第一篇：民機(jī)復(fù)合材料超聲無損檢測(cè)技術(shù)

民機(jī)復(fù)合材料超聲無損檢測(cè)技術(shù)

摘要：隨著現(xiàn)代航空航天業(yè)對(duì)復(fù)合材料應(yīng)用的不斷增多，對(duì)這些材料的檢測(cè)日益成為該領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文主要介紹了一些常用的與航空航天復(fù)合材料相適應(yīng)的超聲無損檢測(cè)技術(shù)。

關(guān)鍵字：航空航天 復(fù)合材料 無損檢測(cè) 超聲檢測(cè) C掃描檢測(cè) RF超聲檢測(cè) 空氣耦合

1.引 言

復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同的物質(zhì)以不同方式組合而成的材料，它可以發(fā)揮出各種材料的優(yōu)點(diǎn)，克服單一材料的缺陷，擴(kuò)大材料的應(yīng)用范圍。由于復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高、加工成型方便、彈性優(yōu)良、耐化學(xué)腐蝕和耐候性等特點(diǎn)，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，近幾年更是取得了飛速的發(fā)展。

然而由于復(fù)合材料的非均質(zhì)性和各項(xiàng)異性，在制造過程中工藝不穩(wěn)定，制造過程復(fù)雜，在制作成型過程中受設(shè)備、環(huán)境、人員及原材料等因素的影響極易在產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生空穴、裂紋、分層、多孔、輸送、界面分離、夾雜、樹脂固化不良、鉆孔損傷等缺陷。在應(yīng)用過程中，由于疲勞積累、撞擊、腐蝕等物理化學(xué)因素影響，復(fù)合材料也容易產(chǎn)生脫膠、分層、基本龜裂、空隙增長(zhǎng)、纖維斷裂、褶皺變形、腐蝕坑、劃傷、下陷、燒傷等缺陷，這些缺陷很大一部分還是產(chǎn)生在復(fù)合材料的內(nèi)部[1]。這些對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性能影響極大，因此，對(duì)產(chǎn)品的檢測(cè)尤為重要。

用于復(fù)合材料無損檢測(cè)的方法主要有超聲、射線、磁粉、滲透、渦流、激光全息及紅外無損檢測(cè)技術(shù)等，超聲波檢測(cè)法(Ultrasonic)是廣泛用于材料探傷的常用方法，也是最早用于復(fù)合材料無損評(píng)價(jià)的方法之一。它主要利用復(fù)合材料本身或其缺陷的聲學(xué)性質(zhì)對(duì)超聲波傳播的影響來檢測(cè)材料內(nèi)部和表面的缺陷，如氣泡、分層、裂紋、脫粘、貧膠等[2]。超聲波探傷具有靈敏度高、穿透性強(qiáng)、檢驗(yàn)速度快、成本低和對(duì)人體無害等優(yōu)點(diǎn)。因此，超聲無損檢測(cè)技術(shù)一直都是研究的 熱點(diǎn)，本文將對(duì)復(fù)合材料的某些超聲波無損檢測(cè)方法做具體的介紹。

2.復(fù)合材料及其無損檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的金屬材料結(jié)構(gòu)相比，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是一種通過基體-增強(qiáng)物之間的物理結(jié)合和鋪層設(shè)計(jì)來達(dá)到預(yù)期性能的集材料工藝于一體的新型材料結(jié)構(gòu)。其最為顯著的優(yōu)點(diǎn)是材料和結(jié)構(gòu)的重量-性能比(即比性能)好、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、材料利用率高和制造工序少(從材料制備到結(jié)構(gòu)成型，往往僅需要一兩個(gè)熱循環(huán)就能完成制造)。因此，一旦進(jìn)入復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造工序，其輸出結(jié)果就是結(jié)構(gòu)件，而且復(fù)合材料結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸越來越大，整體結(jié)構(gòu)越來越多，如飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身和壁板等。

復(fù)合材料的無損檢測(cè)不能簡(jiǎn)單沿用金屬材料檢測(cè)的思維慣性和方法，而必須根據(jù)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究和采用復(fù)合材料的無損檢測(cè)技術(shù)和方法。

圖1 典型的復(fù)合材料界面[3](1)由于復(fù)合材料內(nèi)部各結(jié)構(gòu)元素(如纖維、樹脂和鋪層等)之間主要是通過物理界面相結(jié)合(圖1)，而且存在明顯的各向異性。大量的檢測(cè)結(jié)果和破壞分析表明，最容易產(chǎn)生缺陷的部位正是在復(fù)合材料內(nèi)部的物理界面。因此，界面缺陷的檢測(cè)是復(fù)合材料無損檢測(cè)的重點(diǎn)。特別是對(duì)于復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)，研究和掌握其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)選擇和研究復(fù)合材料無損檢測(cè)技術(shù)具有正確性的指導(dǎo)意義。

2(2)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)多為非厚度結(jié)構(gòu)，厚度約0.3-40 mm，因此，對(duì)復(fù)合材料的檢測(cè)必須結(jié)合具體的應(yīng)用對(duì)象。特別值得指出的是，復(fù)合材料不允許存在表面檢測(cè)盲區(qū)。對(duì)于復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)，單個(gè)鋪層的厚度小至0.125 mm，而且通常復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在厚度方向不存在加工余量之說[3]。

(3)對(duì)復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)，必須充分考慮內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)與所研究和選擇的檢測(cè)方法在檢測(cè)機(jī)理、缺陷信號(hào)成因上的有機(jī)聯(lián)系。例如，聲波在復(fù)合材料中的傳播特性的變化和缺陷識(shí)別方法就與復(fù)合材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)存在密切聯(lián)系[3]。不能簡(jiǎn)單地根據(jù)換能器接收到的物理信號(hào)的變化判別缺陷是否存在。例如，圖2是來自碳纖維層壓復(fù)合材料內(nèi)部的典型超聲回波信號(hào)，圖中F來自材料表面的聲波反射，B來自材料底面的聲波反射，D來自材料內(nèi)部的聲波反射。按照傳統(tǒng)的超聲檢測(cè)思維慣例，信號(hào)D應(yīng)是判別材料內(nèi)部缺陷的依據(jù)。但在復(fù)合材料超聲檢測(cè)中，信號(hào)D并不是來自缺陷的反射波，而是材料結(jié)構(gòu)變化引起的入射聲波反射。

圖2 復(fù)合材料內(nèi)部典型超聲回波信號(hào)[3](4)缺陷特點(diǎn)與特征總是與材料、工藝和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，因此需要掌握這些特點(diǎn)，才能建立正確的復(fù)合材料判別方法。

3.復(fù)合材料的超聲波檢測(cè)技術(shù)

3.1 超聲波檢測(cè)簡(jiǎn)介

超聲波是指頻率≥20kHz的聲波，其波長(zhǎng)與材料內(nèi)部缺陷的尺寸相匹配。根據(jù)超聲波在材料內(nèi)部缺陷區(qū)域和正常區(qū)域的反射、衰減與共振的差異來確定缺陷的位置與大小。超聲波檢測(cè)主要分為脈沖反射法、穿透法和反射板法，根據(jù)不同的缺陷來選擇合適的檢測(cè)方法。

超聲波不僅能檢測(cè)復(fù)合材料構(gòu)件中的分層、孔隙、裂紋和夾雜物等，而且在判斷材料的疏密、密度、纖維取向、曲屈、彈性模量、厚度等特性和幾何形狀等方面的變化也有一定作用。對(duì)于一般小而薄、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的平面層壓板及曲率不大的構(gòu)件，宜采用水浸式反射板法；對(duì)于小或稍厚的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，無法采用水浸式反射板法時(shí)，可采用水浸或噴水脈沖反射法和接觸延遲塊脈沖反射法；對(duì)于大型結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)型的復(fù)合材料構(gòu)件的檢測(cè)宜采用噴水穿透法或噴水脈沖反射法。由于復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)具有明顯的各向異性，而且性能的離散性較大，因而，產(chǎn)生缺陷的機(jī)理復(fù)雜且變化多樣，再加上復(fù)合材料構(gòu)件的聲衰減大，由此引起的噪聲與缺陷反射信號(hào)的信噪比低，不易分辨，所以檢測(cè)時(shí)應(yīng)選合適的方法[4]。

超聲波探傷具有靈敏度高、穿透性強(qiáng)、檢驗(yàn)速度快、成本低和對(duì)人體無害等優(yōu)點(diǎn)。由于這些優(yōu)點(diǎn)超聲C掃描、RF超聲檢測(cè)、空氣耦合式超聲檢測(cè)等已成為飛行器零件等大型復(fù)合材料構(gòu)件普遍采用的檢測(cè)技術(shù)。

3.2 超聲C掃描檢測(cè)技術(shù)

超聲C掃描是通過采用計(jì)算機(jī)技術(shù)控制超聲波探頭的移動(dòng)位置，控制超聲波探傷儀（或數(shù)據(jù)采集卡）經(jīng)探頭發(fā)射超聲波信號(hào)，并在超聲波信號(hào)經(jīng)過檢測(cè)工件后被自身（或別的）探頭接收超聲波探傷儀（或數(shù)據(jù)采集卡）將獲得信號(hào)進(jìn)行處理，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢測(cè)結(jié)果的顯示、記錄、存儲(chǔ)，在計(jì)算機(jī)顯示屏上顯示整個(gè)檢測(cè)區(qū)域的有無缺陷情況、缺陷大小和位置。現(xiàn)以檢測(cè)平面構(gòu)件為例加以說明其成像原理。當(dāng)探頭在探測(cè)平面內(nèi)作X，Y方向的掃描運(yùn)動(dòng)時(shí)，在計(jì)算機(jī)的顯示屏上有一個(gè)和零件表面相一致的直角坐標(biāo)。探頭在零件表面的位移和顯示屏上的光點(diǎn)的位移 4 同步，光點(diǎn)的顏色對(duì)應(yīng)著接收探頭接收到的信號(hào)能量的大小，如果探頭所在位置下面如有缺陷，則對(duì)應(yīng)的信號(hào)能量將發(fā)生變化，于是在顯示屏上顯示一個(gè)不同顏色點(diǎn)[5]，成像原理如圖3所示。

圖3 超聲C掃描成像原理

超聲C掃描，由于顯示直觀、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)使其在大型復(fù)合材料構(gòu)件的無損傷檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由波音民用飛機(jī)集團(tuán)等單位組成的研究小組用超聲波研究復(fù)合材料機(jī)身層合板結(jié)構(gòu)的沖擊強(qiáng)度和沖擊后的剩余強(qiáng)度，結(jié)果表明，超聲波不僅可檢測(cè)損傷，而且能確定損傷對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件承載能力的影響。Dows公司先進(jìn)的復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室用超聲波確定了各種損傷參數(shù)(深度、形狀、面積、直徑以及分層頻率等)與有機(jī)纖維復(fù)合材料壓縮強(qiáng)度的關(guān)系。為適應(yīng)復(fù)合材料制造過程的在線監(jiān)控，還研制了脈沖激光超聲波檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)已成功用于復(fù)合材料固化過程的遠(yuǎn)離非接觸在線檢測(cè)監(jiān)控，包括溫度分布、固一液態(tài)界面、微觀結(jié)構(gòu)、再生相(疏松、夾雜物)以及粘流一粘滯特性的檢測(cè)[6]。

3.3 RF超聲檢測(cè)

3.3.1 RF超聲檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)

RF超聲檢測(cè)技術(shù)具有高分辨率，可以有效實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料沖擊損傷、分層等缺陷的超聲掃描成像檢測(cè)和孔隙率數(shù)值評(píng)估，因此可以有效地實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的缺陷檢測(cè)。目前該項(xiàng)技術(shù)已在多個(gè)型號(hào)生產(chǎn)和新機(jī)研制中得到廣泛應(yīng)用。3.3.2 合材料RF超聲檢測(cè)方法

纖維增強(qiáng)/樹脂基復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)可以被聲波視為厚度h??hi(i?1,2,?,n)的層狀介質(zhì)，其中hi為第i個(gè)鋪層厚度，n為鋪層數(shù)。聲波在這種層狀介質(zhì)中的傳 5 播特性及其變化與波長(zhǎng)λ、鋪層聲學(xué)特性(如聲速)及其內(nèi)部均勻性密切相關(guān)，對(duì)于沿厚度方向傳播的入射聲波，當(dāng)λ>hi時(shí)層壓復(fù)合材料被聲波視為均勻介質(zhì)。當(dāng)復(fù)合材料內(nèi)部質(zhì)量均勻(無缺陷)時(shí)，入射聲波將會(huì)在復(fù)合材料內(nèi)部均勻傳播，而不會(huì)形成明顯的層間反射[7]。

