第8章 其它探傷方法

第8章其它探傷方法§8.1聲發(fā)射探傷技術(shù)一、聲發(fā)射探傷基礎(chǔ)1.聲發(fā)射現(xiàn)象材料或結(jié)構(gòu)在外力或內(nèi)力作用下產(chǎn)生變形或斷裂時(shí)，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象。聲發(fā)射技術(shù)：用儀器檢測(cè)、分析聲發(fā)射信號(hào)，并利用聲發(fā)射信號(hào)來(lái)推斷聲發(fā)射源的技術(shù)

焊接結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生應(yīng)力集中，而應(yīng)力集中為不穩(wěn)定的高能狀態(tài)，將使微區(qū)塑性變形而致硬化，最終形成裂紋，應(yīng)力松弛而恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。此過(guò)程將釋放彈性波，進(jìn)而產(chǎn)生聲現(xiàn)象。

平面型缺陷因應(yīng)力集中系數(shù)高比非平面型缺陷更易形成聲發(fā)射源。2.聲發(fā)射信號(hào)的表征參數(shù)針對(duì)儀器輸出波形而言：聲發(fā)射事件計(jì)數(shù)、平均事件計(jì)數(shù)、振鈴計(jì)數(shù)、平均振鈴計(jì)數(shù)、振鈴事件比、幅度分布、能量和能量率等。（1）聲發(fā)射事件計(jì)數(shù)和平均時(shí)間計(jì)數(shù)事件：聲發(fā)射脈沖激發(fā)傳感器產(chǎn)生一個(gè)突發(fā)型信號(hào)波形，包絡(luò)檢波后波形超過(guò)預(yù)置的閥值電壓所形成的一個(gè)矩形脈沖。事件計(jì)數(shù)：所得到事件的總數(shù)平均事件計(jì)數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的事件數(shù)。（2）聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)和平均振鈴計(jì)數(shù)振鈴：超過(guò)閥值電壓的脈沖信號(hào)振鈴計(jì)數(shù)：所測(cè)得振鈴的總數(shù)平均振鈴計(jì)數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)振鈴數(shù)（3）振鈴事件比單個(gè)事件中的振鈴數(shù)。（4）幅度分布

1）事件分級(jí)幅度分布

2）事件累計(jì)幅度分布（5）能量和能量率能量：在試驗(yàn)過(guò)程中所測(cè)得的累計(jì)能量值。能量率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的聲發(fā)射能量。3.聲發(fā)射探傷特點(diǎn)（1）不按缺陷尺寸評(píng)定，而按其活動(dòng)性和聲發(fā)射強(qiáng)度分類(lèi)評(píng)價(jià)。（2）對(duì)缺陷有很高的靈敏度（3）對(duì)工件表面狀態(tài)和加工質(zhì)量要求不高（4）尺寸、走向和位置不影響探傷效果（5）受材料的限制比較小。二、聲發(fā)射探傷設(shè)備簡(jiǎn)介1.聲發(fā)射探傷設(shè)備的基本要求（1）應(yīng)具有較高的檢測(cè)靈敏度持續(xù)時(shí)間0.01~100μs，工件表面垂直位移10-4~10-10mm（2）應(yīng)具有較寬的頻率選擇范圍（3）對(duì)各種噪聲具有較強(qiáng)的抑制和鑒別能力2.聲發(fā)射探傷儀分類(lèi)（1）單通道（2）多通道聲發(fā)射探傷儀3.聲發(fā)射換能器接收聲發(fā)射信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。以鋯鈦酸鉛材料壓電元件制成的壓電式換能器應(yīng)用最廣。三、聲發(fā)射探傷在焊縫中的應(yīng)用1.在役壓力容器結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)評(píng)定（1）在役壓力容器結(jié)構(gòu)完整性檢查意義

RT、UT、PT、MT檢修速度慢，費(fèi)用高。（2）在役壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)定

1）加載壓力機(jī)保壓臺(tái)階的確定適用壓力1.25倍以上，保壓大于5min。

2）聲發(fā)射傳感器的布置及聲發(fā)射源的定位按次序沖擊方法。3)聲發(fā)射源分類(lèi)活動(dòng)度：聲發(fā)射源區(qū)事件計(jì)數(shù)或振鈴計(jì)數(shù)在加載過(guò)程中的變化率。

