2.1　过程装备的无损检测

无损检测以不损坏被检测对象的使用性能为前提，以物理或化学方法为手段，借助相应的设备器材，按照规定的技术要求，对材料、零部件、结构件进行有效的检验和测试，借以评价它们的连续性、完整性、安全可靠性及某些特殊物理性能。无损检测的内容包括：检测材料或构件中是否存在缺陷，并对缺陷的形状、大小、方位、取向、分布和内含物等情况进行判断；提供材料或构件中的组织分布、应力形态以及某些机械和物理量等信息。

无损检测的方法很多，最常用的有射线检测RT（radiographic testing）、超声检测UT（ultrasonic testing）、磁粉检测MT（magnetic particle testing）、渗透检测PT（penetrate testing）、磁记忆检测MMT（magnetic memory testing）、声发射检测AET（acoustic emission testing）和红外线检测IT（infrared testing）等。另外，还有各种新技术，如激光全息照相检测、声振检测等。

2.1.1　射线检测

射线检测包括X射线、γ射线和中子射线等检测手段。它是利用各种射线源对材料的投射性能及对不同材料射线的衰减程度不同，使底片感光成黑度不同的像素来观察缺陷的。射线检测用来检测产品的气孔、夹渣、铸造孔洞等立体缺陷以及与射线平行的裂纹缺陷。

射线检测的结果可作为档案资料长期保存，检测图像较直观，对缺陷尺寸和性质判断比较容易，适用于几乎所有的材料。因此，射线检测已经在化工、炼油、电站设备制造以及飞机、宇航、造船等工业中得到极为广泛的应用，对控制和提高产品的制造质量起了积极的作用，在现代工业中已经成为一种必不可少的无损检测方法。射线检测的缺点是当裂纹面与射线近似于垂直时，裂纹就很难检查出来；虽然对被检件中平面型缺陷（裂纹未熔合等缺陷）也具有一定的检测灵敏度，但与其他常用的无损检测技术相比，对微小裂纹的检测灵敏度较低；使用成本高于其他无损检测技术，其检验周期也较其他无损检测技术长；射线对人体有害，需要防护设备进行保护。

2.1.1.1　射线检测的基本原理

射线检测是基于射线通过物质时的衰减规律，即当射线通过物质时，有缺陷部位与无缺陷部位对射线的吸收能力不同的原理。一般情况下，通过有缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位的射线强度，因此，可以通过检测被检件后的射线强度差异来判断被检件中是否有缺陷存在。如图2-1所示，当一束强度为I0的射线平行通过被检件（厚度为d）后，其射线强度的变化规律，射线强度将衰减为

Id＝I0e－μd　　（2-1）

如果被检测试件表面局部凸起，其高度为h时，射线通过物体后的强度将衰减为

Ih＝I0e－μ（d＋h）　　（2-2）

若被测试件内部存在某种缺陷，其厚度为y，吸收系数为μ′，射线通过该缺陷部位后，强度衰减为

Iy＝I0e－[μ（d－y）＋μ′y]　　（2-3）

若有缺陷部位的吸收系数小于被检件背身的吸收系数，即有μ>μ′，则Iy>Ih>Id，这样就会在被检件的另一面形成射线强度不均匀的分布图。通过一定的方式将这种不均匀的射线强度进行照相或者转变为电信号指示、记录或显示，就可以评定被检件的内部质量，达到无损检测的目的。沿射线透照方向的缺陷尺寸越大，则有无缺陷处的强度差越明显，反映在胶片或显示器上的黑度差越大，缺陷越容易被发现。

2.1.1.2　射线检测方法与技术

X射线或γ射线照相检测，适用于铸件、焊接件以及非金属复合材料的质量检测。可发现铸件中的气孔、夹渣、疏松、针孔、偏析、裂纹、冷隔、欠铸和缩孔，以及焊件中的气孔、夹渣、裂纹、未焊透、未熔合、烧穿和焊漏等缺陷。目前，工业上应用的射线方法主要是照相法、电离检测法、荧光屏直接观察法、电视观察法等。

（1）照相法

X射线检测常用的就是照相法，利用射线感光材料（通常用射线胶片），将其放在被检件的背面接收通过被检件后的X射线。胶片曝光后经暗室处理，就会显示出物体的结构图像。根据胶片上影像的形状及其黑度的不均匀程度，就可以判定被检件中有无缺陷及缺陷的性质、形状、大小和位置。该种方法由于灵敏度高、直观可靠、重复性好，是X射线检测法中应用最广泛的一种常规方法。照相法工作的基本原理如图2-2所示。

射线照相检测设备主要包括X或γ射线探伤机、透度计、增光屏、感光胶片、观光灯、射线强度检测设备和暗室设备等。除此之外，还可能有被检件传送、标志工具等其他辅助设备。

（2）电离检测法

当射线通过气体时，与气体分子发生撞击，部分气体分子失去电子而形成正离子，部分气体分子得到电子形成负离子，同时形成电离电流，这就是气体的电离效应。如果让穿过被检件的射线再通过电离室，就会在电离室内产生电离电流，不同的射线强度穿过电离室后产生的电离电流也不同。电离检测法就是利用检测电离电流的方法来测定X射线强度，根据射线强度的差异来判断被检件内部质量的变化。电离检测法工作的基本原理如图2-3所示。

电离法检测时，用探头（即电离室）接收穿过被检件的射线，并转换为电信号，经过放大后输出。电离检测法自动化程度高，可采用多探头，效率高，成本低。但对缺陷性质的判断较为困难，只适用于形状简单、表面平整的被检件，因此，该方法的应用受到很大限制。

（3）荧光屏直接观察法

荧光屏直接观察法是将透过被检件后的不同强度的射线投射在涂有荧光物质的荧光屏上，激发出不同强度的荧光，利用荧光屏上的可见影像直接辨识缺陷。它所看到的缺陷影像与照相法在底片上得到的影像黑度相反，如图2-4所示。该方法成本低，效率高，可以连续检测，适用于形状简单、要求不严格的被检件检测。

通过对荧光屏直接观察法的进一步发展，电视观察法将荧光屏上的可见影像通过光电倍增管增强图像，再通过电视设备显示，这种方法检测灵敏度比照相法低，对形状复杂的被检件检测较困难。

