【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 少和消除散射的影響。 超聲檢測(cè)方法 （ 1）儀器選擇 探傷用儀器的選擇應(yīng)從探傷對(duì)象的材料和缺陷存在的狀況來(lái)考慮，如果儀器選得不正確，不但導(dǎo)致不可靠的探傷結(jié)果，而且在經(jīng)濟(jì)上也帶來(lái)很大損失。儀器的選擇應(yīng)從選擇最適合的探頭開(kāi)始，因?yàn)樘筋^的性能是檢測(cè)缺陷的關(guān)鍵，而探傷 裝置本身則應(yīng)使探頭的性能獲得最充分地發(fā)揮。在考慮探傷操作要求的同時(shí)要決定是否需要自動(dòng)化，同時(shí)考慮選擇試塊、輔助工具和耦合介質(zhì)等。 但是也不可能對(duì)每一種探傷對(duì)象都配備相應(yīng)的裝置，實(shí)際上主要考慮重復(fù)性大的探傷材料與工件，探傷裝置的通用性要大些，甚至要為今后可能探傷的新對(duì)象留有余地。而探頭則要盡可能滿足專用的需要。當(dāng)然在自動(dòng)探傷的情況下盡量采用專用探傷裝置即使在這種情況下，儀器的部件和零件應(yīng)盡量具備互換性，以便于管理。 （ 2）探頭選擇 目前應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的超生換能器是以壓電效應(yīng)為原理的超聲換能器，它將來(lái)自發(fā) 射電路的電脈沖加到電晶片上，變成同頻率的機(jī)械振動(dòng)從而向被檢測(cè)對(duì)象輻射出超聲波。同時(shí)，他又將從聲場(chǎng)中反射回來(lái)的聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送入接收、放大電路，變?yōu)榭晒┰跓晒馄辽嫌^察和判斷的檢測(cè)信號(hào)。 探頭的基本形式是直探頭和斜探頭，直探頭主要用于發(fā)射和接收縱波，斜探頭常用的有橫波探頭、表面波探頭和板波探頭。其它各種探頭（例如聚焦探頭、組合探頭、高分辯力探頭和高溫探頭等）都可以說(shuō)是它們的變型。近年來(lái)探頭迅速發(fā)展給人們留下了深刻的印象，使人們充分認(rèn)識(shí)到探頭雖小，但它集中了大量聲學(xué)的基本問(wèn)題：如吸收衰減問(wèn)題，復(fù)合體的基本振 動(dòng)問(wèn)題、電聲能量轉(zhuǎn)換以及多層波傳導(dǎo)傳播問(wèn)題等，因此它是探傷儀的主體，而不是探傷裝置的附件。 東北電力大學(xué)畢業(yè)論文 10 探頭的選擇原則必須分清兩個(gè)問(wèn)題：即缺陷的探出和缺陷大小與位置的確定。要探出以任何形式出現(xiàn)在任何位置上的缺陷，要求探頭的聲場(chǎng)能夠以同樣的靈敏度覆蓋試驗(yàn)工件的最大范圍。但是一般來(lái)說(shuō)。指向角大時(shí)檢測(cè)靈敏度降低。 （ 3）超生檢測(cè)的主要方法： 波形判斷法（經(jīng)驗(yàn)法） 應(yīng)用最廣泛的是 A 掃描顯示型超聲脈沖反射式檢測(cè)儀。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的超聲檢測(cè)實(shí)踐，許多超聲檢測(cè)人員對(duì)其大量接觸的材料、產(chǎn)品及制造工藝有充分的了解，并通過(guò)大量的解剖分析驗(yàn)證，積 累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，在檢測(cè)時(shí)能通過(guò) A 掃描顯示型超聲脈沖反射式探傷儀，根據(jù)示波屏上出現(xiàn)缺陷回波時(shí)的波形形狀，例如視頻顯示或射頻顯示，起波速度，回波前沿的陡峭程度及回波后沿下降的速度（下降斜率），波尖形狀，回波占寬以及移動(dòng)探頭時(shí)缺陷回波的變化情況（波幅、位置、數(shù)量、形狀、動(dòng)態(tài)包絡(luò)等），還可以根據(jù)觀察多次底波的次數(shù)，底波高度損失情況，再根據(jù)缺陷在被檢件中的位置，分布情況，缺陷的當(dāng)量大?。