4-非破坏性检测

out金属材料失效分析河海大学力学与材料学院硕士课程第4讲无损检测（Failureanalysisofmetallicmaterials）out2第四讲非破坏性检测------无损检测第一节渗透检测法第二节涡流检测法第三节磁粉探伤法第四节射线透视法第五节超声波探伤指利用光、电、声、磁和射线等物理因子与待检物质相互作用,不破坏待检物质内外部结构及使用性能,对其内部或表面缺陷的位置、大小、形状、种类和分布等进行检测。无损检测→分析失效构件中裂纹等缺陷。out34.1渗透检测法在被检工件上浸涂带有荧光的或红色的染料（渗透剂），利用其渗透作用，显示表面缺陷痕迹的一种无损检测方法。渗透检测的前提是液体必须是润湿的!●基本原理可将零件表面的开口缺陷看作是毛细管或毛细缝隙。能润湿零件的渗透液在毛细作用下能渗入表面缺陷中去，使缺陷附近的表面有所不同。此时可直接观察，或使用显像剂进行显像（会大大提高灵敏度）。直接观察out44.1.1渗透检测法的基本程序显像过程也是利用渗透原理显像剂微粉之间可形成很多半径很小的毛细管，这种粉末又能被渗透液所润湿。当清洗完零件表面多余的渗透液后，给零件的表面敷散一层显像剂，根据上述的毛细现象，缺陷中的渗透液就容易被吸出，形成一个放大的缺陷显示。渗透+显像out5渗透检测的基本步骤：a.探伤前处理b.渗透处理c.清洗处理d.干燥处理e.显象处理f.显象观察g.探伤后处理零件在使用渗透液之前必须进行探伤前处理，用来去除零件表面的油脂、铁屑、铁锈、氧化皮等，以防止这些污物堵塞缺陷，阻塞渗透液的渗入。经预清洗后残余的溶剂﹑清洗剂和水分应充分干燥，并尽快进行下一步操作。如探伤工作量大，则可清洗一段，探伤一段，以避免间隔时间太长造成二次污染。防堵out6b.渗透→将渗透液覆盖在被测零件的表面。渗透方法：根据被检工件的数量﹑尺寸﹑形状以及渗透剂的种类选择，并保证有足够的渗透时间。（1）浸渍法浸渍法是将工件直接浸没在调配好的渗透液槽中，渗透效果好，省时省工，对小型批量的零件适用。（2）刷涂法刷涂法是用软毛刷把渗透液刷涂在被检验部位，适宜于大型工件的局部检验，特别是检验焊缝，工具简单，操作简易，耗用渗透液很少，不易造成浪费，故成本低廉。（3）喷涂法喷涂法是用气泵将渗透液雾化成微小的液体颗粒后，通过喷雾器喷洒在工件被检部位上。喷涂法应在敞开的环境或通风良好的场所中采用，特别是在容器内部操作时应更加注意。out7渗透时间依渗透种类﹑被检工件的材质﹑缺陷本身的性质以及被检工件和渗透液的温度而定。1、渗透性能较差，需要的渗透时间就长一些。2、焊接工件的表面缺陷多为微小裂纹及微露的近表层气孔，需要较长的渗透时间。3、渗透液温度高,所需渗透时间短（适宜的渗透温度为15～50℃。）4、工件温度高，需要的渗透时间短。渗透时间可以根据上述定性分析的情况，5～10min范围内调整选用。out8渗透剂的共性要求挥发性不高洗涤性能好溶解性能好渗透性能好共性要求对渗透剂的最基本要求。如苯、煤油、甲笨、乙醇、松节油、乙酸乙酯等。渗透探伤的显象作用是依靠呈现颜色的染料和能发荧光的物质，这些物质应能充分溶解于溶剂中。表面总会残留多余的渗透剂,必须在清洗处理中很容易清洗掉,否则残留的渗透剂在显象后判读伪缺陷困难。渗透剂中溶剂多为低沸点有机溶剂，易于挥发，降低了探伤灵敏度，因此在渗透剂成分调配中应适度考虑一些沸点相对较高的组成。out9c.清洗处理必不可少的步骤目的：去除附着在被检工件表面的多余渗透剂。既要防止处理不足而造成缺陷识别的困难，同时也要防止处理过度而使渗入缺陷中的渗透剂也被洗去。用荧光渗透剂时，可在紫外线照射下边观察处理程度，边进行操作。在涂覆渗透剂并保持适当的时间后，从零件表面去除多余的渗透剂。注意不能将已渗入缺陷中的渗透剂清洗出来，以保证取得最高的检验灵敏度。out10d.干燥处理自然干燥+人工干燥目的→去除零件表面的水分干燥的温度不能太高，以防止将缺陷中的渗透剂也同时烘干，致使显像时渗透剂不能被吸附到零件表面上来。