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1、承压类特种设备无损检测相关知识第三篇 无损检测基础知识第6章无损检测概论6.1 无损检测的定义与分类无损检测一一非破坏检查.(非破土裹检查)现代无损检测的定义是：在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借 助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构、性质、状态进行检查和 测试的方法。主要手段有：RT； UT； MT； PTo称为四大常规检测方法，其中：RT (Radiographic Testing)和UT(Ultrasonic Testing)主要用于检测工件内部的缺陷；MT(Magnetic particle Testing磁粉)和PT (Penetrant Testing渗透
2、)主要用于检测工件表面 的缺陷。还有 ET (Eddy Current Testing 涡流)；AE (Acoustic Emission)和 VT (Visual Testing)o无损检测技术的发展方向是NDT - NDENDT (Non- distructive Testing)无损测试：其含义不仅是探测和发现缺陷， 还包括探测试件的一些其它信息，例如结构、性质、状态等；NDE (Non- distructive Evaluation)无损评价：这是无损检测技术发展的新阶 段，涵盖更广泛、更深刻的内容，它不仅要求发现缺陷，探测试件的结构、性质、 状态，还要求获取更全面、更准确的综合信息，
3、例如有关缺陷的形状、尺寸、位 置、取向、内含物、缺陷部位的组织、残余应力等信息。它要结合成像技术、自动化技术、计算机数据分析和处理技术，与材料力学等领 域知识，对试件或产品的质量和性能，使用的安全性和可靠性等给出全面、准确 的评价。无损检测技术具有不破坏试件、检测灵敏度高等优点，因此，不但应用于承压类 特种设备的制造检验和在用检验，而且，广泛应用于机械、冶金、石油天然气、 石油化工、化学工业、航空航天、船舶、铁道、电力、核工业、 兵器、煤炭、有色金属、建筑等行业。6.2 无损检测的目的1.保证产品质量X射线和Y射线都是波长极短的电磁波。从现代物理学波粒二象性的观点看, 也可将其视为一种能量极高
4、的光子束流。X射线是从X射线管中产生的，高速运动的电子撞击阳极靶时，就会从阳极 靶上辐射出X射线。对X射线管发出的射线作光谱测定，可发现X射线谱由两部分组成，一个是 波长连续变化的部分，称为连续谱，它的最短波长只于外加电压有关；另一部分 是具有分离波长的谱线，这部分谱线要么不出现，一旦出现它的谱峰所对应的波 长位置完全取决于靶材料本身，这部分谱线称为标示谱，又称为特征谱，标示谱 重叠在连续谱之上。大量电子（例如当管电流为5mA时，撞到靶上的电子数目 约为3X106个/秒）与靶相撞，相撞前电子初速度各不相同，相撞时减速过程也 各不相同。少量电子经一次撞击就失去全部动能，而大部分电子经过多次制动逐
5、 步丧失动能，这就使得能量转换过程中所发出的电磁辐射可以具有各种波长。因 此，X射线的波谱成连续分布。受电子撞击的地方，即产生X射线的地方叫做焦 点。电子从阴极撞向阳极，而电流则从阳极流向阴极。叫做管电流。要调节管电 流，需调节灯丝的加热电流；要调节管电压，需调节X射线装置主变压器的初级 电压。X射线管发出的是连续谱X射线，其波长分布是连续的。连续谱的最短波长 （入min）与管电压千伏值（kVP）的关系为：x min= 1.24/kVP （nm）由上式可见，管电压越高，最短波长入min的值就越小。如果管电压一定，管电流越大，表明单位时间撞击靶的电子数越多，产生的射线 强度也越大。当变动管电压时
6、，虽然电子数目未变，但每个电子所获得的能量增大，因而短波 成分射线增加，且碰撞发生的能量转换过程增加，因此，射线强度同时增加。X射线谱的改变规律是：提高管电压时最短波长和最高强度的波长都像波长短的 方向移动。管电压越高平均波长越短。这一现象叫做线质硬化。线质取决于射线束波长或能量的分布。线质硬则波长短且能量高，穿透物质时衰 减少且穿透力强；线质软则平均波长较长，难于穿透厚的物体。连续X射线的强度大致与管电压的平方成正比；与管电流的大小成正比；与靶的 材料的原子序数成正比。丫射线是从放射性同位素的原子核中放射出来的。具有放射性的同位素叫放射性同位素，具有相同质子数和不同中子数的原子，互 称同位素
