超声波无损验桩（通用4篇）
超声波无损验桩 篇1
0 引言
随着液晶显示技术的快速发展, LCD的制造成本不断降低, 目前正逐步取代传统的CRT显示屏, 广泛应用于电脑、电视、手机等各类显示设备中[1,2]。据统计, 仅2010年全球大尺寸TFT液晶面板的出货量就达6.65亿片, 2011年全球的LCD产品中, 液晶电视面板的总出货量就达到2.1亿片。
一方面, LCD一般用于更新换代较快的电子产品, 常在使用寿命尚未终结时即被废弃, 会产生大量废弃的LCD面板, 因此, 亟待寻找一种有效的资源回收方法;另一方面, 由于液晶面板制造工艺复杂, 从而导致生产良品率低, 且全球的液晶玻璃基板生产技术长期以来一直被美国和日本的少数几家企业所垄断, 因此, 对于次品面板特别是大尺寸次品面板, 亟待寻找一种有效的无损分离方法, 对玻璃基板进行重新利用, 从而降低液晶面板生产成本。
近年来, 国内外学者对LCD面板玻璃的回收利用已经做了一些研究。日本SHARP公司将废弃的液晶面板玻璃破碎后作为硅石的替代材料[3];德国VICOR公司将玻璃基板破碎后对其进行筛选回收[3];高雄大学的研究表明, 向混凝土中添加20%的废玻璃基板粉末, 可以显著提高混凝土的性能指标[4,5];宜兰大学的研究者将废玻璃基板用作添加料制成生态砖和生态陶瓷, 这样的生态砖和生态陶瓷具有吸水率低和耐压强度高等优点[6,7,8];韩国全北国立大学的研究者将废液晶玻璃基板的粉末与水泥、Ca (OH) 2以不同的质量比在高温下融合, 测定了混合水泥的物理特性[9];清华大学研究者先用高温分离出偏振片, 再将玻璃基板粉碎, 然后用超声波清洗去除液晶, 最后用混合酸溶解ITO (氧化铟锡) 中的铟[10]。上述研究主要针对废弃不用的液晶面板, 多通过破碎的方式对玻璃基板进行回收利用。而本文主要针对废弃液晶面板中没有机械损伤的面板或生产过程中产生的次品面板, 对玻璃基板的高效无损分离进行探索, 提出基于超声波的高效无损分离方法, 为玻璃基板的再重用提供技术支持。
1 LCD面板的组成
LCD面板主要由中间封有液晶的两块玻璃基板 (CF层和TFT层) 构成, 其中两块玻璃基板的四周通过封框胶进行粘接。图1为LCD面板的结构示意图, 在上玻璃基板 (CF层) 的下表面附着有彩色滤光膜和透明电极;在下玻璃基板 (TFT层) 的上表面附着有信号电极、扫描电极和透明电极, 透明电极的主要成分为ITO。LCD玻璃基板的化学组成与普通玻璃差别很大, 其耐热性、化学稳定性和机械性能都比普通玻璃强很多。
2 LCD面板玻璃封框胶的化学溶解特性实验
将从液晶显示器上拆下来的液晶显示屏裁剪成若干3cm×3cm的矩形小块, 选择带有封框胶的小块玻璃基板7片, 分别放入丙酮、乙酸乙酯、正己烷、松香水、0.5mol/L的盐酸+硝酸溶液 (体积比3∶1) 、0.5mol/L的NaOH溶液以及0.5mol/L的KOH溶液中, 分别测试有机溶剂、无机酸类溶剂和无机碱类溶剂对LCD面板玻璃封框胶的溶解特性, 在室温状态下得到的结果如表1所示。
可以看出有机溶剂和酸性溶剂的溶解效果很差, 唯有NaOH和KOH的碱性溶剂对玻璃基板的分离有一定的效果, 其原因是玻璃基板的分离关键在于破坏封框胶中环氧树脂与固化剂发生一系列聚化反应组成的网状大分子结构[11], 在OH-作用下, 整个固化体系的结构发生变化, 分子结构破坏的原因是固化体系中极性基团-COO与OH-发生化学作用, 即水解反应[12,13], 但由于两块玻璃基板之间的缝隙很微小, 溶剂不能充分有效进入, 所以腐蚀封框胶中的固化体系的速度较慢, 不能较为快速地实现玻璃基板的无损分离。因此, 要想高效分离玻璃基板, 必须寻找一种有效的方法, 以加快溶剂的溶解腐蚀速度。
