无损检测的质量管理与控制

无损检测的质量管理与控制第一章无损检测基础知第二章金属焊接工艺缺欠第三章无损检测的质量控制第一章无损检测基础知识第一节无损检测无损检测（NondestructiveTesting，缩写为NDT/或NondestructiveExamination，缩写为NDE），就是研发和应用各种技术方法，以不损害被检对象未来用途和功能的方式，为探测、定位、测量和评价缺陷，评估完整性、性能和成分，测量几何特征，而对材料和零（部）件所进行的检测。一般来说，缺陷检测是无损检测中最重要的方面。因此，狭义而言，无损检测是基于材料的物理性质因有缺陷而发生变化这一事实，在不改变、不损害材料和工件的状态和使用性能的前提下，测定其变化量，从而判断材料和零部件是否存在缺陷的技术。就是说，无损检测是利用材料组织结构异常引起物理量变化的原理，反过来用物理量的变化来推断材料组织结构的异常。它既是一门区别于设计、材料、工艺和产品的相对独立的技术，又是一门贯穿于武器装备和主导民用产品设计、研制、生产和使用全过程的综合技术。在设计阶段，用于支持损伤容限设计；在研制、生产阶段，用于剔除不合格的原材料、坯料及工序不合格品，改进制造工艺，鉴定产品对验收标准的符合性，判定合格与否；在在役检测中，用于监测产品结构和状态的变化，确保产品运行的安全可靠。在国防科技工业及压力容器的产品设计、研制、生产和使用中，无损检测技术已经获得广泛应用。由于物理量的变化与材料组织结构的异常不一定是一一对应的，因此，不能盲目地使用无损检测，否则不但不能提高产品的可靠性，而且要增加制造成本。因而必须掌握无损检测的理论基础，选用最适当的无损检测方法，应用正确的检测技术，在最适当的时机进行检测，正确评价检测获得的信息，才能充分发挥其效果。例如要发现锻造及冲压加工所产生的缺陷，不宜采用射线检测；对于表面淬火裂纹等则应选用磁粉检测等。此外，无损检测的时机也是一个重要因素，例如经过焊接或热处理的某些材料会出现延迟断裂现象，即在加工或热处理后，经过几个小时甚至几天才产生裂纹。因此，必须了解这些情况以确定检测时机。无损检测的可靠性与被检工件的材质、组成、形状、表面状态、所采用的物理量的性质以及被检工件异常部位的性质、形状、大小、取向和检测装置的特性等关系很大，而且还受人为因素、标定误差、精度要求、数据处理和环境条件等的影响，因此，需要根据不同情况选用不同的物理量，而且有时往往需要综合考虑几种不同物理量的变化情况，才能对材料组织结构的异常情况做出可靠的判断。可见，不管采用哪一种检测方法，要完全检测出异常部位是十分困难的，而且往往不同的检测方法会得到不同的信息，因此综合应用几种方法可以提高无损检测的可靠性。根据物理原理的不同，无损检测方法多种多样。工程应用中最普遍采用的有涡流检测（ET）、液体渗透检测（PT）、磁粉检测（MT）、射线照相检测（RT）和超声检测（UT），通称五大常规无损检测方法。其中，射线照相检测和超声检测主要用于检测内部缺陷，磁粉检测和涡流检测可以检测表面和近表面缺陷，液体渗透检测只能检测表面开口缺陷。已获工程应用的其他无损检测方法主要有：声发射检测、计算机层析成像检测、全息干涉/错位散斑干涉检测、泄漏检测、目视检测和红外检测。第二节常规无损检测方法一、涡流检测涡流检测（EddyCurrentTesting’ET）是基于电磁感应原理揭示导电材料表面和近表面缺陷的无损检测方法。当载有交变电流的检测线圈接近被检件时，材料表面和近表面会感应出涡流，其大小、相位和流动轨迹与被检件的电磁特性和缺陷等有关；涡流产生的磁场作用会使线圈阻抗发生变化，测定线圈阻抗即可获得被检件物理、结构和冶金状态的信息。涡流检测可以用于测量或鉴别电导率、磁导率、晶粒尺寸、热处理状态、硬度；检测折叠、裂纹、孔洞和夹杂等缺陷；测量非铁磁性金属基体上非导电涂层的厚度，或者铁磁性金属基体上非铁磁性覆盖层的厚度；还可用于金属材料分选、并检测其成分、微观结构和其他性能的差别。