五大常規(guī)無損檢測技術(shù)·一網(wǎng)打盡
五大常規(guī)無損檢測技術(shù)：
射線檢測（Radiographic Testing）、
超聲檢測（Ultrasonic Testing）、
磁粉檢測（Magnetic Particle Testing）、
滲透檢測（Penetrant Testing）、
渦流檢測（Eddy Current Testing）。
一：射線檢測（RT）的原理和特點
射線檢測（Radiographic Testing），業(yè)內(nèi)人士簡稱RT，是工業(yè)無損檢測（Nondestructive Testing）的一個重要專業(yè)門類。
射線檢測主要的應(yīng)用是探測工件內(nèi)部的宏觀幾何缺陷。按照不同特征，可將射線檢測分為多種不同的方法，例如：X射線層析照相（X-CT）、計算機射線照相技術(shù)（CR）、射線照相法，等等。
下圖：
第一行左起一：固定式磁粉探傷機；第一行左起二：射線檢測室的防護屏蔽門。
第二行左起一：便攜式X射線管；第二行左起二：A型顯示的模擬式超聲波探傷儀。
射線照相法，利用X射線管產(chǎn)生的X射線或放射性同位素產(chǎn)生的γ射線穿透工件，以膠片作為記錄信息的器材的無損檢測方法。該方法是最基本、應(yīng)用最廣泛的的一種射線檢測方法，也是射線檢測專業(yè)培訓(xùn)的主要內(nèi)容。
射線照相法的原理
射線檢測，本質(zhì)上是利用電磁波或者電磁輻射（X射線和γ射線）的能量。
射線在穿透物體過程中會與物質(zhì)發(fā)生相互作用，因吸收和散射使其強度減弱。強度衰減程度取決于物質(zhì)的衰減系數(shù)和射線在物質(zhì)中穿透的厚度。
射線照相法的原理：如果被透照物體（工件）的局部存在缺陷，且構(gòu)成缺陷的物質(zhì)的衰減系數(shù)又不同于試件（例如在焊縫中，氣孔缺陷里面的空氣衰減系數(shù)遠遠低于鋼的衰減系數(shù)），該局部區(qū)域的透過射線強度就會與周圍產(chǎn)生差異。把膠片放在適當(dāng)位置使其在透過射線的作用下感光，經(jīng)過暗室處理后得到底片。
射線穿透工件后，由于缺陷部位和完好部位的透射射線強度不同，底片上相應(yīng)部位等會出現(xiàn)黑度差異。射線檢測員通過對底片的觀察，根據(jù)其黒度的差異，便能識別缺陷的位置和性質(zhì)。
以上描述的基本原理和醫(yī)院拍X光大同小異。
射線照相法的特點
1、適用范圍
適用于各種熔化焊接方法（電弧焊、氣體保護焊、電渣焊、氣焊等）的對接接頭，也能檢查鑄鋼件，在特殊情況下也可用于檢測角焊縫或其他一些特殊結(jié)構(gòu)工件。
2、射線照相法的優(yōu)點
a）缺陷顯示直觀：射線照相法用底片作為記錄介質(zhì)，通過觀察底片能夠比較準(zhǔn)確地判斷出缺陷的性質(zhì)、數(shù)量、尺寸和位置。
b）容易檢出那些形成局部厚度差的缺陷：對氣孔和夾渣之類缺陷有很高的檢出率。
c）射線照相能檢出的長度和寬度尺寸分別為毫米數(shù)量級和亞毫米數(shù)量級，甚至更少，且?guī)缀醪淮嬖跈z測厚度下限。
d）幾乎適用于所有材料，在鋼、鈦、銅、鋁等金屬材料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(yán)格要求，材料晶粒度對其不產(chǎn)生影響。
3、射線照相法的局限
a）對裂紋類缺陷的檢出率則受透照角度的影響，且不能檢出垂直照射方向的薄層缺陷，例如鋼板的分層。
