1,三.無損檢測技術(shù)概述,無損檢測的定義： 無損檢測技術(shù)是一門新興的綜合性應(yīng)用學(xué)科。它是以不損害被檢驗(yàn)對象的使用性能為前提，應(yīng)用多種物理原理和化學(xué)現(xiàn)象，對各種工程材料、零部件、結(jié)構(gòu)件等進(jìn)行有效地檢驗(yàn)和測試，借以評價(jià)它們的連續(xù)性、完整性、安全可靠性及某些物理性能。 主要內(nèi)容有兩點(diǎn)：1.是否有缺陷 2.提供組織分布、應(yīng)力狀態(tài),2,無損檢測的目的： 定量掌握缺陷與強(qiáng)度的關(guān)系，評價(jià)構(gòu)件的允許載荷、壽命或剩余壽命。檢測結(jié)構(gòu)在制造和使用過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)不完整性及缺陷情況，以便改進(jìn)制造工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，保證設(shè)備安全、高效、可靠地運(yùn)行。,3,質(zhì)量管理：對非連續(xù)或連續(xù)加工的原材料、零部件提供實(shí)時(shí)質(zhì)量控制，如控制材料的冶金質(zhì)量、加工工藝質(zhì)量、組織狀態(tài)、涂鍍層的厚度以及缺陷的大小、方位與分布等等。 在役檢測：對裝置或構(gòu)件在運(yùn)行過程中進(jìn)行監(jiān)測，或者在檢修期間進(jìn)行定期檢測。 質(zhì)量鑒定：對制成品（材料或零部件）在進(jìn)行組裝或投入使用前，進(jìn)行最終檢驗(yàn)。,4,無損檢測一般有三種含義： 無損探傷NDI (Nondestructive Inspection) 無損檢測NDT (Nondestructive Testing) 無損評價(jià)NDE (Nondestructive Evaluation) NDI僅檢測出缺陷（探傷）； NDT以NDI檢測結(jié)果為判定基礎(chǔ)，對檢測對象的使用可能性進(jìn)行判定；此外還含有參數(shù)測試的意思； NDE掌握對象的載荷、環(huán)境條件，對構(gòu)件的完整性、可靠性及使用性能進(jìn)行綜合評價(jià)。 目前國內(nèi)一般統(tǒng)稱為NDT，國外NDE逐漸代替NDT。,第一章 超聲波檢測,1.1超聲檢測的基礎(chǔ)知識(shí) 超聲波的產(chǎn)生依賴于做高頻機(jī)械振動(dòng)的“聲源”和傳播機(jī)械振動(dòng)的彈性介質(zhì)，所以機(jī)械振動(dòng)和波動(dòng)是超聲檢測的物理基礎(chǔ)。 超聲波是超聲振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播，超聲波是在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械波。與聲波和次聲波在彈性介質(zhì)中的傳播類同，區(qū)別在于超聲波的頻率高于20kHz。 工業(yè)超聲波檢測常用的工作頻率為：0.510MHz。,一、超聲波的特點(diǎn),超聲波的方向性好：超聲波具有像光波一樣定向束射的特性。 超聲波的穿透能力強(qiáng)：對于大多數(shù)介質(zhì)而言，它具有較強(qiáng)的穿透能力。例如在一些金屬材料中，其穿透能力可達(dá)數(shù)米。 超聲波的能力高：超聲檢測的工作頻率遠(yuǎn)高于聲波的頻率，超聲波的能量遠(yuǎn)大于聲波的能量。 遇有界面時(shí)，超聲波將產(chǎn)生反射、折射和波型的轉(zhuǎn)換：利用超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過巧妙的設(shè)計(jì)，使超聲檢測工作的靈活性、精確度得以大幅度提高。 對人體無害。,二、超聲波的分類,（一）描述超聲波的基本物理量 聲速：單位時(shí)間內(nèi)，超聲波在介質(zhì)中傳播的距離稱為聲速，用符號(hào)“c”表示。 頻率：單位時(shí)間內(nèi)，超聲波在介質(zhì)中任一給定點(diǎn)所通過完整波的個(gè)數(shù)稱為頻率，用符號(hào)“f ”表示。 波長：聲波在傳播時(shí)，同一波線上相鄰兩個(gè)相位相同的質(zhì)點(diǎn)之間的距離稱為波長，用符號(hào)“”表示。 周期：聲波向前傳播一個(gè)波長距離時(shí)所需要的時(shí)間稱為周期，用符號(hào)“T”表示。 角頻率：角頻率用符號(hào)“”表示。定義為=2f。 上述各量之間的關(guān)系為： T=1/f=2 / =/c,圖 1-1 超聲波的分類,二、超聲波的分類,1） 超聲波的波型 超聲波的波型指的是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向的關(guān)系。按波型可分為縱波、橫波、表面波和板波等。 （1） 縱波。介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相同的波叫縱波，用L表示(見圖1-2)。介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在交變拉壓應(yīng)力的作用下，質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮變形，從而形成了縱波?？v波傳播時(shí)，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)疏密相間，所以縱波有時(shí)又稱為壓縮波或疏密波。 能在任何介質(zhì)中傳播，氣體、液體、固體。,（2） 橫波。介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直于波的傳播方向的波叫橫波，用S或T表示(見圖1-3)。橫波的形成是由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)受到交變切應(yīng)力作用時(shí)， 產(chǎn)生了切變形變，所以橫波又叫做切變波。液體和氣體介質(zhì)不能承受切應(yīng)力，只有固體介質(zhì)能夠承受切應(yīng)力，因而橫波只能在固體介質(zhì)中傳播，不能在液體和氣體介質(zhì)中傳播。 （3） 表面波（瑞利波）。當(dāng)超聲波在固體介質(zhì)中傳播時(shí)， 對于有限介質(zhì)而言，有一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟幢砻娌?