由于涡流检测有多种敏感反应，一方面应用范围广，另一方面对检测结果的干扰因素多。因此，涡流检测仪器一般都根据不同的检测目的，采用不同的方法抑制干扰信息，提取有用信息，制成不同类型的专用仪器，例如涡流电导仪、涡流探伤仪和涡流测厚仪。涡流检测的主要优点是：非接触，检测速度快，能在高温状态下进行检测；主要局限是：只能检测导电材料；检测灵敏度相对较低。二、液体渗透检测液体渗透检测（PenetrantTesting’PT）是基于毛细管现象揭示非多孔性固体材料表面开口缺陷的无损检测方法。简称渗透检测。将液体渗透液借助毛细管作用渗入工件的表面开口缺陷中，用去除剂（如水）清除掉表面多余的渗透液，将显像剂喷涂在被检表面，经毛细管作用，缺陷中的渗透液被吸附出来并在表面显示。液体渗透检测的基本步骤是：预处理、渗透、去除、干燥、显像、检验和后处理。有两种渗透检测方法：荧光渗透检测和着色渗透检测。渗透检测适用于表面裂纹、折叠、冷隔、疏松等缺陷的检测，被广泛用于铁磁性和非铁磁性锻件、铸件、焊接件、机加工件、粉末冶金件、陶瓷、塑料和玻璃制品的检测。图1-1是渗透检测实例。渗透检测在使用和控制方面都相对简单。渗透检测所使用的设备可以是分别盛有渗透液、去除剂、显像剂的简单容器组合，也可以是复杂的计算机控制自动处理和检测系统。渗透检测的主要优点是：显示直观；操作简单；渗透检测的灵敏度很高，可检出开度小至1μm的裂纹。渗透检测的主要局限是：它只能检出表面开口的缺陷；粗糙表面和孔隙会产生附加背景，从而对检测结果的识别产生干扰；对零件和环境有污染。三、磁粉检测磁粉检测（MagneticParticleTesting’MT）是基于缺陷处漏磁场与磁粉的相互作用而显示铁磁性材料表面和近表面缺陷的无损检测方法。当被检材料或零件被磁化时，表面或近表面缺陷处由于磁的不连续而产生漏磁场；漏磁场的存在，亦即缺陷的存在，借助漏磁场处图1-1渗透检测显示图1-2磁粉检测实例a）分层b）焊接缩裂c）铝锻件裂纹a）热处理缺陷（上）b）法兰中的近表面缺陷（下）聚集和保持施加于工件表面的磁粉形成的显示（磁痕）而被检出；磁痕指示出缺陷的位置、尺寸、形状和程度。施加于工件表面的磁粉可以是干磁粉，也可以是置于载液（例如水载液、油基载液和乙醇载液）中的湿磁粉。磁粉检测的基本步骤是：预处理、磁化工件、施加磁粉或磁悬液、磁痕分析与评定、退磁和后处理。磁粉检测可发现的主要缺陷有：各种裂纹、夹杂（含发纹）、夹渣、折叠、白点、分层、气孔、未焊透、疏松、冷隔等。图1-2为检测实例。磁粉检测的主要优点是：显示直观；检测灵敏度高，可检测开口小至微米级的裂纹；设备简单（主要设备为磁粉探伤机），操作简便，结果可靠，价格便宜；磁粉检测的主要局限是：只能检测铁磁性材料的表面和近表面缺陷，而不适用于非铁磁性材料。四、射线照相检测射线照相检测（RadiographicTesting’RT）是基于被检测件对透入射线（无论是波长很短的电磁辐射还是粒子辐射）的不同吸收来检测零件内部缺陷的无损检测方法。由于零件各部分密度差异和厚度变化，或者由于成分改变导致的吸收特性差异，零件的不同部位会吸收不同量的透入射线。这些透入射线吸收量的变化，可以通过专用底片记录透过试件未被吸收的射线而形成黑度不同的影像来鉴别。根据底片上的影像，可以判断缺陷的性质、形状、大小和分布。射线照相检测主要适用于体积型缺陷，如气孔、疏松、夹杂等的检测，也可检测裂纹、未焊透、未熔合等。工业应用的射线检测技术有三种：X射线检测、γ射线检测和中子射线检测。其中使用最广泛的是X射线照相检测，主要设备是X射线探伤机，其核心部件是X射线管，常用管电压不超过450Kv，对应可检钢件的最大厚度约70~80mm；当采用加速器作为射线源时，可获得数十兆电子伏的高能x射线，可检测厚度500~600mm的钢件。图1-3为检测实例。