無損檢測技術的原理與應用

王維洋

（葫蘆島意達機械設備制造有限公司，遼寧 葫蘆島 125000）

1 概述

隨著現代工業的發展，對產品質量和結構安全性、使用可靠性提出越來越高的要求，由于無損檢測技術具有不破壞試件、檢測靈敏度高等優點，所以其應用日益廣泛。

2 無損檢測的定義

現代無損檢測的定義是：在不損壞試件的前提下，以物理或化學方法為手段，借助先進的技術和設備器材，對試件的內部及表面的結構、性質、狀態進行檢查和測試的方法。

3 無損檢測方法及原理

3.1 射線檢測及其原理

射線無損檢測是工程檢測特別是焊接檢驗中應用最廣泛，歷史最悠久的一種無損檢測方法。射線檢測利用X射線、γ射線、中子射線、高能射線等各種射線對物質的穿透能力，以及射線在穿透材料過程中發生的衰減規律來發現工程材料及其構件內部存在的各種形式的宏觀缺陷或測定材料的各種性能與物理量。

按所使用的射線源種類不同，可分為X射線探傷、γ射線探傷和高能射線探傷等；按其顯示缺陷方法不同，又可分為射線電離法探傷、射線熒光屏觀察法探傷、射線照相法探傷、射線實時圖像法探傷和射線計算機斷層掃描技術等。

射線檢測對零件形狀及表面粗糙度無嚴格要求，能直觀顯示缺陷影像，便于對缺陷進行定位、定量、定性，檢驗缺陷準確可靠，且射線底片可長期保存，便于分析事故原因，但射線檢測設備復雜，成本高，射線對人體有輻射損傷。

射線照相法的原理：射線既是波長很短的電磁波，又是能量很高的光子流，具有微觀物質的波粒二象性。由于具有較短的波長和較高的能量，所以具有很大的貫穿能力，能夠穿透金屬等可見光不能穿透的固體材料。

當射線穿透物體時，不同密度的物質對射線的吸收能力不同，射線能量的衰減程度就不同。物體的密度越小，射線能量的衰減也越小，透過物質的射線能量就越大。當射線穿過工件到達膠片上時，由于無缺陷部位和有缺陷部位的密度或厚度不同，射線在這些部位的衰減不同，因而射線透過這些部位照射到膠片上的強度不同，致使膠片感光程度不同，經暗室處理后就產生了不同的黑度。根據底片上的黑度差，評片人員借助觀片燈即可判斷缺陷情況并評價工件質量。

射線照相法通過觀察底片能夠比較準確地判斷出缺陷的性質、數量、尺寸和位置。它用底片作為記錄介質，可以直接得到缺陷的圖像，且可以長期保存。射線照相法易檢出那些形成局部厚度差的體積型缺陷，如氣孔和夾渣之類的缺陷檢出率很高。射線照相法所能檢出的缺陷高度尺寸與透照厚度有關，可以達到透照厚度的1%，所能檢出的最小長度尺寸為毫米數量級，所能檢出的最小寬度尺寸為亞毫米數量級。

射線照相法檢測，對工件厚度的適應范圍較大，但一般其最小厚度要≥2mm。射線照相法幾乎適用于所有材料，在金屬材料的焊縫或鑄件上使用均能得到良好的效果，該方法對試件的形狀、表面粗糙度沒有嚴格要求，材料晶粒度對其不產生影響。

射線照相法很少用于釬焊等焊接接頭的檢測。它不能檢測出像鋼板的分層等那種垂直照射方向的薄層缺陷，而裂紋類面積型缺陷的檢出率則受透照角度的影響。檢測厚度的上限受射線穿透能力的限制，而穿透能力取決于射線光子能量。大厚度的試件則需要使用加速器等特殊的設備。

3.2 超聲無損檢測及其原理

超聲波檢測方法是利用進入被檢材料的超聲波對材料表面及內部缺陷進行檢測。利用超聲波進行材料厚度的測量也是常規超聲波檢測的一個重要方面。

超聲波檢測的適用范圍非常廣，可用于多種金屬材料和非金屬材料；可以是鍛件、鑄件、焊接件、膠接件、復合材料構件等；可以是板材、棒材、管材等；厚度可小至1mm，也可大至幾米；既可以是表面缺陷，也可以是內部缺陷。

3.2.1 超聲無損檢測的原理

超聲無損檢測的原理是將一定頻率間斷發射的超聲波通過一定耦合劑的耦合后傳入工件，當遇到異質界面時，超聲波將產生反射，反射波為儀器接收并以電脈沖信號在示波屏上顯示出來，由此判斷缺陷的有無，以及進行定位、定量和評定。滲透探傷是一種以毛細作用原理為基礎的檢查表面開口缺陷的無損檢測方法。可用于各種金屬材料和非金屬材料構件表面開口缺陷的質量檢驗。

同其它無損檢測方法一樣，滲透探傷也是以不損壞被檢對象的使用性能為前提，運用物理、化學、材料科學及工程學理論為基礎，對各種工程材料、零部件和產品進行有效的檢驗，借以評價它們的完整性、連續性及安全可靠性。

3.2.2 滲透檢測原理

滲透檢測的原理是：將溶有著色染料或熒光染料的滲透劑施加于工件表面，由于毛細現象的作用，滲透劑滲入到各類開口至表面的微小缺陷中，清除附著于工件表面上多余的滲透劑，干燥后再施加顯像劑，缺陷中的滲透劑重新回滲到工件表面上，放大缺陷顯示，在白光下或在黑光燈下觀察，缺陷處可顯紅色顯示或發出黃綠色熒光。

3.3 磁粉無損檢測及其原理

磁粉無損檢測是通過對鐵磁性材料進行磁化所產生的漏磁場，來發現其表面或近表面缺陷的無損檢測方法。

檢測時，先將被檢區域磁化到接近飽和狀態，然后再把磁粉撒到其表面上。這樣磁粉就會因磁場的泄露作用而堆積于裂紋或其它線狀缺陷上，形成磁痕，從而將缺陷顯示出來。

磁粉檢測被廣泛用于機械、石油、汽車、造船、鐵路、航空、航天等部門。磁化設備、磁粉、全自動探傷裝置的研究也取得了較大的進展。一些國家先后研制和使用了鋼坯、方鋼、棒材等自動磁粉探傷機。半自動熒光磁粉探傷機在我國的汽車、鐵道、兵器等部門已獲得應用。

磁粉檢測原理：磁粉檢測的基礎是不連續性處漏磁場與磁粉的磁性相互作用。鐵磁性材料的工件被磁化后，由于不斷連續性的存在，使工件表面和近表面的磁力線發生局部畸變而產生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，在適當的光照下形成目視可見的磁痕，從而顯示出缺陷的位置、大小、形狀和嚴重程度。

4 結 語

無損檢測是特種設備安全工作中一種重要的檢驗方法和手段，在特種設備制造、安裝、改造、維修、使用和檢驗等環節中應用十分廣泛。所以無損檢測人員應熟練掌握這幾種無損檢測方法，并能根據工件材料、狀態和檢測要求，選擇合理的方法進行檢測。相信在不遠的將來，無損檢測技術將會得到更迅速的發展。