无损检测培训

无损检测NON-DESTRUCTIVETESTING郑振太引言无损检测的定义是指以不损及将来使用和使用可靠性的方式，对材料或制件进行宏观缺陷检测，几何特性测量，化学成分、组织结构和力学性能变化的评定，并进而就材料或制件对特定应用的适用性进行评价的一门学科。用非侵害性技术确定结构、部件及材料的完整性或者定量测量一目标的某些特性的一门学科,即在无损情况下进行检查和测量。Non-DestructiveTesting非破壊検査相关概念无损探伤：在不影响检测对象的基本性能的前提下，采用机械的、物理的及化学的方式，研究其缺陷的一门综合性学科。理化检验：检验对象的物理性能、化学性能的一门学科，一般为破坏性试验。焊接检验：采用机械的、物理的及化学的方式，保证焊接产品质量的一门学科。检验内容包括从产品的设计到产品的制出整个生产过程中所使用的材料、工具、设备、工艺过程以及成品质量的检验。既包括破坏性试验，如焊接接头机械性能试验、母材金属成分的分析等，也包括无损探伤如焊缝的X射线探伤等。故障诊断：一般是指采用机械的、物理的及化学的方式，以无损方式对设备的故障进行定位、监测等的一门学科。无损检测的原理无论哪一种检测方法均是采用检测对象主动或被动地表现出的机械的、物理的和化学的性能或参数来判断检测对象的状态的。无损检测就是采用对检测对象无损伤的方法，如X射线，使检测对象的当前状态依托某种媒介表现出来以便检测主体（人或检测仪器）的判断无损检测的手段无损检测的用途裂纹检测与评价渗漏检测定位尺寸测量结构或微观组织性能描述机械性能和物理性能评价应力和动态响应测量材料种类及其化学成分的确定世界上工业发达国家无一不把无损检测技术放在重要地位上，美国前总统里根在美国无损检测学会纪念会贺辞中说：“没有无损检测技术，美国就不能享有众多领域的领先地位”；日本也认为，“现代工业是建立在无损检测的基础之上”。五种常规无损检测方法射线检测（RT:RadiographicTesting）超声检测（UT:UltrasonicTesting）磁粉检测（MT:MagneticParticleTesting）渗透检测（PT:PenetrantTesting）涡流检测（ET:EddyCurrentTesting）无损检测的应用初级产品的检测锻造铸造挤压等等二级产品的检测机加工焊接热处理电镀打磨等等在役危险的检测断裂腐蚀磨损热爆破等等发电厂的检测各种腐蚀减薄量下的信号显示发电厂周期性地停工以便检测。检测人员将涡流探针插入到热交换器管中以便检测腐蚀情况。涡流探针缆绳的检测电磁设备和外观检查用于发现断裂和其它危险。这些缆绳用于缆车、起重机及其它升举设备。储油罐的检测智能爬行器用超声波检测大面积的储油罐的罐壁，并标记因腐蚀造成的减薄处用多关节的长臂相机检测地下储油罐的危险。航天器的检测NDT应用于航天器的诸多方面用于航天器运行中的断裂和腐蚀疲劳裂纹起始于雷击处喷气式发动机的检测航天器运行中其发动机是经常性检测项目其需要拆卸、清洁、检测并重新组装大部分的零件裂纹检测常用荧光渗透法发动机圆盘上的一个缺陷未被检测到所致。美航232坠机事故（1989-7-19,爱荷华州）压力容器的故障将导致瞬间释放出巨大的能量，为避免此类事故常用射线照相法和超声波法检测。压力容器的检测在内壁贴附胶片在外侧准备探伤火车轨道的断裂将导致出轨事故，专用的检测车用于检测出钢轨的裂纹。火车轨道的检测桥梁的检测芜湖长江大桥，全长10km，主跨312m，是我国目前跨度最大的公/铁两用桥。美国1967年的银桥倒塌事故致使47人丧生。腐蚀、开裂及其它缺陷将影响桥梁的正常使用。美国每2年检测一次。在桥梁上安装声发射检测器“监听”裂纹的发生和发展NDT用于检测管线的泄漏，泄漏事故将污染环境。目视检查、射线照相、电磁法等用于管线检测中。管线的检测焊接接头的射线照相智能爬行器的远程检测漏磁检测该设备昵称“小猪”，将其放入管线中，无论什么条件其均将检测数据发送出来。