見圖1-4)，受表面張力的作用。瑞利首先對這種波給予了理論上的說明，因此表面波又稱為瑞利波， 常用R表示。,（4） 板波（蘭姆波）。在板厚和波長相當(dāng)?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡ń邪宀?或蘭姆波)。板波傳播時(shí)聲場遍及整個(gè)板的厚度。 薄板兩表面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)為縱波和橫波的組合， 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的軌跡為一橢圓，在薄板的中間也有超聲波傳播(見圖1-5)。板波按其傳播方式又可分為對稱型（S型）和非對稱型（A型）兩種，這是由質(zhì)點(diǎn)相對于板的中間層作對稱型還是非對稱型運(yùn)動(dòng)來決定的。,2) 超聲波的波形 超聲波由聲源向周圍傳播的過程可用波陣面進(jìn)行描述。 如圖1-6所示，在無限大且各向同性的介質(zhì)中，振動(dòng)向各方向傳播， 用波線表示傳播的方向；將同一時(shí)刻介質(zhì)中振動(dòng)相位相同的所有質(zhì)點(diǎn)所連成的面稱為波陣面；某一時(shí)刻振動(dòng)傳播到達(dá)的距聲源最遠(yuǎn)的各點(diǎn)所連成的面稱為波前。在各向同性介質(zhì)中波線垂直于波陣面。在任何時(shí)刻，波前總是距聲源最遠(yuǎn)的一個(gè)波陣面。 波前只有一個(gè)，而波陣面可以有任意多個(gè)。,1.2 超聲場及介質(zhì)的聲參量簡介 充滿超聲波的空間或介質(zhì)中超聲振動(dòng)所波及的質(zhì)點(diǎn)占據(jù)的范圍叫超生場。 一、描述超聲場的物理量 1.聲壓 p 當(dāng)介質(zhì)中有超聲波傳播時(shí)，由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，使介質(zhì)中壓強(qiáng)交替變化。超聲場中某一點(diǎn)在某一瞬時(shí)所具有的壓強(qiáng)P1與沒有超聲波存在時(shí)同一點(diǎn)的靜態(tài)壓強(qiáng)P0之差稱為該點(diǎn)的聲壓，用P表示,即,（1-2）,對于平面余弦波， 有：,（1-3）,式中： 為介質(zhì)的密度;c為介質(zhì)中的聲速； 為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振幅；為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的角頻率； 為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的幅值；t為時(shí)間；x為質(zhì)點(diǎn)距聲源的距離； 為聲壓幅值。 由上式可知：超聲場中某一點(diǎn)的聲壓幅值Pm與角頻率成正比，也就與頻率成正比。由于超聲波的頻率很高，遠(yuǎn)大于聲波的頻率，故超聲波的聲壓一般也遠(yuǎn)大于聲波的聲壓。,2.聲阻抗 介質(zhì)中某一點(diǎn)的聲壓幅值Pm與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度幅值Vm之比，稱為聲阻抗，常用Z表示,單位為g/(cm2s)； kg/(cm2s) 。在同一聲壓下，聲阻抗Z愈大，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度就愈小。聲阻抗表示超聲場中介質(zhì)對質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的阻礙作用。 由式(1-3)得,（1-4）,氣體、液體和固體的聲阻抗相差較大： Z氣：Z液：Z金屬=1：3000：8000,3. 聲強(qiáng) 單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能，稱為聲強(qiáng)，用I表示，單位為W/cm2。 對于平面縱波，其聲強(qiáng)I為,（1-5）,由式(1-5)可知，超聲場中，聲強(qiáng)與角頻率平方成正比。由于超聲波的頻率很高，故超聲波的聲強(qiáng)很大，這是超聲波能用于探傷的重要依據(jù)。,4. 分貝的概念 實(shí)際探傷中，將聲強(qiáng)I1與I2之比取對數(shù)的10倍得到二者相差的數(shù)量級(jí)，這時(shí)單位為分貝，用dB表示，即,（1-6）,根據(jù)式（1-5），有,（1-7）,式中： Pm1、 Pm2分別為聲強(qiáng)I1、 I2對應(yīng)的聲壓幅值。,對于線性良好的超聲波探傷儀，示波屏上波高與聲壓成正比，即任意兩波高H1、H2之比等于相應(yīng)的聲壓Pm1、Pm2之比， 即,（1-8）,取自然對數(shù)ln， 單位則為奈培。有：,二、介質(zhì)的聲參量 1.聲速 聲速表示聲波在介質(zhì)中傳播的速度，它與超聲波的波型有關(guān)，但更依賴于傳聲介質(zhì)自身的特性。因此，聲速又是一個(gè)表征介質(zhì)聲學(xué)特性的參量。了解受檢材料的聲速，對于缺陷的定位和定量分析都有重要的意義。 聲速又可分為相速度和群速度。相速度是指聲波傳播到介質(zhì)的某一選定相位點(diǎn)時(shí)在傳播方向上的聲速。群速度是指傳播聲波的包絡(luò)上具有某種特征（如幅值最大）的點(diǎn)上沿傳播方向上的聲速。 群速度是波群的能量傳播速度。,（1）縱波、橫波和表面波的聲速?？v波、橫波和表面波的聲速主要是由介質(zhì)的彈性性質(zhì)、密度和泊松比決定的，而與頻率無關(guān)，即它們各自的相速度和群速度相同，因此一般說到它們的聲速都是指相速度。不同材料聲速值有較大的差異。 在給定的材料中，頻率越高，波長越短。見p16 同一固體介質(zhì)中，縱波聲速c1大于橫波聲速cs，橫波聲速cs又大于瑞利波聲速cr。對于鋼材，c1 1.8cs，cs1.1cr。 （2） 板波的聲速。板波的聲速與其他波型不同，其相速度隨頻率變化而變化。相速度隨頻率變化而變化的現(xiàn)象被稱為頻散。,2.聲衰減系數(shù) 超聲波的衰減指的是超聲波在材料中傳播時(shí)，聲壓或聲能隨距離的增大逐漸減小的現(xiàn)象。引起衰減的原因主要有三個(gè)方面：一是聲束的擴(kuò)散；二是由于材料中的晶?；蚱渌⑿☆w粒引起聲波的散射；三是介質(zhì)的吸收。 在超聲檢測中，談到超聲波在材料中的衰減時(shí)，通常關(guān)心的是散射衰減和吸收衰減，而不包括擴(kuò)散衰減。 