入射聲波在缺陷周圍的反射與缺陷的性能(即聲阻抗)有關(guān)，通常可以利用聲壓反射系數(shù)表征人射聲波的反射情況。若用Z和Zd分別表示復(fù)合材料和缺陷區(qū)的聲阻抗，則聲波在缺陷界面的聲壓反射系數(shù)尺可表示為：

R?Z?Zd(1)

Z?Zd通常由于缺陷區(qū)(如分層)的聲阻抗Zd比復(fù)合材料聲阻抗小得多，即Z>>Zd，因此聲波中90％以上的能量將會(huì)產(chǎn)生反射，形成缺陷反射回波。

圖4 分層區(qū)RF超聲回波信號(hào)

圖4是一典型的碳纖維增強(qiáng)/樹脂基復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)中分層區(qū)的RF超聲回波信號(hào)，從圖4中可以清晰地看到來自試樣表面的聲波反射信號(hào)F和來自分層缺陷的聲波反射信號(hào)D，且F和D相位相反[7]。

由于入射聲波傳播聲程s=tv，因此，通過測(cè)量回波信號(hào)F和D之間的時(shí)間t，可以確定損傷在復(fù)合材料厚度方向的深度hD：

hD?1tv(2)2入射聲波在缺陷周圍形成的反射聲波的幅頻特性與缺陷的取向、姿態(tài)有關(guān)。當(dāng)入射聲波與缺陷取向表面的法向方向夾角較大時(shí)，即使入射聲波在缺陷界面產(chǎn)生了強(qiáng)烈的反射，也難以接收強(qiáng)烈的反射回波信號(hào)。此外，入射聲波在缺陷周圍形成的聲波反射特性還將與缺陷尺寸和聲波波長(zhǎng)有關(guān)，對(duì)于復(fù)合材料中的微氣孔，入射聲波在氣孔周圍的傳播主要表現(xiàn)為散射特性，而且氣孔越小，散射特性越明顯。

通過分析表明聲波在碳纖維增強(qiáng)/樹脂基復(fù)合材料中傳播特性的變化，可以得到復(fù)合材料內(nèi)部缺陷或結(jié)構(gòu)信息，但不同的缺陷特征或不同性能的缺陷，對(duì)聲波反射特性的影響明顯不同。由于復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)特征，通常單個(gè)鋪層的厚度可小至0．13mm[7]，因此必須設(shè)計(jì)采用合理的脈沖超聲波檢測(cè)技術(shù)，以得到一個(gè)在時(shí)間和空間上可以分辨的聲波檢測(cè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料缺陷的定性定量評(píng)估和檢測(cè)分析。

3.4 空氣耦合式超聲檢測(cè)技術(shù)

3.4.1 空氣耦合式超聲檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展

空氣耦合式超聲無損檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)展得益于空氣耦合理論、新型換能器及信號(hào)處理技術(shù)的不斷進(jìn)展。盡管空氣耦合式超聲檢測(cè)技術(shù)壁壘不斷，但研究工作還是取得很多成果：Dean D S系統(tǒng)評(píng)估了實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中空氣耦合換能器的特點(diǎn)。Lynnworth L C，Kim B T研究開發(fā)的空氣耦合式固體絕緣換能器，推動(dòng)了空氣耦合式超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展[8]。

然而目前國(guó)內(nèi)對(duì)空氣耦合式超聲檢測(cè)技術(shù)研究很少，國(guó)外許多國(guó)家已經(jīng)將之應(yīng)用于各種材料研究中。如比利時(shí)的E Blomme和德國(guó)的RStoessel分別對(duì)幾種復(fù)合材料中(如布料上的涂層以及鋁板、鋼板和薄鑄件)的缺陷檢測(cè)，得到比較滿意的結(jié)果。美國(guó)QMI公司生產(chǎn)的空氣耦合式數(shù)字超聲波探傷儀，性能可與普通超聲波探傷儀相比。意大利空軍已將空氣耦合用于飛機(jī)復(fù)合材料檢測(cè)中。由于空氣耦合衰減過大，適用的頻率范圍最高只能在1MHz左右，而且作用距離短、帶寬窄，限制了其應(yīng)用范圍[9]。為了達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用的目的，超聲的空氣耦合正向兩個(gè)方向發(fā) 7 展，即①研制適用于不同用環(huán)境的空氣耦合式超聲波換能器。②研制適用于工業(yè)化的在線檢測(cè)系統(tǒng)。

3.4.2 空氣耦合式超聲測(cè)基本原理及其理論

在空氣耦合式超聲檢測(cè)中，由于空氣和待檢試樣(固體材料)之間聲阻抗存在巨大差異，一般相差約5個(gè)數(shù)量級(jí)，因而2個(gè)界面間的聲能損失非常巨大，換能器最佳匹配層的聲阻抗率Zm為:

Zm?Zi?Z0(3)式中：Zi為固體換能器材料的聲阻抗率；Z0為空氣的聲阻抗率。在室溫下，PZT壓電陶瓷的Zi約為3?107瑞利，空氣Z0為4.2?102瑞利，按照上式計(jì)算Zm辨為1.1?102瑞利[8]，如此低阻抗率的固體材料在自然界中難以尋覓，即使人工合成也有相當(dāng)難度。阻抗不匹配將引起強(qiáng)反射、強(qiáng)折射等效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致接收端信號(hào)信噪比大幅降低，嚴(yán)重影響后續(xù)處理系統(tǒng)對(duì)回波信號(hào)的處理。在空氣耦合式超聲檢測(cè)方式中，有反射式和穿透式2種檢測(cè)模式，分別如圖5(a)和圖5(b)所示。對(duì)于反射式超聲檢測(cè)，可采用單換能器或雙換能器，圖5(a)中為單換能器。

(a)反射式空氣耦合超聲檢測(cè)(b)穿透式空氣耦合超聲檢測(cè)

圖5 空氣耦合超聲檢測(cè)模式[8] 超聲信號(hào)進(jìn)入待測(cè)試樣后，經(jīng)過受檢材料底部反射再次為接收換能器獲得，若待測(cè)試樣中包含缺陷，超聲信號(hào)部分能量將被缺陷反射，接收換能器能夠檢測(cè)到該反穿透式空氣耦合超聲傳播路徑如圖6所示。

接收換能器獲得的信號(hào)強(qiáng)度取決于4個(gè)氣/固分界面的信號(hào)衰減程度，接收信 8 號(hào)信噪比可用下式來描述

?Pa?DS/N?10log???4kT?fNF?CL?AL?AB?DL?EL??(4)

??式中：Pa為有效發(fā)射功率；k為Boltzman常數(shù)；T為絕對(duì)溫度(開氏溫標(biāo))；△f為接收換能器帶寬；NF為噪聲因子(范圍1～10)，它是接收換能器電子輸入阻抗與放大器噪聲阻抗匹配的量度，利用射信號(hào)[8]。對(duì)于空氣耦合單換能器反射超聲檢測(cè)模式，信號(hào)經(jīng)過多次分界面的反射、折射及空氣傳播衰減，返回的信號(hào)非常微弱，目前實(shí)現(xiàn)反射式空氣耦合方式還有很大的技術(shù)難度。對(duì)于穿透式檢測(cè)方式，收發(fā)換能器分別置于待檢試樣的兩側(cè)，若待測(cè)試樣中存在缺陷則缺陷的大小和形狀都將對(duì)傳播信號(hào)產(chǎn)生不同程度的反射和衰減，接收端根據(jù)信號(hào)的衰減程度判斷出內(nèi)部缺陷狀況?；诶碚撗芯亢凸こ虘?yīng)用為背景，在此重點(diǎn)對(duì)穿透式空氣耦合超聲檢測(cè)技術(shù)展開研究。

圖6 穿透式空氣耦合超聲傳播路徑

電子阻抗匹配轉(zhuǎn)換器或自諧振換能器可以減少噪聲因子；D為發(fā)射系數(shù)；CL為發(fā)/收換能器的轉(zhuǎn)換損失；AL為空氣吸收損耗；DL為折射損失；EL為其他額外傳輸損失[8]。根據(jù)公式(4)現(xiàn)將制約回波信噪比提高的因數(shù)歸結(jié)為以下4個(gè)方面。①氣/固分界面強(qiáng)反射影響。②氣/固分界面強(qiáng)折射影響。③空氣吸收影響。④信號(hào)處理技術(shù)。之后再經(jīng)過檢測(cè)數(shù)據(jù)處理與顯示，便可得到復(fù)合材料無損檢測(cè)的結(jié)果。

空氣耦合可進(jìn)行快速掃查，易實(shí)現(xiàn)波形的模式轉(zhuǎn)換，在大面積在線實(shí)時(shí)掃查、復(fù)合材料缺陷檢測(cè)、表面成像等方面有著良好的應(yīng)用前景。

4.結(jié) 論

復(fù)合材料是現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用的重要材料，在飛機(jī)上用量達(dá)到52%，直升機(jī)上用量甚至達(dá)到70%以上。因此，未來復(fù)合材料無損檢測(cè)有著廣闊的發(fā)展前景，但無損檢測(cè)只有與復(fù)合材料自身特點(diǎn)相結(jié)合，才能有效地建立合適的檢測(cè)方法和技術(shù)。此外，現(xiàn)代工業(yè)與科技的發(fā)展使得超聲檢測(cè)技術(shù)在各方面也都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。超聲檢測(cè)技術(shù)正向著數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化、圖像化和多領(lǐng)域方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形面復(fù)合構(gòu)件的超聲掃描成像無損檢測(cè)，滿足現(xiàn)代質(zhì)量對(duì)無損檢測(cè)的要求。在復(fù)合材料規(guī)模應(yīng)用的趨勢(shì)下，還有許多超聲檢測(cè)技術(shù)難題需要不斷地去研究和開發(fā)，特別是一些快速高效的超聲無損檢測(cè)新技術(shù)都是今后復(fù)合材料無損檢測(cè)發(fā)展的重要方向。

參考文獻(xiàn)

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第二篇：無損超聲技術(shù)報(bào)告

無損超聲檢測(cè)技術(shù)（Ⅰ級(jí)）無損檢測(cè)綜合知識(shí) 1.1 材料的無損檢測(cè)

1.1.1 無損檢測(cè)的定義：不破壞材料的外形和性能的情況下，檢測(cè)該材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（組織與不連續(xù)）和性能，該技術(shù)稱為無損檢測(cè)。英文全稱：Non Destructive Testing(NDT)1.1.2 常用無損檢測(cè)方法

* 射線檢測(cè)：Radiographic Testing(RT)* 射線的種類與本質(zhì)： χ射線、γ射線和中子射線。χ射線和γ射線與無線電波、紅外線、可見光、紫外線一樣，都是電磁波；而中子射線是粒子。* X射線的產(chǎn)生：X射線管

* γ射線的產(chǎn)生：γ射線是放射性原子核在衰變時(shí)放射出來的電磁波。放射性衰變。射線檢測(cè)：原理、方法與應(yīng)用

* χ射線和γ射線通過物質(zhì)時(shí)其強(qiáng)度逐漸減弱。強(qiáng)度衰減公式： I＝I0e-μx * 利用射線透過物體時(shí)產(chǎn)生的吸收和散射現(xiàn)象，檢測(cè)材料中因缺陷存在而引起射線強(qiáng)度改變的程度來探測(cè)缺陷的方法稱為射線檢測(cè)。利用膠片感光顯示缺陷的方法稱為射線照相法。* 檢測(cè)技術(shù)類型：照相法；熒光屏法；工業(yè)電視法； * 檢測(cè)對(duì)象類型：金屬；非金屬。焊縫；鑄件。

* 檢測(cè)缺陷類型：裂紋；氣孔；未焊透；未融合；夾渣；疏松；冷隔等。檢查對(duì)接焊縫中的單個(gè)氣孔，用射線方法比用超聲方法好。超聲檢測(cè)：Ultrasonic Testing(UT)* 超聲波的本質(zhì)：機(jī)械波，它是由于機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中 引起的波動(dòng)過程，例如水波、聲波、超聲波等 * 超聲波的類型：縱波和橫波 表面波（瑞利波）、板波 * 超聲波的性質(zhì)：

（1）聲速：與材料性質(zhì)有關(guān)、與波的種類有關(guān)（2）波的疊加、干涉及駐波（3）反射、折射和波型轉(zhuǎn)換# 超聲檢測(cè)：原理、方法與應(yīng)用 * 超聲波的產(chǎn)生：儀器、探頭 * 超聲波與工件的接觸：耦合劑