b）檢測厚度上限受射線穿透能力的限制，例如420kV的X射線機能穿透的最大鋼厚度約80mm，鈷60放射性同位素（Co60）γ射線穿透的最大鋼厚度約150mm，更大厚度的工件則需要使用特殊的設(shè)備——加速器，其最大穿透厚度可達400mm以上。
c）一般不適宜鋼板、鋼管、鍛件的檢測，也較少用于釬焊、摩擦焊等焊接方法的接頭的檢測。
d）射線照相法檢測成本較高，檢測速度較慢。
e）射線對人體有傷害，需要采取防護措施。
二：超聲檢測（UT）的原理和特點
超聲檢測（Ultrasonic Testing），業(yè)內(nèi)人士簡稱UT，是工業(yè)無損檢測（Nondestructive Testing）中應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高且發(fā)展較快的一種無損檢測技術(shù)，可以用于產(chǎn)品制造中質(zhì)量控制、原材料檢驗、改進工藝等多個方面，同時也是設(shè)備維護中不可或缺的手段之一。
超聲檢測主要的應(yīng)用是檢測工件內(nèi)部宏觀缺陷和材料厚度測量。
按照不同特征，可將超聲檢測分為多種不同的方法：
（1）按原理分類：超聲波脈沖反射法、衍射時差法（Time ofFlight Diffraction，簡稱TOFD）等。
（2）按顯示方式分類：A型顯示、超聲成像顯示（B、C、D、P掃描成像、雙控陣成像等）。
超聲檢測原理
超聲檢測，本質(zhì)上是利用超聲波與物質(zhì)的相互作用：反射、折射和衍射。
（1）什么是超聲波？
我們把能引起聽覺的機械波稱為聲波，頻率在20-20000Hz之間，而頻率高于20000Hz的機械波稱為超聲波，人類是聽不到超聲波的。對于鋼等金屬材料的檢測，我們常用頻率為0.5~10MHz的超聲波。（1MHz=10的六次方Hz）
（2）如何發(fā)出和接收超聲波？
超聲檢測用探頭的核心元件是壓電晶片，其具有壓電效應(yīng)：在交變拉壓應(yīng)力的作用下，晶體可以產(chǎn)生交變電場。
當(dāng)高頻電脈沖激勵壓電晶片時，發(fā)生逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)換成聲能（機械能），探頭以脈沖的方式間歇發(fā)射超聲波，即脈沖波。當(dāng)探頭接受超聲波時，發(fā)生正壓電效應(yīng)，將聲能轉(zhuǎn)換成電能。
超聲檢測所用的常規(guī)探頭，一般由壓電晶片、阻尼塊、接頭、電纜線、保護膜和外殼組成，一般分為直探頭和斜探頭兩個類別，后者的話通常還有一個使晶片與入射面成一定角度的斜鍥塊。
下圖為典型的斜探頭結(jié)構(gòu)圖（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）。
下圖為斜探頭的實物圖：
該探頭型號:2.5P8*12 K2.5，其參數(shù)為：
a）2.5代表頻率f：2.5MHz；
b）P代表晶片材料為：鋯鈦酸鉛陶瓷，具有溫度穩(wěn)定性好、電性能優(yōu)異、容易制造而且價格低廉等優(yōu)點；
c）8*12代表矩形晶片尺寸為：8mm*12mm；
d）K2.5代表：斜探頭折射角的正切值為2.5，即tan(68.2°)=2.5，其折射角為68.2°。
A型顯示的超聲波脈沖反射法工作原理：
聲源產(chǎn)生的脈沖波進入到工件中，超聲波在工件中以一定方向和速度向前傳播。當(dāng)遇到兩側(cè)聲阻抗有差異的界面時（聲阻抗存在差異往往是因為材料中某種不連續(xù)性造成，如裂紋、氣孔、夾渣等）部分聲波被反射，檢測設(shè)備接受和顯示：分析聲波幅度和位置等信息，評估缺陷是否存在或存在缺陷的大小位置等。