對于平面波來說， 聲壓幅值衰減規(guī)律可用下式表示：,（1-9）,圖1-7 超聲波垂直入射于平界面的反射與透射,通常將反射波聲壓Pr與入射波聲壓P0的比值稱為聲壓反射率r，將透射波聲壓Pt和P0的比值稱為聲壓透射率t。可以證明， r和t的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：,（1-11）,（1-12）,式中： Z1為第一種介質(zhì)的聲阻抗； Z2為第二種介質(zhì)的聲阻抗。,為了研究反射波和透射波的能量關(guān)系，引入聲強(qiáng)反射率R和聲強(qiáng)透射率T兩個(gè)量。R為反射波聲強(qiáng)(Ir)和入射波聲強(qiáng)(I0)之比；T為透射波聲強(qiáng)(It)和入射波聲強(qiáng)(I0)之比。,（1-13）,（1-14）,聲波垂直入射到平界面上時(shí)，聲壓和聲強(qiáng)的分配比例僅與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗有關(guān)。 在垂直入射時(shí)，界面兩側(cè)的聲波必須滿足兩個(gè)邊界條件： 1、一側(cè)聲壓等于另一側(cè)聲壓； 2、兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)速度振幅相等，以保持波的連續(xù)性。,對于脈沖反射技術(shù)來說，還有一個(gè)有意義的量是聲壓往返透過率，如圖1-8所示。通常入射聲壓經(jīng)過兩種介質(zhì)的界面透射到試件中后，均需經(jīng)過相反的路徑（假設(shè)在工件底面的反射為全反射）再次穿過界面到第一介質(zhì)中才被探頭所接收。 兩次穿透界面時(shí)透射率的大小，決定著接收信號(hào)的強(qiáng)弱。因此， 將聲壓沿相反方向兩次穿過界面時(shí)總的透射率稱為聲壓往返透過率(tp)，其數(shù)值等于兩次穿透界面的透射率的乘積， 由式（1-12）可得,（1-15）,圖1-8 聲壓往返透過率,圖1-10 超聲波傾斜入射到平界面上的反射、折射和波型變換 (a) 縱波入射； (b) 橫波入射,1) 反射 如圖1-10（a）所示，當(dāng)縱波以入射角L傾斜入射到異質(zhì)界面上時(shí)，將會(huì)在介質(zhì)1中于入射點(diǎn)法線的另一側(cè)產(chǎn)生與法線成一定夾角rL的反射縱波。 反射波與入射點(diǎn)法線之間的夾角稱為反射角。入射縱波與反射縱波之間的關(guān)系符合幾何光學(xué)的反射定律，即L=rL。 與光的反射不同的是，當(dāng)介質(zhì)1為固體時(shí)，界面上既產(chǎn)生反射縱波，同時(shí)又發(fā)生波型轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生反射橫波，即反射后同時(shí)產(chǎn)生縱波與橫波兩種波型。這時(shí)，橫波反射角rS與縱波入射角之間的關(guān)系與光學(xué)中的斯奈爾定律相同，為,（1-16）,若入射聲波為橫波，也會(huì)產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象，見圖1-10（b)， 這時(shí)橫波入射角S與橫波反射角rS相等。介質(zhì)1為固體時(shí)縱波反射角與橫波入射角之間的關(guān)系為,（1-17）,由于固體中縱波聲速總是大于橫波聲速，因此，無論是縱波入射還是橫波入射，均有 。當(dāng)介質(zhì)1為液體或氣體時(shí)，則入射波和反射波只能為縱波。,2） 折射 當(dāng)兩種介質(zhì)聲速不同時(shí)，透射部分的聲波會(huì)發(fā)生傳播方向的改變，稱為折射。不論是縱波入射還是橫波入射，只要介質(zhì)2為固體， 則介質(zhì)2中除有與入射波相同波型的折射波外，均可因在界面發(fā)生波型轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生與入射波不同波型的折射波。 這時(shí)，介質(zhì)2中可能同時(shí)存在縱波與橫波(見圖1-10)。折射角與入射角之間的關(guān)系符合斯奈爾定律。 折射角相對于入射角的大小和折射波聲速與入射波聲速的比率有關(guān)。同時(shí)，由于縱波聲速總是大于橫波聲速，因此縱波折射角L要大于橫波折射角S。,3） 臨界角 當(dāng)?shù)诙N介質(zhì)中的折射波型的聲速比第一種介質(zhì)中入射波型的聲速大時(shí)，折射角大于入射角。此時(shí)，存在一個(gè)臨界入射角，在這個(gè)角度下，折射角等于90。大于這一角度時(shí)， 第二種介質(zhì)中不再有相應(yīng)波型的折射波。 (1) 第一臨界角。當(dāng)入射波為縱波，且cL2cL1時(shí)，使縱波折射角達(dá)到90的縱波入射角稱為第一臨界角，用符號(hào)表示。當(dāng)縱波入射角大于第一臨界角時(shí)，第二介質(zhì)中不再有折射縱波。,(2) 第二臨界角。當(dāng)入射波為縱波，第二介質(zhì)為固體， 且cS2cL1時(shí)，使橫波折射角達(dá)到90的縱波入射角為第二臨界角，用符號(hào)表示。 通常在超聲檢測中，臨界角主要應(yīng)用于第二介質(zhì)為固體， 而第一介質(zhì)為固體或液體的情況。這種情況下，可利用入射角在第一臨界角和第二臨界角之間的范圍，在固體中產(chǎn)生一定角度范圍內(nèi)的純橫波， 對試件進(jìn)行檢測。,(3) 第三臨界角。第三臨界角是在固體介質(zhì)與另一種介質(zhì)的界面上，用橫波作為入射波時(shí)產(chǎn)生的。使縱波反射角達(dá)到90時(shí)的橫波入射角稱為第三臨界角，用表示。 4） 斜入射時(shí)的聲壓反射率和透射率 斜入射時(shí)反射波和透射波的聲壓關(guān)系較為復(fù)雜。但在超聲檢測中，關(guān)心的是斜入射的反射率和透射率隨入射角度的變化。 對脈沖反射法， 更關(guān)心的是聲壓往返透過率隨入射角度的變化。 見P22,三、 超聲波入射到曲界面上的反射和透射 1） 平面波入射到曲界面上的反射 平面波入射到曲界面上時(shí)的情況如圖1-11所示。平面波束與曲面上各入射點(diǎn)的法線成不同的夾角：入射角為0的聲線沿原方向返回，稱為聲軸；其余聲線的反射角則隨著距聲軸距離的增大而增大。當(dāng)曲面是球面時(shí)，反射線或其延長線匯聚于一個(gè)焦點(diǎn)上；反射面為圓柱面時(shí)，反射線或其延長線匯聚于一條焦線上。