压力管道的无损检测

压力管道的无损检测质量控制江苏省特种设备安全监督检验研究院陈挺2008年4月于溧阳压力管道的无损检测质量控制1．基本知识1.1无损检测的定义无损检测技术是利用物质的某些物理性质因存在缺陷或组织结构上的差异使其物理量发生变化这一现象，在不损伤受检物体的情况下，通过测量这些变化来了解和评价材料、产品和设备构件的性质、状态或内部结构。压力管道的无损检测质量控制1．基本知识1.1无损检测的定义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。压力管道的无损检测质量控制1．无损检测基本知识1.2．无损检测的目的无损检测的目的有三个方面：1.2.1保证产品质量，为质量管理提供手段；1.2.2质量鉴定，供求双方的共识；1.2.3在用检测，保证设备安全运行。产品的使用性能要求通常在其技术文件中规定，如技术条件、规范及验收标准等，以一定的技术质量指标反映。无损检测的主要目的之一就是对加工工序中的原材料、产品构件提供实时的工序质量控制，尤其是控制产品材料的冶金质量和生产工艺质量（无损检测的特点）像钢板母材分层、焊接缺陷等。在生产制造过程中使用该项技术，一可以及时检出原始或加工过程中出现的各种缺陷并加以控制，防止不符合质量要求的材料、部件流入下一道工序，避免了工时、人力和资源的浪费。二是利用该技术又可以将材料、产品的质量控制在符合标准要求的范围内，避免无限度提高质量要求；或者通过检测确定缺陷的部位，有条件的加以使用，提高材料的利用率。已制成的产品（包括材料、零部件）在投用前,需要进行最终检验——质量鉴定，以确定其是否达到设计性能，判别其是否符合标准的质量要求，即产品是否合格。1．无损检测基本知识1.3．无损检测的原理1.3.1射线检测在电磁波谱系列中波长短于紫外线波长的电磁波都属于x射线，它具有可见光的某些特性；如传播速度不受电、磁场作用，使胶片感光等，又具有不同的性质；如不可见、穿透物质、杀伤生命细胞等。1．无损检测基本知识udeII0X射线穿透物质的能力取决于：x射线强度（即能量），波长越短强度越大、穿透力就越大；被穿透物质对射线的吸收能力越强，则经过单位路程的射线强度衰减越大。衰减规律可由下式（在单一波长时）表示：I0：穿透物质前射线强度I：穿透物质路程为d时的射线强度u：物质的线吸收系数1．无损检测基本知识1.3．无损检测的原理射线束通过受检工件时，其强度被衰减，若工件内存在缺陷，则在缺陷部位的射线衰减情况不同与其他部位，作用于感光胶片（或其他记录载体）上的射线强度不同，使胶片等受到不同程度的感光影响，从而在底片上显示出缺陷投影图象。1．无损检测基本知识1.3．无损检测的原理射线源I0受检工件Δd—缺陷高度I感光胶片ΔI——缺陷引起的射线强度变化射线检测原理图)1()1(0nduIIeeIIduud1．无损检测基本知识1.3．无损检测的原理依照产生射线的方式的不同，可以分为x射线、γ射线及高能x射线三种检测方法。1.3.1.1．射线产生方式工业用x射线一般由x射线管产生，其原理为:x射线管内被加热的阴极产生大量电子，电子在管内被在阴极与阳极间施加的高压电场（工业通常采用100～420KV）加速而高速与阳极靶撞击，因受靶材料原子阻挡，高速电子的动能大部转为热量而极小部分以x射线形式辐射出来。1．无损检测基本知识1.3．无损检测的原理γ射线的产生前面提到x射线波段范围很大，γ射线只是其中的一段。在射线检测中使用的γ射线源，都是有要用人工同位素制造的。某些易激活元素，在原子反应堆中或被中子轰击，使原子核增加一个中子而制成人工同位素如60C0、137Cs，或通过加速器催裂反应，改变原子核内质子与中子间力的平衡，使原子不稳定而形成人工同位素如192Ir。1．无损检测基本知识1.3．无损检测的原理人工同位素原子处于激活不稳定状态，它的原子不断进行分裂或从激发态跃迁到基态，在这一过程中，原子以带电粒子和电磁辐射的形式不断释放出能力。