7、。如Co59有27个质子和32个中子；增加一个中子，就变成Co60它 们就是放射性同位素。放射性同位素放射出的丫射线只有特定的几种波长，也就 是说Y射线谱都是线状谱。同位素的种类不同，所发出Y射线的能量也不同。不 稳定核自发地发射出一些射线而本身变为新核的现象称为放射性衰变。一种放射 性核的半衰期，是它的给定样品中的核衰变一半，所用去的时间。在工程上，把放射源的活度减小至其原值一半所需的时间称为半衰期。半衰期是 放射性同位素的一个重要参数。无损检测中应用的放射源，其半衰期至少要有几 十天，否则就没有使用价值。活度：通常，将一克固体射线源物质具有的放射性强度，称为放射性活度，或称 为比活度ci/
8、go 一个射线源如果每秒发生3.7X101。次核衰变，此时，该射线源 的强度为1居里（ci）。常用放射性同位素源性能参数X射线或丫射线通过物质时，其强度逐渐减弱。其强度的衰减由下式表示：I = b”T式中：1-通过物体后的射线强度；Io-未通过物体前的射线强度； p 物体的衰减系数；（1/cm） T物体厚度。（cm）射线强度的减弱，一般认为是：光电效应、康普顿效应、电子对效应和瑞利散射 引起的。光电效应：当光子与物质原子的束缚电子作用时，光子把全部能量转移给某个电子，使之发射出去，而光子本身则消失掉，这一过程称为光电效应。发射出去的 电子叫做光电子。康普顿效应：光子与电子发生非弹性碰撞，一部分
9、能量转移给电子，使之成为反 冲电子；而散射光子的能量和方向也发生变化。电子对效应：光子从原子核旁经过时，在原子核库仑场作用下，光子转化为一个 正电子和一个负电子。瑞利散射：入射光子与束缚较牢固的内层轨道电子发生的弹性散射过程。瑞利散 射是相干散射的一种。U称为衰减系数，它随射线的种类和线质的变化而变化，也随穿透物质的种类和 密度而变化。假如穿透物质相同，则波长越短，R就越小；假如波长相等，则穿透物质的原子序数越小，U越小。物质密度越小，口也越小。显然，R值越小，即意味着射线穿透该物质越容易。射线的另一重要性质是能使胶片感光。射线照射胶片时，能使胶片乳剂层中的卤 化银产生潜相中心，经过显、定影后
10、黑化。接收射线多的部位，黑化程度高，称 之为射线的照相作用。因为射线使胶片感光的能力比白光小得多，所以要使用双面乳胶的特殊胶片，和 增感屏。胶片感光后经暗室处理形成底片，评价底片质量的一个重要参数是黑度(D)。D = lg (Lo/L)式中:D-底片黑度；Lo-透过底片前的光强;L-透过底片后的光强。为了表示照相胶片的性质，采用了胶片的特性曲线。该曲线纵坐标表示黑度D,横坐标表示相对曝光量的常用对数lgE0曝光量E为 射线强度I与曝光时间t的乘积。曝光量E与胶片上接受的射线剂量成正比，若t 一定时，可用I代替E；若I为一 定值时，可用t代替EoG表示特性曲线的斜率，称为梯度：G = AD/Al
11、gE =工业射线探伤用胶片属非增感型胶片，其特性曲线如前页右图。由图可见，不同胶片的G值不同，胶片B的G值（斜率）大于胶片A。对于一般胶片，G值会随黑度D的增大而增大。G值越大，意味着照相得到的底 片对比度越高。使胶片达到一定黑度所需曝光量E的倒数，称作胶片的感光度 S （S=l/E）o胶片A与胶片B相比，得到相同黑度D所需的E要小得多，所以特性曲线越偏 于左边其感光度就越高。一般的规律是：胶片的感光度越高，其梯度就越低（G值小），颗粒（噪声）越 粗。胶片与增感屏、冲洗条件的组合称为胶片系统。胶片系统按梯度、颗粒度和梯噪 比等指标分为4个类别：胶片系统特性比较射线照相法的原理是：材料中如有缺陷
12、存在，会影响射线的吸收，使透过的射线强度发生变化，用 胶片可测量出这一变化。如图：厚度为T的物体中有厚度为AT的缺陷时，射线穿透无缺陷部位，透过射线强度为I,曝光得到的底片黑度为D；而射线穿透有 缺陷部位，透过射线强度为I+AI,曝光得到的底片黑度为D+AD,经暗室处理 后，将底片放在观片灯上观察，根据底片上的黑度变化所形成的图像，即可判断 出缺陷的有无及其种类、数量、大小等。8.2 射线检测设备X射线探伤机（450kV以下）、80mm以下；高能X射线探伤机（424MeV）、500mm以下；射线探伤机：包括Y源、源容器和操作、支撑、移动机构。8.3 射线照相工艺要点1 .照相操作步骤根据工件尺
