自動檢測技術：第6章 常用無損檢測方法

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1、第6章 常用無損檢測方法 第6章 常用無損檢測方法 6.1 超聲檢測超聲檢測 6.2 射線檢測射線檢測 6.3 渦流檢測渦流檢測 6.4 聲發(fā)射檢測聲發(fā)射檢測 6.5 紅外檢測紅外檢測 6.6 激光全息檢測激光全息檢測 6.7 其他無損檢測方法其他無損檢測方法 思考與練習題思考與練習題 第6章 常用無損檢測方法 6.1 超超 聲聲 檢檢 測測 6.1.1 超聲檢測的基礎知識超聲檢測的基礎知識1.描述超聲波的基本物理量描述超聲波的基本物理量超聲波的產(chǎn)生依賴于做高頻機械振動的“聲源”和傳播機械振動的彈性介質，所以機械振動和波動是超聲檢測的物理基礎。描述超聲波波動特性的基本物理量有：聲速c、頻率f、

2、波長、周期T、角頻率。其中頻率和周期是由波源決定的，聲速與傳聲介質的特性和波型有關。這些量之間的關系如下：cfT21（6-1）第6章 常用無損檢測方法 2.2.超聲波的特點超聲波的特點超聲波波長很短，這決定了超聲波具有一些重要特性，使其能廣泛應用于無損檢測。1)方向性好 超聲波具有像光波一樣定向束射的特性。2）穿透能力強 對于大多數(shù)介質而言，它具有較強的穿透能力。例如在一些金屬材料中，其穿透能力可達數(shù)米。3）能量高 超聲檢測的工作頻率遠高于聲波的頻率，超聲波的能量遠大于聲波的能量。4）遇有界面時，將產(chǎn)生反射、折射和波型的轉換。利用超聲波在介質中傳播時這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過巧妙的設計，使超聲檢測工作

3、的靈活性、精確度得以大幅度提高。第6章 常用無損檢測方法 3.3.超聲波的分類超聲波的分類超聲波的分類方法很多，如圖6.1所示。主要有：按介質質點的振動方向與波的傳播方向之間的關系分類，即按波型分類；按波振面的形狀分類，即按波形分；按振動的持續(xù)時間分類等。其中，按波型是研究超聲波在介質中傳播規(guī)律的重要理論依據(jù)，將著重討論。第6章 常用無損檢測方法 圖 6-1 超聲波的分類第6章 常用無損檢測方法 1）超聲波的波型超聲波的波型指的是介質質點的振動方向與波的傳播方向的關系。按波型可分為縱波、橫波、表面波和板波等。（1）縱波。介質中質點的振動方向與波的傳播方向相同的波叫縱波，用L表示(見圖6-2)。

4、介質質點在交變拉壓應力的作用下，質點之間產(chǎn)生相應的伸縮變形，從而形成了縱波?？v波傳播時，介質的質點疏密相間，所以縱波有時又稱為壓縮波或疏密波。第6章 常用無損檢測方法 圖6-2 縱波 第6章 常用無損檢測方法（2）橫波。介質中質點的振動方向垂直于波的傳播方向的波叫橫波，用S或T表示(見圖6-3)。橫波的形成是由于介質質點受到交變切應力作用時，產(chǎn)生了切變形變，所以橫波又叫做切變波。液體和氣體介質不能承受切應力，只有固體介質能夠承受切應力，因而橫波只能在固體介質中傳播，不能在液體和氣體介質中傳播。（3）表面波（瑞利波）。當超聲波在固體介質中傳播時，對于有限介質而言，有一種沿介質表面?zhèn)鞑サ牟幢砻娌?/p>

5、(見圖6-4)。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。第6章 常用無損檢測方法 圖6-3 橫波 第6章 常用無損檢測方法 圖6-4 表面波 第6章 常用無損檢測方法（4）板波（蘭姆波）。在板厚和波長相當?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡ń邪宀?或蘭姆波)。板波傳播時聲場遍及整個板的厚度。薄板兩表面質點的振動為縱波和橫波的組合，質點振動的軌跡為一橢圓，在薄板的中間也有超聲波傳播(見圖6-5)。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，這是由質點相對于板的中間層作對稱型還是非對稱型運動來決定的。第6章 常用無損檢測方法 圖6-5 板波(a)對稱型；(b)

6、非對稱型 第6章 常用無損檢測方法 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行描述。如圖6-6所示，在無限大且各向同性的介質中，振動向各方向傳播，用波線表示傳播的方向；將同一時刻介質中振動相位相同的所有質點所連成的面稱為波陣面；某一時刻振動傳播到達的距聲源最遠的各點所連成的面稱為波前。在各向同性介質中波線垂直于波陣面。在任何時刻，波前總是距聲源最遠的一個波陣面。波前只有一個，而波陣面可以有任意多個。第6章 常用無損檢測方法 圖6-6 波線、波前與波陣面(a)平面波；(b)柱面波；(c)球面波 第6章 常用無損檢測方法 根據(jù)波陣面的形狀(波形)，可將超聲波分為平面波、柱面波和球面

7、波等。平面波即波陣面為平面的波，而柱面波的波陣面為同軸圓柱面，球面波的波陣面為同心球面，如圖6-6所示。當聲源是一個點時，在各向同性介質中的波陣面為以聲源為中心的球面?？梢宰C明，球面波中質點的振動幅度與距聲源的距離成反比。當聲源的尺寸遠小于測量點距聲源的距離時，可以把超聲波看成是球面波。球面波的波動方程為)(coscxtxAy（6-2）第6章 常用無損檢測方法 3）連續(xù)波與脈沖波 連續(xù)波是介質中各質點振動時間為無窮時的波。脈沖波是質點振動時間很短的波，超聲檢測中最常用的是脈沖波。對脈沖波進行頻譜分析，可知它并非單一頻率，而是包括多種頻率成分。其中人們關心的頻譜特征量主要有峰值頻率、頻帶寬度和中

8、心頻率。第6章 常用無損檢測方法 6.1.2 6.1.2 超聲場及介質的聲參量簡介超聲場及介質的聲參量簡介1.1.超聲場的物理量超聲場的物理量1)聲壓當介質中有超聲波傳播時，由于介質質點振動，使介質中壓強交替變化。超聲場中某一點在某一瞬時所具有的壓強P1與沒有超聲波存在時同一點的靜態(tài)壓強P0之差稱為該點的聲壓，用P表示,即)Pa(01PPP(6-3)第6章 常用無損檢測方法 對于平面余弦波，可以證明：cVcxtAcxtVcxtPP)(sinc)(sinc)(sinmm（6-4）式中：為介質的密度;c為介質中的聲速；為介質質點的振幅；V為介質質點振動的角頻率；為質點振動速度的幅值；t為時間；x為

