无损检测基础知识.docx

1、无损检测基础知识无损检测基础知识1.力学性能指标有: 强度、硬度、塑性、韧性 2.应力腐蚀脆性断裂；由于拉应力与介质腐蚀联合作用引起的低应力脆性断裂叫做应力腐蚀。应力腐蚀产 生的必要条件：1元件承受拉应力的作用2具有与材料种类相匹配的特定腐蚀介质环境3材料对应力腐蚀的敏感程度。对钢材而言应力腐蚀的敏感性与的成分、组织及热处理情况有关。 3.热处理是将固态金属及合金按预定要求进行加热，保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所要求性能的一种工艺过程。4.热处理的基本工艺过程 加热，保温和冷却三个阶段构成的，温度和时间是影响热处理的主要因素 5.处理工艺分: 退火、正火、淬火、回火、化学热处理 6.

2、退火目的：均匀组织、降低硬度、消除内应力、改善切削加工性能。7.消除应力退火目的 ： 消除焊接过程中产生的内应力、扩散焊缝的氢，提高焊缝抗裂性和韧性，也能改善焊缝和热影响区的组织，稳定结构形状。8.正火主要目的: 细化晶粒，均匀组织，降低内应力承压类特种设备常用材料应具有的特点 1足够的强度;2良好的韧性;3 良好的加工工艺性能 4. 良好的低倍组织和表面质量5 良好的耐高温性6. 良好的抗腐蚀性能。 9.药皮的作用：稳弧作用、保护作用、冶金作用、掺合金作用、改善焊接工艺性能。10.手工电弧焊的焊接规范：焊接电流、电弧电压、焊条直径、焊接速度、焊接层数。11.坡口的形式的选择要考虑以下因素：1

3、.保证焊透 2.充填焊缝部位的金属要尽量少 3.便于施焊，改善劳动条件，对圆筒形构件尽量减少内焊接 4.应尽量减少焊接变形量。12.焊接变形和应力的形成：1、焊件上的温度分布不均匀 2、熔敷金属的收缩 3、金属组织的转变 4、焊件的刚性拘束13.焊接应力的控制措施：1.合理的装配与焊接顺序 2.焊前预热 14,消除焊接应力的方法：1、热处理法 2、机械法 3、振动法15.控制焊接质量的工艺措施：1预热 2焊接能量参数 3多层焊多道焊 4紧急后热 5焊条烘烤和坡口清洁16.焊后热处理有利作用：1、减轻残余应力 2、改善组织，降低淬硬性 3、减少扩散氢17.低合金钢的焊接特点 1热影响区的淬硬倾向

4、比较大 2容易出现冷裂纹18产生冷裂纹的主要原因；1. 氢的聚集 2.淬硬组织 3.焊接应力大小19.奥氏体不锈钢的焊接时，防止或减少晶间腐蚀的主要措施； 1使焊缝形成双相组织 2严格控制含碳量 3添加稳定剂 4焊后热处理 5采用正确的焊接工艺20.奥氏体不锈钢的焊接时，防止产生热裂纹的主要措施；1在焊缝中加入形成铁素体的元素 2减少母材和焊缝的含碳量 3严格控制焊接规范 21.锅炉定义：利用各种燃料、电或其它能源，将所盛装的液体加热到一定参数，并承载一定压力的密闭设备，其范围规定为容积大于或等于30L的承压蒸汽锅炉；出口水压大于或等于0.1Mpa（表压），且额定功率大于或等于0.1MW的承压

5、热水锅炉；有机热载体锅炉。22.锅炉的特点: 1连续工作；2高压、高温、工作条件恶劣；3具有爆炸危险性；4破坏性极大。23.锅炉的主要参数: 容量、 压力、 温度24.锅炉的三大附件: 安全阀、压力表、水位计 25.压力容器的含义 ：盛装气体或液体。承受一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力Pw0.1Mpa，且压力与容积的乘积2.5 MpaL的气体，液化气体或最高温度标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力0.2Mpa，且压力与容积的乘积1.0MpaL的气体，液化气体和标准沸点60度的液体的气瓶，医用氧舱等，可以认为这个规定是对压力容器作出的最权威的定义。26.影响压力容

6、器设计的主要工艺参数: 1压力2温度 3直径 27.压力管道的定义：指利用一定的压力，用于输送气体或液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或等于0.1Mpa（表压）的气体，液化气体，蒸汽介质或可燃，易燃，有毒，有腐蚀性，最高工作温度高于或等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。28.无损检测的定义: 在不损坏工件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对工件的内部及表面的结构，性质，状态进行检查和测试的方法称为无损检测。29.无损检测的目的1保证产品质量2保障使用安全3改进制造工艺4降低生产成本30.无损检测的应用特点1无损检测要与破坏性检测相结合2正确

