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1、安全检测技术安全检测技术 第第 6 6 章章本文由萧 c 一郎贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。第 6 章 生产装置安全检测第 6 章 生产装置安全检测6.1 超声检测技术 6.2 射线检测技术 6.3 磁粉检测技术 6.4红外检测与红外诊断技术 红外检测与红外诊断技术 6.5 设备故障专家诊断技术第 6 章 生产装置安全检测6.1 超声检测技术6.1.1 超声检测技术概述 1 超声检测的基础知识 1) 超声波的产生与接收 超声波的产生是把电能转变为超声能的过程， 它利用 的是压电材料的逆压电效应，目前在超声检测中普遍应用的 产生超
2、声波的方法是压电法。压电法利用压电材料施加交变 电压，它将发生交替的压缩或拉伸，由此而产生振动，振动 的频率与交变电压的频率相同。当施加在压电晶体上的交变 电压频率在超声波频率范围内时，产生的振动就是超声波振 动。如果把这种振动耦合到弹性介质中，那么在弹性介质中 传播的波就是超声波。第 6 章 生产装置安全检测 2) 超声波的种类 超声波在介质中传播有不同的方式，波型不同，其振 动方式不同，传播速度也不同。空气中传播的声波只有疏 密波，声波的介质质点的振动方向与传播方向一致， 叫做 纵波。可在固体介质中传播的波除了纵波外还有剪切波， 又叫横波。此外，还有在固体介质的表面传播的表面波和 薄板中传
3、播的板波。 在超声检测中， 直探头产生的是纵波， 斜探头产生的 是横波。第 6 章 生产装置安全检测 3)波速 声波在介质中是以一定的速度传播的，在空气中的声速 为 340m/s ， 水 中 的 声 速 为 1500m/s ， 钢 中 纵 波 的 声 速 为 5900m/s，横波的声速为3230m/s，表面波的声速为 3007m/s。 声速是由传播介质的弹性系数、密度以及声波的种类决定的， 它与频率和晶片没有关系。横波的声速大约是纵波声速的一 半，而表面波声速大约是横波的 0.9。第 6 章 生产装置安全检测 4)波的透射、反射与折射 当超声波从一种介质传播到另一种介质时，若垂直入射， 则只有
4、反射和透射。反射波与透射波的比率取决于两种介质 的声阻抗。例如当钢中的超声波传到底面遇到空气界面时， 由于空气与钢的声速和密度相差很大，超声波在界面上接近 100的反射，几乎完全不会传到空气中(只传出来约 0.002 )，而钢同水接触时，则有 88的声能被反射，有 12的 声能穿透进入水中。计算声压反射率 R 和声压透射率 D 的公 式为Z 2 ? Z1 R= Z 2 + Z1（6-1）第 6 章 生产装置安全检测2Z 2 D= Z 2 + Z1式中：Z1、Z2 为两种介质的声阻抗。（6-2）当倾斜入射时，除反射外，投射波会发生折射现象， 同时伴随有波形转换。假如介质为液体、气体时，反射波 和
5、折射波只有纵波。 斜探头接触钢件时，因为两者都是固体，所以反射波 和折射波都存在纵波和横波，如图 6-1 所示。第 6 章 生产装置安全检测图 6-1 固体和固体间的折射和反射第 6 章 生产装置安全检测 图中：i入射角；反射角；折射角。 此时，反射角和折射角的大小由两种介质中的声速决定。 折射角的计算公式为sin L sin L sin s = = C1 CL2 CS 2式中：C1入射波声速; 入射角; 反射角; L纵波； S横波。（6-3）第 6 章 生产装置安全检测 2.超声检测的优点 (1)适应范围广。无论是金属、非金属，还是复合材料都 可应用超声波进行无损检测。 (2)不会对工件造成