第1章射线检测1.1.1射线照相法的历史1895年，德国的威廉·康拉德·伦琴教授(1845-1923，1901年诺贝尔物理学奖)发现了X射线。1913年，Coolidge设计了100,000V电压的高真空X射线管，穿透能力增大而开始应用于工业领域。此前，仅限于医学领域及牙科。1922年，实现了200,000V电压下的X射线，可以在合理的时间内对厚钢板零件进行照相检测。1931年，通用电气公司实现了1,000,000V电压下的X射线，因而提供了一个非常有效的工业射线照相手段。同年，美国机械工程师协会（ASME）准许将射线照相技术应用于熔化焊接的压力容器中，标志着工业应用的大门已经打开。1.1简介X射线1896年，法国的亨利·贝克勒尔（1852-1908，1903年诺贝尔物理学奖）在研究萤矿石（铀）时发现了自然辐射现象，首次揭示了原子可以裂变的现象，标志着γ射线的发现。但是，当时只有少数科学家承认和感兴趣。1929年前后，在工业上可以对极厚材料进行射线照相。第二次世界大战期间及其后，由于核武竞赛使得发现了很多的自然放射性材料和人工同位素，但也同时带来了对人类的辐射危害。1898年，法国的皮埃尔·居里（1859-1906，1903年诺贝尔物理学奖）和玛丽·居里（1867-1934，1903年诺贝尔物理学奖，1911年诺贝尔化学奖）夫妇意欲从沥青油矿石中提取出铀，但是萃取出了钋和放射性更强的镭。镭成为了第一种工业γ射线源，可以对10～12英寸的铸件进行射线照相。γ射线1.1.2射线照相法的现状自射线照相技术应用于工业开始至今，射线照相技术没有太大的变化。但是，现今我们通过不同晶粒尺寸的高质量胶片可以得到更高质量和更高灵敏度的底片。而且，自动化程度越来越高。电子技术和计算机技术可以将影像数据化，避免了影像质量随时间恶化的缺点。也可以实现“无胶片照相”，并可进行图像处理和发送到世界各地。X射线设备的轻量化、小型化。应用领域更加广泛，不仅应用于焊接和铸造，还应用于安全气囊和罐装食品以及车站、码头及空港的安全系统中。自从居里夫妇发现γ射线，其技术得到了相当大的进步。人工放射性同位素可以提供更大范围的能量水平和半衰期。可以选择穿透能力大的Co60，或者是可检测塑料或者薄而低密度材料的低能量的Tm170。工业应用领域很广，如石油化工行业、焊接、铸造及宇航工业等。1.1.3射线照相法的未来照相无胶片化数字化照相，图像处理直至可接受并打印，还可E-mail到世界各地仿真技术智能评片，可扫描零件并3D处理从而辅助技术人员找到缺陷。层析技术，彩色图像可使评片更可靠并节省时间1.1.4射线照相法的优缺点显示缺陷客观准确、重复性好、可靠性高污染环境，操作不当时易造成人身伤害。检测结果可以长期保存可检测的板材厚度较小，成本较高检出危害性较大的面积型缺陷的能力略低1.1.5射线照相法的应用举例钱包脚骨鼠标锁颈椎胶带牙齿1.2.1射线的自然属性X射线和γ射线都是电磁波人类感觉不到，如视、听不受电场和磁场影响以光速直线传播透过物质后其强度衰减穿透能力取决于射线能量和其穿透的对象有荧光效应、光化学效应及生物效应1.2物理基础1.2.2射线的获得-X射线高速电子撞击某物质，其动能大部分转化为热能，仅有百分之几的能量以X射线形式表现出来。可通过阳极钨原子的轫致辐射和K层发射产生。轫致辐射是有众多高速电子撞击重金属如钨而产生。是连续光谱，为白色X射线。产生于目标的50μm厚度内，并用铝窗或铍窗滤除1KeV～15KeV的射线，得到15KeV～50KeV的射线。K层发射是高速电子撞击K层电子，使其脱离K层。当外围的高能层电子跃迁到K层时辐射出X射线。由于其能量差一定故而频率一定，表现为特征X射线。γ射线是三种自然辐射之一，另外二种是：α射线和β射线α射线和β射线是粒子辐射，具有能量和质量；而γ射线是电磁辐射，只有能量。粒子辐射主要是由不稳定原子的分解而产生。α射线是2个质子和2个中子的亚原子结构，即He4原子核，具有正电荷，只能通过很小的距离，并可被纸或膜挡住。