1、无 损 检 测 技 术大 作 业题 目： 浅析涡电流探伤与渗透探伤 学 生： 邵耀 学 院(系)： 机 械 工 程 学 院 专业班级： 材料成型及控制工程 10702 班 学 号： 200703178 时 间： 2010-2011 学年第一学期 目 录绪 论概论1第一部分涡电流检测涡电流技术工作原理1涡电流检测的运用领域1涡电流检测优势概括1钢管涡流检测2压力容器列管涡流检测技术的研究4第二部分渗透探伤渗透探伤简介7渗透探伤检测的工艺步骤8第三部分渗透探伤与涡电流探伤的对比与总结个人总结9参考文献 1 0浅析涡电流探伤与渗透探伤绪论概论目前, 有数种无损探伤检验(NDE) 技术用于检测焊缝缺陷
2、, 如磁粉检测(MP) 、液体渗透检测(LP) 、超声波检测(UT) 、X 光检测(RT) 和涡电流检测(ET) 。它们各有各的优势也各有各的不足。磁粉检测比较直接相对来说易于使用但对于有涂层或表面潮湿的焊缝缺乏优势(必须先进行表面干燥处理) 。超声波检测有利于发现表面以下的缺陷但会受到操作者的限制。染料渗透检测有利于发现表面裂纹,但是它也要求干燥的表面并会受到操作者的限制。X 光检测有利于检查表面以下裂纹,但辐射危险要求对安全有额外的考虑这是其他检测技术所不需要的。涡电流检测有利于发现表面裂纹.可以透过相当厚度( 最厚 Zmm ) 的涂层发现这些缺陷并能用于潮湿表面甚至水下检测,但必须对每个
3、焊缝做数次扫测以确保缺陷不会遗漏。涡电流也是一项取决于操作者的技术。由于涡电流最有利于发现表面裂纹, 实际中主要用于运行中的焊接结构检测,这些焊接结构会遇到交变载荷的影响从而导致疲劳裂纹在危险焊接区域的扩散。涡电流技术工作原理对涡电流检测来在涡说电流探测器或检测线圈上施加正弦曲线交流电。该线圈产生一个电磁场.反过来又引起电流在被检测的材料表面流动。( 这些电流的循环特性同小溪或河流中的漩涡有类似之处,因而得名“涡电流” ) 。当线圈或探测器扫过材料表面材料的物理特性变化, 如几何特性、温度、传导性、材料形式、缺陷等,会影响因探测器感应在材料中引起的电磁场所产生的电流流动。这些变化又返回到探测器
4、上。如果对涡电流的电压响应进行监控.就可以用电压大小和相位偏移的变化来显示材料特性的变化。涡电流检测的运用领域现实中有许多领域运用涡电流技术进行焊缝检测,包括：海上结构，桥梁、起重机、交通信号，船舶，潜水艇，游乐园骑乘设施，执法，旋转涡电流技术等方面。涡电流检测优势概括涡电流检测技术同其他无损检测(NOE) 技术相比有诸多优势。过去通常将可疑的焊缝切除、清洁然后进行磁粉检测或液体渗透检测来查找表面裂纹。除了为各种焊接结构提供有效的表面裂纹缺陷检测夕卜涡电流技术还有如下优势: 具有较高的缺陷检测“ 准确率” ,减少成本和运营停止时间,低耗材成本,少量或无表面处理以及水下作业能力。经过多次运用后磁
5、粉检测(M P) 或液体渗透检测( LP) 只能证实, 涡电流结果能给不熟悉涡电流技术的操作者以更多的信心。另外.陶瓷和不锈钢探测器顶端设计的改进大大增加了涡电流探测器的抗磨损性能明显地加强了涡电流技术的经济有效性。用铝和非铁酸盐不锈钢制的特殊探测器设计也扩大了涡电流检测在不便使用磁粉检测的场合的有效性。最后亦已开发出的水冷却探测器设计还可用于检测处于高温管路和容器中的焊缝而不需要停止作业以进行检测操作。涡电流检测的具体应用钢管涡流检测钢管广泛应用于工业生产, 其质量直接影响企业的经济效益及员工的生命安全, 因而需要采用各种无损检测方法对其进行严格检测。文献 1 介绍对于大口径钢管采用超声(