2.1.1.3　射线检测常见缺陷

射线检测中对于缺陷的判断，需要操作人员长期的经验积累，要求评片者具有较好的理论知识，同时了解被检件的一般结构、工艺过程、缺陷可能产生的部位和形成原因等方面的基本知识。

2.1.2　超声检测

超声检测由于可检测的厚度大、成本低、速度快、对人体无害及对危害较大的平面型缺陷的检测灵敏度高等一系列优点而获得广泛应用。超声波检测的效果和可靠程度，主要取决于操作人员的责任心，工作时的精神状态和技术高低。

2.1.2.1　超声波的检测原理

超声波在材料中传播时，由于传递超声波的介质发生改变，会发生超声波的反射、透射及折射。并且，超声波在材料中传递时，随着传播距离的增大，垂直于声路上的单位面积通过的声能会逐渐减弱，即发生超声波的衰减。超声波检测是利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化来检验材料内部缺陷的无损检测方法。

2.1.2.2　超声波检测方法

（1）超声检测设备和器材

超声检测设备和器材包括超声波检测仪、探头、试块、耦合剂和机械扫查装置等，见图2-5。超声检测仪和探头对超声检测系统的性能起着关键性的作用，是产生超声波并对经材料中传播后的超声波信号进行接收、处理、显示的部分。由这些设备组成一个综合的超声检测系统，系统的总体性能不仅受到各个设备的影响，还在很大程度上取决于它们之间的配合。随着工业生产自动化程度的提高，对检测的可靠性、速度提出了更高的要求，以往的手工检测越来越多地被自动检测系统取代。

超声波检测仪　超声检测的主体设备，是专门用于超声检测的一种电子仪器。其作用是产生电振荡并加于探头（换能器），激励探头发射超声波，同时将探头送回的电信号进行放大处理后以一定方式显示出来，从而得到被检件内部有无缺陷及缺陷的位置和大小等信息。

超声波探头　用于实现声能和电能的互相转换。它是利用压电晶体的正、逆压电效应进行换能的。探头是组成检测系统的最重要的组件，其性能的好坏直接影响超声检测的效果。超声波检测中由于被检件的形状和材质、检测的目的、检测的条件不同，因而要使用各种不同形式的探头。其中最常用的有接触式纵波直探头、接触式横波斜探头、双晶探头、水浸探头与聚焦探头等。一般横波斜探头的晶片为方形，纵波直探头的晶片为圆形，而聚焦声源的圆形晶片为声透镜。所以声场就有圆盘源声场、聚焦声源声场和斜探头发射的横波声场。

试块　与一般的测量过程一样，为了保证检测结果的准确性与重复性、可比性，必须用一个具有已知固定特性的试块对检测系统进行校准，这种试块是按一定的用途设计制作并具有简单形状的人工反射体。超声检测用试块通常分为两种类型，即标准试块（校准试块）和对比试块（参考试块）。

耦合剂　当探头和被检件之间有一层空气时，超声波的反射率几乎为100%，即使很薄的一层空气也可以阻止超声波传入被检件。因此，排除探头和被检件之间的空气非常重要。耦合剂就是为了改善探头和被检件间声能的传递而加在探头和检测面之间的液体薄层。耦合剂可以填充探头与被检件间的空气间隙，使超声波能够传入被检件，这是使用耦合剂的主要目的。除此之外，耦合剂有润滑作用，可以减少探头和被检件之间的摩擦，防止被检件表面磨损探头，并使探头便于移动。在液浸法检测中，通过液体实现耦合，此时液体也是耦合剂。常用的耦合剂有水、甘油、变压器油、化学浆糊等。

（2）超声检测方法

超声检测的方法很多，可按原理、显示方式、波型、探头的数目、探头耦合方式及按入射角度来分类。按原理分类，有脉冲反射法、穿透法和共振法；按显示方式分类，有A型显示、B型显示和C型显示；按波型分类，有纵波法、横波法、表面波法和板波法；按探头数目分类，有单探头法、双探头法和多探头法；按耦合方式分类，有接触法和液浸法；按入射角度分类，有直射声束法和斜射声束法。

穿透法通常采用两个探头，分别放置在被检件两侧，一个将脉冲波发射到被检件中，另一个接收穿透被检件后的脉冲信号，依据脉冲波穿透被检件后幅值的变化来判断内部缺陷的情况。

脉冲反射法是由超声波探头发射脉冲波到被检件内部，通过观察来自内部缺陷或被检件底面的反射波的情况来对被检件进行检测的方法。

液浸法是在探头与被检件之间填充一定厚度的液体介质作耦合剂，使超声波首先经过液体耦合剂，而后再入射到被检件中，探头与被检件并不直接接触。液浸法中，探头角度可任意调整，声波的发射、接收也比较稳定，便于实现检测自动化，大大提高了检测速度。液浸法的缺点是当耦合层较厚时，声能损失较大。另外，自动化检测还需要相应的辅助设备，有时是复杂的机械设备和电子设备，它们对单一产品（或几种产品）往往具有很高的检测能力，但缺乏灵活性。总之，液浸法与直接接触法各有利弊，应根据被检件的具体情况（几何形状的复杂程度和产品的产量等），选用不同的方法。

（3）超声检测过程

超声检测过程包括被检件的准备；检测条件的确定，包括超声波检测仪、探头、试块等的选择；检测仪器的调整；扫查；缺陷的评定；结果记录与报告编写。

2.1.2.3　典型被检件的超声检测技术

（1）锻件检测

锻件中的缺陷多呈现面积形或长条形的特征。由于超声检测技术对面积型缺陷检测最为有利，因此锻件是超声检测实际应用的主要对象。锻件中的缺陷主要来源于两个方面：材料锻造过程中形成的缩孔、缩松、夹杂及偏析等；热处理中产生的白点、裂纹和晶粒粗大等。锻件可采用接触法或液浸法进行检测。锻件的组织很细，由此引起的声波衰减和散射影响相对较小。因此，锻件上有时可以应用较高的检测频率（如10MHz以上），以满足高分辨力检测的要求，以及实现较小尺寸缺陷检测的目的。

（2）铸件检测

铸件具有组织不均匀、组织不致密、表面粗糙和形状复杂等特点，因此常见缺陷有孔洞类（缩孔、缩松、疏松、气孔等）、裂纹冷隔类（冷裂、热裂、白带、冷隔和热处理裂纹）、夹杂类以及成分类（偏析）等。