* 超聲波在工件內(nèi)的傳播與反射、波的接收

* 超聲波檢測(cè)原理：探頭發(fā)射的超聲波通過耦合劑在工件中傳播，遇到缺陷時(shí)反射回來被探頭接收。根據(jù)反射回波在熒光屏上的位置和波輻高低判斷缺陷的大小和位置。

* 超聲檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)：應(yīng)用范圍廣；穿透能力大；設(shè)備輕便；定量不準(zhǔn)確；定性困難。* 檢測(cè)技術(shù)類型：縱波法；橫波法；表面波法；板波法，… * 常用檢測(cè)方法：穿透法；反射法；串列法；液浸（聚焦）法；...* 檢測(cè)對(duì)象類型：金屬；非金屬。焊縫；板件；管件；鍛件。* 檢測(cè)缺陷類型：面缺陷；體缺陷。定性困難。* 數(shù)字化、智能化發(fā)展前景寬廣。磁粉檢測(cè): Magnetic Testing(MT)* 漏磁場(chǎng)：鐵磁材料磁化時(shí)磁力線由于折射而迤出到材料表面所形成的磁場(chǎng)稱為漏磁場(chǎng) * 剩磁：鐵磁材料磁化時(shí)所具有的磁性在磁化電流取消后繼續(xù)存在的性質(zhì)稱為剩磁 * 鐵磁材料在磁場(chǎng)中被磁化后，缺陷處產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)吸附磁粉而形成磁痕。磁痕的長(zhǎng)度、位置、形狀反映了缺陷的狀態(tài)。

* 磁粉檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)：檢測(cè)表面和近表面缺陷；鐵磁材料； * 常用檢測(cè)方法：剩磁法；連續(xù)法。* 檢測(cè)對(duì)象類型：鐵磁材料。焊縫；鋼板；鋼管；螺栓等...* 檢測(cè)缺陷類型：裂紋；夾渣等...。

滲透檢測(cè)：Penetrate Testing(PT)* 分子壓強(qiáng)與表面張力：每一個(gè)離液面的距離小于分子作用半徑r的分子，都受到一個(gè)指

向液體內(nèi)部的力的作用。而這些表面分子及近表面分子組成的表面層，都受到垂直于液面且指向液體內(nèi)部的力的作用。這種作用力就是表面層對(duì)整個(gè)液體施加的壓力，該壓力在單位面積上的平均值叫分子壓強(qiáng)。分子壓強(qiáng)是表面張力產(chǎn)生的原因。

* 液體潤(rùn)濕：液體鋪展在固體材料的表面不呈球形，且能覆蓋表面，此現(xiàn)象稱液體潤(rùn)濕現(xiàn) 象。

* 毛細(xì)現(xiàn)象：潤(rùn)濕液體在毛細(xì)管內(nèi)的自動(dòng)上升或下降稱為毛細(xì)現(xiàn)象。滲透檢測(cè)：原理、方法與應(yīng)用

* 具有潤(rùn)濕作用的滲透劑在毛細(xì)管作用下滲入表面開口缺陷。在顯象劑作用下由于毛細(xì)管作用滲入到開口缺陷內(nèi)的滲透劑被析出表面形成痕跡。* 滲透檢測(cè)基本操作過程

* 滲透檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)：檢測(cè)表面開口缺陷； * 常用檢測(cè)方法：著色法；熒光法。* 檢測(cè)對(duì)象類型：金屬與非金屬材料。* 檢測(cè)缺陷類型：裂紋。

渦流檢測(cè)：Eddy Current Testing(ET)* 由于電磁感應(yīng)金屬材料在交變磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生渦流。* 金屬材料中存在的裂紋將改變渦流的大小和分布，分析這些變化可檢出鐵磁性和非鐵磁 性材料中的缺陷。

* 渦流可用以分選材質(zhì)、測(cè)膜層厚度和工件尺寸以及材料的某些物理性能等。* 渦流檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)：適用于導(dǎo)電材料；檢測(cè)近表面缺陷。* 常用檢測(cè)方法：穿過式線圈；內(nèi)通過式線圈；探頭式線圈。* 檢測(cè)對(duì)象類型：金屬與非金屬材料。* 檢測(cè)缺陷類型：裂紋。# 1.1.2 常用無損檢測(cè)方法的應(yīng)用

一、應(yīng)用的部門

航空、航天、機(jī)械、核工業(yè)、汽車制造、船舶、電子、鋼結(jié)構(gòu)、商檢、進(jìn)出口等。

二、應(yīng)用的對(duì)象（1）缺陷探傷（2）厚度測(cè)量（3）性能測(cè)試 1.1.3 常用無損檢測(cè)方法的范圍及局限性 方法 應(yīng)用范圍 局限性

RT 各類材料的內(nèi)部缺陷 表面缺陷較難發(fā)現(xiàn) UT 大厚度金屬和部分非金屬材料的內(nèi)部缺陷 僅限于彈性介質(zhì) MT 表面和近表面缺陷 僅限于磁性介質(zhì) PT 金屬和部分非金屬 僅限于表面開口缺陷 材料的表面缺陷 ET 表面和近表面缺陷 僅限于導(dǎo)電材料 1.2 材料 1.2.1 材料的性能

一、力學(xué)性能

（1）金屬材料的靜拉伸力學(xué)性能 * 強(qiáng)度：金屬抗拉永久變形和斷裂的能力

* 塑性：又稱范性，斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力 * 韌性：金屬在斷裂前吸收變形能量的能力（2）金屬材料的彈性性能 * 彈性（虎克定律）：

（3）金屬材料在靜加載下的力學(xué)性能 * 扭轉(zhuǎn)性能 * 彎曲、壓縮性能 * 硬度

（4）金屬材料的沖擊性能（5）金屬材料的疲勞性能（6）金屬材料的蠕變性能

二、物理性能

（1）密度、比熱量、磁性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等（2）光學(xué)性能（3）聲學(xué)性能 # 1.2.3 金屬材料中的各種缺陷及不連續(xù)性

一、不連續(xù)性：金屬或合金內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不均勻變化，稱為不連續(xù)性。材料內(nèi)結(jié)構(gòu)的不連續(xù)對(duì)材料性能有影響。

二、缺陷：對(duì)金屬材料的性能造成破壞的不連續(xù)性稱為缺陷。因此不能簡(jiǎn)單的說：不連續(xù)就是缺陷。1.3 加工及缺陷

一、最初加工過程及相關(guān)缺陷

（1）鑄造：將熔融金屬澆注入鑄型型腔，冷卻后形成工件的加工過程；

常見的鑄造缺陷：氣孔、縮孔、疏松、冷裂、熱裂、冷隔、偏析、夾雜。（2）塑性加工：鍛、軋、拔、鈑金等

常見的塑性加工缺陷：裂紋、折疊、分層、白點(diǎn)（氫脆）

二、制造加工過程及相關(guān)缺陷

（1）焊接：通過加熱或加壓，使填充材料熔化、冷卻將工件連接在一起的加工方式稱焊接；

常見的焊接缺陷：氣孔、夾渣、未融合、未焊透、裂紋、夾珠、鎢夾雜（2）表面加工：車、銑、刨、鍍、磨、噴丸、吹砂等 常見的表面加工缺陷：氫脆

（3）熱處理：對(duì)金屬材料加溫并用不同方法冷卻使其組織結(jié)構(gòu)發(fā)生的方法稱熱處理； 常見的熱處理缺陷：淬裂（4）其他熱加工工藝：粉末冶金等 1.4 在役中的材料 1.4.1 在役中材料的行為

受力、受壓、高低溫、摩擦、腐蝕...1.4.2 在役工況導(dǎo)致缺陷和失效

一、腐蝕：腐蝕裂紋、腐蝕坑、腐蝕減薄

二、疲勞：疲勞裂紋、疲勞斷裂

三、磨損：材料減薄、摩擦裂紋

四、過負(fù)載：變形、斷裂

五、脆性斷裂：鎘脆、氫脆

1.4.3 金屬中破裂發(fā)展的概念

一、缺陷的形成（應(yīng)力集中）

二、缺陷的發(fā)展（載荷）

三、斷裂 # 1.5 無損檢測(cè)人員管理

* 持有NDT Ⅰ級(jí)證書的人員有資格按照NDT指導(dǎo)書，并在II級(jí)和III級(jí)人員的監(jiān)督下進(jìn)行NDT操作。I級(jí)人員應(yīng)能：（a）調(diào)整設(shè)備；（b）進(jìn)行檢測(cè)；

（c）按照文件提供的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行記錄并對(duì)檢測(cè)結(jié)果分類；（d）按檢測(cè)結(jié)果寫出檢測(cè)報(bào)告。* Ⅰ級(jí)人員不應(yīng)負(fù)責(zé)選擇檢測(cè)方法或技術(shù)。2 超聲檢測(cè)物理基礎(chǔ) 2.1 聲的特性及機(jī)械波的傳播

* 物體在一定位置附近作來回重復(fù)的運(yùn)動(dòng)，稱為振動(dòng)。例如彈簧振子的振動(dòng)。振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)

械波，機(jī)械波在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播。機(jī)械波的振動(dòng)頻率在每秒20次---20000次之間時(shí)，人的耳朵就能聽到成為聲。所以聲波就是機(jī)械波的一部分。* 聲的特性

① 聲的產(chǎn)生條件：聲源和傳播聲的彈性介質(zhì)； ② 聲波具有反射、折射、衍射等光學(xué)性質(zhì)； ③ 聲波在異質(zhì)界面上發(fā)生波形轉(zhuǎn)換； ④ 聲的傳播速度是與材料、波形、溫度有關(guān)的參數(shù)。2.2 頻率、振幅、波長(zhǎng)和聲速的概念

* 物體在彈性力作用下發(fā)生的諧振動(dòng)規(guī)律可用下是式表示：

x＝Acos（ωt＋φ)* 振幅A，振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的最大位移;* 頻率f，單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的次數(shù)。單位為次／秒，記為“赫”（Hz）;* 波長(zhǎng)λ，波的傳播方向上相位相同的兩質(zhì)點(diǎn)之間的距離?？捎霉溅?＝C/f 計(jì)算，式 中C為聲速。

* 在介質(zhì)中超聲波傳播的傳播速度（即聲速）與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度是不同的。在同一固體介質(zhì)中，縱波、橫波、表面波的傳播速度都是不同的。2.3 聲阻抗

* 聲阻抗表示聲場(chǎng)中介質(zhì)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的阻礙作用； * 聲阻抗的計(jì)算：Z＝ρc； * 聲波在二種介質(zhì)的界面上垂直入射時(shí)的相對(duì)透過率和反射率取決于二種介質(zhì)的聲阻抗 比。

2.4 聲波的類型

* 縱波：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向相同的聲波稱為縱波，用符號(hào)“L”表示。波速用CL表示。* 橫波：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向垂直的聲波稱為橫波又稱切變波，用符號(hào)“S”表示。波速用CS表示。橫波探傷最適用于焊逢、管材探傷。

* 波動(dòng)的形式(波形)可以分為球面波，平面波、柱面波等。

* 固體介質(zhì)表面的質(zhì)點(diǎn)發(fā)生縱向振動(dòng)和橫向振動(dòng)，兩種振動(dòng)合成為橢圓振動(dòng)，橢圓振動(dòng)在 介質(zhì)表面?zhèn)鞑?，這種波稱為表面波，用符號(hào)“R”表示。* 在板狀介質(zhì)中傳播的彈性波稱為板波，又稱蘭姆波。2.5 超聲波在二種不同介質(zhì)面上的行為 2.5.1 超聲波的反射和折射

* 超聲波在二種不同介質(zhì)的界面上垂直或傾斜入射時(shí)，在第一介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生反射回波的性質(zhì) 稱為反射。

* 超聲波在二種不同介質(zhì)的界面上傾斜入射時(shí)，在第二介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生方向改變的入射波稱為 折射，該入射波稱為折射波。2.5.2 超聲波的波型轉(zhuǎn)換

* 超聲波在傾斜入射時(shí)發(fā)生波型轉(zhuǎn)換，即入射的縱波在反射或折射時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)換成縱波、橫 波二種波；入射的橫波在反射或折射時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)換成橫波、縱波二種波。* 波型轉(zhuǎn)換與介質(zhì)的類型有關(guān)。2.5.3 超聲波的衰減

