1、第七章 無損檢測技術(shù),所謂無損檢測，就是利用物質(zhì)因存在缺陷而使其 某一物理性能發(fā)生變化的特點，實現(xiàn)在不破壞或不 改變被檢物體的前提下，完成對該物體的檢測與評 價的技術(shù)手段的總稱。 無損檢測包括超聲檢測、射線檢測、磁粉檢測、 滲透檢測、渦流檢測以及聲發(fā)射檢測等多種方法。,1,第一節(jié) 常見缺陷的分類描述 第二節(jié) 超聲波檢測 第三節(jié) 射線檢測 第四節(jié) 磁粉檢測 第五節(jié) 滲透檢測 第六節(jié) 渦流檢測 第七節(jié) 聲發(fā)射檢測,2,第一節(jié) 常見缺陷的分類描述,無損檢測主要是對材料或零件中缺陷 的檢測。不同的缺陷種類有不同的最適 應(yīng)的檢測方法與之對應(yīng)。,3,一、鑄件中常見的缺陷現(xiàn)象,(1) 氣孔 (2) 縮孔與縮

2、松 (3) 夾砂與夾渣 (4) 裂紋 (5) 冷隔和澆不足 (6) 熔敷不良產(chǎn)生的缺陷 (7) 白點(發(fā)裂) (8) 鼠尾 (9) 偏析,4,二、鍛件中常見的缺陷現(xiàn)象 (1) 夾砂和夾渣 (2) 縮孔和疏松 (3) 金屬和非金屬夾雜物 (4) 龜裂 (5) 過熱 (6) 過燒 (7) 燒裂 (8) 折疊 (9) 白點,5,三、型材中常見的缺陷現(xiàn)象 1鋼板中常見的缺陷現(xiàn)象 (1) 分層與夾雜物 (2) 裂紋 (3) 皮下氣孔 (4) 表面缺陷 2棒鋼中常見的缺陷現(xiàn)象 (1) 裂紋 (2) 夾雜 (3) 表面缺陷,6,3鋼管中常見的缺陷現(xiàn)象 (1) 外壁折疊 (2) 外壁劃痕 (3) 橫向裂紋 (

3、4) 縱向裂紋,7,四、焊縫中常見的缺陷現(xiàn)象 (1) 裂紋 (2) 未焊透 (3) 未熔合 (4) 夾渣 (5) 夾雜 (6) 氣孔 (7) 咬邊 (8) 白點,8,五、使用與維修過程中常見的缺陷現(xiàn)象 (1) 裂紋 (2) 摩擦腐蝕 (3) 氣蝕,9,第二節(jié) 超聲波檢測,一、超聲波檢測的物理基礎(chǔ) 超聲波檢測就是先用發(fā)射探頭向被檢物內(nèi) 部發(fā)射超聲波，用接收探頭接收從缺陷處反 射回來(反射法)或穿過被檢工件后(穿透法) 的超聲波，并將其在顯示儀表上顯示出來， 通過觀察與分析反射波或透射波的時延與衰 減情況，即可獲得物體內(nèi)部有無缺陷以及缺 陷的位置、大小及其性質(zhì)等方面的信息。,10,工廠超聲波探傷儀

4、,11,(一) 超聲波基礎(chǔ) 1超聲波的定義 超聲波是一種依靠彈性介質(zhì)中的質(zhì)點而 傳播的機械振動，即機械彈性波。因其頻率 超過人耳所能聽見的聲頻段(16Hz20kHz) 而得名超聲波。無損檢測用的超聲波頻率范 圍為0.225MHz，其中最常用的頻段為0.5 10MHz。,12,超聲波的特性： (1) 指向性好 (2) 穿透能力強 (3) 能量高,13,2超聲波的分類 (1)按質(zhì)點振動方向分 根據(jù)波動傳播時介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波 的傳播方向的相互關(guān)系的不同，可將超聲波 分為縱波、橫波、表面波和板波等。這是超 聲檢測中最常見的分類方法。,14, 縱波 介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相 同的波稱作縱

5、波，常用L表示。 縱波是當(dāng)彈 性介質(zhì)的質(zhì)點受到交變的拉壓應(yīng)力作用時產(chǎn) 生的，故又稱壓縮波或疏密波。縱波可在任 何彈性介質(zhì)(固體、液體和氣體)中傳播。,15, 橫波 介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向互 相垂直的波稱作橫波，常用S或T表示。當(dāng)介 質(zhì)質(zhì)點受到交變剪切應(yīng)力作用時，會產(chǎn)生剪 切變形，形成橫波，故橫波又稱為切變波。 橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。,16, 表面波（瑞利波） 介質(zhì)表面在受到交變應(yīng)力作用時產(chǎn)生的沿 介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟ǎQ為表面波，常用R表 示。,17,表面波只能在固體表面?zhèn)鞑?、表面波的?量隨距表面深度的增加而迅速減弱。當(dāng)傳播 深度超過兩倍波長時，其振幅降至最大振幅 的0.37倍。因

6、此，通常認為，表面波檢測只 能發(fā)現(xiàn)距工件表面兩倍波長深度內(nèi)的缺陷。,18, 板波 在厚度與波長相當(dāng)?shù)膹椥员“逯袀鞑サ牟ǚQ作板 波。廣義上的板波也包括在圓棒、方管和管材中傳 播的波，但通常所說的都是指狹義上的板波即蘭姆 波。,19,（2）按照持續(xù)時間的長短分 連續(xù)波 脈沖波,圖7-1 連續(xù)波和脈沖波 (a)連續(xù)波； (b)脈沖波,20,波陣面，是指同一時刻介質(zhì)中振動相位相 同的所有質(zhì)點所聯(lián)成的面；而波前則是指某 一時刻波動所到達的空間各點所聯(lián)成的面； 波線則是波的傳播方向線。,21,(3)按波形分 所謂波形，即波陣面的形狀。根據(jù)波形的 不同，通常把不同波源發(fā)出的波分為平面 波、柱面波和球面波。,

7、22,平面波 平面波的波陣面為相互平行的平面，其波 源為一平面。平面波的波動方程為：,23,柱面波 波陣面為同軸圓柱的波稱為柱面波。柱面 波的波源為一條線。其波動方程為：,24,球面波 波陣面為同心球面的波稱為球面波，其波源為一點。球面波的波動方程為：,25,3超聲場及其特征參數(shù),充滿超聲波的空間或超聲振動所涉及的介 質(zhì)部分稱為超聲場。 描述超聲場的主要特征參數(shù)有聲壓、聲 強、聲阻抗和波束指向性及半擴散角等。,26,(1) 聲壓 超聲場中某一點在某瞬時所具有的壓強p1與該 點沒有超聲波存在時的靜壓壓強p0之差稱作該點 的聲壓，記做p，單位為帕斯卡(Pa)。,27,(2) 聲強 單位時間內(nèi)垂直通