β射线是高速运动的电子流，尺寸小但穿透力较强。γ辐射经常伴生α射线和β射线和其它的原子衰变现象。1.2.2射线的获得-γ射线1.2.3γ射线的半衰期衰变规律为：0tNNe其中，N：物质在t时尚未衰变的原子数N0：原有的原子数λ：该物质的衰变常数半衰期：放射性物质的原子数目因为衰变而减少到一半所需要的时间。0/2NN2te0.693T工业上最常用的放射性同位素Co60的半衰期为5.3年，Ir192为74天。其它如Ra226为1622年，Cs137为30年，Tm170为127天，He5为6×10-20s。1.2.4传播的牛顿平方倒数定律牛顿平方倒数定律：射线的辐射点源沿其辐射方向的强度衰减符合牛顿平方倒数定律，即与其距离的平方成倒数关系。1.2.5衰减形式-吸收和散射射线的衰减是由多种行为造成的，包括：光电效应（PE）、散射及电子对效应（PP）。其中散射分为康普顿散射（C）和汤姆逊或瑞利散射（R）。PE是射线被物体吸收而打出外层电子，导致原子离子化。随着发出特征X射线，离子化原子又恢复到中性状态。此低能量特征射线通常被吸收并对成像无贡献。光电效应是小于50KeV的X射线的主要吸收形式，而且主要发生在高原子序数材料中。C散射在X射线与电子相互作用时产生，不仅使电子偏离原来的运行轨道，也使X射线改变方向和损失能量，因而X射线波长变长。PP产生于射线能量大于等于1.02MeV时产生，实际上大于10MeV时产生比例较大。随着射线的湮灭产生负电子和正电子。正电子寿命极短并随着产生2个0.51MeV的光子而消失。PP在高能光子射入高原子序数材料时是十分重要的。R产生于射线光子与整个原子相互作用时，不改变射线能量和物体原子，仅仅使射线方向改变。R往往可以忽略。右图的4种黑色曲线为上述衰减效应曲线；红色曲线为一个近似的总体衰减曲线。工业射线照相一般应用0.1～1.5MeV，可见光电效应和康普顿散射居于主要地位。1.2.6指数衰减定律射线射入物体内，某些光子与物体粒子相互作用，造成其能量被吸收并被散射，即射线被衰减；其它光子未与物体粒子作用而穿过了物体。射线的传输与物体的厚度、密度、原子序数及光子个体的能量有关。即便是光子的能量相同，其在物体内的传输距离也与碰撞1个还是多个物体粒子的概率相关，还与碰撞的类型相关。因此，光子的强度符合如下的指数衰减规律：0xIIe其中，I0为初始光强，I为当前光强，μ为线衰减系数，x为传输距离。1.2.7材料的半价层（HVL）HVL即射线强度衰减到初始强度的一半值的传输厚度。0xIIe0.5xe0.693HVLHVL常用于射线照相法中，相对于线衰减系数μ更容易记忆和用于计算。例如右图，如果知道半价层值很容易计算出使其衰减到小于1％需要多厚的材料。对人类生命安全的威胁！1.2.8辐射安全辐射标志射线检测具有其它NDT方法所不可比拟的优点，但是也有致命弱点：癌白血病基因变异白内障辐射来源工业射线应用是主要来源之一。约80％的辐射来源于自然源，约20％来源于人造源。防护措施人类被辐射有2种形式：急性的（短时强辐射）慢性的（长时弱辐射）测量报警装置1接头处泄漏检查检测中泄漏检查便携佩戴式测量器剂量测量仪强度测量仪测量报警装置2声音报警器便携式剂量测量仪器胶片式射线测量记录器门控断电装置1.3.1X射线管由真空管、高压发生器、控制台和冷却系统组成。为了保证阴极灯丝不熔断及阴阳极间建立电弧，必须保证真空。且应进行“热身”。便携式或移动式X射线探伤机可以在生产现场进行探伤，灵活方便。1.3设备与器材X射线管的基本结构是在一个高真空的玻璃或陶瓷管内安装一个阴极和一个阳极。X射线管的焦点：阳极靶面上受电子流轰击的区域称为实际焦点。实际焦点在射线发射方向上的投影称为有效焦点。焦点形状因阴极灯丝形状不同而不同，一般有圆形、方形、椭圆形和长方形等。在不同的灯丝加热电流下，管电流与管电压之间的关系称为X射线管的特性曲线。在一定的管电压下，管