常用检测技术剖析教学提纲.ppt

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1、常用检测技术剖析2、主应力方向已知的平面应力状态 将应变片沿主应力将应变片沿主应力 1 1和和 2 2方向各贴一片方向各贴一片（图（图3-13-1，P42P42），分别测出其应变值，分别测出其应变值 1 1和和 2 2，然后用广义虎克定，然后用广义虎克定律求出主应力律求出主应力 1 1和和 2 2以及最大切应力以及最大切应力 maxmax式中，式中，被测零件材料的泊松比。被测零件材料的泊松比。3、主应力方向未知的平面应力状态 将为计算方便，一般采用方向夹角一定的应变花：将为计算方便，一般采用方向夹角一定的应变花：直角型应变花直角型应变花（图（图3-23-2，P43P43），三角型应变花，三角型

2、应变花（图（图3-33-3，P43P43），分别测出其应变值，分别测出其应变值 1 1、2 2、3 3。则主应力。则主应力 maxmax、minmin与主方向夹角与主方向夹角 p p和最大切应力和最大切应力 maxmax式中的系数式中的系数A A、B B、C C见见表表3-13-1（P43P43）4、测点选择、布片和选片原则（1 1）测点的选择）测点的选择 应考虑如下几个问题：应考虑如下几个问题：1 1）最大应力点一般都产生在危险截面或应力集中的地方。）最大应力点一般都产生在危险截面或应力集中的地方。2 2）如果最大应力点难以确定，或者需要了解构件应力分布）如果最大应力点难以确定，或者需要了解

3、构件应力分布的全貌，一般都在所研究的线段上比较均匀地布置的全貌，一般都在所研究的线段上比较均匀地布置5757个测点。个测点。3 3）对于构件上开有孔、凹槽或截面急剧变化等一些产生应）对于构件上开有孔、凹槽或截面急剧变化等一些产生应力集中的区域，测点应适当的加多，以了解其应力变化情况。力集中的区域，测点应适当的加多，以了解其应力变化情况。4 4）为了减少测点数目，可以利用结构与载荷的对称性和结）为了减少测点数目，可以利用结构与载荷的对称性和结构边界的特殊性况。构边界的特殊性况。5 5）动态测试应在静态测试的基础上进行，测点数目要比静）动态测试应在静态测试的基础上进行，测点数目要比静态的少。动态测

4、点一定要选在能反映构件动态性质的关键部位。态的少。动态测点一定要选在能反映构件动态性质的关键部位。二、残余应力检测 对残余应力的理论计算是一个非常困难的问题。因对残余应力的理论计算是一个非常困难的问题。因此工程上主要依靠残余应力的测定来求得残余应力的数此工程上主要依靠残余应力的测定来求得残余应力的数据。据。目前，测定残余应力的方法归纳起来可分为全破坏、目前，测定残余应力的方法归纳起来可分为全破坏、局部破坏和非破坏三大类。用于金属结构和零件非破坏局部破坏和非破坏三大类。用于金属结构和零件非破坏的电测方法主要有盲孔应力释放法和磁弹性法。的电测方法主要有盲孔应力释放法和磁弹性法。1 1、盲孔应力释放

5、法盲孔应力释放法 原理：原理：在均匀连续受力的板上钻一通孔。利用图在均匀连续受力的板上钻一通孔。利用图3-3-4 4（P45P45）布置的电阻应变片求出应力）布置的电阻应变片求出应力 1 1和和 2 2（P45P45），），然后再通过标定试验获得然后再通过标定试验获得 1 1和和 2 2 公式中的公式中的A A、B B系数对系数对通孔的理论解进行修正。通孔的理论解进行修正。其优点如下：其优点如下：1 1）只需在工件的表面上钻一个小而浅的盲孔，实）只需在工件的表面上钻一个小而浅的盲孔，实测后，可将盲孔磨掉，保证结构完好。测后，可将盲孔磨掉，保证结构完好。2 2）检测的工作量少，速度快。）检测的工