铸件的上述特点，造成了铸件超声检测的特殊性和局限性。检测时一般选用较低的超声频率，如0.5～2MHz，因此检测灵敏度也低，杂波干扰严重，缺陷检出率较低。铸件检测常采用的超声检测方法有直接接触法、液浸法、反射法和底波衰减法。

（3）焊接接头检测

许多金属结构件都采用焊接的方法制造。超声检测是对焊接接头质量进行评价的重要检测手段之一。焊缝形式有对接、搭接、T形接和角接等。焊缝超声检测的常见缺陷有气孔、夹渣、未熔合、未焊透和焊接裂纹等。

焊缝检测一般采用斜射横波接触法，在焊缝两侧进行扫查。探头频率通常为2.5～5.0MHz。发现缺陷后，即可采用三角法对其进行定位计算。仪器灵敏度的调整和探头性能测试应在相应的标准试块或自制试块上进行。

（4）复合材料检测

复合材料是由两种或多种性质不同的材料轧制或粘合在一起制成的。其粘合质量的检测主要有接触式脉冲反射法、脉冲穿透法和共振法。

脉冲反射法适用于复合材料是由两层材料复合而成，粘合层中的分层多数与板材表面平行的情况。用纵波检测时，粘合质量好的复合材料产生的界面波会很低，底波幅度会较高；当粘合不良时，检测结果则相反。

（5）非金属材料的检测

超声波在非金属材料（木材、混凝土、有机玻璃、陶瓷、橡胶、塑料、砂轮和炸药药饼等）中的衰减一般比在金属中的大，多采用低频率检测。一般为20～200kHz，也有用2～5MHz的。为了获得较窄的声束，需采用晶片尺寸较大的探头。塑料材料的检测一般采用纵波脉冲反射法；陶瓷材料可用纵波和横波检测；橡胶检测频率较低，可用穿透法检测。

2.1.3　磁粉检测

磁粉检测方法既可用于板材、型材、管材及锻造毛坯等原材料及半成品或成品表面与近表面质量的检测，也可用于过程装备的定期检查。但该方法仅局限于检测能被显著磁化的铁磁性材料（Fe、Co、Ni及其合金）及由其制作的被检件表面与近表面缺陷。不能用于抗磁性材料（如Cu）及顺磁性材料（如Al、Cr、Mn）等非磁性材料的检测。

2.1.3.1　磁粉检测的基本原理

铁磁性材料和被检件被磁化后，由于不连续性的存在，使被检件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在被检件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。

当被检件被磁化后，在被检件表面喷洒微颗粒的磁粉，如果被检件没有缺陷，则磁粉在被检件表面均匀分布。当被检件上有缺陷时，由于缺陷（如裂纹、气孔、非金属夹杂物等）内含空气或非金属，其磁导率

远远小于被检件的磁导率。由于磁阻的变化，位于被检件表面或近表面的缺陷处产生漏磁场，形成一个小磁极，如图2-6所示。磁粉被小磁极所吸引，缺陷处由于堆积比较多的磁粉而被显示出来，形成肉眼可见的缺陷图像。为了使磁粉图像便于观察，可以采用与被检件表面有较大反衬颜色的磁粉。常用的磁粉有黑色、红色和白色。为了提高检测灵敏度，还可以采用荧光磁粉，在紫外线照射下更容易观察到被检件中存在的缺陷。

2.1.3.2　磁粉检测方法

（1）磁化方法

磁粉检测对被检件的磁化方法有两种。一种是对被检件直接通电，使电流通过贯穿被检件中心孔的导体，建立一个环绕被检件并与被检件轴垂直的闭合磁场，磁力线具有闭合形状，形成周向磁化。周向磁化主要用于发现与被检件平行的缺陷，即与电流方向平行的缺陷。对大多数被检件，周向磁化比较容易控制。常用的周向磁化法有轴向通电法、触头法、中心导体法和平行电缆法。另一种是将电流通过环绕被检件的线圈，使被检件沿纵长方向磁化的方法，被检件中的磁力线平行于线圈的轴心线。但该方法容易受被检件外部强磁场的影响以及反磁场的影响。

（2）磁粉检测机

磁粉检测机由主体装置和附属装置组成。主体装置也称为磁化装置。磁化装置有多种型式，如降压变压器式、蓄电器充放电式、可控硅控制单脉冲式、电磁铁和交叉线圈式。在固定式磁粉检测设备中，用得比较多的是降压变压器式。而在携带式小型磁粉检测设备中用得比较多的是电磁铁式。

磁粉检测机按使用要求可分为固定式、移动式和可携带手提式磁粉检测机。固定式磁粉检测机的尺寸和重量较大，可对被检件分别实施周向、纵向磁化和周向、纵向联合磁化，还可进行交流或直流退磁。固定式磁粉检测机一般都用磁悬液显示被检件缺陷，带有一对与电缆相接的磁锥，用来对大工件局部磁化或绕电缆法检测，具有机动性。一般采用磁化电流为4000～6000A的交流电或直流电，电流最高可达20000A。

移动式磁粉检测机具有比较大的灵活性和良好的适应性，可在工作场地许可的范围内自由移动，便于检测不容易搬动的大型被检件，采用的磁化电流为1500～4000A的半波整流电或交流电。可携带手提式磁粉检测机灵活性最大，适用于野外和高空操作，缺点是磁场强度比较小，磁化电流一般为750～1500A半波整流电或交流电。

（3）磁粉与磁悬浮液

磁粉是一种由高磁导率和低矫顽力材料组成的粉末状微粒。常用的有黑色、棕色和表面涂有银白色或荧光物质的磁粉，可根据被检件表面颜色的不同来选择使用。磁粉检测按显示方法的不同可分为湿粉显示和干粉显示两种。

湿粉显示法是先把磁粉配制成一定浓度的水磁悬浮液或油磁悬浮液。检测时磁悬液均匀地喷洒在被检件表面，被检件表面上缺陷处的漏磁将吸附磁粉，形成磁痕而显示出缺陷。由于操作简单，灵敏度高，这种检测方法得到广泛应用。

干粉显示法用的磁粉必须充分干燥，被检件表面也必须充分干燥，否则由于磁粉流动性差，不容易均匀分布而影响缺陷显示。干粉显示时，将磁粉喷雾于被检件表面后，再将没有被吸引的剩余磁粉吹去，所剩的是缺陷处被漏磁吸附形成的磁痕。

