工程检测论文

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无损检测工程技术论文

1引言

无损检测以不破坏被检验对象的使用性能为前提，应用多种

物理原理和化学现象，对各种工程材料、零部件、结构件进行有

效的检验和测试，借以评价他们的完整性、连续性、安全可靠性

及某些物理性能。包括探测材料或构件中是否有缺陷，并对缺陷

形状、大小、方位、取向、分布和内含物等情况进行推断；还能

提供组织分布、应力状态以及某些机械和物理性能等信息。无损

检测的应用范围十分广泛，已经在机械、石油化工、造船、汽车、

航空航天和核能等工业中被普遍采纳。无损检测工序在材料和产

品的静态或动态检测以及质量治理中．已经成为一个不可缺少的

重要环节[1,2]。

2无损检测目的

2.1质量治理

每种产品的使用性能、质量水平，通常在其技术文件中都有

明确的规定，均以一定的技术指标予以表征。无损检测的主要目

的之一，就是对非连续加工(如多工序生产)或连续加工(如自动化

生产流水线)的原材料、零部件提供实时的质量操纵，例如操纵

材料的冶金质量、加工工艺质量、组织状态，涂镀层的厚度以及

缺陷的大小、方向与分布等等。在质量操纵过程中，将所得到的

质量信息反馈到设计与工艺部门，以促使其进一步改进产品的设

计与制造工艺，产品质量必定得到相应的巩固与提高，从而收到

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降低成本，提高生产效率的效果。当然。利用无损检测技术也可

以根据验收标准，把材料或产品的质量水平操纵在设计要求的范

围之内，勿需无限度的提高质量要求，甚至在不影响设计性能的

前提下，使用某些有缺陷的材料，从而提高社会资源利用率，亦

使经济效益得以提高。

2.2在役检测

使用无损检测技术对装置或构件在运行过程中进行篮灏，或

者在检修期进行定期检测，能及时发现影响装置或构件继续安全

运行的隐患，防止事故的发生。这对于重要的大型设备，如核反

应堆、桥梁建筑、铁路车辆、压力容器、输送管道、飞机、火箭

等等，能防患于未然、具有不可忽视的重要意义。在役检测的目

的不仅仅是及时发现和确认危害装置安全运行的隐患并予以消

除，更重要的是根据所发现的早期缺陷及其进展程度(如疲劳裂

纹的萌生与进展)，在确定其方位、尺寸、形状、取向和性质的

基础上，还要对装置或构件能否继续使用及其安全运行寿命进行

评价，这已成为无损检测技术的一个重要的进展方向。

2.3质量鉴定

对于制成品(包括材料、零部件)在进行组装或投入使用之前，

应进行最终检测，此即为质量鉴定。其目的是确定被检对象是否

达到设计技能，能否安全使用，亦即推断其是否合格，这既是对

前面加工工序的验收、也可以幸免给以后的使用造成隐患。应用

无损检测技术在铸造、锻压、焊接、热处理以及切削加工的每道

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(或某一种、某几种)工序中，检测材料或部件是否符合要求，以

幸免对不合格产品继续进行徒劳无益的加工。该项工作一般叫做

质量检查，实际上也属于质量鉴定的范畴。产品使用前的质量验

收鉴定是非常必要的，特别是那些将在复杂恶劣条件(如高温、

高压、高应力、高循环载荷等)下使用的产品．在这方面，无损

检测技术表现了无比优越性．综上所述，无损检测技术在生产设

计、制造工艺、质量鉴定以及经济效益、工作效率的提高等方面

都显示了极其重要的作用，所以无损检测技术已越来越被有远见

的企业领导人和工程技术人员认识和接受。无损检测的基本理论、

检测方法和对检测结果的分析，特别是对一些典型应用实例的剖

析，也就成为工程技术人员的必备知识。

3无损检测缺陷性质分析

脉冲反射法超声探伤之所以能用于实际检测，是由于在声波

的传播过程中遇到异质界面时，会造成声波的反射。在铸钢件中

这些异质界面主要为夹渣、气孔、裂纹、缩松、偏析等缺陷。但

是这些缺陷在示波屏上所反映出的波形差异又不是很大，如若单

单从波形上来分析缺陷的性质是不全面的。甚至还会造成错误的

判定，这里以汽轮机为例进行说明，因此我们有必要从各个方面

进行综合的分析。(1)从工件的形成工艺方面分析所谓的工件形

成工艺是指工件的制造过程如铸造、焊接等。形成的工艺不同，

所产生的缺陷性质也各不相同。我厂的产品主要为铸件以及缺陷

处的焊补。则其缺陷也就主要是缩松(孔)、包砂、气孔、裂纹等。

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(2)从工件的材质方面分析工件内所产生的缺陷，与其材质有紧