ㄅc反射率有關(guān)），延伸情況，結(jié)合具體產(chǎn)品、材料的特點(diǎn)和制造工藝作出綜合判斷，評(píng)估出缺陷的種類和性質(zhì)。有時(shí)還可以通過(guò)改變發(fā)射超聲波脈沖的 頻率、改變聲束直徑大?。ú扇【劢够虿捎貌煌睆降奶筋^等）來(lái)觀察缺陷的回波變化特征，從而識(shí)別是材料中的冶金缺陷還是組織反射。 在這方面已經(jīng)有不少經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和資料報(bào)道，例如判斷鋼鍛件中的白點(diǎn)、夾雜物、殘余縮孔、粗晶、中心疏松、方框形偏析，以及焊縫中的氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋等等。 必須指出，這種判斷方法在很大程度上依賴超聲檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平和對(duì)特定產(chǎn)品、材料及制造工藝的充分了解，其局限性是很大的，難以推廣成為通用的評(píng)定方法。此外，作為 A 掃描顯示的缺陷回波所顯示的缺陷信息也極其有限，主要顯示的是 波幅大小、位置和回波包絡(luò)形狀，而缺陷對(duì)超聲響應(yīng)的相位、頻譜等重要信息則無(wú)法顯示出來(lái)，但是后兩者與缺陷性質(zhì)和種類有著密切關(guān)系，這也正是廣大超聲檢測(cè)人員致力研究探索的問(wèn)題。 超聲檢測(cè)方法還有：脈沖反射法與穿透法、直接接觸法與液浸法、探頭與工件的耦合。 超聲檢測(cè)新技術(shù) 電磁超聲檢測(cè) 當(dāng)金屬材料處于毛面狀態(tài)、高溫狀態(tài)以及具有氧化皮表面時(shí)，采用常用的壓電換能器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)比較困難，這是由于很難實(shí)現(xiàn)正常的聲耦合。 李洋：無(wú)損檢測(cè)技 術(shù)與發(fā)展研究 11 在接觸法超聲檢測(cè)時(shí)，毛面需要加工打磨，以符合一定表面粗糙度的要求。而高溫狀態(tài)又往往是壓電 晶片即使在居里點(diǎn)一下也很難正常工作。液浸法雖對(duì)部分毛面探傷有所改善，但對(duì)高溫狀態(tài)由于工件使液體汽化也難以應(yīng)用。 電磁超聲有可能用來(lái)解決上述各種問(wèn)題，他的依據(jù)是電磁學(xué)與超聲學(xué)的結(jié)合，它綜合了電磁感應(yīng)和金屬中超聲波產(chǎn)生等一些基本原理而或得的。 與渦流檢測(cè)法相同，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)金屬表面有一個(gè)通用交變電流的線圈存在時(shí)，金屬表面將產(chǎn)生渦流，他的頻率與線圈內(nèi)電流的頻率相一致。 目前用的比較好的電磁超聲換能器的頻率為 2MHz，發(fā)出 SH 橫波，折射角為 450，采用信號(hào)均值法來(lái)降低噪聲、提高信噪比。信號(hào)處理設(shè)備中預(yù) 處理單元的才樣頻率為20MHz。在核電站中在役檢測(cè)奧氏體不銹鋼焊縫時(shí)去得了令人滿意的結(jié)果。 奧氏體不銹鋼焊縫的超聲檢測(cè) 奧氏體不銹鋼焊縫由于晶粒粗大和各向異性，不能采用一般的超聲方法進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。但是由于奧氏體不銹鋼的斷裂韌性高，抗蠕變性能和抗腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，在個(gè)工業(yè)部門中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是在核電站核化工廠，奧氏體不銹鋼焊縫常常都用在各種機(jī)械部件的重要部位。為了確保安全，超聲檢測(cè)往往又是必不可少的。 