8、過單位面積的聲能稱作聲強， 記做I，常用單位是W/cm2。,28,(3) 聲阻抗 介質(zhì)中某處的聲壓與該處質(zhì)點的振動速度之比稱作聲阻抗，常用Z表示，單位為g/cm2s或kg/cm2s。聲阻抗等于介質(zhì)密度與聲速c的乘積，即Z=c。,29,(4) 波束指向性及半擴散角 超聲波探頭定向輻射超聲波的性質(zhì)稱為波 束指向性。波束指向性的優(yōu)劣常用半擴散角 來表示。半擴散角是指超聲波定向輻射 的半錐角即波束軸線與邊緣之間的夾角。,30,（二）超聲波的傳播特性,1.超聲波的疊加、干涉和衍射 （1）波的疊加原理 （2）波的干涉 （3）波的衍射 波在傳播過程中遇到障礙物時 能繞過其邊緣，并繼續(xù)前進的現(xiàn)象稱為波的衍射或

9、 繞射。,31,超聲波在傳播過程中遇到障礙物時，一方 面產(chǎn)生反射和折射，另一方面產(chǎn)生繞射。繞 射本領(lǐng)的大小取決于障礙物尺寸Df和波長 的相對大小，即： 當(dāng)Df 時，幾乎只繞射而無反射； 當(dāng)Df 時，幾乎只反射而無繞射； 當(dāng)Df 時，則既反射又繞射。 繞射使反射回波減弱，因此一般認為超聲波 檢測所能探測到的最小缺陷尺為 2。,32,2.超聲波的反射、衍射和波型轉(zhuǎn)換,（1）超聲波垂直入射時的反射和透射,聲壓反射率,聲壓透射率,33,聲強反射率,聲強透射率,超聲波垂直入射到平界面上時，聲壓或聲強的分配比例僅與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗有關(guān)。,34,幾種常見界面上的聲壓、聲強反射和透射情況。 當(dāng)ZlZ2時，

10、如鋼/空氣界面。計算可得： r1；t0；R1；T0。,35,當(dāng)時Z1Z2時，r0；t1。如鋼的淬火部分與 非淬火部分及普通碳素鋼焊縫的母材與焊接金屬之間的 聲阻抗相差很小，一般約為1。,36,超聲波垂直入射到某界面時的聲強反射 率與從何種介質(zhì)入射無關(guān)。,37,(2)超聲波傾斜入射時的反射、折射和波型轉(zhuǎn)換 波型轉(zhuǎn)換 當(dāng)超聲波傾斜入射到異質(zhì)界面時，除產(chǎn) 生與入射波同類型的反射波和折射波之外， 還會產(chǎn)生與入射波不同類型的反射波和折射 波，這種現(xiàn)象稱為波型轉(zhuǎn)換。,38,反射、折射定律,39,對于縱波入射的固/固界面,40,對于橫波入射的固/固界面,41,在鋼中，縱波傳播速度為橫波速度的1.8 倍，表面

11、波傳播速度為橫波的0.9倍。,42,臨界角 臨界角描述了超聲波傾斜入射到單一平 界面時的某種極限傳播特性，與界面兩側(cè)介 質(zhì)的聲學(xué)特性有關(guān)。 (a)第一臨界角 使縱波的折射角L90時 的縱波入射角度L的稱為第一臨 界角，記為。,43,(b)第二臨界角 使橫波的折射角S90時 的縱波入射角度L的稱為第二臨 界角，記為。,44,(c)第三臨界角 使縱波的反射角L90時 的橫波入射角度S的稱為第三 臨界角，記為 。,45,由上述臨界角的物理意義可知： 當(dāng)L=時，第二介質(zhì)中只存在有 折射橫波而沒有折射縱波，這就是常用橫波 探頭的設(shè)計依據(jù)； 當(dāng)L時，第二介質(zhì)中既無折射縱波 又無折射橫波，但在第二介質(zhì)表面形

12、成表面 波，這就是常用表面波探頭的設(shè)計依據(jù)。,46,超聲波的傳播速度,超聲波的傳播速度與介質(zhì)的彈性模量和介 質(zhì)的密度有關(guān)，對一定的介質(zhì)，彈性橫量和 密度為常數(shù)，故波速為常數(shù)。不同的介質(zhì)， 有不同的波速。超聲波波型不同時，介質(zhì)彈 性變形型式不同，聲速也不一樣。因此超聲 波在介質(zhì)中的傳播速度是表征介質(zhì)聲學(xué)特性 的重要參數(shù)。,47,在無限大的固體介質(zhì)中，縱波聲速為： 在無限大的固體介質(zhì)中，橫波聲速為： 在無限大的固體介質(zhì)中，表面波聲速為： 細長棒中縱波聲速為： 式中 E介質(zhì)的彈性模顯； G介質(zhì)的剪切彈性模量； 介質(zhì)的密度； 介質(zhì)的泊松比。,48,在鋼中，縱波傳播速度為橫波速度的1.8 倍，表面波傳播

13、速度為橫波的0.9倍。,49,50,3超聲波的衰減 超聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的 增加，超聲波的能量逐漸減弱的現(xiàn)象稱為超 聲波的衰減。 (1)衰減的原因 擴散衰減 散射衰減 吸收衰減,51,(2)衰減的表示方法 用底波多次反射的次數(shù)來表示超聲波的衰減。這 種表示方法僅能粗略地比較聲波在不同材料中的衰 減程度，也就是對同樣厚度的不同材料在同樣的儀 器靈敏度下，觀察它們的底面反射波(底波)的次 數(shù)，底波次數(shù)多的材料，說明聲波在該材料中衰減 少；底波次數(shù)少，則聲波衰減比較嚴重。,52,(2)衰減的定量表示方法 對于平面波，其聲壓衰減規(guī)律為：,53,(2)衰減的定量表示方法 對于平面波，其聲強

14、衰減規(guī)律為：,54,二、超聲波檢測設(shè)備,穿過固體的超聲波可用來測量整個固體體積內(nèi) 的材料性能及其變化。 超聲波在材料中傳播時若遇到不連續(xù)性(裂紋、 夾雜、氣孔、脫溶物、晶界、中間相邊界、空洞及 錯位等)，就會發(fā)生能量衰減。通過測量這種能量衰 減，可以測定出材料的不連續(xù)性。,55,超聲檢測的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾方面： 通用性： 超聲方法可檢測的尺寸和幾何形狀范圍很廣，大多數(shù)無孔有彈性的材料(鋼、鋁、鈦、鎂和陶瓷等)都可以被穿透。 靈敏度和指向性： 使用高頻窄聲束，可以檢測和定位極小的不連續(xù)性；可以檢出厚度幾乎為零的盤狀不連續(xù)性和裂紋；對厚的試件，定位深度可以精確到毫米；探頭斜射法幾乎可使波束指向

15、試件的任何部位。 方便性： 超聲檢測對于操作人員或周圍人員無害，可以用于車間、實驗室、倉庫或野外現(xiàn)場檢測。,56,超聲波檢測設(shè)備是從事超聲檢測的工具，通常指 超聲波檢測儀和超聲波探頭。 (一)超聲波檢測儀 超聲波檢測儀的作用是產(chǎn)生電振蕩并加于探頭， 使之發(fā)射超聲波，同時，還將探頭送回的電信號進 行濾波、檢波和放大等，并以一定的方式將檢測結(jié) 果顯示出來，人們以此獲得被檢工件內(nèi)部有無缺陷 以及缺陷的位置、大小和性質(zhì)等方面的信息。,57,1超聲波檢測儀及其分類 (1)按超聲波的連續(xù)性分 脈沖波檢測儀 這種儀器通過向工件周期性地發(fā)射不連續(xù)且頻 率固定的超聲波，根據(jù)超聲波的傳播時間及幅度來 判斷工件中缺