6、UT ) 和漏磁( MFL) 检测方法, 而对小口径钢管则采用U T 和涡流( ET) 检测方法。但是对于小口径管件进行超声波检测时, 文献 2 提到即使采用聚焦探头, 声束仍有一定的宽度, 杂波很高, 很难从杂波信号中区分缺陷信号。异型管件已广泛应用于汽车、摩托车、气动元件、液压缸筒及航空、航天等行业。文献 3 提出对于异型小零件可根据零件大小和形状制作相应的检测线圈, 但是对于内壁含肋的不锈钢异型管件的系统性研究还未见报道。基本原理：钢管是铁磁性材料, 其相对磁导率高达几百至几千。由于生产工艺如轧制温度波动、冷却不匀、矫直工艺等影响造成材料的残余应力, 使材料内部的磁率分布极不均匀。在检测
7、过程中引起磁噪声, 将缺陷信号掩盖。采用磁饱和技术, 使钢管在探头部位处于局部磁饱和状态, 这样r = B/H 为相对固定的一个常数, 这样磁噪声消除, 极大的提高了信噪比。现以304不锈钢为例:试验管件材料选用304 不锈钢。为研究内壁含肋的不锈钢异型管件与普通不锈钢管件在涡流检测时的区别, 设计了外径为 12 mm, 壁厚为1 mm的普通管与内壁含肋( 宽10 mm, 厚0. 5 mm) 的不锈钢异型管。在两种形状的管件外壁采用电火花加工的方法制作5 mm( 长) 0. 8 mm( 宽) 0. 2 mm(深) 的周向刻槽, 模拟表面裂纹上图为钢管涡电流检测示意图检测及结果分析：试验采用外穿
8、过式差动线圈, 在不同频率下分别对有/ 无人工缺陷的内壁含肋的不锈钢异型管件,以及有相同规格尺寸人工缺陷的不锈钢普通管件进行涡流检测。在涡流阻抗图中所得信号峰值V pp 与检测频率之间的关系曲线如图（下页）所示。由图可以看出, 当检测频率为100 500 kHz时, 有/ 无人工缺陷的异型管件信号曲线非常接近,在外壁刻制的人工缺陷信号被内壁肋的信号湮没;当检测频率为500 1 000 kHz 时, 两者的信号差异逐渐明显, 刻制人工缺陷的普通管件与异型管件信号曲线逐渐接近, 且在850 kHz( 约4f 90 ) 时最为接近, 最大程度地反映了缺陷信号且抑制异型管件本身形状的信号, 从而使得管
9、件检测更准确。因此, 选用外穿过式差动线圈, 应采用试验最佳检测频率f 90= 400 kHz = 1. 8f 对内壁带肋的异型不锈钢管件进行涡流检测。故通过计算以及对图3 的分析, 得出实验最佳检测频率 f = ( 1. 5 2) f。结论：对于 12 mm 内壁含肋不锈钢异型管件进行的涡流检测结果表明:( 1) 当检测频率为100 500 kHz 时, 在涡流阻抗图中显示的幅值与频率曲线中只显示内壁肋的信号, 使得人工缺陷的信号被湮没。( 2) 对于内壁带肋的异型管件, 最佳检测频率为( 1. 5 2) f。该频率范围内可以清楚地分析管件表面深0. 20 mm 的周向槽信号, 而且可明显区
10、分管件内壁宽10 mm 的肋信号。压力容器列管涡流检测技术的研究压力容器中加热器一般都由很多钢管组成, 它们长期承受压力和腐蚀, 管内会产生各种应力腐蚀裂纹和点蚀缺陷, 需定期进行检测以保证设备的安全运行。由于钢管数目多, 拆卸又不方便, 通常采用现场检测的方法。涡流检测具有不需要耦合剂、检测速度快及对金属管子表面缺陷检测灵敏度高等优点, 是对这一类管子进行检测的最好方式。但是, 由于在检测加热管的内外壁缺陷时, 管外部的管板、支撑板和支承条等都会产生干扰信号, 需加以抑制。双频涡流检测技术采用两个频率同时工作, 具有两个相对独立的测试通道, 既能有效地抑制上述干扰信号, 又能准确地检测出缺陷
