焊缝无损检测方法及适用材质选择

1.无损检测概述

无损检测方法用以测定焊缝的内部缺陷。通过无损检测，可以对焊缝内部的裂纹、气孔、夹渣、未焊透等缺陷较准确地检查出来，而对焊接接头的组织和性能没有任何损伤，是目前常用的焊接检验方法。

常用无损检测方法有射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测等。

1）焊缝无损检测方法代号按照GB/T 14693—2008《焊缝无损检测符号》的规定，我国无损检测方法宇母代号见表11-6。

表11-6 焊缝无损检测方法代号

2）几种常见无损检测方法比较见表11-7。

3）不同材质焊缝无损检测方法的选择见表11-8。

4）不同能量射线检验厚度见表11-9。

5）根据缺陷位置选择检测方法见表11-10。

表11-7 几种常见无损检测方法比较表

（续）

表11-8 不同材质焊缝无损检测方法的选择

注：◎—很合适；○—合适；△—有附加条件合适；×—不合适。

表11-9 不同能量射线的检测厚度

表11-10 根据缺陷位置选择检测方法

（续）

2.射线检测

射线检测是利用射线能穿过物体，并在穿透物体过程中，受到因密度不同而衰减不同的特性，在感光材料上获得与焊缝内部缺陷对应的黑度不同的图像，从而判别焊缝内部缺陷的种类、大小与分布状况的一种检验方法。射线检验有X射线检验和γ射线检验两种。

（1）射线的产生及其性质

1）X射线的产生及其性质。X射线检测以照相法为主，当用X射线检测焊缝内部缺陷时，焊缝中有缺陷部位与无缺陷部位对X射线的吸收系数不同，透过有缺陷部位与无缺陷部位的射线强度不同，呈现在底片上的黑度也不同。因此，可通过底片上的不同黑度情况来显示缺陷影像，对焊缝进行检验。

①X射线的产生。X射线由X射线管产生。X射线管由阴极、阳极和真空玻璃管等主要元件组成。射线管的阴极灯丝被加热后产生电子，在高电压的作用下，电子加速撞击阳极靶而射出X射线（见图11-12）。

②X射线的性质。X射线是一种波长很短的电磁波。X射线的波长范围为0.60×10^-10～10.9×10^-10m，实际应用的波长为0.06×10^-10～3.1×10^-10m。和可见光、无线电波以及γ射线都是属于电磁波，只是波长不同。X射线的主要性质如下：

a.不可见光。直线传播。

b.不带电。不受电场和磁场的影响。

c.具有很强的穿透物质的能力，但透过物质后能量要衰减，能穿透金属、水泥、木材等。

d.具有光化作用。能使照相底片感光，并能使某些物质产生荧光。

e.能被物质吸收并使物质电离。

f.能产生生物效应，伤害细胞。

2）γ射线的性质。γ射线的射线源是由放射性元素的原子核在自然裂变时辐射出的一种波长比X射线更短的电磁波。一般为10^-20～20^-40m。在γ射线检测中应用最广泛的射线源有钴60和铯137等，此外还有铱192等。

（2）射线检验原理X射线在穿透物质过程中会与物质发生相互作用，因吸收和散射而使其强度减弱。平行射线束穿过焊件时，由于缺陷内部介质（空气、非金属夹渣等）对射线的吸收能力比金属对射线的吸收能力要低得多，因而透过缺陷部位（图11-13中A、B）的射线强度高于周围完好部位（如C处）。在感光胶片上，有缺陷部位将接受较强的射线曝光，经暗室处理后在底片上将变得较黑（图中A、B处黑度比C大）。因此，焊件中的缺陷通过射线检验后，就会在底片上产生黑色缺陷影像。这种缺陷影像的大小实际上就是焊件中的缺陷在投影面上的大小。

图11-12 X射线检测原理示意图

1—X射线管 2—阴极 3—阳极 4—阳极靶 5—底片 6—底片夹

值得注意的是，缺陷在底片上的显示与缺陷和射线之间相对位置有关。由图11-13可知，缺陷沿射线方向尺寸越大，在底片上缺陷影像黑度就越大，如B处黑度比A处大。因此，像裂纹类的缺陷，如果其长度方向与射线平行则容易发现，如果垂直则不易发现，甚至不能显示出来。

γ射线检测原理基本与X射线相同，利用γ射线透过焊缝金属和缺陷时的强度不同，从而使底片上感光的黑度也不同。用γ射线源对焊接接头进行检测时，γ射线源要安装在专用的安瓿内，安瓿要安装在铅制的容器内。安瓿在360°方向上能辐射出相同强度的γ射线。

（3）射线检验设备与器材 常用射线检测设备主要有X射线探伤机、γ射线探伤机、加速器、射线胶片、密度计、增感屏和像质计。

1）X射线探伤机。X射线探伤机按结构形式可分便携式、移动式和固定式三种。便携式射线探伤机又分定向曝光和周向曝光两种。

图11-13 射线检测原理

1—X射线 2—焊件 3—胶片 4—底片黑度变化

X射线机的分类方法很多，但任何一台X射线机都是由X射线管、高压发生装置、冷却系统、控制电路及保护电路等几个基本部分组成。

X射线管是X射线机的核心，它的基本结构是一个具有高真空度的二极管，一般由阴极、阳极和保持高真空度的玻璃外壳构成，如图11-14所示。

图11-14 X射线管结构示意图

移动式X射线机中的X射线管置于射线柜内，柜内用强制循环油进行冷却，循环油用水冷却，高压发生器与X射线柜分别为两个独立部分，通过高压电缆相连接，控制柜（操纵台）放在防辐射的操作室，用低压电缆与高压发生器相连接，控制柜用来调节透照电压（kV）电流（mA）、时间（min），柜内装有过载、过电流、过电压、过热保护装置。

移动式X射线机一般体积大，重量重。它一般用于车间实验室半固定使用，可对中、厚部件进行检测。由于其管电压较高，管电流大，所以可以透照较厚工件并可以节省透照时间。常用国产移动式X射线机的技术数据见表11-11。

表11-11 国产移动式X射线机技术数据

携带式X射线机的X射线管和高压发生器放在一起，没有高压电缆和整流装置。因此体积小、重量轻，适用于流动性检测或对大型设备的现场检测。常用国产携带式X射线机的技术数据见表11-12。

表11-12 国产携带式X射线机主要性能及技术数据

①X射线透照工件时的条件。

焦距600mm I=5mA上海牌胶片4F 双面荧光增感纸相对黑度0.8。

X射线机也可按照射线束辐射方向分为定向辐射和周向辐射两种。其中周向X射线机特别适用于管道、锅炉和压力容器的环形焊缝检测。由于一次曝光可以检测整条焊缝，工作效率显著提高。

2）γ射线机。γ射线机是射线检测设备中的一个重要组成部分。γ射线机以放射性同位素作为γ射线源进行射线检测，因此与X射线机相比较有许多不同的特点。

γ射线机所产生的γ射线能量高、穿透力强、探测厚度大。γ射线机设备较简单，体积小，重量轻巨不用水电，特别适宜于野外现场探伤，在某些特殊场合，如高空、水下、设备检测的狭窄空间等，尤为适宜。γ射线机所产生的γ射线向空间全方位进行辐射，对球罐和环焊缝可进行全景曝光和周向曝光，可大大地提高工作效率。此外，γ射线机不易损坏、设备故障率低，可以连续使用，性能稳定巨不受外界条件的影响。

γ射线机的主要缺点有：所辐射的射线能量单一或集中在几个波长，不能根据试件厚度进行调节。只能适用于一定厚度范围的材料。所以其清晰度一般比X射线机低，在同样的检测条件下，灵敏度稍低于X射线机。所选用的γ射线源都有一定的半衰期，有些半衰期短的射线源如Ir192，射线源更换频繁，γ射线源的放射性辐射不受人为因素的控制，因此对安全防护的要求和管理更加严格。

3）加速器。在工业射线检测中一般X射线机的管电压不超过450kV，常用γ射线源的能量不超过2MeV，这种能量范围的射线不适于透照较厚的材料，透照更厚的材料需要更高能量的射线。在工业射线检测中一般采用加速器产生更高能量的射线。加速器是带电粒子加速器的简称。基本原理是利用电磁场加速带电粒子，从而使其获得高能量的装置。目前用于工业射线检测产生高能X射线的加速器主要有电子感应加速器、电子直线加速器、电子回旋加速器。

4）射线胶片。射线胶片是一张可以弯曲的透明胶片（一般由醋酸纤维或硝酸纤维制成），两面涂以混于乳胶液中的溴化银或氯化银，涂层很薄（一般为10μm），涂上的溴化银（或氯化银）要求颗粒度小，粒度直径为1～5μm，并与软片平行巨均匀分布。在选择胶片时，应考虑以下几个方面：

①胶片的衬度。

②胶片的粒度。

③胶片的灰雾度。

④药蜡（乳剂层）是否均匀。

⑤是否有假缺欠。

为了得到较高的透照质量和高的底片灵敏度，应选用高衬度、细颗粒、低灰雾度胶片。工业X射线胶片的分类和特征见表11-13。

5）观片灯和光学密度计。观片灯的主要性能应符合GB/T 19802—2005《无损检测 工艺射线照相观片灯 最低要求》有关规定，光学密度计测量的最大黑度应大于4.5，测量值的误差不超过±0.5，光学密度计至少每6个月校验一次。

表11-13 工业X射线胶片的分类和特性

6）增感屏。射线照射到某些物质（如钨酸钙、硫化锌镉、铅箔和锡箔等）时会产生荧光效应，将这些特质均匀地胶附在一纸板上，则成了荧光增感屏。如果纸板上胶附的是铅箔或锡箔，则叫做金属增感屏。用这些增感屏夹着胶片，在射线的作用下，胶片不只受射线的感光作用，也受增感屏的荧光作用。因此，胶片在增感屏的作用下，与单独受射线作用时相比，曝光量大大增加。如果对软片作用的曝光量为定值时，有增感屏的情况下，可大大减少曝光时间，从而提高检测速度。现广泛应用的是金属增感屏。对增感屏的要求是：厚度均匀，杂质少，增感效果好，表面平整光滑、无划伤、皱折及污物；有一定刚度，不易损伤。金属增感屏的尺寸应与胶片尺寸相同，其厚度按射线能量参照表11-14和表11-15选择。

表11-14 钢、铜和镍基合金射线照相所适用的胶片系统类别和 金属增感屏（摘自GB/T 3323—2005）

①也可使用更好的胶片系统类别。

②只要在工件与胶片之间加0.1mm附加铅屏，就可使用前铅屏≤0.03mm的真空包装胶片。

③A级，也可使用0.5～2mm铅屏。

④经合同各方商定，A级可用0.5～1mm铅屏。

⑤经合同各方商定可使用钨屏。

表11-15 铝和钛射线照相所适用的胶片系统类别和金属增感屏（摘自GB/T 3323—2005）

①也可使用更好的胶片系统类别。

②可用0.1mm铅屏附加0.1mm滤光板取代0.2mm铅屏。

使用时必须将增感屏与胶片贴紧，否则会降低增感效果，或因接触程度不同，会产生底片黑

度不均匀和增加底片灰雾度；增感屏应存放在干燥地方，用前要检查表面有无尘埃、污点、伤痕，使用中小心爱护，保持整洁，经常用脱脂棉蘸纯酒精擦拭。

7）像质计和检验级别。评价射线照相质量的重要指标是灵敏度，一般用工件中能被发现的最小缺陷尺寸或其在工件厚度上所占百分比表示。由于预先无法了解射线穿透方向上的最小缺陷尺寸，必须用已知尺寸的人工缺陷——像质计来度量。这样可以在给定的射线检测工艺条件下，底片上显示出人工缺陷影像，以获得灵敏度的概念，还可以检测底片的照相质量。用像质计得到的灵敏度并非是真正发现的实际缺欠的灵敏度，而只是用来表征对某些人工缺陷（如金属丝等）发现的难易程度，但它完全可以对影像质量作出客观的评价。