16、陷的有無、位置、大小及性質(zhì)等信 息，這是目前使用最為廣泛的一類超聲波檢測儀。 連續(xù)波檢測儀 調(diào)頻波檢測儀,58,(2)按缺陷顯示的方式分 可將超聲波檢測儀分為A型、B型和C型等三種類型。 A型顯示檢測儀 A型顯示是一種波形顯示，檢測儀示波屏的橫坐標(biāo) 代表聲波的傳播時間(或距離)，縱坐標(biāo)代表反射波的 幅度。由反射波的位置可以確定缺陷的位置，而由反 射波的波高則可估計缺陷的性質(zhì)和大小。,59,B型顯示檢測儀 B型顯示是一種圖像顯示，檢測儀示波屏的橫坐標(biāo)是靠機械掃描來代表探頭的掃查軌跡，縱坐標(biāo)是靠電子掃描來代表聲波的傳播時間(或距離)，因而可直觀地顯示出被探工件任一縱截面上缺陷的分布及缺陷的深度。,

17、60, C型顯示檢測儀 C型顯示也是一種圖像顯示，檢測儀示波屏的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)都是靠機械掃描來代表探頭在工件表面的位置。探頭接收信號幅度以光點輝度表示，因而當(dāng)探頭在工件表面移動時，示波屏上便顯示出工件內(nèi)部缺陷的平面圖像(頂視圖)，但不能顯示缺陷的深度。,61,2A型顯示脈沖反射式超聲波檢測儀 (1)儀器構(gòu)造原理 A型顯示脈沖反射式檢測儀主要由同步電路、時基電路(掃描電路)、發(fā)射電路、接收電路、顯示電路和電源電路等幾部分組成。,62,(2)主要性能指標(biāo) 水平線性 也稱時基線性或掃描線性，是表征檢 測儀水平掃描線掃描速度的均勻程度，亦即掃描線上 顯示的反射波距離與反射體距離成正比的程度的性能 指標(biāo)

18、。水平線性的好壞影響對缺陷的定位。 垂直線性 也稱放大線性，它是描述檢測儀示 波屏上反射波高度與接收信號電壓成正比關(guān)系的程 度。垂直線性影響對缺陷的定量分析。 動態(tài)范圍 是檢測儀示波屏上反射波高度從滿 幅降至消失時儀器衰減器的變化范圍。動態(tài)范圍大， 對小缺陷的檢出能力強。,63,(3)脈沖反射式超聲波檢測儀的性能特點 在被檢工件的一個面上，用單探頭脈沖反射法即 可檢測，這對于諸如容器、管道等一些很難在雙面放 置探頭進行檢測的場合，更顯示出明顯的優(yōu)越性； 可以準(zhǔn)確地確定缺陷的深度； 靈敏度遠高于其他方法； 可以同時探測到不同深度的多個缺陷，分別對它 們進行定位、定量和定性； 適用范圍廣，用一臺檢

19、測儀可進行縱波、橫波、 表面波和板波檢測，而且適用于探測很多種工件，不 僅可以檢測，而且還可用于測厚、測聲速和測量衰減 等。,64,(二)超聲波探頭,探頭的功能就是將電能轉(zhuǎn)換為超聲能(發(fā) 射探頭)和將超聲能轉(zhuǎn)換為電能(接收探頭)。 超聲波檢測用的探頭多為壓電型，其作用原 理為壓電晶體在高頻電振蕩的激勵下產(chǎn)生高 頻機械振動，并發(fā)射超聲波(發(fā)射探頭)；或 在超聲波的作用下產(chǎn)生機械變形，并因此產(chǎn) 生電荷(接收探頭)。,65,1探頭的種類 (1)按波型分 將超聲波探頭分為縱波探頭、橫波探頭、 板波(蘭姆波)探頭和表面波探頭等四種類型。,66,(2)按入射聲束方向分： 可分為直探頭和斜探頭兩大類。,67

20、,(3)按耦合方式分： 直接接觸式探頭(探頭通過薄層耦合劑與被 探工件表面直接接觸)和液浸式探頭(探頭與被 探工件表面之間有一定厚度的液層)。,68,(4)按晶片數(shù)目分： 單晶片探頭、雙晶片探頭和多晶片探頭等幾 種。,69,(5)按聲束形狀分： 可分為聚焦探頭和非聚焦探頭兩大類。,70,(6)按頻帶分： 可分為寬頻帶探頭和窄頻帶探頭。,71,(7)按使用環(huán)境分： 常規(guī)探頭(通用目的)和特殊用途探頭(如機 械掃描切換探頭、電子掃描陣列探頭、高溫探 頭、瓷瓶檢測專用扁平探頭等)。,72,2探頭的結(jié)構(gòu) 超聲波檢測中常用的探頭主要有直探頭、 斜探頭、表面波探頭、雙晶片探頭、水浸探 頭和聚焦探頭等,73

21、,(1)直探頭 直探頭用來發(fā)射和接收縱波；其典型結(jié)構(gòu) 如圖所示。,74,(2)斜探頭 利用透聲楔塊使聲束傾斜于工件表面射入工件的 探頭稱為斜探頭。通常所說的斜探頭是指橫波斜探 頭，其典型結(jié)構(gòu)如圖所示。,75,橫波斜探頭的標(biāo)稱方式有如下三種： 以（縱波）入射角標(biāo)稱，常用的入射角有30、45、50和55； 以鋼中的橫波折射角標(biāo)稱，常用的折射角有40、45、50、60、70等； 以鋼中折射角的正切值(K值)標(biāo)稱，常用的K值探頭有K1、K1.5、K2、K2.5和K3。,76,(3)表面波探頭 表面波探頭是斜探頭的一個特例。當(dāng)斜探頭入射角等于第二臨界角時，由波型轉(zhuǎn)換得到沿被測材料表面?zhèn)鞑サ谋砻娌?，這種斜

22、探頭稱為表面波探頭。,77,(4)雙晶片探頭 雙晶片探頭又稱聯(lián)合雙探頭或分割式TR探 頭。其典型結(jié)構(gòu)如圖所示。,78,3探頭與儀器的組合性能 探頭與儀器的組合性能主要有信噪比、靈敏度余 量、始波寬度、盲區(qū)大小和分辨力等。 (1)信噪比 是指界面反射波幅與最大雜波幅度之比，要求愈 大愈好。 (2)靈敏度余量 靈敏度余量也稱綜合靈敏度或組合靈敏度。它是 指探測一定深度和尺寸的反射體時，當(dāng)其反射波波 幅被調(diào)節(jié)到檢測儀示波屏指定高度時，檢測儀所剩 余的放大能力，以此時的衰減器讀數(shù)(dB)表示。,79,(3)始波寬度 始波寬度也稱始脈沖寬度，它是指發(fā)射脈沖的持 續(xù)時間，以一定靈敏度條件下示波屏水平“0”