11、信号。用于对比试样的钢管须与被探伤钢管的公称尺寸相同, 化学成分、表面状况及热处理状态相似, 即有相似的电磁特性, 钢管的弯曲度不大于1151000, 表面无氧化皮, 无影响校准的缺陷。按标准, 对比试样的人工缺陷为穿过管壁并垂直于钢管表面的孔, 人工缺陷为五个, 其中三个处于对比试样中间部分, 沿圆周分布,大体上互成120角, 彼此之间的周向距离不小于200mm。另外, 距管两端不大于200mm处各加工一个相同的人工缺陷, 以检验端部效应, 如图所示。双频涡流检测原理:双频涡流仪的测量电路通常是一交流电桥。其检测线圈一般接成差动形式, 构成电桥的两臂。当测量电桥平衡(即线圈在远离缺陷或横跨缺
12、陷两边时) , 其输出为零。反之, 当差动检测线圈先后通过管臂内缺陷处时, 管臂内涡流先后产生部分中断或畸变, 使两个检测线圈的阻抗发生相应的变化。该变化会破坏电桥平衡, 使测量电桥先后输出两个相应的不平衡信号, 经放大处理后,在阻抗平面显示器上显示具有一定相位角和幅值的“8 ”字形轨迹, 供判断缺陷的性质和危害程度。实际绕制线圈时, 线圈匝数可由下式估算:L = 40rnKn / l式中 r线圈平均半径;n线圈匝数;l线圈长度;Kn 考虑到线圈长度为有限时, 磁场分布不均匀, 需要加以修正的系数。结论：检测结果表明, 用涡流技术对压力容器列管进行检测, 是切实可行的。它具有检测速度快、灵敏度
13、高、测试结果准确等特点。利用平面阻抗分析, 结合传感器的设计, 可有效地发现缺陷, 且符合标准的要求, 完全可应用于实际检测中。 个人认为最关键的是要有一个敏感的传感器。渗透探伤渗透探伤简介着色渗透探伤法属于无损探伤中的一种方法，就是在清洗过的工件表面涂上渗透剂，如果有缺陷，渗透剂就会渗入缺陷中。然后把工件表面多余的渗透剂清除干净，再涂上显像剂，由于毛细现象，缺陷里残存的渗透剂被吸出。虽然着色渗透探伤法同其他检测方法相比精度较低，但由于操作简单又不需专门装置，只须配制或购买适宜的着色渗透探伤剂，并严格按照一定的方法使用，即可获得满意的探伤结果，因此在检查焊接零件表面缺陷时仍然经常使用。探伤剂着
14、色渗透探伤法使用的探伤剂包括：渗透剂、去除剂、显像剂。1.渗透剂 一般由颜料、溶剂、乳化剂和多种改善渗透性能的附加成分组成。渗透剂分三种，这三种渗透剂都具有渗透力强、颜色鲜艳、清洗性能好，并易于被显像剂从缺陷中吸出的特点。渗透剂的种类、特点及应用范围见表1。2.去除剂去除剂主要去除零件表面多余的渗透剂，主要体现在无腐蚀、无毒，不干扰渗透剂功能。针对渗透剂，去除剂也分三种，具体特性见表2。3.显像剂各种显像剂都应满足：显像粉末呈微粒状，易形成均匀薄层；与渗透剂有较高的衬度对比；吸湿能力强，吸湿速度快；性能稳定、无腐蚀、对人体无害。渗透探伤检测的工艺步骤（1）清理 将焊缝表面及两侧至少25m m