此時(shí)，焦距F與曲面曲率半徑r的關(guān)系為,（1-18）,圖1-11 平面波入射至曲面時(shí)的反射,三、 超聲波入射到曲界面上的反射和透射 1） 平面波入射到曲界面上的反射 反射波波陣面的形狀取決于曲界面的形狀。 （1）界面為球面時(shí)，具有焦點(diǎn)。反射波波陣面為球面，凹球面上的反射波好像從實(shí)焦點(diǎn)發(fā)出的球面波，凸球面上的反射波好像從虛焦點(diǎn)發(fā)出的球面波。 （2）界面為柱面時(shí)，具有焦軸。反射波波陣面為柱面，凹柱面上的反射波好像從實(shí)焦軸發(fā)出的柱面波，凸柱面上的反射波好像從虛焦軸發(fā)出的柱面波。 聲速中心軸線上，反射波的聲壓分別為： 球曲面： 柱曲面：,2） 平面波在曲面上的透射 平面波入射到曲面上時(shí)，其透射波也將發(fā)生聚焦或發(fā)散， 如圖1-12所示。這時(shí)透射波的聚焦或發(fā)散不僅與曲面的凹凸有關(guān)，而且與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲速有關(guān)。對于凹面，c1c2時(shí)發(fā)散；對于凸面， c1c2時(shí)聚焦，c1c2時(shí)發(fā)散。 透射后的焦距F為,（1-19）,圖1-12 平面波在曲面上的透射,2） 平面波在曲面上的透射 透射波波陣面的形狀取決于曲界面的形狀。 如果曲面為球面時(shí)，則其波陣面為球面，透射波好像從焦點(diǎn)發(fā)出的球面波，同理，曲面為柱面時(shí)，透射波波陣面為柱面，透射波好像從焦軸發(fā)出的柱面波。 聲速中心軸線上，透射波的聲壓分別為： 球曲面： 柱曲面： t為聲壓透射率,2) 超聲波探頭 （1） 超聲波探頭的作用。 超聲波探頭用于實(shí)現(xiàn)聲能和電能的互相轉(zhuǎn)換。它是利用壓電晶體的正、逆壓電效應(yīng)進(jìn)行換能的。探頭是組成檢測系統(tǒng)的最重要的組件，其性能的好壞直接影響超聲檢測的效果。 （2） 常用超聲波探頭的類型。超聲波檢測中由于被探測工件的形狀和材質(zhì)、探測的目的、探測的條件不同， 因而要使用各種不同形式的探頭。其中最常用的是接觸式縱波直探頭、接觸式橫波斜探頭、雙晶探頭、水浸探頭與聚焦探頭等。一般橫波斜探頭的晶片為方形，縱波直探頭的晶片為圓形，而聚焦聲源的圓形晶片為聲透鏡。 所以聲場就有圓盤源聲場、聚焦聲源聲場和斜探頭發(fā)射的橫波聲場。 圖1-21為一組探頭的圖片。,1） 穿透法 穿透法通常采用兩個(gè)探頭，分別放置在試件兩側(cè)，一個(gè)將脈沖波發(fā)射到試件中，另一個(gè)接收穿透試件后的脈沖信號(hào)， 依據(jù)脈沖波穿透試件后幅值的變化來判斷內(nèi)部缺陷的情況(見圖1-22)。,2） 脈沖反射法 脈沖反射法是由超聲波探頭發(fā)射脈沖波到試件內(nèi)部，通過觀察來自內(nèi)部缺陷或試件底面的反射波的情況來對試件進(jìn)行檢測的方法。圖1-23 顯示了接觸法單探頭直射聲束脈沖反射法的基本原理。,第二章 射線檢測,2.1 射線檢測的物理基礎(chǔ) 一、 射線的種類和頻譜 在射線檢測中應(yīng)用的射線主要是X射線、射線和中子射線。X射線和射線屬于電磁輻射，而中子射線是中子束流。 1) X射線 X射線又稱倫琴射線，是射線檢測領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的一種射線，波長范圍約為0.0006100 nm(見圖2-1)。 在X射線檢測中常用的波長范圍為0.0010.1 nm。X射線的頻率范圍約為310951014 MHz。,圖2-1 射線的波長分布,二、 X射線的產(chǎn)生 X射線是一種波長比紫外線還短的電磁波，它具有光的特性，例如具有反射、折射、干涉、衍射、散射和偏振等現(xiàn)象。 它能使一些結(jié)晶物體發(fā)生熒光、氣體電離和膠片感光。 X射線通常是將高速運(yùn)動(dòng)的電子作用到金屬靶(一般是重金屬)上而產(chǎn)生的,見教材p47。圖2-2是在35 kV的電壓下操作時(shí)，鎢靶與鉬靶產(chǎn)生的典型的X射線譜。鎢靶發(fā)射的是連續(xù)光譜，而鉬靶除發(fā)射連續(xù)光譜之外還疊加了兩條特征光譜，稱為標(biāo)識(shí)X射線，即K線和K線。若要得到鎢的K線和K線，則電壓必須加到70 kV以上。,(2) 連續(xù)X射線的波長在長波方向，理論上可以擴(kuò)展到=；而在短波方向，實(shí)驗(yàn)證明具有最短波長min(見圖2-2)， 且有,（2-1）,式中：U為X射線管的管電壓，單位為kV。,四、 射線通過物質(zhì)的衰減定律 1） 射線與物質(zhì)的相互作用 射線與物質(zhì)的相互作用主要有三種過程：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對的產(chǎn)生。 這三種過程的共同點(diǎn)是都產(chǎn)生電子， 然后電離或激發(fā)物質(zhì)中的其他原子；此外，還有少量的湯姆森效應(yīng)。光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)隨射線能量的增加而減少，電子對的產(chǎn)生則隨射線能量的增加而增加，四種效應(yīng)的共同結(jié)果是使射線在透過物質(zhì)時(shí)能量產(chǎn)生衰減。,（1） 光電效應(yīng)。 在普朗克概念中每束射線都具有能量為E=hv的光子。光子運(yùn)動(dòng)時(shí)保持著它的全部動(dòng)能。 光子能夠撞擊物質(zhì)中原子軌道上的電子，若撞擊時(shí)光子釋放出全部能量，并將原子電離， 則稱為光電效應(yīng)(見圖2-4)。光子的一部分能量把電子從原子中逐出去，剩余的能量則作為電子的動(dòng)能被帶走，于是該電子可能又在物質(zhì)中引起新的電離。 當(dāng)光子的能量低于1 MeV時(shí)， 光電效應(yīng)是極為重要的過程。另外，光電效應(yīng)更容易在原子序數(shù)高的物質(zhì)中產(chǎn)生，如在鉛(Z82)中產(chǎn)生光電效應(yīng)的程度比在銅(Z=29)中大得多。,圖2-4 光電效應(yīng),（2） 康普頓效應(yīng)。在康普頓效應(yīng)(見圖2-5)中，一個(gè)光子撞擊一個(gè)電子時(shí)只釋放出它的一部分能量，結(jié)果光子的能量減弱并在和射線初始方向成角的方向上散射，而電子則在和初始方向成角的方向上散射。這一過程同樣服從能量守恒定律， 即電子所具有的動(dòng)能為入射光子和散射光子的能量之差， 最后電子在物質(zhì)中因電離原子而損失其能量。 