13、寸大小，按射线源、工件和胶片之间的相互位置关系，确定相应 的透照方式。分为：纵缝透照法、环缝外透法、环缝内透法、双壁单影法和双壁 双影法。2 .确定透照规范：目的是要得到好的对比度和清晰度以获得高灵敏度的底片。对比度：射线照相底片上有缺陷部位与无缺陷部位的黑度差。AD=Di-D2=0.434uG AT/ （1+n）式中： U-材料的吸收系数；G -胶片梯度；AT-缺陷的厚度；n-散射比。清晰度：指底片上图像的清晰程度。包括固有不清晰度和几何不清晰度。 固有不清晰度（UD :与射线能量有关，能量越高，固有不清晰度越大。几何不清晰度（Ug）:Ug=式中:b-工件表面到胶片的距离;df-源的大小；F
14、-焦距(源到胶片的距离)。由上式可见：焦距越大，半影越小；射线源尺寸越小，半影越小；工件表面到胶 片的距离越小，半影越小。也就是说工件越薄、胶片贴得越紧、射线源焦点尺寸越小、焦距越大，清晰度越 好。为得到高的缺陷检出率，照相规范的选择应注意以下几点：(1)透照方式的选择：除了管道和无法进入内部的小直径容器只能采用双壁透 照外，大多数容器壳体的焊缝照相都应采用单壁透照法。外透法的优点是操作比较方便；内透法的优点是透照厚度差小，在满足透照厚度比K值的情况下，一次透照长度 较大。(2) K值的控制：透照厚度比的含义见右图：K=T7T0=arccos (1/K)标准规定，纵缝的K值不得大于1.03,环
15、缝的K值不得大于1.1。限制透照厚度 比，也就间接控制了横向裂纹检出角9,防止横向裂纹漏检。中心内透法时，K值为1、。角为0 ,是最佳的透照方式。(3)射线源的选择：在保证能穿透被检工件的前提下X射线尽量使用较低的电 压；丫射线尽量使用较长波长的丫源。以增加材料的衰减值，提高底片的对比度;另外，尽量选择小焦点的射线源，可提高底片的清晰度。(4)透照距离的选择：在满足几何不清晰度要求的前提下，合理选择焦距。一 般在600800mm之间。(5)曝光量的选择：曝光量的选择既要保证足够的底片黑度，又要保证足够的 检测灵敏度。一般情况下，X射线照相曝光量不小于15mA-min。(6)胶片、增感屏的选择与
16、底片黑度的控制：通常选用0.030.2mm的铅箔增感 屏与非增感型胶片一起使用；底片黑度控制在1.54。3 .象质计(透度计)的应用为评定底片的透照灵敏度，需按标准采用象质计，以此检查透照技术和胶片处理 质量。衡量该质量的数值是象质指数，它等于底片上能识别出的最细钢丝的线编 号。我国标准规定，使用粗细不同的几根金属丝等距离排列，做成线性象质计，用底 片上必须显示的最小钢丝直径与相应的象质指数来表示照相灵敏度。所谓射线照 相灵敏度是指射线照相能发现最小缺陷的能力。分绝对灵敏度和相对灵敏度。绝对灵敏度：射线透照某工件时所能发现最小缺陷的尺寸，如JB/T 4730标准 中规定：AB级照相，公称厚度2
17、.03.5mm时，应能辨认出60.1mm的钢丝，这 将就是绝对灵敏度表示法。相对灵敏度(n)：用透照方向上所能发现缺陷的最小厚度尺寸AD与该处的穿 透厚度d的百分比表示n =100%目前标准规定的象质指数，换算成相对灵敏度大约为1%2%左右。4 .底片的评定这是射线照相的最后一道工序，也是最重要的一道工序。首先应评定底片本身质 量是否合格，在底片合格的前提下，再对底片上的缺陷进行评定。对底片的质量要求包括:(1)底片黑度在规定范围内，影像清晰，反差适中，灵敏度合格。(2)标记齐全，摆放正确。(3)在评定区内无影响评定的伪缺陷。8.4 射线的安全防护1 .射线的危害：射线具有生物效应，超辐射剂量
