无损检测是指在不损坏零件的条件下检验材料的内部及表面缺陷，或者对硬度及硬化层深度进行质量检查。它是保证、控制、监视和提高热处理质量的重要手段。在实际应用中，比较常见的无损检验方法有超声检测（Ultrasonic Testing，UT）、射线检测（Radiographic Testing，RT）、磁粉检测（Magnetic particle Testing，MT）、渗透检验（Penetrant Testing，PT）、涡流检测（Eddy current Testing，ET）。无损检测既可以检查肉眼不能检查的工件内部缺陷，也可以大大提高检测的准确性和可靠性。至于用什么方法来进行无损检测，则需根据工件的情况和检测的目的来确定。无损检测的目的主要有：探伤，监测热处理过程中的质量缺陷，如淬火裂纹等；分析缺陷与强度的关系，评价零件存在缺陷时的承载能力及剩余寿命的估算；硬度与硬化层深度的检查。

1.超声波

（1）简介 当超声波（频率为20000Hz）在被检测材料中传播时，材料的声学特性和内部组织的变化会对其产生一定的影响。通过对超声波受影响程度和状况的探测，了解材料性能和结构变化的技术称为超声检测。超声检测是利用超声波能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法。当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别产生反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。超声波检测技术是无损检测中应用最为广泛的方法之一。

1）超声波检测的主要设备包括超声波探伤仪、探头和试块。

图5-6 便携式超声波探伤仪

超声波探伤仪是超声波检测的主体设备，如图5-6所示。它产生的电振荡加于探头，激励探头发射超声波，探头传回的电信号送至探伤仪放大电路，经放大和检波，在示波管上显示出来，从而确定被检工件的缺陷位置和大小。超声波探伤仪主要由同步电路、发射电路、接收电路、水平扫描电路、显示器和电源等部分组成。超声波探伤仪按照超声波的连续性分为脉冲波探伤仪、连续波探伤仪、调频波探伤仪。脉冲波探伤仪使用广泛，它通过探头向工件周期性地发射频率不变的脉冲超声波，根据超声波的传播时间及幅度判断工件中缺陷的位置和大小。超声波探伤仪按照缺陷显示方式可以分为A型显示探伤仪、B型显示探伤仪、C型显示探伤仪。A型显示是一种波形显示，主要显示反射面在工件中的埋藏深度以及反射信号的幅度；B型显示是一种图形显示，主要显示反射面在工件纵截面上的分布；C型显示也是一种图形显示，主要显示反射面在平面视图上的分布。超声波探伤仪按照超声波的通道可以分为单通道探伤仪和多通道探伤仪。单通道探伤仪由一个或一对探头单独工作，多通道探伤仪由多个或多对探头交替工作，适于自动化检测。目前，A型显示脉冲波反射探伤仪在工业中使用最为广泛。

超声波探伤仪的主要性能有水平线性、垂直线性和动态范围。

①水平线性：仪器荧光屏上时基线水平刻度值与实际声程成正比的程度称为仪器的水平线性或时基线性。水平线性主要取决于扫描锯齿波的线性。仪器水平线性的好坏直接影响测距精度，进而影响缺陷定位。

②垂直线性：仪器荧光屏上的波高与输入信号幅度成正比的程度称为垂直线性或放大线性。垂直线性主要取决于放大器的性能。垂直线性的好坏影响应用面板曲线对缺陷定量的精度。

③动态范围：仪器的动态范围是指反射信号从垂直极限衰减到消失时所需的衰减量，也就是仪器荧光屏容纳信号的能力。

2）探头和试块：超声波探头是一个电声换能器，如图5-7所示。它将电能转换成超声能，产生超声波；将超声能转换成电能，接受超声波。探头可以控制超声波的传播方向和能量集中的程度。当改变探头入射角或改变超声波的扩散角时，可使超声波的主要能量按不同的角度射入介质内部或改变声波的指向性，提高分辨率。利用超声波探头可以实现波型转换和控制工作频率。探头的种类很多，根据波形的不同，分为纵波探头、横波探头等；根据耦合方式的不同，分为接触式探头和液浸探头；根据晶片数的不同，分为单晶探头和双晶探头。试块是具有简单几何形状的人工反射体的试样，如图5-8所示。在通常情况下，试块的各种特性都是已知的。在实际的超声波探伤测量工作中，常与试块作比较测量。试块分为标准试块和对比试块。标准试块是指材质、形状、尺寸、性能等由国际组织或某国权威机构讨论通过的试块。对比试块是指检测特定试件用的试块，对比试块与检测试件的声性能要相近。超声波试块的作用是校验仪器和探头的性能，确定探伤起始灵敏度，校准扫描线性。