9、質點距聲源的距離；為聲壓幅值。由上式可知：超聲場中某一點的聲壓幅值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，遠大于聲波的頻率，故超聲波的聲壓一般也遠大于聲波的聲壓。AVmcAP m第6章 常用無損檢測方法 2）聲阻抗 介質中某一點的聲壓幅值Pm與該處質點振動速度幅值Vm之比，稱為聲阻抗，常用Z表示。在同一聲壓下，聲阻抗Z愈大，質點的振動速度就愈小。聲阻抗表示超聲場中介質對質點振動的阻礙作用。由式(6-4)得 cVPZmm（6-5）第6章 常用無損檢測方法 3）聲強單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能，稱為聲強，用I表示。對于平面縱波，其聲強I為 ZPZVcAI2m2m222121

10、21（6-6）由式(6-6)可知，超聲場中，聲強與角頻率平方成正比。由于超聲波的頻率很高，故超聲波的聲強很大，這是超聲波能用于探傷的重要依據(jù)。第6章 常用無損檢測方法 4）分貝的概念實際探傷中，將聲強I1與I2之比取對數(shù)的10倍得到二者相差的數(shù)量級，這時單位為分貝，用dB表示，即)dB(lg1021II（6-7）根據(jù)式（6-6），有 m2m121lg20lg10PPII（6-8）式中：Pm1、Pm2分別為聲強I1、I2對應的聲壓幅值。第6章 常用無損檢測方法 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之比等于相應的聲壓Pm1、Pm2之比，即 dBlg20lg2

11、0212mm1HHPP（6-9）第6章 常用無損檢測方法 2.2.介質的聲參量介質的聲參量1）聲速聲速表示聲波在介質中傳播的速度，它與超聲波的波型有關，但更依賴于傳聲介質自身的特性。因此，聲速又是一個表征介質聲學特性的參量。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的某一選定相位點時在傳播方向上的聲速。群速度是指傳播聲波的包絡上具有某種特征（如幅值最大）的點上沿傳播方向上的聲速。群速度是波群的能量傳播速度。第6章 常用無損檢測方法（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的彈性性質、密度和泊松比決定

12、的，而與頻率無關，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。同一固體介質中，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。第6章 常用無損檢測方法 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，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方面：一是聲束的擴散；二是由于材料中的晶?；蚱渌⑿☆w粒引起聲波的散射；三

13、是介質的吸收。在超聲檢測中，談到超聲波在材料中的衰減時，通常關心的是散射衰減和吸收衰減，而不包括擴散衰減。對于平面波來說，聲壓幅值衰減規(guī)律可用下式表示：xppe0（6-10）第6章 常用無損檢測方法 介質中超聲波的衰減系數(shù)與超聲波的頻率關系密切，通常情況下，衰減系數(shù)隨頻率的增高而增大。將式(6-10)兩邊取對數(shù)可轉換為以下關系式：)dB/mm(lg2010ppx（6-11）此時，的單位為dBmm(分貝毫米)。在超聲檢測中，直接可測量的量是兩個聲壓比值的分貝數(shù)。因此衰減系數(shù)可通過超聲波穿過一定厚度（x）材料后聲壓衰減的分貝（dB）數(shù)進行測量，將衰減量(dB)除以厚度即為衰減系數(shù)。第6章 常用無損

14、檢測方法 6.1.3 超聲波在介質中的傳播特性超聲波在介質中的傳播特性1.超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射如圖6-7所示，當超聲波垂直入射到兩種介質的界面時，一部分能量透過界面進入第二種介質，成為透射波(聲強為It)，波的傳播方向不變；另一部分能量則被界面反射回來，沿與入射波相反的方向傳播，成為反射波(聲強為Ir)。聲波的這一性質是超聲波檢測缺陷的物理基礎。第6章 常用無損檢測方法 圖6-7 超聲波垂直入射于平界面的反射與透射 第6章 常用無損檢測方法 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

15、t?？梢宰C明，r和t的數(shù)學表達式為：12120rZZZZppr（6-12）1220t2ZZZppt（6-13）式中：Z1為第一種介質的聲阻抗；Z2為第二種介質的聲阻抗。第6章 常用無損檢測方法 為了研究反射波和透射波的能量關系，引入聲強反射率R和聲強透射率T兩個量。R為反射波聲強(Ir)和入射波聲強(I0)之比；T為透射波聲強(It)和入射波聲強(I0)之比。2121220rZZZZrIIR21221202210t4ZZZZPZPZIITt（6-14）（6-15）第6章 常用無損檢測方法 對于脈沖反射技術來說，還有一個有意義的量是聲壓往返透過率，如圖6-8所示。通常入射聲壓經(jīng)過兩種介質的界面透

16、射到試件中后，均需經(jīng)過相反的路徑（假設在工件底面的反射為全反射）再次穿過界面到第一介質中才被探頭所接收。兩次穿透界面時透射率的大小，決定著接收信號的強弱。因此，將聲壓沿相反方向兩次穿過界面時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（6-13）可得 2212121p4ZZZZttt（6-16）第6章 常用無損檢測方法 圖6-8 聲壓往返透過率 第6章 常用無損檢測方法 2.2.超聲波垂直入射到多層界面上時的反射和透射超聲波垂直入射到多層界面上時的反射和透射在超聲檢測中經(jīng)常遇到超聲波進入第二種介質后，穿過第二種介質再進入第三種介質的情況。如圖6-9所示，當超

17、聲波從介質1（聲阻抗為Z1）中垂直入射到介質1和介質2（聲阻抗為Z2）的界面上時，一部分聲能被反射，另一部分透射到介質2中；當透射的聲波到達介質2和介質3（聲阻抗為Z3）的界面時，再次發(fā)生反射與透射，其反射波部分在介質2中傳播至介質2與介質1的界面，則又會發(fā)生同樣的過程。如此不斷地繼續(xù)下去，則在兩個界面的兩側，產(chǎn)生一系列的反射波與透射波。第6章 常用無損檢測方法 圖6-9 在兩個界面上的反射和透射第6章 常用無損檢測方法 3.3.超聲波傾斜入射到平界面上的反射、超聲波傾斜入射到平界面上的反射、折射和波型變換折射和波型變換當超聲波相對于界面入射點法線以一定的角度傾斜入射到兩種不同介質的界面上時，

18、在界面上會產(chǎn)生反射、折射和波型轉換現(xiàn)象，見圖6-10。入射聲波與入射點法線之間的夾角稱為入射角。第6章 常用無損檢測方法 圖6-10 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 第6章 常用無損檢測方法 1)反射 如圖6-10（a）所示，當縱波以入射角L傾斜入射到異質界面上時，將會在介質1中于入射點法線的另一側產(chǎn)生與法線成一定夾角L的反射縱波。反射波與入射點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系符合幾何光學的反射定律，即L=L。與光的反射不同的是，當介質1為固體時，界面上既產(chǎn)生反射縱波，同時又發(fā)生波型轉換并產(chǎn)生反射橫波，即反射后同時產(chǎn)生縱波與橫