像质计有线型、孔型和槽型三种，不同材料的像质计适用的工件材料按表11-16的规定。

表11-16 不同材料的像质计适用的工件材料

底片上影像的质量与射线照相术和器材有关，按照采用的射线源种类及其能量的高低，胶片类型、增感方式、底片黑度、射线源尺寸和射线源与胶片距离等参数，可以把射线照相技术划分为若干个质量级别。例如GB/T 3323—2005《金属熔化焊焊接接头射线照相》标准中就把射线照相技术的质量分为A级和B级，质量级别顺次增高，因此可根据产品的检验要求来选择合适的检测级别，其中A级为普通级、B级为优化级，当A级灵敏度不能满足检测要求时，应采用B级透照技术。标准中规定，不同透照厚度和检验级别的像质计数值应按照表11-17和表11-18的要求。

表11-17 不同检验级别和透照厚度应达到的线型像质计数值（摘自GB/T 3323—2005）

表11-18 不同检验级别和透照厚度应达到的阶梯孔型像质计数值（摘自GB/T 3323—2005）

（4）射线照相检测

1）射线源及能量的选择。焊缝射线照相检测是利用X（或γ）射线源发出的具有穿透性的辐射线，穿透焊缝后使胶片感光的。射线的能量和射线源的尺寸是射线照相检测法的主要参数，射线能量决定着穿透工件的厚度，能量越大穿透工件的厚度越厚，表11-19列出γ射线和1Me·V以上X射线对钢、铜和镍基合金材料所适用的穿透厚度范围。射线源的尺寸决定着底片上缺欠影像的清晰程度，尺寸越小缺陷影像越清晰。

表11-19 γ射线和1Me·V以上X射线对钢、铜和镍基合金材料所适用的穿透厚度范围（摘自GB/T 3323—2005）

①对铝和钛的穿透厚度为：A级时，10mm＜w＜70mm；B级时，25mm＜w＜55mm。

②对铝和钛的穿透厚度为A级时，35mm≤w≤120mm。

一般是在能保证穿透工件使胶片感光的前提下，尽量选用低的射线能量，以提高缺陷影像的反差。

2）焦点、焦距的选择。

①射线焦点。X射线检测的焦点是指X射线管内阳极靶上发出的X射线范围。射线焦点的大小对检测取得的底片清晰度影响很大，因而影响检测的灵敏度。

由点状焦点摄得的底片，其缺欠影像有最高的清晰度。如果焦点占有一定的面积，那么焦点内每一个点都成为射线源，并巨将在底片上得到若干个缺欠的投影。为了提高影像的清晰度，应当减小焦点的尺寸或增加焦点到工件的距离，并尽量把底片贴紧工件。

焦点的尺寸取决于设备，在检测中是不可改变的因素。

②焦距。焦距是指焦点到暗盒之间的距离，焦点小或焦距长可提高底片的清晰度。在射线源选定后，底片的清晰度还可以由焦距来改变。为保证射线照相的清晰度，标准对透照距离的最小值做出了限制。在我国现行JB/T 4730—2005《承压设备无损检测》标准中，规定透照距离L₁与焦点尺寸d_f和透照厚度L₂之间应满足以下关系。

由于焦距F=L₁+L₂，所以上述关系式也就限制了F的最小值。

在实际的射线照相检验工作中，确定焦距最小值常采用诺模图。用这个图可以直接查出确定条件下的焦距最小值。图11-15为AB级的诺模图，使用方法如下：

a.在d_f线、L₂线上分别找到焦点尺寸和透照厚度对应的点。

b.用直线连接这两个点。

c.直线与L₁线的交点即为透照距离L₁的最小值，而焦距的最小值即为F_min=L₁+L₂。

图11-15 AB级射线检测技术确定焦点至工件表面距离的诺模图

上面仅是从射线照相灵敏度要求的几何不清晰度确定的焦距最小值。实际透照时一般并不采用最小焦距值，所用的焦距比最小焦距大得多。

焦距增大后，匀强透照区的范围增大，这样可以得到较大的有效透照长度，同时影像清晰度也进一步提高。

但是焦距不能太大，否则将对灵敏度产生不利影响。

确定焦距选用原则如下。

a.所选取的焦距必须满足射线照相对几何不清晰度要求的规定。

b.所选取的焦距应使给出的适当大小的透照区内的射线强度比较均匀，或透照厚度变化不至太大，即满足透照厚度比K值的要求。

c.所选取的焦距应兼顾曝光时间及工作效率。

原则A限定了焦距的最小值，原则B、C指导如何确定满足实用的焦距值。

在实际射线照相检测中进行焦距选择时可根据客观条件的侧重点不同作如下考虑。

a.射线机的焦点尺寸。如果使用的射线源焦点较大时，可选用较大的焦距。

b.源的射线强度和胶片感光度。如果使用的X射线机管电流较大或同位素源的放射性活度较大，或选用的X射线胶片感光度也较大时，可先用比较大的焦距。

c.被检工件数量、形状和尺寸。若每次透照零件的形状和尺寸相同，巨数量较多时，可选用较大焦距，以增大透照场面积，使所有工件都在一次透照中完成检测工作。在透照较大工件时，为分清工件各部分的相互关系和尺寸，可提高焦距以增大透照面积，尽量一次透照完成。

总之，选用焦距时应首先满足最小焦距要求，至于采用多大的焦距应根据工件和选择的透照方法，按以上原则的具体情况进行综合分析，以满足灵敏度的要求。在此必须强调指出，为了采用较大焦距，用提高管电压的办法来弥补曝光时间的增加，这种做法是错误的，会严重降低灵敏度。

3）曝光量的选择与修正。

①曝光量的推荐值。曝光量定义为射线源发出的射线强度与照射时间的乘积。对于X射线来说，曝光量是指管电流I与照射时间t的乘积（E=It）；对于γ射线来说，曝光量是指放射源活度A与照射时间t的乘积（E=At）。为保证射线照相质量，曝光量应不低于某一最小值。推荐使用的曝光量见表11-20。

表11-20 X射线照相推荐的曝光量

注：推荐值指焦距为700mm时的曝光量；当焦距改变时可按平方反比定律对曝光量的推荐值进行换算

②利用胶片特性曲线的曝光量修正计算。利用胶片特性曲线可进行一些其他类型的曝光量修正计算，现介绍如下。

a.底片黑度改变的曝光量修正。在其他条件保持一定的情况下，如需改变底片黑度，可根据胶片特性曲线上黑度的变化与曝光量的对应关系，对原曝光量进行修正。

b.胶片类型改变的曝光量修正。当使用不同类型胶片进行透照而需达到与原胶片一样的黑度时，可利用这两种胶片的特性曲线按达到同一黑度时的曝光量之比来修正原曝光量。

4）射线照相的透照方式。在射线照相检测中，为了彻底反映焊接接头内部缺欠存在的情况，应根据工件的几何形状和尺寸、射线源、被检焊缝和胶片之间的位置关系等来采取不同的透照方式，或称透照布置。标准GB/T 3323—2005《金属熔化焊焊接接头射线照相》规定了如图11-16所示的各种透照布置。

图11-16 射线照明透照布置图例

a）纵缝单壁透照布置 b）环缝单壁外透法透照布置 c）插入式管座焊缝单壁外透法透照布置 d）环缝周向曝光透照布置 e）环缝单壁偏心内透法透照布置 f）环缝双壁双影椭圆透照布置 g）环缝双壁双影垂直透照布置 h）环缝双壁单影法的透照布置（像质计位于胶片侧） i）角焊缝透照布置 j）不等厚对接焊缝多胶片透照布置

1—射线源 2—胶片

（5）射线检测条件和时机 对接焊接接头的表面应经外观检测并评定合格后，方可进行射线检测。表面的不规则状态在底片上的影像不应掩盖或不干扰缺欠影像。

除非另有规定，射线检测应在焊后进行。对有延迟裂纹倾向的材料，应在焊接完成至少24h后进行射线检测。

（6）射线检测评片要求

1）环境。评片一般在专用评片室内进行，评片室应整洁、安静，温度适宜，光线暗巨柔和。

2）暗适应。评片人员在评片前应经历一定的暗适应时间。从阳光下进入评片室的暗适应时间一般为5～10min，从一般室内进入评片室的暗适应时间不应不少于30s。

3）亮度及宽度。评片时，底片评定范围的亮度应符合下列规定：

①当底片评定范围内的黑度≤2.5时，透过底片评定范围内的亮度应不低于30cd/m²。

②当底片评定范围内的黑度＞2.5时，透过底片评定范围内的亮度应不低于10cd/m²。

③当底片评定范围的宽度一般为焊缝本身及焊缝两侧5mm宽的区域时。

（7）缺欠识别基础 准确识别缺欠影像并判断缺欠性质主要依靠对射线底片上缺欠影像特征的分析，另外也依靠对被检测产品的材料性质、几何结构和工艺特点的了解，从理论上进行分析判断。

射线底片上缺欠影像的特征是表征缺欠影像的关键因素，底片上某些缺欠影像有非常明显的特征，而另一些会有细微的差别。根据影像特征识别缺欠，可依据以下三个方面的观察进行分析判断。

1)影像的几何形状。不同性质的缺欠具有不同的几何形状。气孔一般是球形或椭球形；夹渣多为不规则形状；裂纹多为宽度很小、曲折变化的缝隙；未焊透、未熔合多为层面状等。射线底片上缺欠影像是缺欠几何形状在底片上的平面投影，因此底片上影像的几何形状与实际缺欠的几何形状密切相关。影像的几何形状常常是判断缺欠性质最重要的依据。缺欠识别首先从影像的几何形状作出初步判断，之后再作进一步分析。影像几何形状的分析判断应观察、分析以下三个方面：

①单个或局部影像的几何形状。

②多个或整体影像的几何形状及分布特征。

③影像轮廓线的特征。

不同缺欠在上述三个方面具有不同的特征，即使是同一缺欠，对于不同的透照布置，不同的透照方式，在射线底片上形成的影像的几何形状也会发生变化。例如气孔可能呈现圆形或椭圆形，裂纹可能呈现为鲜明曲折的细线，．也可能呈现为模糊的片状影像。因此，在观察分析影像的几何形状时，要注意考虑缺欠几何形状的投影关系以及在投影过程中可以引起的影像几何形态以及影像轮廓线的变化。