3 超声波作用下LCD面板玻璃的无损分离实验
3.1 超声波无损分离的原理
超声波无损分离LCD面板玻璃的原理是利用超声波的空穴作用, 由超声波发生器产生的高频振荡信号, 通过换能器转换成高频的机械振荡波而传播到溶剂中, 超声波在溶剂中疏密相间地向前辐射, 使溶剂流动而产生数以万计的微小气泡, 这些微小气泡 (空化核) 在声场的作用下产生振动, 当声压达到一定值时, 气泡迅速增长, 然后又突然闭合, 气泡闭合时产生冲击波, 在其周围产生约100MPa的压力, 使溶剂不停地处于流动状态, 从而能够高效地溶解封框胶、彩色滤光膜或ITO, 以实现LCD面板玻璃的无损分离。
3.2 上下玻璃基板的分离
将从液晶显示器上拆下来的整块LCD玻璃面板2块, 分别放入2台超声波清洗机 (工作频率为59kHz, 功率为500W) 中。其中的一台加入0.5mol/L的NaOH溶液, 另一台加入0.5mol/L的KOH溶液, 直至玻璃面板被溶液充分淹没。然后设定50℃、65℃、80℃三种不同的加热温度, 测试两种碱性溶液在超声振动状态下对LCD面板玻璃的分离效果, 如表2所示。
从表2可以看出, 在超声波的辅助作用下, 两种碱性溶液对上下玻璃基板的分离作用还是比较理想的。其中KOH溶液在80℃高温下对玻璃基板的分离效果最好, 30min后偏光膜完全脱落, 彩色滤光膜开始溶解, 1.5h后上下玻璃基板完全分开, 彩色滤光膜完全溶解。图4为上下玻璃基板分离效果图, 图5为未经处理和经过处理 (超声波作用下0.5mol/L的KOH溶液) 的上玻璃基板 (CF层) 的彩色滤光膜溶解微观形貌对比图。
3.3 上玻璃基板 (CF层) 表面ITO的去除
通过JSM-6490LV型扫描电子显微镜对上述分离后的上下玻璃基板表面进行仔细观察, 并对表面物质进行元素图谱分析。可以发现, 上玻璃基板 (CF层) 的表面已经完全不含铟 (In) 和锡 (Sn) 了, 下玻璃基板 (TFT层) 的表面仍含少量铟, 但不含锡。
表3所示为采用KOH溶液在超声波处理前后上玻璃基板表面中元素百分比值的对比, In的含量 (原子百分比) 由7.08%降为0, Sn的含量也由0.83%降到0。这主要是由于上玻璃基板的透明电极 (ITO) 不是直接蚀刻在玻璃基板上的, 而是涂在中间的彩色滤光膜上 (图1) , 而彩色滤光膜易被强碱所腐蚀, 在KOH溶液和超声波的作用下很快被溶解脱落 (但透明电极ITO并未被溶解) , 所以上玻璃基板的表面已经不含ITO了, 将其取出后用离子水进行清洗, 即可得到不含ITO镀层的上玻璃基板, 这样的玻璃基板经处理后可用于生产新的LCD面板。将最后所得KOH溶液进行过滤, 得到ITO的固态混合物, 与下玻璃基板一道准备在下道工序用加有MnO2的H2SO4溶液进行溶解, 此处过滤所得KOH溶液可以循环使用。
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3.4 下玻璃基板 (TFT层) 表面ITO的去除
至于下玻璃基板 (TFT层) , 透明电极 (ITO) 直接蚀刻在玻璃基板上, 碱性溶液虽不能溶解ITO (氧化铟锡) 中的In2O3, 但可溶解其中的SnO2, 导致下玻璃基板 (TFT层) 表面上Sn的含量 (原子百分比) 由0.07%降为0 (表4) , SnO2在溶解时带走了微量的In, 所以In的含量由0.70%降到了0.69% (表4) , 可见下玻璃基板中In2O3并未被去除。