18、可能引起放射性损伤，破坏人体 正常组织，出现病理反应。辐射具有积累作用，超辐射剂量照射是致癌因素之一， 并可能殃及下一代，造成婴儿畸形或发育不全。2 .辐射剂量及单位：辐射剂量是指材料或生物组织所吸收的电离辐射量，它包括 照射量(每千克库仑C/kg)；吸收剂量(戈瑞Gy)；剂量当量(希沃特Sv) 3.射线防护方法：屏蔽防护、距离防护、时间防护。8.5 射线照相法特点检查结果有直接记录一底片；可获得缺陷的投影图象，缺陷定性定量准确；体积型缺陷检出率高，面积型缺陷检出率受到多种因素影响；仅适于检验较薄的工件而不适宜检验较厚的工件；适于检测对接焊缝，角焊缝检测效果差，不适于检测板材、棒材，锻件等；某
19、些工件的结构或现场条件不适合射线照相；对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸的确定较困难； 检测成本高;检测速度慢;射线对人体有伤害。第9章超声波检测基础知识超声波是频率大于20, 000Hz的声波，是一种机械波，超声波频率高、波长短, 具有良好的方向性；能量高，穿透能力强；具有几何光学的一些特点，能在异质 界面上产生反射、折射和波型转换等。因此，广泛应用于工件内部缺陷的检测。 用于检测的超声波频率为0425MHz,其中用得最多的是15MHz。目前用得最多且较为成熟的超声波探伤方法是，A型显示的脉冲反射式超声波探 伤法。9.1超声波的发生及其性质1 .超声波的发生和接收声波是一种机械波，机械波是由
20、机械振动产生的。产生机械波的必要条件有两个：一是有作机械振动的波源；二是有能传播机械振 动的弹性介质。工业探伤用的超声波主要通过压电换能器产生，压电换能器具有压电效应，它是 可逆的。既可把电能转换成机械能；又可把机械能转换成电能。从而完成超声波 的发生和接收。通常在超声波探伤中是使用一个晶片制成的探头，既作发射又作接收。2 .超声波的种类按质点的振动方向与波的传播方向不同，超声波可分为纵波（质点的振动方向与 波的传播方向平行）；横波（质点的振动方向与波的传播方向垂直）；表面波（介 质表面质点作椭圆运动，椭圆长轴垂直于波的传播方向）等。横波和表面波均可 通过波型转换获得。3 .声速超声波在介质中
21、以特定的速度传播，其声速与介质的弹性模量、波松比及声波的 类型有关，与频率、晶片尺寸等无关。空气中声速：340m/s；水中声速：1480m/s；有机玻璃中的纵波声速：2730m/s；钢中纵波声速：5900m/s；钢中横波声速：3230m/s；钢中表面波声速：3007m/so空气中、水中只能传播纵波，不能传播横波，因为它们不能承受剪切力。4 .波长波速（C）：波动中，波在单位时间内传播的距离。频率（f）：波动过程中，任意给定点在1秒钟内所通过的完整波的个数。波长（入）：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离，或者说波经历一 个完整周期所传播的距离。钢中传播的纵波波长1MHz时为5.9mm；
22、2MHz时为2.95mm, 2.5MHz时为2.36mm。钢中传播的横波波长1MHz时为3.2mm； 2MHz时为1.6mm, 2.5MHz 时为 1.28mm。5.超声场及其特征量充满超声波的空间称为超声场，描述超声场的特征量有声压、声强、声阻抗。（1）声压：超声场中某一点在某一瞬间所具有的压强Pi与没有超声波存在时同 一点的静态压强Po之差，称为声压P。P =Pi - Po = Pcu （单位 Pa）P ：介质密度C：波速U：质点的振动速度超声波探伤中，根据缺陷返回的超声信号的声压来判断缺陷大小，超声信号 的声压越高，示波屏上显示的回波也就越高，据此判断缺陷的大小。（2）声强：在垂直于超声
23、波传播方向上单位面积、单位时间内通过的超声能量无损检测技术应用范围广、灵敏度高、检测结果可靠性好而且可以进行100% 的检测，这是破坏性检测无法比拟的，可以对每一件产品提供有效的质量保证。 2.保证工件使用安全主要指的是在用工件的定期检测，发现那些使用中产生的缺陷。如疲劳裂纹、 应力腐蚀裂纹等；还可发现制造规范允许存在的小缺陷在使用过程中是否扩展, 而成为危险性缺陷。3 .改进制造工艺产品试生产过程中的无损检测是改进工艺参数的有效手段之一。4 .降低生产成本产品的过程检验，可有效地降低生产成本。5 .3 无损检测的应用特点1 .非破坏检查和破坏检查相配合如解剖、金相、爆破等。2 .正确选定无损