A型顯示的超聲波脈沖反射法的特點
1、適用范圍
適用于金屬、非金屬和復(fù)合材料等多種制件。
a）原材料、零部件檢測：鋼板、鋼鍛件、鋁及鋁合金板材、鈦及鈦合金板材、復(fù)合板、無縫鋼管等。
b）對接焊接接頭檢測：鋼制對接接頭（包括管座角焊縫、T形焊接接頭，支撐架和結(jié)構(gòu)件），鋁及鋁合金對接接頭
下圖為鋼制對接接頭：T形焊接接頭。
2、A型顯示的超聲波脈沖反射法的優(yōu)點
a）穿透能力強，可對較大厚度范圍內(nèi)的工件內(nèi)部缺陷進行檢測。如對于金屬材料，可檢測厚度為1~2mm的薄壁管材和板材，也可檢測幾米長的鋼鍛件。
b）缺陷定位較準(zhǔn)確。
c）對面積型缺陷的檢出率較高。
d）靈敏度高，可檢測工件內(nèi)部尺寸很小的缺陷。超聲檢測理論靈敏度約為超聲波波長的一半，當(dāng)檢測對象為鋼制件，采用2.5MHz頻率的超聲斜探頭，其靈敏度約為0.65mm。
e）檢測成本低、速度快，設(shè)備輕便，對人體及環(huán)境無害，現(xiàn)場使用較方便。
3、A型顯示的超聲波脈沖反射法的局限
a）對工件中的缺陷進行精確的定性、定量仍需作深入研究。
b）對具有復(fù)雜形狀或不規(guī)則外形的工件進行超聲檢測有困難。
c）缺陷的位置、取向和形狀對檢測結(jié)果有一定影響。
d）工件材質(zhì)、晶粒度等對檢測有較大影響。
e）檢測結(jié)果顯示不直觀，檢測結(jié)果無直接見證記錄。
下圖為 鋼管超聲波自動檢測系統(tǒng)：
三：滲透檢測（PT）的原理和特點
滲透檢測（Penetrant Testing），業(yè)內(nèi)人士簡稱PT，是工業(yè)無損檢測（Nondestructive Testing）應(yīng)用最早的無損檢測方法，由于滲透檢測簡單易操作，其在現(xiàn)代工業(yè)的各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
滲透檢測主要的應(yīng)用是檢查金屬（鋼、鋁合金、鎂合金、銅合金、耐熱合金等）和非金屬（塑料、陶瓷等）工件的表面開口缺陷，例如表面裂紋等。
工業(yè)產(chǎn)品在制造和運行過程中,可能在表面產(chǎn)生寬度零點幾微米的表面裂紋， 斷裂力學(xué)研究表明，在惡劣的工作條件下，這些微細裂紋都會是導(dǎo)致設(shè)備破壞的裂紋源。
按照不同特征，可將滲透檢測分為多種不同的方法：
按顯示材料，分為熒光法（Fluorescent）和非熒光法（Non-Fluorescent）。前者稱為“熒光滲透檢測”，后者稱為“著色滲透檢測”。
典型的熒光滲透檢測缺陷示意圖。（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
肉眼無法察覺的微裂紋，經(jīng)熒光滲透檢，在紫外線燈的照射下，黃綠色熒光格外醒目，如下圖所示：
滲透檢測原理
滲透檢測，本質(zhì)上是利用液體的表面能。
當(dāng)液體和固體界面接觸時會出現(xiàn)以下三種現(xiàn)象，θ稱為接觸角。如下圖所示：
（a）θ=0°，全部潤濕；（b）θ＜90°，部分潤濕；（c）θ＞90°，不潤濕。
對某一液體而言，表面張力越小，當(dāng)液體在界面鋪展時克服這個力做功越少，則潤濕效果越好。
表面張力，是液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。
毛細現(xiàn)象：當(dāng)液體潤濕毛細管或含有細微縫隙的物體，液體沿毛細縫隙流動的現(xiàn)象。
