无损检测基础知识-2009(马崇)

电站锅炉无损检测天津市电力公司技术中心 马 崇 2009年6月(上海\北京)

目 录无损检测概论 射线检测基础知识 超声波检测基础知识 磁粉检测基础知识 渗透检测基础知识 涡流检测基础知识 锅炉的无损检测要求 2

第一章

无损检测概论

一.无损检测的定义及分类定义：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。 分类：射线检测(RT-Radiographic Testing) 超声检测(UT-Ultrasonic Testing) 磁粉检测(MT-Magnetic Testing) 渗透检测(PT-Penetrant Testing) 涡流检测(ET-Eddy Current Testing) RT和UT主要用于探测试件内部缺陷 MT、PT和ET主要用于探测试件表面缺陷3

发展：以现代科学技术的发展为基础的。 RT是在德国物理学家伦琴发现X射线后发展起来的； UT是在声纳技术和雷达技术的基础上开发出来的； MT、ET建立在电磁学理论的基础上； PT得益于物理化学的进展 无损探伤-无损检测-无损评价 无损探伤是早期阶段的名称，其涵义是探测和发现缺陷； 无损检测是当前阶段的名称，其涵义不仅仅发现缺陷，还 包括探测缺陷的一些信息，如位置、形状、尺寸、性质等； 无损评价则是即将进入或正在进入的新的发展阶段，包涵 更广泛，更深刻的内容，它不仅要求发现缺陷，探测缺陷的 详细数据，还要求获取更全面，更准确的，综合的信息，例 如缺陷的取向、内含物、准确形状尺寸、缺陷部位的组织、 残余应力等，结合成像技术、自动化技术、计算机数据分析 和处理等技术，与材料力学、断裂力学等知识综合应用，对 试件或产品的质量和性能给出全面，准确的评价。4

二.无损检测的目的1、保证产品质量 2、保障使用安全 3、改进制造工艺 4、降低生产成本

三. 无损检测的应用特点1、无损检测要与破坏性检测相配合 2、正确选用实施无损检测的时机 3、正确选用最适当的无损检测方法 4、综合运用各种无损检测方法

四.承压类特种设备无损检测标准2006年3月27日，国家质检总局质检办特函(2006)144号 关于锅炉压力容器安全监察工作有关问题的意见中规定：承 压设备无损检测执行JB/T4730—2005,因此在承压设备领域， JB/T4730实质上是强制性标准。JB4730-2005《承压设备无损检测》 包括六部分 1、通用部分； 2、射线检测； 3、超声检测； 4、磁粉检测； 5、渗透检测； 6、涡流检测

JB4730-2005《承压设备无损检测》标准规定了射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测和 涡流检测这五种无损检测方法及质量等级评定分

类， 适用于： 1、金属材料制锅炉、压力容器(固定式、移动式)及压力管 道原材料、零部件和设备的制造安装检测。 2、在用金属材料制锅炉、压力容器(固定式、移动式)及压 力管道的检测。 3、锅炉、压力容器(固定式、移动式)及压力管道有关的支 承件和结构件，如有要求也可参照该标准进行检测。

第二章

射线检测基础知识

射线检测最主要是探测试件内部的宏观几何缺陷。射线照 相法是指用X射线或γ 射线穿透试件，以胶片作为记录信息的器 材的无损检测方法。

2.1 射线照相法原理1、射线的产生(X射线、γ 射线) X射线: 射线束中包括——连续X射线和特征X射线 连续X射线产生机理：动画演示 根据电动力学理论，作加速运动(包括负加速运动)的带电粒 子将产生电磁辐射。X射线是从X射线管中产生的，X射线管是一 种两极电子管。将阴极灯丝通电，使之白炽，电子就在从阴极 移向阳极的方向加速飞行，获得很大的动能，当这些电子撞击 阳极时，与阳极金属原子的核外库仑场作用，发出轫致辐射而 放出X射线。8

标识X射线产生机理:动画演示 能量较大的电子入射到靶材料的原子中，与壳层电子碰撞， 击出内电子，使原子处于激发态(吸收);激发态原子释放能 量发射光子(辐射)。即发射标识X射线。 产生标识X射线的条件：管电压>某一临界值时，才能产生标 识X射线。 γ 射线产生机理 原子核的重要性质----放射性 放射性同位素产生α 或β 衰变之后，若仍处于高能级的激发状 态，必定要释放多余的能量回到低能级的稳定状态(基态), 这时发射γ 射线。

2、射线与物质的相互作用 1)光电效应 动画演示 入射到物体内的光子与原子中的轨道电子发生碰撞，光子的全部 能量传递给轨道电子使电子脱离轨道成为光电子，这一现象称为 光电效应。 2)康普顿效应(散射) 动画演示 入射光子与轨道电子碰撞，轨道电子脱离轨道成为反冲电子， 入射光子能量降低(波长变长)并改变运动方向成为散射线，这 一现象称为康普顿效应(散射)。 3)电子对效应 动画演示 当入射光子的能量>1.022Mev时，在原子核附近由于核库仑场 的作用将产生一对正、负电子，这种现象称为电子对效应。 电子质能 0.511Mev 4)瑞利散射 动画演示 光子与内层电子作用时，电子吸收光子能量从低能级跃迁到高能 级，同时释放出一个散射光子，其能量与入射光子的能量相同。10

四大效应的比较光电效应 产生条件 hv>W0 康普顿效应 hv>>W0 电子对效应 hv≥1.02 MeV 入射管子和束缚较牢 固的内层轨道电子发 生的弹性散射过程 内层电子 反冲整体是原子 干涉散