強(qiáng)聲發(fā)射源：振鈴計(jì)數(shù)隨載荷增加快速增加出現(xiàn)超過(guò)某定值的高計(jì)數(shù)、高幅度信號(hào)保壓1min后出現(xiàn)2個(gè)以上事件者

弱聲發(fā)射源：振鈴計(jì)數(shù)隨載荷增加慢速增加出現(xiàn)某定值計(jì)數(shù)和幅度信號(hào)保壓1min后出現(xiàn)保壓信號(hào)

不活動(dòng)聲發(fā)射源：振鈴計(jì)數(shù)隨載荷增加在高壓階段平靜不出現(xiàn)保壓信號(hào)生源的強(qiáng)度：4）強(qiáng)聲發(fā)射源的復(fù)驗(yàn)（3）在役壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)實(shí)例

1）聲發(fā)射檢測(cè)工作步驟

a進(jìn)行空罐、清洗、蒸煮

b查看儲(chǔ)罐原來(lái)探傷記錄

c儲(chǔ)罐內(nèi)表面焊縫兩側(cè)100%MT,外表面UTd拆除儲(chǔ)罐保溫層，安裝聲發(fā)射傳感器

e密封容器，進(jìn)行水壓和聲發(fā)射檢測(cè)

f確定升壓保壓臺(tái)階

g確定可能的噪聲源位置

h進(jìn)行聲發(fā)射源數(shù)據(jù)處理

I確定缺陷類(lèi)型和尺寸2）聲發(fā)射傳感器的布置3）聲發(fā)射檢驗(yàn)結(jié)果評(píng)定2.役前壓力容器結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)評(píng)定3.在役運(yùn)行壓力容器結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)評(píng)定§8.2紅外線探傷一、紅外線探傷原理紅外線又稱(chēng)熱輻射。任何高于絕對(duì)零度的物體都具有一定功率的熱輻射，及發(fā)出紅外光波

原理：將恒定熱流注入工件，由于缺陷區(qū)與無(wú)缺陷區(qū)的熱擴(kuò)散系數(shù)不同，工件表面紅外波不同，將紅外波轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，進(jìn)而確定缺陷位置。二、紅外線探傷儀1.紅外線探傷儀工作原理2.紅外探傷儀分類(lèi)（1）紅外線熱像儀分為光機(jī)掃描型和非機(jī)械掃描型（2）輻射計(jì)

3.紅外線探測(cè)器是紅外線探傷儀中的關(guān)鍵部件。分為熱探測(cè)器和光探測(cè)器兩類(lèi)。（1）熱探測(cè)器利用入射的紅外線引起探測(cè)器材料溫度變化，確定所吸收的紅外線輻射量。（2）光電探測(cè)器利用材料在入射紅外線照射下產(chǎn)生光電效應(yīng)，致使導(dǎo)電性發(fā)生變化。三、紅外線探傷方法分類(lèi)1.按檢測(cè)方法分類(lèi)主動(dòng)式：在加熱被檢工件同時(shí)或加熱后，用紅外線探傷儀掃描工具表面進(jìn)行探傷的方法。又分:單面法：加熱探傷在同一側(cè)，可測(cè)深度雙面法：加熱探傷在兩側(cè)，探傷靈敏度高2.按被檢工件加熱狀態(tài)分類(lèi)（1）穩(wěn)態(tài)加熱紅外線探傷將工件加熱到內(nèi)外溫度均勻、恒定狀態(tài)（2）非穩(wěn)定加熱紅外線探傷工件內(nèi)外溫度不均勻。3.按工件表面溫度狀態(tài)顯示方式分類(lèi)熱圖法、溫度分布曲線和逐點(diǎn)測(cè)溫法。四、紅外線探傷在焊接檢驗(yàn)中應(yīng)用