图5-7 超声波探头

图5-8 超声波系列试块

仪器与探头的主要综合性能有盲区、分辨力、灵敏度余量等。

①盲区：从探测面到能发现缺陷的最小距离称为盲区。盲区内的缺陷一概不能被发现。盲区与放大器的阻塞时间和始脉冲宽度有关，阻塞时间越长，始脉冲越宽，则盲区越大。

②分辨力：在荧光屏上区分距离不同的相邻两缺陷的能力称为分辨力。能区分的两缺陷的距离越小，分辨力就越高。分辨力与脉冲宽度有关，脉冲宽度越小，则分辨力越高。

③灵敏度余量：灵敏度余量是指仪器与探头组合后，在一定的探测范围内发现微小缺陷的能力。

（2）操作方法

1）探测面的修整：应清除焊接工件表面的飞溅物、氧化皮、油污及锈蚀等。

2）在每次探伤操作前都必须利用标准试块（CSK-IA、CSK-ⅢA）校准仪器的综合性能和面板曲线，以保证探伤结果的准确性。

3）调节仪器的扫描速度和灵敏度。

4）扫查探测：使用锯齿形扫查、左右扫查、前后扫查、转角扫查、环绕扫查等几种扫查方式，以便于发现各种不同的缺陷并且判断缺陷性质。在相应的灵敏度下，只要有波出现就为伤波。

5）缺陷测定：给缺陷定性、定量和定位。

6）记录：在工件或记录纸上标出缺陷的位置、深度和面积。

7）将数据文件传输给计算机，进行数据处理、保存，生成探伤报告。任何工件经过超声波探伤后，都必须出据检验报告，以作为该工件质量好坏的凭证。

（3）应用 超声波检测可以用于锻件、轧制件、焊缝和某些铸件的无损检测。超声波可用于无损检测工件的厚度、硬度、淬硬层深度、晶粒度，以及精确地进行多种缺陷（裂纹、未焊透、夹杂、气孔等）的检测、定位、评估、诊断，广泛应用在石油、化工、航空、航天、机械制造、管道、金属加工等领域。

（4）特点

1）不受材料限制，金属和非金属都可进行超声波无损检测。超声波检测适合于厚度较大的零件检验。

2）超声波检测距离大，检测装置体积小，重量轻，便于携带到现场检测，检测速度快，有较高的检测灵敏度，并且周期短、成本低、灵活方便、效率高。

3）超声波的方向性好，并且频率越高，其方向性越好，易于确定缺陷的位置、大小、取向、性质等参量。

4）超声波检测对人体及环境无害。

5）超声波检测要求工作表面平滑，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。

2.X射线机

（1）X射线机简介 X射线机是利用X射线穿过材料或工件时的强度衰减，检测其内部结构不连续性的仪器。工业中使用的低能X射线机通常由四部分组成，即射线发生器、高压发生器、冷却系统和控制系统。X射线机按照结构可以分为三类，即便携式X射线机、移动式X射线机、固定式X射线机。

便携式X射线机将射线发生器、高压发生器、冷却系统和控制系统共同安装在一个机壳中，如图5-9所示。其体积小、重量轻，便于携带到现场进行X射线照相检测。移动式X射线机将四个独立组成部分共同安装在一个小车上，可以移动到现场进行射线检查，如图5-10所示。固定式X射线机采用功能强的射线发生器，工作效率高，但是体积和重量大，不便移动，可以在检验室内使用。X射线检测方法有射线照相法、荧光屏直接观察法、工业X射线电视法等。目前，国内外应用最广泛、灵敏度较高的X射线检测方法是射线照相法。它的原理是射线源发出的射线照射到工件上，透过工件后照射到胶片上，使胶片感光。穿过材料或工件的射线由于强度不同，在X射线胶片上的感光程度也不同，由此生成内部不连续的图像。经暗室处理后，缺陷部位与其他部位以不同黑度的影像留在胶片上，从而判断出缺陷的种类、大小、分布情况等。

（2）操作方法

1）作业前详细了解被检工件的材质、规格，确定热处理状况。

2）运用铅质英文和阿拉伯数字组合编排出能准确识别底片并具有唯一性的标记，布置在相应的透照位置上。

图5-9 便携式X射线机

图5-10 移动式X射线机

3）对焦。

4）曝光：根据透照厚度和焦距选择合适的参数对工件进行曝光。在曝光过程中，作业人员应穿戴好个人防护用品，合理利用屏蔽、距离、时间进行有效防护。

5）冲洗胶片。

6）观察底片质量。

7）评定底片：评定时应做好底片评定记录。

8）根据评定记录出具报告。

（3）应用 X射线机仅适用于检测与射线束方向平行的厚度或密度上的异常部分。只有被测材料或工件处于合适的辐射方向，才能检测出平面型缺陷（如裂纹），而在所有方向上可以检测出气孔、夹杂等体积型缺陷。根据不同的工件形状和检测要求，应该合理地选择透照方向。