19、波兩種波型。這時，橫波反射角S與縱波入射角之間的關系與光學中的斯奈爾定律相同，為 S1sL1Lsinsincc（6-17）第6章 常用無損檢測方法 若入射聲波為橫波，也會產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象，見圖6-10（b)，這時橫波入射角S與橫波反射角S相等。介質1為固體時縱波反射角與橫波入射角之間的關系為 L1LS1Ssinsincc（6-18）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。當介質1為液體或氣體時，則入射波和反射波只能為縱波。SL第6章 常用無損檢測方法 2）折射當兩種介質聲速不同時，透射部分的聲波會發(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

20、質2為固體，則介質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)生波型轉換而產(chǎn)生與入射波不同波型的折射波。這時，介質2中可能同時存在縱波與橫波(見圖6-10)。折射角與入射角之間的關系符合斯奈爾定律。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。同時，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。第6章 常用無損檢測方法 3）臨界角當?shù)诙N介質中的折射波型的聲速比第一種介質中入射波型的聲速大時，折射角大于入射角。此時，存在一個臨界入射角，在這個角度下，折射角等于90。大于這一角度時，第二種介質中不再有相應波型的折射波。(1)第一臨界角。當入射波為縱波，且c

21、L2cL1時，使縱波折射角達到90的縱波入射角稱為第一臨界角，用符號表示。當縱波入射角大于第一臨界角時，第二介質中不再有折射縱波。第6章 常用無損檢測方法(2)第二臨界角。當入射波為縱波，第二介質為固體，且cS2cL1時，使橫波折射角達到90的縱波入射角為第二臨界角，用符號表示。通常在超聲檢測中，臨界角主要應用于第二介質為固體，而第一介質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，對試件進行檢測。第6章 常用無損檢測方法 (3)第三臨界角。第三臨界角是在固體介質與另一種介質的界面上，用橫波作為入射波時產(chǎn)生的。使縱波反射角達

22、到90時的橫波入射角稱為第三臨界角，用表示。4）斜入射時的聲壓反射率和透射率斜入射時反射波和透射波的聲壓關系較為復雜。但在超聲檢測中，關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，更關心的是聲壓往返透過率隨入射角度的變化。第6章 常用無損檢測方法 3.超聲波入射到曲界面上的反射和透射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的情況如圖6-11所示。平面波束與曲面上各入射點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。當曲面是球面時，反射線或其延長線匯聚于一個焦點上；反射面為圓柱

23、面時，反射線或其延長線匯聚于一條焦線上。此時，焦距F與曲面曲率半徑r的關系為 2rF （6-19）第6章 常用無損檢測方法 圖6.11 平面波入射至曲面時的反射 第6章 常用無損檢測方法 2）平面波在曲面上的折射 平面波入射到曲面上時，其折射波也將發(fā)生聚焦或發(fā)散，如圖6-12所示。這時折射波的聚焦或發(fā)散不僅與曲面的凹凸有關，而且與界面兩側介質的聲速有關。對于凹面，c1c2時發(fā)散；對于凸面，c1c2時聚焦，c1時，/4可以忽略，從而得到近場長度的簡化計算公式如下，可用于實際工作中近場長度的估算：42DN（6-23）再看圖6-13中遠場區(qū)部分的特點，圖中標有“P球”的虛線為球面波聲壓隨距離的變化曲

24、線，可以看出，距離大于3N 以后，圓盤聲源聲軸上的聲壓幅值變化與球面波的曲線非常接近。這一結論也可通過式(6-21)導出。第6章 常用無損檢測方法 當4x/D23，也就是x3N時，式（6-21）可簡化為 xSPxDPP0204（6-24）式中：S=D2/4為圓盤聲源的面積。聲壓幅值與距聲源的距離成反比，正是球面波的聲壓幅值的變化規(guī)律。第6章 常用無損檢測方法 2）指向性與擴散角 指向性與擴散角研究的是聲束在空間擴散的規(guī)律。同樣根據(jù)疊加原理，可將在空間中距聲源有一定距離的任一點的聲壓，看做是聲源上各點的輻射聲壓的疊加(見圖6-14)，從而得到聲場內(nèi)聲壓幅值的分布情況，如圖6-15所示。第6章 常

25、用無損檢測方法 圖6-14 圓盤聲源遠場中任一點的聲壓推導 第6章 常用無損檢測方法 圖6-15 圓盤聲源聲場指向性示意圖 第6章 常用無損檢測方法 超聲場中超聲波的能量主要集中于以聲軸為中心的某一角度范圍內(nèi)，這一范圍稱為主聲束。這種聲束集中向一個方向輻射的性質叫做聲場的指向性。在主聲束角度范圍以外還存在一些能量很低的、只分布于聲源附近的副瓣聲束。主聲束所包含的角度范圍可由距聲源充分遠處的聲壓分布得到。設Rs為圓形聲源的半徑，r為空間任一點M到聲源中心的距離，為M點與聲源中心的連線與聲源軸線的夾角。當滿足條件r3R2s/，也就是r3N時，聲壓幅值的表達式為 sin)sin(2),(ss10kR

26、kRJrSPrP（6-25）式中：J1為第一類第一階貝塞爾函數(shù)；S為聲源面積。第6章 常用無損檢測方法 根據(jù)上式可知，距聲源充分遠處的任一橫截面上，以聲源軸線上的聲壓為最高。這是超聲檢測中對缺陷定位的依據(jù)。同時，存在偏離軸線的若干個角度上的聲壓的幅值為零。將遠場中第一個聲壓為零的角度，稱為指向角或半擴散角，以0表示為 D22.1sin0（6-26）指向角是代表主聲束范圍的角度，反映了聲束的定向集中程度，也反映了聲束隨距離擴散的快慢。指向角越大，則聲束指向性越差，聲束擴散越快。由式(6-26)可看出，聲源的直徑越大，波長越短，則聲束指向角越小，指向性越好。第6章 常用無損檢測方法 圖6-16 圓

27、盤聲源非擴散區(qū)示意圖 第6章 常用無損檢測方法 當IdIh，于是，在被檢測試件的另一面就形成一幅射線強度不均勻的分布圖。通過一定方式將這種不均勻的射線強度進行照相或轉變?yōu)殡娦盘栔甘?、記錄或顯示，就可以評定被檢測試件的內(nèi)部質量，達到無損檢測的目的。第6章 常用無損檢測方法 圖6-35X射線檢測原理 第6章 常用無損檢測方法 2.2.射線檢測方法射線檢測方法射線檢測常用的方法是照相法，即利用射線感光材料(通常用射線膠片)，放在被透照試件的背面接受透過試件后的射線，如圖6-36所示。膠片曝光后經(jīng)暗室處理，就會顯示出物體的結構圖像。根據(jù)膠片上影像的形狀及其黑度的不均勻程度，就可以評定被檢測試件中有無缺