如果液體能潤濕毛細管，則液體在細管上升，管子的內(nèi)徑越小，它里面上升的水面也越高 。例如水在玻璃毛細管內(nèi)，液面是上升的，相當(dāng)于水滲入毛細管內(nèi)。
如果液體不能潤濕毛細管，則液體在細管降低。例如水銀（Hg）在玻璃毛細管內(nèi)，液面是下降的。
（圖片來源于維基百科）
滲透檢測基本原理：由于毛細現(xiàn)象的作用，當(dāng)人們將溶有熒光染料或著色染料的滲透劑施加于試件表面時，滲透劑就會滲入到各類開口于表面的細小缺陷中（細小的開口缺陷相當(dāng)于毛細管，滲透劑滲入細小開口缺陷相當(dāng)于潤濕現(xiàn)象），然后清除依附在試件表面上多余的滲透劑，經(jīng)干燥后再施加顯像劑，缺陷中的滲透劑在毛細現(xiàn)象的作用下重新吸附到試件的表面上，形成放大的缺陷顯示。用目視檢測即可觀察出缺陷的形狀、大小及分布情況。
滲透檢測特點
1、適用范圍
滲透檢測可以應(yīng)用于各種金屬、非金屬、磁性及非磁性材料工件的表面開口缺陷的檢測。除了多孔性的材料無法或難以檢測外，幾乎所有材料的表面開口缺陷都可以使用此方法，獲得令人滿意的檢測結(jié)果。
2、滲透檢測優(yōu)點
（a）不受被檢工件磁性、形狀、大小、組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分及缺陷方位的限制，一次操作能檢查出各個方向的缺陷。
（b）操作簡便，設(shè)備簡單。
（c）缺陷顯示直觀，靈敏度高。
3、滲透檢測局限
（a）只能檢測出材料的表面開口缺陷，對于埋藏在材料內(nèi)部的缺陷，滲透檢測就無能為力了。必須指出，由于多孔性材料的缺陷圖像顯示難以判斷，所以滲透檢測并不適合多孔性材料表面缺陷。
（b）滲透劑成分對被檢工件具有一定腐蝕性，必須嚴(yán)格控制硫、鈉等微量元素的存在。
（c）滲透劑所用的有機溶劑具有揮發(fā)性，工業(yè)染料對人體有毒性，必須注意吸入防護。
四：渦流檢測（ET）的原理和特點
渦流檢測（Eddy CurrentTesting），業(yè)內(nèi)人士簡稱ET，在工業(yè)無損檢測（Nondestructive Testing）領(lǐng)域中具有重要的地位，在航空航天、冶金、機械、電力、化工、核能等領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。
渦流檢測主要的應(yīng)用是檢測導(dǎo)電金屬材料表面及近表面的宏觀幾何缺陷和涂層測厚。
按照不同特征，可將渦流檢測分為多種不同的方法：
（1）按檢測線圈的形式分類：
a）外穿式：將被檢試樣放在線圈內(nèi)進行檢測，適用于管、棒、線材的外壁缺陷。
b）內(nèi)穿式：放在管子內(nèi)部進行檢測，專門用來檢查厚壁管子內(nèi)壁或鉆孔內(nèi)壁的缺陷。
c）探頭式：放置在試樣表面進行檢測，不僅適用于形狀簡單的板材、棒材及大直徑管材的表面掃查檢測，也適用于形狀福州的機械零件的檢測。
（2）按檢測線圈的結(jié)構(gòu)分類：
a）絕對方式：線圈由一只線圈組成。
b）差動方式：由兩只反相連接的線圈組成。
c）自比較方式：多個線圈繞在一個骨架上。
d）標(biāo)準(zhǔn)比較方式：繞在兩個骨架上，其中一個線圈中放入已經(jīng)樣品，另一個用來進行實際檢測。
（3）按檢測線圈的電氣連接分類：
a）自感方式：檢測線圈使用一個繞組，既起激勵作用又起檢測作用。
b）互感方式：激勵繞組和檢測繞組分開。
c）參數(shù)型式：線圈本身是電路的一個組成部分。
渦流檢測原理