23、刻度至 始波后沿與垂直線20線交點間的水平距離所相當(dāng) 的超聲波傳播距離表示。 (4)盲區(qū) 盲區(qū)是探測面附近不能探測缺陷的區(qū)域，以探測 面到所能探出缺陷的最小距離表示，要求愈小愈好。 (5)分辨力 分辨力是指在聲束作用范圍內(nèi)，在檢測儀示波屏上 能夠把兩個相鄰缺陷作為兩個反射信號區(qū)別開來的能 力，分為縱向分辨力和橫向分辨力,80,(三)試塊 按一定的用途設(shè)計制作的具有簡單形狀人工反射體的試件稱為試塊。 在無損檢測技術(shù)中，常常采用與已知量相比較的辦法來確定被檢物的狀況。超聲檢測中是以試塊作為比較的依據(jù)。試塊上有各種己知的特征，例如它具有特定的尺寸，以造成固定的聲學(xué)特性；或者它帶有某一尺寸的平底孔、凹

24、槽、狹縫等。由于超聲波探傷儀面板上各旋鈕的位置往往不能定量地記錄探傷靈敏度及其它有關(guān)的測試條件，這樣就給定量測定以及以后的驗證、復(fù)查帶來困難，所以用試塊作為參考依據(jù)就成了超聲波探傷技術(shù)的一個特點。,81,1.試塊的用途 (1)確定合適的檢測方法 有時在探傷之 前，我們就預(yù)先知道或大概地知道缺陷可能 發(fā)生在什么部位；也有時僅僅需要探測某一 部位有無缺陷。我們可以應(yīng)用在某個部位帶 有某種人工缺陷（平底孔、凹槽等)的試塊來 摸索合適的探傷方法。一般來說，在這樣的 試塊上摸索到的規(guī)律，也適用于與試塊材 質(zhì)、尺寸相同的工件。,82,(2)確定和校驗檢測靈敏度 大多數(shù)探傷儀 都有較大的靈敏度調(diào)整范圍，以便

25、能夠探測 不同種類、不同厚度的工件。在每次探傷時 使用的靈敏度各不相同。為了確定探傷時所 采用的靈敏度，就需要使用試塊，這種試塊 帶有各種人工缺陷。用人工缺陷波波高表示 探傷靈敏度，這是最常用的一種定量地表示 靈敏度的方法。,83,(3)測試和校驗儀器和探頭的性能； 可以用電子儀器來測試超聲波探傷儀的性 能，但是對于使用者來說，往往不具備這種 測試手段。因此，為了方便起見，人們常采 用試塊來校驗儀器和測試探頭性能。,84,(4)調(diào)節(jié)探測范圍，確定缺陷位置； (5)評價缺陷大小，對被探測工件評級和判 廢； (6)測量材質(zhì)衰減和確定耦合補償?shù)取?85,2.試塊的種類 超聲波檢測中使用的試塊通常分為

26、標(biāo)準(zhǔn) 試塊和對比試塊（參考試塊）兩大類。 標(biāo)準(zhǔn)試塊主要用于測試和校驗檢測儀和探 頭的性能，也可用用于調(diào)整探測范圍和確定 檢測靈敏度。 參考試塊主要用于調(diào)整探測范圍、確定檢 測靈敏度、評價缺陷大小和對工件進行評級 判廢等。,86,87,88,(四)耦合劑 在超聲波檢測中，耦合劑的作用主要是排除探頭 與工件表面之間的空氣，使超聲波能有效地傳入工 件，以便檢測。,89,三、超聲波檢測方法,(一)超聲波檢測方法概述 1超聲波檢測方法的分類 按檢測原理不同：脈沖反射法、穿透法和共振法 等； 按超聲波的波形不同：縱波法、橫波法、表面波 法和板波法等； 按探頭的數(shù)目的多少：單探頭法、雙探頭法和多 探頭法等；

27、 按探頭與試件的耦合方式的不同，可分為直接接 觸法和液浸法兩大類等。,90,超聲波檢測按原理的分類情況 (1)脈沖反射法 超聲波以持續(xù)極短的時間發(fā)射脈沖到被檢 試件內(nèi)，根據(jù)反射波束檢測試件內(nèi)有無缺陷 的方法稱為脈沖反射法。 根據(jù)判斷缺陷情況的回波性質(zhì)的不同， 脈沖反射法又可進一步分為缺陷回波法、底 面回波高度法和底面多次回波法等三種。,91,缺陷回波法 缺陷回波法是最基本的脈沖反射法。,92,底面回波高度法 當(dāng)試件的材質(zhì)和厚度不變時，底面回波高 度應(yīng)是基本不變的；如果試件中有缺陷，則 底面回波高度會下降甚至消失。,93,底面多次回波法 底面多次回波法主要用于厚度不大、形狀簡單、 探測面與底面平

28、行的試件檢測。,94,(2)穿透法 依據(jù)超聲波(連續(xù)波或脈沖波)穿透試件之 后的能量變化來判斷缺陷情況的一種方法。,95,(3)共振法 根據(jù)試件的共振特性來判斷缺陷情況的方 法稱為共振法。 原理：若頻率可調(diào)的連續(xù)超聲波在被檢試 件內(nèi)傳播，當(dāng)試件的厚度為超聲波的半波長 的整數(shù)倍時，則由于入射波和反射波的相位 相同而引起共振，因而儀器可顯示出共振頻 率點。試件的厚度由下式計算而得：,96,97,2.探測條件的選擇 探測條件的選擇一般是指儀器、探頭和 掃查方式等方面的選擇。,98,(1)檢測儀的選擇 定位要求高時，應(yīng)選擇水平線性好的儀器； 定量要求高時，應(yīng)選擇垂直線性好、衰減器 精度高的儀器； 大型

29、零件的檢測應(yīng)選擇靈敏度余量高、信噪 比高和功率大的儀器； 為了有效地發(fā)現(xiàn)近表面缺陷和區(qū)分相鄰缺 陷，應(yīng)選擇盲區(qū)小、分辨力高的儀器； 室外現(xiàn)場檢測，應(yīng)選擇重量輕、示波屏亮度 好、抗干擾能力強的便攜式儀器。,99,(2)探頭的選擇 探頭型式的選擇 一般應(yīng)根據(jù)工件的形狀和可能出現(xiàn)缺陷的部 位、方向等來選擇探頭的型式，使聲束軸線盡量與 缺陷垂直。 直探頭只能發(fā)射和接收縱波，波束軸線垂直于探 測面，故主要用于探測與探測面平行的缺陷。 斜探頭主要用于探測與探測面垂直或成一定角度 的缺陷。 表面波探頭主要用于探測工件表面的缺陷，雙晶 探頭用于探測工件近表面缺陷，聚焦探頭用于液浸 法探測管材或板材。,100,

30、探頭頻率的選擇 由于波的繞射而使超聲波檢測的最小缺 陷尺寸約為/2，因此，提高頻率有利于發(fā) 現(xiàn)小缺陷；頻率高，脈沖寬度小，分辨力 高，有利于區(qū)分相鄰缺陷；頻率高，波長 短，半擴散角小，聲束指向性好，能量集 中，有利于發(fā)現(xiàn)并定位缺陷。 頻率高，波長短，近場長度大，對檢測不 利；頻率提高，衰減急劇增加、對檢測不 利。,101,探頭晶片尺寸的選擇 晶片大小對聲束指向性、近場區(qū)長度、近距離 掃查范圍和遠距離缺陷檢出能力有較大影響。實際 檢測中，檢測面積范圍大的工件時，為了提高檢測 效率，宜選用大晶片探頭。檢測厚度大的工件時， 為了有效地發(fā)現(xiàn)遠距離缺陷，宜選用大晶片探頭。 檢測小型工件時，為了提高缺陷定

