探伤机
检测材料表面及内部缺陷的设备
探伤机(Flaw detector),是对金属、非金属材料制成的零件(或构件)表面或内部进行非破坏性检查的仪器,一般为无损探伤。探伤机广泛应用于机械制造,设备和管道安装以及塑料、木材、陶瓷等非金属材料制件的探伤,是工农业生产中质量检验的主要仪器之一。
1928年,科学家谢尔盖·Y.索科洛夫进行了超声波检测实验,并演示了如何使用超声波检测金属缺陷。1939年,英国钢铁公司研究所的科学家们建造了一个可以通过超声波来测试钢中微小毛细裂缝的装置。20世纪30年代,欧洲美国的研究表明,高频声波会以可预测的方式从隐藏的缺陷或材料边界反射,并产生独特的回声模式,显示在示波器屏幕上。20世纪40年代后期,日本的研究人员率先在医疗诊断中使用超声波检测。20世纪70年代,精密测厚仪的使用将超声波检测带入到各种制造操作中。20世纪80年代,数字信号处理技术和微处理器的应用,制造出了小型化和高度可靠的便携式检测仪器。
探伤机主要有渗透探伤机、电磁探伤机、射线探伤机、全息摄影探伤机、热流探伤机等。电磁探伤,是利用电磁原理来检查金属缺陷的;荧光探伤机利用紫外线光激发渗入到裂纹或缺陷内的荧光质,根据荧光质发射出来的可见荧光质来进行金属、非金属表面缺陷的检查;射线探伤机,利用X射线透视摄影法,从底片上显示出金属、非金属材料及构件内部缺陷的仪器;超声波探伤仪通常是对被测物体发射超声,然后利用其反射、多普勒效应、透射等来获取被测物体内部的信息并经过处理形成图像。
历史沿革
早期发展
1928年,苏联科学家谢尔盖·Y.索科洛夫进行了超声波检测实验,并演示了如何使用超声波检测金属缺陷。索科洛夫提议在工业上使用超声波来检测固体材料的缺陷。他的实验奠定了现代超声波测试和缺陷检测技术的基础和使用。
德国科学家Raimar Pohlman使用了这个想法,并在此基础上进一步发展。他设计了Pohlman细胞检测缺陷使用超声波束。1939年,英国钢铁公司研究所的科学家们建造了一个类似的装置,可以通过超声波来测试钢中微小的毛细裂缝。由于当时第二次世界大战迫在眉睫,因此出于对间谍活动的恐惧,它的工业用途当时被禁止。
快速发展
1984年,Panametrics无损检测公司推出了一种数字探伤仪设备,预示着从当时应用的模拟信号处理到数字处理的转变。数字处理提供准确和精确的测量,稳定的校准,数据保留和文档,以及屏幕截图共享功能。
超声波检测的发展在很大程度上与电子学以及后来的计算机的发展相平行。20世纪30年代,欧洲美国的早期研究表明,高频声波会以可预测的方式从隐藏的缺陷或材料边界反射,产生独特的回声模式,可以显示在示波器屏幕上。第二次世界大战期间声纳的发展进一步推动了超声学的研究。1945年,美国研究员弗洛伊德凡士通申请了一项他称之为超声波反射镜的仪器的专利,这通常被认为是第一个实用的商用超声波探伤仪,使用了当今普遍采用的脉冲/回波技术。它将导致在随后的几年中推出的许多商业工具。 在20世纪60年代和70年代,Panametrics、Staveley和Harisonic等公司在超声波探伤仪、量规和换能器的开发方面处于领先地位,这些公司现在都是奥林巴斯NDT的一部分。
在20世纪40年代后期,日本的研究人员率先在医疗诊断中使用超声波检测,使用早期的B扫描设备,提供组织层的二维轮廓图像。到了20世纪60年代,早期版本的医疗扫描仪被用于检测和概述肿瘤,胆石症和类似的条件。
在20世纪70年代,精密测厚仪的引入将超声波检测带入了各种制造操作中,这些操作需要在只有一侧进入的情况下测量零件的厚度,并且腐蚀计被广泛用于测量金属管道和储罐中的剩余壁厚。
超声波仪器的最新进展基于数字信号处理技术以及20世纪80年代后出现的廉价微处理器。这促成了最新一代小型化且高度可靠的便携式仪器以及在线检测系统,用于缺陷探测、厚度测量和声像成像。
分类
探伤机主要有渗透探伤机、电磁探伤机、射线探伤机、全息摄影探伤机、热流探伤机等。
电磁探伤机
电磁探伤,是利用电磁原理来检查金属缺陷的。利用电磁原理来进行探伤,近代也有很多种;如感应法、荧光磁粉法、电压法等几种,但最常用的一种电磁探伤法,是利用电流产生磁力,使工作物磁化而具有磁性。然后在工作物上撒上铁粉,或者铁粉与油的混合液,有裂纹的地方由于磁力线外泄,形成局部磁极,磁力就特别强,铁粉便集中在裂纹处,沿着裂纹的形状,形成一条由铁粉组成的黑线。观察工作物上有无集中的铁粉黑线,便可以确定金属零件是否有裂纹。
