無(wú)損檢測(cè)工程技術(shù)論文

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1引言

無(wú)損檢測(cè)以不破壞被檢驗(yàn)對(duì)象的使用性能為前提，應(yīng)用多種物理原理和化學(xué)現(xiàn)象，對(duì)各種工程材料、零部件、結(jié)構(gòu)件進(jìn)行有效的檢驗(yàn)和測(cè)試，借以評(píng)價(jià)他們的完整性、連續(xù)性、安全可靠性及某些物理性能。包括探測(cè)材料或構(gòu)件中是否有缺陷，并對(duì)缺陷形狀、大小、方位、取向、分布和內(nèi)含物等情況進(jìn)行判斷；還能提供組織分布、應(yīng)力狀態(tài)以及某些機(jī)械和物理性能等信息。無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用范圍十分廣泛，已經(jīng)在機(jī)械、石油化工、造船、汽車、航空航天和核能等工業(yè)中被普遍采用。無(wú)損檢測(cè)工序在材料和產(chǎn)品的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)檢測(cè)以及質(zhì)量管理中．已經(jīng)成為一個(gè)不可缺少的重要環(huán)節(jié)[1,2]。

2無(wú)損檢測(cè)目的

2.1質(zhì)量管理

每種產(chǎn)品的使用性能、質(zhì)量水平，通常在其技術(shù)文件中都有明確的規(guī)定，均以一定的技術(shù)指標(biāo)予以表征。無(wú)損檢測(cè)的主要目的之一，就是對(duì)非連續(xù)加工(如多工序生產(chǎn))或連續(xù)加工(如自動(dòng)化生產(chǎn)流水線)的原材料、零部件提供實(shí)時(shí)的質(zhì)量控制，例如控制材料的冶金質(zhì)量、加工工藝質(zhì)量、組織狀態(tài)，涂鍍層的厚度以及缺陷的大小、方向與分布等等。在質(zhì)量控制過程中，將所得到的質(zhì)量信息反饋到設(shè)計(jì)與工藝部門，以促使其進(jìn)一步改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造工藝，產(chǎn)品質(zhì)量必然得到相應(yīng)的鞏固與提高，從而收到降低成本，提高生產(chǎn)效率的效果。當(dāng)然。利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)也可以根據(jù)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，把材料或產(chǎn)品的質(zhì)量水平控制在設(shè)計(jì)要求的范圍之內(nèi)，勿需無(wú)限度的提高質(zhì)量要求，甚至在不影響設(shè)計(jì)性能的前提下，使用某些有缺陷的材料，從而提高社會(huì)資源利用率，亦使經(jīng)濟(jì)效益得以提高。

2.2在役檢測(cè)

使用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)裝置或構(gòu)件在運(yùn)行過程中進(jìn)行籃灝，或者在檢修期進(jìn)行定期檢測(cè)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響裝置或構(gòu)件繼續(xù)安全運(yùn)行的隱患，防止事故的發(fā)生。這對(duì)于重要的大型設(shè)備，如核反應(yīng)堆、橋梁建筑、鐵路車輛、壓力容器、輸送管道、飛機(jī)、火箭等等，能防患于未然、具有不可忽視的重要意義。在役檢測(cè)的目的不僅僅是及時(shí)發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)危害裝置安全運(yùn)行的隱患并予以消除，更重要的是根據(jù)所發(fā)現(xiàn)的早期缺陷及其發(fā)展程度(如疲勞裂紋的萌生與發(fā)展)，在確定其方位、尺寸、形狀、取向和性質(zhì)的基礎(chǔ)上，還要對(duì)裝置或構(gòu)件能否繼續(xù)使用及其安全運(yùn)行壽命進(jìn)行評(píng)價(jià)，這已成為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)重要的發(fā)展方向。