* 超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，其能量逐漸減弱的現(xiàn)象叫做超聲波的衰 減。

由聲束擴(kuò)散引起的超聲波衰減稱為擴(kuò)散衰減。

* 聲束在不同聲阻抗介質(zhì)的界面散射引起的衰減叫做散射衰減。* 由介質(zhì)吸收引起的超聲波衰減稱為吸收衰減。

* 由材料表面粗糙度、表面曲率大小和表面附著物等因素所引起的超聲波的衰減稱為耦合衰減。2.6 壓電效應(yīng)和探頭 2.6.1 壓電效應(yīng)與壓電材料

* 某些單晶體和多晶體陶瓷材料在應(yīng)力（壓縮力和拉伸力）作用下產(chǎn)生異種電荷向正反兩

面集中而在晶體內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)，這種效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。相反，當(dāng)這些單晶體和多晶體陶瓷材料處于交變電場(chǎng)中時(shí)，產(chǎn)生壓縮或拉伸的應(yīng)力和應(yīng)變，這種效應(yīng)稱為負(fù)壓電效應(yīng)，如圖所示。* 負(fù)壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波，正壓電效應(yīng)接收超聲波并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

* 常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇（BaTi03）、鋯鈦酸鉛（PZT）、鈦酸鉛（PbTiO3)、偏鈮酸鉛（PbNb2O4）等。2.6.2探頭的編號(hào)方法

2.5 P 20 Z 5 Q 6×6 K3 | | | | | | | | 頻率 材料 直徑 直探頭 頻率 材料 矩形 K=3 材料： P-鋯鈦酸鉛；B-鈦酸鋇；T-鈦酸鉛；L-鈮酸鋰；I-碘酸鋰；N-其他 探頭類型： Z-直探頭； K-斜探頭； SJ-水浸探頭； FG-分隔探頭； BM-表面探頭； KB-可變角探頭； 2.6.3 探頭的基本結(jié)構(gòu)

* 壓電超聲探頭的種類繁多，用途各異，但它們的基本結(jié)構(gòu)有共同之處，如圖所示。它們一般均由晶片、阻尼塊、保護(hù)膜（對(duì)斜探頭來說是有機(jī)玻璃透聲楔）組成。此外，還必須有與儀器相連接的高頻電纜插件、支架、外殼等。

* 脈沖重復(fù)頻率是指超聲波探傷儀在單位時(shí)間里所產(chǎn)生的脈沖數(shù)目；探傷頻率是指在電脈沖作用下晶體每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)，二者不可相提并論。

2.6.4 直探頭

一、直探頭的保護(hù)膜

* 壓電陶瓷晶片通常均由保護(hù)膜來保護(hù)晶片不與工件直接接觸以免磨損。常用保護(hù)膜

有硬性和軟性兩類。氧化鋁（剛玉）、陶瓷片及某些金屬都屬于硬性保護(hù)膜，它們適用于工件表面光潔度較高、且平整的情況。用于粗糙表面時(shí)聲能損耗達(dá)20～30dB。* 軟性保護(hù)膜有聚胺酯軟性塑料等，用于表面光潔度不高或有一定曲率的表面時(shí)，可改善聲耦合，提高聲能傳遞效率，且探傷結(jié)果的重復(fù)性較好，磨損后易于更換，它對(duì)聲能的損耗達(dá)6～7dB。

* 保護(hù)膜材料應(yīng)耐磨、衰減小、厚度適當(dāng)。為有利于阻抗匹配，其聲阻抗Zm應(yīng)滿 足一定要求。

* 試驗(yàn)表明：所有固體保護(hù)膜對(duì)發(fā)射聲波都會(huì)產(chǎn)生一定的畸變，使分辨率變差、靈敏度降低，其中硬保護(hù)膜比軟保護(hù)膜更為嚴(yán)重。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用需要選用探頭及其保護(hù)膜。與陶瓷晶片相比，石英晶片不易磨損，故所有石英晶片探頭都不加保護(hù)膜。

二、直探頭的吸收塊

為提高晶片發(fā)射效率，其厚度均應(yīng)保證晶片在共振狀態(tài)下工作，但共振周期過長(zhǎng)或晶片背面的振動(dòng)干擾都會(huì)導(dǎo)致脈沖變寬、盲區(qū)增大。為此，在晶片背面充填吸收這類噪聲能量的阻尼材料，使干擾聲能迅速耗散，降低探頭本身的雜亂的信號(hào)。目前，常用的阻尼材料為環(huán)氧樹脂和鎢粉。#

三、直探頭的晶片

晶片產(chǎn)生和吸收超聲波，常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇（BaTi03）、鋯鈦酸鉛（PZT）、鈦酸鉛（PbTiO3)、偏鈮酸鉛（PbNb2O4）等。2.6.5 斜探頭

一、結(jié)構(gòu)與類型

二、透聲楔

斜探頭都習(xí)慣于用有機(jī)玻璃作斜楔，以形成一個(gè)所需的聲波入射角，并達(dá)到波型轉(zhuǎn)換的目的。一發(fā)一收型分割式雙直探頭和雙斜探頭也都以有機(jī)玻璃作為透聲楔，這是因?yàn)橛袡C(jī)玻璃聲學(xué)性能良好、易加工成形，但它的聲速隨溫度的變化有所改變又易磨損，所以對(duì)探頭的角度應(yīng)經(jīng)常測(cè)試和修正。水浸聚焦探頭常以環(huán)氧樹脂等材料作為聲透鏡材料。

三、晶片的厚度

壓電晶片的振動(dòng)頻率f即探頭的工作頻率，它主要取決于晶片的厚度T和超聲波在晶片材料中的聲速。晶片的共振頻率（即基頻）是其厚度的函數(shù)?？梢宰C明，晶片厚度T為其傳播波長(zhǎng)一半時(shí)即產(chǎn)生共振，此時(shí)，在晶片厚度方向的兩個(gè)面得到最大振幅，晶片中心為共振的駐點(diǎn)。

雙晶斜探頭對(duì)鋼板內(nèi)的夾層缺陷比較敏感容易發(fā)現(xiàn)，而對(duì)有圓弧面的近表面氣孔不易發(fā)現(xiàn)。2.6.7 探頭的功能

使用壓電材料制成的探頭，要得到最佳的檢測(cè)效果，必須考慮探頭與儀器之間有良好的阻抗匹配。2.7 聲場(chǎng) 2.7.1 聲場(chǎng)

* 充滿超聲波的空間稱為聲場(chǎng)。聲場(chǎng)中聲能大小通常用空間的聲壓值表示。

* 聲壓P有若干極大值與極小值，最后一個(gè)聲壓極大值至聲源的距離稱為近場(chǎng)長(zhǎng)度N，該范 圍的聲場(chǎng)叫做近場(chǎng)。

* 聲壓P有若干極大值與極小值，最后一個(gè)聲壓極大值至聲源的距離稱為近場(chǎng)長(zhǎng)度N，該范圍的聲場(chǎng)叫做近場(chǎng)。

* 當(dāng)RS ?λ時(shí)，λ/4可以忽略，故： Rs2 Ds2 Rs ：探頭晶片半徑 N=-----=------Ds ：探頭晶片直徑 λ 4λ * 聲源的距離≥3N的聲場(chǎng)稱為遠(yuǎn)場(chǎng)。2.7.2 聲場(chǎng)的擴(kuò)散

* 聲束在傳播過程中呈發(fā)散狀態(tài)，離聲源近的地方聲能強(qiáng)，離聲源遠(yuǎn)的地方聲能弱；聲束 在1.64N處開始發(fā)生擴(kuò)散；

* 聲束的形狀與聲源的形狀有關(guān)，下圖是方片與矩形片的聲場(chǎng)形狀。

* 聲場(chǎng)的擴(kuò)散性用半擴(kuò)散角描述，θ0稱為半擴(kuò)散角，也稱為指向角，2θ0范圍內(nèi)的聲束叫做主聲束； * 聲束集中向一個(gè)方向輻射的性質(zhì)，叫做聲場(chǎng)的指向性。指向角θ0愈 小，主聲束越窄，聲能量越集中，則探測(cè)靈敏度就越高，方向性越好，從而可以提高對(duì)缺陷的分辨力和準(zhǔn)確判斷缺陷的位置。2.7.3 聲束的聚焦與發(fā)散

* 聲束可以通過聲透鏡聚焦而做成聚焦探頭，它可以聚集能量。但無論采用哪種聚焦方法，都不能把聲束聚成一個(gè)很小的點(diǎn)。

* 聲波從水通過曲表面進(jìn)入工件時(shí)，聲束在金屬工件內(nèi)將收斂(如果工件是凹面的)或發(fā) 散(如果工件是凸面的)。* 聚焦探頭計(jì)算公式： C1 F= R(-------------)C1-C2 式中：F---聚焦探頭的焦距；C1----第一介質(zhì)縱波聲速；C2---第二介質(zhì)縱波聲速； R---聲透鏡曲率半徑。3 超聲檢測(cè)方法與耦合 3.1 穿透法

* 穿透法是依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透試件之后的能量變化來判斷缺陷情況的一種方法，如 圖所示。

* 穿透法常采用兩個(gè)探頭，一個(gè)作發(fā)射用，一個(gè)作接收用，分別放置在試件的兩側(cè)進(jìn)行探

測(cè)，圖中顯示三種情況：無缺陷時(shí)的波形；缺陷阻擋部分聲束時(shí)的波形；缺陷阻擋全部聲束時(shí)的波形。3.2 脈沖反射法

超聲波探頭發(fā)射脈沖波到被檢試件內(nèi)，根據(jù)反射波的情況來檢測(cè)試件缺陷的方法，稱為脈沖反射法。3.3 共振法

若聲波（頻率可調(diào)的連續(xù)波）在被檢工件內(nèi)傳播，當(dāng)工件的厚度為超聲波的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，將引起共振，儀器顯示出共振頻率，若工件內(nèi)存在缺陷則共振頻率發(fā)生變化，利用共振頻率之差，判斷工件內(nèi)部狀態(tài)的方法稱為共振法。航空航天器上常用膠接結(jié)構(gòu)，脫膠處常用共振方法檢測(cè)。3.4 耦合介質(zhì)

一、概念

* 為了排除探頭與工件表面之間的空氣，在探頭與工件表面之間施加的一層透聲介質(zhì) 稱為耦合劑。

* 耦合劑的作用在于排除探頭與工件表面之間的空氣，使超聲波能有效地傳入工件達(dá) 到探傷的目的。此外耦合劑還有減少摩擦的作用。

二、耦合效果與聲阻抗有關(guān)，聲阻抗大耦合性能好。三、耦合介質(zhì)的種類

* 甘油聲阻抗高，耦合性能好，常用于一些重要工件的精確探傷，但價(jià)格較貴，對(duì)工件有腐蝕作用。* 水玻璃的聲阻抗較高，常用于表面粗糙的工件探傷，但清洗不太方便，且對(duì)工件有腐蝕作用。* 水的來源廣，價(jià)格低，常用于水浸探傷，但易使工件生銹。

* 機(jī)油和變壓器油粘度、流動(dòng)性、附著力適當(dāng)，對(duì)工件無腐蝕、價(jià)格也不貴，因此是目前應(yīng)用最廣的耦合劑。

* 超聲波探傷中常用耦合劑有機(jī)油、變壓器油、甘油、水、水玻璃等。它們的聲阻抗Z如下：

耦合劑 機(jī)油 水 水玻璃 甘油 Z×106kg/m2 ·s 1.28 1.5 2.17 2.43 * 此外，近年來化學(xué)漿糊也常用來作耦合劑，耦合效果比較好。

* 影響耦合的主要因素有：耦合層的厚度，耦合劑的聲阻抗，工件表面粗糙度和工件形狀。4 檢測(cè)設(shè)備

4.1 A型模擬超聲波探傷儀(CTS-9006PLUS型為例)* A型掃描顯示中，從熒光屏上直接可獲得缺陷回波幅度（表示聲能的大?。┖腿毕莸奈?置等信息。

* A型超聲探傷儀垂直線性取決于儀器放大功能的好壞而與探頭與儀器的匹配無關(guān)。* A型超聲探傷儀水平線性的好壞直接影響到缺陷的定位而對(duì)缺陷大小的判斷無關(guān)。* A型掃描顯示中，“盲區(qū)”是指由于儀器原因造成一定范圍內(nèi)不能探到缺陷的區(qū)域，它與近場(chǎng)區(qū)不能探到缺陷性質(zhì)是不同的。