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将下玻璃基板 (TFT层) 从KOH溶液取出, 用蒸馏水进行清洗, 然后采用添加MnO2粉末的H2SO4溶液 (0.2mol/L) 进行浸泡 (MnO2粉末与H2SO4溶液的质量比为1∶80) , 并辅以超声振动。在酸性条件下, MnO2和In的低价氧化物 (InO、In2O) 形成原电池, 促进InO和In2O的溶解, 使In+和In2+氧化成In3+, 最后生成了含有In3+的溶液[14]。
表5所示为采用H2SO4溶液处理前后, 下玻璃基板 (TFT层) 表面元素百分比值的对比, 可以看出In的含量 (原子百分比) 由0.69%降到0, 全部得到溶解。将处理后的下玻璃基板用离子水清洗, 得到不含ITO镀层的下玻璃基板, 即可经处理后用于生产新的LCD面板。
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3.5 金属铟的回收
将上述含有铟离子的溶液, 根据具体的pH值, 采用中和反应后得到含铟的盐, 利用锌条置换出稀贵金属铟, 再经电解和精炼即可获得高纯度的金属铟[15,16]。
4 LCD面板玻璃的回收工艺
结合上述无损分离实验及现有的LCD面板回收工艺, 总结出面板玻璃的回收工艺, 如图6所示。整个工艺包括两个部分:针对玻璃基板有机械损伤的废弃LCD屏, 面板玻璃已经无法重用, 可采用整体破碎的方法, 对其中的有价值材料分步进行回收;针对玻璃基板没有机械损伤的废弃LCD屏或生产过程中产生的次品LCD屏, 选择适当的溶剂, 借助于超声振动来实现上下玻璃基板的无损分离, 进而对玻璃基板进行重用, 在玻璃基板无损分离后通过用酸和碱溶液溶解ITO, 进而可以回收到稀贵金属铟, 能够最大程度实现资源的循环利用。
5 结语
针对大量废弃的LCD屏和生产企业产生的不良品, 本文提出了一种高效回收再利用玻璃基板的方法。在碱性溶液或酸性溶液的作用下, 辅助以超声振动, 可以有效地溶解上下玻璃基板之间的封框胶, 并可去除ITO镀层, 从而获得无损干净的上下玻璃基板, 为生产新的LCD屏提供廉价材料, 大大降低了生产成本, 对减少环境污染、发展循环经济具有重要意义。
超声波无损验桩 篇2
近年来, 全球制造业的竞争越来越激烈, 对于钢结构的焊接要求也越来越高, 要想在某些领域立足并占据领先地位, 必须确保企业的产品质量。在钢结构焊接质量检测中, 主要采用无损探伤技术, 无损探伤主要是超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤等多种探测方法相结合来进行检测, 大大地提高了检测的速度以及准确性。本文重点介绍超声波探伤在钢结构焊接中的应用, 以及如何对其存在的缺陷进行分析与预防。
2 超声波无损探伤方法的应用
由于超声波探伤探测距离大、深度深、探伤的装置小并且重量轻, 因此检测速度非常快。超声波探伤一般情况下不要求准确地给出缺陷的类型以及性质, 但是经过长期的实践后, 会根据这种声波来找到各种波线形成的规律, 然后结合焊接结构的类型以及材料类型, 来判定缺陷的严重程度。
(1) 初步探伤。在接到探伤任务时, 首先要了解图纸中对焊接质量的技术要求, 根据目前钢结构的验收标准来执行, 不能盲目操作。对这方面要掌握很多专业基础知识。对于要求的钢结构焊接质量等级一级时来评定等级二级的规划来操作, 做到100%的超声波探伤, 依次类推, 直到质量等级为三级标准时。在进行初步探伤时, 要密切关注示波屏上的所有回波信号, 一旦发现有超过评定线的回波时, 要做出标记, 为下一步的缺陷定量做准备。