6、作量少，速度快。3 3）采用小标距电阻应变片测得的残余应力接近于）采用小标距电阻应变片测得的残余应力接近于点应力，误差比较小。点应力，误差比较小。2 2、磁弹性、磁弹性法法 原理：原理：利用铁磁物质在磁场中磁化后的磁致伸缩效利用铁磁物质在磁场中磁化后的磁致伸缩效应来检测残余应力应来检测残余应力,即通过测得某一小范围内各个方向即通过测得某一小范围内各个方向磁导率的变化，来反映出这一区域的应力状态。磁导率的变化，来反映出这一区域的应力状态。第二节 材料表面性能电测技术一、表面粗糙度测量1 1、触针式表面轮廓仪、触针式表面轮廓仪 传统的触针式表面轮廓仪一般是二维表面粗糙度检传统的触针式表面轮廓仪一般

7、是二维表面粗糙度检测装置测装置(图图a);图图b b)为计算机控制的数字表面轮廓仪。传感器驱动装置放大器放大倍率选择滤波器截断长度选择Ra读数计笔式记录仪触针a)传统的表面轮廓仪传感器驱动装置放大器放大倍率选择滤波器截断长度选择A/D转换器触针b)计算机控制的表面轮廓仪计算机打印机 在现代电子与计算机高度发展的今天，决定检测精在现代电子与计算机高度发展的今天，决定检测精度、可靠性、检测范围的关键部件是触针本身以及传感度、可靠性、检测范围的关键部件是触针本身以及传感器与驱动装置。器与驱动装置。（1 1）触针）触针 理论上触针针尖半径越小越好，它可分辨理论上触针针尖半径越小越好，它可分辨出更细微波

8、长的平面度。但实际上针尖半径不可能做得出更细微波长的平面度。但实际上针尖半径不可能做得无限小。针尖的形状和半径均有国际标准。无限小。针尖的形状和半径均有国际标准。（2 2）传感器）传感器 最常用的两种为：线性差动变压器最常用的两种为：线性差动变压器（图（图3-12a,P51)3-12a,P51)和激光干涉式传感器和激光干涉式传感器（图（图3-12b,P51)3-12b,P51)。（3 3）驱动装置）驱动装置 使被检测件与触针在水平方向上发生使被检测件与触针在水平方向上发生相对运动：一般有电动机相对运动：一般有电动机+齿轮齿条、电动机齿轮齿条、电动机+滚珠丝滚珠丝杠、电动机杠、电动机+皮带与滑台

9、等。皮带与滑台等。2 2、检测要求与条件、检测要求与条件 （1 1）采样间隔）采样间隔 是对检测轮廓量化时在水平方向是对检测轮廓量化时在水平方向的量化间隔。通常采样间隔是采用等间隔的形式，如图的量化间隔。通常采样间隔是采用等间隔的形式，如图3-143-14（P52P52）所示的所示的。（2 2）取样长度）取样长度 是表面分析与计算的基本长度，是表面分析与计算的基本长度，粗糙度的参数计算一般都是定义在一个取样长度上，如粗糙度的参数计算一般都是定义在一个取样长度上，如图图3-14 3-14（P52P52）所示的取样长度由所示的取样长度由l l表示。表示。（3 3）截断长度）截断长度 模拟滤波器的截

10、断长度模拟滤波器的截断长度 B B（模拟系统（模拟系统中实现的取样长度）中实现的取样长度）即为取样长度即为取样长度l l（物理概念）。对（物理概念）。对于一个给定的截断长度于一个给定的截断长度 B B，大于该长度的粗糙度分量，大于该长度的粗糙度分量将被滤掉或衰减；小于该长度的分量将被保留。图将被滤掉或衰减；小于该长度的分量将被保留。图3-3-15a15a（P53P53）所示检测信号，图所示检测信号，图3-15b3-15b为被滤掉的分量为被滤掉的分量（中线基准），图（中线基准），图3-15c3-15c则为滤波后的粗糙度信号则为滤波后的粗糙度信号。截断长度截断长度（或取样长度）在检测时，应根据加工