28、陷及缺陷的性質、形狀、大小和位置。此法的優(yōu)點是靈敏度高、直觀可靠、重復性好，是射線檢測法中應用最廣泛的一種常規(guī)方法。由于生產(chǎn)和科研的需要，還可用放大照相法和閃光照相法以彌補其不足。放大照相可以檢測出材料中的微小缺陷。第6章 常用無損檢測方法 圖6-36 X射線照相原理示意圖 第6章 常用無損檢測方法 6.2.3 射線照相檢測技術射線照相檢測技術1.照相法的靈敏度和透度計照相法的靈敏度和透度計1）靈敏度 靈敏度是指發(fā)現(xiàn)缺陷的能力，也是檢測質量的標志。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

29、中與射線平行方向的最小缺陷尺寸占試件厚度的百分數(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%100dxK（6-38）第6章 常用無損檢測方法 2）透度計 透度計又稱像質指示器。在透視照相中，要評定缺陷的實際尺寸是困難的，因此，要用透度計來做參考比較。同時，還可以用透度計來鑒定照片的質量和作為改進透照工藝的依據(jù)。透度計要用與被透照工件材質吸收系數(shù)相同或相近的材料制成。常用的透度計主要有兩種。（1）槽式透度計。槽式透度計的基本設計是在平板上加工出一系列的矩形槽，其規(guī)格尺寸如圖6-37所示。對不同厚度的工件照相，可分別采用不同型號的透度計。第6章 常用無損檢測方法 圖6-37

30、 槽式透度計示意圖 第6章 常用無損檢測方法(2)金屬絲透度計。金屬絲透度計是以一套（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成的。為區(qū)別透度計型號，在金屬絲兩端擺上與號數(shù)對應的鉛字或鉛點。金屬絲一般分為兩類，透照鋼材時用鋼絲透度計，透照鋁合金或鎂合金時用鋁絲透度計。圖6-38為金屬絲透度計的結構示意圖(圖中JB表示“機械工業(yè)部標準”)。第6章 常用無損檢測方法%100dK使用金屬絲透度計時，應將其置于被透照工件的表面，并應使金屬絲直徑小的一側遠離射線束中心。這樣可保證整個被透照區(qū)的靈敏度達到如下計算數(shù)值：（6-39）式中：為觀察到的最小金屬絲直

31、徑；d為被透照工件部位的總厚度。第6章 常用無損檢測方法 圖6-38 金屬絲透度計示意圖 第6章 常用無損檢測方法 2.2.增感屏及增感方式的選擇增感屏及增感方式的選擇由于X射線和射線波長短、硬度（見下文）大，對膠片的感光效應差，一般透過膠片的射線，大約1就能使膠片中的銀鹽微粒感光。為了增加膠片的感光速度，利用某些增感物質在射線作用下能激發(fā)出熒光或產(chǎn)生次級射線，從而加強對膠片的感光作用。在射線透視照相中，所用的增感物質稱為增感屏，其增感系數(shù)為 量時，用增感屏所需曝光產(chǎn)生相同的攝影密度時，無增感所需曝光量在攝影密度為DDK（6-40）第6章 常用無損檢測方法 1）熒光增感屏熒光增感屏是利用熒光物

32、質被射線激發(fā)產(chǎn)生熒光實現(xiàn)增感作用的，其結構如圖6-39所示。它是將熒光物質均勻地涂布在質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層組合而成的。第6章 常用無損檢測方法 圖6-39 熒光增感屏構造示意圖 第6章 常用無損檢測方法 2）金屬增感屏金屬增感屏在受射線照射時產(chǎn)生射線和二次標識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，相反還會吸收一部分軟射線。如鉛增感屏，當管電壓低于80

33、kV時，則基本上無增感作用。在生產(chǎn)實踐中，多采用鉛、錫等原子序數(shù)較高的材料作金屬增感屏，因為鉛的壓延性好，吸收散射線的能力強。第6章 常用無損檢測方法 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組合而成的，其結構如圖6-40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6-40 金屬熒光增感屏結構示意圖 第6章 常用無損檢測方法 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)品設計對檢測的要求、射線能量和膠片類型。第6章 常用無損檢測方法 3.曝光參數(shù)的選擇曝光參數(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

34、就越強，對某一物質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量有很大關系。因此，選擇射線的硬度尤為重要。例如：當一束強度為I0的射線，通過被透照厚度為d的物體后，其強度將衰減為Id(由公式（6-36）描述)；通過一厚度為x的缺陷后，其強度為Ix(由公式（6-37）描述)。IxId稱為對比度或主因襯度，即 xdxeII)(（6-41）第6章 常用無損檢測方法 假設缺陷內(nèi)為空氣，則可忽略不計。因而 xdxeII（6-42）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，以保證檢測質量。因此，射線硬度盡可能選軟些。但是，如果希望在材料的

35、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。第6章 常用無損檢測方法 2）射線的曝光量 射線的曝光量通常以射線強度I和時間t的乘積表示，即 E=It，E的單位為mCih(毫居里小時)。對X射線來說，當管壓一定時，其強度與管電流成正比。因此X射線的曝光量通常用管電流i和時間t的乘積來表示，即 E=it(6-43)其單位為mAmin(毫安分)或mAs(毫安秒)。第6章 常用無損檢測方法 在一定范圍內(nèi)，如果E為常數(shù)，則i與t存在反比關系：E=i1

36、t1=i2t2(6-44)一般在選用管電流和曝光時間時，在射線設備允許范圍內(nèi)，管電流總是取得大些，以縮短曝光時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，在空間各點的分布強度與該點到焦點的距離平方成反比(見圖6.41)。即 212221)()(LLII（6-45）第6章 常用無損檢測方法 圖6-41 曝光距離與射線強度的關系 第6章 常用無損檢測方法 3）射線照相對比度射線照片上影像的質量由對比度、不清晰度、顆粒度決定。影像的對比度是指射線照片上兩個相鄰區(qū)域的黑度差。如果兩個區(qū)域的黑度分別為D1、D2，則它們的對比度為：D=D1-D2。影像的對比度決定了在射線透照方向上可識別的細節(jié)

37、，影像的不清晰度決定了在垂直于射線透照方向上可識別的細節(jié)尺寸，影像的顆粒度決定了影像可記錄的細節(jié)最小尺寸。第6章 常用無損檢測方法 圖6-42 透照影像幾何不清晰度 第6章 常用無損檢測方法 4)焦距的選擇焦距是指從放射源(焦點)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。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6-42所示。由相似三角形關系，可以求出：bFaUg（6-46）式中：為射線源的幾何尺寸；F為焦點至膠片的距離；a為焦點至缺陷的距離；b為缺陷至膠片的距離。第6章 常用無損檢測方法 5)曝光曲線 不同管電壓下，材料厚度與曝光量的關系曲線，材料厚度d與曝光量