(2) 精确探伤。精确探伤要做到精确, 采用的方法还是一样, 只是放慢速度, 仔细检测, 防止漏测。对于第一次测出的缺陷这一次也要再检测, 找出真正缺陷的最高回波数, 做好记录, 方便改进。在探伤的时候要时刻注意, 探伤比例是按照每条焊缝长度的百分数来计算的。对于那些局部探伤的焊缝, 如果有允许出现的缺陷时应该在该缺陷两端的部位增加探伤长度, 而增加的长度不应该小于10%。在进行探伤时还要准确了解钢材结构的特点, 对每一次的缺陷能够做出相对精准的判断。
(3) 重复探伤。再一次的探伤是对前两次探伤的检查以及复核, 探测的方法基本一样, 因为经过了前面两次的探伤, 这一次的探伤应该速度放快, 也节省了时间和精力。
3 一般钢结构焊接所出现的缺陷、原因和对策
在所有的钢结构中, 焊接缺陷一般可以分为夹渣、未焊透、气孔、未熔合, 以及出现裂纹的情况。至今为止, 也没有一个比较好的方法能让超声波探伤做出精准且无误的评断。现在的探测也只是根据超声波缺陷反射的波形来综合分析, 得出一个相对精准的结果。
(1) 出现夹渣。在钢结构焊接中, 肯定或多或少的会出现一些材料夹渣, 这就影响了钢材的质量以及焊接, 这些夹渣在超声波中通常以下述现象呈现:首先, 点状的夹渣会呈现像气孔类似的回波信号, 这时检测人员就会发现, 做下记录。其次, 若出现条状的夹渣, 就会显示锯齿状的波幅。最后, 如果有波形像树枝形状的, 那么各个方向的探测所作出的反射波幅是不一样的。
导致这类缺陷的原因一是在焊接的过程中, 焊接电流过小, 其速度又非常快, 导致一些夹渣还没有来得及飞走;二是金属的焊接成分不够纯净, 含有硫之类的成分。预防措施是正确使用焊接电流, 在焊接速度上放慢, 在焊前必须清理干净一些杂质。
(2) 没有焊透。在钢结构中也会时常出现这类问题, 通过超声波探测就会显示出来。遇到这类缺陷时, 波幅会比较高, 这种缺陷非常严重, 会导致裂纹产生, 产生这种情况的原因就是在焊接的过程中, 其焊接电流过小或者速度过快以及运条角度不正确导致的。为了预防这种缺陷时常会选择正确的焊接工艺来保证钢材焊接的质量, 以确保汽轮机正常运转, 提高生产能力。
(3) 焊接中出现气孔。超声波的波形随着气孔的大小而不同, 像一些单个的气孔, 其波形就比较稳定而且是单缝的。由于探测的方向不同, 会导致结果不同, 所以需要来回几次探测, 以减少失误。
产生气孔的原因如下:在手工焊接这些钢材时, 电流过大, 以及杂质没有清理干净, 或者是由于电压过高形成的。对于焊接面积的减少, 会降低了机械的运行效率, 影响工作的效率。预防这类缺陷的时候应该防止不相关的杂质存在钢结构中, 及时处理干净, 对于生锈的钢丝必须处理干净才能够使用, 并且在焊接时候选用合适的电压和电流以及速度。
(4) 焊接中出现裂纹。对于有过这方面经验的工作人员来说, 裂纹反映在超声中, 其波形比较宽, 而且高度很大。相对于其他的缺陷来说, 裂纹是危害最大的一种, 所以做好裂纹的防范工作尤其重要。裂纹产生的原因是:在焊接过程中, 受热不均匀, 在外力的作用下, 冷却速度又过快, 导致还没有完全合并在一起, 就出现了或小或大的裂纹。防止出现裂纹的方法是:在钢材的含量上采用少量的硫、锰来提高焊接缝隙的自由伸展度;采用先进的焊接技术来减少焊接裂纹。
(5) 焊接中出现未完全熔合的情况。在用超声波探测时, 未熔合缺陷反射波形较稳定, 然后在焊缝两侧探测时候, 有可能有一侧探测不到结果。若焊接的速度过快, 没有选择合适的焊接角度, 就会导致未完全熔合。预防措施是选择合适的角度以及正确的焊接方式, 电流要适当。
参考文献
[1]高金国, 王存义, 王玉.超声波无损探伤检测焊接质量研究[J].黑龙江科技信息, 2012 (31) :36-37.
