故障診斷PPT第11講無損檢測

第9章無損檢測技術(shù)９.１無損檢測技術(shù)概述

９.２超聲檢測技術(shù)

９.３射線探傷法９.４聲發(fā)射檢測技術(shù)９.５其它無損檢測方法簡介機(jī)械故障診斷學(xué)AnhuiUniversityofTechnologyAnhuiUniversityofTechnology９.１無損檢測技術(shù)概述1、定義設(shè)備在制造過程中，可能產(chǎn)生各種各樣的缺陷，如裂紋、疏松、氣泡、夾渣、未焊透和脫粘等，在運行過程中，由于應(yīng)力、疲勞、腐蝕等因素的影響，各類缺陷又會不斷產(chǎn)生和發(fā)展?，F(xiàn)代無損檢測與評價技術(shù)，就是在不損傷和不破壞材料或設(shè)備結(jié)構(gòu)的情況下，檢測出缺陷的存在，對其做出定性、定量（形狀、大小、位置、取向、內(nèi)含物等）評定，進(jìn)而分析缺陷對設(shè)備的危害程度，以便在保證安全運行的條件下，做出帶傷設(shè)備是否繼續(xù)服役的選擇，避免由于設(shè)備不必要的檢修和更換所造成的浪費。用于早期診斷。２、作用對于在高溫、高壓、高速或高負(fù)荷條件下運行的現(xiàn)代設(shè)備，如鍋爐、壓力容器、飛機(jī)、宇航器、發(fā)動機(jī)、電站等，如果裝上具有裂紋等缺陷的部件，或在運行過程中其構(gòu)件產(chǎn)生疲勞裂紋或應(yīng)力腐蝕裂紋，必然會縮短使用壽命，降低安全可靠性，甚至導(dǎo)致惡性事故的發(fā)生，為此利用無損檢測與評價技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行跟蹤檢測和故障診斷。AnhuiUniversityofTechnology９.１無損檢測技術(shù)概述３、分類主要無損檢測（NDT）方法的適用性和特點序檢測方法縮寫適用的缺陷類型基本特點123456超聲探傷法射線探傷法磁粉探傷法滲透探傷法渦流探傷法聲發(fā)射檢測法UT(ultrosonic)RT(radial)MT(magnetPT(permeation)ET(eddycurrent)AE(elasticwave)表面與內(nèi)部缺陷內(nèi)部缺陷表面缺陷表面開口缺陷表層缺陷缺陷的萌生與擴(kuò)展速度快、平面型缺陷、靈敏度高直觀、體積型缺陷、靈敏度高僅適用與鐵磁性材料的構(gòu)件操作簡單適用與導(dǎo)體材料的構(gòu)件動態(tài)檢測與監(jiān)測無損檢測新技術(shù)：激光全息檢測技術(shù)、紅外檢測技術(shù)、微波檢測技術(shù)等，油液分析技術(shù)也可用于無損檢測。AnhuiUniversityofTechnology９.２超聲檢測技術(shù)、超聲檢測原理超聲波（頻率高于20KHZ的聲波，常用1-5MHZ）探傷是利用某些晶體（如石英、鈦酸鋇）的壓電效應(yīng)，即在交變電壓作用下，發(fā)生拉伸和壓縮變形，并發(fā)出振動，產(chǎn)生超聲波，入射到檢測對象后如遇到缺陷，超聲波會反射、散射和衰減，再經(jīng)探頭接受變成電信號，進(jìn)而放大顯示，根據(jù)波形來確定缺陷的部位、大小和性質(zhì)，并由相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范來判斷缺陷的危害程度。二、超聲檢測特點這種方法靈敏度高，操作方便，檢測速度快，對人體無害。但對操作人員要求經(jīng)驗豐富，分析能力強(qiáng)。費用低。超聲波指向性好，便于確定位置，波長短，分辨能力強(qiáng)，不存在盲區(qū)，在固體中損失小，一般可傳輸數(shù)米遠(yuǎn)，可測厚度大，但不能確定缺陷的深度位置。缺陷與傳播方向垂直時，波發(fā)射很明顯，故超聲波探傷時對裂紋類缺陷特別敏感，對焊縫焊透缺陷也很有效。AnhuiUniversityofTechnology９.２超聲檢測技術(shù)三、超聲檢測方法一般可分為共振法、穿透法和脈沖反射法等穿透法

1脈沖波高頻發(fā)生器2發(fā)射探頭3被測工件4缺陷5接收探頭6放大器7示波器AnhuiUniversityofTechnology９.２超聲檢測技術(shù)

如工件內(nèi)有缺陷，缺陷的聲波的遮擋會減少穿透的超聲波能量，根據(jù)此能量的減少的程度來判斷缺陷的大小。在穿透法探傷中，可用連續(xù)波和脈沖波兩種不同的方式。