24、检测时机焊缝检测应注意延迟裂纹的检查；锻件应在其形状尽量规则时检查；粗晶的工件 应在细化晶粒后检查。3 .选择最适当的无损检测方法每种无损检测方法都有其局限性，应根据工件的材质、结构、形状、尺 寸；预 计可能产生的缺陷种类、部位及走向选择最合适的检测方法。并根据工件的使用情况，确定合理的验收标准。4 .综合运用各种无损检测方法如焊缝缺陷的定位。5 .4承压类特种设备无损检测标准JB/T47302005第7章缺陷的种类及产生原因了解材料和焊缝中的缺陷种类和产生原因，有助于正确的选择无损检测方法，正 称为声强，用I表示(W/crrP)。式中：P-声压P-介质密度C-声速(3)声阻抗：超声场中任一点
25、的声压与该处质点振动速度之比称为声阻抗。Z (g/cm2s)Z = P/ u = p C声阻抗是表征介质声学性质的重要物理量。超声波在两种介质组成的异质界面上 的反射和透射情况与两种介质的声阻抗密切相关。(4)分贝：分贝是计量声强和声压的单位，因为在实际生产和试验中，声强的 数量级相差极大，如能引起人而听觉的声强是10-i6w/cm2,而人们聊天时的声强是 lO4w/cnr?,相差100000倍；而按分贝计量则有： =10lgl2/li=50 db实际上分贝就是两个同量纲的量之比取对数后的单位。因为声压与声强是平方的关系，所以声压之比计算分贝时为201g。10lgA2=20lgA由于超声波信号
26、在示波屏上的波高H与声压成正比，所以不同波高间的db差值, 按下式计算：= 20lg(Hi/H2)6 .超声波在异质界面上的反射、透射、折射和波型转换当超声波垂直入射到异质界面时会发生透射和反射，其声压透射率(Pd);声 压反射率(Pr)分别由下式计算：这里的规律是界面两侧的总声压相等。当超声波斜入射至异质界面时会发生反射、折射和波型转换已知有机玻璃中纵波声速为：2730M/S；钢中纵波声速为5900M/S；横波声速为3230M/S则:第一临界角为27.6 （14.5 ）第二临界角为57.7 （27.3 ）第三临界角为33.27 .指向性用声束的半扩散角描述超声波的指向性，超声波的能量主要集中
27、在半扩散角。o 以内。0o= arcsinl.22 入/D8 .近场区与远场区声束轴线上最后一个声压极大值至声源的距离，称为近场区（N）近场区 以外的区域称为远场区。9 .小物体上的超声波反射超声波会在异质界面上产生反射、散射和衍射（绕射）。9.2 超声波检测的原理目前应用最多的是脉冲反射法，超声波从工件的一面进入工件，并在工件内传播, 当超声波遇到异质界面（缺陷或底面）时，会在界面处发生反射、散射、衍射等， 根据探头接收到的回波，即可判断工件内缺陷的分布位置、当量大小、密集程 度等。1 .垂直（纵波）探伤法：脉冲反射法垂直探伤时，使用纵波在工件中传播，当 超声波在工件中碰到缺陷时，一部分超声
28、能量会从缺陷处反射回晶片，另一部分未碰到缺陷的超声波会继续前 进，直到工件底面才反射回来。如图：2 .斜射（横波）探伤法斜射波探伤与垂直探伤的重要区别在于缺陷的定位，垂直探伤时可直接按声程调 节仪器的时基线等比例的显示缺陷的深度位置。而斜射波探伤时基扫描线的调节, 可分别按水平距离、深度位置和声程调节。如右图。X=w sin0 d=w cos09.3 .试块1 .试块的用途确定合适的探伤方法；确定探伤灵敏度；评价缺陷的大小；校验仪器、探头的综合性能。2 .试块的种类(1)调节仪器及测试探头用试块，如CSK-IA(2)纵波探伤用试块，如CS系列、CB系列(3)横波探伤用试块，如CSKHA 、 C
29、SK-IIIA3 .4超声波检测工艺要点1 .探伤方法分类2 .基本操作(1)选择最适当的检测时机：根据标准、技术文件及预期的缺陷种类、大小、 走向等。(2)选择最合适的探伤方法：(3)探伤仪器的选择：(4)探伤方向和扫查面的选定：(5)频率的选择：(6)晶片直径和折射角的选定：(7)探伤面的修整(8)耦合剂和耦合方法的选择(9)确定探伤灵敏度(10)进行粗探和精探(11)报告9.5. 超声波检测法的特点1 .理论上面积状缺陷检出率高；体积状缺陷检出率低。2 .适合检测厚度较大工件；不适合检测较薄工件。3 .应用范围广，可用于各种工件的质量检测。4 .检测成本低、速度快、仪器体积小，重量轻，现