2)影像的黑度及分布。影像黑度及其分布变化是判断影像性质的另一个重要依据。不同性质的缺欠内在性质不同，气孔、裂纹内部是各种不同的气体，夹渣、夹杂物内部是不同于工件母材的其他物质。这些特质具有不同的线衰减系数。透照后形成了黑度不等的影像，因而黑度及其分布与变化成为分析判断影像缺欠性质的又一重要特征。在分析影像的黑度特征时，应着重观察分析以下三个方面。

①影像本身的黑度或平均黑度。

②影像各部分的黑度变化及分布特点。

③不同影像之间、影像与工件本身之间黑度的差别及相对高度。

在缺欠几何形状相近时，黑度及其分布特点则是判断影像性质的重要依据。缺欠本身黑度的变化不仅与内部材质的变化有关，也与缺欠几何形状及在透照方向上厚度的变化有关。例如气孔呈球形或椭球形，透照时，中心厚度逐渐向边缘变化，因此成像后往往是中心黑度大，逐渐向边缘变淡的圆形或椭圆形黑点；而未焊透中含有夹渣时，由于内含物质的变化，则会使影像的黑度沿长度及宽度方向变化。

3)缺欠影像在底片上的位置。缺欠影像在底片上的位置是缺欠在工件中位置的投影反映，也与缺欠的性质有关。因此，缺欠影像位置是判断缺欠性质的另一依据。缺欠在工件中呈现的位置具有一定的规律，某些性质的缺欠只能出现在工件的特定位置上。例如，焊缝中的根部未焊透一般出现在焊缝的中心线上，而铸件中的缩孔常出现在壁厚变化较大的部位。对这类性质的缺欠，影像位置是识别缺欠的重要依据。实际底片评定中影像性质的识别，应综合分析上述特征，最后作出缺欠性质的判断。

(8)缺欠影像的识别焊缝中常见的缺陷有裂纹、气孔、夹渣、未熔合和未焊透、形状缺陷（如咬边）等，这些常见的焊接缺陷在射线照相底片上的影像特征及典型影像见表11-21。

表11-21 底片上常见焊接缺陷影像特征及典型影像

（续）

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判断照相底片上的焊接缺陷影像时，要及时发现可能出现的各种伪缺陷，否则将会产生误判，影响焊缝质量的准确评定。焊缝射线透视底片上出现的各种伪缺陷产生原因及在底片上的特征见表11-22。

表11-22 各种伪缺陷产生的原因及在底片上的特征

（9）探伤结果评定 探伤结果评定之前，先对底片质量进行确认，看其像质指数、底片黑度、识别标记及伪缺陷影像等指标是否达到标准要求，然后观察合格的底片，根据缺陷性质和数量进行焊缝质量评级。

锅炉产品射线检测应执行GB/T 3323—2005《金属熔化焊焊接接头射线照相》中质量分级标准；压力容器产品则执行JB/T 4730—2005《承压设备无损检测》标准。

对于合格底片应根据缺欠的性质和数量进行焊缝质量评级，详见本章第六节的“三、金属熔焊焊接接头射线照相质量分级（GB/T 3323—2005）”。

X射线与γ射线检验相比较，X射线检验具有单向探伤时间短、速度快等优点，但设备复杂，成本较高，穿透能力比γ射线小，携带式X射线机仅适用于中、薄板的探伤，这种探伤在船厂中被广泛采用。γ射线检验的最大特点是穿透能力大，操作简单，不需要电源和水源，适宜于野外工作，在检查环形焊缝时，可采用一次曝光。但单次探伤时间长，对防辐射损伤劳动保护的要求高。

3.超声波检验（缩写UT）

超声波检验是用超声波对金属内部缺陷做无损测量的一种检验方法。超声波是弹性介质中的机械振荡，以波的形式在材料介质内传播。声波通常以其波动频率和人耳可闻频率加以区分。一般人耳可闻的声波在20Hz～20kHz范围内，低于或高于此范围的声波人耳不可闻。低于20Hz的声波为次声波，高于20Hz的声波为超声波。用于金属材料超声波探伤的常用频率为0.5～20MHz。超声波能在任何介质内传播，但不能在真空中传播。由于超声波的波长较短，在固体中传播时，传播能量较大。

（1）超声波的发生和接收 产生超声波的方法有机械法、热学法、电动力法、磁滞伸缩法和压电法等。其中，压电法产生超声波较其他方法简单，巨用很小的功率就能发生很高频率的超声波；另外，压电法制成的检测仪结构灵巧、工作方便，并能满足检测所要求的工作频率的变化。因此，超声波检测中大多采用压电法来产生超声波。

压电法是利用压电晶体来产生超声波，这种晶体具有压电效应和逆压电效应。当对某些晶体施加一定方向的机械力（拉、压），使其产生弹性变形时，在晶体受力方向的两面上，就会产生符号相反的电荷，此现象称为正压电效应。该晶体称为压电晶体。这种过程是可逆的，称为逆压电效应，如图3-17所示。另外，在压电晶体的一定面上施加高频交变电压，在相应的方向上晶体就会发生交变的伸长与压缩变形，当晶体变形而振动时，其表面就发出了与施加电压相同频率的声波，若所加电压的频率在20kHz以上，即产生超声振荡，形成超声波。常用的压电晶体材料有石英、硫酸锂和钛酸钡等。

超声波检测仪中超声波的产生和接收，是利用超声波探头中压电晶片的压电效应来实现的。

图11-17 超声波的发生与接收

a）正压电效应 b）逆压电效应

由超声波检测仪产生的电振荡，以高频电压形式加于探头中的压电晶片两面电极上，由于逆压电效应的结果，晶片会在厚度方向产生伸缩变形的机械振动。若压电晶片与焊件表面有较好的耦合时，机械振动就以超声波形式进入被检焊件传播，这就是超声波的产生。反之，当晶片受到超声波作用而产生持续的伸缩变形时，正压电效应又会使晶片两表面产生不同极性电荷，形成超声频率的高频电压，以回波电信号形式经检测仪显示，这就是超声波的接收。

（2）超声波探伤仪、探头与试块

1）超声波探伤仪。目前工业上使用最广泛的超声波探伤仪是脉冲反射法A型显示形式，它是利用焊缝及母材的正常组织与焊缝中的缺陷具有不同的声阻抗（材料密度与声速的乘积）和声波在不同的声阻抗的异质界面上会产生反射的原理来发现缺欠的。

超声波探伤仪由机体和探头两部分组成。机体内主要由同步电路、扫描电路、发射电路、接收放大电路、时标电路和示波器电路等部分组成（见图11-18）。仪器的主要参数有探伤频率、增益、衰减、发射脉冲、频率宽带等。在示波器的CRT屏幕上，横坐标代表超声波传播时间，纵坐标代表脉冲高度。

图11-18 超声波探伤仪的电路方框图

国产CTS-22、CTS-23、CTS-24、JIS5-5、JIS5-6等均属于A型显示脉冲反射式探伤仪。表11-23为它们的主要技术参数。

表11-23 通用超声波探伤仪主要参数

近年已开发出参数显示、彩色显像和缺欠自动记录等超声波探伤仪，如SMART-20、CTS-8010、TIS-7等型号超声波探伤仪。

2）超声波探头。在超声波检测中，超声波的产生和接收过程是能量转换的过程，这种转换是通过探头实现的。探头起着将电能转换为超声能（发射超声波）和将超声能转换为电能（接收超声波）的作用。所以探头是一种声电换能器，它由压电晶片、透声楔块和吸收阻尼组成。有各种形式的探头，若按在被探材料中的传播的波形分，有直立的纵波探头，简称直探头，以及斜角的横波、表面波、板波探头，即斜探头；按与被探材料的耦合方式分有直接接触式探头和液（水）浸探头。此外，还按工作的频谱分有宽频谱的脉冲波探头和窄频谱的连续波探头，以及在特殊条件下使用的探头，如高温探头、狭窄探伤面用的微型探头等。图11-19示出直探头和斜探头的结构。

①直探头。直探头是波束垂直于被探工件表面入射的探头。它用来发射和接收纵波，一般用于手工操作接触检测，既适于单探头反射法，也适于双探头穿透法。由于纵波在技术上发射和接收都较容易，巨穿透能力强。故适于厚件，如钢坯、铸件和锻件的内部缺欠检测。

②斜探头。斜探头是由压电晶片产生的纵波以一定角度倾斜入射到被检工件表面，利用固体表面所特有波型转换特性，使倾斜入射到被检工件表面的超声纵波折射成横波进入工件的检测方法。超声波检测焊缝中的缺陷一般采用斜探头。

③探头参数包括以下内容

A.检测频率。检测频率应在2～5MHz范围内，同时应遵照验收等级要求选择合适的频率。

当按GB/T 29712标准评定显示时，初始检测应尽可能在上述范围内选择较低的检测频率。当按GB/T29711标准评定显示时，如有需要，可选择较高的检测频率，以改善探头分辨力。

当被检对象的衰减系数高于材料的平均衰减系数时，可选择1MHz左右的检测频率。

B.折射角。当检测采用横波巨所用技术需要超声从底面反射时，应注意保证声束与底面反射面法线的夹角在35°至70°之间。当使用多个斜探头进行检测时，其中一个探头应符合上述要求，巨应保证一个探头的声束尽可能与焊缝熔合面垂直。多个探头间的折射角度差应不小于10°。

当探测面为曲面时，工件中横波实际折射角和底面反射角可由焊缝截面图确定，见GB/T11345—2013附录D。当折射角的选择不遵循本标准规定时，检测报告应给出声束扫查范围、声束未覆盖的检测区域及其原因等内容。

图11-19 超声波检测探头结构

a）直探头 b）斜探头

图11-20 探头接触面宽度

C.晶片尺寸。晶片尺寸选择应与频率和声程有关。

在给定频率下，探头晶片尺寸越小，近场长度和宽度就越小，远场中声束扩散角就越大。

晶片直径为6～12mm（或等效面积的矩形晶片）的小探头，最适合短声程检测。对于长声程检测，比如单晶直探头检测大于100mm或斜探头检测大于200mm的声程，选择直径为12～24mm（或等效面积的矩形晶片）的晶片更为合适。

D.曲面扫查时的探头匹配。检测面与探头靴底面之间的间隙g，不应大于0.5mm。

对于圆柱面或球面，上述要求可由下式检查：

式中 a——探头接触面宽度（mm）；环缝检测时为探头宽度，纵缝检测时为探头长度，见图11-20。

D——工件直径，（mm）。

如果间隙g值大于0.5mm，则探头靴底面应修磨至与曲面吻合，灵敏度和时基范围也应作相应调整。

E.耦合剂。耦合剂应选用适当的液体或糊状物，应具有良好的透声性和适宜的流动性，不应对检测对象和检测人员有损伤作用。同时应便于检验后清理。典型的耦合剂为水、机油、甘油和浆糊，耦合剂中可加入适当的“润湿剂”或适性剂以改善耦合性能。时基范围调节、灵敏度设定和工件检测时应采用相同耦合剂。