* A型掃描顯示中，水平基線代表聲波傳播的時(shí)間或距離。CTS-22型儀左面板 CTS-22型儀右面板 其他模擬超聲波儀器 4.2 B型和C型超聲波探傷儀

* B型顯示超聲波探傷儀能顯示掃查方向的截面上的圖象； * C型顯示超聲波探傷儀則能顯示掃查面上的投影圖象。4.3 數(shù)字超聲波探傷儀 其他數(shù)字超聲儀 4.4 袖珍數(shù)字式超聲測(cè)厚儀 檢測(cè)系統(tǒng)的校準(zhǔn) 5.1 試塊簡(jiǎn)介 5.1.1 試塊的用途 * 測(cè)試或校驗(yàn)儀器和探頭的性能； * 確定探測(cè)靈敏度和缺陷大??； * 調(diào)整探測(cè)距離和確定缺陷位置； * 測(cè)定材料的某些聲學(xué)特性。5.1.2 試塊的分類（主要分二類）*

標(biāo)準(zhǔn)試塊

* 對(duì)比試塊（參考試塊）

其他叫法：校驗(yàn)試塊、靈敏度試塊；平底孔試塊、橫孔試塊、槽口試塊；鍛件試塊、焊縫試塊等。1.荷蘭試塊

* 1955年荷蘭人提出；1958年國(guó)際焊接學(xué)會(huì)通過并命名為IIW試塊；ISO組織推薦使用。* 類似的有：中國(guó)CSK-IA、日本STB-A1、英國(guó)BS-A、西德DIN54521…… 2.CSK-IA試塊：中國(guó)的改型試塊

CSK-IA試塊的主要用途： ① R50、R100圓?。?/p>

掃描線比例校準(zhǔn)； ② 上下表面刻度：斜探頭K值校準(zhǔn)；

③ φ50、φ

44、φ40孔：斜探頭分辨率測(cè)定； ④ 89、91、100mm 臺(tái)階：直探頭分辨率測(cè)定； ⑤ φ50孔：盲區(qū)測(cè)定。3.CSK-IIA / CSK-IIIA 5.2 儀器掃描線（速度）比例校準(zhǔn)（1）直探頭掃描線校準(zhǔn)

將直探頭放于CTS-IA試塊的100厚度上，取第一底面反射回波，通過距離調(diào)節(jié)按鈕使該回波在100mm位置上即可。

（2）斜探頭掃描線校準(zhǔn)

* 斜探頭調(diào)整儀器掃描線比例是為了識(shí)別缺陷波和判定缺陷位置。

一、入射點(diǎn)、前沿測(cè)試

* 如圖，斜探頭入射到R100圓弧上，左右移動(dòng)探頭找到最大反射回波；如果試塊上有圓心

刻度，則刻度對(duì)應(yīng)處為入射點(diǎn)；如果試塊上無圓心刻度則用鋼尺量，使鋼尺100處對(duì)準(zhǔn)試塊圓弧端，鋼尺0點(diǎn)即為入射點(diǎn)；使鋼尺0點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)探頭前端點(diǎn)，差值即為前沿。

* 斜探頭入射點(diǎn)會(huì)改變，其主要原因是楔塊長(zhǎng)期磨損變薄，所以要經(jīng)常測(cè)試入射點(diǎn)。

二、斜探頭K值測(cè)試

* 如圖，斜探頭分別入射到試塊的二個(gè)圓上，左右移動(dòng)探頭找到最大反射回波；探頭入射點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的刻度即K。

三、聲束偏轉(zhuǎn)角測(cè)定

* 概念：主聲束中心線與聲軸間的夾角稱為聲軸偏轉(zhuǎn)角。

* 測(cè)定：探頭置于試塊面上，旋轉(zhuǎn)移動(dòng)找到最大回波，測(cè)定探頭中心線與試塊上表面垂線 間的夾角。

錄象：入射點(diǎn)、前沿、斜探頭K值測(cè)試

四、按聲程1：1調(diào)節(jié)

概念：儀器熒光屏水平線表示聲波走的實(shí)際聲程；

方法：斜探頭放于CTS-IA試塊的R100、R50處，找到最大回波，分別放于100、50刻度處。

五、按深度1：1調(diào)節(jié)

六、概念：儀器熒光屏水平線表示聲波走的實(shí)際聲程的垂直 投影，即深度值；

方法：斜探頭放于CTS-IA試塊的R50、R100處，找到最大回波，分別放于h1、h2刻度處。h1、h2根據(jù)K值計(jì)算。

六、按水平1：1調(diào)節(jié)

概念：儀器熒光屏水平線表示聲波走的實(shí)際聲程的水平投影，即水平值；

方法：斜探頭放于CTS-IA試塊的R50、R100處，找到最大回波，分別放于L1、L2刻度處。L1、L2根據(jù)K值計(jì)算。

應(yīng)用

6.1 焊縫檢測(cè)程序：

⑴ 斜探頭基本參數(shù)測(cè)定：入射點(diǎn)、前沿、K值（測(cè)量三次取平均值）⑵ 掃描速度調(diào)節(jié)（通常按深度調(diào)節(jié)）⑶ 靈敏度確定：

* 確定探頭靈敏度最常用的方法是用人工缺陷反射信號(hào)的幅值來確定。

焊縫檢測(cè)常用橫孔作為人工缺陷，制作出距離-波幅曲線，依此對(duì)缺陷作出判斷。焊縫檢測(cè)用的距離-波幅曲線有二種：分貝曲線、面板曲線。

* 超聲檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度取決于探頭、脈沖發(fā)生器和放大器（儀器）。分貝曲線 * 在對(duì)接焊縫超聲波探傷中，若要計(jì)入表面補(bǔ)償6dB，“距離一分貝”曲線的三條線同時(shí)下 移 6dB。

* JB4730-94標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定用于制作“距離--波幅”曲線的試塊是： CSK-IIA和CSK-IIIA 面板曲線

⑷ 檢測(cè)（掃描）技術(shù)

* 聲波與入射面垂直時(shí)得到最大的反射回波，如果被檢工件的上下兩平面不平行，工件中 缺陷信號(hào)幅值將不會(huì)顯示。

* 必須選擇入射聲波與缺陷面的入射角度。

* 由于氣孔通常是圓球形的，其反射波是發(fā)散的，所以超聲波探測(cè)氣孔時(shí)，反射波較低。

* 超聲波垂直入射到表面粗糙的缺陷與入射到尺寸相同而表面光滑的缺陷相比，表面粗糙的缺陷反射波低，能量損失大。

* 用超聲波檢查板厚100mm以上的焊縫中垂直表面的裂紋，采用最有效的方法是串列法。

⑸缺陷定位、定量

* 深度定位

* 當(dāng)量法定量 ⑹ 記錄與報(bào)告

7.法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)條件和規(guī)程

7.1 與超聲檢測(cè)特別有關(guān)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件

（1）GB/T 11345-89 鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果的分級(jí)（2）GB/T 29712-2013（3）GB/T 29711-2013（4）GB 50205-2001

7.3 檢測(cè)規(guī)程

7.3.1 檢測(cè)規(guī)程制定和執(zhí)行程序

① 無損檢測(cè)工程師和無損檢測(cè) III 級(jí)人員具有制定檢測(cè)規(guī)程的資格； ② 制定-審核-批準(zhǔn)-使用 修定-審核-批準(zhǔn)-使用 7.3.2 檢測(cè)規(guī)程類型 ① 通用規(guī)程： 內(nèi)容 實(shí)例

* 被檢件相關(guān)參數(shù) * 檢測(cè)與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn) * 人員資格 * 設(shè)備與器材（儀器型號(hào)、探頭、耦合劑等）* 方法與技術(shù)（采用、掃查方式）* 其他事項(xiàng) 7.3.3 工藝卡 ②專用工藝規(guī)程

針對(duì)某一具體檢測(cè)對(duì)象制定的工藝程序 ③工藝卡

一、工藝卡的生成

表格形式集中顯示專用工藝規(guī)程中的工件參數(shù)、工藝參數(shù)，驗(yàn)收依據(jù)等數(shù)據(jù)，是操作者的工作依據(jù)。

二、工藝卡的執(zhí)行和修訂

三、根據(jù)工藝卡進(jìn)行檢測(cè) 8.結(jié)果的記錄和評(píng)定

8.1 記錄：記錄實(shí)際操作的工藝參數(shù) 表格的填寫 8.2 評(píng)定： 8.3 報(bào)告：表格的填寫

第三篇：無損檢測(cè)工作技術(shù)總結(jié)

無損檢測(cè)工作技術(shù)總結(jié)

報(bào)考項(xiàng)目: RT 論文題目: 淺談小徑管透照布置的選擇

姓 名: 龐 兵

工作單位: 安徽津利能源科技發(fā)展有限責(zé)任公司

淺談小徑管透照布置的選擇

隨著近年來電力行業(yè)趨勢(shì)不斷上升，射線檢測(cè)作為無損檢測(cè)方法的一個(gè)重要方法，射線檢測(cè)在電站安裝中具有與其它無損檢測(cè)方法不可替代的優(yōu)越性。電站鍋爐主要以小口徑管對(duì)接接頭為主，多采用射線檢測(cè)。筆者近期參與完成了***發(fā)電廠(2×1000MW)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組安裝工程的無損檢測(cè)工作，對(duì)射線檢測(cè)小徑管時(shí)透照位置的選擇有了新的認(rèn)識(shí)和理解。

1.小徑管透照在實(shí)際應(yīng)用中暴露的問題：

在某電廠安裝項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)抽查中發(fā)現(xiàn)爐管焊縫存在大量的根部裂紋（見附圖一、二），而這些焊縫則是已在預(yù)制廠檢測(cè)合格的焊口。為什么會(huì)造成這種現(xiàn)象呢？為此筆者分析了產(chǎn)生這種現(xiàn)象原因。該爐管材質(zhì)為T92規(guī)格為Φ51×8mm，檢測(cè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730.2-2005，技術(shù)等級(jí)AB級(jí)，Ⅱ級(jí)合格。在預(yù)制階段由于條件較好，所以按JB/T4730.2-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用橢圓成像法透照，相隔90度透照2次。在這一階段也發(fā)現(xiàn)了少量的根部裂紋，但并未引起檢測(cè)人員的足夠重視。在爐管組裝運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后由于現(xiàn)場(chǎng)條件的限制沒有采用橢圓成像法透照而是采用垂直透照的方法進(jìn)行檢測(cè)，相隔120度透照3次重疊成像，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了大量的根部裂紋。為保證產(chǎn)品質(zhì)量我們要求對(duì)所有運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)的爐管按用垂直透照的方法進(jìn)行100%重新檢測(cè)，同時(shí)要求預(yù)制廠在預(yù)制階段也采用同樣的方式進(jìn)行檢測(cè)。但這一要求似乎并不完全符合JB/T4730.2-2005的規(guī)定，檢測(cè)單位對(duì)此也有所顧忌。

2.小徑管經(jīng)常采用傾斜透照橢圓成像的原因 小徑管通常是指外直徑Do小于或等于100mm的管子，在射線檢測(cè)中傾斜透照橢圓成像通常是首選。小徑管采用傾斜透照橢圓成像可以將源側(cè)和膠片側(cè)焊縫影像分開便于影像的評(píng)定及缺陷的定位返修，而且在大多數(shù)條件下有較少透照次數(shù)，這樣既可以減少成本又可以提高檢測(cè)效率保證工程進(jìn)度。筆者認(rèn)為小徑管采用傾斜透照橢圓成像檢測(cè)工藝優(yōu)化的體現(xiàn)，是質(zhì)量、費(fèi)用、進(jìn)度及返修難易程度相互平衡的共同結(jié)果。實(shí)踐證明此方法確實(shí)是一種行之有效地透照方法，在可以實(shí)施的情況下也確應(yīng)采用。垂直透照重疊成像的方法對(duì)于根部裂紋、根部未熔、根部未焊透等根部面狀缺陷的檢出率較高，但發(fā)現(xiàn)缺陷后由于分不清是源側(cè)還是膠片側(cè)的缺陷會(huì)對(duì)缺陷的定位返修造成不便。焊縫表面的不規(guī)則也會(huì)影像的評(píng)定造成一定的影響，此外在檢測(cè)成本、檢測(cè)進(jìn)度上也略遜于傾斜透照，它出常常作為傾斜透照的一種補(bǔ)充方法加以應(yīng)用。綜上原因在射線檢測(cè)中經(jīng)常采用傾斜透照橢圓成像。