31、位、定量精度， 宜選用小晶片探頭。檢測表面不太平整、曲率較大 的工件時，為了減少耦合損失，宜選用小晶片探 頭。,102,(二)超聲波檢測的定位、定量與定性,1.超聲波檢測的定位 (1)縱波直探頭檢測時的缺陷定位 假定儀器已按1:n調(diào)節(jié)縱波掃描速度，并由 示波屏可知缺陷波前沿對應(yīng)的水平刻度值為 f ，則缺陷至探頭的垂直距離為： xinf,103,104,105,橫波斜探頭檢測,106,107,108,(2)按聲程調(diào)節(jié)掃描速度的橫波斜探頭檢測時的缺陷定位如圖7-18(a)所示，一次波檢測時，缺陷在工件中的水平距離lf 和垂直距離df 分別為：,109,如圖7-18(b)所示，二次波檢測時，缺陷在工

32、件中的水平距離lf和垂直距離df分別為：,110,課堂作業(yè) 用橫波斜探頭超聲波儀器檢測厚45mm的 工件，波束在工件中的折射角60，按2:3調(diào) 節(jié)儀器的掃描速度，顯示屏中缺陷波前沿的 水平刻度值140mm，求缺陷在工件中的水平 距離和垂直距離。,111,2超聲波檢測的定量 在超聲波檢測中，測定缺陷的大小和數(shù)量 簡稱定量。,112,(1)當(dāng)量法 當(dāng)缺陷的尺寸小于聲束截面時，一般采用 當(dāng)量法來確定缺陷的大小，由此而得的缺陷尺 寸稱為當(dāng)量尺寸。,113,在實際超聲波探傷中，由于自然缺陷的形狀是各 種各樣的，缺陷性質(zhì)又不盡相同，所以目前還很難 確定缺陷的真實大小。為此，人們多采用“當(dāng)量法” 來給缺陷定

33、量。所謂“當(dāng)量法”就是與一定規(guī)則形狀 的人工缺陷相比較的方法，即當(dāng)所發(fā)現(xiàn)缺陷的波高 與同樣探測條件下一個人工缺陷的波高相等時，該 人工缺陷的尺寸，即稱為所發(fā)現(xiàn)缺陷的當(dāng)量尺寸。,114,常用的當(dāng)量法有當(dāng)量試塊比較法、當(dāng)量計 算法和當(dāng)量AVG曲線法。,115,AVG曲線法是描述反射體至波源的距離、反 射信號的幅度和反射面積的當(dāng)量大小三者之 間相互關(guān)系的曲線，又稱為距離波幅當(dāng) 量曲線。AVG是德文距離(Abstand)、增益 (Verstarkung)和大小(Gre)三者的字頭，英 文為DGS曲線。,116,117,118,(3，40),119,120,121,122,123,(2)底波高度法 其基

34、本原理為：當(dāng)工件中存在缺陷時，由 于缺陷反射使工件底波下降。缺陷越大，缺 陷波越高，底波就越低，缺陷波與底波之比 就越大。,124,(3)測長法 當(dāng)工件中缺陷尺寸大于聲束截面時，一般 采用測長法來確定缺陷的長度。 測長法是根據(jù)缺陷波高與探頭移動的距離 來確定缺陷尺寸的。 根據(jù)測定缺陷長度時的靈敏度基準(zhǔn)不同， 可將測長法分為相對靈敏度法和絕對靈敏度 法兩種。,125,126,127,3超聲波檢測的定性 不同性質(zhì)的缺陷對工件的危害程度不同， 例如裂紋就比氣孔、夾渣的危害大得多，因 此缺陷定性對超聲波檢測來說十分重要。 目前的A型反射超聲波檢測儀只能提供缺 陷回波的時間和幅度兩方面的信息。,128,

35、(1)根據(jù)缺陷的特征分析缺陷的性質(zhì) 缺陷特征是指缺陷的形狀、大小和密集程度。 對于裂紋、夾層、拆疊等平面形缺陷，在不同的 方向上探測，其缺陷回波的高度顯著不同，當(dāng)垂直 于缺陷方向探測時，缺陷回波高，而當(dāng)平行于缺陷 方向探測時，其缺陷回波低、其至無缺陷回波。 對于氣孔、小夾渣等點狀缺陷，在不同方向探 測，缺陷回波無明顯變化。 對于白點、疏松、密集氣孔等密集形缺陷，缺陷 波密集且互相彼連，在不同的方向探測，缺陷回波 無明顯變化。,129,130,131,(2)根據(jù)缺陷波形分析缺陷的性質(zhì) 缺陷波形分為靜態(tài)波形和動態(tài)波形兩大類。 靜態(tài)波形是指探頭不動時缺陷波的高度、形 狀和密集程度，而動態(tài)波形是指探頭

36、在探測 面上移動過程中，缺陷波的變化情況。,132,靜態(tài)波形,133,動態(tài)波形,134,(3)根據(jù)底波的特性分析缺陷的性質(zhì) 工件內(nèi)部存在缺陷時，超聲波被缺陷反射 使射達底面的聲能減少，底波高度降低甚至消 失。不同性質(zhì)的缺陷，反射面不同，底波高度 也不一樣，因此，在某些情況下可以利用底波 情況來分析估計缺陷的性質(zhì)。,135,136,137,四、超聲波檢測的應(yīng)用實例,138,139,1小型壓力容器殼體的超聲波檢測,140,2非金屬材料的超聲波檢測,141,所謂射線，就是指X射線、射線、射線、 射線、電子射線和中子射線等。其中，X射線、 射線和中子射線因易于穿透物質(zhì)而在產(chǎn)品質(zhì)量檢 測中獲得了應(yīng)用。,

37、第三節(jié) 射線檢測 射線檢測的簡單原理,142,作用原理： 射線在穿過物質(zhì)的過程中，由于受到物質(zhì)的散射 和吸收作用而使其強度降低，強度降低的程度取決 于物體材料的種類、射線種類及其穿透距離。這 樣，當(dāng)把強度均勻的射線照射到物體(如平板)上一 個側(cè)面，通過在物體的另一側(cè)檢測射線在穿過物體 后的強度(變化)，就可檢測出物體表面或內(nèi)部的缺 陷，包括缺陷的種類、大小和分布狀況，這就是射 線檢測的簡單原理。,143,射線檢測的主要優(yōu)點： 1)幾乎適用于所有材料，而且對試件形狀 及其表面粗糙度均無持別要求，對厚度為 0.5mm的鋼板及樹葉、郵票、油畫及紙幣 等，均可檢查其內(nèi)部質(zhì)量。 2)能直觀地顯示缺陷影像

38、，便于對缺陷進 行定性、定量與定位分析。 3)射線底片能長期存檔備查，便于分析事 故原因。 4)對被測物體無破壞，無污染。,144,射線檢測診斷技術(shù)的局限性在于： 1)射線在穿透物質(zhì)的過程中被吸收和散射 而衰減，使得用它檢查的厚度受到限制； 2)難于發(fā)現(xiàn)垂直于射線方向的薄層缺陷； 3)檢測費用比較高； 4)射線對人體有害，需作特殊防護。,145,146,X射線是由人為的高速電子流撞擊金屬靶 產(chǎn)生的。,147,射線則是某些放射性物質(zhì)自發(fā)產(chǎn)生的， 如鈷、鈾、鐳等。,148,射線檢測應(yīng)用注意事項,首先應(yīng)清醒地認識到射線輻射對人體健康(包括遺 傳因素)的損害作用。X射線在切斷電源后就不再發(fā) 生，而同位