荧光磁粉表面涂有荧光物质，荧光磁粉在紫外光激发下呈现黄绿色荧光，色泽鲜明，容易观察，能提高检测速度和可靠性。荧光磁粉一般只用于湿法显示。

2.1.3.3　磁粉检测技术

磁粉检测工艺流程包括表面预处理、被检件磁化（含选择磁化方法和磁化规范）、施加磁粉或磁悬液、磁痕分析及评定、退磁和探后处理等。

表面预处理　被检件的表面状态对磁粉检测的灵敏度有很大的影响。例如，光滑的表面有助于磁粉的迁移，而锈蚀或油污的表面则相反。为了能获得满意的检测灵敏度，检测前应对被检表面做干燥、除锈以及去除表面局部涂料（避免因触点接触不良产生电弧灼伤被检表面）的预处理。

磁化　磁化时根据检测装置的特性，被检件的磁特性、形状、尺寸、表面状态、缺陷性质等，确定施加磁粉的磁化时期以及需要的磁场方向和磁场强度，然后选定磁化方法、磁化电流的种类、电流值及有效检测范围。施加磁粉时，应将适量的磁粉分布均匀在有效检测范围的检测面上，使之吸附在缺陷部位，此时必须使检测面不再被磁粉沾污，以形成对比良好的缺陷磁痕。为此，应根据被检件的磁特性、形状、尺寸、表面状态、磁化方法及检测环境，选择合适的磁粉和分散剂种类、磁悬液浓度以及磁粉施加方法。

磁痕观察　必须在磁痕形成后立即进行，采用非荧光磁粉时，必须在能清楚识别磁痕的自然光或灯光下进行观察（观察面亮度应大于500lx）。采用荧光磁粉时，要采用黑光灯照射装置，该装置辐射波长为320～400nm，距离被检件表面380mm，在能清楚识别荧光磁痕的亮度下进行观察（观察面亮度小于20lx）。

退磁　退磁场强度必须大于磁化时的电流值或从被检件的饱和磁场强度开始，使施加的磁化方法交替变换，并逐步减少到零。退磁装置应能根据被检件的用途将剩磁减小到指定的限度，剩磁感应强度应低于0.3mT。

探后处理　磁粉检测以后，应清理掉表面上残留的磁粉或磁悬液。油磁悬液可用汽油等溶剂清理；水磁悬液应先用水进行清洗，然后干燥。如有必要，可在备检表面上涂敷防护油。干粉可以直接用压缩空气清除。

2.1.4　渗透检测

渗透检测是一种检测被检件表面或近表面开口缺陷的无损检测技术。它几乎不受被检件的形状、大小、组织结构、化学成分和缺陷方位的限制，可广泛适用于锻件、铸件、焊接件等各种加工工艺的质量检验，以及金属、陶瓷、玻璃、塑料、粉末冶金等各种材料制造的零构件的质量检测。渗透检测受被检物体表面粗糙度的影响较大，不适用于多孔材料被检件的检测。

（1）渗透检测的基本原理

渗透检测是一种以毛细作用原理为基础的检测技术，主要用于检测非疏孔性的金属或非金属零构件的表面开口缺陷。将溶有荧光染料或着色染料的渗透液施加到被检件的表面，由于毛细作用，渗透液渗入到细小的表面开口缺陷中，清除附着在被检件表面的多余渗透液，经干燥后再施加显像剂，缺陷中的渗透液在毛细现象的作用下被重新吸附到被检件表面上，就形成放大了的缺陷显示，即可检查出缺陷的形貌和分布状态。

（2）渗透检测仪器

渗透检测仪器主要包括渗透液、清洗液、乳化剂与显像液、试块、渗透检测装置等。

渗透液　渗透液应具有的性质：润湿性能好；渗透能力强，渗透速度快；色泽好，对比度高；化学稳定性好；闪点燃点高，安全性好；不易挥发，容易清除；对被检件无腐蚀，对人体无害，价格合理。常见的渗透液有着色渗透液和荧光渗透液，并分别包括水洗型渗透液、后乳化型渗透液和溶剂去除型渗透液。渗透液选择应遵循以下原则：灵敏度满足检测要求；渗透液对被检件无腐蚀；价格低，毒性小，易清洗；化学稳定性好，能长期使用；使用安全，不易着火。

清洗液、乳化剂与显像液　清洗液用来去除被检件表面多余的渗透液，包括水、乳化剂和水、有机溶剂。清洗液应对渗透液中的染料有较大的溶解度，与渗透溶剂有良好的互溶性，且不与渗透液起化学反应，不应猝灭荧光染料的荧光。乳化剂用于乳化不溶于水的渗透液，使其便于用水清洗。乳化剂要求乳化效果好，化学性质稳定，对被检件无腐蚀，对人体无害，颜色与渗透液有明显区别，凝胶作用强，便于清洗。显像液将缺陷内的渗透液吸附出来，形成清晰的缺陷图像，显示缺陷。显像液包括吸附剂、溶剂、限制剂和附加成分。根据使用方式不同，显像液分为干式、湿式和速干式三种。

试块　试块也称灵敏度试块，带有人工缺陷或自然缺陷，用于衡量渗透检测灵敏度的器材。主要作用包括灵敏度试验，工艺性试验，鉴别各种检测试剂的性能，确定渗透检测的工艺参数，比较不同工艺操作的灵敏度。常用试块主要有铝合金淬火裂纹试块、不锈钢镀铬裂纹试块、黄铜镀铬裂纹试块以及其他灵敏度试块。

渗透检测装置　渗透检测装置包括携带式装置和固定式渗透检测装置。其中黑光灯是荧光检测的必备装置，也称水银石英灯，它由高压水银蒸气弧光灯、紫外线滤光片和镇流器组成。

（3）渗透检测技术

渗透检测的一般工艺过程包括预清理、渗透、乳化、清洗、干燥、显像、观察、后处理、记录与报告。

预清理　预清理去除被检件表面的油污、铁锈、氧化皮、油漆、飞溅物、腐蚀物等。采用手段有机械清理、化学清理、溶剂清洗及其他清除方法，被检件表面预清理范围是外扩25mm。