（4）特点

1）X射线检测方法适用于任何材料，可以检测各种材料的铸件、焊件的缺陷，还可以检测封闭物体的内部结构。

2）检测中选用不同的波长，可以检测不同厚度的钢件，最厚可达500mm。

3）检验结果显示直观，并且可以长期保存。

3.涡流检测仪

（1）简介 将检测线圈靠近被检工件，其表面感生出电磁涡流，若金属工件有缺陷，则涡流场强度和分布就会改变。通过测定涡流的变化来评定工件的某些性能或者发现缺陷的无损检测方法称为涡流检测。涡流检测仪按照检测目的不同，可以分为导电仪、测厚仪和探伤仪。涡流探伤检测仪如图5-11所示。涡流检测仪的基本组成包括振荡器、信号检出电路、放大器、信号处理器、电源和显示器。(www.daowen.com)

图5-11 涡流探伤检测仪

（2）使用方法

1）仪器预调：在使用涡流检测仪之前要预热20～30min，以便仪器的性能稳定，保证检测结果准确可靠。

2）选用和制作对比试样。对比试样用于检测涡流检测仪的性能，也可以用于判断被检工件是否合格。对比试样一般采用与被检工件相同的材质和相同的加工方法制造，试样上加工一定规格的人工缺陷。

3）调节仪器，选择检测参数和状态。需要选择合适的检测频率、灵敏度、相位角，调节平衡回路，设置滤波器、抑制器。

4）检验试件，分析、处理检测结果。

（3）应用

1）缺陷检测：涡流检测仪一般用来检测工件表面和近表面的缺陷，可以检测出缺陷的形状、尺寸和位置，适用于导电的金属棒、线和管材的表面检测以及零部件的缺陷监测，探查元件的表面裂痕。使用固定的探头，可对转动的铁或非铁金属棒和管道进行表面检测，也可对铁或非铁金属焊接管道的焊接区域进行检测；使用转动的探头，可对凿孔或平整的表面进行检测。

2）材质分选：由于材质不同，电导率就不同，从而使涡流场发生变化，因此可分选出不同的金属材质。

3）尺寸检测：可以检测工件的尺寸和形状

4）物理量测量：用于测量工件的硬度、强度以及内应力等物理参量；与绕行线圈或探头一起进行热处理分类。

（4）特点

1）只适用于导电材料。因为非导电材料不产生涡流，所以不能进行涡流检测。

2）非接触检测，检测速度快，且不需要耦合剂。

3）适用于导电材料的表面和近表面检测，这是因为工件表面的涡流密度大，检测的灵敏度高。

4）可用于异型材和小零件的检测。由于检测线圈可以做成各种形状，所以可以检测异型材和小零件。

5）可以在高温环境中检测，检测线圈不受高温的影响。

4.磁粉检测仪

（1）简介 将导磁金属磁化，通过合适的显示介质来发现试件表面和近表面的不连续性的位置、大小、形状和严重程度的无损检测方法称为磁粉检测。

缺陷磁痕可分为各种工艺性质缺陷的磁痕、材料夹渣带来的发纹磁痕、夹渣和气孔带来的点状磁痕。磁粉检测的分类方法有很多种，按照磁化方向可以分为周向磁化和纵向磁化，按照显示介质性质可以分为干粉法、湿粉法、荧光磁粉法。某些转动部件的剩磁将会吸引铁屑而使部件在转动中产生摩擦损坏，如轴类轴承等；某些零件的剩磁将会使附近的仪表指示失常，因此某些零件在磁粉探伤后要进行退磁处理。磁粉检测仪有固定式、移动式和便携式三种类型。固定式磁粉检测仪包括磁化电源、螺管线圈、工件夹持装置、工作台、指示装置、磁粉和磁悬液喷洒装置、退磁装置和照明装置，如图5-12所示。其中，磁化电源是磁粉检测仪的核心部分，用来磁化工件；螺管线圈用来对工件进行纵向磁化，也可用来进行退磁处理。固定式磁粉检测仪体积大，有工件夹持装置和工作台，适合对中小工件进行磁粉检测。移动式磁粉检测仪装有滚轮，可以推到现场对大型工件进行检验。如图5-13所示，便携式磁粉检测仪的体积小、重量轻，携带方便，可用于现场检验或对大型工件进行局部检测。

