如何用探伤仪检测产品内部缺陷？

时间：2015-07-10

机加工是指是用机械加工的工艺加工出来的工件，比如钣金加工：剪、冲、折、压、弯。或切削加工：车、铣、刨、磨、钻，钣金加工不改变材料厚度，切削加工去除材料改变工件厚度。主要是指不发生化学反应（或者反应很微小）的加工方式。如果对它进行内部缺陷的探测，需要应用到探伤仪。

探伤仪从测量原理不同可以分为：超声波探伤仪、磁粉探伤仪、涡流探伤仪、射线探伤仪和荧光探伤仪，主要用于探测机加工件内部有无缺陷（裂纹、砂眼、气孔、白点、夹杂等），焊缝是否合格，查找有无暗伤，从而判定工件合格与否。探伤仪从测量原理不同可以分为：超声波探伤仪、磁粉探伤仪、涡流探伤仪、射线探伤仪和荧光探伤仪，其中磁粉探伤仪、涡流探伤仪、射线探伤仪主要检测工件近表层的缺陷，体积较大不便于携带，而且射线对环境有污染；随着科技的发展超声波探伤仪被越来越广泛的应用，体积小重量轻，操作方便，具有较强的实用性，将来高端发展一定会有扫描图象代替声波波形的探测方式，这一点与B超机象类似，但价格不菲。

探伤仪的应用有很广泛，比如用超声的反射来测量距离，利用大功率超声的振动来清除附着在锅炉上面的水垢，利用高能超声做成"超声刀"来消灭、击碎人体内的癌变、结石等，探伤仪而利用超声的反射等效应和穿透力强、能够直线传播等的特性来进行检测也是其中一个很大的应用领域。探伤仪的检测应用主要包括在工业上对各种材料的检测和在医疗上对人体的检测诊断，通过它人们可以探测出金属等工业材料中有没有气泡、伤痕、裂缝等缺陷，可以检测出人们身体的软组织、血流等是否正常。

五大常规方法是指射线探伤法、超声波探伤法、磁粉探伤法、涡流探伤法和渗透探伤法。

1、射线探伤方法

射线探伤是利用射线的穿透性和直线性来探伤的方法。这些射线虽然不会像可见光那样凭肉眼就能直接察知，但它可使照相底片感光，也可用特殊的接收器来接收。常用于探伤的射线有x光和同位素发出的γ射线，分别称为x光探伤和γ射线探伤。当这些射线穿过（照射）物质时，该物质的密度越大，射线强度减弱得越多，即射线能穿透过该物质的强度就越小。此时，若用照相底片接收，则底片的感光量就小；若用仪器来接收，获得的信号就弱。因此，用射线来照射待探伤的零部件时，若其内部有气孔、夹渣等缺陷，射线穿过有缺陷的路径比没有缺陷的路径所透过的物质密度要小得多，其强度就减弱得少些，即透过的强度就大些，若用底片接收，则感光量就大些，就可以从底片上反映出缺陷垂直于射线方向的平面投影；若用其它接收器也同样可以用仪表来反映缺陷垂直于射线方向的平面投影和射线的透过量。由此可见，一般情况下，射线探伤是不易发现裂纹的，或者说，射线探伤对裂纹是不敏感的。因此，射线探伤对气孔、夹渣、未焊透等体积型缺陷较敏感。即射线探伤适宜用于体积型缺陷探伤，而不适宜面积型缺陷探伤。

2、磁粉探伤方法

磁粉探伤是建立在漏磁原理基础上的一种磁力探伤方法。当磁力线穿过铁磁材料及其制品时，在其（磁性）不连续处将产生漏磁场，形成磁较。此时撒上干磁粉或浇上磁悬液，磁较就会吸附磁粉，产生用肉眼能直接观察的明显磁痕。因此，可借助于该磁痕来显示铁磁材料及其制品的缺陷情况。磁粉探伤法可探测露出表面，用肉眼或借助于放大镜也不能直接观察到的微小缺陷，也可探测未露出表面，而是埋藏在表面下几毫米的近表面缺陷。用这种方法虽然也能探查气孔、夹杂、未焊透等体积型缺陷，但对面积型缺陷更灵敏，更适于检查因淬火、轧制、锻造、铸造、焊接、电镀、磨削、疲劳等引起的裂纹。