39、素射線(如射線)是源源不斷地發(fā)生射 線的。此外，近應(yīng)特別注意，射線不只是筆直地向 前輻射，它還可通過被檢物、周圍的墻壁、地板以 及天花板等障礙物進行反射與透射傳播。 其次還應(yīng)注意，X射線裝置是在幾萬乃至幾十萬 伏高電壓下工作的，通常雖有充分的絕緣，但也必 須注意防止意外的高壓危險。,149,第四節(jié) 磁粉檢測,磁粉檢測是一種應(yīng)用得比較早的無損檢測 方法，它具有設(shè)備簡單、操作方便、速度 快、觀察缺陷直觀和有較高的檢測靈敏度等 優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為普遍。這種方 法利用導(dǎo)磁金屬在磁場中(或?qū)⑵渫ㄒ噪娏饕?產(chǎn)生磁場)被磁化，并通過顯示介質(zhì)來檢測缺 陷特性。因此，磁粉檢測法只適用于檢測鐵 磁性材料及

40、其合金，如鐵、鈷、鎳和它們的 合金等。,150,磁粉檢測的簡單原理 把一根中間有橫向裂紋的強磁性材料(鋼鐵等)試 件進行磁化處理后，可以認為磁化的材料是許多小 磁鐵的集合體，在沒有缺陷的連續(xù)部分，由于小磁 鐵的N、S磁極互相抵消，而不呈現(xiàn)出磁極，而在裂 紋等缺陷處，由于磁性的不連續(xù)而呈現(xiàn)磁極。在缺 陷附近的磁力線繞過空間出現(xiàn)在外面，此即缺陷漏 磁。缺陷附近所產(chǎn)生的稱作為缺陷的漏磁場的磁 場，其強度取決于缺陷的尺寸、位置及試件的磁化 強度等。,151,當(dāng)把磁粉散落在試件上時，在裂紋處就會吸附磁 粉，磁粉檢測就是利用磁化后的試件材料在缺陷處 會吸附磁粉，以此來顯示缺陷存在的一種檢測方 法。,152

41、,磁粉檢測的基本步驟,預(yù)處理 磁化：當(dāng)缺陷方向與磁力線方向垂直時，缺陷顯示最 清晰。其夾角小于45時，靈敏度明顯降低。方向平 行則缺陷有可能不顯示。因此要盡可能選擇有利于發(fā) 現(xiàn)缺陷的方向磁化。對于形狀復(fù)雜的工件，住往需要 綜合采用各種磁化方法。 施加磁粉 觀察、記錄 后處理,153,154,155,156,三、磁粉檢測的特點與適用范圍,特別適宜對鋼鐵等強磁性材料的表面缺 陷檢測； 對于在表面沒有開口但深度很淺的裂紋 也可以探測出來； 對于奧氏體不銹鋼那樣的非磁性材料是 不適用的； 能知道缺陷的位置和表面的長度，但不 能知道缺陷的深度，對內(nèi)部缺陷的檢測還有 困難。,157,磁記憶效應(yīng)檢測診斷技術(shù)

42、 1997年在美國舊金山舉行的第五十屆國際焊接學(xué) 術(shù)會議上，俄羅斯科學(xué)家提出金屬應(yīng)力集中區(qū)一金 屬微觀變化一磁記憶效應(yīng)相關(guān)學(xué)說，并形成一套全 新的金屬診斷技術(shù)金屬磁記憶(MMM)技術(shù)，該 理論立即得到國際社會的承認。這一被譽為21世紀 無損檢測新技術(shù)的檢測方法，是集常規(guī)無損檢測、 斷裂力學(xué)和金相學(xué)諸多潛在功能于一身的嶄新診斷 技術(shù)，已迅速在許多國家和地區(qū)的企業(yè)中得到廣泛 推廣和應(yīng)用。,158,在現(xiàn)代工業(yè)中，大量的鐵磁性金屬構(gòu)件， 特別是鍋爐壓力容器、管道、橋梁、鐵路、 汽輪機葉片、轉(zhuǎn)子和重要焊接部件等，隨著 服役時間的延長，不可避免地存在著由于應(yīng) 力集中和缺陷擴展而引發(fā)事故的危險性。金 屬磁記

43、憶檢測方法便是迄今為止對這些部件 進行早期診斷的唯一可行的力法。,159,磁記憶效應(yīng) 機械零部件和金屬構(gòu)件發(fā)生損壞的一個重要原 因，是各種微觀和宏觀機械應(yīng)力集中。在零部件的 應(yīng)力集中區(qū)域，腐蝕、疲勞和蠕變過程的發(fā)展最為 激烈。機械應(yīng)力與鐵磁材料的自磁化現(xiàn)象和殘滋狀 況有直接的聯(lián)系，在地磁作用的條件下，用鐵磁材 料制成的機械零件的缺陷處會產(chǎn)生磁導(dǎo)率減小，工 件表面的漏磁場增大的現(xiàn)象，鐵磁性材料的這一特 性稱為磁機械效應(yīng)。磁機械效應(yīng)的存在使鐵磁性金 屬工件的表面磁場增強，同時，這一增強了的磁場 “記億”著部件的缺陷和應(yīng)力集中的位置，這就是磁 記憶效應(yīng)。,160,檢測原理 工程部件由于疲勞和蠕變而產(chǎn)

44、生的裂紋會 在缺陷處出現(xiàn)應(yīng)力集中，由于鐵磁性金屬部 件存在著磁機械效應(yīng)，故其表面上的磁場分 布與部件應(yīng)力載荷有一定的對應(yīng)關(guān)系，因此 可通過檢測部件表面的磁場分布狀況間接地 對部件缺陷和(或)應(yīng)力集中位置進行診斷，這 就是磁記憶效應(yīng)檢測的基本原理。,161,實驗研究結(jié)果表明，鐵磁性部件缺陷或應(yīng) 力集中區(qū)域磁場的切向分量Hp(x)具有最大 值，法向分量Hp(y)改變符號且具有零值。故 在實際應(yīng)用中，可通過檢測法向分量Hp(y)來 完成對部件上是否存在缺陷(或應(yīng)力集中區(qū)域) 的檢測。,162,163,實驗研究證明了磁記憶法具有重要的實際應(yīng)用價 值。它能夠解決常規(guī)無損檢測法無法解決的金屬早 期診斷問題