在絕大多數(shù)的輕金屬中，射線的能量大約在0.23 MeV范圍時(shí)，康普頓效應(yīng)是極為重要的效應(yīng)。 康普頓效應(yīng)隨著射線能量的增加而減小，其大小也取決于物質(zhì)中原子的電子數(shù)。在中等原子序數(shù)的物質(zhì)中，射線的衰減主要是由康普頓效應(yīng)引起， 在射線防護(hù)時(shí)主要側(cè)重于康普頓效應(yīng)。,圖2-5 康普頓效應(yīng),（3） 電子對的產(chǎn)生。 一個(gè)具有足夠能量的光子釋放出它的全部動(dòng)能而形成具有同樣能量的一個(gè)負(fù)電子和一個(gè)正電子，這樣的過程稱為電子對的產(chǎn)生。 產(chǎn)生電子對所需的最小能量為0.51 MeV，所以光子能量hv必須大于等于1.02 MeV，如圖2-6所示。,圖2-6 電子對的產(chǎn)生和消失,光子的能量一部分用于產(chǎn)生電子對，一部分傳遞給電子和正電子作為動(dòng)能，另一部分能量傳給原子核。在物質(zhì)中負(fù)電子和正電子都是通過原子的電離而損失動(dòng)能，在消失過程中正電子和物質(zhì)中的負(fù)電子相作用成為能量各為0.51 MeV的兩個(gè)光子，它們在物質(zhì)中又可以通過光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)進(jìn)一步相互作用。 由于產(chǎn)生電子對的能量條件要求不小于1.02 MeV， 所以電子對的產(chǎn)生只有在高能射線中才是重要的過程。 該過程正比于吸收體的原子序數(shù)的平方，所以高原子序數(shù)的物質(zhì)電子對的產(chǎn)生也是重要的過程。,（4） 湯姆森效應(yīng)。 射線與物質(zhì)中帶電粒子相互作用，產(chǎn)生與入射波長相同的散射線的現(xiàn)象叫做湯姆森效應(yīng)。這種散射線可以產(chǎn)生干涉， 能量衰減十分微小， 如圖2-7所示。,圖2-7 湯姆森效應(yīng),2） 射線的衰減定律和衰減曲線 射線的衰減是由于射線光子與物體相互作用產(chǎn)生光電效應(yīng)、 康普頓效應(yīng)、湯姆森效應(yīng)或電子對的產(chǎn)生，使射線被吸收和散射而引起的。由此可知，物質(zhì)愈厚，則射線穿透時(shí)的衰減程度也愈大。 射線衰減的程度不僅與透過物質(zhì)的厚度有關(guān)，而且還與射線的性質(zhì)(波長)、物體的性質(zhì)(密度和原子序數(shù))有關(guān)。一般來講，射線的波長愈小，衰減愈小；物質(zhì)的密度及原子序數(shù)愈大， 衰減也愈大。但它們之間的關(guān)系并不是簡單的直線關(guān)系， 而是成指數(shù)關(guān)系的衰減，如圖2-8所示。,圖2-8 寬束射線的衰減曲線,設(shè)入射線的初始強(qiáng)度為I0，通過物質(zhì)的厚度為d，射線能量的線衰減系數(shù)為，那么射線在透過物質(zhì)以后的強(qiáng)度Id為,（2-3）,因?yàn)樯渚€的衰減包括吸收和散射，所以射線的衰減系數(shù)是吸收系數(shù)和散射系數(shù)之和，即=+。 由于物質(zhì)密度愈大，射線在物質(zhì)中傳播時(shí)碰到的原子也愈多，因而射線衰減也愈大。為便于比較起見，通常采用質(zhì)量衰減系數(shù)，即,（2-4）,式中：為物質(zhì)的密度；為質(zhì)量吸收系數(shù)；/為質(zhì)量散射系數(shù)。,2.2 射線檢測的基本原理和方法 一、 射線檢測的基本原理 射線檢測是利用射線通過物質(zhì)衰減程度與被通過部位的材質(zhì)、厚度和缺陷的性質(zhì)有關(guān)的特性，使膠片感光成黑度不同的圖像來實(shí)現(xiàn)的， 如圖2-9所示。當(dāng)一束強(qiáng)度為I0的射線平行通過被檢測試件(厚度為d)后，其強(qiáng)度Id由式（2-3）表示。 若被測試件表面有高度為h的凸起時(shí)，則射線強(qiáng)度將衰減為,(2-8),2.3 射線照相檢測技術(shù) 一、 照相法的靈敏度和透度計(jì) 1） 靈敏度 靈敏度是指發(fā)現(xiàn)缺陷的能力，也是檢測質(zhì)量的標(biāo)志。通常用兩種方式表示：一是絕對靈敏度，是指在射線膠片上能發(fā)現(xiàn)被檢測試件中與射線平行方向的最小缺陷尺寸；二是相對靈敏度，是指在射線膠片上能發(fā)現(xiàn)被檢測試件中與射線平行方向的最小缺陷尺寸占試件厚度的百分?jǐn)?shù)。若以d表示為被檢測試件的材料厚度，x為缺陷尺寸，則其相對靈敏度為,（2-10）,2） 透度計(jì) 透度計(jì)又稱像質(zhì)指示器。在透視照相中，要評定缺陷的實(shí)際尺寸是困難的，因此， 要用透度計(jì)來做參考比較。同時(shí)，還可以用透度計(jì)來鑒定照片的質(zhì)量和作為改進(jìn)透照工藝的依據(jù)。透度計(jì)要用與被透照工件材質(zhì)吸收系數(shù)相同或相近的材料制成。常用的透度計(jì)主要有兩種。 （1） 槽式透度計(jì)。 槽式透度計(jì)的基本設(shè)計(jì)是在平板上加工出一系列的矩形槽， 其規(guī)格尺寸如圖2-11所示。對不同厚度的工件照相，可分別采用不同型號(hào)的透度計(jì)。,圖2-11 槽式透度計(jì)示意圖,(2) 金屬絲透度計(jì)。 金屬絲透度計(jì)是以一套（711根）不同直徑（0.14.0 mm）的金屬絲均勻排列，粘合于兩層塑料或薄橡皮中間而構(gòu)成的。為區(qū)別透度計(jì)型號(hào)，在金屬絲兩端擺上與號(hào)數(shù)對應(yīng)的鉛字或鉛點(diǎn)。金屬絲一般分為兩類，透照鋼材時(shí)用鋼絲透度計(jì)，透照鋁合金或鎂合金時(shí)用鋁絲透度計(jì)。 圖2-12為金屬絲透度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖(圖中JB表示“機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)”)。 ,圖2-12 金屬絲透度計(jì)示意圖,使用金屬絲透度計(jì)時(shí)，應(yīng)將其置于被透照工件的表面，并應(yīng)使金屬絲直徑小的一側(cè)遠(yuǎn)離射線束中心。這樣可保證整個(gè)被透照區(qū)的靈敏度達(dá)到如下計(jì)算數(shù)值：,（2-11）,式中： 為觀察到的最小金屬絲直徑；d為被透照工件部位的總厚度。,2. 增感屏及增感方式的選擇 由于X射線和射線波長短、硬度大，對膠片的感光效應(yīng)差，一般透過膠片的射線，大約只有1左右能激發(fā)膠片中的銀鹽微粒感光。