四、應(yīng)用例：檢測管道管壁腐蝕。管壁腐蝕嚴(yán)重時，內(nèi)壁形狀不規(guī)則，超聲波回波信號變寬，數(shù)目減少，往往第一個回波能清晰地分辨出來，用它可確定出壁厚，當(dāng)管壁進(jìn)一步受腐蝕，第一個回波與發(fā)射脈沖波難以區(qū)分。AnhuiUniversityofTechnology９.３射線探傷法一、原理容易穿透物質(zhì)的射線有X、γ和中子三種，常用前兩種。應(yīng)用最多的靈敏度最高的是X射線照相法

射線在穿透物體的過程中，由于物體的吸收和散射，其強(qiáng)度要減弱，減弱的程度取決于物體的厚度、材料的性質(zhì)、射線的種類和缺陷的有無，當(dāng)物體含有氣孔時，氣孔部分不吸收射線，容易通過；反之，若含有易吸收射線的異物時，射線就難以通過。射線發(fā)生器物件感光片用強(qiáng)度均勻的射線照射被檢測物體，使透過的射線在照相底片上感光，顯影后就得到與材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)或缺陷相對應(yīng)的黑底不同的圖像，繼之可檢查缺陷的種類、大小和分布情況。AnhuiUniversityofTechnology９.３射線探傷法二、特點射線探傷是檢測構(gòu)件內(nèi)部缺陷的一種有效的方法，對氣孔、夾渣、縮孔等立體缺陷較敏感，但對裂紋的靈敏度低，儀器使用上有缺陷，速度慢，消耗大，射線對人體還有傷害。

三、方法之一：工業(yè)X射線電視裝置檢測透過工件的X射線，并將其轉(zhuǎn)化為可見光，用電視攝像機(jī)攝像，通過觀察監(jiān)視器上的圖像來探測缺陷，這就是X射線工業(yè)電視的工作過程。目前X射線熒光圖像增強(qiáng)管性能有很大改進(jìn)，提高了圖像的分辨率和對比度。除此之外，用自動判定式X射線工業(yè)電視，在自動生產(chǎn)線上可自動判斷產(chǎn)品有無缺陷，進(jìn)而篩選產(chǎn)品。AnhuiUniversityofTechnology９.４聲發(fā)射檢測技術(shù)

一、基本原理

研究表明，材料受載，其表面會有熱發(fā)射、電子發(fā)射、聲發(fā)射現(xiàn)象，即應(yīng)變能會變成熱能、電能、聲能發(fā)射出去。金屬材料由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)晶格的錯位、晶界滑移，或由于裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，均要以釋放彈性波的形式發(fā)出應(yīng)變能，這種現(xiàn)象就是聲發(fā)射。聲發(fā)射產(chǎn)生的條件：

1、外載；

2、內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均或缺陷，材料內(nèi)部不穩(wěn)定的應(yīng)力分布，能量積蓄到一定程度時，會發(fā)生應(yīng)力重新分布達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，釋放應(yīng)變能一部分是以應(yīng)力波的形式發(fā)射出來即聲發(fā)射。聲發(fā)射往往在材料破壞之前就會出現(xiàn)（很早）。聲發(fā)射的頻率可以由聲頻到數(shù)兆赫。利用聲發(fā)射的特點，檢測并分析聲發(fā)射信號，進(jìn)而根據(jù)其特征推斷聲發(fā)射源的危險性，這就是聲發(fā)射檢測技術(shù)。AnhuiUniversityofTechnology９.４聲發(fā)射檢測技術(shù)

二、主要特點聲發(fā)射檢測技術(shù)是一種快速、動態(tài)、整體性的無損檢測手段，該方法與多數(shù)無損檢測方法的區(qū)別在于：1、靈敏度很高（能檢測到微米級的裂紋變化）；采用多通道排列探頭可在一次試驗中檢測到整個構(gòu)件上的缺陷分布和危害性，這是其他無損檢測方法無法做到的；2、聲發(fā)射檢測是動態(tài)檢測，只有被測零件受到一定載荷并有開放性裂紋產(chǎn)生和發(fā)展才有聲發(fā)射可接收；多數(shù)無損檢測是信號按一定途徑穿過試件，而聲發(fā)射是試件本身發(fā)射的彈性波。3、裂紋在萌動之初就有聲發(fā)射現(xiàn)象，而超聲、X射線、磁粉探傷等檢測手段往往要在裂紋發(fā)展到一定程度才能檢測到。4、傳感器不用移動，操作簡便，且不受材料限制，使用面寬。AnhuiUniversityofTechnology９.４聲發(fā)射檢測技術(shù)

圖a是理想模型，內(nèi)部點聲源以球面波等速發(fā)射，表面聲源以球面波及表面波形式向各方向逸散圖b為實際模型，聲源為不同形狀，傳遞介質(zhì)各向異性，所以彈性波在傳輸中伴有衍射、散射、干涉和折射等復(fù)雜物理現(xiàn)象兩種記數(shù)方法（1）計數(shù)率，即在單位時間內(nèi)聲發(fā)射次數(shù)；（2）記數(shù)，即聲發(fā)射累計脈沖數(shù)。常用多通道聲發(fā)射儀來測。三個傳感器位置已知，利用聲發(fā)射源發(fā)出的聲波到傳感器的時間差及傳感器的位置坐標(biāo)可近似計算出聲源位置。三、檢測工作原理

