少只能检测到开口至表面的不连续。表面必须相对光滑且没有污染物磁化被测部位后将细磁粉涂于表面，不连续处会呈现线条适用于检测所有铁磁性材料的表面和近表面的不连续。大小部件均可使用相对简单，设备或材料通常廉价，只有表面和较少的近表面的不连续可以检测到，只适用于铁磁性材料TechnologyCompatibilityKit(TCK)•“无损检测TCK”百度视频洛阳逖悉开（缩写简称TCK）钢丝绳检测技术有限公司是专门从事铁磁性物质无损检测技术研究、制造、推广、服务的高科技专业公司。公司拥有目前世界上最先进的弱磁检测核心技术，并拥有这一自主创新高科技成果的全部知识产权。第一章射线检测RT•放射线穿透时间时胶片曝光。不连续对曝光有影响。•适用于大部分材料、形状的结构。例如新制造或在用的焊接件、铸件、组合件等•可提供永久性的记录，高灵敏度，最广泛地被应用和认可的体积型缺陷检查方法。•检测的极限厚度与材料密度有关，平面不连续的（可检测方向）有临界值。射线有害。射线的种类•电磁辐射：X射线、γ射线•粒子辐射：各种粒子射线•在本课程中，如果没有特别指明，所称的射线均指电磁辐射中的X射线与γ射线实例•CT（Computer-aidedTomographscanner)。ＣＴ扫描仪可以用于对人体的全身扫描，但是应该指出这两种仪器的成像原理确是完全不同的。•比较：核磁共振扫描仪MRI(NuclearMagneticResonanceImaging),核磁共振扫描仪则主要用于对人体的软组织的扫描。ＣＴ扫描仪•它是利用不同密度的人体组织对Ｘ射线有着不同的吸收率的原理而设计的。大家都知道Ｘ射线是一种波长很短的电磁波，它沿着直线传播，由于它的能量很高，所以它可以穿透人体的所有组织。由于人体不同组织的密度不同，所以它们对Ｘ射线的吸收率也各不相同。如果用平行的或者是向外成一定角度发散的Ｘ射线穿越人体，然后对感光胶片进行曝光，这样就可以清楚地看见人体的骨肋和一些组织的分布情况。“ＣＴ扫描仪”百度视频讨论•1.无损检测与灾难:Sultana轮船•Sultana：美国侧轮式蒸气船，于1865年4月27日，因为锅炉爆炸造成大灾难，成为北美历史上最惨重的一次船难，超过2000人丧生，其中大部分是北军士兵。（@1912年4月14日Titanic—1517人葬身海底)•促成了锅炉检测保险法案，•2.工业的质量卫士•3.与材控的密切关系：焊接件铸件锻件•4.无损：破坏与非破坏----硬度测试？？射线检测的物理基础•1.•在射线检测中应用的射线主要是：•X射线•γ射线•和中子射线。•X射线和γ射线属于电磁辐射，而中子射线是中子束流。•1)X射线••X射线又称伦琴射线，是射线检测领域中应用最广泛的一种射线，波长范围约为0.0006～100nm(见图1)。在X射线检测中常用的波长范围为0.001～0.1nm。X射线的频率范围约为3×109～5×1014MHz。图1射线的波长分布2)γ射线••γ射线是一种波长比X射线更短的射线，波长范围约为0.0003～0.1nm（见图1），频率范围约为3×1012～1×1015MHz。•工业上广泛采用人工同位素产生γ射线。由于γ射线的波长比X射线更短，所以具有更大的穿透力。在无损检测中γ射线常被用来对厚度较大和大型整体工件进行射线照相。3）中子射线••中子是构成原子核的基本粒子。中子射线是由某些物质的原子在裂变过程中逸出高速中子所产生的。工业上常用人工同位素、加速器、反应堆来产生中子射线。在无损检测中中子射线常被用来对某些特殊部件(如放射性核燃料元件)进行射线照相。2.X射线的产生••X射线是一种波长比紫外线还短的电磁波，它具有光的特性，例如具有反射、折射、干涉、衍射、散射和偏振等现象。它能使一些结晶物体发生荧光、气体电离和胶片感光。•X射线通常是将高速运动的电子作用到金属靶(一般是重金属)上而产生的。图2是在35kV的电压下操作时，钨靶与钼靶产生的典型的X射线谱。钨靶发射的是连续光谱，而钼靶除发射连续光谱之外还叠加了两条特征光谱，称为标识X射线，即Kα线和Kβ线。若要得到钨的Kα线和Kβ线，则电压必须加到70kV以上。图2钨与钼的X射线谱1）连续X射线••根据电动力学理论，具有加速度的带电粒子将产生电磁辐射。