38、x的關系為：Cdx（6-47）式中：為吸收系數(shù)；為常數(shù)。x與d呈線性關系。若以x為縱軸，d為橫軸，當焦距一定時，則給定一個厚度d，對應于某一管電壓可以求得一個x值。用各種不同的電壓試驗時，就可以得出一組斜率逐漸變化的曲線，如圖6.43所示。第6章 常用無損檢測方法 圖6-43 材料厚度與曝光量的關系曲線 第6章 常用無損檢測方法 不同焦距下，材料厚度與管電壓的關系曲線。根據(jù)式(6-47)，由于底片黑度要求一定，所以x為一常數(shù)，如果被透照的材料固定，則d增大時必須減小。根據(jù)式（6-35）和式（6-29）知，所以管電壓要相應增大。U1（6-48）若以材料厚度d為橫軸，管電壓U為縱軸，則在一定焦距下

39、的厚度所對應的管電壓可以連成一條曲線。以不同的焦距試驗時，就可得到一組曲線，如圖6-44所示。第6章 常用無損檢測方法 圖6-44 材料厚度與管電壓的關系曲線 第6章 常用無損檢測方法 6)等效系數(shù)兩塊不同厚度的不同材料在入射強度為I0的射線源照射下，若得到相同的出射強度Ix，則稱二者為“等效”。它們的厚度之比稱為材料的“等效系數(shù)”。根據(jù)等效系數(shù)的定義，可以從一條常用材料的曝光曲線上查出另一種材料的等效厚度所對應的管電壓。第6章 常用無損檢測方法 6.2.4 常見缺陷及其影像特征常見缺陷及其影像特征 1.1.焊件中常見的缺陷焊件中常見的缺陷1 1）裂紋裂紋 裂紋主要是在熔焊冷卻時因熱應力和相變

40、應力而產(chǎn)生的，也有在校正和疲勞過程中產(chǎn)生的，是危險性最大的一種缺陷。裂紋影像較難辨認。因為斷裂寬度、裂紋取向、斷裂深度不同，使其影像有的較清晰，有的模糊不清。常見的有縱向裂紋、橫向裂紋和弧坑裂紋，分布在焊縫上或熱影響區(qū)。第6章 常用無損檢測方法 圖6-45 焊縫裂紋照片第6章 常用無損檢測方法 2 2）未焊透未焊透未焊透是熔焊金屬與基體材料沒有熔合為一體且有一定間隙的一種缺陷。在膠片上的影像特征是連續(xù)或斷續(xù)的黑線，黑線的位置與兩基體材料相對接的位置間隙一致。圖6-46是對接焊縫的未焊透照片。第6章 常用無損檢測方法 圖6-46 對接焊縫未焊透照片 第6章 常用無損檢測方法 3）氣孔 氣孔是在熔

41、焊時部分空氣停留在金屬內(nèi)部而形成的缺陷。氣孔在底片上的影像一般呈圓形或橢圓形，也有不規(guī)則形狀的，以單個、多個密集或鏈狀的形式分布在焊縫上。在底片上的影像輪廓清晰，邊緣圓滑，如氣孔較大，還可看到其黑度中心部分較邊緣要深一些(見圖6-47)。第6章 常用無損檢測方法 圖6-47 焊縫氣孔照片 第6章 常用無損檢測方法 4）夾渣 夾渣是在熔焊時所產(chǎn)生的金屬氧化物或非金屬夾雜物，因來不及浮出表面，停留在焊縫內(nèi)部而形成的缺陷。在底片上其影像是不規(guī)則的，呈圓形、塊狀或鏈狀等，邊緣沒有氣孔圓滑清晰，有時帶棱角，如圖6-48所示。第6章 常用無損檢測方法 圖6-48 焊縫夾渣照片 第6章 常用無損檢測方法 5

42、）燒穿 在焊縫的局部，因熱量過大而被熔穿，形成流垂或凹坑。在底片上的影像呈光亮的圓形(流垂)或呈邊緣較清晰的黑塊(凹坑)，如圖6-49所示。圖6-49 焊縫燒穿照片 第6章 常用無損檢測方法 2.2.鑄件中常見的缺陷鑄件中常見的缺陷1）夾雜 夾雜是金屬熔化過程中的熔渣或氧化物，因來不及浮出表面而停留在鑄件內(nèi)形成的。在膠片上的影像有球狀、塊狀或其他不規(guī)則形狀。其黑度有均勻的和不均勻的，有時出現(xiàn)的可能不是黑塊而是亮塊，這是因為鑄件中夾有比鑄造金屬密度更大的夾雜物，如鑄鎂合金中的熔劑夾渣，如圖6-50所示。第6章 常用無損檢測方法 圖6-50 鑄鎂合金中的夾雜照片 第6章 常用無損檢測方法 2）氣孔

43、 因鑄型通氣性不良等原因，使鑄件內(nèi)部分氣體排不出來而形成氣孔。氣孔大部分接近表面，在底片上的影像呈圓形或橢圓形，也有不規(guī)則形狀的，一般中心部分較邊緣稍黑，輪廓較清晰，如圖6-51所示。第6章 常用無損檢測方法 圖6-51 鑄件中的氣孔照片 第6章 常用無損檢測方法 3）針孔 針孔是指直徑小于或等于1 mm的氣孔，是鑄鋁合金中常見的缺陷。在膠片上的影像有圓形、條形、蒼蠅腳形等。當透照較大厚度的工件時，由于針孔分布在整個橫斷面，針孔投影在膠片上是重疊的，此時就無法辨認出它的單個形狀了。第6章 常用無損檢測方法 4）疏松 澆鑄時局部溫差過大，在金屬收縮過程中，鄰近金屬補縮不良，產(chǎn)生疏松。疏松多產(chǎn)生在

44、鑄件的冒口根部、厚大部位、厚薄交界處和具有大面積的薄壁處。在底片上的影像呈輕微疏散的淺黑條狀或疏散的云霧狀，嚴重的呈密集云霧狀或樹枝狀，如圖6-52所示。第6章 常用無損檢測方法 圖6-52 鑄件內(nèi)部疏松照片 第6章 常用無損檢測方法 5）裂紋 裂紋一般是在收縮時產(chǎn)生，沿晶界發(fā)展。在底片上的影像是連續(xù)或斷續(xù)曲折狀黑線，一般兩端較細，如圖6-53所示。圖6-53 鑄件裂紋照片 第6章 常用無損檢測方法 6）冷隔 冷隔由澆鑄溫度偏低造成，一般分布在較大平面的薄壁上或厚壁過渡區(qū)，鑄件清理后有時肉眼可見。在底片上的影像呈黑線，與裂紋相似，但有時可能中部細而兩端較粗。第6章 常用無損檢測方法 4.4.缺