80年代初，國(guó)際焊接學(xué)會(huì)為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，建立了奧氏體焊縫超聲檢測(cè)工作組，積極開(kāi)展 國(guó)際合作， 1986 年國(guó)際焊接學(xué)會(huì)出版了第一本《奧氏體焊縫超聲檢測(cè)手冊(cè)》，為奧氏體不銹鋼焊縫超聲檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用提供了必要的指導(dǎo)。 奧氏體不銹鋼焊縫對(duì)超聲來(lái)說(shuō)是一種彈性非均質(zhì)材料，這種非均質(zhì)性顯著影響超聲波在工件中的傳播。彈性非均質(zhì)材料具有方向性，傳聲時(shí)晶界散射較大，但彈性非均勻程度本身還不能單獨(dú)作為傳聲性能好壞的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)；另一個(gè)重要因素是晶粒大小，只有當(dāng)晶粒尺寸達(dá)到一定程度時(shí)，它的聲散射才會(huì)嚴(yán)重到影響超聲的正常檢測(cè)。因此材料的彈性非均質(zhì)性是影響超聲檢測(cè)的基本因素；而晶粒大小則是影響超聲檢測(cè)的必要條件。 超聲波檢測(cè)發(fā)展趨勢(shì) 隨著微計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，超聲檢測(cè)儀器和檢測(cè)方法都得到了迅速的發(fā)展，使超聲檢測(cè)的應(yīng)用更為普及。目前，微計(jì)算機(jī)在超聲檢測(cè)中已能夠完成數(shù)據(jù)采集、信息處理、過(guò)程控制和記錄存儲(chǔ)等多種功能。許多超聲檢測(cè)儀器都把微處理機(jī)作為一個(gè)部件而組裝在一起，去執(zhí)行處理數(shù)據(jù)和圖像的任務(wù)。一些全電腦對(duì)話式超聲波探傷儀，可在屏幕上同時(shí)顯示回波曲線和檢測(cè)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)儀器調(diào)整狀態(tài)、缺陷波型和各種操作功能；用打印機(jī)輸出可供永久記錄的各種數(shù)據(jù)和圖形資料，并直接由計(jì)算機(jī)編制測(cè)試報(bào)告。 在冶金廠鋼板、鋼帶、型材和管材的自動(dòng)軋制生產(chǎn) 線上，計(jì)算機(jī)對(duì)超聲檢測(cè)進(jìn)行自東北電力大學(xué)畢業(yè)論文 12 動(dòng)化程序控制。它控制多通道超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，能同時(shí)進(jìn)行探傷和測(cè)厚，并根據(jù)指定的判斷標(biāo)準(zhǔn)處理數(shù)據(jù)，做出關(guān)于缺陷長(zhǎng)度、面積、位置和分布情況的報(bào)告，有的還應(yīng)用了 B掃描、 C 掃描和圖像識(shí)別技術(shù)，進(jìn)一步分析缺陷的性質(zhì)，并控制噴標(biāo)裝置動(dòng)作，在缺陷處噴漆標(biāo)記。 超聲檢測(cè)是無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域中應(yīng)用和研究最活躍的方法之一。例如，用聲速測(cè)定法評(píng)估灰鑄鐵的強(qiáng)度和石墨含量，超聲衰減和阻抗測(cè)定法確定材料的性能，用超聲波衍射和臨界反射法檢測(cè)材料的機(jī)械性能和表層深度，用棱邊波法、表面波法和聚焦探頭法對(duì)缺陷定量的研究， 用超聲顯像法和超聲頻譜分析法的進(jìn)展和應(yīng)用，用多頻探頭去對(duì)奧氏體不銹鋼厚焊縫的檢測(cè)，用超聲測(cè)定材料內(nèi)應(yīng)力的研究，特殊波型例如用管波模式檢測(cè)管材的研究，采用自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同類型缺陷的波形特征進(jìn)行識(shí)別和分類，噪聲信號(hào)超聲檢測(cè)法，超高頻超聲檢測(cè)法、寬頻窄脈沖超聲檢測(cè)法，以及新型生源的研究例如用激光來(lái)激發(fā)和接收超聲的方法和各種新型超聲檢測(cè)儀器的研究等，都是比較典型和集中的研究方向。 