其中以电磁波辐射形式所释放的能量形成γ射线。目前，较广泛应用的γ射线源有60C0、192Ir、75Se等。1．无损检测基本知识1.3.1射线检测工艺步骤：暗室洗片透照摄片底片评定报告签发工艺要点1——X射线和γ射线的应用特点X射线主要优点：X射线能量可改变，因此对各种厚度的试件均可获得高灵敏度；X射线机可用开关切断，故较易实施射线防护；曝光时间短，一般为几分钟；X射线局限性：需电源，有些还需有水源。体积较大，成本和维修费用均较大。工艺要点1——X射线和γ射线的应用特点γ射线主要优点：射源尺寸小，可用于X射线机管头无法接近的现场；不需电源或水源；运行费用低；γ射线局限性：探伤灵敏度低，尤其对薄钢试件（如5mm以下）；曝光时间长。工艺要点2——胶片应用特点胶片影响成像对比度和颗粒度进而影响灵敏度依据成像特性，胶片分成四类，T1、T2、T3、T4。T1为最高类别，T4为最低类别。标准规定：A级和AB级射线检测技术应采用T3类或更高类别的胶片，B级射线检测技术应采用T2类或更高类别的胶片。标准规定：采用γ射线对裂纹敏感性大的材料进行射线检测时,应采用T2类或更高类别的胶片。工艺要点3——透照方式选择工艺要点4——透照参数选择1、焦距——影响几何不清晰度，选择焦距必须大于标准规定最小值；2、K值——影响横向裂纹检出率，选择K值不得大于标准规定值；3、射线能量——影响底片对比度、固有不清晰度、颗粒度；选择射线能量应在标准限定范围；4、曝光量——影响底片黑度，选择曝光量应在标准限定范围；底片质量要求1、底片上定位和识别标记——齐全、影像显示完整、位置正确；2、底片评定范围内的黑度D——应符合下列规定:A级：1.5≤D≤4.0AB级：2.0≤D≤4.0；B级2.3≤D≤4.03、底片的像质计灵敏度满足标准要求；4、底片评定范围内不应存在干扰缺陷影像识别的水迹、划痕、斑纹等伪缺陷影像。射线检测的特点1、检测结果有直接记录，可以获得缺陷投影的直观图象，缺陷定性定量准确。2、体积型缺陷检出率很高。而面积型缺陷的检出率受到多种因素影响。3、适宜检验较薄的工件而不适宜较厚的工件。4、适宜检测对接焊缝，检测角焊缝效果较差，不适宜检测板材、棒材、锻件。射线检测的特点5、对有些试件或结构不适用。6、对缺陷在工件中厚度方向的位置和高度尺寸的确定比较困难。7、射线照相检测成本高，速度慢。8、射线对人体有伤害。1．无损检测基本知识1.3．无损检测的原理1.3.2超声波检验的基本原理1.3.2.1超声波的一般概念超声波是一种机械波，人们把能引起听觉的机械波称为声波，频率在20～20kHz之间，20kHz以上称为超声波。超声波可以有纵波、横波、表面波等多种波型。当介质中质点的位移与波传播的方向一致时为纵波；质点的位移与波传播的方式垂直时为横波，而表面波只能沿工件表面传播。在固体中，各类声波都可以传播，而在液体及气体中只有纵波可以传播。1．无损检测基本知识超声波在同一均匀介质中传播时声束不变，传播方向也不变，若在传播过程中遇到另一种介质，就会发生反射、折射透照、绕射或波型转换的现象。超声波在不同介质中传播时，由于介质质点的密度和弹性模量不同，传播的速度也不同。在空气中声速为340M/S，水中声速为1500M/S，在钢中纵波的声束为5900M/S，横波的声波为3200M/S。1．无损检测基本知识1.3.2.2超声波的一些基本规律①界面的反射和穿透当超声波传播到异种介质界面或工件中缺陷、底面等不连续部份时，会发出反射、透射和折射。当超声波垂直入射到两种介质界面时，部份声波波反射，剩余部份则穿透入另一介质，见右图，两部份的比率取决于两介质的密度和其中的声速。1．无损检测基本知识②超声波声束获得超声波的方法有很多，但在超声检测中主要是利用石英、钛酸钡等晶体的压电效应获得超声波。超声波探头的定向辐射性质—波束指向性。波束指向性越好，则超声波检测缺陷的能力超高。1．