2.3質(zhì)量鑒定

對(duì)于制成品(包括材料、零部件)在進(jìn)行組裝或投入使用之前，應(yīng)進(jìn)行最終檢測(cè)，此即為質(zhì)量鑒定。其目的是確定被檢對(duì)象是否達(dá)到設(shè)計(jì)技能，能否安全使用，亦即判斷其是否合格，這既是對(duì)前面加工工序的驗(yàn)收、也可以避免給以后的使用造成隱患。應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在鑄造、鍛壓、焊接、熱處理以及切削加工的每道(或某一種、某幾種)工序中，檢測(cè)材料或部件是否符合要求，以避免對(duì)不合格產(chǎn)品繼續(xù)進(jìn)行徒勞無(wú)益的加工。該項(xiàng)工作一般叫做質(zhì)量檢查，實(shí)際上也屬于質(zhì)量鑒定的范疇。產(chǎn)品使用前的質(zhì)量驗(yàn)收鑒定是非常必要的，特別是那些將在復(fù)雜惡劣條件(如高溫、高壓、高應(yīng)力、高循環(huán)載荷等)下使用的產(chǎn)品．在這方面，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)表現(xiàn)了無(wú)比優(yōu)越性．綜上所述，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在生產(chǎn)設(shè)計(jì)、制造工藝、質(zhì)量鑒定以及經(jīng)濟(jì)效益、工作效率的提高等方面都顯示了極其重要的作用，所以無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已越來越被有遠(yuǎn)見的企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人和工程技術(shù)人員認(rèn)識(shí)和接受。無(wú)損檢測(cè)的基本理論、檢測(cè)方法和對(duì)檢測(cè)結(jié)果的分析，特別是對(duì)一些典型應(yīng)用實(shí)例的剖析，也就成為工程技術(shù)人員的必備知識(shí)。