射线 hv↓,Z↑ > ↑ 随光子能量增大而急 剧减小；与原子序数 平方成正比 μ R 散射11

瑞利散射

特征

光子被吸收产生电 光子部分能量的转移 光子被吸收生成一 子 发生散射产生反冲电 对正负电子对(高 hv=W0+(1/2)mv2 子 能X射线和γ 射线) Ee=hV -Ei束缚电子 光电子 俄歇电子 标识X射线 hv↓,Z↑ > ↑ 随光子能量增大而减 小；随原子序数增大 而增大 μ p 吸收

作用对象

最松的外层电子 自由电子反冲电子 散射光子 hv↓,Z↑ > ↑ 与光子能量成反比； 与原子序数成正比 μ c 散射

原子核库仑场 正电子 负电子 hv ↑,Z↑ > ↑ 随光子能量增大而 减增大；随原子序 数增大而增大 μ e 吸收

产物

几率

衰减条件 对入射光子

3、射线与胶片的作用 射线还有一个性质就是能使胶片感光，能使胶片乳剂层中的卤 化银产生潜象中心，经过显影和定影后就会黑化。

为了表示底片的黑化程度，采用底片黑度D表示 D=lg(L0/L) D—底片的黑度 L0—透过底片前的光强 L--透过底片后的光强胶片的特征曲线: 特征参数:感光度(S)、灰雾度(D0)、梯度(G)、宽容度 (L)12

4、射线照相的原理

2. 2 射线检测设备1 X射线检测机 2 高能射线探伤设备 3 γ射线探伤机

2.3 射线照相工艺特点1 照相的操作步骤 一般把被检的物体安放在离X射线装置50厘米到一米的位置处, 把胶片盒紧贴在试样的背后,让射线照射适当长的时间进行曝光. 把曝光后的胶片在暗室中进行显影、定影、水洗、干燥，将干 燥的底片在观片灯的显示屏上观察，根据底片的黑度和图像来 判断存在缺陷的种类，大小和数量，随后对缺陷按照通行的标 准进行评定和分级。14

2 照相规范确定射线照相灵敏度是射线照相对比度(小缺陷或细节与其周围背 景的黑度差)、不清晰度(影象轮廓边缘黑度过渡区的宽度) 和颗粒度(影像黑度的不均匀程度)三大要素的综合结果，而 三大要素又分别受到不同工艺因素的影响。

透照规范的选择要注意以下几点： (1)透照方式的选择 (2)透照厚度比值的控制 (3)射线源的选择 (4)透照距离的选择 (5) 曝光量的选择 (6)胶片、增感屏的选择与底片黑度控制15

3 象质计(透度计)的应用 目的：为了评定底片的灵敏度 4 底片评定 先评定底片本身质量是否合格。 (1)底片的黑度应在规定范围内，影像清晰，反差适中，灵敏 度符合标准要求，即能识别规定的象质指数。 (2)标记齐全，摆放正确 (3)在评定区无影响评定的伪缺陷 在底片合格的前提下，再对底片上的缺陷进行定性、定量和定 位。 对照标准评出工件质量等级，写出探伤报告。

5 射线检测工艺

要点:

1)X射线的应用特点 X射线主要优点：X射线能量可改变，因此对各种厚度的试件均可 获得高灵敏度图像；X射线机可用开关切断，故较易实施射线防 护；曝光时间短，一般为几分钟； X射线局限性：需电源，有些设备还需有水源冷却。体积较大， 现场使用不便成本和维修费用均较大。 设备：便携式，160-320KV,穿透钢-45mm 移动式，200-450KV,穿透钢-100mm 高能X射线加速器：4-32MeV,穿透钢-400mm

5 射线检测工艺要点:

2)γ 射线的应用特点 γ 射线主要优点：射源尺寸小，可用于X射线机无法接近的现场； 不需电源水源；运行费用低； γ 射线 局 限 性 ： 探伤灵敏度低 ， 尤其对薄钢试件 (如 5mm以 下) ;曝光时间长。 γ 射线的成像质量比X射线差得多。 影响射线照相的三大要素：对比度、清晰度、颗粒度， γ 射线均不如X射线。 对裂纹倾向大的材料焊缝检测应慎用γ 射线

5 射线检测工艺要点:

3)胶片应用特点 胶片影响成像对比度和颗粒度进而影响灵敏度 依据成像特性，胶片分成四类，T1、T2、T3、T4。T1为最高 类别，T4为最低类别。 标准规定：A级和AB级射线检测技术应采用T3类或更高类别的 胶片，B级射线检测技术应采用T2类或更高类别的胶片。 标准规定：采用γ 射线对裂纹敏感性大的材料进行射线检测 时,应采用T2类或更高类别的胶片。T2类胶片: AgfaD4、D5;天津Ⅴ;上海GX-A5。 T3类胶片: AgfaD7、D8;天津Ⅲ;上海GX-A7

采用γ 射线对裂纹敏感性大的材料进行射线检测时,应采用天 津Ⅴ胶片。19

5 射线检测工艺要点:

4)透照参数选择

焦距——影响几何不清晰度，选择焦距必须大于标准规定最小值； K值——影响横向裂纹检出率，选择K值不得大于标准规定值； 射线能量——影响底片对比度、固有不清晰度、颗粒度；选择射 线能量应在标准限定范围； 曝光量——影响底片黑度，选择曝光量应在标准限定范围；

5 射线检测工艺要点:

5)透照方式选择

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