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(chē)、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(guò)程中，將所得到的質(zhì)量信息反饋到設(shè)計(jì)與工藝部門(mén)，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(guò)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(chē)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(lái)越被有遠(yuǎn)見(jiàn)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(guò)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(lái)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(shuō)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(guò)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(wèn)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(lái)說(shuō)，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(shuō)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(lái)討論一下在鑄鋼件探傷中常見(jiàn)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)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(lái)說(shuō)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(lái)說(shuō)，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(lái)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(lái)對(duì)應(yīng)缺陷的種類(lèi)。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?lài)?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(lái)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(wèn)題。