这种电磁探伤主要是利用磁力,用电只不过是利用它产生磁力,有时甚至直接用永久磁铁磁化工作物进行检查,因此又称为磁力探伤。由于探伤时系利用磁粉显示,故又称为磁粉探伤。
电磁探伤是将工作物磁化,使它产生磁力线,利用裂纹或缺陷处的磁力线外泄,来检查配件的缺陷。由于使工作物磁化的手段不同,磁化以后产生磁力线的方向不同,和使用电流性质及操作方法的不同,因此电磁探伤分为以下几种。
(一)从使用电流性质分
从使用电流性质上分,电磁探伤分为直流法与交流法两种。
1、直流法电磁探伤,是磁化工作物时用低压直流电源。
2、交流法电磁探伤,是磁化工作物时用低压交流电源。
(二)从磁化方向上分
从磁化方向上分,一般分为纵向磁化法,圆周方向磁化法(简称周向磁化法),与联合磁化法三种。
1、纵向磁化法:用纵向磁化法磁化工作物时,产生的磁力线方向和工作物的轴线是一致的。所谓纵向是指长形工作物,如果工作物是四方形的,纵横不好分,那么纵向和横向是相对的,无论是纵向或横向都是属于纵向范围。
2、周向磁化法:用周向磁化法磁化工作物时,产生的磁力线形成同心圆形,相当于通以电流以后的直导线所产生的磁力线。
3、联合磁化法:由于纵向磁化法只能检查向裂纹,周向磁化法只能检查纵向裂纹,因此要想把工作物各种方向的裂纹都找出来,必须先后采用这两种磁化方法进行检查。实用上为了操作方便,根据纵向磁化法与周向磁化法的原理设计一种同时可作周向磁化和纵向磁化的探伤器,这样就可以把纵横裂纹同时检查出来,这种磁化方法,称为联合磁化法。
(三)从磁化方式上分
从磁化方式上分,电磁探伤一般分为直接磁化法与间接磁化法两种。
1、直接磁化法:又称为直接励磁法,其特征是在工作物中直接通以电流,以产生磁力线进行检查。例如前述的周向磁化法中直接通电磁化法、刺入法都属于直接磁化法。
2、间接磁化法:又称为间接励磁法。其特征是磁化工作物时,利用探伤器产生的磁場来磁化工作物,而不是直接通电磁化。前述的纵向磁化法中的几种磁化法,以及周向磁化法中的心杆磁化法、平行电流磁化法,都是属于间接磁化法的。
外形尺寸和重量都较大,一般制成卧式形状,适用于车间及试验等固定场所探伤。
设备的大小重量介于固定式与携带式磁粉探伤机之间,设备可安在小车上,对现场不易搬动的大型工件进行探伤。
这种探伤机体积小,重量轻,易于搬运,很适合现场使用。
射线探伤机
利用X射线透视摄影法,从底片上显示出金属、非金属材料及构件内部缺陷的仪器。
X射线探伤机
X射线探伤机是射线探伤装置中应用最为广泛的一种它的基本组成部分有X射线管,整流系统、高压系统和低压系统。
X射线探伤机是利用X射线进行无损检测的仪器,利用x射线的穿透性和在物质中有衰减的特性可以检查目标内部的缺陷。X射线探伤机是主要的无损检测方法之一,广泛应用于锅炉、造船、高铁、航空航天、工业机械等重大装备制造行业中,在产品质量控制与检修中有着重要的作用。  
X射线探伤的工作原理是利用X射线穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现其中缺陷。X射线具有穿透性,它能穿透可见光不能穿透的物质。X射线透过样品时,会产生吸收现象。物质的致密度、厚度的不同会使X射线影像成像出现差异。  
例如。当金属铸件在压铸过程中,零件成型质量的优劣往往会因工艺参数、车床状况的不同而有很大差异。相应地成型后零件的厚度、致密性等也会不同。当X射线照射零件时,零件致密的地方和有缺陷的地方吸收和透过X射线的量的多少也会有很大差别。因此,零件质量致密度与缺陷都会在透视荧光屏上出现亮与暗的差别。  
工业用x射线探伤机主要由x射线机头(X射线管)、高压发生装置、供电及控制系统和冷却防护设施四部分组成,常见有移动式和携带式两大类。  
移动式X射线探伤机,通常用在固定透照室内的射线探伤,它具有较高的管电压和管电流,管电压和管电流分别可达450kV和20mA,大透射厚度约100mm,它的高压发生装置、冷却系统与X射线机头都分别独立安装,X射线机头与高压发生装置通过高压电缆连接。X射线机头可通过带有轮子的支架在小范围内移动,也可固定在支架上。  
主要用于现场射线照相探伤,管电压一般等于小于350kV,管电流5-6mA,大穿透厚度约50mm,其中X射线管、高压发生装置和冷却系统共同安装在一个机壳中构成一体,简称为射线发生器。射线发生器与控制器之间由低压电缆连接。*相对较轻便,除用于生产现场外,也常被搬进固定透照室内用于小物件(如管材、板材等)的焊接检测探伤。