渦流檢測，本質(zhì)上是利用電磁感應(yīng)原理。
無論什么原因，只要穿過閉合回路所包圍曲面的磁通量發(fā)生變化，回路中就會有電流產(chǎn)生，這種由于回路磁通量變化而激發(fā)電流的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象，回路中所產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。
電路中含有兩個相互耦合的線圈，若在原邊線圈通以交流電，在電磁感應(yīng)的作用下，在副邊線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流；反過來，感應(yīng)電流又會影響原邊線圈中的電流和電壓的關(guān)系。如下圖所示：
渦流檢測的基本工作原理：
當(dāng)載有交變電流的試驗線圈靠近導(dǎo)體工件時，由于線圈產(chǎn)生的交變磁場會使導(dǎo)體感生出電流（即渦流）。渦流的大小、相位及流動形式受到工件性質(zhì)（電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、形狀、尺寸）及有無缺陷的影響產(chǎn)生變化，反作用于磁場使線圈的電壓和阻抗發(fā)生變化。
因此通過儀器測出試驗線圈電壓或阻抗的變化，就可以判斷被檢工件的性質(zhì)、狀態(tài)及有無缺陷。
渦流檢測特點
1、適用范圍
a）工藝檢查和最終產(chǎn)品檢測：在制造工藝過程中進行質(zhì)量控制，或在成品剔除不合格品。
b）在役檢測：為機械零部件及熱交換管等設(shè)施進行定期檢驗。
c）其他應(yīng)用：金屬薄板及涂層的測厚、材質(zhì)分選、電導(dǎo)率測量等。
2、渦流檢測的優(yōu)點
a）檢測時既不需要接觸工件也不需要耦合劑，可在高溫下進行檢測。同時探頭可延伸至遠處檢測，可有效對工件的狹窄區(qū)域及深孔壁等進行檢測。
b）對表面和近表面缺陷的檢測靈敏度很高。
c）對管、棒、線材的檢測易于實現(xiàn)高速、高效率的自動化檢測，可對檢測結(jié)果進行數(shù)字化處理，然后儲存、再現(xiàn)及數(shù)據(jù)處理。
3、渦流檢測的局限
a）只適用于導(dǎo)電金屬材料或能感生渦流的非金屬材料的檢測。
b）只適用于檢測工件表面及近表面缺陷，不能檢測工件深層的內(nèi)部缺陷。
c）渦流效應(yīng)的影響因素多，目前對缺陷的定性和定量還比較困難。
下圖為：鋼管超聲渦流一體探傷機
五：磁粉檢測（MT）的原理和特點
磁粉檢測（Magnetic ParticleTesting），業(yè)內(nèi)人士簡稱MT，是工業(yè)無損檢測（Nondestructive Testing）的一種成熟的無損檢測方法，在航空航天、兵器、船舶、火車、汽車、石油、化工、鍋爐壓力容器、壓力管道等各個領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。
磁粉檢測主要的應(yīng)用是探測鐵磁性工件表面和近表面的宏觀幾何缺陷，例如表面氣孔、裂紋等。
按照不同特征，可將磁粉檢測分為多種不同的方法：
（1）按施加磁粉的時間分為：連續(xù)法和剩磁法。
a）連續(xù)法：磁化工件的同時，施加磁粉。
b）剩磁法：先磁化工件，停止磁化后利用工件的剩磁，然后再施加磁粉。
（2）按顯示材料，分為熒光法（Fluorescent）和非熒光法（Non-Fluorescent）。
a）熒光法：采用熒光磁粉，在黑光燈下觀察磁痕。