渗透　温度一般在15～40℃。渗透时间是指渗透液充分渗入缺陷所需的时间，包括施加渗透液的时间和滴落时间，它与渗透液的种类、缺陷性质、渗透液温度有关，一般为5～20min。采用的方法有喷涂法、刷涂法、浸涂法和浇涂法。

乳化　主要作用于后乳化型渗透液，乳化处理使多余的油性渗透液表面张力降低，遇水形成水包油型乳化液，便于被水清洗；使缺陷处的渗透液由于凝胶作用而保留完好。乳化时间与乳化液性能、渗透液多少、表面粗糙度等因素有关，一般为5min。

清洗　在达到规定的渗透时间以后用清洗液、水或有机溶剂将被检件表面多余的渗透液去除干净。包括水洗型渗透液和后乳化型渗透液的去除。

干燥　在干式显像、速干式显像时，被检件在清洗干燥后再施加显像剂；湿式显像时，被检件清洗后直接施加显像液，然后进行干燥。干燥温度与被检件材料和所用的渗透液有关，应通过试验确定，金属不超过80℃，塑料在40℃以下。干燥时间原则上越短越好，不宜超过10min。

显像　显像是指在被检件表面施加特定显像液，利用毛细管作用将缺陷内残留的渗透液吸附出来，形成清晰的缺陷图像。渗透检测中，常用的显像方式有干式显像、速干式显像、湿式显像和自显像等几种。显像时间是指利用显像剂将缺陷内残留的渗透液吸附出来显示缺陷所需要的时间，一般为7～30min。显像时间的长短取决于显像剂和渗透液的种类。

观察检查　观察检查应在施加显像剂之后10～30min内进行，检测应在白光下进行，显示为红色图像；荧光检测应在暗室内进行，缺陷为明亮的黄绿色图像。

（4）检测缺陷的评定

渗透检测常检出缺陷有裂纹、气孔、疏松、冷隔、折叠、未熔合和未焊透。

裂纹　常见有焊接裂纹、铸造裂纹、淬火裂纹、磨削裂纹以及疲劳裂纹等。

焊接裂纹包括热裂纹和冷裂纹。热裂纹一般呈红色曲折的波浪状或锯齿状的，或者是明亮的黄绿色线条；火口裂纹呈星状，较深的火口裂纹有时会显示成圆形。冷裂纹的显示一般呈直线状红色或明亮的黄绿色线条，中部稍宽，两端尖细，颜色（亮度）逐渐减淡，直到最后消失。

铸造裂纹的热裂纹出现在应力集中的区域，一般比较浅，其渗透检测时的显示特征和焊接热裂纹相同；冷裂纹出现在界面突变的区域，其渗透检测时的显示特征和焊接冷裂纹相同。若铸造裂纹过深，往往会显示呈圆形。

淬火裂纹一般产生于热处理过程中，起源于应力集中的区域，渗透检测中呈红色或明亮黄绿色的细线条，呈线状、树枝状或网状，裂纹起源处宽度较宽，随延伸方向逐渐变细。

疲劳裂纹长期受交变应力的作用，往往从被检件上的划伤、刻槽及表面缺陷处开始。渗透检测时，裂纹呈线状和曲线状，随延伸方向逐渐变细。

磨削裂纹是加工过程中，由于表面局部过热或碳化物偏析等原因，在加工应力作用下产生的裂纹。一般较浅，渗透检测时一般呈断续的条纹、辐射状或网状的条纹。

气孔　液体渗透检测中的气孔包括铸造气孔和焊接气孔。铸造气孔渗透检测时，表面气孔的显示一般呈圆形、椭圆形或长圆条形的红色亮点或黄绿色荧光亮点，并均匀地向边缘减弱淡化。焊接气孔渗透检测中的显示与铸造气孔类似。

疏松　疏松在渗透检测中呈密集点状、密集短条状、聚集的块状，且散乱分布。而每个点、条、块的显示又由很多个靠的很近的小点显示连成一片而形成。

冷隔　渗透检测时，冷隔的显示有时呈粗大且两端圆秃的光滑线状，有时呈紧密、连续或断续的光滑线条。

折叠　折叠与被检件结合紧密，渗透液的渗入较为困难，要采用高灵敏度的渗透液和较长的渗透时间。折叠显示为连续或断续的细线条。

未熔合　渗透检测只有当坡口未熔合延伸至表面时，才能发现这种缺陷，其显示为直线或椭圆形的条状。

未焊透　渗透检测仅能发现根部未焊透，其显示为一条连续或断续的线条，宽度一般较均匀。

2.1.5　磁记忆检测

磁记忆检测能够对铁磁金属构件内部的应力集中区，即微观缺陷、早期失效和损伤等进行诊断，防止突发性的疲劳损伤，是迄今为止对金属部件进行早期诊断唯一行之有效的一种无损检测新方法。

（1）磁记忆检测的基本原理

铁磁体被检件在地磁场的作用下，由于运行过程中受工作载荷的作用，材料内部磁畴的取向会发生变化，并在地磁环境中表现为应力集中部位的局部磁场异常，亦形成所谓的“漏磁场”，并在工作载荷消除后仍然保留。铁磁性金属材料的自磁化现象和残磁状况同机械应力有直接联系，称为磁机械效应。在外应力和地磁场共同作用下，铁磁被检件内产生的晶粒转动和磁致伸缩逆效应会引起材料宏观磁特性的不连续性分布，在应力撤除后，由应力集中所造成的材料在该区域宏观磁特性的不连续性得到保留，这种现象称为磁记忆效应。

磁记忆检测原理　当处于地磁场环境中的铁磁被检件受到外部载荷作用时，在应力集中区域会产生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，该部位会出现磁畴的固定节点，产生磁极，形成退磁场，从而使此处铁磁被检件的导磁率最小，在被检件表面形成漏磁场。该漏磁场强度的切向分量Hp（x）具有最大值，而法向分量Hp（y）改变符号并具有零值。这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后依然“记忆”着应力集中的位置。磁记忆检测原理见图2-7。基于金属磁记忆效应的基本原理制作的检测仪器，通过记录垂直于被检件表面的磁场强度分量沿某一方向的分布情况，可以对被检件的应力集中程度以及是否存在微观缺陷进行评价。