45、，為金屬構(gòu)件失效及壽命評估提供有力 的科學(xué)依據(jù)。磁記憶法能夠更好地滿足當(dāng)今設(shè)備監(jiān) 測從定期檢修向視情檢修發(fā)展，以最小的代價獲得 最好的經(jīng)濟和社會效益的需要。當(dāng)然也必須看到， 磁記憶法僅能確定缺陷的位置，目前尚不能對缺陷 的形狀、大小和性質(zhì)進行定量、定性的具體分析， 因此，應(yīng)用中最好與常規(guī)檢測方法相結(jié)合，如磁記 憶法用于大量工件的普查工作，然后根據(jù)普查情況 用其他方法對可疑工件或部位作進一步檢測。,164,第五節(jié) 滲透檢測,一、滲透檢測的基本原理 滲透檢測是利用滲透液的潤濕作用和毛細現(xiàn)象而 在被檢材料和工件表面上浸涂某些滲透力比較強的 滲透液，將液體滲入孔隙中，然后用水和清洗劑清 洗材料和工件表

46、面的剩余滲透液，最后再用顯示材 料施加在被檢工件表面，經(jīng)毛細管作用、將孔隙中 的滲透液吸出來并加以顯示。,165,滲透檢測由滲透、清洗、顯像和觀察四個 基本步驟組成。,166,滲透檢測的特點： 滲透法的最小檢出尺寸即靈敏度取決于檢測劑 的性能、檢測方法、檢測操作和試件表面粗糙度等 因素、 一般約為深20m、寬1m；此外，在熒光 滲透檢測時，若使用熒光輝度高的滲透液，在檢測 的同時在試件上加交變應(yīng)力，可進一步提高檢測的 靈敏度； 檢測效率高，對于形狀復(fù)雜的試件或在試件上 同時存在有多個缺陷時，也只需一次檢測操作即可 完成；,167,適用范圍廣，只要是表面缺陷，則檢測 一般不受試件材料的種類及其外

47、形輪廓的限 制； 設(shè)備簡單，不需用大型設(shè)備； 檢測結(jié)果受試件表面粗糙度的影響，同 時還受檢測操作人員技術(shù)水平的影響； 對多孔性材料的檢測仍很困難。,168,第六節(jié) 渦流檢測,渦流無損檢測診斷是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)的無 損檢測技術(shù)，只適用于導(dǎo)電材料，因此，主 要應(yīng)用于金屬材料和少數(shù)非金屬材料(如石 墨、碳纖維復(fù)合材料等)的無損檢測。,169,該技術(shù)從1879年休斯(Hughes)利用感生電流的方法 對不同合屬和合金進行的判斷實驗，損示了應(yīng)用渦 流對導(dǎo)電材料進行檢測的可能件，到1950年福斯特 (Forster)研制出了以阻抗分析法來補償干擾因素的 儀器，開創(chuàng)了現(xiàn)代渦流無損檢測診斷方法和沒備的 研制工

48、作。渦流無損檢測已經(jīng)歷了100多年歷史，特 別是20世紀70年代以來，由于電子技術(shù)，尤其是計 算機技術(shù)和信息理論的飛速發(fā)展，給渦流無損檢測 技術(shù)帶來無限生機。以較快的發(fā)展速度逐步發(fā)展成 為當(dāng)今無損檢測技術(shù)中的一個重要組成部分。,170,原理： 當(dāng)把一個通有交流電的線圈靠近某一導(dǎo)體時，由 于電磁耦合作用，將會在導(dǎo)體中發(fā)生電渦流。此電 渦流又反過來作用于原線圈而使其電磁特性(等效阻 抗、等效電感和品質(zhì)因素)發(fā)生改變，其變化情況與 導(dǎo)體的種類、形狀以及材質(zhì)均勻度等因素有關(guān)，同 時還與線圈與導(dǎo)體之間的相對距離和線圈本身的特 性有關(guān)。當(dāng)固定后兩者不變時，則線圈電磁特性的 變化就反應(yīng)了導(dǎo)體性質(zhì)的變化。這樣

49、，通過檢測線 圈的電磁特性的變化，即可獲得關(guān)于被檢試件的材 質(zhì)均勻性以及缺陷的種類、形狀和大小等方面的信 息。,171,電渦流檢測具有如下的特征： 檢測結(jié)果可以直接以電信號輸出，故可用于自動 化檢測； 由于實行非接觸式檢測，所以檢測速度很快； 適用范圍較廣，除可用于檢測缺陷外，還可用于 檢測材質(zhì)的變化等； 對形狀復(fù)雜的試件檢測有困難； 對表面下較深部位的缺陷檢測困難； 除檢測項目外，試件材料的其他因素一般也會引 起輸出的變化，成為干擾信號； 難以直接從檢測所得的顯示信號來判別缺陷的種 類。,172,電渦流方法適用于如下項目的檢測： 缺陷檢測 檢測試件表面或近表面的內(nèi)部 缺陷； 材質(zhì)檢查 檢測金

50、屬的種類、成分、熱處 理狀態(tài)等變化； 尺寸檢測 檢測試件的尺寸、涂膜厚 度、腐蝕狀況和變形等； 形狀檢測 檢測試件形狀的變化情況。,173,174,第七節(jié) 聲發(fā)射檢測,聲發(fā)射技術(shù)是一種評價材料或構(gòu)件損傷的 動態(tài)無損檢測診斷技術(shù)。它是通過對聲發(fā)射 信號的處理和分析來評價缺陷的發(fā)生和發(fā)展 規(guī)律，并確定缺陷位置。,175,聲發(fā)射技術(shù)已經(jīng)在壓力容器的安全性檢測與評 價、焊接過程的監(jiān)控和焊縫焊后的完整性檢測、核 反應(yīng)堆的安全性監(jiān)測以及斷裂力學(xué)研究等諸多領(lǐng)域 都取得了重要進展，部分研究已進入工業(yè)實用化階 段，成為無損檢測技術(shù)體系中的一個極其重要的組 成部分。,176,所謂聲發(fā)射，是指材料或結(jié)構(gòu)因受外力或

51、內(nèi)力作用而產(chǎn)生變形或斷裂時，以彈性波的 形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象。因此，聲發(fā)射也 稱為應(yīng)力波發(fā)射。各種材料的聲發(fā)射頻率范 圍很寬，從次聲波到超聲波。,177,聲發(fā)射檢測技術(shù)： 大多數(shù)金屬材料的塑性變形和斷裂的原始 聲發(fā)射信號一般都很微弱，人耳不能直接聽 見，需借助靈敏的電子儀器才能檢測出來。 這種借助電子儀器對聲發(fā)射信號進行接收、 處理、分析顯示并以此對聲發(fā)射源進行定 位、定性和定量分析的一系列技術(shù)，統(tǒng)稱為 聲發(fā)射檢測技術(shù)。,178,聲發(fā)射AE(Acoustic Emission)。 聲發(fā)射從字面上來看是聲音放出的意思， 為材料變形或者破壞時積蓄起來的應(yīng)變能所 釋放的聲音的傳播現(xiàn)象。但近來其外延

52、已進 一步擴大，比如說泄漏聲音、軸承的滑動聲 音、木材干燥時產(chǎn)生的聲音、甜瓜莖中的流 體的聲音等也都被稱為AE，這些廣義解釋的 AE情形較多，而且研究成果也非常多。,179,AE現(xiàn)象在大自然里有很多，尤其是聲波頻 率域的AE。比如玻璃窗破裂時的聲音、鉛筆 芯折斷時的聲音、方便筷掰開時的聲音等等 都是AE現(xiàn)象。,180,最被人熟知的AE應(yīng)該說還是地震，地震 是地球內(nèi)的巖石破壞造成的“聲音”的放出， 因為破壞面大，且震源遠，波動的頗率為數(shù) 赫茲到數(shù)十赫茲。,181,據(jù)后漢書記載，張衡在公元132年發(fā)明了 可以報知地球中哪個方向發(fā)生了AE(地震)的 地動儀。,182,183,地下深部具有很大的地壓，

