金属零件常用的无损检测及知识问答
金属零件常用的无损检测及知识问答
前言
无损探伤检测是在不破坏物件、材料工作性能与完整性的前提下，利用射线、超声波、磁粉、渗透探伤等无损检测方式作为当下较为常见的探伤方法，以探测物件表面和内部是否存在质量缺陷，并给出缺陷的位置、大小、性质、数量分布状态等信息，从而实现制造工艺的改进，同时，降低制造成本。
超声波检测（UT）
超声波检测的定义
通过超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷监测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。
超声波工作的原理
超声波探伤仪的种类繁多，但在实际的探伤过程，脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为广泛。一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。
超声波检测的优点
a. 适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；
b. 穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。如对金属材料，可检测厚度为1～2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；
c. 缺陷定位较准确；
d. 对面积型缺陷的检出率较高；
e. 灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；
f. 检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。
超声波检测的局限性
a. 对试件中的缺陷进行精确的定性、定量仍须作深入研究；
b. 对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；
c. 缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响；
d. 材质、晶粒度等对检测有较大影响；
e. 以常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，且检测结果无直接见证记录。
超声检测的适用范围：
a. 从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料；
b. 从检测对象的制造工艺来说，可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等；
c. 从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等；
d. 从检测对象的尺寸来说，厚度可小至1mm，也可大至几米；
e. 从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。
超声波与X射线探伤比较
超声波探伤与X射线探伤相比具有较高的探伤灵敏度、周期短、成本低、灵活方便、效率高，对人体无害等优点。缺点是对工作表面要求平滑、要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、对缺陷没有直观性；超声波探伤适合于厚度较大的零件检验。
射线检测（RT）
射线检测的原理
利用射线（常为X射线）在介质中传播时的衰减特性，当将强度均匀的射线从被检件的一面注入其中时，由于缺陷与被检件基体材料对射线的衰减特性不同，透过被检件后的射线强度将会不均匀，用胶片照相、荧光屏直接观测等方法在其对面检测透过被检件后的射线强度，即可判断被检件表面或内部是否存在缺陷（异质点）。
射线检测优点
a. 适用于几乎所有材料；
b. 探伤结果（底片）显示直观、便于分析；
c. 探伤结果可以长期保存；
d. 探伤技术和检验工作质量可以检测。
射线检测的缺点
a. 检验成本较高；
b. 对裂纹类缺陷有方向性限制。只宜探查气孔、夹渣、缩孔、疏松等体积性缺陷，能定性但不能定量，且不适合用于有空腔的结构，对角焊、T型接头的检验敏感度低，不易发现间隙很小的裂纹和未熔合等缺陷以及锻件和管、棒等型材的内部分层性缺陷。
c. 需考虑安全防护问题（如X射线的传播）。
射线检测的适用范围
检测铸件及焊接件等构件内部缺陷，对体积型缺陷（即具有一定空间分布的缺陷）敏感。对金属内部可能产生的缺陷，如气孔、针孔、夹杂、疏松、裂纹、偏析、未焊透和熔合不足等，都可以用射线检查。
磁粉检测（MT）
磁粉检测的原理
铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，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。
磁粉检测的适用性和局限性
a. 磁粉探伤适用于检测铁磁性材料表面和近表面尺寸很小、间隙极窄（如可检测出长0.1mm、宽为微米级的裂纹），目视难以看出的不连续性。
b. 磁粉检测可对原材料（如钢坯）、半成品、成品工件和在役的零部件检测，还可对板材、型材、管材、棒材、焊接件、铸钢件及锻钢件进行检测。
c. 可发现裂纹、夹杂、发纹、白点、折叠、冷隔和疏松等缺陷。