3）试块。按一定用途设计制作的具有简单形状人工反射体的试件称为试块。它和探伤仪器、探头一样，同是超声波检测的重要设备。它的作用主要有以下几点。

①确定和检验检测灵敏度。因为超声波检测的灵敏度是以发现与工件同厚度、同材质对比试块上最小的人工缺欠来判定的。

②调节检测范围，确定缺欠位置。

③评价缺欠大小，对被检测工件评级和判废。

④测量材质衰减和确定耦合补偿等。

试块分标准试块（STB）和对比试块（RB）两类。标准试块由权威机构规定，它的形状、尺寸和材质均由该机构统一规定。GB/T 23905中规定CSK-ZB试块作为标准试块，如图11-21所示。按ZBY232要求制造。主要用于测试和校验探伤仪和探头性能，也可用于调整检测范围和确定检测灵敏度。对比试块又称为参考试块，它是由各部门按某些具体探伤对象规定的试块。GB/T 23905标准中规定了RB-1、RB-2和RB-3三种对比试块，如图11-22所示。主要用于调整检测范围，确定检测灵敏度和评价缺陷大小，它是对工件进行评价和判废的依据。

图11-21 CSK-ZB标准试块形状和尺寸

（3）检测区域、探头移动区及母材检测

1）检测区域。检测区域（见图11-23）是指焊缝和焊缝两侧至少10mm宽母材或热影响区宽度（取二者较大值）的内部区域。

任何情况下，声束扫查应覆盖整个检测区域。如果声束不能覆盖整个检测区域，或者折射角不能满足折射角的要求时，检测双方应协商确定更换超声检测技术或者增加其他无损检测方法。如有可能，宜磨平焊缝余高。

图11-22 对比试块的形状和尺寸

a）RB-1试块（适用于8～25mm板厚） b）RB-2试块（适用于8～100mm板厚） c）RB-3试块（适用于板厚8～150mm）

图11-23 扫查纵向显示时检测区域示意图

1—位置1 2—位置2 3—位置3 a—检测区域宽度 b—探头移动区宽度

可更换的超声检测技术，宜为双晶斜射波束检测，爬波检测或其他超声检测技术。可增加的无损检测方法，宜为渗透检测、磁铁检测和射线检测等方法。在选择附加的检测技术时，宜充分考虑焊缝类型和各种缺欠易出现的部位和走向。

2）探头移动区。探头移动区应足够宽，以保证声束能覆盖整个检测区域（见图11-23）。增加探测面，比如在焊接接头双面进行扫查，可缩短探头移动区宽度。

探头移动区表面应平滑，无焊接飞溅、铁屑、油垢及其他外部杂质。探头移动区表面的不平整度，不应引起探头和工件的接触间隙超过0.5mm。如果间隙超标，应修整探头移动区表面。当焊缝表面局部变形导致探头与焊缝的间隙大于1mm，可在受影响位置用其他角度探头进行补充扫查。如果该扫查能弥补未扫查到的检测区域，此局部变形是允许的。

探头移动区和声束反射面应允许无干扰的耦合剂和反射物。

3）母材检测。除非能证实（比如制造过程的预检）母材金属高衰减或缺欠的存在不影响横波检测，否则探头移动区（见图11-23）的母材金属应在焊前或焊后进行纵波检测。

存在缺欠的母材部位，应对其是否影响横波检测效果进行评定。如有影响，调整焊缝超声检测技术，严重影响声束覆盖整个检测区域时则应考虑更换其他检测方法（比如射线检测）。

（4）时基线和灵敏度设定

1）概述

依据标准GB/T 11345—2013及其附录E的要求，每次检测前应设定时基线和灵敏度。并考虑温度的影响。时基线和灵敏度设定时的温度与焊缝检测时的温度之差不应超过15℃。

检测过程中至少每4h或检测结束时，应对时基线和灵敏度设定进行校验，当系统参数发生变化或等同设定变化受到质疑时，也应重新校验。

如果在检测过程中发现偏离，应按表11-24的要求进行修正。

表11-24 灵敏度和时基线修正

2）设定参数灵敏度

应选用下列任一技术设定参考灵敏度：

a）技术1：以直径为3mm横孔作为基准反射体，制作距离—波幅曲线（DAC）。

b）技术2：以规定尺寸的平底孔（见表11-25和表11-26）作为基准反射体，制作纵波/横波距离—增益—尺寸曲线（DGS）。

c）技术3：应以宽度和深度均为1mm的矩形槽作为基准反射体，该技术仅应用于斜探头（折射角≥70°）检测厚度8mm≤δ＜15mm的焊缝。

d）技术4：串列技术，以直径为6mm平底孔（所有厚度）作为基准反射体，垂直于探头移动区，该技术仅应用于斜探头（折射角为45°）检测厚度δ≥15mm的焊缝。

横孔和矩形槽的长度应大于用-20dB法测得的声束宽度。

表11-25 技术2的验收等级2和验收等级3的参考等级（斜射波束横波检测）

注：D_DSR为平底孔直径。

表11-26 技术2的验收等级2和验收等级3的参考等级（直射波束纵波检测）

注：D_DSR为平底孔直径。

3）评定等级。应评定所有等于或超过评定等级的显示。

GB/T 29712中表A.1给出了技术1～4的评定等级。

4）传输修正。当使用对比试块建立参考等级时，应在工件和试块有代表性的位置测量声能传输损失差值，适用技术见GB/T 11345—2013附录F：

如差值小于等于2dB，无需修正。

如差值大于2dB巨小于12dB，应进行补偿。

如差值大于等于12dB，应考虑原因，如适用应进一步修整探头移动区。

当检测对象存在较大的声能传输损失差值，但未发现明显原因时，应测量检测对象不同位置的声能传输损失，并应采取修正措施。

5）信噪比。焊缝检测过程中，噪声电平不包括表面伪显示，应至少保持在评定等级-12dB以下。可根据技术协议放宽信噪比要求。

（5）检测等级

焊接接头的质量要求。主要与材料、焊接工艺和服役状况有关。依据质量要求，标准GB/T11345—2013规定了四个检测等级（A、B、C和D级）。

从检测等级A到检测等级C，增加检测覆盖范围（如增加扫查次数和探头移动区等），提高缺欠检出率。检测等级D适用于特殊应用，在制定书面检测工艺规程时应考虑该标准的通用要求。通常，检测等级与焊缝质量等级有关（如GB/T 19418）。相应检测等级可由焊缝检测标准、产品标准或其他文件规定。

当规定使用ISO 17635时，表11-27给出了推荐的检测等级和验收等级。

表11-27 推荐的检测等级

①当需要评定显示特征时，应按GB/T 29711评定。

②不推荐做超声检测，但如果协议规定使用，参考GB/T 19418的C级执行。

针对各种接头类型，GB/T 11345—2013附录A给出了检测等级A到C的规定要求，GB/T11345—2013附录A给出的各种接头类型仅是理想状态，实际的焊缝条件或可检性与GB/T11345—2013附录A不完全一致时，应修改检测技术以满足GB/T 11345—2013标准通用要求和检测等级规定要求。针对上述情况，应制定一份书面检测工艺规程。

（6）检测技术

1）手工扫查路径。在保持声束垂直焊缝作前后移动（见图11-23）的同时，探头还应作10°左右的转动。

2）与检测面垂直的缺欠检测。单一斜角检测技术很难检测与检测面垂直的近表面平面型缺欠，宜考虑采用特定的检测技术检测此类缺欠（尤其厚焊缝检测）。上述检测技术的使用应写入技术协议中。

3）显示位置。所有显示的位置，应参考一个坐标系定义，如图11-24所示。

应选择检测面的某一点作为测量原点。

当从多个面进行检测时，每个检测面都应确定参考点。在这种情况下，应当建立所有参考点之间的位置关系，以便所有显示的绝对位置可以从指定的参考点确定。

环形焊缝可在装配前确定内外圈的参考点。

4）显示评定

图11-24 显示位置的坐标

h—显示自身高度 l—显示长度 l_x—显示在x方向的投影长度 l_y—显示在y方向在投影长度 x—显示的纵向位置 y—显示的横向位置 z—显示的深度位置

所有超过评定等级的相关显示应按下述进行评定。

①最大回波幅度。应移动探头找到最大回波幅度，并记录相对于参考等级的幅度差值。

②显示长度。除非另有规定，纵向显示长度（l_x）或横向显示长度（l_y），应尽可能使用验收等级标准规定的技术测定。

③显示自身高度。仅在技术协议要求时测定显示自身高度。

④显示特征。如有规定，显示特征应符合GB/T 29711要求。

（7）超声检测与射线检测的比较

超声检测与射线检测具有各自的技术特性，两者的比较见表11-28。

表11-28 射线检测和超声检测的技术特性比较

注：#—很合适；﹡—合格；Z—有附加条件时合适；×—不合适。

4.磁粉检测（MT）

（1）磁粉检测的原理 磁粉检测是一种对铁磁材料的焊件表面缺陷和近表面缺陷的无损检测法。它是利用外界施加的强磁场对被测焊件进行磁化，由其表面产生的漏磁现象来发现焊件表面和近表面的缺陷。(www.xing528.com)

当铁磁材料的焊件沿轴向通入电流或在其上面放置“轭”形的磁铁，此时焊件内部就有磁力线通过，也就是说这个焊件被磁化了。若被磁化的材料（或焊件）其内部组织均匀、没有任何缺陷，磁力线在焊件内部是平行、均匀分布的。当焊件存在裂纹、气孔、夹渣等缺陷时，由于这些缺陷中的物质是非磁性的，磁阻很大，因此遇到缺陷的磁力线只能绕过缺陷部位，结果在缺陷上下部位出现磁力线聚集和弯曲现象。当缺陷离焊件表面较远时，磁力线绕过缺陷后，可以逐步恢复原状，并以直线形式分布，此时在工件表面不会有任何反应（见图11-25a）。当缺陷分布在焊件表面或近表面时，缺陷一端聚集和弯曲的磁力线被挤出焊件表面，通过外部空间再回焊件中去，即所谓产生了漏磁现象，如图11-25b中的C和D所示。这种漏磁在焊件表面形成一个S、N两极的局部小磁场。此时C和D处表面的磁力线密度增加，如在C和D处喷洒导磁系数大而矫顽率小的磁悬液，其中的磁粉将会吸附在漏磁部位，形成磁粉堆积，即表明此处存在缺陷。磁粉检验就是利用此原理进行的。

图11-25 焊件中有不同缺陷时磁力线分布情况

a）内部缺陷 b）表面及近表面缺陷

（2）磁化方法与磁化电流 进行磁粉检测时，首先应磁化构件的待检区，磁化时可采用交流、直流、脉动电流等，并保持磁场方向与缺陷方向尽量地垂直。由于交流有趋肤效应，一般适合于检测表面缺陷（最大深度1～2mm），直流磁场渗透较深可检测表面与近表面缺陷（最大深度达3～5mm）。采用的磁化方法应与被检测的结构和焊缝相匹配。磁粉检测方法分类见表11-29。

表11-29 磁粉检测方法分类

根据所要产生磁场的方向，一般将磁化方法分为周向磁化、纵向磁化和复合磁化。所谓的周向和纵向，是相对被检工件上的磁场方向而言的。

1）周向磁化。指给工件直接通电，或者使电流流过贯穿空心工件孔中导体，旨在工件中建立一个环绕工件的并与工件轴垂直的周向闭合磁场，用于发现与工件轴平行的纵向缺陷，即与电流方向平行的缺陷。如图11-26所示，轴通电法、芯棒通电法、支杆法、穿电缆法均可产生周向磁场，对工件进行周向磁化。芯棒通电法与芯电缆法的原理相同，但是芯电缆法用于无专用通电设备的现场检测较多。

