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金属棒材和管材的质量安全卫士——超声无损检测技术
发布:kittyll   时间:2015/10/28 14:36:02   阅读:1152 
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金属管材 图片来源:网络

无论是手动、自动或者相控阵超声检测技术,都能有效的帮助金属材料产品(棒材、管材及其他形状的金属产品)制造商控制产品质量,以满足顾客的需求。
 
超声检测技术是一种成熟的无损检测技术,在金属材料行业,不仅适用于成品的检测,也适用于棒材、管材和板材等有待进一步加工的原材料的检测。
 

金属棒材 图片来源:网络
 
超声检测技术的优点是快速、高效、方便,不需要试件准备工作,仅需要利用超声耦合剂或者水将检测件表面润湿即可开始检测。而且,该技术并不存在特别的安全隐患及一些使用过程中特殊的监管许可要求。
 
超声检测技术中用到的声波频率范围一般在2~10赫兹,这种声波会在一个可预测的方向上,以特定的速度穿过某种介质(如钢铁),并且,根据简单的物理学原理,当它们碰到不同介质的边界时将会发生反射现象或者透射现象,也因此,超声波能够反映出试样中的裂缝、孔隙率、内含物及一些其它间断点的相关信息。超声换能器的频率和孔径决定着光束的直径和光束传播特征,而这些特征又会影响到其检测缺陷的能力及可检测缺陷的尺寸范围。
 
为了得到严格的光束直径和焦区(有利于更精确的定义缺陷的边界处),可以利用一个固定的镜头进行机械聚焦(传统的超声波探伤法)或者采用电子对焦(超声相控阵无损检测技术)。实际选择哪种检测技术往往需要综合缺陷检测速度、缺陷大小、工作量和文件规定等多方面因素进行考虑。
 
实心棒材通常需要检测裂缝、孔洞和夹杂物。电阻焊和电弧焊的管材一般需要利用超声检测其中的焊接缺陷和未焊透、气孔、夹杂物等。相关标准、规范及客户需求都应根据相关产品的最终用途、缺陷位置、缺陷数量及尺寸大小和不同的可接受水平来进行制定和调整。一般用于交通运输装置、发电机设备、液体/气体容器等的材料较没有特殊安全要求的消费商品而言,通常需要更加严格的检测。
 
使用超声波探伤仪检测金属棒材中的环形开裂、锯齿形裂纹等缺陷

传统的手工检测
 
便携式超声波探伤仪搭配一个手提式换能器就是一种传统的人工检测方法,这是一种非常简单、廉价的检测技术。其操作过程就是检测员在实验样品周围移动换能器的同时监测波形显示图。棒材测试通常需要用到直探头和斜探头从三个方向进行,直射波束和斜射波束的目的就是让声波呈直线形式或者以一定倾斜角度进入试样中,有利于优化缺陷检测的效果。对棒材检测的第一步是:将换能器器耦合到棒状试样的尾端,并识别从远端传来的回波。先于远端回波传来的回波信号及中途返回的回波信号都表明材料内部可能含有环形开裂、V型裂纹或者孔隙等。随后将换能器耦合到试样的侧面,在扫描材料周围的同时沿着材料侧面长度方向移动换能器,检测到的内部回波或者远侧回波表明该材料内可能为层状开裂等。最后,可以利用一个斜探头在试样周围沿着试样长度方向进行扫描,以检测材料近表面的轴向缺陷或裂缝。上述的一些基本检测原理和回波信号的解释同样适用于下面将会提到的自动化方法,自动化方法采用自动警报、部分标记和成像软件来代替传统的人工监测方法。
 
传统的自动检测
 
通常而言,手工检测技术并不适合所有的产品检测,因为对产品的全方位检查及出具产品质量证明都需要耗费不少的时间。解决这个问题的方法之一就是采用自动超声无损检测技术。自动检测技术可以一次性使用多个探头,将试样沿着探头移动,或者将探测器在试样周围移动,能够提高试样材料的检测速度和缺陷检出率。焊接管材通常采用这种方法检测其中的缺陷及未焊透。棒材通常采用多个检查通道并行操作,其中一道光束直接针对棒材的中间部位以检测是否含有层状裂纹等缺陷;另一道光束主要针对材料的周围部位,以一定的角度进入试样,检测材料的近表面缺陷;第三道光束轴向进入试样,以检测出周围直线型缺陷。至于检测光束的具体数量则取决于测试样品的尺寸大小、扫描方式、缺陷分辨率的最低要求以及对工作量等因素。
 
相控阵自动检测
 
使用自动相控阵体系对材料进行检测具有进一步的优势。与传统的超声检测技术相比,超声相控阵检测技术的探头尺寸通常更小,能够检测难以接近的部位,检测速度更快,检测灵活性更强,可以实现对复杂结构件和盲区位置缺陷的检测。适用于棒材检测的典型体系包含两个或者更多的超声相控阵探头,分别从两个不同方向上扫描旋转的棒状试样。其中一个探头扫描试样材料的中心位置以检测材料的中央缺陷,另外一个探头扫描外侧以检测材料的径向裂纹等。此外,超声相控阵检测技术还通常结合电磁扫描仪一起使用以检测材料的近表面缺陷。
 
译自:qualitymag
来源:材料与测试
译者:vince

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