附圖一 3.透照角度對(duì)小徑管裂紋檢出的影響 射線檢測(cè)中對(duì)于缺陷的檢出主要是通過裂紋檢出角來控制的，它是假想裂紋垂直于工件表面來進(jìn)行研究的，垂直于工件表面的裂紋也是危害性最大一種缺陷，因此它是射線檢測(cè)重要控制的缺陷。裂紋檢出角分為橫向裂紋檢出角和縱向裂紋檢出角。實(shí)驗(yàn)證明，透照角度在10度以下時(shí)裂紋的識(shí)別情況變化不大，但透照角度超過15度時(shí)隨著透照角度的增大裂紋不能識(shí)別的情況就會(huì)增大很多，裂紋的檢出率會(huì)顯著降低。

附圖二

在JB/T4730.2-2005中透照方向?qū)嶋H上是對(duì)縱向裂紋檢出角的控制，但標(biāo)準(zhǔn)并未規(guī)定角度的控制范圍。而一次透照長(zhǎng)度是以透照厚度比K的形式間接的控制橫向裂紋檢出角的大小。無論是傾斜透照橢圓成像透照2次或3次，還是垂直透照重疊成像透照3次其對(duì)橫向裂紋檢出角的要求是基本相同的，但傾斜透照橢圓成像透照的縱向裂紋檢出角要明顯大于垂直透照重疊成像透照。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，橢圓成像時(shí)影像開口寬度為1倍焊縫寬度左右，當(dāng)g（焊縫寬度）≤D0/4時(shí)傾斜透照的角度約為25.56度,此時(shí)縱向裂紋的檢出率將大大下降。此時(shí)橢圓成像過大的透照角度可能會(huì)導(dǎo)致根部面狀缺陷的漏檢，因此在可能存在根部面狀缺陷時(shí)橢圓成像的方法應(yīng)慎用。

附圖三

4.對(duì)JB/T4730.2-200

5小徑管透照布置的理解

JB/T4730.2-2005標(biāo)準(zhǔn)中射線檢測(cè)的透照布置分為5條，即透照方式、透照方向、一次透照長(zhǎng)度、小徑管的透照布置和透照次數(shù)。其實(shí)后2條僅是針對(duì)小徑管這一特定檢測(cè)對(duì)象而言的，其含義也包含于前3條之 中：

1）小徑管的透照布置無論是傾斜透照還是垂直透照都為雙壁雙影法。2）小徑管的透照方向是通過橢圓的開口度來控制的，傾斜透照時(shí)有一定的透照角度，垂直透照時(shí)透照就角度為0o。小徑管透照布置規(guī)定，當(dāng)同時(shí)滿足T（壁厚）≤8mm； g（焊縫寬度）≤Do /4時(shí)應(yīng)采用傾斜透照方式橢圓成像，而JB/T4730.2-2005中4.1.2條（透照方向）規(guī)定透照時(shí)射線束中心一般應(yīng)垂直指向透照區(qū)中心，需要時(shí)也可選用有利于發(fā)現(xiàn)缺陷的方向透照。因此從這一方面看小徑管的透照布置與4.1.2條的 要求是相互矛盾的。3）小徑管透照次數(shù)是一次透照長(zhǎng)度的體現(xiàn)。無論是傾斜透照橢圓成像透照2次或3次，還是垂直透照重疊成像透照3次其透照厚度比K都約為1.7左右。從小徑管的K值我們可以看出小徑管的K值其實(shí)已經(jīng)不 能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，標(biāo)準(zhǔn)之所以這樣規(guī)定只是優(yōu)化工藝的結(jié)果。因此我們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行也要靈活應(yīng)用，不能照抄照搬。在檢測(cè)中如已發(fā)現(xiàn)許多根部面狀缺陷或?qū)θ毕莸臋z出率存在疑問時(shí)應(yīng)采用垂直透照進(jìn)行補(bǔ)充檢測(cè)，在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大量根部面狀缺陷時(shí)要直接采用垂直透照進(jìn)行檢測(cè)。這樣才能提高根部面狀缺陷檢出率來保證產(chǎn)品質(zhì)量，才能真正做到質(zhì)量、費(fèi)用、進(jìn)度的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，此時(shí)的才能算是優(yōu)化的工藝。

5.通過以上的分析及筆者在實(shí)際中的應(yīng)用，筆者認(rèn)為不要死執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，而要理解標(biāo)準(zhǔn)，從檢測(cè)的原理出發(fā)了解標(biāo)準(zhǔn)制定的原理及目的，這樣才能更好的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)于實(shí)際檢測(cè)工作。同時(shí)筆者也認(rèn)為JB/T4730.2-2005對(duì)小徑管透照布置的規(guī)定過于剛性，使許多檢測(cè)單位在實(shí)際檢測(cè)中過于拘謹(jǐn)。這是筆者個(gè)人的一些觀點(diǎn)和看法希望能夠得到廣大同仁的指教。

第四篇：無損檢測(cè)工作技術(shù)總結(jié)

無損檢測(cè)工作技術(shù)總結(jié)

總結(jié)人：XXX

XXXXXX有限公司

我于2012年7月畢業(yè)于XXXXXX，持有中國(guó)電力工業(yè)無損檢測(cè)超聲、磁粉I級(jí)資質(zhì)和電力工業(yè)理化檢驗(yàn)光譜、金相I級(jí)資質(zhì)。畢業(yè)后一直就職于XXXXXXX有限公司，在公司承接的鍋爐、壓力管道等特種設(shè)備施工過程中承擔(dān)無損檢測(cè)工作。在這一年的工作中，積極完成各項(xiàng)探傷任務(wù)，尋求新的方法以解決檢測(cè)中碰到的難題，并且努力提高自己的技術(shù)水平，提高工作效率。

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，電站和化工行業(yè)也相繼增多，按照?qǐng)D紙技術(shù)條件及規(guī)范要求，對(duì)于各種壓力管道、壓力容器和承壓部件焊接焊縫需進(jìn)行規(guī)定比例的超聲及X射線探傷，所以無損檢測(cè)行業(yè)也越來越普遍。下面淺談一下小徑管透照方法和技術(shù)要求及鋼焊縫射線照相底片缺陷影像的識(shí)別：

I外徑D?！?00mm的管子稱為小徑管，一般采用雙壁雙影法透照其對(duì)接環(huán)縫。按照被檢焊縫在底片上的影像特征，又分橢圓成像和重疊成像兩種方法。當(dāng)同時(shí)滿足下列兩條件，a)T(壁厚)≤8mm；

b)g(焊縫寬度)≤D0/

4時(shí)采用傾斜透照方式橢圓成像。橢圓成像時(shí)，應(yīng)控制影像的開口寬度(上下焊縫投影最大間距)在1倍焊縫寬度左右。不滿足上述條件或橢圓成像有困難時(shí)可采用垂直透照方式重疊成像。

透照布置（1）橢圓成像法膠片暗袋平放，射線源焦點(diǎn)偏離焊縫中心平面一定距離（稱為偏心距L。），以射線束的中心部分或邊緣部分透照被檢焊縫。偏心距應(yīng)適當(dāng)，可按橢圓開口寬度（q）的大小

算出。

L。=（b+q）L1/L

2式中L1為射線源到近源處環(huán)焊縫表面的水平距離，L2為外徑加上焊縫余高；

如偏心距太大，橢圓開口寬度過大，窄小的根部缺陷（裂紋、未焊透等）有可能漏檢，或者因影像畸變過大，難于判斷。偏心距太小，橢圓開口寬度過小，又會(huì)使源側(cè)焊縫與片側(cè)焊縫根部缺陷不一分開。

（2）重疊成像法對(duì)直徑?。―?！?0mm），或壁厚大（T>8mm），或焊縫寬（g>D。/4）的管子，或是為了重點(diǎn)檢測(cè)根部裂紋和未焊透等特殊情況下，可使射線垂直透照焊縫，此時(shí)膠片宜彎曲貼合焊縫表面，以盡量減少缺陷到膠片距離。當(dāng)發(fā)現(xiàn)不合格缺陷后，由于不能分清缺陷是處于射線源測(cè)或膠片側(cè)焊縫中，一般多做整圈返修處理。小徑管環(huán)向?qū)咏宇^的透照次數(shù)

小徑管環(huán)向?qū)雍附咏宇^100%檢測(cè)的透照次數(shù):采用傾斜透照橢圓成像時(shí)，當(dāng)T/Dn≤0.12時(shí)，相隔90°透照2次。當(dāng)T/D0>0.12時(shí)，相隔120°或60°透照3次。垂直透照重疊成像時(shí)，一般應(yīng)相隔120°或60°透照3次。

由于結(jié)構(gòu)原因不能進(jìn)行多次透照時(shí)，可采用橢圓成像或重疊成像方式透照一次。鑒于透照一次不能實(shí)現(xiàn)焊縫全長(zhǎng)的100%檢測(cè)，此時(shí)應(yīng)采取有效措施擴(kuò)大缺陷可檢出范圍，并保證底片評(píng)定范圍內(nèi)黑度和靈敏度滿足要求。

II鋼焊縫射線照相底片缺陷影像的識(shí)別

1焊接缺陷影像的顯示特征

焊接缺陷的影像特征基本取決于焊縫中缺陷的形態(tài)、分布、走向和位置，因射線透照角變化而造成的影像畸變或影像模糊也應(yīng)予以充分考慮；對(duì)缺陷特性和成因的充分了解和經(jīng)驗(yàn)，有助于缺陷的正確判斷。必要時(shí)，應(yīng)改變射線檢測(cè)方案重新拍片；也可對(duì)可疑影像進(jìn)行解剖分析，這樣可以減少誤判和漏判。

缺陷影像的判定，應(yīng)依據(jù)三個(gè)基本原則：

a影像的黑度(或亮度)分布規(guī)律。如氣孔的黑度變化不大，屬平滑過渡型；而夾渣的黑度變化不確定，屬隨機(jī)型。

b影像的形態(tài)和周界。如裂紋的影像為條狀，且必有尖端；而未焊透或條狀?yuàn)A渣雖然也是條狀的，但一般不可能有尖端。未焊透的兩邊周界往往是平直的，而夾渣的周圍往往是弧形不規(guī)則的，而氣孔的形態(tài)大多是規(guī)則的。

c影像所處的部位。如破口邊沿未熔合往往產(chǎn)生于焊接坡口的熔合面上，因此大多出現(xiàn)在焊縫軸線的兩側(cè)；而未焊透則多出現(xiàn)在焊縫軸線上。

2缺陷影像的識(shí)別

2.1氣孔在底片上的形貌：

呈暗色斑點(diǎn)，中心黑度較大，邊緣較淺平滑過渡，輪廓較清晰。形狀：圓形、橢圓形、長(zhǎng)條形、蟲形等。

形態(tài)：?jiǎn)蝹€(gè)、分散、密集、鏈狀等。分布在焊縫中任意部位。

2.2非金屬夾渣在底片上的形貌

呈暗色斑點(diǎn)，黑度分布無規(guī)律，輪廓不圓滑，小點(diǎn)狀?yuàn)A渣輪廓較不清晰。形狀較不規(guī)測(cè)，點(diǎn)狀、長(zhǎng)條形、塊狀，有時(shí)帶尖角。

形態(tài)：?jiǎn)蝹€(gè)或分散、密集（網(wǎng)狀）、長(zhǎng)條斷續(xù)等。分布在焊縫中任意部位。

2.3夾鎢（金屬夾渣）

呈亮點(diǎn)，輪廓清晰。為圓形、橢圓形、長(zhǎng)條形或呈開花狀。形態(tài)：?jiǎn)蝹€(gè)、分散、密集等。氬弧焊打底電弧焊蓋面的焊縫分布在根部；全氬焊焊縫在焊縫任意部位。

2.4未焊透在底片上的形貌

大多呈清晰的暗色直線條或帶，寬窄取決于對(duì)口間隙。無對(duì)口間隙的所形成的未焊透呈現(xiàn)一條筆直的暗線。

一般處于焊縫影像的中間，順焊縫軸線延伸；因透照偏或焊偏，也可能偏向一側(cè)。

2.5未熔合在底片上的形貌：

根部未熔合的典型影象是一條細(xì)直黑線，線的一側(cè)輪廓整齊且黑度較大，為坡口鈍邊痕跡，另一側(cè)輪廓可能較規(guī)則也可能不規(guī)則，根部未熔合在底片上的位置應(yīng)是焊縫根部的投影位置，一般在焊縫中間．因坡口形狀或投影角度等原因也可能偏向一邊。