[2]苗玲, 等.钢结构件焊接接头超声相控阵实际探伤条件的研讨[J].无损探伤, 2011 (3) :42-45.
[3]张绘春.论述超声波探伤在钢结构焊缝中的应用[J].城市建设理论研究, 2012 (21) :56-58.
超声波无损验桩 篇3
1 超声波的基本原理
可闻声波由物体振动产生, 人们可以听见, 频率范围在20HZ~20000HZ, 低于20HZ的是次声波, 高于20000HZ的就是超声波。它的原理是通过扰动源激发超声波, 其在弹性介质中传播, 由于超声波的传播速度与介质的密度、弹性特质以及环境条件有关, 当超声波在有一个以上界面中传播时, 超声波会在这些界面上出现多次反复的折射与反射现象;同时超声波在介质中传播时, 由于传播距离的增加以及介质吸收能量, 使得超声波的强度衰减, 利用超声波传感器将机械能与电能转化的信号显示出来, 从而实现对所测量物体内部的观察, 由于超声波无损探伤具有准确率高、适用性强、应用方便、易自动化等优点, 其被广泛应用在医疗、家电、工业检测等领域, 我们重点介绍其在钢管无损检测中的应用。
2 超声波的谐振模式和频射特性
2.1 超声波的谐振模式
在不同的结构探头激励下, 可以激发出两种不同的导波谐振模式, 分别是轴对称和非轴对称模式。
将探头以环状形式摆放在管子的外面, 便可得到轴对称谐振模式的导波, 此种模式激发较容易;由于在探头外面的管子都保持其平面不变, 同时绕着中心旋转, 其激发出的轴对称模式保持原样, 当把探头放到管子中时, 便可在管内激发出轴对称的的纵向谐振模式的导波;同时利用其他方法在管壁内产生间隔相同的导波也可以形成谐振模式, 这种模式只能在纵向进行压缩和伸展运动, 不能在横向进行移动。当把超声波探头斜向放置在管子里面时就会激发出非对称谐振模式的导波, 它的形式通常为双螺旋形式, 双螺旋形式的导波从探头处向管子两边散开, 到达尽头后聚拢之后再散开, 以此方式在管子中传播。
2.2 导波的频射特性
如果把被测物体看成是弹性均匀介质, 则各种类型的波就会在里面以恒定的速度传播, 只有介质本身材料影响反射波的速度, 当超声波以斜向打入同性管中时, 由于管子表面的反射作用, 使得机械振动在管中传播, 由于反射波径向运动和轴向运动合成, 从而使超声波在管内传播形成导波。
超声波频射的特征之一就是会随相速度的频率不同而变化, 由于脉冲是由多个频率不同的谐波组成的, 各个整个脉冲的群速度不等于单个谐波的相速度, 导波以群速度向前传播, 而相速度则由于各谐波频率不同而有所改变。
在实际测量当中, 导波速度还受到管材的规格尺寸以及声学性质等因素的影响, 使得频散曲线不同, 这会给实测应用带来很大不便, 通过加强探头设计以及合理选择导波模式, 从而解决实际探伤中遇到的问题。
3 超声波无损探伤方法
超声波无损探伤技术是目前应用非常广泛的一种无损探伤检测手段。它既可以用来检测物体表面的缺陷, 又可以探测到物体内部几米深的缺陷, 而这是其他检测手段所无法达到的深度。超声波无损探伤技术具有灵敏度高、周期短、灵活方便、成本低、效率高, 并且对人体不产生不良影响等优点, 但同时其也具有不少缺点, 例如需要富有工作经验的技术人员操作, 要求被测物体表现平整光滑, 对被测物体的损伤类型没有明确的显示, 需要工作人员根据经验判断。不过它适用于厚度尺寸比较大的物体检测。
目前可以应用超生波探伤进行无损检测的方法主要有以下几种: (表1)