11、表（或取样长度）在检测时，应根据加工表面性质的不同，选用不同的标准。面性质的不同，选用不同的标准。（4 4）评价长度）评价长度 模对一个表面的分析需从几个取样长模对一个表面的分析需从几个取样长度的统计平均意义上来考虑。若干个取样长度的总和就度的统计平均意义上来考虑。若干个取样长度的总和就称为评价长度。称为评价长度。（5 5）行程）行程 指触针在一次检测时的水平运动距离。理指触针在一次检测时的水平运动距离。理论上行程等于评价长度，但实际上应包含加减速所需的论上行程等于评价长度，但实际上应包含加减速所需的行程以及评价长度所具有的行程。行程以及评价长度所具有的行程。（6 6）针尖半径）针尖半径 针尖

12、半径和针尖角均具有国际标准。针尖半径和针尖角均具有国际标准。对于较光滑的表面应采用小针尖半径的触针，反之，应对于较光滑的表面应采用小针尖半径的触针，反之，应采用大针尖半径的触针。采用大针尖半径的触针。（7 7）检测力）检测力 触针接触于表面的作用力。国际标准中触针接触于表面的作用力。国际标准中推荐的静态测量力与动态变化力范围见表推荐的静态测量力与动态变化力范围见表3-23-2（P54P54）。）。（8 8）检测速度）检测速度 为了预防在检测过程中触针遇到波峰为了预防在检测过程中触针遇到波峰时被弹起或崩断，厂家一般都推荐了比较保守的检测速时被弹起或崩断，厂家一般都推荐了比较保守的检测速度，约为度

13、，约为0.11mm/s0.11mm/s。二、覆层厚度的检测 通常是利用无损检测（磁法、涡流法、超声法、射通常是利用无损检测（磁法、涡流法、超声法、射线法、光学法、电容法、微波法、热电势法和石英振荡线法、光学法、电容法、微波法、热电势法和石英振荡法等）。法等）。磁法是利用覆层和基体之间材料的磁导率不同；涡磁法是利用覆层和基体之间材料的磁导率不同；涡流法是利用材料的电导率不同；射线法是利用材料原子流法是利用材料的电导率不同；射线法是利用材料原子系数不同对射线的吸收系数和反散射系数也不同，等等系数不同对射线的吸收系数和反散射系数也不同，等等 各种方法应视具体条件和要求而加以选用，如基各种方法应视具体

14、条件和要求而加以选用，如基体与覆层为同一类型材料时，则用磁法和涡流法检测覆体与覆层为同一类型材料时，则用磁法和涡流法检测覆层厚度比较困难，当两者的物理参数都十分相近时就几层厚度比较困难，当两者的物理参数都十分相近时就几乎无法检测。乎无法检测。图图3-163-16（P55P55）为涡流法渗氮层厚度测量电路方块为涡流法渗氮层厚度测量电路方块图，其基本原理是利用一个载有高频电流线圈的探头，图，其基本原理是利用一个载有高频电流线圈的探头，在测试样表面产生高频磁场，由此引起金属内部产生涡在测试样表面产生高频磁场，由此引起金属内部产生涡流，此涡流产生的磁场又反作用于探头内线圈使其阻抗流，此涡流产生的磁场又

15、反作用于探头内线圈使其阻抗发生变化。发生变化。第三节 工件表面缺陷电测技术一、磁力探伤法1 1、原理、原理 被测工件材质：被测工件材质：导磁性金属。导磁性金属。原理：原理：若工件中有缺陷，在缺陷处，磁力线将发生若工件中有缺陷，在缺陷处，磁力线将发生弯曲，在工件表面将发生漏磁现象。如在工件表面撒上弯曲，在工件表面将发生漏磁现象。如在工件表面撒上磁粉，则在表面漏磁处将产生磁粉聚集和定向现象，表磁粉，则在表面漏磁处将产生磁粉聚集和定向现象，表明此处有缺陷存在。明此处有缺陷存在。2 2、磁力探伤方法、磁力探伤方法 （1 1）纵向磁化法：）纵向磁化法：导在被检工件外面绕以线圈并导在被检工件外面绕以线圈并