為了增加膠片的感光速度，利用某些增感物質(zhì)在射線作用下能激發(fā)出熒光或產(chǎn)生次級(jí)射線，從而加強(qiáng)對膠片的感光作用。在射線透視照相中，所用的增感物質(zhì)稱為增感屏， 其增感系數(shù)為,（2-12）,1） 熒光增感屏 熒光增感屏是利用熒光物質(zhì)被射線激發(fā)產(chǎn)生熒光實(shí)現(xiàn)增感作用的，其結(jié)構(gòu)如圖2-13所示。它是將熒光物質(zhì)均勻地涂布在質(zhì)地均勻而光滑的支撐物(硬紙或塑料薄板等)上，再覆蓋一層薄薄的透明保護(hù)層組合而成的。,圖2-13 熒光增感屏構(gòu)造示意圖,2） 金屬增感屏 金屬增感屏在受射線照射時(shí)產(chǎn)生射線和二次標(biāo)識(shí)X射線對膠片起感光作用。其增感較小，一般只有27倍。金屬屏的增感特性通常是， 原子序數(shù)增加，增感系數(shù)上升，輻射波長愈短，增感作用越顯著。但是原子序數(shù)越大，激發(fā)能量也要相應(yīng)提高，如果射線能量不能使金屬屏的原子電離或激發(fā)， 則不起增感作用，相反還會(huì)吸收一部分軟射線。如鉛增感屏， 當(dāng)管電壓低于80 kV時(shí)，則基本上無增感作用。 在生產(chǎn)實(shí)踐中，多采用鉛、錫等原子序數(shù)較高的材料作金屬增感屏，因?yàn)殂U的壓延性好，吸收散射線的能力強(qiáng)。,3） 金屬熒光增感屏 金屬熒光增感屏是在鉛箔上涂一層熒光物質(zhì)組合而成的， 其結(jié)構(gòu)如圖2-14所示。它具有熒光增感的高增感系數(shù)，又有吸收散射線的作用。,圖2-14 金屬熒光增感屏結(jié)構(gòu)示意圖,4） 增感方式的選擇 增感方式的選擇通?？紤]三方面的因素：產(chǎn)品設(shè)計(jì)對檢測的要求、射線能量和膠片類型。,三、 曝光參數(shù)的選擇 1） 射線的硬度 射線硬度是指射線的穿透力，由射線的波長決定。波長越短硬度越大，則穿透力就越強(qiáng)，對某一物質(zhì)即具有較小的吸收系數(shù)。X射線波長的長短由管電壓所決定，管電壓愈高， 波長愈短。射線硬度對透照膠片影像的質(zhì)量有很大關(guān)系。因此， 選擇射線的硬度尤為重要。例如：當(dāng)一束強(qiáng)度為I0的射線， 通過被透照厚度為d的物體后，其強(qiáng)度將衰減為Id(由公式（2-3）描述)；通過一厚度為x的缺陷后，其強(qiáng)度為Ix (由公式（2-9）描述)。IxId稱為對比度或主因襯度， 即,（2-13）,假設(shè)缺陷內(nèi)為空氣，則可忽略不計(jì)。因而,（2-14）,在工業(yè)射線透照中，總是希望膠片上的影像襯度盡可能高，以保證檢測質(zhì)量。因此，射線硬度盡可能選軟些。但是，如果希望在材料的厚薄相鄰部分一次曝光，則要選用較硬的射線。 為了提高某些低原子序數(shù)、低密度和薄壁材料的檢測靈敏度，應(yīng)采用軟射線，即低能X射線照相法。 通常將60150 kV定為中等硬度X射線，60 kV以下定為軟X射線。 ,2） 射線的曝光量 射線的曝光量通常以射線強(qiáng)度I和時(shí)間t的乘積表示，即 E=It，E的單位為mCih(毫居里小時(shí))。對X射線來說，當(dāng)管壓一定時(shí)，其強(qiáng)度與管電流成正比。因此X射線的曝光量通常用管電流i和時(shí)間t的乘積來表示，即,E =it,(2-15),其單位為mAmin(毫安分)或mAs(毫安秒)。,在一定范圍內(nèi)，如果E為常數(shù)，則i與t存在反比關(guān)系：,E =i1t1 = i2t2,(2-16),一般在選用管電流和曝光時(shí)間時(shí)，在射線設(shè)備允許范圍內(nèi)，管電流總是取得大些，以縮短曝光時(shí)間并減少散射線的影響。此外，X射線從窗口呈直線錐體輻射，在空間各點(diǎn)的分布強(qiáng)度與該點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離平方成反比(見圖2-15)。即,（2-17）,4) 焦距的選擇 焦距是指從放射源(焦點(diǎn))至膠片的距離。焦距選擇與射線源的幾何尺寸和試件厚度有關(guān)。由于射線源有一定的幾何尺寸， 從而產(chǎn)生幾何不清晰度Ug，如圖2-16所示。由相似三角形關(guān)系， 可以求出：,（2-18）,式中：為射線源的幾何尺寸；F為焦點(diǎn)至膠片的距離；a為焦點(diǎn)至缺陷的距離；b為缺陷至膠片的距離。,為了減小幾何不清晰度，膠片都應(yīng)盡可能緊靠試件，焦距越大越好。但焦距增大，使曝光時(shí)間急劇增加或者提高X射線管電壓。為了保證底片的影像質(zhì)量和縮短曝光時(shí)間，在滿足幾何不清晰度要求下，焦距應(yīng)盡可能減小。,圖2-16 透照影像幾何不清晰度,5) 曝光曲線 1.不同管電壓下，材料厚度與曝光量的關(guān)系曲線，材料厚度d與曝光量x的關(guān)系為：,（2-19）,式中：為吸收系數(shù)；為常數(shù)。x與d呈線性關(guān)系。若以x為縱軸，d為橫軸，當(dāng)焦距一定時(shí)，則給定一個(gè)厚度d，對應(yīng)于某一管電壓可以求得一個(gè)x值。用各種不同的電壓試驗(yàn)時(shí)，就可以得出一組斜率逐漸變化的曲線，如圖2-17所示。,2.6 射線的防護(hù) 一、 屏蔽防護(hù)法 屏蔽防護(hù)法是利用各種屏蔽物體吸收射線，以減少射線對人體的傷害，這是射線防護(hù)的主要方法。一般根據(jù)X射線、射線與屏蔽物的相互作用來選擇防護(hù)材料，屏蔽X射線和射線以密度大的物質(zhì)為好，如貧化鈾、鉛、鐵、重混凝土、鉛玻璃等都可以用作防護(hù)材料。但從經(jīng)濟(jì)、方便出發(fā)，也可采用普通材料，如混凝土、巖石、磚、土、水等。對于中子的屏蔽除能防護(hù)射線之外， 還以特別選取含氫元素多的物質(zhì)為宜。,二、 距離防護(hù)法 距離防護(hù)在進(jìn)行野外或流動(dòng)性射線檢測時(shí)是非常經(jīng)濟(jì)有效的方法。這是因?yàn)樯渚€的劑量率與距離的平方成反比，增加距離可顯著地降低射線的劑量率。若離放射源的距離為R1處的劑量率為P1，在另一徑向距離為R2處的劑量率為P2，則它們的關(guān)系為：,（6-49）,顯然，增大R2可有效地降低劑量率P2，在無防護(hù)或護(hù)防層不夠時(shí)，這是一種特別有用的防護(hù)方法。