超声波探伤的方法有很多种, 常用的一般使脉冲反射法。由于物体内部有缺陷, 会使物体材料内部不连续, 当脉冲传播到不连续处时, 由于不连续处的声阻抗的不一致, 而脉冲会在两个声阻抗不一致的地方发生反射现象, 同时超声波反射回来的能量大小和方向与交界面处的取向大小有关。由这一原理就可以设计出脉冲反射式超声波探伤仪。
目前所用的脉冲反射式超声波探伤仪大多是A扫描方式, 显示器纵坐标显示的是反射波的幅值, 而横坐标显示的是超声波在物体传播的距离或是时间。当一个钢管物件中存在缺陷时, 会在钢管材料与缺陷之间形成一个介质不同的界面, 当超声波传递到交界面时, 由于两物质的声阻抗不同, 会使超声波发生反射, 从而使反射回来的能量被接收器接收到, 在显示器上显示出反射波的波形, 由于反射波的形状和高度不相同, 从而反映了缺陷的不同性质。
4 超声波无损探伤在钢管检测中的应用
4.1 试块设计
现行的技术标准和规范要求在采用无损检测时要有人工参照反射物的标准试件用来检查探测仪的灵敏度。超声波的探伤参照物一般是采用各种不同尺寸和形状的人工刻槽。因此由无缝钢管可能出现的缺陷类型, 设计出参考试块, 在试块的内外壁上制成缺陷形成人工反射体, 这些试块都是从待检测的钢管工件上取得, 作为评价缺陷的类型以及用于调节探伤灵敏度。
4.2 检测方法
开始检测时, 将钢管外面的放置探头处的油漆和氧化膜去除掉, 用来使探头和钢管能够更好的接触。对于无缝钢管, 当导波入射到有裂缝等危险缺陷时, 反射的波信号会十分强烈, 显示的波形十分陡峭尖锐, 而当钢管内外壁有腐蚀性缺陷时, 它的反射波显示的波形比较缓和, 因此对于不同类型的缺陷是很容易区分开来的。
4.3 实测结果
实际检测时选取三十根无缝管材进行测试, 利用制成的人工反射参照体调节仪器和探头的灵敏度, 测试中根据相关技术规范要求, 测试三十根管材时, 发现存在缺陷管材时认定为不合格, 同时将不合格管材进行解剖以证实缺陷确实存在。超声波无损探伤与其他方法相比具有速度快的优点, 每次只需将探头接触一次管材即可完成测试, 同时应用方便灵敏, 其精度不受管材上覆盖的杂物影响, 能够发现一些其他检测方法所发现不了的缺陷, 如凹坑大面积腐蚀等。
5 结语
超声波无损探伤技术具有多种优点, 能够一次性测量长距离物件, 效率高, 现场操作简单快速, 所用时间短同时代价较低, 检测过程不受管材上覆盖的杂物影响, 具有很强的实用性, 目前已成为无损检测的主要热门手段, 但不可否认, 该种检测手段还存在缺陷, 不能够直观的显示缺陷, 对其成像技术的的应用还不是很成熟, 使其的应用造成了一定的局限, 因此未来的发展方向应该向信号处理、图像成型等方向发展, 使其技术更加成熟。
摘要：随着无缝钢管应用的广泛性, 对其质量要求也越来越高, 通过超声波无损检测技术可有效对无缝钢管缺陷进行检测。本文主要介绍了超声波激发的原理, 同时介绍了超声波无损探伤技术具有的准确率高、适用性强、应用方便、易自动化等优点, 着重介绍了超声波的特性和在钢管无损探伤中的应用。
关键词：超声波,无损探伤,无缝钢管
参考文献
[1]孟立凡.传感器原理及应用.北京:国防工业出版社, 2005
[2]刘伟.传感器原理及实用技术.北京:电子工业出版社, 2006
超声波无损验桩 篇4
1 数字超声波探伤仪探伤的原理
数字超声波探伤仪探伤的原理我们可以认为是通过特定的干扰源激发超声波, 使其在弹性介质中传播, 其传播速度主要和介质的本身的一些性质有关, 如介质自身的密度、弹性特质以及环境条件等因素有关, 因而当超声波会在诸多界面上出现多次反复的折射与反射现象。通过这种折射和反射的现象可以检测出无缝钢管是不是存在多个界面, 即无缝钢管是不是存在某些缺陷。