无损检测在检测中不会对检测对象造成损伤,因此在工业及工程中的应用非常多。X射线探伤机是无损检测的常用仪器,了解X射线探伤机的相关内容可以更好地进行无损检测。
γ射线探伤机
X射线探伤机是利用X射线能穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现物质内部缺陷的一种无损探伤方法。X射线可以检查金属与非金属材料及其制品的内部缺陷。例如陶瓷文物的内部裂缝以及金属焊缝中的气孔、夹渣、未焊透等体积性缺陷。
超声波探伤机
超声波探伤仪是一种便携式工业无损探伤仪器,它能够快速、便捷、无损伤、精确地进行工件内部多种缺陷(裂纹、疏松、气孔夹杂等)的检测、定位、评估和诊断。既可以用于实验室,也可以用于工程现场。超声波探伤仪通常是对被测物体发射超声,然后利用其反射、多普勒效应、透射等来获取被测物体内部的信息并经过处理形成图像。超声波探伤仪广泛应用在锅炉、压力容器、航天、航空、电力、石油、化工、铁路交通、核能电力、高校等行业。
超声波探伤仪、超声波探头、试块及耦合剂等组成超声波检测系统,它们是超声波探伤的重要设备。超声波探伤仪是超声波探伤的主要设备,它能够快速识别出工件内部多种缺陷(裂纹、气孔、夹杂等),并且不会对工件造成任何损伤,广泛适用于实验室与工程现场。
脉冲超声波探伤仪
这种仪器主要是通过周期性的发射不连续的脉冲波来激励换能器产生超声波,根据超声波的传播速度或者回波的幅值
等特性判断工件中是否有缺陷,这是目前最常用的探伤仪模式。
连续超声波探伤仪
这种仪器探头向工件发射连续且频率不变的超声波,主要是通过观察透过工件的超声波强度的变化来判断工件中是否有缺陷。这种仪器通常情况下灵敏度低,而且难以确定缺陷位置,大多被脉冲探伤仪器取代,不过仍旧应用在超声波显像及超声波共振测厚等方面。
调频超声波探伤仪
这种仪器发射的超声波是周期性连续且频率周期性变化的超声波,主要是观察发射波与回波的变化,判断工件中有无缺陷。但其局限性是适用于检测与探测面平行的缺陷,所以这种仪器也大多被脉冲探伤仪器取代。
渗透探伤机
液体渗透检验(LPI),又称液体渗透试验(LPT)或染色渗透检验(DPI),是一种广泛用于检测材料表面破损缺陷的无损检测方法。它特别适用于查找材料表面开放的裂纹、孔隙、搭接等类似缺陷。液体渗透检验的原理基于液体渗透剂渗入非多孔材料表面破损缺陷的能力。检验过程遵循一系列步骤以检测和显示这些缺陷。
液体渗透检验应用于:航空航天工业、制造业、汽车工业、石油化工业、发电工业、通用制造与维护等行业。
全息摄影探伤机
全息方法在无损检测、形状测量和实验应力分析等方面显示出了其在解决许多检测问题方面的多功能性。其主要优点是非接触性、非破坏性和二维工作原理、快速响应、高灵敏度、分辨率和精度。与传统的光学技术,如经典干涉术相比,全息波前存储和重构的原理使得能够对具有粗糙表面的物体进行检测。因此,可以非常方便地检查各种产品在操作或人工负载下的响应。
荧光探伤机
利用紫外线光激发渗入到裂纹或缺陷内的荧光质,根据荧光质发射出来的可见荧光质来进行金属、非金属表面缺陷的检查。
应用
探伤机,一般为无损探伤,是对金属、非金属材料制成的零件(或构件)表面或内部进行非破坏性检查的仪器。
探伤机广泛应用于机械制造,设备和管道安装以及塑料、木材、陶瓷等非金属材料制件的探伤,是工农业生产中质量检验的主要仪器之一。探伤机专供排船、石油、化工、机械、航天、交通和建筑等工业部门检查船体、管道、高压容器、锅炉、飞机、车辆和桥梁等材料、零部件加工焊接质量,以及各种轻金属、橡胶、陶瓷等加工件的质量。
参考资料
equipment.modsonic.2024-08-30
flaw-detection/general.industrial.evidentscientific.2024-08-30
超声波探伤仪原理.仪器网.2024-09-18
liquid-penetrant-inspection/.ndtmachine.2024-09-30
目录
概述
历史沿革
早期发展
快速发展
分类
电磁探伤机
射线探伤机
X射线探伤机
γ射线探伤机
超声波探伤机
脉冲超声波探伤仪
连续超声波探伤仪
调频超声波探伤仪
渗透探伤机
全息摄影探伤机
荧光探伤机
应用
参考资料