53、如果在地下掘 進新坑道或采煤，巖體中的平衡就會被破 壞，嚴重時就會發(fā)生巖爆、瓦斯突出。在突 然爆發(fā)之前，有“山鳴”、“煤鳴”等前兆，這 也是AE。,184,有一次，為了聽“錫鳴”這種聲音，到隔壁 的研究室要了錫粒，將其熔化，作成薄板 狀，試著彎曲一下，果然發(fā)出“啾啾”的聲 音。將“錫鳴”想象成“鈴鳴”，本以為聲音會 稍好聽一些，但結(jié)果并非如此。,185,186,超聲波探傷法是利用與AE相同的超聲波來探索物 體內(nèi)部缺陷的技術(shù)，超聲波探傷法與雷達一樣從發(fā) 射超聲波信號的信號發(fā)生器發(fā)射脈沖，信號接收器 接收從缺陷處反射回來的發(fā)射波，來確認有無缺 陷，信號發(fā)生器與信號接收器是相同的。比如說即 使有缺陷

54、，如果超聲波不接觸到它，這種缺陷也檢 查不出來。因此，信號發(fā)生器和信號接收器必須對 要檢查的部分進行全面掃描，并且，能夠發(fā)現(xiàn)缺陷 的大小受超聲波頻率的影響。小的缺陷需要高頻 率，但是由于高頻率信號的振幅衰減大，因此受到 限制。但能積極地發(fā)現(xiàn)缺陷是其優(yōu)點。,187,而用AE法來發(fā)現(xiàn)缺陷時，沒有必要給其施加能 量，只要設(shè)置幾個AE變換器，等待缺陷發(fā)出的波即 可。需要的只是設(shè)置AE變換器作業(yè)，即使從AE變 換器到缺陷之間也有距離，只要波到達了就有效。 根據(jù)AE波到達的時間差，可以確定AE發(fā)生源的位 置。而超聲波探傷法不同，即使有缺陷，如果不施 加外力，就不產(chǎn)生回波，不能發(fā)現(xiàn)缺陷。 AE法最 優(yōu)越的一

55、點是，如果不發(fā)生AE，也就表示既存的缺 陷不擴展，可以說很安全。超聲波探傷法、放射 線、磁粉探傷、滲透法等無損檢測法都必須停止作 業(yè)中的設(shè)備再進行檢查，這是他們最大的缺點。而 AE法不停止作業(yè)就能發(fā)現(xiàn)缺陷，也就是說，AE法 有能夠在線監(jiān)測的優(yōu)點。,188,自1964年美國對北極星導(dǎo)彈艙第一次成功 地進行了聲發(fā)射檢測以來，聲發(fā)射技術(shù)受到 了極大的重視。40多年來發(fā)展很快，美國、 日本和歐洲一些國家用聲發(fā)射在壓力容器水 壓試驗或定期檢修等方面，已達到了工業(yè)實 用階段。在核容器與化工容器運行中的安全 性監(jiān)測、復(fù)合材料壓力容器檢測、焊接過程 研究等方面都取得了很大成就。,189,我國于20世紀70年代

56、開始研究和應(yīng)用聲發(fā) 射，先后研制和開發(fā)了多種型號的聲發(fā)射檢 測儀器，并在壓力容器監(jiān)測、疲勞裂紋擴 展、焊接過程及斷裂力學(xué)等方面得到廣泛應(yīng) 用。對大型油罐的在線測試，聲發(fā)射技術(shù)已 成為唯一可行的檢測診斷手段。,190,(一)聲發(fā)射的產(chǎn)生和傳播 1聲發(fā)射的產(chǎn)生 工程材料中有許多機構(gòu)都可能成為聲發(fā)射 源，其中，與無損檢測有關(guān)的聲發(fā)射源則主 要有塑性變形和裂紋的形成與擴展。,191,塑性變形主要是通過滑移和孿生兩種方式 進行的，其中滑移是最主要的方式，它的元 過程則是位錯的運動。它們均會產(chǎn)生聲發(fā) 射，彎曲金屬錫片時出現(xiàn)的“錫鳴”，就是孿 生變形過程產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象的一個實例。,192,193,194,孿

57、生變形是晶體塑性變形的一種基本方 式，它與滑移變形不同，所謂孿生是兩個位 向不同的晶體以一定的位向關(guān)系通過某一晶 面結(jié)合在一起的總體。,195,在實際的材料中，確實已檢測到與位錯運動有關(guān) 的聲發(fā)射，為此，提出了幾個產(chǎn)生聲發(fā)射的位錯模 型。每個模型都得到了部分實驗結(jié)果的支持。一種 模型認為，位錯產(chǎn)生聲發(fā)射與塞積位錯在反向應(yīng)力 作用下使位錯源開動和關(guān)閉有關(guān)。自由位錯線的長 度和位錯滑動的距離有一個低限，低于此值時將不 能檢測到聲發(fā)射。這個下限值取決于檢測系統(tǒng)對應(yīng) 變的靈敏度，即系統(tǒng)能檢測到的試樣表面的最小位 移。,196,另一種模型則認為，聲發(fā)射率與晶體內(nèi)可動位錯 的密度變化有關(guān)，聲發(fā)射計數(shù)率與可

58、動位錯密度的 關(guān)系為：,197,許多金屬材料在拉伸變形時，都可看到在屈服 點附近出現(xiàn)聲發(fā)射計數(shù)率的高峰。在進入加工硬化 階段后，聲發(fā)射計數(shù)率急劇下降，其典型結(jié)果如圖 728所示。圖中的虛線是根據(jù)上式計算出來的塑 性變形的聲發(fā)射記數(shù)率曲線，可見其與實際聲發(fā)射 計數(shù)率曲線符合得相當(dāng)好。由圖可以看出，在屈 服點附近出現(xiàn)的聲發(fā)射計數(shù)率高峰，與可動位錯 數(shù)量的增加關(guān)系密切。加工硬化階段聲發(fā)射計數(shù)率 降低，是由于位錯的交割和釘軋使可動位錯數(shù)目減 少所致。,198,199,對于無損檢測來說，裂紋的形成和擴展 則是一種更為重要的聲發(fā)射源。裂紋的形成 和擴展與材料的塑性變形有關(guān)，一旦裂紋形 成，材料局部區(qū)域的應(yīng)力集中得到卸載，聲 發(fā)射便產(chǎn)生。,200,材料的斷裂過程大致可分為裂紋成核、裂 紋擴展和最終斷裂三個階段，這三個階段都 可成為強烈的聲發(fā)射源。關(guān)于裂紋的形成已 提出了不少模型，如位錯塞積理論、位錯反 應(yīng)理論和位錯消毀理論等，它們都得到了部 分實驗結(jié)果的支持。,201,理論計算表明，如果在裂紋形成過程中， 多余的能量全部以彈性應(yīng)力波的形式釋放出 來，則裂紋形成所產(chǎn)生的聲發(fā)射比單個位錯 移動產(chǎn)生的聲發(fā)射至少要大兩個