(Ir-192、Co-60可检测厚度范围分别为:20~100mm,40~200mm)射线照相检测的主要优点是：可检测工件内部的缺陷，结果直观，检测对象基本不受零件材料、形状、外廓尺寸的限制；主要局限是：三维结构二维成像，前后缺陷重叠；被检裂纹取向与射线束夹角不宜超过10°，否则将很难检出。(这就是未熔合有时检不出来的原因之一)射线的辐射生物效应可对人体造成损伤，必须采取妥善的防护措施。射线检测的基本步骤：训机、划线、粘贴标记、贴片、对焦、曝光、胶片的暗室处理、底片的评定。五、超声检测超声检测（UltrasonicTesting’UT）是利用超声波（常用频率为0.5~25MHz）在介质中传播时产生衰减，遇到界面产生反射的性质来检测缺陷的无损检测方法。对透过被检件的超声波或反射的回波进行显示和分析，可以确定缺陷是否存在及其位置以及严重程度。超声波反射的程度主要取决于形成界面材料的物理状态，而较少取决于材料具体的物理性能。例如，在金属/气体界面，超声波几乎产生全反射；在金属/液体和金属/固体界面，超声波产生部分反射。产生反射界面的裂纹、分层、缩孔、发纹、脱粘和其他缺陷易于被检出；夹杂和其他不均匀性由于产生部分反射和散射或产生某种其他可检效应，也能够被检出。具体检测方法主要有脉冲回波法和超声穿透法，其中以超声脉冲回波法应用最广。图1-3射线照相检测实例图1-4碳纤维结构分层的几种显示方法a）纵向裂纹b）拉长的孔洞c）孔隙A显示（左上）、B显示（右上）和C显示（下）基本的缺陷显示方式有三种：显示缺陷深度和缺陷反射信号幅度的A型显示（A扫描）、显示缺陷深度及其在纵截面上分布状态的B型显示（B扫描）、以及显示缺陷在平面视图上分布的C型显示（C扫描）。图1-4为碳纤维结构分层的三种显示结果。超声检测的主要优点是：适用多种材料与制作的检测；可对大厚度件（如几米厚的钢件）进行检测：能对缺陷进行定位；设备轻便，可现场检测。主要局限是：常用的从波脉冲发射法存在盲区，表面与近表面缺陷难以检测；试件形状复杂对检测可实施性有较大影响：检测者需要较丰富的实践经验。超声检测的基本步骤：仪器、换能器（探头）、耦合剂的选择，灵敏度的确定，初扫查，精扫查（缺陷的测长、定位、大致的定性），合格与否的判定。第三节缺陷缺陷可定义为尺寸、形状、取向、位置或性质使制件（产品）的有效使用受到限制，或不满足设计规定的验收标准的不连续性；不连续性则是制件正常组织结构或外形的间断（例如裂纹、折迭、夹杂、孔隙等等），这种间断可能会、也可能不会影响零件的可用性。一、缺陷分类缺陷可按来源、类型和位置分类。（1）按缺陷来源:可分为工艺缺陷和服役缺陷。1）工艺缺陷：与各种制造工艺，如铸造、塑性加工、焊接、热处理和电镀等有关的缺陷。2）服役缺陷：与各种服役条件有关的缺陷。金属材料的服役缺陷包括腐蚀、疲劳和磨损等。（2）按缺陷类型可分为体积型缺陷和平面型缺陷。1）体积型缺陷：可以用三维尺寸或一个体积来描述的缺陷。主要的体积型缺陷包括：孔隙、夹杂、夹渣、夹钨、缩孔、缩松、气孔、腐蚀坑等。2）平面型缺陷：一个方向很薄、另两个方向尺寸较大的缺陷。主要的平面型缺陷包括：分层、脱粘、折叠、冷隔、裂纹、未熔合、未焊透等。（3）根据缺陷在物体中的位置可分为表面缺陷和（不延伸至表面的）内部缺陷。二、缺陷分析缺陷分析包括缺陷特征分析和缺陷冶金分析。（1）缺陷特征分析其内容包括起源和位置（表面、近表面、或表面以下）、取向、形貌（平的、不规则形状的、或螺旋状等）、性质等。（2）缺陷冶金分析内容包括是在哪一制造阶段产生的，是如何产生的等。三、常见缺陷（1）常见铸造工艺缺陷孔洞类缺陷（气孔、针孔，缩孔、缩松、疏松）、裂纹冷隔类缺陷（冷裂、热裂、白点、冷隔）、夹杂类缺陷、偏析。（2）常见锻造工艺缺陷过烧、过热、折叠和裂纹源自铸锭或坯料加工、或者是锻造工序引起的。锻件中的缩孔、夹杂、偏析和氢脆则源自铸锭原有的缺陷。（3）常见焊接（熔焊）工艺缺陷裂纹类、孔穴类（气孔、缩孔）、固体类（夹渣、氧化物夹杂、皱褶和金属夹杂）、未熔合和未焊透、形状类（咬边、焊瘤、烧穿、未焊满）等等。第四节无损检测方法的选择一般来说，缺陷