无损检测技术的原理与应用

王维洋

（葫芦岛意达机械设备制造有限公司，辽宁 葫芦岛 125000）

1 概述

随着现代工业的发展，对产品质量和结构安全性、使用可靠性提出越来越高的要求，由于无损检测技术具有不破坏试件、检测灵敏度高等优点，所以其应用日益广泛。

2 无损检测的定义

现代无损检测的定义是：在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构、性质、状态进行检查和测试的方法。

3 无损检测方法及原理

3.1 射线检测及其原理

射线无损检测是工程检测特别是焊接检验中应用最广泛，历史最悠久的一种无损检测方法。射线检测利用X射线、γ射线、中子射线、高能射线等各种射线对物质的穿透能力，以及射线在穿透材料过程中发生的衰减规律来发现工程材料及其构件内部存在的各种形式的宏观缺陷或测定材料的各种性能与物理量。

按所使用的射线源种类不同，可分为X射线探伤、γ射线探伤和高能射线探伤等；按其显示缺陷方法不同，又可分为射线电离法探伤、射线荧光屏观察法探伤、射线照相法探伤、射线实时图像法探伤和射线计算机断层扫描技术等。

射线检测对零件形状及表面粗糙度无严格要求，能直观显示缺陷影像，便于对缺陷进行定位、定量、定性，检验缺陷准确可靠，且射线底片可长期保存，便于分析事故原因，但射线检测设备复杂，成本高，射线对人体有辐射损伤。

射线照相法的原理：射线既是波长很短的电磁波，又是能量很高的光子流，具有微观物质的波粒二象性。由于具有较短的波长和较高的能量，所以具有很大的贯穿能力，能够穿透金属等可见光不能穿透的固体材料。

当射线穿透物体时，不同密度的物质对射线的吸收能力不同，射线能量的衰减程度就不同。物体的密度越小，射线能量的衰减也越小，透过物质的射线能量就越大。当射线穿过工件到达胶片上时，由于无缺陷部位和有缺陷部位的密度或厚度不同，射线在这些部位的衰减不同，因而射线透过这些部位照射到胶片上的强度不同，致使胶片感光程度不同，经暗室处理后就产生了不同的黑度。根据底片上的黑度差，评片人员借助观片灯即可判断缺陷情况并评价工件质量。

射线照相法通过观察底片能够比较准确地判断出缺陷的性质、数量、尺寸和位置。它用底片作为记录介质，可以直接得到缺陷的图像，且可以长期保存。射线照相法易检出那些形成局部厚度差的体积型缺陷，如气孔和夹渣之类的缺陷检出率很高。射线照相法所能检出的缺陷高度尺寸与透照厚度有关，可以达到透照厚度的1%，所能检出的最小长度尺寸为毫米数量级，所能检出的最小宽度尺寸为亚毫米数量级。

射线照相法检测，对工件厚度的适应范围较大，但一般其最小厚度要≥2mm。射线照相法几乎适用于所有材料，在金属材料的焊缝或铸件上使用均能得到良好的效果，该方法对试件的形状、表面粗糙度没有严格要求，材料晶粒度对其不产生影响。

射线照相法很少用于钎焊等焊接接头的检测。它不能检测出像钢板的分层等那种垂直照射方向的薄层缺陷，而裂纹类面积型缺陷的检出率则受透照角度的影响。检测厚度的上限受射线穿透能力的限制，而穿透能力取决于射线光子能量。大厚度的试件则需要使用加速器等特殊的设备。

3.2 超声无损检测及其原理

超声波检测方法是利用进入被检材料的超声波对材料表面及内部缺陷进行检测。利用超声波进行材料厚度的测量也是常规超声波检测的一个重要方面。

超声波检测的适用范围非常广，可用于多种金属材料和非金属材料；可以是锻件、铸件、焊接件、胶接件、复合材料构件等；可以是板材、棒材、管材等；厚度可小至1mm，也可大至几米；既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。

3.2.1 超声无损检测的原理

超声无损检测的原理是将一定频率间断发射的超声波通过一定耦合剂的耦合后传入工件，当遇到异质界面时，超声波将产生反射，反射波为仪器接收并以电脉冲信号在示波屏上显示出来，由此判断缺陷的有无，以及进行定位、定量和评定。渗透探伤是一种以毛细作用原理为基础的检查表面开口缺陷的无损检测方法。可用于各种金属材料和非金属材料构件表面开口缺陷的质量检验。

同其它无损检测方法一样，渗透探伤也是以不损坏被检对象的使用性能为前提，运用物理、化学、材料科学及工程学理论为基础，对各种工程材料、零部件和产品进行有效的检验，借以评价它们的完整性、连续性及安全可靠性。

3.2.2 渗透检测原理

渗透检测的原理是：将溶有着色染料或荧光染料的渗透剂施加于工件表面，由于毛细现象的作用，渗透剂渗入到各类开口至表面的微小缺陷中，清除附着于工件表面上多余的渗透剂，干燥后再施加显像剂，缺陷中的渗透剂重新回渗到工件表面上，放大缺陷显示，在白光下或在黑光灯下观察，缺陷处可显红色显示或发出黄绿色荧光。

3.3 磁粉无损检测及其原理

磁粉无损检测是通过对铁磁性材料进行磁化所产生的漏磁场，来发现其表面或近表面缺陷的无损检测方法。

检测时，先将被检区域磁化到接近饱和状态，然后再把磁粉撒到其表面上。这样磁粉就会因磁场的泄露作用而堆积于裂纹或其它线状缺陷上，形成磁痕，从而将缺陷显示出来。

磁粉检测被广泛用于机械、石油、汽车、造船、铁路、航空、航天等部门。磁化设备、磁粉、全自动探伤装置的研究也取得了较大的进展。一些国家先后研制和使用了钢坯、方钢、棒材等自动磁粉探伤机。半自动荧光磁粉探伤机在我国的汽车、铁道、兵器等部门已获得应用。

磁粉检测原理：磁粉检测的基础是不连续性处漏磁场与磁粉的磁性相互作用。铁磁性材料的工件被磁化后，由于不断连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，在适当的光照下形成目视可见的磁痕，从而显示出缺陷的位置、大小、形状和严重程度。

4 结 语

无损检测是特种设备安全工作中一种重要的检验方法和手段，在特种设备制造、安装、改造、维修、使用和检验等环节中应用十分广泛。所以无损检测人员应熟练掌握这几种无损检测方法，并能根据工件材料、状态和检测要求，选择合理的方法进行检测。相信在不远的将来，无损检测技术将会得到更迅速的发展。