AnhuiUniversityofTechnology９.４聲發(fā)射檢測技術(shù)

四、發(fā)射檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)成

單端諧振式高靈敏度探頭聲發(fā)射系統(tǒng)主要有探頭和聲發(fā)射儀器兩部分構(gòu)成。聲發(fā)射儀器有兩類：

單通道聲發(fā)射儀，其中整幅整形器設(shè)置固定或可變的閥值電平門檻，超過此值的信號形成振鈴脈沖或事故脈沖；

多通道聲發(fā)射源定位分析儀，在多個單通道基礎(chǔ)上，加上時差記數(shù)單元，可測各信號到達(dá)時差，可實時檢測振源及其危害。1殼體2高頻插座3壓電元件4粘結(jié)部分AnhuiUniversityofTechnology９.４聲發(fā)射檢測技術(shù)五、應(yīng)用舉例1、檢測疲勞裂紋可以檢測早期裂紋，與斷裂力學(xué)結(jié)合，可預(yù)測構(gòu)件的壽命。疲勞試驗中可用聲發(fā)射代替目測，不需中斷試驗，可連續(xù)觀察出微小裂紋。日本某鋼廠對軋機(jī)牌坊裂紋做聲發(fā)射檢測，維持了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。2、評價構(gòu)件結(jié)構(gòu)完整性如焊接質(zhì)量，最大特點是在焊接過程中進(jìn)行，以往X射線及超聲等方法都是在焊后檢測，查出缺陷了也成廢品了?，F(xiàn)場應(yīng)用中有排噪問題，正逐步完善。又如：承受巨大壓力的容器，其安全性很重要。用聲發(fā)射檢測技術(shù)檢測有無裂紋。對核電站關(guān)鍵設(shè)備出廠前檢驗、定期檢查、維修時檢查、運行中監(jiān)視相結(jié)合會更有效。AnhuiUniversityofTechnology９.５其它無損檢測方法簡介一、滲透探傷法滲透探傷按顯示方式不同分類：熒光顯示的熒光法和顏色顯示的著色法。操作過程中注意：零件表面必須清洗干凈，提高靈敏度；清洗干凈殘液，又要防止過洗影響靈敏度；探傷結(jié)束需清洗殘存顯像劑防止腐蝕零件。用于檢測零件表面，檢測極限裂紋長1mm寬0.1mm深0.1mm，應(yīng)用材料不限，不受材料形狀影響，對不規(guī)則大型零件現(xiàn)場檢測有優(yōu)點，但工序繁雜。AnhuiUniversityofTechnology９.５其它無損檢測方法簡介

二、磁粉探傷法將鋼、鐵等鐵磁性構(gòu)件磁化，把磁性粉末撒在磁化表面上，由于磁場作用，磁粉會吸附在磁極附近。如果有缺陷（如裂紋），則缺陷處會出現(xiàn)漏磁磁場。其強(qiáng)度分布取決于缺陷的形狀、尺寸、位置和被測表面的磁化強(qiáng)度。在此處吸附的磁粉的多少和形狀與缺陷形狀有關(guān)，由此可判斷檢測缺陷。當(dāng)然最后需退磁。當(dāng)缺陷取向與磁化方向相互垂直時，檢測靈敏度最高，相互平行時，則無磁粉痕跡顯示。磁粉探傷法可檢測典型的裂紋、重疊、發(fā)紋、冷隔和分層等缺陷。該法多用于表面探傷。發(fā)展方向是檢測自動化、標(biāo)準(zhǔn)化。AnhuiUniversityofTechnology９.５其它無損檢測方法簡介三、渦流探傷法利用電磁感應(yīng)原理，使導(dǎo)電試件表面產(chǎn)生電渦流，通過測量渦流量的變化進(jìn)行試件探傷。激勵線圈電源恒定，結(jié)構(gòu)固定，且與導(dǎo)件間距一定，由于交流電流的電磁感應(yīng)作用，試件內(nèi)產(chǎn)生的電渦流的強(qiáng)弱與激勵電流的相位關(guān)系決定于導(dǎo)體表面缺陷的形狀與大小。電渦流產(chǎn)生的感生電動勢及感生電流相位差帶著缺陷狀態(tài)的信息以電信號形式輸出。由于缺陷的存在，渦流的大小和分布會發(fā)生變化，為使渦流繞過裂紋或在裂紋下方通過，根據(jù)所測得的渦流變化量可判斷缺陷情況。渦流探傷為非接觸式探傷，檢測速度快，但信號復(fù)雜，易受干擾，不易判斷缺陷類型，便于實現(xiàn)高溫檢測，僅限于導(dǎo)體表面（及近表面）的缺