16、通电磁化，或将电磁铁两极放在垂直于工件轴向的工件通电磁化，或将电磁铁两极放在垂直于工件轴向的工件表面上，此时，在工件内会产生与工件轴向平行的磁力表面上，此时，在工件内会产生与工件轴向平行的磁力线簇。它分为以下三种：线簇。它分为以下三种：1 1）铁轭磁化法）铁轭磁化法 将电磁铁轭夹住工件，通电使工将电磁铁轭夹住工件，通电使工件磁化件磁化（图（图3-20a,P57)3-20a,P57)。2 2）线圈开端磁化法）线圈开端磁化法 在被检工件上绕以数圈导线，在被检工件上绕以数圈导线，通电使工件磁化通电使工件磁化（图（图3-20b)3-20b)。3 3）线圈闭端磁化法）线圈闭端磁化法 除在被检工件上绕以线

17、圈外，除在被检工件上绕以线圈外，还将铁轭与工件接触还将铁轭与工件接触（图（图3-20c)3-20c)。（2 2）周向磁化法：）周向磁化法：纵向磁化法产生的磁力线沿轴纵向磁化法产生的磁力线沿轴向分布，不易检测轴向方位缺陷。为此，必须采用周向向分布，不易检测轴向方位缺陷。为此，必须采用周向（横向）磁化法检验。它分为以下四种：（横向）磁化法检验。它分为以下四种：1 1）直接通电磁化法）直接通电磁化法 对被检工件直接通以低压大对被检工件直接通以低压大电流电流（图（图3-21a,P57)3-21a,P57)。2 2）中间穿棒磁化法）中间穿棒磁化法 如果被检工件为圆管形，可如果被检工件为圆管形，可用非铁磁

18、性导体插入工件空心处并通以电流，使空心工用非铁磁性导体插入工件空心处并通以电流，使空心工件表面磁化件表面磁化（图（图3-21b)3-21b)。3 3）电缆磁化法）电缆磁化法 电流通过穿绕环形工件的专用电电流通过穿绕环形工件的专用电缆，探测工件表面沿轴向分布的缺陷缆，探测工件表面沿轴向分布的缺陷（图（图3-21c)3-21c)。4 4）局部通电磁化法）局部通电磁化法 对于大型工件，可对被检部对于大型工件，可对被检部位直接通电进行局部磁化。位直接通电进行局部磁化。（2 2）复合磁化法：）复合磁化法：采用单一磁化法难以检验那些采用单一磁化法难以检验那些与磁化方向成一定角度的缺陷。因此先进的磁力探伤仪

19、与磁化方向成一定角度的缺陷。因此先进的磁力探伤仪一般要对工件施以纵向和周向磁化法，称为复合磁化法。一般要对工件施以纵向和周向磁化法，称为复合磁化法。它分为以下二种：它分为以下二种：1 1）交、直流复合磁化法）交、直流复合磁化法 将被检工件置于通以直将被检工件置于通以直流电的螺管线圈中或夹于铁轭的两极之间，同时又对工流电的螺管线圈中或夹于铁轭的两极之间，同时又对工件进行交流周向磁化件进行交流周向磁化（图（图3-22,P58)3-22,P58)。2 2）三相半波整流复合磁化法）三相半波整流复合磁化法 利用相位差为利用相位差为120120OOC C的三相半波整流电流，在三个相互垂直的方向上的三相半波

20、整流电流，在三个相互垂直的方向上对工件进行磁化。对工件进行磁化。3 3、缺陷的检验方法及缺陷的特征、缺陷的检验方法及缺陷的特征 （1 1）剩余磁场检验法：）剩余磁场检验法：对被检工件瞬时（小于对被检工件瞬时（小于0.5s)0.5s)，断电后浇注磁悬液，断电后浇注磁悬液2323次，或将工件浸入磁悬液次，或将工件浸入磁悬液中中1020s1020s，缓慢取出，静止，缓慢取出，静止12min12min后观察表面形态变后观察表面形态变化。化。（2 2）外加磁场检验法）外加磁场检验法 对难以用剩余磁法检验的工对难以用剩余磁法检验的工件，必须考虑采用外加磁场检验。分湿法和干法两种。件，必须考虑采用外加磁场检