李洋：無(wú)損檢測(cè)技 術(shù)與發(fā)展研究 13 3 射線檢測(cè) 射線檢測(cè)的基本原理 射線檢測(cè)的基本原理是：當(dāng)射線透過(guò)被檢物體時(shí)，有缺陷部位 (如氣 孔、非金屬夾雜物等 )與無(wú)缺陷部位對(duì)射線吸收能力不同（以金屬物體為例，缺陷部位所含空氣或非金屬夾雜物對(duì)射線的吸收能力大大低于金屬對(duì)射線的吸收能力），透過(guò)有缺陷部位的射線強(qiáng)度高于無(wú)缺陷的射線強(qiáng)度，因而可以通過(guò)檢測(cè)透過(guò)工件后的射線強(qiáng)度的差異，來(lái)判斷工件中是否存在缺陷。目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、靈敏度比較高的射線檢測(cè)方法是射線強(qiáng)度，在 X 射線感光照片上對(duì)應(yīng)的有缺陷部位將接受較多的射線，從而形成黑度較大的缺陷影像。 射線是一種電磁波，它與無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線等本質(zhì)相同，具有相同的傳播速度，但頻率與波長(zhǎng)則不同。射 線的波長(zhǎng)短、頻率高，因此它有許多可見(jiàn)光不同的性質(zhì)： （ 1）不可見(jiàn)，依直線傳播。 （ 2）不帶電荷，因此不受電場(chǎng)和磁場(chǎng)影響。 （ 3）能透過(guò)可見(jiàn)光不能透過(guò)的物質(zhì)。 （ 4）與可見(jiàn)光同樣有反射、干涉、繞射、折射等現(xiàn)象，但這些現(xiàn)象又與可見(jiàn)光有區(qū)別，如 X射線只有漫反射，不能產(chǎn)生如可見(jiàn)光那樣的鏡面反射。 （ 5）能使物質(zhì)產(chǎn)生光電子及反跳電子、以及引起散射現(xiàn)象。 （ 6）能被物質(zhì)吸收產(chǎn)生熱量。 （ 7）能使氣體電離。 （ 8）能使某些物質(zhì)起光化學(xué)作用，使照相膠片感光，又能使某些物質(zhì)發(fā)生熒光。 （ 9）能產(chǎn)生生物效應(yīng)、傷害及殺死有生命的 細(xì)胞。 射線檢測(cè)的種類： X射線與γ射線、α射線β射線、中子射線，其中 X射線與γ射線最常用。 射線的特性： X 射線、γ射線和中子射線都可用于固體材料的無(wú)損檢測(cè)，現(xiàn)將其共性與各自的特性分?jǐn)?shù)如下： 具有 X 射線和γ射線隨被穿透物質(zhì)原子序數(shù)的增大而逐漸減弱，輕元素（即原子序數(shù)小的元素）對(duì)中子射線吸收系數(shù)特別大，如氫、硼一類稀土元素和鎘等；鐵、鉛等重元素對(duì)中子的吸收系數(shù)反而小。其次，對(duì)同一元素的不同同位素，中子的質(zhì)量吸收系數(shù)也差別很大。正是由于這些吸收系數(shù)的差異，使中子照相具有不同于 X射線和γ射線檢東北電力大學(xué)畢業(yè)論文 14 測(cè)的某些特點(diǎn)，可以彌 補(bǔ)前兩者的不足，換言之，上述各條又是不同檢測(cè)技術(shù)相互補(bǔ)充的理論依據(jù)。 因射線具有一定能量，當(dāng)穿過(guò)某些氣體是與其分子發(fā)生作用而電離，能產(chǎn)生生物效應(yīng)，殺死有生命的細(xì)胞，特別是中子射線，它具有比 X 射線和γ射線更強(qiáng)的殺傷力。 射線的衰減特性：射線對(duì)物質(zhì)的作用理論上有 12 種效應(yīng)，其中主要有 4種： 1）光電效應(yīng)； 2）瑞利散射； 3）康普頓效應(yīng)； 4）電子對(duì)生成。能量較小時(shí)、前兩種效應(yīng)比較重要，電子對(duì)生成效應(yīng)僅當(dāng)能量大于 1MeV 時(shí)才開(kāi)始顯著。各種效應(yīng)還隨物質(zhì)原子序數(shù)的不同而改變，原子序數(shù)低、效應(yīng)弱，原子序數(shù)高、效應(yīng)強(qiáng)。 