15、的区域，采用打磨等方法清除焊渣、飞溅及表面氧化皮等，不允许使用喷砂、喷丸处理，因为这样可能会使焊接缺陷处堵塞，致使检测无效或效果不佳。（2）清洗 用水或清洗液清洗被检表面的油脂、纤维屑等可能遮盖表面缺陷显示或干扰检验的外来物质，并吹干或自然干燥，要使零件充分干燥才能进行下面步骤。（3）使用喷刷、浸等方法将渗透剂涂敷在检测区域 现场温度在1050，渗透时间不得少于5m in或使用渗透剂使用说明书中规定的渗透时间。在渗透时间内，应保持渗透剂把检测表面全部润湿。当温度在315范围时，应根据温度情况适当增加渗透时间，低于3或高于50时，应另行考虑决定，并在检测记录中加以说明。（4）对于后乳化型渗透剂，
16、可用喷、浇、浸的方法将乳化剂施加于被检表面上。合适的乳化时间必须通过试验确定。（ 5 ） 达到规定的渗透时间后，应清除残留在被检测表面上的渗透剂。在清除过程中，既要防止清除不足造成对缺陷痕迹的识别困难，也要防止清除过度使渗入缺陷中的渗透剂被清除。对于水洗型、后乳化型渗透剂可以用喷水方法清除，水压不应超过0.345MP a，水温不应超过40。对于溶剂去除型渗透剂，可用布或纸沿着某一方向重复擦拭，直到大部分渗透剂被去除后，再用沾有少量溶剂的布或纸轻轻擦拭残留的渗透剂，禁止用冲洗的方法。（6）经清洗处理后的表面，可以用干净材料吸干或用热风吹干，可以自然蒸发干燥，表面温度不允许超过50。不允许只使用加
17、热干燥的方法。（7）经清洗、干燥后的表面应立即施加显像剂，显像剂的厚度应适当、均匀，可以采用浸、刷、喷等作业方法，现场温度在1050范围，显像时间一般为7min。（8）对施加显像剂后被检表面的迹痕评定应在渗透剂渗出后730m i n内完成，对迹痕观察应在白光强度大于350lx的条件下进行。（9）检测结束后，为了防止残留的显像剂腐蚀被检表面或影响其使用，应使用刷洗、喷气、喷水法或使用布、纸等物质清除显像剂。注意事项：（1）检测人员应按有关规程的规定进行培训，视力应无色盲和色弱。（2）在使用购买的探伤液时，应用同一厂家生产的同一系列的探伤液，不准混合使用。（3）在清理被检区域时，禁止用喷丸、抛丸清
18、理方法。（4）检测顺序应按照探伤液使用说明严格执行。（5）在检测时，检测员应做适当的防护（如戴塑料手套、眼镜、口罩等）。通过上述内容总结渗透探伤方法的优缺点 ：着色法只需在白光或日光下进行，在没有电源的场合下也能工作，荧光法需要配备黑光灯和暗室，无法在没电的场合下工作。水洗型渗透适于检查表面较粗糙的零件（铸造件、螺拴、齿轮、键槽等），操作简便，成本较低，特别适合批量零件的渗透检测。而对于水基渗透液可以检查不能接触油类的特殊零件（液氧容器）后乳化型渗透适于表面光洁，灵敏度要求高的零件，例如发动机涡轮片，涡轮盘等，特别是后乳化型荧光法配合速干式显象被认为是灵敏度最高的一种渗透方法。溶剂去除型着色法
19、由于可以使用在没有水和电的场合，因而应用非常广泛，特别是喷罐使用，可简化操作，适用于大型零件的局部检测（如锅炉、压力容器的焊缝检测等），该法成本较高，不适于大批量零件的渗透检测。渗透探伤与涡电流探伤的对比与总结个人总结通过上述的对比，我们可以发现两种方式都是用于检测焊接结构的表面缺陷的检测方法，然而涡电流检测方式明显操作比较简单，容易实现自动化分析和判断，所以涡电流探伤是将来无损检测的方向。参考文献 1 张广纯, 范 弘, 贾慧明. 几种钢管探伤方法可靠性分析 J . 钢铁, 2002, 37( 9) : 56- 60. 2 王 婵, 李 泽. 管材超声波 涡流检测一体化研究 A . 陕西省第
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