b）非熒光法：采用普通黑色磁粉或者紅色磁粉，在正常光照條件下觀察磁痕。
（3）按磁粉的載體，分為濕法和干法。
a）濕法：磁粉的載體為液體（油或水）。
b）干法：直接以干粉的形式噴涂在工件上，只有特殊情況下才會采用這種方法。
舉個例子，一般壓力容器焊縫的磁粉檢測會采用：濕法+非熒光法+連續(xù)法，這意味著我們將在正常的光照條件下，把黑色或者紅色的磁粉分散在以水或者油的載體（即磁懸液），然后磁化焊縫的同時施加磁懸液，一邊磁化一邊觀察是否有磁痕形成。
下面就是典型的濕法+非熒光法+連續(xù)法的磁粉檢測，工藝為：交叉磁軛機磁化，配合黑色磁粉。
磁粉檢測裂紋缺陷示意圖，球罐的環(huán)形對接焊縫，磁痕粗大明顯。
下圖為一條對接焊縫管，圖片來源于網(wǎng)絡(luò)，磁痕沒有上圖那么明顯，大家還能找到磁痕嗎？
磁粉檢測原理
磁粉檢測，本質(zhì)上是利用材料磁性變化。
當(dāng)鐵磁性工件被磁化時，若工件材質(zhì)是連續(xù)、均勻的，則工件中的磁感應(yīng)線將基本被約束在工件內(nèi)，幾乎沒有磁感應(yīng)線從被檢表面穿出或進入工件，被檢表面不會形成明顯的泄漏磁場。如下圖所示：
無泄漏磁場
但當(dāng)工件的表面存在著切割磁力線的不連續(xù)性時，由于不連續(xù)性部位的磁導(dǎo)率低，磁阻很大，磁感應(yīng)線將會改變途徑。
大部分改變途徑的磁通將優(yōu)先從磁阻較低的不連續(xù)性底部的工件內(nèi)通過，當(dāng)工件磁感應(yīng)強度比較大，工件不連續(xù)性處底部難以接受更多的磁通，或不連續(xù)性部位的尺寸較大時，部分磁通就會從不連續(xù)性部位逸出工件，越過不連續(xù)性上方然后再進入工件，這種磁通的泄漏同時會使不連續(xù)性兩側(cè)部位產(chǎn)生了磁極化，形成所謂的漏磁場。如下圖所示：
存在泄磁場
磁粉檢測基本原理：當(dāng)工件被磁化后，若工件表面及近表面存在不連續(xù)性（如裂紋），就會在不連續(xù)性部位的表面形成泄漏磁場（即漏磁場），通過漏磁場吸附、聚集檢測過程施加的磁粉，最終形成磁痕，便可提供缺陷的位置、形狀、大小的顯示。
磁粉檢測特點
1、適用范圍
磁粉檢測可用于板材、型材、管材、鍛造毛坯等原材料和半成品的檢查，也可用于鍛鋼件、焊接件、鑄鋼件加工制造過程工序間檢查和最終加工檢查，還可用于重要設(shè)備機械、壓力容器、石油儲罐等工業(yè)設(shè)施在役檢查等。
2、磁粉檢測的優(yōu)點
a）能直觀顯示缺陷的形狀、位置、大小和嚴(yán)重程度，并可大致確定缺陷的性質(zhì)。
b）具有高靈敏度，磁粉在缺陷上聚集形成的磁痕有放大作用，可檢出缺陷的最小寬度約0.1μm ，能發(fā)現(xiàn)深度約10μm的微裂紋。
c）適應(yīng)性好，幾乎不受試件大小和形狀的限制，綜合采用多種磁化方法，可檢測工件上的各個方向的缺陷。
d）檢測速度快，工藝簡單，操作方便，效率高，成本低。
3、磁粉檢測的局限
a）只能用于檢測鐵磁性材料，如碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼等，不能用于檢測非鐵磁性材料，如鎂、鋁、銅、鈦及奧氏體不銹鋼等。
b）只能用來檢測表面和近表面缺陷，不能檢測埋藏較深的缺陷，可檢測的皮下缺陷的埋藏深度一般不超過1~2mm。
c）難于定量確定缺陷埋藏的深度和缺陷自身的高度。
d）通常采用目視法檢查缺陷，磁痕的判斷和解釋需要有技術(shù)經(jīng)驗和素質(zhì)。
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