磁力探伤中对缺陷的显示方法有多种，有用磁粉显示的，也有不用磁粉显示的。用磁粉显示的称为磁粉探伤，因它显示直观、操作简单、人们乐于使用，故它是较常用的方法之一。不用磁粉显示的，习惯上称为漏磁探伤，它常借助于感应线圈、磁敏管、霍尔元件等来反映缺陷，它比磁粉探伤更卫生，但不如前者直观。由于目前磁力探伤主要用磁粉来显示缺陷，因此，人们有时把磁粉探伤直接称为磁力探伤，其设备称为磁力探伤设备。

3、超声波探伤方法

人们的耳朵能直接接收到的声波的频率范围通常是20Hz到20kHz，即音（声）频。频率低于20Hz的称为次声波，**20kHz的称为超声波。工业上常用数兆赫兹超声波来探伤。超声波频率高，则传播的直线性强，又易于在固体中传播，并且遇到两种不同介质形成的界面时易于反射，这样就可以用它来探伤。通常用超声波探头与待探工件表面良好的接触，探头则可有效地向工件发射超声波，并能接收（缺陷）界面反射来的超声波，同时转换成电信号，再传输给仪器进行处理。根据超声波在介质中传播的速度（常称声速）和传播的时间，就可知道缺陷的位置。当缺陷越大，反射面则越大，其反射的能量也就越大，故可根据反射能量的大小来查知各缺陷（当量）的大小。常用的探伤波形有纵波、横波、表面波等，**者适用于探测内部缺陷，后者适宜于探测表面缺陷，但对表面的条件要求高。

4、渗透探伤方法

渗透探伤是利用毛细现象来进行探伤的方法。对于表面光滑而清洁的零部件，用一种带色（常为红色）或带有荧光的、渗透性很强的液体，涂覆于待探零部件的表面。若表面有肉眼不能直接察知的微裂纹，由于该液体的渗透性很强，它将沿着裂纹渗透到其根部。然后将表面的渗透液洗去，再涂上对比度较大的显示液（常为白色）。放置片刻后，由于裂纹很窄，毛细现象作用显着，原渗透到裂纹内的渗透液将上升到表面并扩散，在白色的衬底上显出较粗的红线，从而显示出裂纹露于表面的形状，因此，常称为着色探伤。若渗透液采用的是带荧光的液体，由毛细现象上升到表面的液体，则会在紫外灯照射下发出荧光，从而更能显示出裂纹露于表面的形状，故常常又将此时的渗透探伤直接称为荧光探伤。此探伤方法也可用于金属和非金属表面探伤。其使用的探伤液剂有较大气味，常有一定毒性。

5、涡流探伤方法

涡流探伤是由交流电流产生的交变磁场作用于待探伤的导电材料，感应出电涡流。如果材料中有缺陷，它将干扰所产生的电涡流，即形成干扰信号。用涡流探伤仪检测出其干扰信号，就可知道缺陷的状况。影响涡流的因素很多，即是说涡流中载有丰富的信号，这些信号与材料的很多因素有关，如何将其中有用的信号从诸多的信号中一一分离出来，是目前涡流研究工作者的难题，多年来已经取得了一些进展，在一定条件下可解决一些问题，但还远不能满足现场的要求，有待于大力发展。

对于内部缺陷的性质的估判以及缺陷的产生的原因和防止措施大体总结了以下几点：

1、气孔：

单个气孔回波高度低，波形为单缝，较稳定。从各个方向探测，反射波大体相同，但稍一动超声波探伤仪探头就消失，密集气孔会出现一簇反射波，波高随气孔大小而不同，当探头作**转动时，会出现此起彼落的现象。

产生这类缺陷的原因主要是焊材未按规定温度烘干，焊条药皮变质脱落、焊芯锈蚀，焊丝清理不干净，手工焊时电流过大，电弧过长;埋弧焊时电压过高或网络电压波动太大;气体保护焊时保护气体纯度低等。如果焊缝中存在着气孔，既破坏了焊缝金属的致密性，又使得焊缝有效截面积减少，降低了机械性能，特别是存链状气孔时，对弯曲和冲击韧性会有比较明显降低。

防止这类缺陷防止的措施有：不使用药皮开裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条，生锈的焊丝必须除锈后才能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干，坡口及其两侧清理干净，并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。

2、夹渣：

点状夹渣回波信号与点状气孔相似，条状夹渣回波信号多呈锯齿状波幅不高，超声波探伤波形多呈树枝状，主峰边上有小峰，探头平移波幅有变动，从各个方向探测时反射波幅不相同。

这类缺陷产生的原因有：焊接电流过小，速度过快，熔渣来不及浮起，被焊边缘和各层焊缝清理不干净，其本金属和焊接材料化学成分不当，含硫、磷较多等。

防止措施有：正确选用焊接电流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必须把坡口清理干净，多层焊时必须层层清除焊渣;并合理选择运条角度焊接速度等。