上述集 中效應(yīng)造成射線能減弱，其原因是物質(zhì)對(duì)射線的吸收與散射，射線被吸收時(shí)其能量轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问剑鐭崮?。散射則使射線的傳播方式改變。 X 射線檢測(cè)的基本原理和方法 檢測(cè)原理 X 射線檢測(cè)原理是：當(dāng)射線通過(guò)被檢物體時(shí)，有缺陷部位（如氣孔、非金屬夾雜）與無(wú)缺陷部位對(duì)射線吸收能力不同，一般情況是透過(guò)有缺陷部位的射線強(qiáng)度高于無(wú)缺陷部位的射線強(qiáng)度，因而可以通過(guò)檢測(cè)透過(guò)被檢物體后的射線強(qiáng)度的差異，來(lái)判斷被檢物體中是否有缺陷存在。 換言之，強(qiáng)度均勻的射線照射被檢測(cè)的物體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生能量的衰減，其衰減程度與射 線的能量（波長(zhǎng)）、被穿透物質(zhì)的質(zhì)量，厚度及密度有關(guān)。如果被照物體是均勻的，射線穿過(guò)物體衰減后的能量只與其厚度有關(guān)。 當(dāng)物體內(nèi)有缺陷時(shí)，在缺陷部位穿過(guò)射線的程度則不同。最終得到不同強(qiáng)度的射線。如將這不同能量進(jìn)行照相或轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)指示、記錄或顯示，就可以評(píng)定材料質(zhì)量，從而達(dá)到無(wú)損檢測(cè)的目的。 檢測(cè)方法 目前工業(yè)上主要有照相法、電離檢測(cè)法、熒光屏直接觀察法、電視觀察法等方法。 （ 1）照相法 照相法是將感光材料（膠片）置于被檢測(cè)試件后面，來(lái)接收透過(guò)試件的不同強(qiáng)度的射線，因?yàn)槟z片乳劑的攝影作用于感受到的射 線強(qiáng)度有直接的關(guān)系，經(jīng)過(guò)暗室處理后就會(huì)得到透照影像，根據(jù)影像的形狀、大小和位置。 照相法靈敏度高，直觀可靠，重復(fù)性好，是最常用的方法之一。 （ 2）電離檢測(cè)法 李洋：無(wú)損檢測(cè)技 術(shù)與發(fā)展研究 15 當(dāng)射線通過(guò)氣體時(shí)，與氣體分子撞擊使其失去電子而電離，生成正離子，有的氣體分子得到電子而生成負(fù)離子，此即氣體的電離效應(yīng)。氣體的電力效應(yīng)將產(chǎn)生電離電流，電離電流的大小與射線的強(qiáng)度有關(guān)。如果讓透射試件的 X射線再通過(guò)電離室進(jìn)行射線強(qiáng)度測(cè)量，便可根據(jù)電離電流的大小來(lái)判斷試件的完整性。這種方法自動(dòng)化程度高，成本低，但對(duì)缺陷性質(zhì)的判別較困難。只適用于形狀簡(jiǎn)單，表面平 整的工件，一般應(yīng)用較少，但可制成專用設(shè)備。 射線的防護(hù) 射線防護(hù)是通過(guò)采取適當(dāng)措施，減少射線對(duì)工作人員和其它人員的照射劑量。從各方面把射線劑量控制在國(guó)家規(guī)定的允許劑量標(biāo)準(zhǔn)（ 1x103Sv/周）以下，以避免超劑量照射和減少射線對(duì)人體的影響。射線防護(hù)主要有屏蔽防護(hù)、距離防護(hù)和時(shí)間防護(hù)三種防護(hù)方法： （ 1）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對(duì)人體的傷害，這是外照射防護(hù)的主要方法。一般根據(jù) X射線與屏蔽物的相互作用來(lái)選擇防護(hù)材料，屏蔽 X射線和γ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(duì)于中子的屏蔽除防護(hù)γ射線之外，還以特別選取含氫元素多的物質(zhì)為宜。 （ 2）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(cè)時(shí)是非常經(jīng)濟(jì)有