坡口未熔合的典型影象是連續(xù)或斷續(xù)的黑線，寬度不一，黑度不均勻，一側(cè)輪廓較齊，黑度較大，另一側(cè)輪廓不規(guī)則，黑度較小，在底片上的位置一般在焊縫中心至邊緣的1／2處，沿焊縫縱向延伸。

層間未熔合的典型影象是黑度不大的塊狀陰影，形狀不規(guī)則，如伴有夾渣時(shí)，夾渣部位的黑度較大。較小時(shí)，底片上不易發(fā)現(xiàn)。

對(duì)未熔合缺陷評(píng)判，要持慎重態(tài)度，因?yàn)橛袝r(shí)與夾渣很難區(qū)分，尤其是層間未熔合容易誤判。一般與夾渣的區(qū)別在于黑度的深淺和外貌形狀規(guī)則等。

2.6裂紋在底片上的形貌：

呈不直的暗細(xì)線，端部尖細(xì)。熱裂紋走向曲折，有分叉；冷裂紋走向不曲折沒有分叉。

形態(tài)：?jiǎn)螚l、斷續(xù)。在焊縫根部、焊道內(nèi)、熱影響區(qū)及弧坑等相應(yīng)部位均可呈現(xiàn)。

無損檢測(cè)工作是鍋爐壓力容器和化工壓力管道等特種設(shè)備安全運(yùn)行的重要保障之一，要求從事無損檢測(cè)工作人員要有高度的責(zé)任心，特別是從事X射線探傷工作，不僅要做好個(gè)人防護(hù)，也要防止他人受到傷害。

第五篇：油氣管道無損檢測(cè)技術(shù)

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油氣管道無損檢測(cè)技術(shù)

管道作為大量輸送石油、氣體等能源的安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸手段,在世界各地得到了廣泛應(yīng)用,為了保障油氣管道安全運(yùn)行,延長(zhǎng)使用壽命,應(yīng)對(duì)其定期進(jìn)行檢測(cè),以便發(fā)現(xiàn)問題,采取措施。

一、管道元件的無損檢測(cè)

（一）管道用鋼管的檢測(cè)

埋地管道用管材包括無縫鋼管和焊接鋼管。對(duì)于無縫鋼管采用液浸法或接觸法超聲波檢測(cè)主要來發(fā)現(xiàn)縱向缺陷。液浸法使用線聚焦或點(diǎn)聚焦探頭,接觸法使用與鋼管表面吻合良好的斜探頭或聚焦斜探頭。所有類型的金屬管材都可采用渦流方法來檢測(cè)它們的表面和近表面缺陷。對(duì)于焊接鋼管，焊縫采用射線抽查或100 %檢測(cè)，對(duì)于100 %檢測(cè)，通常采用X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)。

（二）管道用螺栓件

對(duì)于直徑> 50 mm 的鋼螺栓件需采用超聲來檢測(cè)螺栓桿內(nèi)存在的冶金缺陷。超聲檢測(cè)采用單晶直探頭或雙晶直探頭的縱波檢測(cè)方法。

二、管道施工過程中的無損檢測(cè)

（一）各種無損檢測(cè)方法在焊管生產(chǎn)中的配置

國(guó)外在生產(chǎn)中常規(guī)的主要無損檢測(cè)配置如下圖一中的A、B、C、E、F、G、H工序。我國(guó)目前生產(chǎn)中的檢測(cè)配置主要崗位如下圖中的A、C、D、E、F、G、H工序。

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圖一 大口徑埋弧焊街鋼管生產(chǎn)無損檢測(cè)崗位配置

（二）超聲檢測(cè)

全自動(dòng)超聲檢測(cè)技術(shù)目前在國(guó)外已被大量應(yīng)用于長(zhǎng)輸管線的環(huán)焊縫檢測(cè)，與傳統(tǒng)手動(dòng)超聲檢測(cè)和射線檢測(cè)相比，其在檢測(cè)速度、缺陷定量準(zhǔn)確性、減少環(huán)境污染和降低作業(yè)強(qiáng)度等方面有著明顯的優(yōu)越性。

全自動(dòng)相控陣超聲檢測(cè)系統(tǒng)采用區(qū)域劃分方法，將焊縫分成垂直方向上的若干個(gè)區(qū)，再由電子系統(tǒng)控制相控陣探頭對(duì)其進(jìn)行分區(qū)掃查，檢測(cè)結(jié)果以雙門帶狀圖的形式顯示，再輔以TOFD(衍射時(shí)差法)和B掃描功能，對(duì)焊縫內(nèi)部存在的缺陷進(jìn)行分析和判斷。

全自動(dòng)超聲波現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)情況復(fù)雜，尤其是軌道位置安放的精確度、試塊的校準(zhǔn)效果、現(xiàn)場(chǎng)掃查溫度等因素會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響，因此對(duì)檢測(cè)結(jié)果的評(píng)判需要對(duì)多方面情況進(jìn)行綜合考慮，收集各種信息，才能減少失誤。

（三）射線檢測(cè)

射線檢測(cè)一般使用X 射線周向曝光機(jī)或γ射線源，用管道內(nèi)爬行器將射線源送入管道內(nèi)部環(huán)焊縫的位置，從外部采用膠片一次曝光，但膠片處理和評(píng)價(jià)需要較長(zhǎng)的時(shí)間，往往影響管道施工的進(jìn)度，因此，近年來國(guó)內(nèi)外均開發(fā)出專門用于管道環(huán)焊縫檢測(cè)的X 射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)設(shè)備。

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圖二 管道環(huán)焊縫自動(dòng)掃描X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)

圖二為美國(guó)Envision公司生產(chǎn)的管道環(huán)焊縫自動(dòng)掃描X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)，該設(shè)備采用目前最先進(jìn)的CMOS成像技術(shù)，用該設(shè)備完成Φ 609mm(24 in)管線連接焊縫的整周高精度掃描只需1～2 min，掃描寬度可達(dá)75 mm，該設(shè)備圖像分辨率可達(dá)80μm，達(dá)到和超過一般的膠片成像系統(tǒng)。

（四）磁粉檢測(cè)

磁粉檢測(cè)的基礎(chǔ)是缺陷處漏磁場(chǎng)與磁粉的磁相互作用。鐵磁性材料或工件被磁化后，由于不連續(xù)性的存在，使工件表面或近表面的磁力線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合適光照下目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、形狀和大小。

國(guó)內(nèi)很少對(duì)焊管坡口面進(jìn)行磁粉檢測(cè)。國(guó)外使用的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，主要采用熒光磁懸液濕法檢測(cè)。自動(dòng)磁粉檢測(cè)設(shè)備采用磁化線圈在鋼管壁厚方向?qū)ζ驴诿婢植看呕?，同時(shí)在坡口表面噴灑熒光磁懸液，憑借在該部位裝置的高分辨率攝像系統(tǒng)，將磁化、磁懸液噴灑區(qū)域的影像傳輸在旁邊的監(jiān)視屏上，操作人員監(jiān)視屏幕，就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)磁痕影像，找出缺陷。

磁粉檢測(cè)適用于檢測(cè)鐵磁性材料表面和近表面的缺陷，因此對(duì)于奧氏體不銹鋼和有色金屬等非鐵磁性材料不能用磁粉檢測(cè)的方法進(jìn)行探傷。由

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于馬氏體不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼具有磁性，因此可以進(jìn)行磁粉檢測(cè)。磁粉檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)表面和近表面的裂紋、夾雜、氣孔、未熔合、未焊透等缺陷，但難以發(fā)現(xiàn)表面淺而寬的凹坑、埋藏較深的缺陷及與工件表面夾角極小的分層。

三、鋼質(zhì)管道管體無損檢測(cè)技術(shù)

鋼質(zhì)管道管體的無損檢測(cè)，主要就是管體的完整性（如剩余壁厚、管道缺陷、表面腐蝕形態(tài)、腐蝕產(chǎn)物類型、腐蝕深度等）檢測(cè)。表一列出了目前常用的管道檢測(cè)技術(shù)及其檢測(cè)內(nèi)容。

表一 管道檢測(cè)技術(shù)分類

（一）彈性波檢測(cè)技術(shù)

彈性波檢測(cè)是利用管道泄漏引起的管道內(nèi)壓力波的變化來進(jìn)行診斷定位，一般可分為聲波、負(fù)壓力波和壓力波三種。其主要工作原理是利用安置好的傳感器來檢測(cè)管道泄漏時(shí)產(chǎn)生的彈性波并進(jìn)行探測(cè)定位。這種技術(shù)的關(guān)鍵是區(qū)分正常操作時(shí)和發(fā)生泄漏時(shí)的彈性波。目前有兩種方法，一

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種是利用硬件電路的延時(shí)來進(jìn)行信號(hào)過濾，另一種是結(jié)合結(jié)構(gòu)模式識(shí)別和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來區(qū)分正常操作時(shí)和發(fā)生事故時(shí)產(chǎn)生的不同波形，從而更好地監(jiān)測(cè)管道的運(yùn)行。

（二）漏磁通檢測(cè)技術(shù)

漏磁式管道腐蝕檢測(cè)設(shè)備的工作原理是利用自身攜帶的磁鐵，在管壁圓周上產(chǎn)生一個(gè)縱向磁回路場(chǎng)。如果管壁沒有缺陷，則磁力線封閉于管壁之內(nèi)，均勻分布。如果管內(nèi)壁或外壁有缺陷，則磁通路變窄，磁力線發(fā)生變形，部分磁力線將穿出管壁產(chǎn)生漏磁。漏磁檢測(cè)原理圖三所示。

圖三 漏磁檢測(cè)原理

漏磁場(chǎng)被位于兩磁極之間的緊貼管壁的探頭檢測(cè)到，并產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理后被記錄到檢測(cè)器上的存儲(chǔ)器中，檢測(cè)完成后，再通過專用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回放處理、判斷識(shí)別。

從整個(gè)檢測(cè)過程來說，漏磁檢測(cè)可分為圖四所示的四個(gè)部分：

圖四 漏磁檢測(cè)流程圖

漏磁檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；較高的檢測(cè)可靠性；（2）可以實(shí)現(xiàn)缺陷的初步量化；（3）在管道檢測(cè)中，厚度達(dá)到30mm的壁厚范

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圍內(nèi)，可同時(shí)檢測(cè)內(nèi)外壁缺陷；（4）高效，無污染，自動(dòng)化的檢測(cè)可以獲得很高的檢測(cè)效率。

漏磁檢測(cè)技術(shù)的局限性：（1）只適用于鐵磁材料；（2）檢測(cè)靈敏度低；（3）缺陷的量化粗略；（4）受被檢測(cè)工件的形狀限制由于采用傳感器檢測(cè)漏磁通，漏磁場(chǎng)方法不適合檢測(cè)形狀復(fù)雜的試件；（5）漏磁探傷不適合開裂很窄的裂紋，尤其是閉合型裂紋；（6）不能對(duì)缺陷的類型或者缺陷的嚴(yán)重程度直接作定量性的分析。

（三）超聲波檢測(cè)技術(shù)

管道超聲檢測(cè)是利用現(xiàn)有的超聲波傳感器測(cè)量超聲波信號(hào)往返于缺陷之間的時(shí)間差來測(cè)定缺陷和管壁之間的距離；通過測(cè)量反射回波信號(hào)的幅值和超聲波探頭的發(fā)射位置來確定缺陷的大小和方位。

圖五為超聲波檢測(cè)原理圖, 圖中Wt代表管道正常壁厚, SO代表超聲波探頭與管道內(nèi)表面間的標(biāo)準(zhǔn)位移。

圖五 超聲波檢測(cè)原理圖

超聲波檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）檢測(cè)速度快，檢測(cè)成本低；（2）檢測(cè)厚度大，靈敏度高；（3）缺陷定位較準(zhǔn)確；（4）對(duì)細(xì)微的密閉裂紋類缺陷靈

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敏度高。

超聲波檢測(cè)的缺點(diǎn)：（1）由于受超聲波波長(zhǎng)的限制，該檢測(cè)法對(duì)薄管壁的檢測(cè)精度較低，只適合厚管壁，同時(shí)對(duì)管內(nèi)的介質(zhì)要求較高；（2）當(dāng)缺陷不規(guī)則時(shí)，將出現(xiàn)多次反射回波，從而對(duì)信號(hào)的識(shí)別和缺陷的定位提出了較高要求；（3）由于超聲波的傳導(dǎo)必須依靠液體介質(zhì)，且容易被蠟吸收，所以超聲波檢測(cè)器不適合在氣管線和含蠟高的油管線上進(jìn)行檢測(cè)，具有一定局限性。