30、场使用方便。5 .无法得到缺陷直观图像，定性困难，定量精度也不高。6 .检测结果无直接见证记录。7 .缺陷在工件厚度方向的定位较准确。8 .工件的材质、晶粒度对探伤影响较大。9 .工件不规则的外形和某些结构对检测有影响。10 .不平或粗糙的表面对耦合有影响，从而影响检测精度和可靠性。第10章磁粉检测基础知识10.1 磁粉检测原理1 .介绍一些概念磁性：磁铁能够吸引铁磁性材料的性质称为磁性；磁体：凡能够吸引其他铁磁性材料的物体都叫磁体，可分为永磁体、电磁体、超 导磁体等，磁体是能够建立或有能力建立外磁场的物体；磁极：靠近磁铁两端磁性特别强，吸附磁粉特别多的区域称为磁极；每一个磁体 都有两个磁极，
31、分别指向南北方向，通常称指向北的一端为北极（N）、指向南 的一端为南极（S）；磁极同性相斥、异性相吸；自然界没有单独的N极或S极。 磁力：磁极间相互排斥和吸引的力称为磁力。磁化：使原来没有磁性的物体得到磁性的过程称为磁化。磁场：具有磁力作用的空间。磁场存在于被磁化物体或通电导体的内部和周围, 分纵向磁场与周向磁场。右手定则）它是由运动电荷形成的。磁力线：用来形象地描述磁场的大小、方向和分布情况的假想曲线。磁力线上每一点的切线方向代表磁场的方向；磁力线疏密程度反映磁场的大小。 磁力线具有以下特性：磁力线是具有方向性的闭合曲线，在磁体内，磁感应线由S极到N极；在磁体 外，磁感应线由N极出发，穿过空
32、气进入S极形成闭合曲线；磁力线互不相交；磁力线可描述磁场的大小和方向；磁力线沿磁阻最小的路径通过。磁场强度(H)：表征磁化强度的物理量；单位：A/mo磁感应强度(B)：表征被磁化了的磁介质中磁场强度大小的物理量；单位：ToB=|1H磁导率(U )：表征介质磁特性的物理量。U = P 0 , P rU：磁介质的磁导率，或称为绝对磁导率。它表示材料被磁化的难易程度；反映 材料的导磁能力。SI单位制中磁导率为H/m。磁导率不是常数，是随磁场大小而 改变的变量，有最大值和最小值。Ro：真空磁导率唯一恒定值SI单位制为4 n X10-7(H/m)；CGS单位制为lGs/Oe。Ur：相对磁导率=P/U0为
33、比较各种材料的导磁能力，引入相对磁导率概念, 相对磁导率为纯数，无单位。铁磁材料的磁化曲线：描述铁磁性材料磁化过程的曲线。分为“oa”段：初始磁化区，磁化是可逆的；“ab”段：不可逆急剧磁化区；“bQ”段：旋转磁化区，主要作用是磁畴转动，磁化强度开始减慢；“Qm”段：磁化近饱和区；“ms”段：磁化饱和区。不同铁磁性材料的初始磁化曲线是不一样的，软磁材料的磁化曲线比较陡，说明 易于磁化；硬磁材料的磁化曲线比较平，说明不易磁化。磁滞回线： 磁感应强度变化滞后于外加磁场强度变化的现象叫磁滞现象，描述磁滞现象的 闭合曲线，称为磁滞回线。它反映了磁化过程的不可逆性。注意：只有交流电才产生这种磁滞回线。2
34、 .通电导体产生的磁场1820年，丹麦科学家奥斯特通过实验证明，有电流通过的导体内部和周围都存 在着磁场，磁场方向：右手定则。通电线圈产生磁场，磁场方向：右手定则。3 .磁粉探伤原理铁磁性材料磁化后，由于缺陷的存在，使磁力线发生崎变，形成漏磁场，产生磁 极，吸附磁粉，形成磁痕，显示缺陷。4 .影响漏磁场大小的因素外加磁场强度的影响：一般说来，外加磁场强度越大，形成的漏磁场越大。在一定外加磁场强度下，材料的磁导率越高，工件越易被磁化，材料的磁感强 度越大，漏磁场强度也越大。缺陷的可检出性取决于缺陷的走向与磁场方向的夹角。两者相互垂直时，漏磁 场最大，检测灵敏度最高；随着夹角由90度减小，检测灵敏
35、度也随之下降，当 夹角小于30度时，几乎不产生漏磁场，不能检出缺陷。因此，对同一部位至少在互相垂直的两个方向进行探伤，才不会漏检。缺陷埋藏深度越大，产生的漏磁场越小。所以磁粉探伤，只能检查工件表面和 近表面缺陷。5 0.2磁粉检测设备器材1 .磁粉探伤机：固定式、移动式、便携式。2 .灵敏度试片：A1型、C型、D型、Ml型。3 .磁粉及磁悬液：荧光、非荧光、干、湿。非荧光磁粉的磁悬液的配制浓度是1025g/L （沉淀浓度：1.22.4mL/100mL 荧光磁粉的配制浓度是0.53g/L （沉淀浓度0.10.4mL/100mL）。（JB/T47302005）4 0.3磁粉检测工艺要点1 .磁化方