相对于传统的无损检测技术，磁记忆检测技术不仅可以发现宏观上的缺陷，具有传统检测方法的检测功能，并且可以大概指示出微观缺陷的应力集中部位，从而具有早期诊断和预警能力。其主要优点为：检测时探头采用非接触方法，不需要对被检件进行任何表面清理或预处理，被检件表面的铁锈、油污或镀层等不会影响检测效果，仅适合于现场检测；能检测缺陷并反映出应力集中区域，评价其危险程度；对正在运行的设备和检测维修的设备都能检测；适合于铁磁性的材料，检测速度快，检测准确；设备轻便、操作简单、灵敏度高于其他磁性方法，并且重复性与可靠性好，基本不受设备结构和现场环境影响。

磁记忆检测法的主要用途　确定被检件的应力应变状态的不均匀性和应力集中区；确定在应力集中区的金属取样位置以评估金属结构状态；早期诊断疲劳损坏和评估被检件的寿命；利用与常规无损检测方法结合来减少检测成本与材料成本；各种类型的焊接质量控制（包括接触焊与点焊）；通过被检件的不均匀性对新生产与在用的机械制造产品实施快速分类等。

（2）磁记忆检测仪器

EMS-2000智能磁记忆金属诊断仪是根据磁记忆效应原理，采用微电子技术、计算机技术和磁记忆检测技术研制而成的新一代无损检测仪器。实验证明，在交变载荷的作用下，在役铁磁性件的缺陷和夹杂部位会产生磁畴归一现象，并在其上出现漏磁场。在缺陷位置及内应力相对集中的地方，金属导磁率小，其磁场切向分量具有最大值，而法向分量则改变符号，具有零值。对被检件表面漏磁场法向分量进行扫描检测，便可确定应力集中区域，从而间接地判断该铁磁性被检件是否存在缺陷。该仪器可用于锅炉、压力容器、压力管道、叶片、轴承、铁轨、齿轮对焊接部位及其他铁磁性金属零构件的检测。

EMS-2000智能金属磁记忆诊断仪轻便实用，有串、并行口，方便与外界的通信，并配有专用的数据分析软件（M3DPS），可在电脑上显示处理有关的检测信息。该仪器适用于－25～＋60℃的工作环境，对北方冬天气候也同样适应。

（3）磁记忆检测技术发展现状及局限性

对磁记忆检测机理研究方面，有从电磁学角度出发的电磁感应说，即铁磁性材料垂直于地磁场作用方向的横截面积，在定向应力作用下会发生应变，因而通过此横截面的磁通量会发生变化。由电磁感应定律知，该截面上必然产生感应电流，并激励出感应磁场使被检件磁化。又如基于铁磁学基本理论的能量平衡说，即磁记忆效应产生的内在原因是金属组织结构的不均匀性，材料内部不均匀处会出现位错，在地磁场环境中施加应力，则会出现滑移运动，其结果会引起位错的增加，产生很高的应力能。能量平衡的结果，使得铁磁被检件内部磁畴的畴壁发生不可逆的重新取向排列，由于铁磁被检件内部存在多种内耗效应，使得动载荷消除后，在金属内部形成的应力集中区得以保留。为抵消应力能，磁畴组织的重新排列也会保留下来，并在应力集中区形成类似缺陷的漏磁场分布形式，即磁场的切向分量为最大值，而法向分量符号发生改变，且具有过零值点。

磁记忆检测技术能否得到有效应用的关键是检测设备。而检测设备的核心是磁敏传感器的研制。很多敏感器件如霍尔磁敏元件、铁磁线圈和磁敏电阻等，从原理和技术指标衡量，都可以应用于磁记忆传感器的研制。继俄罗斯动力诊断公司推出第一台磁记忆检测传感器后，国内已经相继推出了基于霍尔元件的磁记忆传感器和基于磁敏电阻的磁记忆传感器。进行针对弱磁测量的传感器研制，是磁记忆检测技术研究的一个重要方面。

目前，磁记忆检测法在拥有广阔应用前景的同时，其基础理论和检测手段都有待完善，尚存在磁记忆现象明确而机理模糊、检测标准未定量化、对“危险区”的评判手段仍不完善等诸多急需解决的问题，还需进行以下方面的研究。

首先是加强磁记忆检测技术的机理研究。从目前已有的资料来看，尽管有一些文献探讨磁记忆检测机理，但还没有达到十分透彻和系统的程度，没有形成较完整严密的理论体系。这方面的研究涉及磁性物理学、铁磁学、金属材料学、弹塑性力学、断裂力学、磁弹性理论、信号与系统分析等多个学科的知识。

其次是开展磁记忆检测的定量化研究。在无损检测技术中，缺陷的定量检测是一个十分重要的问题。磁记忆效应实质上是一种广义的漏磁场效应，和漏磁检测一样，也应该可以进行定量化研究。但总体说来，这方面的研究还有待于深入，对于缺陷大小、形状和磁记忆参数之间的关系，还未有系统的实验研究。

再次是系统开展磁记忆效应的机理性实验研究。在进行磁记忆机理研究时，可以更系统地开展实验研究，总结实验结果，归纳经验公式。

2.1.6　声发射检测

材料的范性形变（固体受外力作用而使各点间相对位置改变，当外力撤销后，固体的形状或多或少有保留却不能完全复原的形变）、马氏体相变、裂纹扩展、应力腐蚀以及焊接过程产生裂纹和飞溅等，都有声发射现象，通过检测声发射信号，就可以连续监视材料内部变化的整个过程。因此，声发射检测是一种动态无损检测方法。

声发射是指材料或结构受内力或外力作用产生形变或破坏，并以弹性波形式释放出应变能的现象。声发射要具备两个条件：第一，材料要受外载荷的作用；第二，材料内部结构或缺陷要发生变化。

（1）声发射检测原理及特点

声发射是一种常见的物理现象，大多数材料变形和断裂时都有声发射现象产生，如果释放的应变能足够大，就产生可以听得见的声音，如在耳边弯曲锡片，就可以听见噼啪声，这是锡受力产生孪晶变形的声音。对于金属而言，实际金属晶体存在着各种各样的缺陷，当晶体内沿某一条线上的原子排列与完整晶格不同时就会形成缺陷。高速运动的位错产生高频率、低幅值的声发射信号，而低速运动的位错则产生低频率、高幅值的声发射信号。据估计，100～1000个位错同时运动可产生仪器能检测到的连续信号，几百到几千个位错同时运动时可产生突发型信号。