21、验。分湿法和干法两种。1 1）湿法）湿法 充磁与施加悬浮液同时进行。充磁与施加悬浮液同时进行。2 2）干法）干法 将磁粉喷成悬浮状态并轻轻地漂浮到已将磁粉喷成悬浮状态并轻轻地漂浮到已磁化的区域中，然后进行检查。磁化的区域中，然后进行检查。（3 3）磁法探伤常见缺陷的特征：）磁法探伤常见缺陷的特征：常见缺陷有大小常见缺陷有大小不等、形状不一、分布不规则的裂纹、夹渣、白点、疏不等、形状不一、分布不规则的裂纹、夹渣、白点、疏松等。正确判断（防止伪缺陷）应结合工艺过程来综合松等。正确判断（防止伪缺陷）应结合工艺过程来综合考虑。考虑。二、涡流探伤法1 1、涡流探伤法原理及设备原理及设备 原理：原理：当载

22、有交变电流的检测线圈靠近导电工件当载有交变电流的检测线圈靠近导电工件时，由于线圈磁场的作用，工件中将会感生出涡流（其时，由于线圈磁场的作用，工件中将会感生出涡流（其大小等参数与工件中的缺陷等有关），而涡流产生的反大小等参数与工件中的缺陷等有关），而涡流产生的反作用磁场又将使检测线圈的阻抗发生变化。因此，在工作用磁场又将使检测线圈的阻抗发生变化。因此，在工件形状尺寸及探测距离等固定的条件下，通过测定探测件形状尺寸及探测距离等固定的条件下，通过测定探测线圈阻抗的变化，可以判断被测工件有无缺陷存在。线圈阻抗的变化，可以判断被测工件有无缺陷存在。（1 1）涡流探伤仪 由振荡器、探头（检测线圈及其装配件

23、）、信号输由振荡器、探头（检测线圈及其装配件）、信号输出电路、放大器、信号处理器、显示器、电源等几部分出电路、放大器、信号处理器、显示器、电源等几部分组成。其原理方框图如下图所示。组成。其原理方框图如下图所示。振荡器信号输出电路放大器信号处理器放大器被测工件检测线圈电源涡流检测仪原理方框图 振荡器产生的各种频率的振荡电流流经检测线圈，振荡器产生的各种频率的振荡电流流经检测线圈，线圈产生交变磁场并在工件中感生涡流。受工件导电线圈产生交变磁场并在工件中感生涡流。受工件导电能力影响的涡流又会使检测线圈的电性能发生变化。能力影响的涡流又会使检测线圈的电性能发生变化。（2 2）涡流检测仪的检测线圈 由按

24、检测线圈与被测工件的相互位置关系可分为如由按检测线圈与被测工件的相互位置关系可分为如下三类：下三类：1 1）穿过式线圈）穿过式线圈 将工件插入并通过线圈内部进行将工件插入并通过线圈内部进行检测。检测。2 2）内通过式线圈）内通过式线圈 插入工件内部进行检测。插入工件内部进行检测。3 3）放置式线圈（探头）放置式线圈（探头）检测时将线圈置于工件检测时将线圈置于工件表面。表面。2 2、管件、管件涡流探伤 用于管件检测的穿过式线圈如图用于管件检测的穿过式线圈如图3-243-24（P61P61）所示；所示；用于管件检测的探头式线圈如图用于管件检测的探头式线圈如图3-253-25（P61P61）所示。所

25、示。第四节 工件内部缺陷电测技术 目前，用于金属内部缺陷探测的主要方法是目前，用于金属内部缺陷探测的主要方法是X X射线射线法和超声波法。法和超声波法。一、X射线探伤1 1、原理（图、原理（图3-273-27，P62P62）射线穿过工件缺陷部分和无缺陷部分以后的射线强射线穿过工件缺陷部分和无缺陷部分以后的射线强度比称为度比称为“明暗度明暗度”，以公式表示为：，以公式表示为：其中，X射线在该材料中的衰减系数；x缺陷的厚度 A吸收层厚度2 2、X射线电视探伤技术（图3-28，P62）X X射线电视探伤的穿透能力，取决于射线电视探伤的穿透能力，取决于X X射线机的功射线机的功率。功率越大，穿透能力越