在X射线管中，高压电场加速了阴极电子，当具有很大动能的电子达到阳极表面时，由于猝然停止，它所具有的动能必定转变为电磁波辐射出去。由于电子被停止的时间和条件不同，所以辐射的电磁波具有连续变化的波长。••在任何X射线管中，只要电压达到一定数值，连续X射线总是存在的。连续X射线具有以下特点：•(1)连续X射线的波长与阳极的材料无关。(2)连续X射线的波长在长波方向，理论上可以扩展到λ=∞；而在短波方向，实验证明具有最短波长λmin，且有：式中：U为X射线管的管电压，单位为kV。)nm(24.1minU（3）X射线管的效率为ZUIUZIUPP20式中：P=αZIU2为连续X射线的总功率；P0=IU为输入功率；Z为阳极的原子序数；U为管电压，单位为kV；α为常数，约等于1.5×10-6。(4)X射线管的管电压愈高，其连续X射线的强度愈大，而且其最短波长λmin愈向短波方向移动，如图3所示。图3不同管电压下钨靶连续X射线2）标识X根据原子结构理论，原子吸收能量后将处于受激状态，受激状态原子是不稳定的，当它回复到原来的状态时，将以发射谱线的形式放出能量。在X射线管内，高速运动的电子到达阳极靶时将产生连续X射线。如果电子的动能达到相当的数值，可足以打出靶原子(通常是重金属原子)内壳层上的一个电子，该电子或者处于游离状态，或者被打到外壳层的某一个位置上。于是原子的内壳层上有了一个空位，邻近壳层上的电子便来填空，这样就发生相邻壳层之间的电子跃迁。这种跃迁将发射出线状的X射线。显然，这种X射线与靶金属原子的结构有关，因此称其为标识X射线或特征X射线。标识X射线通常频率很高，波长很短。3.射线通过物质的衰减定律1）射线与物质的相互作用主要有三种过程：光电效应、康普顿效应和电子对的产生。这三种过程的共同点是都产生电子，然后电离或激发物质中的其他原子；此外，还有少量的汤姆逊效应。光电效应和康普顿效应随射线能量的增加而减少，电子对的产生则随射线能量的增加而增加，四种效应的共同结果是使射线在透过物质时能量产生衰减。（1）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(见图4)。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1MeV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(Z＝82)中产生光电效应的程度比在铜(Z=29)中大得多。图4光电效应3.射线通过物质的衰减定律1）射线与物质的相互作用主要有三种过程：光电效应、康普顿效应和电子对的产生。这三种过程的共同点是都产生电子，然后电离或激发物质中的其他原子；此外，还有少量的汤姆逊效应。光电效应和康普顿效应随射线能量的增加而减少，电子对的产生则随射线能量的增加而增加，四种效应的共同结果是使射线在透过物质时能量产生衰减。（1）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(见图4)。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1MeV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(Z＝82)中产生光电效应的程度比在铜(Z=29)中大得多。（2）康普顿效应。在康普顿效应(见图5)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θ角的方向上散射，而电子则在和初始方向成φ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0.2～3MeV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于康普顿效应。图5康普顿效应（3）电子对的产生。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0.51MeV，所以光子能量hv必须大于等于1.02MeV，如图6所示。图6电子对的产生和消失光子的能