6、损坏。施加给工件的超声强度低，最 大作用应力远低于弹性极限，不会对工件使用造成任何影响。 (3）仅需从一侧接近被检工件，便于复杂形状工件的检 测。 (4）穿透能力强、灵敏度高。能够检验极厚部件，不适 宜检验较薄的工件，能够检出微小不连续性缺陷，对面积型 缺陷的检出率较高，而对体积型缺陷的检出率较低。 (5）对确定内部缺陷的大小、位置、取向、埋深、性质 等参量较之其他无损检测方法有综合优势。第 6 章 生产装置安全检测 (6）检验成本低、速度快，能快速自动检测。 (7）检测仪器体积小，质量轻，现场使用较方便。 (8）对人体及环境无害。第 6 章 生产装置安全检测 3.超声检测技术的局限性 超声检
7、测技术的局限性 超声检测技术也有一定的局限性。检测条件会限制超声 技术的应用，特别在涉及以下因素之一时： (1）试件的几何形状(尺寸、外形、表面粗糙度、复杂 性及不连续性取向)不合适；(2）不良的内部组织(晶粒尺寸、结构孔隙、夹杂物含 量或细小弥散的沉淀物)。第 6 章 生产装置安全检测 6.1.2 超声检测的方法 1超声检测的基本方法 1）脉冲反射法 脉冲反射法是目前应用最为广泛的一种超声波检测法。 它的探伤原理是：将具有一定持续时间和一定频率间隔的超 声脉冲发射到被测工件上，当超声波在工件内部遇到缺陷时， 就会产生反射，根据反射信号的时差变化及在显示器上的位 置就可以判断缺陷的大小及深度。
8、图 6-2 为脉冲反射法原理图。第 6 章 生产装置安全检测图 6-2 脉冲反射法原理图第 6 章 生产装置安全检测 2）共振法 若某一频率可调的声波在被测工件内传播，当工件的厚 度是超声波的半波长的整数倍时，将引起共振，检测仪器会 显示出共振频率。利用相邻的两个共振频率之差，按下式可 计算出被测工件的厚度：c c = = = 2 2 f 0 2( f m ? f m ?1 )式中：f0工件的固有频率; fm、fm-1相临两共振频率; 被检工件的声速； 波长; 工件厚度。第 6 章 生产装置安全检测 3）穿透法 穿透法又叫透射法，它是根据脉冲波穿透工件后的能 量变化来判断工件缺陷情况的。穿透法
9、检测可以用连续波， 也可以用脉冲波，常使用两个探头，分别用于发射和接收 超声波，这两个探头被放置在工件两侧。若工件内无缺陷， 超声波穿透工件后衰减较小，接收到的超声波较强；若超 声波在传播的路径中存在缺陷，则超声波在缺陷处就会发 生反射或折射，并部分或完全阻止超声波到达接收探头。 这样，根据接收到超声波能量的大小就可以判断缺陷位置 及大小。第 6 章 生产装置安全检测 穿透法的优点是适于探测较薄工件的缺陷和检测超声 衰减大的匀质材料工件；设备简单，操作容易，检测速度 快；对形状简单、批量较大的工件容易实现连续自动检测。穿透法的缺点是不能探测缺陷的深度；不能检测小缺 陷，探伤灵敏度较低；对发射探
10、头和接收探头的位置要求 较高。穿透检测法灵敏度低，也不能对缺陷定位。第 6 章 生产装置安全检测 4）接触法 接触法就是利用探头与工件表面之间的一层薄的耦合 剂直接接触进行探伤的方法。耦合剂主要起传递超声波能 量的作用。耦合剂要求具有较高的声阻抗且透声性能好， 一般为油类，如硅油、甘油、机油。图 6-3 为接触法探伤原 理图。第 6 章 生产装置安全检测图 6-3 接触法探伤原理图第 6 章 生产装置安全检测 5）液浸法 液浸法就是将探头与工件全部浸入液体，或将探头与工 件之间局部充以液体进行探伤的方法。液体一般用水，故又 称水浸法。用液浸法纵波探伤时，当超声束达到液体与工件 的界面时会产生界
11、面波，如图 6-4 所示。由于水中声速是钢 中声速的 1/4，声波从水中入射钢件时，产生折射后波束变 宽。为了提高检测灵敏度，常用聚焦探头。第 6 章 生产装置安全检测图 6-4 液浸法探伤第 6 章 生产装置安全检测 2超声波探伤仪 1）型显示探伤仪 型显示探伤仪可使用一个探头兼作收发，也可使用两 个探头，一发一收，使用的波型可以是纵波、横波、表面波 和板波。多功能的型显示探伤仪还有一系列附加电路系统， 如时间标距电路、自动报警电路、闸门选择电路、延迟电路 等。第 6 章 生产装置安全检测 2）B 型显示探伤仪 在 A 型显示探伤中，横轴为时间轴，纵轴为信号强度。 若将探头移动距离作横轴，探