图11-26 周向磁化法

a）轴通电法 b）芯棒通电法 c）支杆法 d）穿电缆法

2）纵向磁化。指将电流通过环绕工件的线圈，使工件沿纵长方向磁化的方法，工件中的磁力线平行于线圈的中心轴线。用于发现与工件轴垂直的周向缺陷。利用电磁轭和永久磁铁磁化，使磁力线平行于工件纵轴的磁化方法也属于纵向磁化。如图11-27所示，线圈法、电磁轭法。

图11-27 纵向磁化法

a）通电线圈法 b）电磁轭法

3）复合磁化。指通过多向磁化，在工件中产生一个大小和方向随时间呈圆形、椭圆形或螺旋形变化的磁场。因为磁场的方向在工件中不断变化着，所以可发现工件上所有方向的缺陷，如图11-28所示。

（3）磁粉检测设备、标准试片及显示介质

1）磁粉探伤机。根据磁粉检测的原理，制造了许多满足各种工件检测需求的磁粉检测设备。通常使用中，设备按移动性质分为固定式、移动式、便携式以及专用设备等几大类。

①固定式磁粉探伤机。一般安装在固定场所的磁粉探伤机，其最大磁化电流可达10kA以上，电流可以是直流电流，也可以是交流电流。随着电流的增大，设备的输出功率、外形尺寸和重量都相应增大。最常用的是湿法卧式探伤机，适用于中、小型工件的磁粉检测。

常见的国产通用固定式磁粉探伤机有CJW、CEW、CXW、CZQ等多种形式，它们的功能比较全面，能采取多种方法对工件实施磁粉检测。

固定式磁粉探伤机一般包括以下几个主要部分：磁化电源、工件夹持装置、指示装置、磁粉或磁悬液喷洒装置、照明装置和退磁装置等，根据检测方法不同，有的配以螺管磁化线圈、心棒等，根据检测对象不同，设备的设置也可采用不同的组成。

固定式磁粉探伤机的使用功能较为全面，有分立式和一体式两种。各个主要部分都紧凑地安装在一台设备上的为一体式，在固定式探伤机中应用最多。

固定式磁粉探伤机一般装有一个低电压、大电流的磁化电源和可移动的线圈（或线圈形成的磁轭），可以对被检工件进行多种方式的磁化，例如，直接通电法、中心导体法、线圈法、整体磁轭法等。也可以对工件进行多向磁化，使其产生复合磁场，还可用交流电进行退磁，也可用纵向磁化对周向磁场进行退磁等。磁化时，工件水平（卧式）或垂直（立式）夹持在磁化夹头之间，通过对磁化电流的调节而获得所需要的磁场强度。磁化夹头间距可以调节，以适应不同长度工件的夹持。

固定式磁粉探伤机通常用于湿法检测。探伤机有储存磁悬液的容器及搅拌用的液压泵和喷枪。喷枪上有可调节的阀门，喷洒压力和流量可以调节。这类设备还常常备有支杆触头和电缆，以便对大型、不便搬运的工件实施支杆法或绕电缆法进行磁粉探伤。

②移动式磁粉探伤机。一种分立式的探伤装置，它的体积、重量较固定式要小，能在许可范围内自由移动，便于适应不同检测要求的需要。该类设备的磁化电流为1～6kA，有的甚至可达到10kA，磁化电流可采用交流电和半波整流电。

移动式磁粉探伤机包括磁化电源、工件夹持部分、照射装置、指示装置、喷洒装置等。

③便携式磁粉探伤机。便携式磁粉探伤机比移动式更灵活，体积更小，重量更轻，轻便携带，适合于外场和空中作业。一般多用于锅炉和压力容器的焊缝检测、飞机的现场检测以及大、中型工件的局部检测。

便携式磁粉探伤机包括磁化电源、工件磁化触头部分（合并照明装置）、指示装置等。

便携式设备有磁轭法、支杆法等。磁轭法有单磁轭和十宇交叉旋转磁轭等，也可用永久磁铁磁轭式的。

图11-28 复合磁化法

a）通电法与线圈法 b）旋转磁场法

2）标准试片。标准试片主要用于检验磁粉检测设备、磁粉和磁悬液的综合性能，了解被检工件表面有效磁场强度和方向、有效检测区以及磁化方法是否正确。标准试片有A₁型、C型、D型和M₁型。推荐的检测等级见表11-27。

磁粉检测时一般应选用A₁-30/100型标准式片。当检测焊缝坡口等狭小部位，由于尺寸关系，A₁型标准试片使用不便时，一般可选用C-15/50型标准试片。为了更准确地推断出被检工件表面的磁化状态，当用户需要或技术文件有规定时，可选用D型或M₁型标准试片（见表11-30）。

3）检测显示介质。磁粉检测的显示介质主要是磁粉与磁悬液。

磁粉是干法检测的显示介质。磁粉检测的灵敏度除取决于磁场强度、磁力线方向、磁化方法、焊件磁导率及其表面粗糙度外，还与磁粉的质量，即磁粉的磁导率、粒度等有很大的关系。选择磁粉时，要求其具有很高的磁化能力，即磁阻小，高磁导率；具有极低的剩磁性，磁粉间不应相互吸引；磁粉的颗粒度应均匀，通常为2～10μm（200～300目）；杂质少，并应有较高的对比度；悬浮性能好。目前国产磁粉有黑色、白色、棕色、橙色、红色等。

表11-30 标准试片的类型、规格、尺寸和图形

注：C型标准试片可剪成5个小试片分别使用。

磁悬液是湿法磁粉检测时，将磁粉混合在液体介质中形成的磁粉悬浮液。把磁粉与水混合成为水磁悬液，磁粉与油混合则成为油磁悬液（通常采用煤油或变压器油）。水磁悬液的应用比油磁悬液广，其优点是检测灵敏度较高，运动黏度较小，便于快速检测。

在磁悬液里的磁粒子数目称为浓度，如果磁悬液的浓度不适当，其检验结果会不准确。浓度太低，将得不到应有的检测显示或显示很不清楚；浓度太高，检测的显示就将被掩盖或模糊不清。因此，需经常核对磁悬液的浓度。

（4）磁粉检测程序 焊缝磁粉检测的一般程序包括前处理、磁化、施加磁粉、磁痕的观察、记录、退磁等，其工艺要点见表11-31。

表11-31 磁粉检测的工艺要点

（5）磁粉检测应用技术（摘自JB/T 6061—2007）

1）磁场方向和检测区域。缺欠的可探测性取决于其主轴线相对于磁场方向的夹角。图11-29说明了一个磁化的方向。

图11-29 可检测出的缺欠方向

α—磁场和缺欠方向的夹角 α_min——缺欠方向的最小角

1—磁场方向 2—最佳灵敏度 3—灵敏度降低 4—灵敏度不足

为确保检测出所有方位上的缺欠，焊缝应在最大偏差角为30°的两个近似互相垂直的方向上进行磁化。使用一种或多种磁化能实现这一要求。

除非应力标准上另有规定，不推荐检测时仅做一个磁场方向上的磁化。只要合适，推荐使用图11-30所示的交叉磁轭技术。

当使用磁轭或触头时，由于超强的磁场强度，在靠近每个极头或尖部的工件在不可检测区。

注意：应确保如图11-31和图11-32所示的检测区域的足够覆盖。

2）典型的磁粉检测技术。常用焊接接头形式的磁粉检测技术如图11-30和图11-33～图11-35所示。检测其他焊缝结构时，宜使用相同的磁化方向及磁场覆盖。被检材料中电流路径的宽度应大于或等于焊缝及热影响区再加上50mm的宽度，巨在任何情况下，焊缝及热影响区处于有效区域内。应规定相对焊缝方位的磁化方向。

图11-30 交叉磁轭的典型磁化技术

1—工件 2—旋转磁场 3—缺欠 4、5—两相电流 6—焊缝 7—交叉磁轭

（6）磁痕的观察与评定 磁痕的观察与评定应按JB/T 4730.4—2005《承压设备无损检测 第4部分：磁粉检测》规定进行。该标准简要描术如下。

除能确认磁痕是由于焊件材料局部磁性不均或操作不当造成的之外，其他一切磁痕显示均作为缺陷磁痕处理。对磁痕的评定应考虑其位置、外观形状与焊件的材质等，磁痕一般可分为三类，见表11-32。所有磁痕的尺寸、数量和产生部位均应记录。磁痕的永久性记录可采用胶带法、照相法以及其他适当的方法。

表11-32 各类缺陷磁痕显示特征

图11-31 磁轭和触头磁化的有效检测区域（阴影）示例

d—磁轭或触头的间距

一般来说焊缝表面不允许有任何裂纹和白点、任何横向缺陷显示、任何长度大于1.5mm的线性缺陷显示和单个尺寸大于或等于4mm的圆形缺陷显示。对发现并可判定的表面与近表面裂纹应打磨清除，打磨深度过深应补焊到与母材表面平齐。

图11-32 有效区域的覆盖

1—有效区域 2—覆盖

图11-33 磁轭的典型磁化技术

1—纵向裂纹 2—横向裂纹

图11-34 触头的典型磁化技术

注：选用的磁化电流值大于或等于5偌触头间距（有效值）

图11-35 柔性电缆或线圈的典型磁化技术（适用于检测纵向裂纹）

N—匝数 I—电流（有效值） a—焊缝与线圈或电缆之间的距离（mm）

根据缺陷磁痕的形态，缺陷磁痕可分为线形和非线形两种。

①线形磁痕。长度与宽度之比大于或等于3的缺欠磁痕称为线形磁痕。

②非线状磁痕。长度与宽度之比小于或等于3的缺欠磁痕称为非线状磁痕。

根据JB/T 6061—2007标准的规定，缺陷磁痕的等级分为1、2、3级，列于表11-111。

（7）各种磁化方法的选用原则 各种磁化方法的选用原则及优缺点见表11-33。

表11-33 各种磁化方法的选用原则及优缺点

（续）

5.渗透检测（缩写PT）

（1）渗透检测的原理 渗透检测是在被检焊件上浸涂可以渗透的带有荧光的或红色的染料，利用渗透剂的渗透作用，显示表面缺陷痕迹的一种无损检测方法。其简单原理是将渗透性很强的液态物质（渗透剂）渗进焊件表面缺陷内，然后用一种特殊方法或介质（显像剂）再将其吸附到表面上来，以显示出缺陷的形状和部位。渗透检测的基本过程如图11-36所示。渗透检测的优点是可检查非磁性材料，如奥氏体不锈钢、铜、铝等，以及非金属材料，如塑料、陶瓷材料等的各种表面缺陷，可发现表面裂纹、分层、气孔、疏松等缺陷，不受缺陷形状和尺寸的影响，不受材料组织结构和化学成分的限制。