声发射检测的主要目标是：确定声发射源的部位，分析声发射源的性质，确定声发射发生的时间或载荷，评定声发射源的严重性。一般而言，对超标声发射源，要用其他无损检测方法进行局部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。

声发射技术与其他无损检测方法相比，具有两个基本差别：检测动态缺陷而不是静态缺陷，如缺陷扩展。检测缺陷本身发出缺陷信息，而不是用外部输入对缺陷进行扫查。这种差别导致该技术具有以下优点和局限性。

声发射检测技术的优点如下：

ⅰ.可检测对结构安全更为有害的活动性缺陷。由于提供了缺陷在应力作用下的动态信息，因此适于评价设备在役状态缺陷对结构的实际有害程度。

ⅱ.对大型构件，可提供整体范围的快速检测。由于不必进行繁杂的扫查操作，只要布置好足够数量的传感器，经一次加载或实验过程，就可以确定缺陷的部位，易于提高检测效率。

ⅲ.可提供缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息，因而适用于工业过程的在线监控及早期或临近破坏的预报。

ⅳ.可用于其他方法难于或不能接近环境下的检测，如高低温、核辐射、易燃、易爆及剧毒等环境。

ⅴ.由于对被检件的几何形状不敏感，因此适宜检测其他检测方法受到限制的形状复杂的被检件。

ⅵ.对于在役压力容器的定期检验，声发射检测方法可以缩短检验的停产时间或者不需要停产。

ⅶ.对于压力容器的耐压试验，声发射检测方法可以预防由未知不连续缺陷引起的系统灾难性失效和限定系统的最高工作压力。

声发射检测技术的局限性如下：

ⅰ.声发射特性对材料甚为敏感，又易受到机电噪声的干扰，因此，对数据的正确解释要有更为丰富的数据库和现场检测经验。

ⅱ.声发射检测一般需要适当的加载程序，多数情况下，可利用现成的加载条件，但有时还需要特殊准备。

ⅲ.由于声发射的不可逆性，实验过程的声发射信号不可能通过多次加载重复获得，因此，每次检测过程的信号获取是非常宝贵的，应避免因人为疏忽而造成数据的丢失。

ⅳ.声发射检测所发现的缺陷的定性定量，仍需依赖于其他无损检测方法。

（2）声发射检测方法

目前采集和处理声发射信号的方法可分为两大类。一种为以多个简化的波形特征参数来表示声发射信号的特征，然后对这些波形特征参数进行分析和处理；另一种为存储和记录声发射信号的波形，对波形进行频谱分析。简化波形特征参数分析方法是自20世纪50年代以来广泛使用的经典的声发射信号分析方法，目前在声发射检测中仍得到广泛应用，且几乎所有声发射检测标准对声发射源的判据均采用简化波形特征参数。

图2-8为突发型标准声发射信号简化波形参数的模型。由这一模型可以得到波击（事件）计数、振铃计数、能量、幅度、持续时间、上升时间等参数。

（3）声发射检测仪

声发射检测仪一般可分为功能单一的单通道型（或双通道型）、多通道多功能的通用型、全数字化型和工业专用型。

典型的单通道声发射检测仪的基本组成如图2-9所示，一般由传感器、前置放大器、主放大器、信号参数测量、数据计算、记录与显示等基本单元构成。

传感器的输出信号，经前置放大器放大，滤波器频率鉴别，主放大器进一步放大，门槛电路检测、测量模块提取信号特性参数，分析模块运算，最后输出到记录与显示模块。

随着数字信号处理技术的发展，数字式多功能声发射检测系统成功推广并将逐步成为今后的主流。其最大特点是经前置放大的信号不必再经过一系列模拟电路而直接转换成数字信号，同时进行常规特性参数提取与波形记录。这不仅改善了电路的稳定性和可靠性，而且大大强化了系统信号处理能力。

（4）声发射检测的应用

根据声发射的特点，现阶段声发射技术主要用于其他方法难以或不能适用的对象与环境、重要构件的综合评价、与安全性和经济性关系重大的对象以及过程装备运行过程的动态监测等。对过程装备而言，主要应用于以下几个方面。

各种压力容器、压力管道和海洋石油平台的检测及结构完整性评价，常压储罐底部、各种阀门和埋地管道的泄漏检测等。

高压蒸汽汽包、管道和阀门的检测与泄漏监测，汽轮机叶片的检测，汽轮机轴承运行状况的监测，变压器局部放电的检测等。

材料的性能测试、断裂试验、疲劳试验、腐蚀监测和摩擦测试，铁磁性材料的磁声发射测试等。

2.1.7　红外检测

红外检测是一种基于被检件的热传导、热扩散或热容量的变化进行检测的技术。当被检件内部存在着裂纹或气孔一类的瑕疵时，将引起这些热性能的改变，通过测定被检件在加热或冷却过程中其温度变化的差异，便能判明其缺陷的存在和质量的演变。

由于进行红外检测时不需要与被检件直接接触，所以操作十分安全。这个优点在带电设备、转动设备及高空设备的无损检测中非常突出。现代红外检测仪对红外辐射的检测灵敏度很高，目前的红外无损检测设备可以检测出0.1℃的温度差，因此能检测出设备或结构件等热状态的细微变化。由于红外检测仪的响应速度高达纳秒级，所以可迅速采集、处理和显示被检件的红外辐射，提高检测效率。一些新型的红外无损检测仪还可与计算机相连或自身带有微处理器，实现数字化图像处理，扩大了其功能和应用范围。另外，红外辐射不受可见光的影响，可昼夜进行测量。大气对某些特定波长范围内的红外线吸收甚少，适用于遥感和遥测。

2.1.7.1　红外检测基本原理

当物体的热传导、热扩散或热容量发生变化时，物体产生红外辐射的能量将发生变化，此时物体发射的红外线波长和频率将不同。

红外辐射是位于可见光中红光以外的光线，故又称红外线，它是一种人眼看不见的光线，其波长范围在0.75～1000μm之间，相对应的频率在4×1014～3×1011Hz之间。任何物体，只要其温度高于绝对零度，就有红外线向周围空间辐射。红外辐射是以波的形式在空间直线传播的，它在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度。红外辐射在大气中传播时，由于大气中的气体分子、水蒸气以及固体微粒、尘埃等物质的散射、吸收作用，使辐射在传输过程中逐渐衰减。它在通过大气层时由于大气有选择地吸收使其被分割成三个波段，即2～2.5μm、3～5μm和8～14μm，统称为“大气窗口”。这三个大气窗口对红外技术应用特别重要，因此一般红外仪器都工作在这三个窗口之内。