36、法：线圈法、磁辗法；（纵向磁场）直接通电法、中心导体法、触头法；（周向磁场）旋转磁场法。2 .探伤方法干法非荧光磁粉连续法（交流、直流）湿法荧光磁粉 湿法非荧光磁粉湿法剩磁法（交流、直流）荧光磁粉湿法3 .磁粉探伤一般程序：预处理、磁化和施加磁粉或磁悬液、观察、记录、退磁、后处理。4 0.4磁粉检测特点5 、只适宜铁磁性材料探伤。6 、可检出工件表面和近表面缺陷。7 、检出灵敏度高可发现极细小的裂纹。8 、检测成本低、速度快。5、工件的形状和尺寸对探伤有影响，有时因难于磁化而无法探伤。第11章渗透检测基础知识11.1 渗透检测的基本原理零件表面被施涂渗透液后，在毛细管作用下，渗入表面开口缺陷中
37、；去除表面多 余的渗透液；而后施加显像剂，显像剂吸附缺陷中保留的渗透液，显示缺陷的形 貌及分布状态。11.2 .渗透检测方法的分类溶剂去除型着色渗透检测溶剂悬浮显像剂显像II -Cd11.3 渗透检测工艺要点水洗型渗透检测法：玲显像 玲干燥玲预处理玲渗透好清洗玲玲干燥玲显像玲玲观察好干燥玲 显像玲后乳化型渗透检测法：玲显 像好干燥玲预处理好渗透好乳化玲清洗3玲干燥玲显像玲玲观察好干 燥玲显像玲溶剂去除型渗透检测法：预处理f渗透一清洗一干燥f显像一观察2 .渗透检测方法的选用首先应满足检测缺陷类型和灵敏度的要求。在此基础上，可根据被检工件 表面粗糙度、检测批量大小和检测现场的水源、电源等条件来决
38、定。对于表面光洁且检测灵敏度要求高的工件，宜采用后乳化型着色法或后乳化 型荧光法，也可采用溶剂去除型荧光法。对于表面粗糙且检测灵敏度要求低的工件宜采用水洗型着色法或水洗型荧 光法。现场无水源、电源的检测宜采用溶剂去除型着色法。对于批量大的工件检测，宜采用水洗型着色法或水洗型荧光法。大工件的局部检测，宜采用溶剂去除型着色法或溶剂去除型荧光法。荧光法比着色法有较高的检测灵敏度。3 .渗透检测操作注意事项(1)预处理时，要充分去除试件表面的影响渗透液渗透的障阻物，如油脂、锈 蚀等。(2)正常渗透温度范围为1050,渗透时间不得少于lOmin。(3)去除时，注意不要过清洗，采用溶剂清洗时，只能擦洗而且
39、不得往复擦洗。也不要欠洗，留下过度背景。(4)干显像前应进行充分干燥，干燥温度和时间，要适当。11.4 渗透检测的安全管理几乎所有的渗透探伤剂都是油类可燃性物质，贮存和使用过程中必须注意防火; 应在上风头进行露天渗透探伤，在封闭容器中进行渗透探伤，应充分通风；荧光 渗透探伤时，应注意紫外线对皮肤和眼睛的灼伤。11.5 关于渗透检测特点概括1 .可用于除多孔性材料外的任何种类材料的渗透探伤；2 .形状复杂的工件也可进行渗透探伤，一次操作即可完成全面检测；3 .一次探伤即可检测各个方向的缺陷；4 .不需大型设备，可不用水、电。高空作业使用携带式喷灌着色渗透探伤剂十分 方便；5 .试件表面粗糙度对探
40、伤结果影响大，探伤结果往往受操作人员水平的影响；6 .只可检测工件表面开口缺陷；7 .检测工序多，速度慢；8 .检测灵敏度比磁粉探伤低得多；9 .材料较贵，检测成本高；10 .检测剂大多易燃有毒，必须采取有效措施保证安全。关于涡流检测：金属材料在交变磁场作用下产生涡流。根据涡流的大小和分布，可检测出材料的 缺陷，或进行材料分选。涡流检测的特点是:1 .适用于各种导电材质的工件探伤。包括钢、钛、银、铝、铜及其合金。2 .可捡出表面和近表面缺陷。3 .检测结果以电信号输出，容易实现自动化。4 .由于采用非接触式检测，所以检测速度快。5 .对形状复杂的工件很难应用。因此一般只用其检测管材、板材等轧制
41、型材。6 .不能显示缺陷图形，无法从显示信号判断出缺陷性质。7 .检测干扰因素较多，容易引起杂乱信号。8 .由于集肤效应，埋藏较深的缺陷无法检出。9 .不能用于不导电材料。关于声发射材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂时，会以弹性波的形式释放出应变 能的现象称为声发射，也称为应力波发射。声发射检测是通过探测受力时，材料内部发出的应力波，判断容器内部结构的损 伤程度。这是一种动态无损检测方法。它可连续监测容器内部缺陷产生、发展的 全过程。材料的断裂过程大致可分为三个阶段：裂纹成核阶段；裂纹扩展阶段；最终断裂阶段。每一个阶段都可成为强烈的声发射源。而且，一个阶段比一个阶段强。如果裂纹 持续扩展