但渗透检测也有一定的局限性，当零件表面太粗糙时易造成假象，降低检测效果。粉末冶金零件或其他多孔材料不宜采用。

图11-36 渗透检测的基本过程

a）渗透 b）清洗 c）显像 d）检查

（2）渗透检测的分类及应用 渗透检测根据渗透液所含的染料成分可分为荧光法、着色法和荧光着色法三大类。荧光法是渗透液内加入荧光物质，制成荧光液，缺陷内的荧光物质在紫外线下能激发出荧光并显示出缺陷的图像。渗透液内含有色染料，缺陷图像在白光或日光下显色的为着色法，它适合于没有电源的场合。荧光法比着色法灵敏度高，可检测出更细小的裂纹。荧光着色法兼备荧光法和着色法两种方法的特点，缺陷图像在白光下能显红色，在紫外线下又激发出荧光。渗透检测按渗透液去除方式分类可分为水洗型、后乳化型和溶剂去除型，见表11-34。

表11-34 渗透剂类别与适用范围

（3）渗透检测设备、仪器和检测试块

1）便携式设备及压力喷罐。便携式渗透检测设备通常是由分别装在密闭喷罐内的渗透检测剂（包括渗透剂、去除剂和显像剂）组成的。喷罐一般由检测剂的盛装容器和检测剂的喷射机构两部分组成。

喷罐携带方便，适用于现场检测。罐内装有渗透检测剂和气雾剂，气雾剂通常采用乙烷或氟里昂，在液态时装入罐内，常温下汽化，形成高压。使用时只要按下头部的阀门，检测剂液体就会成雾状从头部的喷嘴中自动喷出。喷罐内压力因检测剂和温度不同而异，温度越高，罐内压力越高。40℃左右可产生0.29～0.49MPa的压力。

压力喷罐内盛装溶剂悬浮或水悬浮显像剂时，喷罐内还装有玻璃弹子，使用前应充分摇晃喷罐，罐内弹子起搅拌作用，会使沉淀的固体显像剂粉末悬浮起来，形成均匀的悬浮液。

使用喷罐的注意事项：喷嘴应与工件表面保持一定距离，太近会使检测剂施加不均匀；喷罐不宜放在靠近火源、热源处，以防爆炸；处置空罐前，应先破坏其密封性。

2）检测场地。检测场地应为检测者目视评价检测结果提供一个良好的环境。

着色渗透检测时，检测场地内白光照明应使被检工件表面照度不低于1000lx，野外检测时被检工件表面照度应不低于500lx。

荧光渗透检测时，应有暗室或满足要求的暗度。暗室或暗处的光照度应不超过20lx，用于检测的黑光强度要足够，一般规定距离黑光灯380mm处，其黑光强度应不低于1000μW/cm²。暗室或暗处还应备有白光照明装置，作为一般照明使用。

3）检测光源。

①白光灯。着色渗透检测时用日光或白光照明。光源可提供的照度应不低于1000lx。在没有照度计测量的情况下，可用80W荧光灯在lm处的照度为500lx作为参考。

②黑光灯。用于提供荧光渗透检测所需要中心波长为365nm的紫外线（黑光）灯具。黑光灯由两个主电极、一个辅助启动电极、储有汞的内管（石英管汞蒸气可达0.4～0.5MPa）及外管（深紫色玻璃罩）组成。

荧光渗透检测时，所使用的黑光灯在工件表面的黑光辐照度应大于等于1000μW/cm²，波长320～400mm，中心波长365nm。

使用黑光灯时应注意：点燃至少5min后才可使用；减少开关次数；使用一定时间后辐射能量下降，应定期测量紫外线辐照度；电压波动对黑光灯影响大，必要时应装稳压器；滤光片如损坏或脏时，应及时更换；避免溶液溅到黑光灯泡上发生炸裂；不要对着人眼直照；滤光片如果有裂纹，应及时更新，因为会使可见光和中、短波紫外线通过，对人体有害。

4）检测光源测量设备。

①黑光辐射强度计。直接测量法，测量波长320～400nm、中心波长365nm的黑光辐照度。常用仪器为UV-A，量程是0～199.9mW/cm²，分辨力为0.1mW/cm²。

②黑光照度计。间接测量法，可用来比较荧光渗透剂的亮度。

③白光照度计。直接测量法，测量被检工件表面的白光照度值。

④荧光照度计。荧光照度计是一种一定波长范围的可见光照度计。其主要用途是当比较两种荧光渗透检测材料性能时，做出比视觉更为准确一些的判断，不能作为荧光显示亮度的真实测定，所测得的数值也不是真正的荧光亮度值。

5）渗透检测试块。渗透检测试块是指带有人工缺陷或自然缺陷的试件。用于比较、衡量、确定渗透检测材料、渗透检测灵敏度等。

常用渗透检测试块有铝合金淬火试块和不锈钢镀铬试块。这两种试块上都带有人工缺陷，参照JB/T 6064—2006《无损检测 渗透检测用试块》。分为A型试块（铝合金淬火裂纹参考试块）、B型试块（镀铬辐射裂纹参考试块）、C型试块（镀镍铬横裂纹参考试块）。

①A型试块如图11-37所示，A型试块上的裂纹具体要求：开口裂纹、呈不规则分布；裂纹宽度：≤3μm、3～5μm、＞5μm；每块试块上，≤3μm的裂纹不得少于两条。

a.质量要求。用金相法逐块测量试块上的裂纹宽度，把测量结果和测量位置正确记录在测试参数卡片上。

b.铝合金试块的用途。在正常使用情况下，检验渗透检测剂能否满足要求，以及比较两种渗透检测剂性能的优劣；对用于非标准温度下的渗透检测方法作出鉴定。

c.铝合金试块的保存。清洗后放入丙酮或乙醇溶液中浸渍30min，晾干或吹干后置入试块盒内，并放置在干燥处保存。

②B型试块如图11-38所示，B型试块（镀铬辐射裂纹参考试块）分为五点式和三点式两种。

图11-37 铝合金淬火试块

图11-38 不锈钢镀铬试块（三点式）

五点式B型试块与JB/T 6064—1992形式上一致，但试块表面裂纹区长径进行了一定的放大，见表11-35。

表11-35 JB/T 6064—1992与JB/T 6064—2006五点式B型试块裂纹区长径比较

三点式B型试块虽被纳入新标准中，但标准未对试块表面裂纹区长径尺寸作出要求，仅规定了辐射裂纹制作方法。由于新标准推荐的三点式B型试块厚度尺寸为3～4mm，在标准规定的三个固定负荷作用下产生的人工辐射裂纹长径尺寸，对不同试块将是一个在较大范围变动的不定值。

a.镀铬试块的制作。不锈钢材料采用奥氏体不锈钢，单面磨光后镀硬铬。从未镀层面以一定直径的钢球，用布氏硬度法按不同重量打三点或五点硬度，使在另一侧的镀层上形成三处或五处辐射状裂纹。

b.镀铬试块的作用。确定检测灵敏度、检验渗透检测剂系统灵敏度及操作工艺的正确性。

c.镀铬试块的保存。用蘸有饱和状态清洗剂的柔软的布先擦拭试块，再用亲水的乳化剂作适当的清洗，然后用喷射水漂洗，以消除试块上的显像剂和某些渗透剂。将试块浸没在丙酮中，以某种方式搅动几分钟，每隔几分钟再重复搅动一次，以将渗入裂纹的渗透剂清除。晾干或吹干后置入试块盒内，并放置在干燥处保存。

（4）渗透检测参数JB/T 6062—2007指出：许多参数，无论是单独的还是复合的，都会影响焊缝缺欠渗透显示的形状和尺寸，其重要因素有以下几种：

1）灵敏度。渗透材料是按JB/T 7523—2010分类的，包括了有关检测小缺欠的灵敏度等级。

通常，检测小缺欠宜采用较高灵敏度材料。

2）表面状况。表面状况与最小可检测缺欠尺寸直接有关。检测光滑表面通常能得到最佳结果。表面粗糙或不规则（如咬边、飞溅）能形成高背景和非相关显示，从而导致降低小缺欠的可探测性。

3）过程和技术。宜根据检测表面状况选择渗透系统和技术。有时这种选择会直接影响检测的可靠性，例如：若要寻找小缺欠，不推荐采用擦洗方式在粗糙表面上去除多余渗透剂。

表11-36给出了推荐的可靠检出小缺欠的参数。

表11-36 推荐的检测参数

①良好表面：焊缝盖面和母材表面光滑清洁，无咬边、焊波和焊接飞溅。此类表面通常是自动TIG焊、埋弧焊（全自动）及用铁粉电极的手工金属电弧焊。

②光滑表面：焊缝盖面的母材表面较光滑，有轻微咬边、焊波和焊接飞溅。此类表面通常是手工金属电弧焊（平焊）、盖面焊道用氩气保护的MAG焊。

③一般表面：焊缝盖面和母材表面为焊后自然状况。此类表面是手工金属电弧焊或MAG焊（任意焊接位置）。

（5）渗透检测的操作程序与检验方法

1）渗透检验操作程序。渗透检测通常分为预清洗、施加渗透液、去除、施加显像剂、干燥处理、观察及评定显示痕迹、后处理7个步骤。

①预清洗。预清洗之前要对被检部位表面进行清理，以清除被检表面的焊渣、飞溅、铁锈及氧化皮等。清洗范围应从检测部位四周向外扩展25mm。

②施加渗透剂。渗透温度应控制在15～50℃，渗透时间一般应少于10min。

③去除。去除处理是各项操作程序中最重要的工序。清洗不够，整个检测部位会留有残余渗透液，容易大面积显示颜色，对缺陷的显示识别造成困难，容易产生假显示，造成误判。清洗过度（把应留在缺陷中的渗透液也洗掉了）会影响检测效果。所以要掌握清洗方法，根据需要进行适量清洗。一般应先用不易脱毛的布或纸进行擦拭，然后再用蘸过清洗剂的干净不易脱毛的布或纸进行擦拭，直至全部擦净。操作时应注意不能往复擦拭，也不能用清洗剂直接冲洗被检面，以免过洗。

④施加显像剂。检验部位经清洗后便可施加显像剂，显像剂经自行挥发，很快就把缺陷中的渗透液吸附出来，形成白底红色的缺陷痕迹。这道工序也是十分重要的，其操作质量好坏都直接影响检测结果的准确性。显像剂在使用前应充分搅拌均匀，并施加均匀，显像时间一般不少于7min。

⑤干燥处理。当采用快干式或施加湿式显像剂之后，被检面需经干燥处理。可采用热风或自然干燥，但应注意被检面的温度不得大于50℃。干燥时间通常为5～10min。

⑥观察与评定。观察显示痕迹，应在施加显像剂后7～30min内进行。当出现显示迹痕时，必须确定是真缺陷还是假缺陷，必要时用低偌放大镜进行观察或进行复验。

⑦后处理。检测结束后，为防止残留的显像剂腐蚀焊件表面或影响其使用，应清除残余显像剂。

2）渗透检测操作方法。渗透检测根据渗透剂中的溶质不同，可分为荧光检测法和着色检测法两大类。

①荧光检测法。荧光检测法是先将焊件涂上或浸在渗透性很强的荧光渗透液中，并停留5～10min，然后去除表面多余的荧光渗透剂，待焊件表面干燥后，再撒上氧化镁粉（荧光粉），此时少量的氧化镁粉留在缺陷的空隙处。待表面的氧化镁粉清除后，在暗室内用黑光灯对焊件进行照射，黑光灯发出的紫外线能使缺陷内的氧化镁粉发光，其发光部位就表示缺陷的位置和大小。这种检测方法需要一定的设备和条件，使用受到一定的限制，因此常用于不锈钢和有色金属及其合金等非磁性材料焊件的检查。