红外检测仪具有将红外辐射能转换成电能的光敏元件，用来检测物体辐射的红外线。红外探测仪分热电型和光电型两类。这两类探测仪不仅在性能上有差异，在工作原理上也不相同。热电型红外探测仪是利用热电元件、热敏电阻或热电偶等元件的热效应进行工作的。它们一般灵敏度低、响应慢，但有较宽的红外波长响应范围，价格低廉，常用于温度的测量及自动控制。光电型红外探测仪可直接把红外光能转换成电能，灵敏度高、响应快，但其红外波长响应范围窄，有的还需在低温条件下才能使用。光电型红外检测仪广泛应用在遥测、遥感、成像、测温等方面。

用红外进行检测时，将热量注入工件表面，其扩散进入被检件内部的速度及分布情况由被检件内部性质决定。另外，材料、装备及工程结构件等在运行中的热状态是反映其运行状态的一个重要方面。热状态的变化和异常，往往是确定被测对象的实际工作状态和判断其可靠性的重要依据。红外检测按其检测方式分为主动式和被动式两类。前者是在人工加热被检件的同时或加热后，经过延迟扫描记录和观察被检件表面的温度分布，适用于静态件检测；后者是利用被检件自身的温度不同于周围环境的温度，在两者的热交换过程中显示被检件内部的缺陷，适用于运行中设备的安全控制。

2.1.7.2　红外检测仪

红外测温仪　红外测温仪是用来测量被检件表面某一局部区域的平均温度的。通过特殊的光学系统，可以将检测仪区域限制在1mm以内甚至更小，因此有时也将其称为红外点温仪。它主要是通过测定检测仪在某一波段内所辐射的红外辐射能量的总和，来确定检测仪的表面温度。其响应时间可小于1s，测温范围可达0～3000℃。

图2-10为红外测温仪的结构原理图。它由光学系统、调制器、光敏元件、放大器、显示器等部分组成。红外测温仪的主要技术参数有温度范围、工作波段、响应时间、目标尺寸、距离系数和辐射率范围等。

红外热像仪　红外热像仪是红外检测的主要设备。红外辐射符合几何光学的定律，利用红外辐射进行物体成像不需要外加光源。红外成像时需要特殊的光学系统——红外光学系统。红外测温仪所显示的是被测物体的某一局部的平均温度，而红外热像仪则显示的是一幅热像图，是物体红外辐射能量密度的二维分布图。

为将物体的热像显示在监视器上，首先需将热像分解成像素，然后通过红外探测器将其变成电信号，再经过信号处理，在监视器上成像。图像的分解一般采用光学机械扫描方法。目前高速的热像仪可以做到实时显示物体的红外热像。

热像仪除了具有红外测温仪的各种优点外，还具有以下特点：快速有效，结果直观；分辨力强，现代热像仪可以分辨0.1℃甚至更小的温差；显示方式灵活多样，温度场的图像可以采用伪彩色显示，也可以通过数字化处理后采用数字显示各点的温度值；能与计算机进行数据交换，便于存储和处理。

2.1.7.3　红外检测技术的应用

（1）在热加工中的应用

点焊焊点质量的无损检测　采用外部热源给焊点加热，利用红外热像仪检测焊点的红外热图及其变化情况来判断焊点的质量。无缺陷的焊点，其温度分布是比较均匀的，而有缺陷的焊点则不然，并且移开热源后其温度分布的变化过程与无缺陷焊点将产生较大差异。上述信息可以用来进行焊点质量的无损检测。

铸模检测　用红外热像仪测定压铸过程中压铸模外表面温度分布及其变化，并进行计算机图像处理，得到热像图中任意分割线上各像素点的温度值，然后结合有限元或有限差分方法，用计算机数值模拟压铸模内部的温度场，可给出直观的压铸过程温度场的动态图像。

压力容器衬套检测　利用红外热像仪从容器表面温度场数据的传热理论分析和用计算机程序的计算，推算出容器内衬里层的变化，从而达到对容器内衬里缺陷的定量诊断。

焊接过程检测　在焊接过程中很多场合都会应用到红外检测技术，例如采用红外点温仪在焊接过程中实时检测焊缝或热影响区某点或多点温度，进行焊接参数的实时修正。采用红外热像仪检测焊接过程中的熔池及其附近区域的红外图像，经过分析处理，获得焊缝宽度、焊道的熔透情况等信息，实现焊接过程的质量与焊缝尺寸的实时控制。

轴承质量检测　被测轴瓦是由两层金属压碾而成的，可能存在中间层或大的体积状、面状缺陷。由于内部有缺陷处与无缺陷部分传热速度不同，对被检件反面加热，导致有缺陷处温度低于无缺陷处的表面温度，通过红外热像仪可获得缺陷的图像和尺寸。用类似方法也可进行轴承滚子表面裂纹的检测。

（2）在电气设备上的应用

电气设备和其他设备一样，无论在运行或停止状态，都具有一定的温度，即处于一定的热状态中。设备在运行中处于何种热状态，直接反映了设备工作是否正常，运行状态是否稳定良好。使用红外热成像仪进行设备的热状态异常检测，国内外都有很多应用实例。例如应用热像仪检测发电机、变压器、开关、接头、压接管等，能有效地发现不正常的发热点，及时进行处理和检修，防止可能发生的停电事故。此外，还将该项技术用于电站锅炉水冷壁管的检测，判断是否存在堵塞现象。

（3）在泄漏检测中的应用

在过程工业中，管束振动、腐蚀、疲劳、断裂等原因将导致换热器壳内或管内介质发生泄漏，从而降低产品质量和生产能力，影响生产的正常运行。换热器泄漏的发生及程度的判定，对于保证换热器安全运转、节约能源、充分发挥其传热性能及提高经济效益具有重要意义。除了可根据生产工艺参数进行工况分析外，还可以采用红外测温技术监测换热器的运行情况，及时发现其泄漏的性质和部位。