3、未焊透：

反射率高，波幅也较高，超声波探伤仪探头平移时，波形较稳定，在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅。这类缺陷不仅降低了焊接接头的机械性能，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点，承载后往往会引起裂纹，是一种危险性缺陷。

其产生原因一般是：坡口纯边间隙太小，焊接电流太小或运条速度过快，坡口角度小，运条角度不对以及电弧偏吹等。

防止措施有：合理选用坡口型式、装配间隙和采用正确的焊接工艺等。

4、未熔合：

超声波探伤仪探头平移时，波形较稳定，两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。

其产生的原因：坡口不干净，焊速太快，电流过小或过大，焊条角度不对，电弧偏吹等。

防止措施：正确选用坡口和电流，坡口清理干净，正确操作防止焊偏等。

5、裂纹：

回波高度较大，波幅宽，会出现多峰，超声波探伤仪探头平移时反射波连续出现波幅有变动，探头转时，波峰有上下错动现象。裂纹是一种危险性较大的缺陷，它除降低焊接接头的强度外，还因裂纹的末端呈尖销的缺口，焊件承载后，引起应力集中，成为结构断裂的起源。裂纹分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹三种。

热裂纹产生的原因是：焊接时熔池的冷却速度很快，造成偏析;焊缝受热不均匀产生拉应力。

防止措施：限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害杂质的含量，主要限制硫含量，提高锰含量;提高焊条或焊剂的碱度，以降低杂质含量，改善偏析程度;改进焊接结构形式，采用合理的焊接顺序，提高焊缝收缩时的自由度。

冷裂纹产生的原因：被焊材料淬透性较大在冷却过程中受到人的焊接拉力作用时易裂开;焊接时冷却速度很快氢来不及逸出而残留在焊缝中，氢原子结合成氢分子，以气体状态进到金属的细微孔隙中，并造成很大的压力，使局部金属产生很大的压力而形成冷裂纹;焊接应力拉应力并与氢的析集中和淬火脆化同时发生时易形成冷裂纹。

防止措施：焊前预热，焊后缓慢冷却，使热影响区的奥氏体分解能在足够的温度区间内进行，避免淬硬组织的产生，同时有减少焊接应力的作用;焊接后及时进行低温退火，去氢处理，消除焊接时产生的应力，并使氢及时扩散到外界去;选用低氢型焊条和碱性焊剂或奥氏体不锈钢焊条焊丝等，焊材按规定烘干，并严格清理坡口;加强焊接时的保护和被焊处表面的清理，避免氢的侵入;选用合理的焊接规范，采用合理的装焊顺序，以改善焊件的应力状态。

超声波的三种扫描方式：A扫描、B扫描和C扫描

A型扫描显示是将接收到的超声信号处理成波形图像，根据波形的形状可以看出被测物体里面是否有异常和缺陷在那里、有多大等，超声波探伤仪主要用于工业检测；

B型扫描显示是将并排很多条经过辉度处理的探测信息组合成的二维的、反映出被测物体内部断层切面的"解剖图像"（医院里使用的B超就是用这种原理做出来的），超声波探伤仪适于观察内部处于静态的物体；

C型扫描显示：

C型扫描显示仪器示波屏代表被检工件的投影面，这种显示能绘出缺陷的水平投影位置，但不能给出缺陷的埋藏深度。

A型扫描显示是一种波形显示。在屏幕上横坐标代表时间，纵坐标代表反射波的强度。

B型扫描显示是一种图像显示。在屏幕上横坐标是靠机械扫描来代表探头的扫差轨迹，纵坐标是靠电子扫描来代表超声波的传播时间。

除此之外还有

C型扫描显示：显示仪器示波屏代表被检工件的投影面，这种显示能绘出缺陷的水平投影位置

超声波探伤仪 的选择要求：

1、对于定位要求高的需选择水平线性误差小的仪器；

2、对于定量要求高的需选择垂直线性误差小、精度高的仪器；

3、对于大型工件探伤，需选择灵敏度余量高、信噪比高、功率大的仪器；

4、为了有效发现近表面的缺陷和区分相邻缺陷，需选择盲区小、分辨力好的仪器（盲区一般在：5mm～10mm，可用二次回波避免盲区或使用双晶探头）；

5、对于现场探伤，需选择重量轻、亮度好、抗干扰能力强的仪器（高亮屏优于彩屏）。

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