②着色检测法。着色检测法是在焊件表面喷洒或涂上一层带有红褐色的渗透剂（其作用相当于荧光检测法中的荧光渗透剂），待其渗入到焊件表面缺陷中后，再去除焊件表面的渗透剂并喷上能吸附渗透剂的显像剂，根据焊件表面显露出的颜色部位，表示缺陷的位置和大小。着色检测法操作方便，不需要黑光灯，因此便于在工厂广泛使用，适用于检验各种材料，特别是非磁性材料焊接接头的表面缺欠。

（6）痕迹的解释与缺欠评定 对显示痕迹的解释是正确判定缺欠的基础，痕迹可能是真实缺欠引起的，也可能是由于结构形状或表面多余渗透液未清洗干净所致。各种常见焊接缺欠痕迹的特征见表11-37，根据缺欠痕迹的形态，可以把缺欠痕迹大致上分为线状和非线状两种。凡长度与宽度之比＞3的痕迹称为线状痕迹，长度与宽度之比≤3的痕迹称为非线状痕迹。

表11-37 各种焊接缺欠显示痕迹的特征

按照JB/T 6062—2007《无损检测 焊缝渗透检测》标准规定，可将焊缝缺欠分为1、2、3等级。

对发现并可判定的表面与近表面裂纹应打磨清除，打磨深度过深应补焊到与母材表面平齐。

6.涡流检测（缩写ET）

（1）涡流检测的原理 涡流检测是建立在电磁感应原理之上的一种无损检测方法，它适用于所有导电材料。当把通有交变电流的线圈（励磁线圈）靠近导电物体时，线圈产生的交变磁场会在导电体中感应出涡流，当涡流在传播过程中遇到缺陷时，就会发生偏离，涡流本身也要产生交变磁场，通过检测其交变磁场的变化，可以达到对导电体检测的目的，如图11-39所示。涡流的分布及大小除了与励磁条件有关外，还与导电体本身的电导率、磁导率、导电体的形状与尺寸、导电体与励磁线圈间的距离、导电体表面或近表面缺陷的存在或组织变化等都有密切关系。因此，利用涡流检测技术，可以检测导电物体上的表面和近表面缺陷、涂镀层厚度、热处理质量（如淬火透入深度、硬化层厚度、硬度等）以及材料牌号分选等。

涡流检测时，在靠近检测线圈的焊件表面上其检测灵敏度为最高，随着与检测线圈之间的距离的增加，其检测灵敏度将逐渐减小，因此对同样大小的缺陷，离检测线圈较远的缺陷反应信号将小于离检测线圈较近的缺陷信号。

（2）涡流检测方法、适用范围及优缺点 涡流检测把导体接近通有交流电的线圈，由线圈建立交变磁场，该交变磁场通过导体，并与之发生电磁感应作用，在导体内建立涡流。

图11-39 涡流检测原理

1）检测线圈及其分类。在涡流探伤中，往往是根据被检试件的形状、尺寸、材质和质量要求（检测标准）等来选定检测圈的种类。常用的检测线圈有三类，它们的适用范围见表11-38。

表11-38 检测方法与应用分类

①穿过式线圈。穿过式线圈是将被检试样放在线圈内进行检测的线圈，适用于管、棒、线材的探伤。检出外壁缺陷的效果较好，内壁缺陷的检测是利用磁场的渗透来进行的，一般说来，内壁缺陷检测灵敏度比外壁低。厚壁管材的内壁缺陷是不能使用外穿过式线圈来检测的。

②内插式线圈。内插式线圈是放在管子内部进行检测的线圈，专门用来检查厚壁管子内壁或钻孔内壁的缺陷，也用来检查成套设备中管子的质量，如热交换器管的在役检验。

③探头式线圈。探头式线圈是放置在试样表面上进行检测的线圈，它不仅适用于形状简单的板制、板坯、方坯、圆坯、棒材及大直径管材的表面扫描探伤，也适用于形状较复杂的机械零件的检查。与穿过式线圈相比，由于探头式线圈的体积小、磁场作用范围小，所以适于检出尺寸较小的表面缺陷。

2）涡流检测的应用范围。表11-39给出了涡流检测应用范围的分类情况。

表11-39 涡流检测应用范围

3）涡流检测的优缺点。

①涡流检测的优点。

a.对于金属管、棒、线材的检测，不需要接触，也无需耦合介质，所以检测速度高，易于实现自动化检测，特别适合在线普检。

b.对于表面缺陷的探测灵敏度很高，巨在一定范围内具有良好的线性指示，可对大小不同缺陷进行评价，所以可以用作质量管理与控制。

c.影响涡流的因素很多，如裂纹、材质、尺寸、形状及电导率和磁导率等。采用特定的电路进行处理，可筛选出某一因素而抑制其他因素，由此有可能对上述某一单独影响因素进行有效的检测。

d.由于检查时不需接触工件又不用耦合介质，所以可进行高温下的检测。由于探头可伸入到远处作业，所以可对工件的狭窄区域及深孔壁（包括管壁）等进行检测。

e.由于是采用电信号显示，所以可存储、再现及进行数据比较和处理。

②涡流检测的缺点。

a.涡流探伤的对象必须是导电材料，巨由于电磁感应的原因，只适用于检测金属表面缺陷，不适用于检测金属材料深层的内部缺陷。

b.金属表面感应的涡流的渗透深度随频率而异，激励频率高时金属表面涡流密度大，随着激励频率的降低，涡流渗透深度增加，但表面涡流密度下降，所以探伤深度与表面检测灵敏度是相互矛盾的，很难两全。当对一种材料进行涡流探伤时，需要根据材质、表面状态、检验标准作综合考虑，然后再确定检测方安与技术参数。

c.采用穿过式线圈进行涡流探伤时，线圈覆盖的是管、棒或线材上一段长度的圆周，获得的信息是整个圆环上影响因素的累积结果，对缺陷所处圆周上的具体位置无法判定。

d.旋转探头式涡流探伤方法可准确探出缺陷位置，灵敏度和分辨力也很高，但检测区域狭小，在检验材料需作全面扫查时，检验速度较慢。

e.涡流探伤至今还是处于当量比较检测阶段，对缺陷做出准确的定性、定量判断还待开发。

尽管涡流检测存在许多不足之处，但它独特的专长是其他无损检测方法所无法取代的。因此它在无损检测技术领域中具有重要的地位。

（3）涡流检测设备及标样工件

1）涡流检测线圈。涡流检测线圈又称探头。在涡流检测中，工件的情况是通过涡流检测线圈的变化反映出来的。涡流检测线圈具有下列基本结构和功能。

①基本结构。涡流检测线圈根据其用途和检测对象的不同，其外观和内部结构各不相同，类型繁多。但是，不管什么类型的检测线圈其结构总是由励磁绕组、检测绕组及其支架和外壳组成，有些还有磁芯、磁饱和器等。

②功能。涡流检测线圈的功能有以下三个：

a.激励形成涡流的功能，即能在被检工件中建立一个交变电磁场，使工件产生涡流的功能。

b.检取所需信号的功能，即检测获取工件质量情况的信号并把信号送给仪器分析评价。

c.抗干扰的功能，即要求淌流检测线圈具有抑制各种不需要信号的能力，如探伤时要抑制直径、壁厚变化引起的信号，而测量壁厚时，要求抑制伤痕的信号等。

检测线圈的类型多种多样，分类方法也很多，常见的分类方法有以下几种。

a.按检测线圈输出信号的不同分类，有参量式和变压器式两种，如图11-40所示。参量式线圈又称为自感式线圈。变压器式线圈又称为互感式线圈。

b.按检测线圈和工件的相对位置分类，有外穿过式线圈、内通式线圈和放置式线圈三类。

外穿过式线圈是将工件插入并通过线圈内部进行检测（见图11-41）。它能检测管材、棒材、线材等，可以从线圈内部通过导电试件。广泛地应用于小直径的管材、棒材、线材试件的表面质量检测。

在对管件进行检验中，有时必须把探头放在管子的内部，这种插入试件内部进行检测的探头称为内通过式探头（见图11-42），也叫内穿过式线圈。内通过式线圈适用于冷凝器管道（如钛管、铜管等）的在役检测。

放置式线圈又称点式线圈或探头，如图11-43所示。在探伤时，把线圈放置于被检测工件表面进行检验。这种线圈体积小，线圈内部一般带有磁芯，因此具有磁场聚焦的性质，灵敏度高。它适用于各种板材、带材和大直径管材、棒材的表面检测，还能对形状复杂的工件某一区域作局部检测。

图11-40 检测线圈的基本形式

a）参量式检测线圈 b）变压式检测线圈

图11-41 外穿过式线圈的结构示意图

图11-42 内通过式线圈的结构示意图

c.按线圈的绕制方式分类，有绝对式、标准比较式和自比较式三种。只有一个检测线圈工作的方式称绝对式，使用两个线圈进行反接的方式称为差动式。差动式按试件的放置形式不同又有标准比较式和自比较式两种，如图11-44所示。

图11-43 放置式线圈的结构示意图

图11-44 检测线圈接线方式

a）绝对式 b）标准比较式 c）自比较式

2）涡流探测仪。图11-45是一最基本的涡流探伤仪器原理图。振荡器产生的交变电流流过线圈，当探头线圈移动到裂纹处时，所产生的涡流减小，因此，线圈阻抗发生变化并通过电表指示出（假设电流保持常数）。

图11-45 涡流探伤仪的基本原理

常用的比较典型的涡流仪有如下两种。

一种是常用于管、棒、线材探伤的涡流仪器。其原理如图11-46所示，振荡器产生交变信号供给电桥和探头线圈构成电桥的一个桥臂，一般在电桥的对应位置上有一个比较线圈构成另一桥臂。

另一种是以阻抗的平面分析为基础的，所以又称为阻抗分析仪。其基本结构和原理如图11-47所示。正弦振荡器产生一个一定频率的正弦电流，通过变压器耦合到检测线圈，因为两个线圈的阻抗不可能完全相等，需要采用平衡电路以消除两个线圈之间的电压差。

图11-46 管、棒、线材涡流检测模式图

3）涡流检测辅助装置。涡流检测设备要对试件进行自动高效的检测，通常还包括一些辅助装置、报警装置、磁饱和装置等。

①进给装置。进给装置主要用于自动检测，如试件的自动传送装置，探头绕试件做圆轨迹旋转的驱动装置，试件的自动上、下料装置，自动分选装置等。

②报警装置。在自动探伤仪中装备的报警器，当检测到大于标准伤痕的缺陷时，能提供音响或灯光指示信号，有的不可以输出信号使传动机构停车，这样，操作人员就可以及时判断检测结果，对不符合质量要求的试件进行处理。