7、选用实施无损检测的时机3选用最恰当的无损检测方法4综合应各种无损检测方法第一章 绪论1.超声波检测定义：指超声波与工件作用，就反射、透射和衍射的波进行研究，对工件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性变化的检测和表征，并进而对其特定应用进行评价的技术。超声探伤所用的频率一般在0.525MHz之间，对钢等金属材料的检验，常用的频率为0.510MHz。2.超声波的特性：1.方向性好；2.能量高；3.能在界面上产生反射、折射、衍射和波型转换；4.穿透能力强。3.超声检测的工作原理：1、声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入工件。2、超声波在工件中传播并与工件材料以及其中的缺陷相互作用，

8、使其 传播方向或特征被改变。3、改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析；4、根据接收的超声波特征，评估工件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特征。4.通常用来发现缺陷和对其进行评估的基本信息为：1、是否存在来自缺陷的超声波信号及其幅度。2、入射声波与接收声波之间的传播时间。3、超声波通过材料以后能量的衰减。5.超声波检测方法分类：按原理分类1.脉冲反射法；2.衍射时差法；3.穿透法 4.共振法；按波形分类：纵波、横波、表面波、板波、爬波等按检测接触方式分类：1.直接法、2.液浸法、3.电磁耦合法6.超声波检测的 优点：1适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；2穿透能

9、力强，可对较大厚度范围内的工件内部缺陷进行检测；3缺陷定位较准确；4对面积型缺陷的检出率较高；5灵敏度高，可检测工件内部很小的缺陷；6检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用方便等。缺点：1对缺陷的定性、定量仍需要作进一步研究，定性及定量仍然存在困难；2对具有复杂形状或不规则外型的工件进行超声波检测有困难；3缺陷的取向、位置和形状对检测结果有影响；4工件材质、晶粒度对检测有较大影响，影响超声波的衰减；5.A型脉冲反射法检测结果是波形显示，不直观，模拟超声波探伤仪对检测结果无直接见证记录。第二章 超声波探伤的物理基础1.机械波 是机械振动在弹性介质中的传播过程。如水波、声波、超声

10、波等。 电磁波 是交变电磁场在空间的传播过程。如无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、 射线等。2.弹性介质：这种质点间以弹性力联系在一起的介质称为弹性介质。一般固体、液体、气体都可视为弹性介质。3.机械波的产生：弹性介质中的一个质点的振动就会引起邻近质点的振动，邻近质点的振动又会引起较远质点的振动，于是振动就以一定的速度由近及远地向各个方向传播开来，从而就形成了机械波。4.机械波必须具备两个条件:1.要有作机械振动的波源；2.能传播机械振动的弹性介质。 5.振动与波动是互相关联的，振动是产生波动的根源，波动是振动状态的传播。波动中介质各质点并不随波前进，只是以交变的振动速度在各自的平衡

11、位置附近往复运动。波动是振动状态的传播过程，也是振动能量的传播过程。这种能量的传播，不是靠质点的迁移来实现的，而是由各质点的位移连续变化来逐渐传播出去的。 6.机械波的主要物理量：波长单位：mm、m 频率 ：f 单位：赫兹（Hz）波速 ：C 单位：m/s km/s C= f 或=C/f波长与波速成正比，与频率成反比。机械波的周期或频率只与振源有关，与传播介质无关。机械波的波动频率等于振源的振动频率。波的类型1.纵波L（压缩波或疏密波）钢中纵波声速为5960m/s。纵波应用于钢板、锻件探伤。2.横波S(T) （剪切波） 钢中横波声速一般为3230m/s。横波应用于焊缝、钢管探伤。3.表面波R（瑞

12、利波）表面波应用于钢管探伤，一般认为表面波探伤只能发现距工件表面两倍波长深度内的缺陷。4.板波（SH波和兰姆波）板波应用于薄板、薄壁钢管探伤。7.超声波在介质中的传播速度是表征介质声学特性的重要参数。超声波、次声波和声波都是机械波，同一波型在同一介质中的传播速度是相同的。 超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量和密度有关。8.超声波的传播速度与下列因素有关：1）介质：弹性模量、密度、弹性变形形式、尺寸大小、均匀性等;2）超声波的波型：如纵波、横波与表面波等;3）超声波本身的性质： C= f ;4）温度: 一般固体中的声速随介质温度升高而降低。9.固体介质中的声速与介质的密度和弹性模量等有关，