（四）電磁超聲檢測(cè)

電磁超聲技術(shù)（EMAT）是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的無損檢測(cè)新技術(shù)。這一技術(shù)是以洛侖茲力、磁致伸縮力、電磁力為基礎(chǔ)，用電磁感應(yīng)渦流原理激發(fā)超聲波。

電磁超聲的發(fā)射和接收是基于電磁物理場(chǎng)和機(jī)械波振動(dòng)場(chǎng)之間的相互轉(zhuǎn)化，兩個(gè)物理場(chǎng)之間通過力場(chǎng)相互聯(lián)系。從物理學(xué)可知，在交變的磁場(chǎng)中，金屬導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生渦流，同時(shí)該電流在磁場(chǎng)中會(huì)受到洛侖茲力的作用，而金屬介質(zhì)在交變應(yīng)力的作用下將產(chǎn)生應(yīng)力波，頻率在超聲波范圍內(nèi)的應(yīng)力波即為超聲波。與之相反，該效應(yīng)具有可逆性，返回聲壓使質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)在磁場(chǎng)作用下也會(huì)使渦流線圈兩端的電壓發(fā)生變化，因此可以通過接收裝置進(jìn)行接收并放大顯示。人們把用這種方法激發(fā)和接收的超聲波稱為電磁超聲。

與傳統(tǒng)壓電超聲換能器相比，EMA的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）非接觸檢測(cè)，不需要耦合劑；（2）可產(chǎn)生多種模式的波，適合做表面缺陷檢測(cè)；（3）適合高溫檢測(cè)；（4）對(duì)被探工件表面質(zhì)量要求不高；（5）在實(shí)現(xiàn)同樣功能的油氣儲(chǔ)運(yùn)前言知識(shí)講座

前提下，EMAT探傷設(shè)備所用的通道數(shù)和探頭數(shù)都少于壓電超聲；（6）發(fā)現(xiàn)自然缺陷的能力強(qiáng)，對(duì)不同的入射角有明顯的端角反射，對(duì)表面裂紋檢測(cè)靈敏度較高。

EMA的缺點(diǎn)：（1）EMAT的換能效率要比傳統(tǒng)壓電換能器低20—40dB；（2）探頭與試件距離應(yīng)盡可能?。唬?）EMAT僅能應(yīng)用于具有良好導(dǎo)電性能的材料中。

（五）渦流檢測(cè)技術(shù)

渦流檢測(cè)技術(shù)是目前采用較為廣泛的管道無損檢測(cè)技術(shù)，其原理為：當(dāng)一個(gè)線圈通交變電時(shí)，該線圈將產(chǎn)生一個(gè)垂直于電流方向（即平行于線圈軸線方向）的交變磁場(chǎng)，把這個(gè)線圈靠近導(dǎo)電體時(shí)，線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)會(huì)在導(dǎo)電體中感應(yīng)出渦電流（簡(jiǎn)稱渦流），其方向垂直于磁場(chǎng)并與線圈電流方向相反。導(dǎo)電體中的渦流本身也要產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與線圈的磁場(chǎng)發(fā)生作用，使通過線圈的磁通發(fā)生變化，這將使線圈的阻抗發(fā)生變化，從而使線圈中的電流發(fā)生變化。通過監(jiān)測(cè)線圈中電流的變化（激勵(lì)電流為恒定值），即可探知渦流的變化，從而獲得有關(guān)試件材質(zhì)、缺陷、幾何尺寸、形狀等變化的信息。

渦流檢測(cè)技術(shù)可分為常規(guī)渦流檢測(cè)、透射式渦流檢測(cè)和遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)。常規(guī)渦流檢測(cè)受到趨膚效應(yīng)的影響，只適合于檢測(cè)管道表面或者亞表面缺陷，而透射式渦流檢測(cè)和遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)則克服了這一缺陷，其檢測(cè)信號(hào)對(duì)管內(nèi)外壁具有相同的檢測(cè)靈敏度。其中遠(yuǎn)場(chǎng)渦流法具有檢測(cè)結(jié)果便于自動(dòng)化檢測(cè)(電信號(hào)輸出)、檢測(cè)速度快、適合表面檢測(cè)、適用范圍廣、安全方便以及消耗的物品最少等特點(diǎn)，在發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛的重視，廣泛用于在油氣儲(chǔ)運(yùn)前言知識(shí)講座

用管道的檢測(cè)。

渦流檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）檢測(cè)速度高，檢測(cè)成本低，操作簡(jiǎn)便；（2）探頭與被檢工件可以不接觸，不需要耦合介質(zhì)；（3）檢測(cè)時(shí)可以同時(shí)得到電信號(hào)直接輸出指示的結(jié)果，也可以實(shí)現(xiàn)屏幕顯示；（4）能實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)化檢測(cè)，并可實(shí)現(xiàn)永久性記錄。

渦流檢測(cè)技術(shù)的缺點(diǎn)：（1）只適用于導(dǎo)電材料，難以用于形狀復(fù)雜的試件；（2）只能檢測(cè)材料或工件的表面、近表面缺陷；（3）檢測(cè)結(jié)果不直觀，還難以判別缺陷的種類、性質(zhì)以及形狀、尺寸等；（4）檢測(cè)時(shí)受干擾影響的因素較多，易產(chǎn)生偽顯示。

（六）激光檢測(cè)技術(shù)

激光檢測(cè)系統(tǒng)主要包括激光掃描探頭、運(yùn)動(dòng)控制和定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)三個(gè)部分，利用了光學(xué)三角測(cè)量的基本原理。與傳統(tǒng)的渦流法和超聲波法相比，激光檢測(cè)（或輪廓測(cè)量）技術(shù)具有檢測(cè)效率高、檢測(cè)精度高、采樣點(diǎn)密集、空間分辨力高、非接觸式檢測(cè)，以及可提供定量檢測(cè)結(jié)果和提供被檢管道任意位置橫截面顯示圖、軸向展開圖、三維立體顯示圖等優(yōu)點(diǎn)。

但是激光檢測(cè)方法只能檢測(cè)物體表面，要全面掌握被測(cè)對(duì)象的情況，必須結(jié)合多種無損檢測(cè)方法，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

（七）管道機(jī)器人檢測(cè)技術(shù)

管道機(jī)器人是一種可在管道內(nèi)行走的機(jī)械，可以攜帶一種或多種傳感器，在操作人員的遠(yuǎn)端控制下進(jìn)行一系列的管道檢測(cè)維修作業(yè)，是一種理想的管道自動(dòng)化檢測(cè)裝置。

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一個(gè)完整的管道檢測(cè)機(jī)器人應(yīng)當(dāng)包括移動(dòng)載體、視覺系統(tǒng)、信號(hào)傳送系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。管道機(jī)器人的主要工作方式為: 在視覺、位姿等傳感器系統(tǒng)的引導(dǎo)下，對(duì)管道環(huán)境進(jìn)行識(shí)別，接近檢測(cè)目標(biāo)，利用超聲波傳感器、漏磁通傳感器等多種檢測(cè)傳感器進(jìn)行信息檢測(cè)和識(shí)別，自動(dòng)完成檢測(cè)任務(wù)。其核心組成為管道環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)（視覺系統(tǒng)）和移動(dòng)載體。目前國(guó)外的管道機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，它不僅能進(jìn)行管道檢測(cè)，還具有管道維護(hù)與維修等功能，是一個(gè)綜合的管道檢測(cè)維修系統(tǒng)。

四、管道外覆蓋層檢測(cè)技術(shù)

（一）PCM檢測(cè)法

PCM（多頻管中電流檢測(cè)法）評(píng)價(jià)的核心是遙控地ICI電流信號(hào)的張弱來控制發(fā)射到管道表ICI的電流，通過檢測(cè)到的電流變化規(guī)律，進(jìn)而判斷外防腐層的破損定位與老化程度。加載到管道上的電流會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電磁場(chǎng)，磁場(chǎng)張弱與加載電流的大小成正比，同時(shí)隨著傳輸距離增大，電流信號(hào)逐漸減小。當(dāng)管道外涂層有破損時(shí)，電流通過破損點(diǎn)流向大地，該點(diǎn)處的電流衰減率突然增大，可判定外涂層破損點(diǎn)的位置。

但PCM法對(duì)較近的多條管道難以分辨、在管道交叉、拐點(diǎn)處及存在交流電干擾時(shí)，測(cè)得數(shù)據(jù)誤差大。

（二）DCVG檢測(cè)技術(shù)

DCVG（直流電壓梯度測(cè)試技術(shù)）的原理是對(duì)管道上加直流信號(hào)時(shí)，在管道防腐層破損裸漏點(diǎn)和土壤之間會(huì)出現(xiàn)電壓梯度。在破損裸漏點(diǎn)附近部位，電流密度將增大，電壓梯度也隨著增大。普遍情況下，裸漏面積與電

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壓梯度成正。直流電壓梯度檢測(cè)技術(shù)就是基于上述原理的。

在用DCVG測(cè)量時(shí)，為了便于對(duì)信號(hào)的觀察和解釋，需要加一個(gè)斷流器在陰極保護(hù)輸出上。測(cè)量過程中，沿管線以2m的間隔在管頂上方進(jìn)行測(cè)量。

DCVG的優(yōu)點(diǎn)為能準(zhǔn)確地測(cè)出防腐層的破損位置，判斷缺陷的嚴(yán)重程度和估計(jì)缺陷大小，之后根據(jù)檢測(cè)結(jié)果提供合理的維護(hù)和改造建議；測(cè)量操作簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度高，在測(cè)量過程中不受外界干擾，幾乎不受地形影響。缺點(diǎn)在于整個(gè)過程需沿線步行檢測(cè)，不能指示管道陰極保護(hù)的效果和涂層剝離；環(huán)境因素會(huì)引起一定誤差，如雜散電流、地表土壤的電阻率等。

（三）Pearson檢測(cè)法

Pearson檢測(cè)法（皮爾遜檢漏法）的原理是對(duì)管道施加交流信號(hào)，此信號(hào)會(huì)通過管道防腐層的破損點(diǎn)處流失到土壤中，因此距離破損點(diǎn)越遠(yuǎn)，電流密度越小，破損點(diǎn)的上方地表形成一個(gè)交流電壓梯度。檢測(cè)過程中，兩位測(cè)試員相距3~6m，腳穿鐵釘鞋或手握探針，將各探測(cè)的的電壓信號(hào)發(fā)回接收裝置，信號(hào)經(jīng)濾波、放大，即能得到檢測(cè)結(jié)果。

Pearson檢測(cè)法是目前國(guó)內(nèi)最常用的檢測(cè)技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是：（1）有較成熟的使用經(jīng)驗(yàn)，并且檢測(cè)速度較快，能沿線檢測(cè)防腐層破損點(diǎn)和金屬物體；（2）能識(shí)別破損點(diǎn)大小，還能測(cè)到微小漏點(diǎn)，長(zhǎng)輸管道的檢測(cè)與運(yùn)行維護(hù)中有良好的使用反饋。

Pearson檢測(cè)法的不足之處在于，（1）整個(gè)檢測(cè)過程需步行；（2）不能指明出缺陷的損壞程度；（3）對(duì)操作者的技能求高；（4）在水泥或?yàn)r青地面上檢測(cè)接地困難。

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（四）標(biāo)準(zhǔn)管/地（P/S）電位測(cè)試法

標(biāo)準(zhǔn)管/地（P/S）電位測(cè)試法的原來是采用萬用表來測(cè)接地Cu/CuS04電極與管道表ICI某監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的電位，通過電位與距離構(gòu)成的曲線了解電位的分布，把當(dāng)前電位與以往電位區(qū)別開來，可用檢測(cè)來的陰極保護(hù)電位來判定是否對(duì)管道外涂層起保護(hù)作用。

目前,地面測(cè)量管道保護(hù)電位的通用方法就是標(biāo)準(zhǔn)管/地電位測(cè)試法，其優(yōu)點(diǎn)是無需開挖管道、現(xiàn)場(chǎng)取得數(shù)據(jù)容易、檢測(cè)速度快(每天10~50km)。一般情況,每隔1km左右設(shè)一個(gè)測(cè)試樁，所以這種方法只能總體評(píng)估這一管段的防腐層，不能詳細(xì)地評(píng)價(jià)防腐層缺陷，不能確定防腐層的缺陷位置以及缺陷的分布情況。故此方法不適合用于無陰極保護(hù)或測(cè)試樁的管道。