图5-12 固定式磁粉检测仪

图5-13 便携式磁粉检测仪

（2）使用方法

1）合上电源开关，电源指示灯亮，机器处于待工作状态。

2）根据检测工艺规范要求，调整磁化参数。

3）设定磁化方式：单独周向、纵向或复合磁化。

4）将工件放在两电极上，使工件加紧。

5）按下“工作”键，慢慢地顺时针调节各个电流调节旋钮至磁化电流达到工艺规定数值为止。

6）按下“退磁”键，对工件进行退磁，退磁完毕后，用弱磁场计检查工件的剩磁是否符合要求。

（3）应用

1）磁粉检测法只适用于检测铁磁性材料及其合金的缺陷。铁磁性材料主要是指铁、钴、镍。钢是铁碳合金，属于铁磁性材料，能够进行磁粉检测。

2）磁粉检测法可以检测铁磁性材料的表面、近表面的缺陷，如裂纹、发纹、折叠、夹层等。它适于薄壁件或焊缝表面裂纹的检验，也能检测出一定深度和大小的未焊透缺陷，但难于发现气孔、夹渣及隐藏在焊缝深处的缺陷。由于只有当缺陷与磁力线垂直或者成一定夹角时，用磁粉检测法才能检测出缺陷，所以对每一个工件必须进行纵、横两个方向的磁化检验。

3）可以检测原材料、半成品、成品，各种管材、板材、棒材、型材，以及锻、铸、焊件的缺陷。

（4）特点 磁粉检测设备简单、成本低、操作容易、检验迅速，能够直观、清晰地检测出缺陷的情况，工作效率高，可以重复检查，检测灵敏度高，可检测出微米级的宽度缺陷。

5.渗透检测装置

（1）简介 利用液体的毛细管作用，将渗透液渗入渗透检测试片和固体材料表面开口缺陷处，用去除剂清除覆着在工件表面的多余渗透液，干燥后再施加显像剂，将渗入的渗透液吸出到表面，显示缺陷的存在，监测人员用目视法观察缺陷，这种无损检测方法称为渗透检测，如图5-14所示。

渗透检测剂主要包括渗透液、显像剂和去除剂三大类。渗透检测试片的材质一般为不锈钢镀铬，用于随班检测质量监控、检测工艺验证和灵敏度评估。渗透检测装置分为便携式渗透检测装置和固定式渗透检测装置。便携式渗透检测装置包括渗透液喷灌、去除剂喷灌、显像剂喷灌、灯、毛刷和金属刷，适合于携带到现场检测和大工件的局部检测。固定式渗透检测装置主要包括预清洗装置、渗透装置、乳化装置、显像装置、干燥装置和后处理装置（见图5-15），适合于工件数量较多，要求流水检测的场合。渗透检测流水线主要包含前清洗、渗透、乳化、清洗、干燥、显像、观察检验等工艺流程。根据渗透液所含染料的成分，渗透检测分为着色法和荧光法。两种方法的原理相同，只是观察缺陷的方式不同。荧光法在紫外线下观察缺陷，灵敏度高，缺陷容易辨认，用于重要零件的表面缺陷检测；着色法在可见光下观察缺陷，灵敏度低于荧光法，但使用方便，应用范围广。

图5-14 渗透检测

图5-15 固定式渗透检测装置

（2）操作步骤

1）预清洗：用清洗剂将被检工件表面的污物（氧化皮、铁锈、油脂等）完全清洗干净。

2）渗透：放置5～10min，待工件和试块表面干燥后，施加渗透剂，喷嘴应距工件和试块表面20～30mm，渗透时间应参照使用说明，一般为5～15min，这期间应保持检测面被渗透剂充分湿润。

3）清洗：用清洗剂或水（水压小于或等于0.15MPa）将工件表面的渗透剂擦洗干净。

4）显像：将显像剂充分摇匀后，在距离被检工件300mm处均匀喷涂，喷涂显像剂后，片刻即可观察缺陷。

（3）应用

1）用来检测非多孔的金属材料及非金属材料的缺陷。

2）用来检测铸件、锻件、焊接件表面裂纹和气孔等缺陷。

3）可以检测出各种裂纹，如金属材料的磨削裂纹、疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹、热处理淬火裂纹。

（4）特点

1）渗透检测装置显示直观、容易判断，操作简单、灵活，灵敏度高，适应性强，一次操作可以检测出一个平面上所有方向的缺陷，可以检查各种大小尺寸的工件。

2）不受材料组织和成分限制，也不受工件尺寸的限制，应用范围广，设备简单，检测费用低。