无损检测技术的原理及优缺点

无损检测技术的原理及优缺点

陈伟

盛虹炼化（连去港）有限公司

本文介绍当前常规无损检测技术：包括射线、超声波、磁粉、渗透、TOFD等技术，并对各项检测技术的工作原理、优缺点进行论述。

无损检测定义：在不损检测对象的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对检测对象的内部及表面的结构、性质或状态进行检查和测试，并对其结果进行分析和评价。

随着现代工业的发展，对产品质量和结构安全性，使用的可靠性提出了越来越高的要求。作为一种有效的检测手段，无损检测在我国已广泛应用于经济建设的各个领域，例如特种设备的制造和在用检验、机械、石化化工，航空航天，船舶，电力，核工业等，尤其是在保证承压类设备产品质量和使用安全方面，无损检测技术显得特别重要。

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1. 射线检测技术的原理：射线在穿透物体过程中会与物质发生相互作用，因吸收和散射而使强度减弱，强度减弱的程度取决于物质的衰减系数和射线在物质中穿越厚度。如果被检试件的局部存在缺陷，构成缺陷物质的衰减系数又不同于试件，那么缺陷处透过射线强度就会与周围产生差异，把胶片放在适当位置使其在透过射线的作用下感光，经暗室处理得到底片。

射线检测技术的优点和局限性：

1）、检测结果有直接记录-----------底片。

2）、可以获得缺陷的投影图像，缺陷定性定量比较准确。

3）、体积型缺陷检出率很高，而面积型缺陷的检出率受到多种因素影响。

4）、适宜检验较薄的工件而不适宜较厚的工件。

5）适宜检测对接焊缝，检测角焊缝效果较差，不适宜检测板材、棒材、锻件。

6）有些试件结构和现场条件不适合射线照相。

7）对缺陷在工件中厚度方向的位置及缺陷自身高度的确定比较困难。

8）射线照相检测速度慢，成本比较高且有辐射对人体有伤害。

2. 超声波检测技术的原理：声源产生的脉冲波进入到工件中，超声波在工件中以一定方向和速度向前方传播，遇到两侧声阻抗有差异的界面时，部分声波被反射，检测设备接收和显示，分析声波幅度和位置等信息，评估缺陷是否存在或存在缺陷的大小、位置等。两侧声阻抗有差异的界面可能是材料中某种缺陷（不连续），如裂纹、气孔等，也可能是工件的外表面。声波反射的程度取决于界面两侧声阻抗差异的大小、入射角度、界面的面积等等。

超声波检测技术的优点和局限性：

1）面积型缺陷的检出率较高，而体积型缺陷检出率较低。

2）适宜检验厚度较大的工件，不适宜检验较薄的工件。

3）应用范围较广，可检测焊缝、板材、锻件等。

4）检测成本低，速度快，仪器体积小，重量轻，现场使用较方便。

5）检测结果无直接见证记录，无法得到缺陷直观图像，定性困难，定量精准度不高，对工件厚度方向上的定位较准确。

6）材质、晶粒、不规则的外形和结构，会影响检测。

7）不平或粗糙的表面会影响耦合和扫查，从而检测精度 和可靠性。

3. 磁粉检测技术的原理：铁磁性材料被磁化后，其内部产生很强的磁感应强度，磁力线密度增大几百倍到几千倍，如果材料中存在不连续（包括缺陷造成的不连续和结构、形状、材质等原因造成的不连续），磁力线会发生畸变，部分磁力线有可能逸出材料表面，从空中穿过，形成漏磁场，漏磁场的局部磁极能够吸引铁磁介质，在合适的光照条件下形成目视可见的磁痕。

磁粉检测技术的优点和局限性：

1）适宜铁磁性材料检测，不能检测非铁性材料。

2）可检测出表面和近表面缺陷，不能用于检测内部缺陷。

3）检测灵敏度很高，可以发现极细小的裂纹以及其他缺陷。

4）检测成本很低，速度快，但是，工件的形状和尺寸有时对检测有影响，因其难以磁化而无法检测。

4. 渗透检测技术的原理：试件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透液后，在毛细管作用下，经过一段时间，渗透液可以渗进表面开口的缺陷中，去除表面多余的渗透液后，再在试件表面施加显像剂，同样在毛细作用下，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液回渗到显像剂中，在合适的光照条件下，缺陷处的渗透液痕迹被显示，从而探测出缺陷的形貌及分布情况。

渗透检测技术的优点和局限性：

1）渗透检测可以用于除了疏松多孔性材料外的任何种类的材料。

2）形状复杂的部件也可用渗透检测，同时存在几个方向的缺陷，用一次检测操作就可以完成，不需要大型设备，只要几个小喷灌就可以，可不用水和电。

3）可以检测表面开口缺陷，但不能检测埋藏缺陷和闭合型表面缺陷，对工件表面洁净度要求较高，检测结果往往容易受操作人员水平的影响。

4）检测工序多，速度慢，检测灵敏度比磁粉低，材料较贵，成本较高，有些材料易燃有毒。

5、TOFD（衍射时差法超声波）检测技术的原理：衍射是指波在传输过程中与界面作用而发生的不同于反射的另一种物理现象，能够绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象。当超声波作用于一条长缺陷，缺陷表面的每一个点都可以看作是一个独立的子波源，各子波源反射的超声波叠加构成反射波振面，缺陷中部的反射波接近平面波，其波振面由众多子波源反射波叠加构成，而缺陷尖端则没有叠加现象发生，尖端独立的 子波源发出的超声波即为衍射波，衍射波最重要的特点是没有明显的方向性，向各个方向散射，由于能量重新分配，因此与镜面反射相比，衍射波强度要弱得多。衍射时差法超声波检测（TOFD）：采用 一收一发探头的工作模式、主要利用缺陷端点的衍射波信号探测和测定缺陷尺寸的一种超声波检测方法

TOFD检测技术的优点和局限性：

1）TOFD技术的可靠性好，由于衍射信号波幅基本不收角度影响，任何方向缺陷都能有效发现，使该项技术具有很高的缺陷检出率。

2） TOFD技术的定量精度高，远远高于手工超声波检测（UT），一般对线性缺陷或面积性缺陷高度测量误差小于1mm。（对于力学失效来说，缺陷的自身高度比缺陷的长度更有意义）

3）TOFD检测简便快捷，配有自动和半自动装置，能够确定缺陷与探头的相对位置。

4） 当今使用的TOFD检测系统都是高效数字化仪器，完全克服了记录信号能力差的缺点，不仅能全程记录信号，长久保存数据而且能高速进行大批量信号处理。

5） TOFD技术还可以用于缺陷扩展的监控，且对裂纹高度扩展的测量精度极高，可以达到0.1mm。

TOFD技术对近表面缺陷的检测可靠性不够，一般还要求做UT和MT检测。

7）对缺陷定性比较困难，有把握区分上表面开口、下表面开口、埋藏缺陷，但难以准确判定缺陷性质 。

8） TOFD图谱识别和判读较困难，数据分析需要丰富的经验，对粗晶材料和横向缺陷检测比较困难。

9）复杂几何形状的工件检测有一定的困难，需要制定专门工艺.

10）对粗晶的奥氏体不锈钢检测信噪比较低，对点状缺陷的尺寸测量不够精准。

陈伟，1978年10月27日，男，汉，辽宁省阜新市，单位：盛虹炼化（连云港）有限公司,最高学历大专，职称：助理工程师，主要从事特种设备无损检测技术工作。