42、，接近临界裂纹长度时，就开始失稳扩展。形成快速断裂。这是的声发 射强度更大，以至于人耳都可听见。声发射检测特点是：1 .能够探测出活动的缺陷，即材料的断裂与裂纹的扩展，从而为使用安全性评价 提供依据。2 .可远距离操作，实现对设备运行状态和缺陷扩展情况的监控。3 .无法探测静态缺陷。4 .设备价格较高。5 .检测试验过程干扰因素较多。确地分析和判断检测结果。7.1钢焊缝中常见缺陷及产生原因1 .外观缺陷（属VT）指不借助于仪器，用肉眼可以发现的工件表面缺陷。常见的外观缺陷有：咬边；焊瘤；凹坑；未焊满；烧穿及其他表面缺陷（成形不良、错边、塌陷、 表面气孔及焊接变形等）。2 .气孔气孔的分类：球形
43、、条虫形的单个或密集气孔（蜂窝状或链状）。气孔的形成机理：金属在液态和固态下，对气体的溶解度,差几十倍至几百倍。 因此，焊缝溶池中液态金属凝固过程中，应有大量气体逸出，若金属的凝固速度 大于气体的逸出速度，焊缝中就形成气孔。产生气孔的主要原因：有气（母材或填充金属表面有锈、油污；焊条、焊剂未 烘干，高温下分解产生气体）；溶池冷却速度过快；焊缝金属脱氧不足，均增加 气孔的数量。20#钢板对接焊密集气孔、层间未熔合及根部未焊透气孔的危害：减小焊缝截面积，使焊缝疏松，降低焊缝强度和塑性，严重的还 会引起泄漏。气孔也是引起应力集中的因素，氢气孔还可能促成冷裂纹。防止气孔的措施：清除油污、铁锈、水分和杂
44、物；焊前预热、焊后缓冷；焊接 表面及焊接材料要彻底烘干。用偏强的施焊规范等。3 .夹渣指焊后熔渣残存在焊缝中的现象。（1）夹渣的分类：金属夹渣：夹鸨、夹铜等；非金属夹渣：药皮、焊剂，氧化物、硫化物、氮化物等残留于焊缝之中。（2）夹渣的分布于形态：点状加渣、条状加渣、链状加渣和密集加渣。（3）夹渣产生的原因：坡口尺寸不合理；坡口有污物；多层焊时，层间清渣不彻底；鸨极气体保护焊，电源极性不当，电流密度过大，鸨极溶化脱落于溶池中；焊接线能量小，焊 缝散热太快，不利溶渣上浮等；焊条药皮、焊剂化学成分不合理，熔点过高，冶 金反应不完全，脱渣性不好；手工焊时，焊条摆动不正确，不利于熔渣上浮。焊缝根部及坡口
45、处夹渣（4）加渣的危害：点状加渣的危害于气孔相似，带尖角的加渣会产生尖端应力集中，尖端还会 发展成为裂纹源，危害较大。4 .裂纹金属原子的结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙称为裂纹。这是一种 危害性最大的焊接缺陷。应力高度集中，很容易扩展，引起脆断。（1）裂纹的分类根据裂纹尺寸大小：宏观裂纹（肉眼可见的裂纹），微观裂纹（在高倍放大镜下才能发现的裂纹）, 超显微裂纹（在高倍显微镜下才能发现的晶间裂纹和穿晶裂纹） 根据裂纹延伸方向：纵向裂纹（与焊缝平行）横向裂纹（与焊缝垂直）辐射状裂纹根据裂纹发生部位：焊缝裂纹；热影响区裂纹；溶合区裂纹；焊趾裂纹；焊道下裂纹；弧坑裂纹。根据裂纹发生条件和时机：
46、热裂纹：一般是焊接完毕即出现，又称结晶裂纹，温度在AC3线附近，液态 金属一次结晶时产生的裂纹，沿晶界开裂。其生成原因是在焊缝金属凝固过程中，结晶偏析使杂质生成的低熔点共晶物富集 于晶界，形成所谓的“液态薄膜”，在特定的敏感温度区间，其强度极小，由于 焊缝凝固收缩受到拉应力，最终开裂形成裂纹。冷裂纹：焊缝冷至马氏体转变温度Ms点（200300）以下产生的裂纹，一 般是焊后一段时间（几小时、几天甚至更长时间）才出现，故又称延迟裂纹。主 要生成于热影响区，也有发生在焊缝上的。冷裂纹可能是沿晶开裂，也可能是 穿晶开裂。其生成原因主要有：淬硬组织减小了金属的塑性储备；焊接的残余应力使焊 缝受拉；接头金属以内含有较多的原子态氢。所有裂纹当中，冷裂纹的危害性最大。它引起的结构破坏是典型的脆断。再热裂纹：接头冷却后，再进行热处理，加热550650时产生的裂纹，生成 于热影响区内的粗晶区，一般从熔合线向粗晶区发展，呈晶间开裂。层状撕裂：在具有丁字接头或角接头的厚大结构件中，沿钢板轧制方向分层出现 的阶梯状裂纹，层状撕裂实质上也属冷裂纹。根部结晶裂纹焊根撕裂裂纹的危害：裂纹是焊接缺陷中危害最大的一种。属面积型缺陷，它的出现将显著减少承载面 积，更严重的是裂纹端