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金屬棒材和管材的質量安全衛士——超聲無損檢測技術
發布:kittyll   時間:2015/10/28 14:36:02   閱讀:3208 
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金屬管材 圖片來源:網絡

無論是手動、自動或者相控陣超聲檢測技術,都能有效的幫助金屬材料產品(棒材、管材及其他形狀的金屬產品)制造商控制產品質量,以滿足顧客的需求。
 
超聲檢測技術是一種成熟的無損檢測技術,在金屬材料行業,不僅適用于成品的檢測,也適用于棒材、管材和板材等有待進一步加工的原材料的檢測。
 

金屬棒材 圖片來源:網絡
 
超聲檢測技術的優點是快速、高效、方便,不需要試件準備工作,僅需要利用超聲耦合劑或者水將檢測件表面潤濕即可開始檢測。而且,該技術并不存在特別的安全隱患及一些使用過程中特殊的監管許可要求。
 
超聲檢測技術中用到的聲波頻率范圍一般在2~10赫茲,這種聲波會在一個可預測的方向上,以特定的速度穿過某種介質(如鋼鐵),并且,根據簡單的物理學原理,當它們碰到不同介質的邊界時將會發生反射現象或者透射現象,也因此,超聲波能夠反映出試樣中的裂縫、孔隙率、內含物及一些其它間斷點的相關信息。超聲換能器的頻率和孔徑決定著光束的直徑和光束傳播特征,而這些特征又會影響到其檢測缺陷的能力及可檢測缺陷的尺寸范圍。
 
為了得到嚴格的光束直徑和焦區(有利于更精確的定義缺陷的邊界處),可以利用一個固定的鏡頭進行機械聚焦(傳統的超聲波探傷法)或者采用電子對焦(超聲相控陣無損檢測技術)。實際選擇哪種檢測技術往往需要綜合缺陷檢測速度、缺陷大小、工作量和文件規定等多方面因素進行考慮。
 
實心棒材通常需要檢測裂縫、孔洞和夾雜物。電阻焊和電弧焊的管材一般需要利用超聲檢測其中的焊接缺陷和未焊透、氣孔、夾雜物等。相關標準、規范及客戶需求都應根據相關產品的最終用途、缺陷位置、缺陷數量及尺寸大小和不同的可接受水平來進行制定和調整。一般用于交通運輸裝置、發電機設備、液體/氣體容器等的材料較沒有特殊安全要求的消費商品而言,通常需要更加嚴格的檢測。
 
使用超聲波探傷儀檢測金屬棒材中的環形開裂、鋸齒形裂紋等缺陷

傳統的手工檢測
 
便攜式超聲波探傷儀搭配一個手提式換能器就是一種傳統的人工檢測方法,這是一種非常簡單、廉價的檢測技術。其操作過程就是檢測員在實驗樣品周圍移動換能器的同時監測波形顯示圖。棒材測試通常需要用到直探頭和斜探頭從三個方向進行,直射波束和斜射波束的目的就是讓聲波呈直線形式或者以一定傾斜角度進入試樣中,有利于優化缺陷檢測的效果。對棒材檢測的第一步是:將換能器器耦合到棒狀試樣的尾端,并識別從遠端傳來的回波。先于遠端回波傳來的回波信號及中途返回的回波信號都表明材料內部可能含有環形開裂、V型裂紋或者孔隙等。隨后將換能器耦合到試樣的側面,在掃描材料周圍的同時沿著材料側面長度方向移動換能器,檢測到的內部回波或者遠側回波表明該材料內可能為層狀開裂等。最后,可以利用一個斜探頭在試樣周圍沿著試樣長度方向進行掃描,以檢測材料近表面的軸向缺陷或裂縫。上述的一些基本檢測原理和回波信號的解釋同樣適用于下面將會提到的自動化方法,自動化方法采用自動警報、部分標記和成像軟件來代替傳統的人工監測方法。
 
傳統的自動檢測
 
通常而言,手工檢測技術并不適合所有的產品檢測,因為對產品的全方位檢查及出具產品質量證明都需要耗費不少的時間。解決這個問題的方法之一就是采用自動超聲無損檢測技術。自動檢測技術可以一次性使用多個探頭,將試樣沿著探頭移動,或者將探測器在試樣周圍移動,能夠提高試樣材料的檢測速度和缺陷檢出率。焊接管材通常采用這種方法檢測其中的缺陷及未焊透。棒材通常采用多個檢查通道并行操作,其中一道光束直接針對棒材的中間部位以檢測是否含有層狀裂紋等缺陷;另一道光束主要針對材料的周圍部位,以一定的角度進入試樣,檢測材料的近表面缺陷;第三道光束軸向進入試樣,以檢測出周圍直線型缺陷。至于檢測光束的具體數量則取決于測試樣品的尺寸大小、掃描方式、缺陷分辨率的最低要求以及對工作量等因素。
 
相控陣自動檢測
 
使用自動相控陣體系對材料進行檢測具有進一步的優勢。與傳統的超聲檢測技術相比,超聲相控陣檢測技術的探頭尺寸通常更小,能夠檢測難以接近的部位,檢測速度更快,檢測靈活性更強,可以實現對復雜結構件和盲區位置缺陷的檢測。適用于棒材檢測的典型體系包含兩個或者更多的超聲相控陣探頭,分別從兩個不同方向上掃描旋轉的棒狀試樣。其中一個探頭掃描試樣材料的中心位置以檢測材料的中央缺陷,另外一個探頭掃描外側以檢測材料的徑向裂紋等。此外,超聲相控陣檢測技術還通常結合電磁掃描儀一起使用以檢測材料的近表面缺陷。
 
譯自:qualitymag
來源:材料與測試
譯者:vince

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