把接頭加熱80-100度，熱像儀的一側(cè)冷卻接頭十幾秒鐘后，熒光屏上顯示等溫線直徑。凡等溫線直徑大于標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)焊接接頭等溫線直徑的接頭質(zhì)量合格，否則，則存在未焊透。用透鏡將加熱器1紅外輻射熱聚焦在焊接接頭一側(cè)的某處6。在滑動(dòng)支架上同時(shí)固定兩個(gè)紅外線探測(cè)器2，這兩個(gè)探測(cè)器將分別經(jīng)透鏡后探測(cè)焊接接頭兩側(cè)的溫度變化。接頭內(nèi)無(wú)缺陷處，探測(cè)儀示波屏顯示的是兩個(gè)正脈沖；反之，接頭有缺陷處，由于缺陷熱阻大，阻礙了熱量從熱注入點(diǎn)向另一側(cè)的傳導(dǎo)，在焊縫兩側(cè)測(cè)試點(diǎn)之間形成較大的溫差。此時(shí)，在探傷儀示波屏上可以看到熱注入側(cè)仍為一正脈沖，而另一側(cè)僅能看到一個(gè)很小或根本看不到正脈沖。紅外熱像儀的特點(diǎn)（1）無(wú)損檢測(cè)，不需要取樣，也不會(huì)破壞被測(cè)物體的溫度場(chǎng)；探測(cè)器只響應(yīng)紅外線，只要被測(cè)物溫度處于絕對(duì)零度以上，紅外成像儀就不僅在白天能進(jìn)行工作，而且在黑夜中也可以正常進(jìn)行探測(cè)工作。（2）遠(yuǎn)距離測(cè)試，不需要接觸被測(cè)物體。紅外線的探測(cè)器焦距在理論上為30cm至無(wú)窮遠(yuǎn)，因而適用于作非接觸、廣視域的大面積的無(wú)損檢測(cè)。（3）方便便捷，直接對(duì)照被測(cè)物體拍照即可。（4）直觀易懂，以不同顏色來(lái)表征被測(cè)物體溫度場(chǎng)。（5）現(xiàn)代的紅外熱像儀的溫度分辨力高達(dá)0.1～0.05℃，所以探測(cè)的溫度變化的精確度很高?？梢詫?duì)被測(cè)物體的溫度進(jìn)行定性定量分析，檢測(cè)數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)。（6）攝像速度1～50幀/s，故適用靜、動(dòng)態(tài)目標(biāo)溫度變化的常規(guī)檢測(cè)和跟蹤探測(cè)；可以測(cè)試運(yùn)動(dòng)物體和在惡劣測(cè)試環(huán)境中（真空、腐蝕、電磁、化學(xué)氣氛）測(cè)試。（7）此技術(shù)幾乎不需要后期投入，可以減少人力、物力、財(cái)力的消耗，安全環(huán)保?！?.3激光全息探傷一、全息照相原理普通的照相:

只能顯示物體的一個(gè)平面像，不能反映物體的全部情況，丟掉了光的相位變化，僅記錄了振幅的變化，所以普通照相不可能反映出物體的全部情況。全息照相法是將一束與物體發(fā)射波波長(zhǎng)相同、振動(dòng)方向一致，且有恒定相位差的光波與物體發(fā)射波相干涉，產(chǎn)生一些極不規(guī)則的明暗條紋。這些條紋不但記錄了物體波振幅的變化，也記錄了它們的相位變化，攜帶了物體的全部信息。再現(xiàn)全息圖所記錄的物體，只要用一束在造全息圖時(shí)所用的光波作為再現(xiàn)波（相干波），去照射全息圖即可。全息圖上的細(xì)密明暗干涉條紋構(gòu)成了一個(gè)含有足以表征物體特征的復(fù)雜光柵。當(dāng)參考光波照射到復(fù)雜光柵時(shí)，發(fā)生光的衍射現(xiàn)象，產(chǎn)生許多衍射波。其中的兩列一級(jí)衍射波可以成像，其中一列一級(jí)衍射波在原物體位置構(gòu)成物體的虛像（被始像），另一列則構(gòu)成物體的實(shí)像（共軛像）。

