無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的原理與應(yīng)用

王維洋

（葫蘆島意達(dá)機(jī)械設(shè)備制造有限公司，遼寧 葫蘆島 125000）

1 概述

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全性、使用可靠性提出越來(lái)越高的要求，由于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有不破壞試件、檢測(cè)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，所以其應(yīng)用日益廣泛。

2 無(wú)損檢測(cè)的定義

現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)的定義是：在不損壞試件的前提下，以物理或化學(xué)方法為手段，借助先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備器材，對(duì)試件的內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)進(jìn)行檢查和測(cè)試的方法。

3 無(wú)損檢測(cè)方法及原理

3.1 射線(xiàn)檢測(cè)及其原理

射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)是工程檢測(cè)特別是焊接檢驗(yàn)中應(yīng)用最廣泛，歷史最悠久的一種無(wú)損檢測(cè)方法。射線(xiàn)檢測(cè)利用X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)、中子射線(xiàn)、高能射線(xiàn)等各種射線(xiàn)對(duì)物質(zhì)的穿透能力，以及射線(xiàn)在穿透材料過(guò)程中發(fā)生的衰減規(guī)律來(lái)發(fā)現(xiàn)工程材料及其構(gòu)件內(nèi)部存在的各種形式的宏觀(guān)缺陷或測(cè)定材料的各種性能與物理量。

按所使用的射線(xiàn)源種類(lèi)不同，可分為X射線(xiàn)探傷、γ射線(xiàn)探傷和高能射線(xiàn)探傷等；按其顯示缺陷方法不同，又可分為射線(xiàn)電離法探傷、射線(xiàn)熒光屏觀(guān)察法探傷、射線(xiàn)照相法探傷、射線(xiàn)實(shí)時(shí)圖像法探傷和射線(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)等。

射線(xiàn)檢測(cè)對(duì)零件形狀及表面粗糙度無(wú)嚴(yán)格要求，能直觀(guān)顯示缺陷影像，便于對(duì)缺陷進(jìn)行定位、定量、定性，檢驗(yàn)缺陷準(zhǔn)確可靠，且射線(xiàn)底片可長(zhǎng)期保存，便于分析事故原因，但射線(xiàn)檢測(cè)設(shè)備復(fù)雜，成本高，射線(xiàn)對(duì)人體有輻射損傷。

射線(xiàn)照相法的原理：射線(xiàn)既是波長(zhǎng)很短的電磁波，又是能量很高的光子流，具有微觀(guān)物質(zhì)的波粒二象性。由于具有較短的波長(zhǎng)和較高的能量，所以具有很大的貫穿能力，能夠穿透金屬等可見(jiàn)光不能穿透的固體材料。

當(dāng)射線(xiàn)穿透物體時(shí)，不同密度的物質(zhì)對(duì)射線(xiàn)的吸收能力不同，射線(xiàn)能量的衰減程度就不同。物體的密度越小，射線(xiàn)能量的衰減也越小，透過(guò)物質(zhì)的射線(xiàn)能量就越大。當(dāng)射線(xiàn)穿過(guò)工件到達(dá)膠片上時(shí)，由于無(wú)缺陷部位和有缺陷部位的密度或厚度不同，射線(xiàn)在這些部位的衰減不同，因而射線(xiàn)透過(guò)這些部位照射到膠片上的強(qiáng)度不同，致使膠片感光程度不同，經(jīng)暗室處理后就產(chǎn)生了不同的黑度。根據(jù)底片上的黑度差，評(píng)片人員借助觀(guān)片燈即可判斷缺陷情況并評(píng)價(jià)工件質(zhì)量。

射線(xiàn)照相法通過(guò)觀(guān)察底片能夠比較準(zhǔn)確地判斷出缺陷的性質(zhì)、數(shù)量、尺寸和位置。它用底片作為記錄介質(zhì)，可以直接得到缺陷的圖像，且可以長(zhǎng)期保存。射線(xiàn)照相法易檢出那些形成局部厚度差的體積型缺陷，如氣孔和夾渣之類(lèi)的缺陷檢出率很高。射線(xiàn)照相法所能檢出的缺陷高度尺寸與透照厚度有關(guān)，可以達(dá)到透照厚度的1%，所能檢出的最小長(zhǎng)度尺寸為毫米數(shù)量級(jí)，所能檢出的最小寬度尺寸為亞毫米數(shù)量級(jí)。

射線(xiàn)照相法檢測(cè)，對(duì)工件厚度的適應(yīng)范圍較大，但一般其最小厚度要≥2mm。射線(xiàn)照相法幾乎適用于所有材料，在金屬材料的焊縫或鑄件上使用均能得到良好的效果，該方法對(duì)試件的形狀、表面粗糙度沒(méi)有嚴(yán)格要求，材料晶粒度對(duì)其不產(chǎn)生影響。