无损检测基本知识由于空气与钢的密度和声速相差极大，故超声波从空气中垂直入射至钢界面时几乎100%被反射。所以必须在探头与工件表面间添加耦合剂，使超声波很好的传播。当超声波倾斜入射到界面上时，在界面上会产生的不同方向、不同波型的反射波和折射波。对于两者都是固体的情况，反射波和折射波中都存在纵波和横波，其行为遵守几何声学的反射、折射定律。1．无损检测基本知识③小物体上的超声波反射当超声波在传播过程中碰到缺陷，就会产生反射和散射现象，而缺陷形状和方法不同时，其反射方式也有所不同，对于缺陷的尺寸小于超声波波长的一半时，由于衍射作用，不能引起反射。故超声波检测中缺陷尺寸的检出极限为超声波波长的一半。反射信号的强弱以声压大小表示，例如：底面反射波声压PB，等于声波未发生底面反射而沿原方向传播到两倍距离处的声压。而圆盘形反射体的反射波声压PF，相当于一个与圆盘尺寸相同且处于同一位置的探头发射的声波一样。1．无损检测基本知识超声波检验的方法原理脉冲反射式是当前标准中采用的主要超声波检测方法，基本原理是：仪器探头发出持续时间很短的超声波，当工件内有缺陷时，缺陷反射波被仪器接收并反映出反射波声压大小等信息，据此判断缺陷的情况。1．无损检测基本知识220xFFPPfsf举例，平底孔回波声压Pf为：其中，P0探头波源的起始声压Fs探头波源的面积Ff平底孔缺陷面积波长x平底孔至波源的距离超声检测工艺要素1、探伤方法的选择；2、仪器、探头的选择（种类、频率、晶片尺寸折射角）；3、试块的选择；4、探伤灵敏度的选择；5、耦合剂和耦合方法的选择；6、探伤方向和扫查面的选择；7、探伤时机的选择；超声波检测特点11.面积型缺陷的检出率较高，而体积型缺陷的检出率较低。2.适宜检验厚度较大的工件，不适宜检验较薄的工件。3.应用范围广，可用于各种试件。4.检测成本低、速度快，仪器体积小，重量轻，现场使用较方便。5.无法得到缺陷直观图象，定性困难，定量精度不高。超声波检测特点26.检测结果无直接见证记录。7.对缺陷在工件厚度方向上的定位较准确。8.材质、晶粒度对探伤有影响。9.工件不规则的外形和一些结构会影响检测。10.不平或粗糙的表面会影响耦合和扫查，从而影响检测精度和可靠性。射线检测与超声波检测的比较：射线检测超声波检测特点透射式反射式优点直观性好成本低，检测距离大可记录实时性好体积性缺陷敏感面状缺陷敏感-无污染缺点成本高，检测距离小可记录差实时性较差直观性差有污染1．无损检测基本知识1.3.3.磁粉检测1.3.3.1基本概念生活中存在着许多磁的现象，我们把能够吸引铁、钴、镍等物质的性质称为磁性，而具有磁性的和的体称为磁体。使原来的不带磁性的物体具有磁性叫磁化，能被磁化的材料称为磁性材料。1．无损检测基本知识1.3.3.2磁性及磁场每个磁体都有一对磁极即N极和S极，而且即使把磁体分割成无数小磁体，每一个小磁体同样存在N极和S极。磁体周围空间存在有力的作用，我们称磁场，以磁力线形象描述磁场，磁力线密度的大小表示了磁场强度的强弱。1.3.3.3铁磁性材料的磁化特性1．无损检测基本知识①铁磁性材料的特性铁磁性的研究表明，铁磁性物质系由极多微小区域构成，在这小区域内，各原子的磁化方向一致，因此，该小区域具有相当的磁性，此种自发磁化区域称为磁畴。当外磁场不存在时，铁磁性材料中磁畴方向紊乱，对外不呈现磁性。而在外磁场作用时，各个磁畴排列趋向一致，从而产生附加磁场，由于附加磁场与磁场的方向一致，故总的磁场强度大大加强。有：B=μH（μ》1）1．无损检测基本知识②磁滞回线描述铁磁性材料常使用B-H曲线，而把循环交变过程的B-H关系曲线称做磁滞回线。不同的磁性材料其磁滞回线是不相同的，通常很难以磁化，剩磁强而矫顽力高的材料，称为硬磁材料，磁带回线表现为形状肥大，所包围的面积大，磁化时所消耗的功也多。而易于磁化、剩磁低、矫顽力也低的磁性材料称为软磁性材料，其磁滞回线则表现为形状狭窄，包围的面积小，故磁化消耗的功也就少。所以