二、激光全息探傷方法1.實(shí)時(shí)法先造一張不加載的標(biāo)準(zhǔn)全息圖，再精確地把全息圖放到原來(lái)成像的地方。然后對(duì)工件加載，加載后工件的反射光波與標(biāo)準(zhǔn)全息圖的虛像發(fā)生干涉現(xiàn)象。如有缺陷，則在有缺陷的地方出現(xiàn)突然不連續(xù)條紋。優(yōu)點(diǎn)：是探傷過(guò)程只需造一張標(biāo)準(zhǔn)全息圖，比較經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn):是要將全息圖在精度不超過(guò)幾個(gè)激光光波長(zhǎng)度的情況下放回原成像處，其難度是較大的。2.二次曝光法在一張全息照片上進(jìn)行兩次曝光，同時(shí)記錄下工件加載前后的工件反射波，然后建像觀察。如沒(méi)有缺陷，干涉圖像是連續(xù)的并與工件外形輪廓的變化同步；如有缺陷，則干涉條紋在有缺陷區(qū)域出現(xiàn)異常情況，如裂紋區(qū)域的陡峭變化條紋和脫膠區(qū)域的“牛眼”條紋。3.時(shí)間平均法是在工件振動(dòng)時(shí)攝取全息圖，在底片曝光時(shí)間內(nèi)工件要進(jìn)行許多周的振動(dòng)，底片上所攝取的是振動(dòng)工件兩端點(diǎn)振動(dòng)狀態(tài)的疊加。當(dāng)再現(xiàn)全息圖時(shí)，這兩個(gè)端點(diǎn)振動(dòng)狀態(tài)的像將產(chǎn)生一系列的干涉條紋，把振幅相同的輪廓勾畫(huà)了出來(lái)。如果工件中有缺陷存在，則干涉條紋圖樣的狀態(tài)和分布就會(huì)出現(xiàn)異常。這種方法顯示的缺陷圖案比較清晰，但為了使工件產(chǎn)生振動(dòng)就需要一套激勵(lì)裝置。而且，由于工件內(nèi)部的缺陷大小和深度不一，其激勵(lì)頻率各不相同，所以要求激勵(lì)振源的頻帶要寬，頻率要連續(xù)可調(diào)，其輸出功率大小也有一定要求。同時(shí)，還要根據(jù)不同的工件對(duì)象選擇合適的換能器來(lái)激勵(lì)它。4.激光全息探傷加載方式激光全息探傷的加載方式有內(nèi)部充氣法、表面真空法、加熱法和聲振法四種。

內(nèi)部充氣法比較適合于管道、小型壓力容器、蜂窩式結(jié)構(gòu)。

表面真空法比較適合于迭層、板狀結(jié)構(gòu)。

加熱法是一種最簡(jiǎn)單而有效的方法，對(duì)工件表面施加一個(gè)急驟的熱脈沖，如用一盞燈掃描被檢工件表面幾秒鐘，就可使其彎曲，而達(dá)到探傷的目的。

聲振法是把一個(gè)寬頻帶的換能器（常用壓電晶體）膠接在工件表面上，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)改變激振頻率，在工件振動(dòng)期間攝取全息圖。利用激光全息探傷小型壓力容器的光路布置圖。容器7長(zhǎng)度為360mm，外徑為44mm，壁厚為3mm，材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti，簡(jiǎn)體縱縫和與封頭環(huán)縫均采用鎢極氬弧焊。探傷時(shí)，容器的一端用虎鉗6夾持，呈水平懸臂狀態(tài)。另一端封頭接一撓性進(jìn)水管。加載時(shí)以每0.98MPa為一臺(tái)階。每次升壓，均稍待一分鐘左右以待狀態(tài)穩(wěn)定，加載壓力最高為14.7MPa。容器外表面涂一層白粉以增加漫反射效果。采用降壓方式進(jìn)行兩次曝光拍攝全息圖。通過(guò)對(duì)全息圖上畸變干涉條紋的分析，可以得知容器簡(jiǎn)體有兩條環(huán)向裂紋。三、激光全息探傷在焊接中的應(yīng)用§8-4熱中子照相法探傷一、中子射線與物質(zhì)作用特點(diǎn)

X射線、γ射線主要是與物質(zhì)的核外電子相互作用，形成吸收和散射。而中子射線與核外電子幾乎沒(méi)有什么作用，它主要是與物質(zhì)的原子核相互作用，形成吸收和散射。對(duì)X射線，各種元素的物質(zhì)吸收系數(shù)隨原子序數(shù)的增加而平滑上升。氫、鋰、硼等輕元素的吸收系數(shù)小，而鉛、鈾等重元素的吸收系數(shù)大。而中子射線的質(zhì)量吸收系數(shù)與原子序數(shù)無(wú)規(guī)律而循，輕元素的吸收系數(shù)大，而重元素的吸收系數(shù)反而小。中子照相具有不同于X射線照相的特點(diǎn)：對(duì)X射線較難穿透的鉛、鉍钚、鈾一類(lèi)重元素，采用中子照相法探傷則比較容易，所以中子照相法探傷可以作為X射線照相法探傷的重要補(bǔ)充。二、熱中子照相法檢測(cè)特點(diǎn)