13、不同的介质声速不同；介质的弹性模量愈大，密度愈小，则声速愈大。2）声速与波的类型有关，在同一种固体介质中，纵波、横波和表面波的声速各不相同，并存在如下关系：CLCSCR 对于钢材: CL:CS:CR=1.8 : 1 : 0.9固体介质中的声速与介质温度、应力、均匀性有关。 一般固体中的声速随介质温度升高而降低。 一般应力增加，声速增加。10.液体、气体介质中纵波声速:几乎除水以外的所有液体当温度升高时，容变弹性模量减小，声速降低。 水是温度在74摄氏度左右时声速达最大值11.当D时，反射强，绕射弱，声波几乎全反射。波的绕射对探伤即有利又不利。由于波的绕射，使超声波产生晶料绕射顺利地在介质中传播

14、，这对探伤有利；但同时由于波的绕射，使一些小缺陷回波显著下降，以致造成漏检，这对探伤不利。一般超声波探伤灵敏度约为/2、 波的衍射和障碍物的尺寸Df及波长的相对大小有关.当Df 时,反射强,绕射弱,几乎全反射;当Df Z1 如水/钢 r = (Z2-Z1) / (Z1+Z2)0,反射声压Pr 和入射声压 P0同相位，界面上入射波和反射波叠加形成驻波，合成声压最大PrP0 水/钢界面：r =0.935 R=0.875 t =1.935 T=0.125 平面波垂直到水/钢界面 (Z2Z1) （2）当Z1 Z2 如钢/水 r = (Z2-Z1) / (Z1+Z2)Z2 如钢/空气 钢/空气界面：r

15、-1 t 0 t r =1 R 1 T 0 R+T=1当入射波声阻抗远大于透射波介质声阻抗时，声压反射率趋于1，透射率趋于0，声压几乎全反射，无透射。 探伤中，探头与工件间如不施加耦合剂，则形成固/气界面，超声波无法进入工件。（4）当Z1Z2 如钢板和焊缝 r 0 t 1 R 0 T 1 超声波垂直入射的声阻抗相差很近的界面时，几乎全透射，无反射。 在焊缝探伤中，母材和填充焊缝金属，声阻抗非常接近，若没有任何缺陷，是不会产生界面回波的. 20.超声波纵波垂直入射到第一平界面上的声压、声强反射率和透射率的公式同样适用于横波入射的情况，但必须注意的是在横波入射到固体/液体或固体/气体界面上，横波全

16、反射。因为横波不能在液体和气体中传播。21.薄层界面的反射率与透射率; 1、均匀介质中的异质薄层(Z1=Z3Z2) 例如：钢中有杂物 声压反射率和声压透射率与d2/2有关。（1）当d2=n2/2 r0,t 1 即薄层厚度为其半波长的整数倍时,超声波全透射,几乎无反射,好象不存在异质薄层一样.（2）当d2=(2n+1)2/4 r1,t 0 即当异质薄层厚度等于其四分之一波长的奇数倍时,声压透射率最低,声压反射率最高.钢和铝中气隙、水隙声压透射率：（1）当f1MHZ时，钢中厚度为d=10-5 mm的气隙几乎100反射。两块紧贴在一起的十分精密的钢块之间的间隙也10-5 mm，可见超声波对检测含有气

17、体介质的裂纹等面积型缺陷的灵敏度是很高的。（2）当材料中的气隙或水隙厚度一定时，频率增加，声压反射率随着增加。例：对钢中气隙d=10-7 mm时，f=1MHz,r=20%； f=5MHz,r=60% 提高超声波探伤频率对于提供探伤灵敏度是有利的。 2、薄层两侧介质不同的双界面(Z1 Z3Z2) 例如：晶片保护膜工件；有机玻璃耦合层工件当d2=n2/2（n为整数）时，r0，t1。这说明当薄层两侧介质声阻抗相等，且薄层厚度为其半波长的整数倍时，超声波全透射，几乎无反射（r0），此时，好象不存在异质薄层一样。这种透声层称为半波透声层。当d2=(2n+1)2/4（n为整数）时，异质薄层厚度等于四分之一