45、陷埋藏深度的測定缺陷埋藏深度的測定根據(jù)缺陷在底片上的影像，只能判定缺陷在工件中的平面位置，也就是說，只能把缺陷位置以兩個坐標表示出來。為了確定第三個坐標，即決定缺陷所在位置的深度，必須進行兩次不同方向的照射。5.5.缺陷在射線方向上的厚度測定缺陷在射線方向上的厚度測定缺陷在射線束方向的厚度(如氣孔直徑或未焊透深度等)測定方法，可用測量缺陷在底片上的影像黑度來估計。第6章 常用無損檢測方法 6.6.表面缺陷和偽缺陷表面缺陷和偽缺陷1）表面缺陷 對于缺陷，主要應檢查工件內(nèi)部缺陷，但是各種表面缺陷在膠片上的影像和內(nèi)部缺陷的影像并沒有什么區(qū)別，表面缺陷有些是允許的。因此，在膠片上發(fā)現(xiàn)有缺陷影像后，應與

46、工件表面仔細查對，最后得出結論。第6章 常用無損檢測方法 2）偽缺陷 偽缺陷產(chǎn)生的原因很多，形狀也多種多樣，檢測人員一般憑經(jīng)驗能識別大部分偽缺陷。也就是說，對缺陷影像可根據(jù)缺陷影像的特征和產(chǎn)生的部位予以分析。此外，還可以從膠片兩側利用反光或放大鏡觀察表面是否劃傷來判斷。如仍懷疑有缺陷，則必須重照復驗。第6章 常用無損檢測方法 6.2.5 6.2.5 射線檢測及中子射線檢測簡介射線檢測及中子射線檢測簡介1.1.射線檢測的特點射線檢測的特點 射線與X射線檢測的工藝方法基本上是一樣的，但是射線檢測有其獨特的地方。(1)射線源不像X射線那樣，可以根據(jù)不同檢測厚度來調節(jié)能量(如管電壓)，它有自己固定的能

47、量，所以要根據(jù)材料厚度、精度要求合理選取射線源。(2)射線比X射線輻射劑量(輻射率)低，所以曝光時間比較長，曝光條件同樣是根據(jù)曝光曲線選擇的，并且一般都要使用增感屏。第6章 常用無損檢測方法(3)射線源隨時都在放射，不像X射線機那樣不工作就沒有射線產(chǎn)生，所以應特別注意射線的防護工作。(4)射線比普通X射線穿透力強，但靈敏度較X射線低，它可以用于高空、水下及野外作業(yè)。在那些無水無電及其他設備不能接近的部位(如狹小的孔洞或是高壓線的接頭等)，均可使用射線對其進行有效的檢測。第6章 常用無損檢測方法 2.2.中子射線照相檢測的特點中子射線照相檢測的特點中子射線照相檢測與X射線照相檢測、射線照相檢測相

48、類似，都是利用射線對物體有很強的穿透能力，來實現(xiàn)對物體的無損檢測。對大多數(shù)金屬材料來說，由于中子射線比X射線和射線具有更強的穿透力，對含氫材料表現(xiàn)為很強的散射性能等特點，從而成為射線照相檢測技術中又一個新的組成部分。第6章 常用無損檢測方法 6.2.6 6.2.6 射線的防護射線的防護1.1.屏蔽防護法屏蔽防護法 屏蔽防護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材料，屏蔽X射線和射線以密度大的物質為好，如貧化鈾、鉛、鐵、重混凝土、鉛玻璃等都可以用作防護材料。但從經(jīng)濟、方便出發(fā)，也可采用普通材料，如混凝土、巖石

49、、磚、土、水等。對于中子的屏蔽除能防護射線之外，還以特別選取含氫元素多的物質為宜。第6章 常用無損檢測方法 2.距離防護法距離防護法距離防護在進行野外或流動性射線檢測時是非常經(jīng)濟有效的方法。這是因為射線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，則它們的關系為：222112RRPP（6-49）顯然，增大R2可有效地降低劑量率P2，在無防護或護防層不夠時，這是一種特別有用的防護方法。第6章 常用無損檢測方法 3.時間防護法時間防護法 時間防護是指讓工作人員盡可能的減少接觸射線的時間，以保證檢測人員在任

50、一天都不超過國家規(guī)定的最大允許劑量當量(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為接觸射線的時間。由此可見，縮短與射線接觸時間t亦可達到防護目的。如每周每人控制在最大容許劑量0.1rem以內(nèi)時，則應有D0.1rem；如果人體在每透照一次時所接受到的射線劑量為時，則控制每周內(nèi)的透照次數(shù)N0.1，亦可以達到防護的目的。第6章 常用無損檢測方法 4.中子防護中子防護1）減速劑的選擇 快中子減速作用，主要依靠中子和原子核的彈性碰撞，因此較好的中子減速劑是原子序數(shù)低的元素如氫、水、石蠟等含氫多的物質，它們作為減速劑使用減速效果好，價格便宜，是比較理想的防護材料

51、。第6章 常用無損檢測方法 2）吸收劑的選擇 對于吸收劑要求它在俘獲慢中子時放出來的射線能量要小，而且對中子是易吸收的。鋰和硼較為適合，因為它們對熱中子吸收截面大，分別為：71barn(靶)和759barn，鋰俘獲中子時放出射線很少，可以忽略，而硼俘獲的中子95放出0.7MeV的軟射線，比較易吸收，因此常選含硼物或硼砂、硼酸作吸收劑。在設置中子防護層時，總是把減速劑和吸收劑同時考慮；如含2的硼砂(質量分數(shù)，下同)、石蠟、磚或裝有2硼酸水溶液的玻璃(或有機玻璃)水箱堆置即可，特別要注意防止中子產(chǎn)生泄漏。第6章 常用無損檢測方法 6.3渦流檢測渦流檢測6.3.1 6.3.1 渦流檢測的基本原理渦流

52、檢測的基本原理當導體處在變化的磁場中或相對于磁場運動時，由電磁感應定律可知，其內(nèi)部會感應出電流。這些電流的特點是：在導體內(nèi)部自成閉合回路，呈漩渦狀流動，因此稱之為渦流。例如，在含有圓柱導體芯的螺管線圈中通有交變電流時，圓柱導體芯中將出現(xiàn)渦流，如圖6-54所示。第6章 常用無損檢測方法 圖6-54 渦流 第6章 常用無損檢測方法 1 1渦流檢測基本原理渦流檢測基本原理當載有交變電流的檢測線圈靠近導電試件時，由于激勵線圈磁場的作用，試件中會產(chǎn)生渦流。渦流的大小、相位及流動形式受到試件導電性能的影響。渦流也會產(chǎn)生一個磁場，這個磁場反過來又會使檢測線圈的阻抗發(fā)生變化。因此，通過測定檢測線圈阻抗的變化，