图11-47 涡流阻抗平面分析系统模式图

③磁饱和装置。铁磁性金属在经过加工处理后，会引起金属体内部磁导率分布的不均匀。在涡流探伤中，金属磁导率的变化会产生噪声信号。一般来讲，磁噪声对线圈阻抗的影响往往远大于缺陷的影响，给缺陷的检出也带来困难。另外，铁磁性金属或非铁磁性金属带有磁性后，它的趋肤效应很强而透入深度很浅，可探测深度只有非铁磁性金属的1/1000～1/100。由此可见，铁磁性金属大而变化的磁导率对探伤有害无益。

在涡流探伤中使用的磁饱和装置中有代表性的是通过式和磁轭式，前者主要用于穿过式线圈的探伤，而后者主要用于扇形线圈或放置式线圈的探伤。图11-48是这两种磁饱和装置的示意图，它们都是利用线圈来产生稳恒磁场，并借助于导体或磁轭等高导磁部件将磁场疏导到被检试件的探伤部位，使之达到磁饱和状态。

4）标样工件。标样工件的意义及其用途如下：

图11-48 磁饱和装置示意图

①检验和鉴定设备的性能。制作专用的试件，以检测和鉴定设备的各种性能。

a.灵敏度。即检测能力，指仪器能够检测的最小缺陷的尺寸大小。如探测各种不同类型伤痕的能力，对内部伤的检测能力、边缘效应的大小、对直径变化、应力变化等的抑制能力等。

b.分辨率。能够分辨两个缺陷的最小距离，图11-49是用于管材探伤时测定分辨率的对比试件。

c.末端不可检测长度。由于末端效应引起的管棒材料端头、末端不可检测区域长度，可用图11-50所示的对比试件进行测定。

d.其他性能。如内部缺陷的检测能力、区分不同种类缺陷的能力以及缺陷位置的辨别能力等都可用相应的对比试件进行测定。

②设备的调节和检查。试验前，利用对比试件进行预调，选择试验条件，确定最佳试验状态。试验中利用对比试件检查仪器的工作是否正常。

图11-49 用于测定分辨率的对比试件

图11-50 用于检测末端效应的对比试件

③产品的验收标准。涡流探伤是以标准（或规范）制定的对比试件人工缺陷（或标准伤）来调节仪器的，并以该缺陷的信号为基准，判断试件是否合格。但是要注意，当试件有一个与人工缺陷相同的指示信号时，不能认为试件中的缺陷与人工缺陷几何尺寸相同，因为人工缺陷只是作为调整仪器的标准当量，而不是实际存在的自然尺寸的度量标准。

校准人工伤主要用来调整涡流探伤仪器和设备。校验探伤性能，用来鉴别不同涡流探伤方法或设备的性能好坏，以及作被检试件的判废或验收。

（4）涡流检测技术

1）试验准备。为了保证试验的顺利进行和提高检测结果的可靠性，试验前应做必要的准备工作，其内容包括以下几个。

①试验方法和设备的选择。试验方法和设备应在全面分析下列因素之后加以确定：

a.试验目的。

b.试验材质。

c.试验的形状、大小及数量。

d.检测参数及其大小。

②线圈选择。线圈是涡流检测的信号检测线圈，它的性能直接影响测量精度和试验结果的可靠性。选择线圈的主要考虑因素如下：

a.试件的形状和大小。

b.线圈的参数及拾取信号的方式必须与仪器适配。

c.探伤时要适合于被检缺陷。

③试件条件。试验前，必须对粘附在试件上的金属粉、氧化皮、油脂等进行清除，否则，这些附着物会干扰仪器的检测信号，影响检测结果尤其是非铁磁性材料试件上的磁性附着物，对试验的影响是很严重的。

④对比试件的准备。对比试件（或标准试件）作为调节检测仪器和判废标准的工具，对试验结果影响极大，所以，制作时应予以足够的重视，如试验规范已作了明确规定，则必须严格按照规范进行制作。

⑤仪器预调。在正式试验前，应对仪器进行预调，以使仪器的性能趋于稳定，保证试验结果的可靠性和良好的重复性。仪器预调时间一般为20～30min（如果仪器使用说明书有专项说明，则按仪器说明书进行），通常试验条件（参数）的选择应在仪器经过预调、性能稳定后进行。

⑥附加装置的调整。配备有进给装置的自动检测仪，为了减少管棒材试件通过线圈时的偏心和振动，需要调节进给装置的滚轮高度和动作机构。

2）试验条件的选择。在试验的准备工作完毕之后，需要调节仪器，确定和选择试验条件（参数、状态）。这里，以采用穿过式线圈的管棒材自动检测为例，其试验条件的主要内容有以下几项。

①试验频率的选择。涡流检测的灵敏度在很大程度上依赖于试验频率。通常，试验频率依据下列因素进行选择。

a.趋肤效应（渗透深度）和检测灵敏度，在依据渗透深度选择频率时，应兼顾到检测灵敏度。

b.检测因素的阻抗特性。利用检测因素对线圈阻抗的影响选择频率的方法可分为以下两种：

图11-51 表面裂纹的阻抗变化与频率之间的关系

图11-52 深度为直径30%皮下裂纹所产生的阻抗随埋藏深度和频率比的变化关系

一是选择检测因素产生最大阻抗变化时的频率。图11-51是采用穿过式线圈对非磁性棒材探伤时，不同深度的人工表面裂纹引起的阻抗变化（垂直于直径效应方向的分量）与频率比之间的关系曲线。由图中可以看出，裂纹引起的阻抗变化最大时的频率值，较深的裂纹处于f/f_g=15附近。而对较浅的裂纹在f/f_g=50附近。在这种情况下，探伤频率应在f/f_g=15～50范围内选取。图11-52是含有皮下裂纹的圆棒试件，在不同频率比下其裂纹埋藏深度对阻抗产生的效应（同样是垂直直径效应方向的分量）。由图可知频率越高，内部缺陷引起的阻抗变化越小，也即检测能力越低。这时的探伤频率应在f/f_g=4～20的范围内选取。如果需要兼顾内、外表面缺陷的检测，则试验频率应选在f/f_g=15附近。图11-53是当电导率有1%的变化时，线圈阻抗随频率比变化的关系曲线。如图11-53所示，在频率比f/f_g=7附近阻抗变化最大。因此，在做电导率试验时，其频率一般选取在f/f_g=5～20的范围内。图11-54是圆棒试件直径变化1%时，线圈阻抗随频率比变化的关系曲线。从图中可以看到，随着频率的升高，阻抗变化随之增大。所在做尺寸检测时，宜采用较高的试验频率。

二是选取检测因素与其他干扰因素所引起的阻抗变化之间有最大相位差时频率，这种频率选择方法适于具有相位分析功能的检测设备。这种设备可以利用被检信号与干扰信号之间在相位上的差异，通过相敏技术抑制干扰信号，取得较好的检测效果。例如，在探伤时需要抑制由于直径少量变化所引起的干扰，可以采用提高垂直于直径效应方面的分量来进行检测。

此外，在进行自动检测，进给速度达到每分钟数米时，选择频率还应考虑到检测速度的影响。如果缺陷很短，而进给速度又很大，此时必须提高试验频率以提高检测灵敏度。

图11-53 非磁性圆棒试件电导率变化1%时线圈阻抗随频率比变化的关系曲线

图11-54 圆棒试件直径变化1%时线圈阻抗随频率比变化的关系曲线

②平衡回路的调节。平衡回路的调节是指在采用对比试样的无缺陷部位（或标准试件）进行试验时，对平衡回路进行的调节，以使在检测空载或对无缺陷试件检测时，检测线圈的输出信号为零。

③灵敏度的选择。灵敏度的确定与检测要求及使用的仪器有关。一般是根据要求检测的缺陷大小，调节与之相适应的人工缺陷指示的大小在指示仪表满刻度的50%～60%的位置上（记录仪灵敏度也按这种方法调节）。这样，既可以在量程上留有余量，又能保证读数的精确。

④相位的设定。这里的相位，是指采用同步检波进行相位分析的检测仪中移相器的相位角。一般应该选取能够最有效地检出对比试件中人工缺陷的相位角。相位角的选择方法有以下两种。

a.把缺陷信号置于信噪比最大时的相位。这种方法可以使输出信号中降低因试件摇摆、振荡产生的噪声。

b、选取能够区分并检测缺陷的种类和位置的相位角。这种选择方法必须兼顾缺陷的检测效果和不同种类、不同位置缺陷的良好区分效果。例如，在管件探伤时，内、外表面裂纹位置的区分。

⑤滤波器的设定。指在用对比试件进行探伤时，人工缺陷以最大信噪比被检出时滤波器的中心频率和频带宽度的设定。

⑥抑制器的设定。抑制器的设定是指从显示或记录仪器中消除低电平噪声的调节。由于在相位设定和滤波器调节时抑制器必须置零，因此，抑制的调节应在上述操作之后进行。由于抑制作用，缺陷和缺陷信号的对应关系一般会发生变化（即破坏了两者之间的线性关系）。这一点在试验时应予以注意。

⑦其他附加装置的调节。在使用带有记录仪和缺陷标志器等附加装置的检测设备时，需要调节它们的灵敏度和动作电平。记录仪的灵敏度调节在人工缺陷信号占满刻度的50%～60%，用于报警的喇叭、红灯和缺陷标志器的动作电平通常是根据检测要求所能够允许的最大缺陷信号来决定，设定之前，应经过动作试验。

在对铁磁材料进行探伤需要采用磁饱和装置时，应恰当地选择使试件达到磁饱和所需要的磁化电流值。这个电流值一般是根据磁通密度的80%以上时试件的磁特性对探伤的影响以及试件的尺寸来选取，并用对比试件进行校验。

（5）试验结果及其处理

1）试验结果的再试验。当试验的准备工作就绪，试验条件选择合适之后，便可以对试件作正式检验，然后对试验结果进行分析、处理。

例如，在探伤试验中，根据仪器的指示以及记录器、报警器和缺陷标记器指示出来的缺陷，分选出带有缺陷的试件。通常在下列两种情况下要求进行再试验：

①怀疑缺陷信号是否确由缺陷产生。

②试验条件发生了变化，使检测灵敏度受到了影响。因此，自上次试验条件复核后所检测的全部试件都必须进行再试验。

2）退磁。试件在试验中如果经过磁饱和处理，是否退磁需根据情况决定。对下列几种情况，必须予以退磁：剩磁在试件后续加工中，有带来不良影响的可能性；试件是用于摩擦部位或接近摩擦部位的产品时；剩磁将影响后续的试验和计量仪器工作。

3）标记与记录。

①标记。根据试验结果，必须对各类试件分别涂上代表不同意义的各种宇符标记。例如，经试验合格、不合格或待复查的试件；正品、次品及废品的试件；已经退磁的试件等。

②记录。试验结束后，需要根据试验要求的内容，主要有如下几项：

a.试验日期。

b.试验名称。

c.试验的型号、规格、尺寸及数量等。

d.仪器的型号、线圈的形式。

e.试验条件（包括探伤仪的试验频率、灵敏度、相位、滤波器、抑制器、报警灵敏度、试件进给速度、磁饱和电流等）。

f.验收标准（如探伤判废标准）和对比试件编号、标准伤的形式和尺寸。

g.试验结果，包括各种数据、图表以及验收结论等。

h.有关人员签名，包括操作者、报告签发者、审核者等。

此外，对试验中出现的事故、异常现象也要给予记录。