out11e.显象处理利用显像剂将零件表面缺陷内的渗透剂吸附至零件表面，形成清晰可见的缺陷图像。零件表面涂敷的显像剂要施加均匀，而且要一次涂覆完毕，不允许在一个部件反复涂覆。out12f.显象观察分析缺陷图像，了解工件表面的缺陷。对于着色渗透探伤，无论是自然采光还是人工照明，探伤区域的光照度不得低于350Lx。有条件时用照相的方法记录。观察完成后，及时将零件表面的残留渗透剂和显像剂清洗干净，以防止材料受到侵蚀。out13g.探伤后处理如果残留在工件上的显象剂或渗透剂影响以后的加工﹑使用，或要求重新检验时，应将表面冲洗干净。对于水溶性的探伤剂用水冲洗，或用有机溶剂擦拭。这一过程无特别要求，但是渗透探伤全过程的一部分。out141.着色渗透探伤法2.荧光渗透探伤法3.水洗型渗透探伤法4.溶剂去除渗透探伤法5.干式显象渗透探伤法6.湿式显象渗透探伤法4.1.2渗透探伤的常用方法out15使用含有荧光物质的渗透剂，经清洗后保留在缺陷中的渗透液被显象剂吸附出来。用紫外光源照射，使荧光物质产生波长较长的可见光，在暗室中对照射后的工件表面进行观察，通过显现的荧光图象来判断缺陷的大小、位置及形态。2.荧光渗透探伤法使用的渗透液主要是深色的着色物质(通常由红色染料及溶解着色剂的溶剂所组成)。1.着色渗透探伤法out16清洗使用的溶剂主要是各种有机物，它们具有较小的表面张力系数，对固体表面有很好的润湿作用，因此有很强的渗透能力。4.溶剂去除渗透探伤法渗透剂以水为溶剂或者其中加有乳化剂（使非水溶性的渗透剂发生乳化作用而具有水溶性），能以水清洗。3.水洗型渗透探伤法out17湿式显象剂（在具有高挥发性的有机溶剂中加入起吸附作用的白色粉末配制而成）。这些白色粉末并不溶解于有机溶剂中，而是呈悬浮状态，使用时必须摇晃均匀。为改善显象剂的性能，还要加入一些增加粘度的成分.常常采用吹风机进行热风烘吹以加快干燥。6.湿式显象渗透探伤法5.干式显象渗透探伤法主要采用干式荧光显像剂，用经干燥后的细颗粒干粉可获得很薄的粉膜，对荧光显象有利，可提高探伤灵敏度。out184.1.3渗透检测技术的特点及应用显示缺陷直观，可同时显示各个不同方向的各类缺陷,不受材料性质的限制；原理简明易懂、检查经济、设备简单、应用广泛。→渗透检测对大型工件和不规则零件的检查以及现场机件的检修检查，更能显示其特殊的优点。只能检查开口暴露于表面的缺陷，对埋藏于表皮层以下的缺陷是无能为力的，另外还有操作工序繁杂等缺点,若材料表面裂缝间隙过紧检测亦有困难。随着化学工业的发展，渗透检测技术已日益完善，已被广泛应用于机械、航空、宇航、造船、仪表、压力容器和化工工业等各个领域。out19示例：氧化铝陶瓷块结合处的渗透检测结合完全结合不完全结合完全但有残余热应力造成的陶瓷本体开裂out204.2涡流检测法涡流检测是利用电磁感应原理的一种无损检测方法，适用于导电材料的检测。4.2.1基本原理当导体处在变化的磁场中或相对于磁场运动时，其内部会感应出电流。感应电流特点：在导体内部自成闭合回路，呈漩涡状流动，因此称为涡流。(如:含圆柱导体芯的螺管线圈中通有交变电流时，圆柱导体芯中将出现涡流。)（导体芯）out21当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件时，由于激励线圈磁场的作用，试件中会产生涡流。涡流的大小、相位及流动形式受试件导电性的影响。涡流也会产生一个磁场，这个磁场反过来又会使检测线圈的阻抗发生变化。因此，通过测定检测线圈阻抗的变化，就可判断出被测试件的性能及有无缺陷等。涡流检测材料缺陷示意图缺陷处涡流的密度和分布发生变化out22涡流的趋肤效应趋肤效应→使感生涡流的密度从被检材料或工件的表面到其内部按指数分布规律递减。在涡流检测中，定义涡流密度衰减到其表面密度值的1／e（36.8%）时对应的深度为标准透入深度（趋肤深度），用符号δ表示，其数学表达式为:直流电流通过导体时横截面上的电流密度是均匀的。