53、就可以判斷出被測試件的性能及有無缺陷等。第6章 常用無損檢測方法 2 2 渦流的趨膚效應和透入深度渦流的趨膚效應和透入深度 當直流電流通過導線時，橫截面上的電流密度是均勻的。但交變電流通過導線時，導線周圍變化的磁場也會在導線中產(chǎn)生感應電流，從而會使沿導線截面的電流分布不均勻，表面的電流密度較大，越往中心處越小，尤其是當頻率較高時，電流幾乎是在導線表面附近的薄層中流動，這種現(xiàn)象稱為趨膚效應。趨膚效應的存在使感生渦流的密度從被檢材料或工件的表面到其內(nèi)部按指數(shù)分布規(guī)律遞減。在渦流檢測中，定義渦流密度衰減到其表面密度值的1e（36.8%）時對應的深度為標準透入深度，也稱趨膚深度，用符號表示，其數(shù)學表達

54、式為 f 1（6-50）第6章 常用無損檢測方法 圖6-55 幾種不同材料的標準透入深度與頻率的關系 第6章 常用無損檢測方法 圖6-56 透入半無限大導體的渦流密度與透入深度的關系 第6章 常用無損檢測方法 6.3.2 渦流檢測的阻抗分析法渦流檢測的阻抗分析法 圖6-57 線圈耦合電路 第6章 常用無損檢測方法 1 1 檢測線圈的阻抗和阻抗歸一化檢測線圈的阻抗和阻抗歸一化1）檢測線圈的阻抗設通以交變電流的檢測線圈（初級線圈）的自身阻抗為Z0，其中忽略了容抗，則 11110jjLRXRZ（6-51）當初級線圈與次級線圈（被檢對象）相互耦合時，由于互感的作用，閉合的次級線圈中會產(chǎn)生感應電流，而這

55、個電流反過來又會影響初級線圈中的電壓和電流。這種影響可以用次級線圈電路阻抗通過互感M反映到初級線圈電路的折合阻抗來體現(xiàn)，設折合阻抗為。222222M222222MeeejjXXRXRXRXXRZ（6-52）第6章 常用無損檢測方法 將次級線圈的折合阻抗與初級線圈自身的阻抗的和稱為初級線圈的視在阻抗Zs，即)(jje1e1sssXXRRXRZ（6-53）式中：為視在電阻；為視在電抗。應用視在阻抗的概念，就可認為初級線圈電路中電流和電壓的變化是由于它的視在阻抗的變化引起的，而據(jù)此就可以得知次級線圈對初級線圈的效應，從而可以推知次級線圈電路中阻抗的變化。第6章 常用無損檢測方法 2）阻抗歸一化圖6-

56、58所示的阻抗平面圖雖然比較直觀，但半圓形曲線在阻抗平面圖上的位置與初級線圈自身的阻抗以及兩個線圈自身的電感和互感有關。另外，半圓的半徑不僅受到上述因素的影響，還隨頻率的不同而變化。這樣，如果要對每個阻抗值不同的初級線圈的視在阻抗，或對頻率不同的初級線圈的視在阻抗，或對兩線圈間耦合系數(shù)不同的初級線圈的視在阻抗作出阻抗平面圖時，就會得到半徑不同、位置不一的許多半圓曲線，這不僅給作圖帶來不便，而且也不便于對不同情況下的曲線進行比較。為了消除初級線圈阻抗以及激勵頻率對曲線位置的影響，便于對不同情況下的曲線進行比較，通常要對阻抗進行歸一化處理。第6章 常用無損檢測方法 圖6-58 初級線圈的阻抗平面圖

57、 第6章 常用無損檢測方法 圖6-59 歸一化后的阻抗平面圖 第6章 常用無損檢測方法 2 有效磁導率和特征頻率有效磁導率和特征頻率1）有效磁導率在半徑為r、磁導率為、電導率為的長直圓柱導體上，緊貼密繞一螺線管線圈。在螺線管中通以交變電流，則圓柱導體中會產(chǎn)生一交變磁場，由于趨膚效應，磁場在圓柱導體的橫截面上的分布是不均勻的。于是人們提出了一個假想模型：圓柱導體的整個截面上有一個恒定不變的均勻磁場，而磁導率卻在截面上沿徑向變化，它所產(chǎn)生的磁通等于圓柱導體內(nèi)真實的物理場所產(chǎn)生的磁通。第6章 常用無損檢測方法 這樣，就用一個恒定的磁場和變化著的磁導率替代了實際上變化著的磁場和恒定的磁導率，這個變化著

58、的磁導率便稱為有效磁導率，用eff表示，同時推導出它的表達式為)j(J)j(Jj201effkrkrkr（6-54）其中，fk2。第6章 常用無損檢測方法 2）特征頻率定義使（6-54）式中貝塞爾函數(shù)變量的模為1的頻率為渦流檢測的特征頻率。其表達式為)j(kr2g21rf（6-55）對于非鐵磁性材料，(H/cm)，可得特征頻率，d為圓柱導體的直徑。10490第6章 常用無損檢測方法 圖6-60 eff與f/fg的關系曲線 第6章 常用無損檢測方法 3）渦流檢測相似律有效磁導率eff是一個完全取決于頻率比f/fg大小的參數(shù)，而eff的大小又決定了試件內(nèi)渦流和磁場強度的分布。因此，試件內(nèi)渦流和磁場

59、的分布是隨f/fg的變化而變化的。理論分析和推導可以證明，試件中渦流和磁場強度的分布僅僅是f/fg的函數(shù)。由此，可得出渦流檢測的相似律：對于兩個不同的試件，只要各對應的頻率比f/fg相同，則有效磁導率、渦流密度及磁場強度的幾何分布均相同。第6章 常用無損檢測方法 3 影響線圈阻抗的因素影響線圈阻抗的因素1）穿過式線圈的阻抗分析內(nèi)含導電圓柱體的長直載流螺線管線圈為穿過式線圈。有效磁導率的概念也是以這種線圈為基礎提出的，而且假定圓柱體的直徑d和線圈的直徑D相同。但事實上，檢測線圈和工件之間總要留有空隙以保證工件快速通過。因此有線圈填充系數(shù)=(d/D)2，90;(b)90 第6章 常用無損檢測方法

60、3）液體的毛細現(xiàn)象 把一根內(nèi)徑很細的玻璃管插入液體內(nèi)，根據(jù)液體對管子的潤濕能力的不同，管內(nèi)的液面高度就會發(fā)生不同的變化。如果液體能夠潤濕管子，則液面在管內(nèi)上升，且形成凹形，如圖6-99(a)所示；如果液體對管子沒有潤濕能力，那么管內(nèi)的液面下降，且成為凸形彎曲，如圖6-99(b)所示。這種彎曲的液面，稱為彎月面。液體的潤濕能力越強，管內(nèi)液面上升越高。以上這種細管內(nèi)液面高度的變化現(xiàn)象，稱為液體的毛細現(xiàn)象。毛細現(xiàn)象的動力為：固體管壁分子吸引液體分子，引起液體密度增加，產(chǎn)生側向斥壓強推動附面層上升，形成彎月面，由彎月面表面張力收縮提拉液柱上升。平衡時，管壁側向斥壓力通過表面張力傳遞，與液柱重力平衡。第