,三、 時(shí)間防護(hù)法 時(shí)間防護(hù)是指讓工作人員盡可能的減少接觸射線的時(shí)間，以保證檢測人員在任一天都不超過國家規(guī)定的最大允許劑量當(dāng)量(17mrem)。 人體接受的總劑量：D = Pt，其中，P為在人體上接受到的射線劑量率，t為接觸射線的時(shí)間。 由此可見，縮短與射線接觸時(shí)間t亦可達(dá)到防護(hù)目的。如每周每人控制在最大容許劑量0.1rem以內(nèi)時(shí)，則應(yīng)有D0.1rem；如果人體在每透照一次時(shí)所接受到的射線劑量為P時(shí)，則控制每周內(nèi)的透照次數(shù)N0.1 P ，亦可以達(dá)到防護(hù)的目的。,射線照相膠片,1、射線膠片的結(jié)構(gòu) 由保護(hù)層、感光乳劑層、結(jié)合層及片基組成。感光乳劑層是膠片最重要的部分，其主要成分是極細(xì)的AgBr顆粒和明膠。其作用是受射線照射時(shí)發(fā)生光化學(xué)作用，產(chǎn)生潛相。當(dāng)膠片經(jīng)過顯影、定影等暗室處理后，才能成為可見的黑度不同的影像,片基：透明塑料或滌綸等材料，是感光乳劑的支撐體，厚度175300um. 感光乳劑：能在光量子作用下電離形成潛像，經(jīng)顯影后形成可見影像的物質(zhì)。成分為鹵化銀（主要是AgBr）微粒在明膠中的混懸體。明膠中含有微量的硫化,物，硫化物對射線作用有熒光產(chǎn)生，所以有增感作用，它還能使鹵化銀微粒均勻分布在乳劑中。它具有多孔性，對水有極大的親和力，使暗室處理時(shí)藥液能均勻滲透到感光乳劑層中，完成處理。該層厚度1015um,是膠片核心，決定膠片的感光性能。 結(jié)合層：是一層膠質(zhì)膜，它將感光乳劑牢固的粘接在片基上，防止在沖洗中乳劑脫落，厚度12um 保護(hù)層：是一層較硬的膠質(zhì)，均勻的涂在感光乳劑上，避免乳劑與外界直接接觸而被損壞。厚度12um 與普通膠片的不同：雙面涂感光乳劑，普通的是單面，為更多的吸收射線能量，乳劑層厚度遠(yuǎn)大于普通型。,3、底片的黑度,底片的黑度是指垂直入射到底片前的可見光強(qiáng)度L0與透過底片的可見光的強(qiáng)度L之比的常用對數(shù)值，用D表示，即 Dlg(L0/L) 金屬銀使底片變黑的程度，表示底片的光線透過率大小，D越大，透過的光線越少，黑度越大。 D1，L0/L=10，表示只有1/10的光線透過底片。 D2，L0/L=100，表示只有1/100的光線透過底片。,4、膠片的特性曲線和感光特性,（1）膠片的特性曲線：是描述底片黑度和膠片曝光量之間的關(guān)系曲線。 增感型膠片特性曲線 AB-灰霧區(qū)：不曝光區(qū)，灰霧度D0 BC-曝光不足區(qū)：曝光閾值 CD-正常曝光區(qū)：D與lgE成正比 DE-曝光過渡區(qū) EF-負(fù)感區(qū),應(yīng)盡可能使底片黑度處于正常曝光區(qū)內(nèi),正常曝光區(qū)滿足 D=GlgE+k,四、影像質(zhì)量,影響影像質(zhì)量的基本因素有3個(gè)：對比度、不清晰度、顆粒度 1、底片對比度 底片對比度是指底片上一個(gè)區(qū)域與相鄰區(qū)域的黑度差D(D=D1-D2) ，又稱為反差或襯度。顯然D越大，底片上各種細(xì)節(jié)就越容易發(fā)現(xiàn)，即靈敏度越高。 (1)窄束射線的對比度 有厚度增量時(shí)，D =- 0.434Gx 有缺陷時(shí)， D =0.434(-)Gx,(2)寬束射線的對比度 寬束射線穿透工件時(shí)，其對比度D為： D-0.434Gx/(1+n) n為散射比，nIs/I； x可視為工件厚度差。 當(dāng)n增加時(shí)，D 降低。 散射線對射線照相靈敏度的危害不僅使底片清晰度下降，也使底片對比度降低。 若工件厚度差大，黑度差也大，則符合黑度要求的可評區(qū)范圍減少。應(yīng)適當(dāng)提高管電壓，降低值。,2、 底片不清晰度,底片清晰度是指底片上影像輪廓的清晰程度，一般用底片上相鄰兩黑度區(qū)域分界線的寬度來衡量，但定量描述清晰度比較困難，所以實(shí)際探傷中，常用術(shù)語“不清晰度”來表示底片的清晰程度。底片不清晰度和對比度一樣，是衡量底片靈敏度的重要因素。 底片不清晰度一般分為幾何不清晰度、固有不清晰度、散射不清晰度、屏不清晰度和運(yùn)動(dòng)不清晰度。,第三章 渦流檢測技術(shù),利用電磁感應(yīng)原理，通過測定被檢工件內(nèi)感生渦流的變化來無損地評定導(dǎo)電材料及其工件的某些性能，或發(fā)現(xiàn)缺陷的無損檢測方法。稱為渦流檢測。 渦流檢測只能用于導(dǎo)電材料的檢測。對管、棒和線材等型材有很高的檢測效率。,3.1渦流檢測的基本原理 一、渦流檢測的基本原理 當(dāng)載有交變電流的檢測線圈靠近導(dǎo)電工件時(shí)，由于線圈磁場的作用，工件中將會(huì)感生出渦流（其大小等參數(shù)與工件中的缺陷等有關(guān)），而渦流產(chǎn)生的反作用磁場又將使檢測線圈的阻抗發(fā)生變化。因此，在工件形狀尺寸及探測距離等固定的條件下，通過測定探測線圈阻抗的變化，可以判斷被測工件有無缺陷存在。,三、渦流的趨膚效應(yīng)和滲透深度 1.趨膚效應(yīng) 感應(yīng)出的渦流集中在靠近激勵(lì)線圈的材料表面附近的現(xiàn)象。渦流密度隨著距離表面的距離增加而減小。 2.滲透深度 趨膚效應(yīng)的存在，使交變電流激勵(lì)磁場的強(qiáng)度及感生渦流的密度，從被檢材料的表面到其內(nèi)部按指數(shù)分布規(guī)律遞減。將渦流密度衰減為其表面密度的1/e（36.8%）時(shí)對應(yīng)的深度定義為：,通過式（3-6）可分析出影響線圈阻抗的因素是材料自身的性質(zhì)和線圈與試件的電磁耦合狀況，主要包括 （1） 電導(dǎo)率。 （2） 圓柱體直徑。 （3） 相對磁導(dǎo)率r。 （4） 缺陷。 （5）檢測頻率。,（3） 放置式線圈。在檢測過程中以軸線垂直于被檢工件表面的方位放置在其上的線圈為放置式線圈。用放置式線圈檢測板材時(shí)，線圈阻抗的變化不僅與材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等因素的變化有關(guān)，而且還受線圈至板材表面的距離變化的影響， 此即所謂“提離效應(yīng)”。當(dāng)測定材料表面涂層或鍍層厚度時(shí)， 要利用放置式線圈的提離效應(yīng)。而為了測量材料的電導(dǎo)率或進(jìn)行材料探傷時(shí)，則要設(shè)法通過選擇頻率來減小提離效應(yīng)的干擾。 