密关系。如含钒材质的工件由于其裂纹倾向大，则产生裂纹性的

缺陷较多。15Cr1Mo1材质的工件由于其结晶温度范围较宽，

易形成枝晶问的偏析，因而会在其热节处产生缩松。(3)从工件

的缺陷大小方面分析一般来说，缺陷大小(当量、面积)与其性质

也是有关联的。在铸钢件产品中。若缺陷的反射能力很强即当量

很大，则多为气孔、裂纹。若缺陷的反射能力不强且严峻影响底

波则多为缩松、包砂等。如若缺陷的面积较小则可能是单个气孔、

夹渣．如面积很大则可能是缩松、包砂。若显示为线性则多为裂

纹、链状气孔。(4)从工件的缺陷位置方面分析缺陷所处的位置

不同，其性质会有所差别。如缩松(孔)多集中在浇口附近。裂纹

多在应力集中处。偏析多集中在工件的中间位置。(5)从工件的

缺路反射波形方面分析这里所说的缺陷反射波形是指声波遇到

缺陷后反射的脉冲是迟钝、缓慢、矮小，还是猛烈、迅速、高大

的。以及其形状是圆滑多峰，还是陡直尖锐。而这些反映在示波

屏上的脉冲特点及其形状又都与缺陷介质的成分、反射面积、缺

陷与传声方向的垂直程度、缺陷表面平坦度等因素有关。下面分

别来讨论一下在铸钢件探伤中常见的几种缺陷的波形。裂纹：裂

纹亦是一种金属的断裂，因此其内含气体，有一定的方向性，并

呈长线性分布。当探伤发现这种缺陷时，若其与声波传播方向垂

直，则反射的脉冲明显、尖锐、猛烈．但当其分布方向与声速平

行时，则不易被发现。气孔：从缺陷的介质成分来说，其与裂纹

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一样，内也含有气体。气孔的反射界面规则光滑，因此在声束与

其反射界面完全垂直时，其反射脉冲特点与形状同裂纹较相似，

也呈现明显、尖锐、猛烈的特征．不过其波形也有特别之处，因

为气孔多是圆形或椭圆形的，故当探头稍许移动，脉冲马上消逝。

且从各个方面均可以发现，而脉冲特征也变化较小。裂纹则不然，

由于其方向性较强并线性分布，在探头移动过程中其脉冲并不马

上消逝，同时从各个方面探测也不能全部发现。这里有一点值得

注意的是，当有一链状气孔，且其各个气孔闻的间距均小于声速

扩散面时，则可能误判为裂纹。即使气孔间距小于声速扩散面，

但它们之间都是不连续的，因此给传声造成了条件，从而可以产

生底面回波。而裂纹则不然，由于其不连续性会造成底波减弱或

消逝。在此基础上再结合多面投影则可以区分两者了。缩孔：一

般来说缩孔是较大的，且含气体。当其有效面积大于声速扩散面

时，由于声波被全反射的原因，而无底波脉冲反射。从其反射波

形来说，亦是明显、尖锐、猛烈的。同时也可以结合其多面投影

法加以确认。包砂与夹渣：包砂与夹渣分布在工件内部的位置、

大小和外形都不同。其内是含有少量气体的金属夹杂物。虽然由

于这些介质对声能有较大的汲取作用，又因反射界面比较单纯，

有的也较光滑，所以从脉冲反射来看，界于明显、尖锐、猛烈与

迟钝、缓慢、矮小之间。但当其夹杂物与金属间的交接处光滑或

不粘滞时，则就会出现前这情况；反之，当其与金属交接处异常

不规则，且又与金属间紧密粘滞，则会出现后者情况。包砂与夹

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渣同样会有单个、密集或链状等几种。探伤时应根据示波屏上出

现的是单点、密集点还是链点的情况来对应缺陷的种类。同时有

一点应该注意，当包砂或夹渣，在工件内呈密集性分布(特别是

包砂)，且有与金属间紧密粘滞时，则会对声波有强烈的汲取作

用，造成无底波反射。如再严峻时，则会造成无缺陷波。此时唯

一的识别方法就是借助与低频超声波探伤仪或利用其他综合的

无损检测来加以解决。缩松：缩松亦是在铸件中较小缩孔的聚集。

多产生在铸件的浇口处，这是因为金属在结晶时体积收缩，同时

放出气体凝聚形成。利用超声探伤时，在绝大多数情况下，既无

底面反射波也无缺陷反射波。而是在示波屏的扫描线上呈蠕动现

象，即扫描线有变形情况。

4结语

只要检测人员能够根据具体的产品结构、形成工艺、可能产

生缺陷的部位去制定合理、切实可行的检测方法对产品进行检测，

就可以达到用通用(而非高精尖技术)的检测方法(这些方法在生

产实际中最为常用、成本低、适用性强，操作也简单易行)解决

较为复杂的检测问题。