18、波长的奇数倍时，声压透射率最低，声压反射率最高。当d22，或Z1Z2时，r0，t1。说明当薄层厚度非常小时，或薄层的声阻抗与介质的声阻抗非常接近时，超声波几乎不反射而全部透射。 22.声压往复透射率 T往=Pa/ P0=Pt Pa / (Pt P0) =4 Z1Z2/ (Z2+Z1)2 1、往复透射率高，探伤灵敏度高，反之，探伤灵敏度低。2、声压往复透射率与界面两侧介质的声阻抗有关，与从何种介质入射到界面无关。3、界面两侧的介质声阻抗相差愈小，声压往复透射率就愈高，反之就愈低。23. 波型转换与反射、折射定律、波型转换：当超声波斜入射的界面时，除产生同种类型的反射和折射外，还会产生不同类型的反

19、射和折射。几何光学三定律：1在均匀介质中光线沿直线传播；2入射角反射角；入射线、反射线、折射线在同一平面内；3入射角和折射角满足24.根据反射、折射定律： sinL/cL1= sinL/cL1= sins/cs1= sinL/cL2= sins/cs2 同一介质中纵波的声速不变 同一介质中纵波的声速大于横波的声速，因此LS，LS 25.第一临界角：当纵波折射角L=90时，所对应的纵波入射角, 用表示=arcsin cL1/cL226.第二临界角：当横波折射角S=90时，所对应的纵波入射角称为第二临界角，用表示= arcsin cL1/cs227.1）当纵波入射角小于第一临界角时，第二介质中既有

20、纵波又有横波；（2）当纵波入射角介于第一临界角和第二临界角时，第二介质中只有横波，没有纵波，这就是常用横波斜探头的制作原理。（3）当纵波入射角大于等于第二临界角时，第二介质中即没有纵波也没有横波，这是其介质的表面存在表面波，这就是常用表面波探头的制作原理。由此可见有机玻璃横波探头L=27.657.7，有机玻璃表面波探头L57.7 28.第三临界角：L=90这时所对应的横波入射角称为第三临界角，用表示，= arcsin cs1/cL1 当S，横波入射角大于等于第三临界角时第一介质中只有反射横波，没有反射纵波，横波全反射。当S33.2时，钢中横波全反射。29.声压反射率 由于倾斜入射时，声压反射率

21、、透射率不仅与介质的声阻抗有关，还与入射角有关。1、纵波斜入射到钢/空气界面的反射：当纵波倾斜入射到钢/空气界面时，纵波声压反射率rLL与横波声压反率rLS 随入射角L而变化。当L=60左右时，rLL很低，rLS很高。原因是纵波倾斜入射，当L=60左右时产生一个较强的变型反射横波。2、横波斜入射到钢/空气界面的反射：当S=30左右时，rSS很低，rSL较高。当S33.2（）时，rSS=100，即钢种横波全反射。29.斜入射时的声压往复透射率 T=Pa/ P0 纵波倾斜入射至水/钢界面时的声压往复透射率与入射角的关系:当纵波入射角L14.5（）时，折射纵波的往复透射率TLL不超过13%，折射横波

22、的往复透射率TLS小于6。当L=14.527.27（）时，钢中没有折射纵波，只有折射横波，其折射横波的往复透射率TLS最高不到20。实际检测中水浸检测钢材就属于这种情况。 30.纵波倾斜入射至有机玻璃/钢界面时往复透射率与入射角之间的关系:当L27.6时，折射纵波的往复透射率TLL不超过小于25 ，折射横波的往复透射率TLS小于10 。当L=27.657.7时，钢中只有折射横波，无折射纵波。折射横波的往复透射率TLS最高不超过30。这时所对应的L30，S37。实际检测中有机玻璃横波探头检测钢材就属于这种情况。31.端角反射：超声波在两个平面构成的直角内的反射叫做端角反射。例：钢/空气界面上钢中

23、的端角反射率。纵波入射时，端角反射率都很低，这是因为纵波在端角的两次反射中分离出较强的横波。横波入射时，入射角S=30或60附近时，端角反射率最低。S在3555时端角反射率达100，实际工作中，横波检测焊缝单面焊根部未焊透的情况就类似于这种情况，当横波入射角S（等于横波探头的折射角S）=3555，即K=tanS=0.71.43时，检测灵敏度最高。当S=56，即K=1.5时，检测灵敏度较低，可能引起漏检。 32.球面波的波振面为同心球面，超声场中某一点的声压与该点至波源的距离成反比。此情况主要对探头保护膜设计具有指导意义。当超声波依次从三种介质Z1、Z2、Z3(如晶片保护膜工件)中穿过，则当薄层