提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。,二、 渦流檢測線圈 （1） 按感應(yīng)方式分類。按照感應(yīng)方式不同，檢測線圈可分為自感式線圈和互感式線圈（又稱為參量式線圈和變壓器式線圈），見下圖所示。 自感式線圈由單個(gè)線圈構(gòu)成，該線圈產(chǎn)生激勵(lì)磁場，在導(dǎo)電體中形成渦流，同時(shí)又是感應(yīng)、接收導(dǎo)電體中渦流再生磁場信號(hào)的檢測線圈，故名自感線圈?；ジ芯€圈一般由兩個(gè)或兩組線圈構(gòu)成， 其中一個(gè)（組）是用于產(chǎn)生激勵(lì)磁場在導(dǎo)電體中形成渦流的激勵(lì)線圈(又稱一次線圈)，另一個(gè)(組)線圈是感應(yīng)、 接收導(dǎo)電體中渦流再生磁場信號(hào)的檢測線圈(又稱二次線圈)。,不同感應(yīng)方式的檢測線圈 (a) 自感式線圈； (b) 互感式線圈,（2） 按應(yīng)用方式分類。按照應(yīng)用方式不同，檢測線圈可分為外通過式線圈、內(nèi)穿過式線圈和放置式線圈。 放置式線圈又稱為探頭式線圈。在應(yīng)用過程中，外通過式線圈和內(nèi)穿過式線圈的軸線平行于被檢工件的表面，而放置式線圈的軸線垂直于被檢工件的表面。這種線圈可以設(shè)計(jì)、 制作得很小，而且線圈中可以附加磁芯，具有增強(qiáng)磁場強(qiáng)度和聚焦磁場的特性，因此具有較高的檢測靈敏度。,不同應(yīng)用方式的檢測線圈 (a) 放置式線圈； (b) 外通過式線圈； (c) 內(nèi)穿過式線圈,（3） 按比較方式分類。按照比較方式不同，檢測線圈可分為絕對式線圈和差動(dòng)式線圈，而差動(dòng)式線圈又分標(biāo)準(zhǔn)比較式和自比較式兩種(見下圖)。 絕對式線圈是一種只用一個(gè)檢測線圈進(jìn)行渦流檢測的方式稱為絕對式線圈， 僅針對被檢測對象某一位置的電磁特性直接進(jìn)行檢測的， 而不與被檢對象的其他部位或?qū)Ρ仍嚇幽骋徊课坏碾姶盘匦赃M(jìn)行比較檢測。 差動(dòng)式是指兩個(gè)檢測線圈反接在一起進(jìn)行工作的方式。,不同比較方式的檢測線圈 (a) 絕對式線圈； (b) 自比較式線圈； (c)標(biāo)準(zhǔn)比較式線圈,振蕩器產(chǎn)生各種頻率的振蕩電流通過檢測線圈，線圈產(chǎn)生交變磁場并在工件中感生渦流。當(dāng)試件存在缺陷或物性變化時(shí)，線圈電壓發(fā)生變化，通過信號(hào)檢出電路將線圈電壓變化量輸入放大器放大，經(jīng)信號(hào)處理器消除各種干擾信號(hào)，最后將有用的信號(hào)輸入顯示器顯示檢測結(jié)果。,4.磁滯回線：描述磁滯現(xiàn)象的閉合磁化曲線。 飽和磁場強(qiáng)度 Bm 剩磁 Br 矯頑力 Hc 鐵磁性材料的特性： 1）高導(dǎo)磁性 2）磁飽和性 3）磁滯性,根據(jù)矯頑力Hc大小分為軟磁材料（Hc400A/m）和硬磁材料（Hc8000A/m）。 (1)軟磁材料是指磁滯回線狹長，具有高磁導(dǎo)率、低剩磁、低矯頑力和低磁阻的鐵磁性材料。軟磁材料磁粉檢測時(shí)容易磁化，也容易退磁。軟磁材料如電工用純鐵、低碳鋼和軟磁鐵氧體等材料。 (2)硬磁材料是指磁滯回線肥大，具有低磁導(dǎo)率、高剩磁、高矯頑力和高磁阻的鐵磁性材料。硬磁材料磁粉檢測時(shí)難以磁化，也難以退磁。硬磁材料如鋁鎳鈷、稀土鈷和硬磁鐵氧體等材料。,2、磁力檢測原理,基本原理：鐵磁材料被磁化后，在其表面和近表面的缺陷處磁力線發(fā)生變形，逸出工件表面形成漏磁場。用上述的方法將漏磁場檢測出來并確定缺陷位置及形狀、大小和深度。,一、磁粉檢測原理,鐵磁性材料被磁化后，由于工件存在不連續(xù)性，則工件表面和近表面的磁力線會(huì)發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場，吸附施加在表面的磁粉，在適合的光照條件下，形成可見的磁痕，從而顯示不連續(xù)性的大小、位置、形狀和嚴(yán)重程度。,二、磁化過程,1、磁化方法 （1）周向磁化 在被檢工件上直接通電，或讓電流通過平行于工件軸向放置的導(dǎo)體的磁化方法。 目的是建立起環(huán)繞工件周向并垂直于工件軸向的閉合周向磁場，以發(fā)現(xiàn)取向基本與電流方向平行的缺陷。 有如下方法：,（2）縱向磁化 用環(huán)繞被檢工件或磁軛鐵心的勵(lì)磁線圈在工件中建立起沿其軸向分布的縱向磁場，以發(fā)現(xiàn)取向基本與工件軸向垂直的缺陷。常用磁軛法和線圈法：,（3）復(fù)合磁化 同時(shí)在被檢工件上施加兩個(gè)或兩個(gè)以上不同方向的磁場。,3、檢測方法,（1）連續(xù)法 在有外加磁場作用的同時(shí)向被檢表面施加磁粉或磁懸液的檢測方法稱為連續(xù)法。 低碳鋼及所有退火狀態(tài)或經(jīng)過熱變形的鋼材均應(yīng)采用連續(xù)法，一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型構(gòu)件也宜采用連續(xù)法。操作程序如下：,1）濕法連續(xù)磁化 在磁化的同時(shí)施加磁懸液，每次磁化的通電時(shí)間為0.5-2s，磁化間歇時(shí)間不超過1s，至少在停止施加磁懸液1s后才可停止磁化。 2）干粉連續(xù)磁化 先磁化后噴粉，待吹去多余的磁粉后才可以停止磁化。 連續(xù)法靈敏度高，但效率低，易出現(xiàn)干擾顯示。復(fù)合磁化法只能在連續(xù)法檢測中使用。,（2） 剩磁法 利用磁化后被檢工件上的剩磁進(jìn)行磁粉檢測。 在經(jīng)過熱處理的高碳鋼或合金鋼中，凡剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度在0.8T以上，矯頑力在800A/m以上的材料均要可用剩磁法檢測。 檢測程序： 預(yù)處理-磁化-施加磁懸液-觀察-退磁-后處理 剩磁的大小主要取決于磁化電流的峰值，而通電時(shí)間原則上控制在0.25-1s。 一般不使用干粉。,6、后處理,清理被檢工件表面上殘留的磁粉或磁懸液。 油磁懸液：汽油 水磁懸液：水沖洗，干燥，防護(hù)油 磁粉：直接用壓縮空氣,第五章 滲透檢測,滲透檢測是一種檢測材料（或零件）表面或近表面開口缺陷的無損檢測技術(shù)。它幾乎不受被檢部件的形狀、大小、組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和缺陷方位的限制，可廣泛適用于鍛件、鑄件、焊接件等各種加工工藝的質(zhì)量檢驗(yàn)，以及金屬、陶瓷、玻璃、塑料、粉末冶金等各種材料制造的零件的