射線(xiàn)照相法很少用于釬焊等焊接接頭的檢測(cè)。它不能檢測(cè)出像鋼板的分層等那種垂直照射方向的薄層缺陷，而裂紋類(lèi)面積型缺陷的檢出率則受透照角度的影響。檢測(cè)厚度的上限受射線(xiàn)穿透能力的限制，而穿透能力取決于射線(xiàn)光子能量。大厚度的試件則需要使用加速器等特殊的設(shè)備。

3.2 超聲無(wú)損檢測(cè)及其原理

超聲波檢測(cè)方法是利用進(jìn)入被檢材料的超聲波對(duì)材料表面及內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)。利用超聲波進(jìn)行材料厚度的測(cè)量也是常規(guī)超聲波檢測(cè)的一個(gè)重要方面。

超聲波檢測(cè)的適用范圍非常廣，可用于多種金屬材料和非金屬材料；可以是鍛件、鑄件、焊接件、膠接件、復(fù)合材料構(gòu)件等；可以是板材、棒材、管材等；厚度可小至1mm，也可大至幾米；既可以是表面缺陷，也可以是內(nèi)部缺陷。

3.2.1 超聲無(wú)損檢測(cè)的原理

超聲無(wú)損檢測(cè)的原理是將一定頻率間斷發(fā)射的超聲波通過(guò)一定耦合劑的耦合后傳入工件，當(dāng)遇到異質(zhì)界面時(shí)，超聲波將產(chǎn)生反射，反射波為儀器接收并以電脈沖信號(hào)在示波屏上顯示出來(lái)，由此判斷缺陷的有無(wú)，以及進(jìn)行定位、定量和評(píng)定。滲透探傷是一種以毛細(xì)作用原理為基礎(chǔ)的檢查表面開(kāi)口缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法?？捎糜诟鞣N金屬材料和非金屬材料構(gòu)件表面開(kāi)口缺陷的質(zhì)量檢驗(yàn)。

同其它無(wú)損檢測(cè)方法一樣，滲透探傷也是以不損壞被檢對(duì)象的使用性能為前提，運(yùn)用物理、化學(xué)、材料科學(xué)及工程學(xué)理論為基礎(chǔ)，對(duì)各種工程材料、零部件和產(chǎn)品進(jìn)行有效的檢驗(yàn)，借以評(píng)價(jià)它們的完整性、連續(xù)性及安全可靠性。

3.2.2 滲透檢測(cè)原理

滲透檢測(cè)的原理是：將溶有著色染料或熒光染料的滲透劑施加于工件表面，由于毛細(xì)現(xiàn)象的作用，滲透劑滲入到各類(lèi)開(kāi)口至表面的微小缺陷中，清除附著于工件表面上多余的滲透劑，干燥后再施加顯像劑，缺陷中的滲透劑重新回滲到工件表面上，放大缺陷顯示，在白光下或在黑光燈下觀(guān)察，缺陷處可顯紅色顯示或發(fā)出黃綠色熒光。

3.3 磁粉無(wú)損檢測(cè)及其原理

磁粉無(wú)損檢測(cè)是通過(guò)對(duì)鐵磁性材料進(jìn)行磁化所產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)，來(lái)發(fā)現(xiàn)其表面或近表面缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法。

檢測(cè)時(shí)，先將被檢區(qū)域磁化到接近飽和狀態(tài)，然后再把磁粉撒到其表面上。這樣磁粉就會(huì)因磁場(chǎng)的泄露作用而堆積于裂紋或其它線(xiàn)狀缺陷上，形成磁痕，從而將缺陷顯示出來(lái)。

磁粉檢測(cè)被廣泛用于機(jī)械、石油、汽車(chē)、造船、鐵路、航空、航天等部門(mén)。磁化設(shè)備、磁粉、全自動(dòng)探傷裝置的研究也取得了較大的進(jìn)展。一些國(guó)家先后研制和使用了鋼坯、方鋼、棒材等自動(dòng)磁粉探傷機(jī)。半自動(dòng)熒光磁粉探傷機(jī)在我國(guó)的汽車(chē)、鐵道、兵器等部門(mén)已獲得應(yīng)用。

磁粉檢測(cè)原理：磁粉檢測(cè)的基礎(chǔ)是不連續(xù)性處漏磁場(chǎng)與磁粉的磁性相互作用。鐵磁性材料的工件被磁化后，由于不斷連續(xù)性的存在，使工件表面和近表面的磁力線(xiàn)發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，吸附施加在工件表面的磁粉，在適當(dāng)?shù)墓庹障滦纬赡恳暱梢?jiàn)的磁痕，從而顯示出缺陷的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度。

4 結(jié) 語(yǔ)

無(wú)損檢測(cè)是特種設(shè)備安全工作中一種重要的檢驗(yàn)方法和手段，在特種設(shè)備制造、安裝、改造、維修、使用和檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)中應(yīng)用十分廣泛。所以無(wú)損檢測(cè)人員應(yīng)熟練掌握這幾種無(wú)損檢測(cè)方法，并能根據(jù)工件材料、狀態(tài)和檢測(cè)要求，選擇合理的方法進(jìn)行檢測(cè)。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)將會(huì)得到更迅速的發(fā)展。