12、伤深度作纵轴，可绘制出探伤 体的纵截面图形，这种方式称为型显示方式。在型显示 中，显示的是与扫描声束相平行的缺陷截面。 型显示不能描述缺陷在深度方向的扩展。当缺陷较大 时，大缺陷后面的小缺陷的底面反射也不能被记录。 若将一系列小的晶片排列成阵，并依次通过电子切换来 代替探头的移动，即为移相控制式或相控阵式探头，它们被 广泛用于型扫描显示和一些其他扫描方法中。近年来， 型扫描显示已经在电脑式探伤仪中通过型扫描程序得以实 现。第 6 章 生产装置安全检测 3）C 型显示探伤仪 C 型显示探伤仪使探头在工件上纵横交替扫查，把在探 伤距离特定范围内的反射作为辉度变化并连续显示，可绘制 出工件内部缺陷的
13、横截面图形。这个截面与扫描声束相垂直。 示波管荧光屏上的纵、横坐标，分别代表工件表面的纵、横 坐标。 若将型和型显示两者结合起来，便可同时显示被检 测部位的侧面图和顶视图，此种方法被称为复二维显示方式。 在复二维显示中，常用多笔放电式记录仪描绘图形。第 6 章 生产装置安全检测 4）连续波探伤仪 对时间而言，连续波探伤仪发射的是连续的且频率不 变（或在小范围内周期性频率微调）的超声波。其结构比 脉冲波探伤仪简单，主要由振荡器、放大器、指示器和探 头组成。检测灵敏度较低，可用于某些非金属材料检测。第 6 章 生产装置安全检测 5）调频波探伤仪 对时间而言，调频波探伤仪周期性地发射连续的频率可 调
14、的超声波，其工作原理与调频雷达类似，主要由调频器、 振荡器、混频器、低频放大器和探头组成，由电表、耳机、 喇叭或频率计指示。当调频波进入工件并由缺陷返回后，其 反射波与发射波的频率不同，经过混频器输出二者的差频， 由指示器显示。此类仪器现在已很少使用。第 6 章 生产装置安全检测 3.采用超声波检测技术时应注意的事项 采用超声波检测技术时应注意的事项 1）检测条件的选择 在进行超声波检测之前，应了解被检工件的材料特性、 外形结构和检测技术要求；熟悉工件在加工的各个过程中可 能产生的缺陷和部位，以作为分析缺陷性质的依据。第 6 章 生产装置安全检测 2）检测仪的选择 超声波检测仪是超声波检测的主
15、要设备。目前国内外检 测仪种类繁多，性能也各不相同。使用时应优先选用性能稳 定、重复性好、可靠性高的仪器。此外，检测前也应根据探 测要求和现场条件来选择检测仪： （1）对于定位要求高的情况，应选择水平线性误差小 的仪器； （2）对于定量要求高的情况，应选择垂直线性好、衰 减器精度高的仪器；第 6 章 生产装置安全检测 （3）对于大型零件的检测，应选择灵敏余量低、信噪 比高、功率大的仪器； （4）为了有效地发现表面缺陷和区分相邻缺陷，应选 择盲区小、分辨率好的仪器； （5）对于室外现场检测，应选择重量轻、荧光屏亮度 好、抗干扰能力强的便携式检测仪。第 6 章 生产装置安全检测 3）探头的选择 根
16、据检测目的和技术条件选择合适的探头，从探头的 形式、探头的频率以及探头的晶片尺寸三个方面选择。 在选择探头频率时应注意：对同种材料而言，频率愈 高，超声衰减愈大；对同一频率而言，晶粒愈粗，衰减愈 大。对于细晶粒材料，选用较高频率可提高检测灵敏度， 因为频率高，波长短，检测小缺陷的能力强，同时频率愈 高，指向性愈好，可提高分辨力，并能提高缺陷的定位精 度。但是，提高频率会降低穿透能力和增大衰减，因此， 对粗晶和不致密材料及厚度大的工件，应选用较低的探测 频率。第 6 章 生产装置安全检测 4)检测方法和耦合剂的选择 应针对工件的具体情况选择合适的检测方法，常用的检 测方法有：脉冲反射法、共振法、穿透法、接触法和液浸法。 探头与试件的耦合方式有：液体耦合、空气耦合等。另 外，在一些特殊条件（如高温）下，还需要选择特殊的耦合 剂。 对于应用最多的液体耦合，影响声耦合的主要因素有：