交变电流通过线圈时，被测导体周围变化的磁场会在导体中产生感应电流，从而会使沿导体截面的电流分布不均匀，表面的电流密度较大，越往中心处越小，尤其是当频率较高时，电流几乎是在导体表面附近的薄层中流动。fπ1磁导率电导率趋肤深度out23几种不同材料的标准透入深度与频率的关系（频率越高---趋肤深度越小）out24涡流探伤时，检测线圈不需与被测物直接接触，可进行高速检测，易于实现自动化，应用非常广泛。试片的大小、厚度、形状及所含缺陷都会影响涡流的检测信号,应参照国标,如:GB/T14480-1993《涡流探伤系统性能测试方法》。out254.2.2涡流检测的应用1）管、棒材探伤用高速、自动化的涡流探伤装置可以对成批生产的金属管（棒）材进行无损检测。首先，自动上料进给装置使管材等速、同心地进入并通过涡流检测线圈。然后，分选下料机构根据涡流检测结果，按质量标准规定将经过探伤的管材分别送入合格品、次品和废品料槽。金属探伤材质分选薄膜(板)侧厚out26管材探伤的检测线圈是多种多样的小直径管材(直径≤75mm)采用激励线圈与测量线圈分开的感应型穿过式线圈。当管材为铁磁性材料时，外层还要加上磁饱和线圈用直流电对管材进行磁化。这种线圈最适宜检测凹坑、锻屑、折叠和裂纹等缺陷，检测速度一般为0.5m／s。穿过式线圈对管材表面和近表面的纵向裂纹有良好的检出灵敏度，但由于其感生出的涡流沿管材周向流动，因此该线圈对周向裂纹的检测不敏感。若管材直径过大，在整个被检面积中缺陷面积占的比例很小时，检测的灵敏度会显著降低。检测管材的周向裂纹或当管材的直径超过75mm时，宜采用小尺寸的探头式线圈以探测管材上的短小缺陷。探头数量的多少取决于管径的大小。探头式线圈的优点是提高了检测灵敏度，但其探伤的效率要比穿过式线圈低。out27涡流检测人工管件缺陷out282)不规则形状材料和零件探伤适合采用放置式线圈进行检测的，既包括形状复杂的零件，也包括除管、棒材以外形状不规则的零件（如板材、型材等）。由于这类零件的形状、结构多种多样，因此放置式线圈的形貌也多种多样。比如要采用涡流方法完成飞机维修手册所规定的全部检查项目，就要配备以下各式探头，包括笔试探头、钩式探头、平探头、孔探头和异形探头等。out293)电导率测量和材质分选非铁磁性金属的电导率值，与材料中所含杂质、材料热处理状态以及某些材料的硬度、耐蚀性等有关。利用涡流电导仪测量出其电导率值，可进行材质的分选。一般高电导率的材料表面会生成强的涡流，而低电导率的材料其涡流随深度的降低较缓慢。out304)涡流测厚用涡流检测法可测量金属基体上的覆层以及金属薄板的厚度，利用的是探头式线圈的提力效应。此厚度一般在几微米至几百微米的范围。测量金属薄板的厚度时，检测线圈既可按反射工作方式布置在被检测薄板的同一侧，也可按透射方式布置在其两侧。但都是根据在测量线圈上测得的感应电压值来推算金属薄板厚度的。out314.3磁粉探伤法4.3.1磁粉检测的基本原理1）金属的铁磁性外磁场作用下，铁磁性材料会被强烈磁化。反映外加磁场强度H与铁磁性材料内部磁感应强度B之间联系的闭合曲线，称为磁滞回线。根据磁滞回线形状的不同，铁磁性材料划分为：软磁性材料：磁滞特性不显著，矫顽力很小，剩磁非常容易消除；硬磁性材料：磁滞特性则非常显著，矫顽力和剩磁都很大，适于制造永久磁铁。磁化强度M磁场强度Hout322）退磁场与漏磁场退磁场将铁磁性棒料放在外磁场中磁化，棒料两端也分别感应出了N、S极，形成方向与外磁场相反的磁场增量ΔH(减弱了外磁场对材料的磁化作用)，故称为退磁场。漏磁场被磁化物体内部的磁力线在缺陷或磁路截面发生突变的部位离开或进入物体表面所形成的磁场。缺陷内所含物质一般有远低于铁磁性材料的磁导率，若该缺陷位于工件表面或近表面，则部分磁力线在缺陷处逸出进入空气中，绕过缺陷后再折回工件，由此形成了缺陷的漏磁场。在漏磁场处撒上磁导率很高的磁粉，因为磁力线穿过磁粉比空气更容易，磁粉会被该漏磁场吸附沿循磁力线排