24、厚度等于半波长的整数倍时，通过薄层的声强透射与薄层的性质无关，即好象不存在薄层一样； 当薄层厚度等于四分之一波长的奇数倍且薄层声阻抗为其两侧介质声阻抗几何平均值（Z2 = （Z1 Z3）1/2 ）时，超声波全透射。33.平面波在曲界面上的反射与折射 1、平面波在曲界面上的反射 其余声线的反射则随着距声轴距离的增大，反射角逐渐增大。当曲界面为凹球面时，反射线汇聚于一个焦点上；当曲界面为凹圆柱面时，反射线汇聚于一条焦线上。此时，焦距为：f=r/2 r:曲界面的曲率半径mm。平面波入射到球面时,其反射波发生聚焦或发散，与球面的凹凸有关。反射波可视为从焦点发出的球面波。平面波入射到柱面时, 其反射波可

25、视为从焦轴发出的柱面波.实际探伤中，球形、柱形气孔的反射就属于以上两种情况。34.平面波在曲界面上的折射 平面波入射到曲面上时，其折射波也将聚焦和发散，这时聚焦和发散不仅仅与曲面的凹凸有关，而且，与界面两侧介质的波速有关。对于凹面，当C1C2时聚焦，当C1C2时发散；对于凸面，当C1C2时聚焦，当C1C2时发散。平面波入射至球面透镜时,其折射波可视为从焦点发出的球面波，平面波入射到柱面透镜,其折射波可视为从焦轴发出的柱面波。 实际检测用的水浸聚焦探头就是根据平面波入射到C1C2的凸透镜上，折射波发生聚焦的特点来设计的，这样可以提高检测灵敏度。35.超声波的衰减 超声波在介质中传播时，随着距离的

26、增加，超声能量逐渐减弱的现象叫做超声波衰减。衰减的原因 扩散衰减、散射衰减、吸收衰减。1. 扩散衰减：声束的扩散，使超声波的能量随距离增加而减弱的现象。超声波的扩散衰减仅取决与波振面的形状，与介质的性质无关。2.散射衰减： 超声波在介质中传播时，遇到声阻抗不同的界面产生散乱反射而引起的衰减现象。散射衰减与介质的晶粒密切相关晶粒散射。当材质晶粒度大时，散射衰减严重，被散射的超声波沿复杂的路径传到探头，在示波屏上引起林状回波（又称 草波）使信噪比下降，严重时噪声湮没缺陷波。3.吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质中质点间内摩擦和热传导引起超声波的衰减。介质衰减通常是指吸收衰减和散射衰减，而不包

27、括扩散衰减。36.衰减系数只考虑介质的散射和衰减，未涉及扩散，（1）介质的吸收系数与频率成正比；（2）介质的散射系数与f、d、F有关。 在实际探伤中，当介质的晶粒较粗大时，若采用较高的频率，将会引起严重衰减，示波屏出现大量草波，使信噪比明显下降，超声波的穿透能力也显著下降。这就是晶粒粗大的奥氏体钢和一些铸件探伤的困难所在。37衰减系数与声阻抗的关系: 材料的声阻抗越大，衰减系数越小，超声波传播时的衰减越小。衰减系数与温度的关系: 固体材料的衰减系数随温度的升高而增大. 一般地说，如果频率相同，则在粗晶材料中，纵波比横波具有更强的穿透能力。换句话说，横波比纵波衰减严重。38.薄板工件衰减系数的测

28、定 介质的衰减系数按下面公式计算：=20lg(Bm/Bn)-/2(n-m)x m、n为底波的反射次数; Bm 、Bn 第m、n次底波高度；为反射损失，每次反射损失约为（0.51)dB； x为薄板的厚度。39.厚板或粗圆柱体的衰减系数的测定 对于厚度大于200mm的厚板或粗圆柱体类工件，可根据第一、二次底波B1、B2的高度，计算公式为：=(20lgB1/B2-6-)/2x B1、B2第一、二次底波的高度；：反射损失； 6：扩散衰减引起的分贝差； x：工件厚度第三章 超声波发射声场与规则反射体分回波声压1.圆盘波源辐射的纵波声场:在不考虑介质衰减的条件下，当离波源较远处轴线上的声压与距离成反比，与波源面积成正比。PP0Rs2/x= P0Fs/x2.近场区:NDs2/4=Fs/近场区长度与波源面积成正比，与波长成反比。在其它检测条件不变的情况下，f越高，近场区增大。3.远场区