d. 磁粉检测不能检测奥氏体不锈钢材料和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝，也不能检测铜、铝、镁、钛等非磁性材料。对于表面浅的划伤、埋藏较深的孔洞和与工件表面夹角小于20°的分层和折叠难以发现。
渗透检测（PT）
液体渗透检测的基本原理
零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透剂后，在毛细管作用下，经过一段时间，渗透液可以渗透进表面开口缺陷中；经去除零件表面多余的渗透液后，再在零件表面施涂显像剂，同样，在毛细管的作用下，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液，渗透液回渗到显像剂中，在一定的光源下（紫外线光或白光），缺陷处的渗透液痕迹被现实，（黄绿色荧光或鲜艳红色），从而探测出缺陷的形貌及分布状态。
渗透检测的优点
a. 可检测各种材料；金属、非金属材料；磁性、非磁性材料；焊接、锻造、轧制等加工方式；
b. 具有较高的灵敏度（可发现0.1μm宽缺陷）
c. 显示直观、操作方便、检测费用低。
渗透检测的缺点及局限性
a. 它只能检出表面开口的缺陷；
b. 不适于检查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的工件；
c. 渗透检测只能检出缺陷的表面分布，难以确定缺陷的实际深度，因而很难对缺陷做出定量评价。检出结果受操作者的影响也较大。
无损检测知识问答
泵沙龙在编写该文时，请教了多位无损检测及材料方面的专家。以下摘录了两位较典型的专家关于无损检测问题的回复，其中一位为宝武钢铁集团下属上海金艺检测技术有限公司的无损检测专家。仅供朋友间内部学习交流。
问：购买锻件坯料时，提（成品将有）MT要求和不提，影响材料制造吗？说有MT要求的话，钢锭纯净度高些。
答：磁粉只能探查锻件表面。
问：没有MT要求，钢锭纯净度要求可以低些，有这种说法吗？
答：MT内部是探查不出来的，内部探查可以做UT。这个说法不绝对。
问：有一根轴坯料供应商做了UT，他们说合格了（用户进厂时没有复验），用户加工之后MT有超标线性显示，这个矛盾不？
答：这个比较复杂。首先，要看这个线性缺陷对于UT要求是不是超标。然后，要看一下线性缺陷的延伸方向，锻件近表面可能会有UT盲区，所以有探测不到的可能性。这种事情在转子生产里有遇到过。最后，就是这个线性缺陷是什么性质，裂纹还是夹杂。UT探伤与探查时的表面状态、人员有很大关系。所以一般产品都是要求UT探伤联检的。
探查原因：1）可以先对缺陷位置UT，看一下沿径向有没有延伸深度；2）可以取一些回来，扫描电镜分析一下是折叠还是夹杂，以及夹杂物的种类；3）如果是折叠，那就是锻造的问题；如果是夹杂，需要还原一下夹杂在钢锭的位置，如果在钢锭中间，就是钢水纯净度的问题；如果在冒口或底部附近就看一下是不是钢锭切底、 切冒的问题。
如果怀疑钢水纯净度，可再进行UT，把要求记录的缺陷全部找出来，再做判断。
问：可是UT没有缺陷，MT有缺陷。
答：UT不会没有缺陷的，只会有没有超标缺陷的情况。再说，这个表面缺陷如果已经超过UT允许范围，那么可以说明这个锻件制造过程中是存在缺陷漏检的情况。毕竟粗加工时，这个缺陷距加工表面是有一定深度的。锻件存在缺陷是绝对的，无损检测合格是相对的。
问：那UT表面的盲区有多深？
答：这个要看锻件的外形以及尺寸，还有探伤要求，而且应该是有方法可以弥补探伤盲区的。这些都需要做探伤的时候现场问。
问：那我的要求写的100% UT，理论上就整个锻件全覆盖了？
答：嗯，理论上是的。但如果这个线性对于超声要求超标了，那很明显供应商检漏了。如果对于超声要求不超标，那就是单纯的磁粉超标。
问：在采购合金钢泵轴（锻件）毛坯棒料时，要求供应商做超声波检测、并有较严格的技术要求（如，必须符合的标准及不允许存的缺陷等）。但是将坯料加工成最终产品以后，在进行磁粉探伤时却发现较多超标（如线性）缺陷。然而，坯料供应商给我们的解释是：在购买坯料时应该提前告知他们“最终产品要做磁粉探伤”，这样他们会提供价格贵、杂质含量少的钢锭，因为很多内部缺陷超声波探伤检测不出来。请问这种说法对吗？如果这种说法成立的话，那么对于奥氏体不锈钢都没有做磁粉（而做的着色）探伤的泵轴，是否可能都有超标缺陷而存在安全风险呢？
答：这件事情分析起来是这样的：
1）超声波检测是按照一定的检测灵敏度来扫查和判定缺陷的，超声波检测坯件不超标，但是坯件是有一定加工余量的，当加工为成品时，原来存在的超声检测判定为合格的一部分埋藏缺陷变成了表面缺陷，表面缺陷依据图纸或标准判定是不合格的（或不允许存在的）这种情况并不特殊，在设备制造过程中时有发生，有些是可以修复的，但有些是不允许修复的；
2）为泵轴加工而采购的坯件，理应对坯件有明确且比较严格的技术要求（供货方也应知道这一点，合金钢锻件当然是用作重要设备部件了）。在有加工余量的情况下，如果在采购合同中规定：工件加工到最终尺寸时，表面不能存在影响使用的危险性缺陷或者直接给出表面缺陷的验收条件，这样显然才是比较周全的。
3）如果采购方在坯件加工后，很多泵轴通过磁粉检测发现了表面线性缺陷，排除加工原因等，说明该批坯件的夹杂物较多，钢材总体质量较差。
4）至于对钢制泵轴表面做磁粉检测或者做渗透检测，对于表面有开口的危险性缺陷作用基本相同，对于铁磁性材料，磁粉检测灵敏度会更高一些，发现小缺陷的能力更强。
5）参考建议：订货前明确约定技术要求很重要；验收时让供货方提供检测报告；发现报告中或实际工件加工后存在材料缺陷问题及时与供货方协商，也可请专业机构对问题泵轴检测确认（表面及内部）质量情况，为索赔提供支持。