1．熱中子照相法探傷方法從中子源發(fā)出的中子射線不能用于探傷，只有熱中子射線才可以用于探傷。熱中子照相法探傷與x射線，γ射線一樣，是利用射線在物質(zhì)中的衰減作用為基礎(chǔ)而進(jìn)行的。但與x射線、γ射線照相法探傷不同的是透過(guò)物質(zhì)的中子射線并不能使X光膠片感光，而是要通過(guò)轉(zhuǎn)換屏激發(fā)出α、β或射線再作用到X光膠片上使其感光。熱中子照相常用的轉(zhuǎn)換屏有兩類(lèi)：一類(lèi)是鋰、硼、鎘和釓，它們?cè)谖諢嶂凶雍蠓懦鏊矔r(shí)低能粒子，另一類(lèi)是銦、鏑和銀等，在俘獲熱中子后形成具有一定壽命的放射性同位素。2．熱中子照相法探傷分類(lèi)

(1)直接曝光法所用轉(zhuǎn)換屏材料有鋰、硼、釓，這類(lèi)轉(zhuǎn)換屏的特點(diǎn)是感光速度快。其中應(yīng)用最廣泛的釓，它的像分辨率和照相速度都比鋰、硼高。在熱中子射線的轟擊下，釓能發(fā)射出能量很低(70keV)的電子。(2)間接曝光法所用轉(zhuǎn)換屏材料有銦、鏑、銀，最常用的是銦。照相時(shí)，先將轉(zhuǎn)換屏放在透過(guò)工件的中子束上照射，轉(zhuǎn)換屏俘獲中子后形成有一定壽命的放射性同位素，此時(shí)在轉(zhuǎn)換屏上形成一個(gè)反映被檢工件情況的潛在放射像，然后將具有潛影的轉(zhuǎn)換屏與X光膠片緊貼后放入暗盒，潛影所放射出來(lái)的粒子使X光膠片感光成像，這種使X光膠片自行感光的方法稱(chēng)作自射線照相技術(shù)。這種探傷方法避免了工件本身具有放射性或熱中子束中含有射線對(duì)照相質(zhì)量所產(chǎn)生的不良影響?！?-5液晶檢測(cè)一、液晶

液晶是一種既有光學(xué)各向異性，又有流動(dòng)性的液體，可分為向列相、膽甾相和近晶相三類(lèi)。向列相液晶的分子質(zhì)心位置是隨機(jī)分布的，但排列方向一致；膽甾相液晶的分子排列呈螺旋狀、分層，每層分子長(zhǎng)軸都與層平面平行；近晶相液晶的分子排列方向一致且成層狀。向列相和膽甾相液晶是具有光學(xué)特性的液體；近晶相液晶，則是處于結(jié)晶體和液體之間的真正中間狀態(tài)。目前液晶探傷主要用的是膽甾相液晶。它們的溫度效應(yīng)非常顯著，有些膽甾相化合物在1℃左右的變化范圍內(nèi)，可以顯示從紅到藍(lán)之間的各種不同顏色。膽甾相液晶只所以能很靈敏地顯示不同顏色，是由于其分子結(jié)構(gòu)為螺旋狀排列，它的螺距很容易受溫度變化而變化。當(dāng)它的螺距和某一光波的波長(zhǎng)相一致時(shí)，就對(duì)這種光波產(chǎn)生了強(qiáng)烈的選擇性反射。

用于探傷的膽甾相液晶大多是膽醇的衍生物，其中最有代表性的是膽醇和羧酸脂。有時(shí)為了擴(kuò)大液晶的應(yīng)用范圍，可以用幾種液晶按一定比例相混合或添加其它物質(zhì)（主要為油脂類(lèi)），以調(diào)整液晶的溫度范圍和對(duì)溫