61、6章 常用無損檢測方法 圖6-99 毛細現(xiàn)象 第6章 常用無損檢測方法 毛細現(xiàn)象使液體在管內(nèi)上升的高度h可用下式計算：gRhcos2（6-66）式中：為液面與管壁接觸角；為液體的密度；為表面張力系數(shù)；R為細管半徑；g為重力加速度。第6章 常用無損檢測方法 4）溶液的吸光性能 有色物質溶解到溶液中時，溶液的顏色與濃度有關。濃度越高，顏色越深，即溶液對光的吸收能力越強。表示這一能力大小的物理量是吸光度。溶液的吸光度與溶液中的有色物質濃度及液層厚度的乘積成正比。第6章 常用無損檢測方法 5）溶解作用 溶劑對溶質的溶解能力通常用溶解度來衡量。所謂溶解度，是指在一定溫度下，100 g溶液里所能溶解溶質的

62、量。溶劑的溶解作用，基本遵循物質的“相似相溶”規(guī)律。第6章 常用無損檢測方法 6）乳化作用 在某物質的作用下，把原來不相溶的物質變?yōu)榭扇苄缘?，這種作用稱為乳化作用。所用這種物質叫乳化劑。例如，把水和油一起倒進容器中，靜置后就會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，形成明顯的界面。如果加以攪拌，使油分散在水中，形成乳濁液，但稍靜置，又會分成明顯的兩層。如果在容器中加入合適的乳化劑，經(jīng)攪拌混合后，可形成穩(wěn)定的乳濁液。這一類乳化劑是由具有親水基和親油基(又叫憎水基)的兩親分子構成的，它能吸附在水和油的界面上，起一種搭橋的作用，不僅防止了水和油的互相排斥，而且把兩者緊緊地連接在自己的兩端，使油和水不相分離。這樣就把滲透液變成

63、可溶性的了，經(jīng)這樣處理后的滲透液在檢測清洗時，很容易被水洗掉，保證了檢測工作的順利進行。第6章 常用無損檢測方法 2.2.液體滲透檢測原理液體滲透檢測原理 液體滲透檢測法的基本原理是依據(jù)物理學中液體對固體的潤濕能力和毛細現(xiàn)象為基礎的(包括滲透和上升現(xiàn)象)。首先將被探工件浸涂具有高度滲透能力的滲透液，由于液體的潤濕作用和毛細現(xiàn)象，滲透液便滲入工件表面缺陷中。然后將工件缺陷以外的多余滲透液清洗干凈，再涂一層吸附力很強的白色顯像劑，將滲入裂縫中的滲透液吸出來，在白色涂層上便顯示出缺陷的形狀和位置的鮮明圖案，從而達到了無損檢測的目的。第6章 常用無損檢測方法 3.3.液體滲透檢測方法液體滲透檢測方法液

64、體滲透檢測方法很多，可按不同的標準對其進行分類。按缺陷的顯示方法不同，可分為著色法和熒光法；按滲透液的清洗方法不同，可分為自乳化型、后乳化型和溶劑清洗型；按缺陷的性質不同，可分為檢查表面缺陷的表面檢測法和檢查穿透型缺陷的檢漏法；按施加檢測劑的方式不同，可分為浸泡法、刷涂法、噴涂法、流涂法和靜電噴涂法等。這里主要介紹其中的著色滲透檢測法。該方法一般分為七個基本步驟：前處理、滲透、清洗、干燥、顯像、觀察及后處理。第6章 常用無損檢測方法（1）前處理。為得到良好的檢測效果，首要條件是使?jié)B透液充分浸入缺陷內(nèi)。預先消除可能阻礙滲透、影響缺陷顯示的各種原因的操作稱為前處理。它是影響缺陷檢出靈敏度的重要基本

65、操作。輕度的污物及油脂附著等可用溶劑洗凈液清除。如果涂料、氧化皮等全部覆蓋了檢測部位的表面，則滲透液將不能滲入缺陷。材料或工件表面洗凈后必須進行干燥，除去缺陷內(nèi)殘存的洗凈液和水等，否則將阻礙滲透或者使?jié)B透液劣化。第6章 常用無損檢測方法（2）滲透。滲透就是使?jié)B透液吸入缺陷內(nèi)部的操作。為達到充分滲透，必須在滲透過程中一直使?jié)B透液充分覆蓋受檢表面。實際工作中，應根據(jù)零件的數(shù)量、大小、形狀以及滲透液的種類來選擇具體的覆蓋方法。一般情況下，滲透劑的使用溫度為1540。根據(jù)零件的不同要求發(fā)現(xiàn)的缺陷種類不同、表面狀態(tài)的不同和滲透劑的種類不同選擇不同的滲透時間，一般滲透時間為520 min。滲透時間包括浸涂

66、時間和滴落時間。對于有些零件在滲透的同時可以加載荷，使細小的裂縫張開，有利于滲透劑的滲入，以便檢測到細微的裂紋。第6章 常用無損檢測方法（3）清洗。在涂敷滲透劑并保持適當?shù)臅r間之后，應從零件表面去除多余的滲透劑，但又不能將已滲入缺陷中的滲透劑清洗出來，以保證取得最高的檢驗靈敏度。水洗型滲透劑可用水直接去除，水洗的方法有攪拌水浸洗、噴槍水沖洗和多噴頭集中噴洗幾種，應注意控制水洗的溫度、時間和壓力大小。后乳化型滲透劑在乳化后，用水去除，要注意乳化的時間要適當，時間太長，細小缺陷內(nèi)部的滲透劑易被乳化而清洗掉；時間太短，零件表面的滲透劑乳化不良，表面清洗不干凈。溶劑去除型滲透劑使用溶劑擦除即可。第6章 常用無損檢測方法（4）干燥。干燥的目的是去除零件表面的水分。溶劑型滲透劑的去除不必進行專門的干燥過程。用水洗的零件，若采用干粉顯示或非水濕型顯像工藝，在顯像前必須進行干燥；若采用含水濕型顯像劑，水洗后可直接顯像，然后進行干燥處理。干燥的方法有：用干凈的布擦干、用壓縮空氣吹干、用熱風吹干、熱空氣循環(huán)烘干等。干燥的溫度不能太高，以防止將缺陷中的滲透劑也同時烘干，致使在顯像時滲透劑不能被吸附到零件表面