3無(wú)損檢測(cè)缺陷性質(zhì)分析

脈沖反射法超聲探傷之所以能用于實(shí)際檢測(cè)，是由于在聲波的傳播過程中遇到異質(zhì)界面時(shí)，會(huì)造成聲波的反射。在鑄鋼件中這些異質(zhì)界面主要為夾渣、氣孔、裂紋、縮松、偏析等缺陷。但是這些缺陷在示波屏上所反映出的波形差異又不是很大，如若單單從波形上來分析缺陷的性質(zhì)是不全面的。甚至還會(huì)造成錯(cuò)誤的判定，這里以汽輪機(jī)為例進(jìn)行說明，因此我們有必要從各個(gè)方面進(jìn)行綜合的分析。(1)從工件的形成工藝方面分析所謂的工件形成工藝是指工件的制造過程如鑄造、焊接等。形成的工藝不同，所產(chǎn)生的缺陷性質(zhì)也各不相同。我廠的產(chǎn)品主要為鑄件以及缺陷處的焊補(bǔ)。則其缺陷也就主要是縮松(孔)、包砂、氣孔、裂紋等。(2)從工件的材質(zhì)方面分析工件內(nèi)所產(chǎn)生的缺陷，與其材質(zhì)有密切關(guān)系。如含釩材質(zhì)的工件由于其裂紋傾向大，則產(chǎn)生裂紋性的缺陷較多。15Cr1Mo1材質(zhì)的工件由于其結(jié)晶溫度范圍較寬，易形成枝晶問的偏析，因而會(huì)在其熱節(jié)處產(chǎn)生縮松。(3)從工件的缺陷大小方面分析一般來說，缺陷大小(當(dāng)量、面積)與其性質(zhì)也是有關(guān)聯(lián)的。在鑄鋼件產(chǎn)品中。若缺陷的反射能力很強(qiáng)即當(dāng)量很大，則多為氣孔、裂紋。若缺陷的反射能力不強(qiáng)且嚴(yán)重影響底波則多為縮松、包砂等。如若缺陷的面積較小則可能是單個(gè)氣孔、夾渣．如面積很大則可能是縮松、包砂。若顯示為線性則多為裂紋、鏈狀氣孔。(4)從工件的缺陷位置方面分析缺陷所處的位置不同，其性質(zhì)會(huì)有所差別。如縮松(孔)多集中在澆口附近。裂紋多在應(yīng)力集中處。偏析多集中在工件的中間位置。(5)從工件的缺路反射波形方面分析這里所說的缺陷反射波形是指聲波遇到缺陷后反射的脈沖是遲鈍、緩慢、矮小，還是猛烈、迅速、高大的。以及其形狀是圓滑多峰，還是陡直尖銳。而這些反映在示波屏上的脈沖特點(diǎn)及其形狀又都與缺陷介質(zhì)的成分、反射面積、缺陷與傳聲方向的垂直程度、缺陷表面平整度等因素有關(guān)。下面分別來討論一下在鑄鋼件探傷中常見的幾種缺陷的波形。裂紋：裂紋亦是一種金屬的斷裂，因此其內(nèi)含氣體，有一定的方向性，并呈長(zhǎng)線性分布。當(dāng)探傷發(fā)現(xiàn)這種缺陷時(shí)，若其與聲波傳播方向垂直，則反射的脈沖明顯、尖銳、猛烈．但當(dāng)其分布方向與聲速平行時(shí)，則不易被發(fā)現(xiàn)。氣孔：從缺陷的介質(zhì)成分來說，其與裂紋一樣，內(nèi)也含有氣體。氣孔的反射界面規(guī)則光滑，因此在聲束與其反射界面完全垂直時(shí)，其反射脈沖特點(diǎn)與形狀同裂紋較相似，也呈現(xiàn)明顯、尖銳、猛烈的特征．不過其波形也有特殊之處，因?yàn)闅饪锥嗍菆A形或橢圓形的，故當(dāng)探頭稍許移動(dòng)，脈沖立即消失。且從各個(gè)方面均可以發(fā)現(xiàn)，而脈沖特征也變化較小。裂紋則不然，由于其方向性較強(qiáng)并線性分布，在探頭移動(dòng)過程中其脈沖并不立即消失，同時(shí)從各個(gè)方面探測(cè)也不能全部發(fā)現(xiàn)。這里有一點(diǎn)值得注意的是，當(dāng)有一鏈狀氣孔，且其各個(gè)氣孔聞的間距均小于聲速擴(kuò)散面時(shí)，則可能誤判為裂紋。即使氣孔間距小于聲速擴(kuò)散面，但它們之間都是不連續(xù)的，因此給傳聲造成了條件，從而可以產(chǎn)生底面回波。而裂紋則不然，由于其不連續(xù)性會(huì)造成底波減弱或消失。在此基礎(chǔ)上再結(jié)合多面投影則可以區(qū)分兩者了?？s孔：一般來說縮孔是較大的，且含氣體。當(dāng)其有效面積大于聲速擴(kuò)散面時(shí)，由于聲波被全反射的原因，而無(wú)底波脈沖反射。從其反射波形來說，亦是明顯、尖銳、猛烈的。同時(shí)也可以結(jié)合其多面投影法加以確認(rèn)。包砂與夾渣：包砂與夾渣分布在工件內(nèi)部的位置、大小和外形都不同。其內(nèi)是含有少量氣體的金屬夾雜物。雖然由于這些介質(zhì)對(duì)聲能有較大的吸收作用，又因反射界面比較單純，有的也較光滑，所以從脈沖反射來看，界于明顯、尖銳、猛烈與遲鈍、緩慢、矮小之間。但當(dāng)其夾雜物與金屬間的交接處光滑或不粘滯時(shí)，則就會(huì)出現(xiàn)前這情況；反之，當(dāng)其與金屬交接處異常不規(guī)則，且又與金屬間緊密粘滯，則會(huì)出現(xiàn)后者情況。包砂與夾渣同樣會(huì)有單個(gè)、密集或鏈狀等幾種。探傷時(shí)應(yīng)根據(jù)示波屏上出現(xiàn)的是單點(diǎn)、密集點(diǎn)還是鏈點(diǎn)的情況來對(duì)應(yīng)缺陷的種類。同時(shí)有一點(diǎn)應(yīng)該注意，當(dāng)包砂或夾渣，在工件內(nèi)呈密集性分布(特別是包砂)，且有與金屬間緊密粘滯時(shí)，則會(huì)對(duì)聲波有強(qiáng)烈的吸收作用，造成無(wú)底波反射。如再嚴(yán)重時(shí)，則會(huì)造成無(wú)缺陷波。此時(shí)唯一的識(shí)別方法就是借助與低頻超聲波探傷儀或利用其他綜合的無(wú)損檢測(cè)來加以解決?？s松：縮松亦是在鑄件中較小縮孔的聚集。多產(chǎn)生在鑄件的澆口處，這是因?yàn)榻饘僭诮Y(jié)晶時(shí)體積收縮，同時(shí)放出氣體凝結(jié)形成。利用超聲探傷時(shí)，在絕大多數(shù)情況下，既無(wú)底面反射波也無(wú)缺陷反射波。而是在示波屏的掃描線上呈蠕動(dòng)現(xiàn)象，即掃描線有變形情況。

4結(jié)語(yǔ)

只要檢測(cè)人員能夠根據(jù)具體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、形成工藝、可能產(chǎn)生缺陷的部位去制定合理、切實(shí)可行的檢測(cè)方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，就可以達(dá)到用通用(而非高精尖技術(shù))的檢測(cè)方法(這些方法在生產(chǎn)實(shí)際中最為常用、成本低、適用性強(qiáng)，操作也簡(jiǎn)單易行)解決較為復(fù)雜的檢測(cè)問題。