26、强。率。功率越大，穿透能力越强。二、超声波探伤1 1、原理、原理 超声波探头发射出的超声波如果遇到缺陷将被反射超声波探头发射出的超声波如果遇到缺陷将被反射回来，由原探头或接收探头接收，变成电脉冲信号，经回来，由原探头或接收探头接收，变成电脉冲信号，经过放大器和扫描显示，就可以检验出缺陷的存在并进行过放大器和扫描显示，就可以检验出缺陷的存在并进行定位和定性分析。定位和定性分析。2、超声波探伤设备、超声波探伤设备 按显示缺陷的方式，超声波探伤仪分按显示缺陷的方式，超声波探伤仪分A A型型（显示缺（显示缺陷的位置与大小）陷的位置与大小）、B B型型（显示出缺陷的大体形态）（显示出缺陷的大体形态）和和

27、C C型型（显示出缺陷的平面图形）（显示出缺陷的平面图形）。目前，工业探伤中应用最多的是目前，工业探伤中应用最多的是A A型脉冲反射式超型脉冲反射式超声波探伤仪声波探伤仪（电路组成框图如图（电路组成框图如图3-293-29，P63P63）。3、超声波探伤对缺陷的判断、超声波探伤对缺陷的判断 （1 1）缺陷定位）缺陷定位 1 1）纵波计算法）纵波计算法（图（图3-303-30，P64P64）其中，T0荧光屏上、下边界脉冲间距；T荧光屏上边界脉冲与缺陷脉冲间距；l0工件厚度；l缺陷与界面的距离。2 2）横波三角块比较法）横波三角块比较法（图（图3-313-31，P65P65）当反射脉冲与缺陷脉冲位

28、置重合时，记下探头的中当反射脉冲与缺陷脉冲位置重合时，记下探头的中心位置，量出有关的尺寸（心位置，量出有关的尺寸（h h、l)l)，即可确定缺陷的实际，即可确定缺陷的实际位置。位置。3 3）表面波探伤定位）表面波探伤定位 由于表面波是在工件表面或近表面传播的，因此根由于表面波是在工件表面或近表面传播的，因此根据移动探头时脉冲在扫描线上的游离位置即可知道缺陷据移动探头时脉冲在扫描线上的游离位置即可知道缺陷的位置。的位置。（2 2）缺陷定量）缺陷定量 1 1）试块比较法）试块比较法 比较从缺陷与试块上相应的人造平底孔缺陷反射回比较从缺陷与试块上相应的人造平底孔缺陷反射回来的脉冲幅度，如果缺陷脉冲与

29、平底孔脉冲幅度相等，来的脉冲幅度，如果缺陷脉冲与平底孔脉冲幅度相等，则缺陷大小相当于试块上某一平底孔的大小。则缺陷大小相当于试块上某一平底孔的大小。2 2）半波高度法）半波高度法 半波高度法的本质是，超声波脉冲在缺陷边缘半波高度法的本质是，超声波脉冲在缺陷边缘反射时其能量减半。反射时其能量减半。无论是纵波探伤还是横波探伤，发现缺陷后，无论是纵波探伤还是横波探伤，发现缺陷后，先找出最大反射脉冲幅度先找出最大反射脉冲幅度A A，再向四周继续移动探头，再向四周继续移动探头，直至声束中心遇到缺陷边缘，使反射脉冲幅度为直至声束中心遇到缺陷边缘，使反射脉冲幅度为0.5A0.5A时记下探头中心位置，则反射脉

30、冲幅度为时记下探头中心位置，则反射脉冲幅度为0.5A0.5A的两点间最大距离为实际缺陷的尺寸，如图的两点间最大距离为实际缺陷的尺寸，如图3-323-32所所示示（P65P65）。（3 3）缺陷定性）缺陷定性 根据荧光屏上的脉冲形状难以判断缺陷的性质，根据荧光屏上的脉冲形状难以判断缺陷的性质，必须进行综合分析：必须进行综合分析：1 1）不同加工工艺，缺陷不同；）不同加工工艺，缺陷不同；2 2）工件的材料不同，缺陷不同；）工件的材料不同，缺陷不同；3 3）缺陷尺寸不同，其性质也不同；）缺陷尺寸不同，其性质也不同；4 4）缺陷位置不同，其性质也不同；）缺陷位置不同，其性质也不同；5 5）缺陷反射脉冲特点及其形状不同，其性质也）缺陷反射脉冲特点及其形状不同，其性质也不同；不同；6 6）缺陷位置不同，其性质也不同；）缺陷位置不同，其性质也不同；此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