2 超声波无损探伤方法
资料显示, 超声波无损探伤技术存在很多种探伤方法。其中最常用的一种方法叫做脉冲反射法。由于待检测的物体内部多多少少会存在有缺陷, 会使物体内部表面不光滑不平整不连续, 因此当用脉冲反射法进行检测时, 脉冲传播到不连续处时会产生相对不同的声阻, 而脉冲则会在两个声阻不一致的地方产生反射的现象, 同时超声波反射回来的能量方向和大小都与交界面处的取向大小相互关联。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这一原理被设计出来的。超声波无损探伤方法还有以下几种缺陷定量法、裂纹检测法以及损伤、裂化等评价方法。
3 超声波的谐振模式和频射特性
3.1 超声波无损检测技术的谐振模式
通过结构不同的探头的激发, 可以发射出轴对称和非轴对称这两种不同的导波谐振模式。在管子的外面将探头以环状形式进行摆放, 可得到一种激发较容易的模式即为轴对称谐振模式的导波;如果想得到轴对称的纵向谐振模式的导波, 就必须把探头放到管子中间去, 因处于探头之外的管子始终保持其平面稳定不变, 同时绕着中心旋转就可以出现激发出的轴对称模式;利用不同的方法在管壁内产生间隔一致的导波形成的谐振模式只能在纵向进行伸展和压缩运动, 不能在横向进行挪动。非对称谐振模式导波的出现是因为超声波探头在管子内部倾斜放置的原因, 它一般以双螺旋形式出现, 此种形式的导波是由探头处向管子两边散开的, 到达尽头后再聚拢再散开, 以这样的一种方式在管子中传播。
3.2 超声波无损探伤导波的频射特性
假设我们要检测的所有物体均为弹性均匀介质, 那么波将会以恒定的速度在管子内部进行传播, 因此只有介质本身的材料可以影响反射波的速度。当超声波斜向进入同性管中时, 由于管子表面的反射作用, 使得机械振动在管中不断的传播, 由于反射波的轴向运动和径向运动的合成, 从而促使超声波可以在管内形成导波。
4 无缝钢管中的常见缺陷
无缝钢管中常见的缺陷主要是指管坯中常见的缺陷, 主要表现在管坯的表面质量。管坯的表面质量不允许存在肉眼可见的结疤, 不允许存在重皮, 不允许存在气孔或者针孔, 不允许存在凹坑和沟槽, 不允许管坯耳子的存在。
5 小口径和大口径钢管的探伤方法
5.1 大口径钢管的探伤方法
大口径的探伤过程中主要采用的是脉冲反射法。在检测过程中, 仪器产生多个高压脉冲, 脉冲通过耦合剂和晶体以期渗透到被检测的材料当中, 当被检测材料中存在缺陷或者内部材质出现凹陷不连续等状况时, 进而影响原有超声波的回波路线, 造成回波时间的差异, 仪器反馈的回波时间和声速进行处理, 就可以找到缺陷的具体位置, 实现缺陷的自动检测。将检测仪器的两个探头 (规格为5P9×9K2.5) 分别放置在要探测部分钢管的两侧, 垂直于探测部分前后移动探头, 同时沿着钢管的周向移动扫查, 记录结果。
5.2 小口径的钢管的探伤方法
由于其曲率半径很小, 选用接触法进行探伤往往会出现耦合不良、波束严重扩散等情况, 探伤的灵敏度严重降低, 因此, 在选择小口径的探伤方法时不建议采用接触法, 一般选择水浸聚焦探头利用横波束探伤。利用此种方法对小口径钢管进行探伤, 不仅可以快速准确的发现管材外表和近表面的缺陷同时还能发现隐藏在内部的不足, 因其声束的能量比较集中, 大大提高了检测的灵敏度和分辨率, 是小口径钢管检测中最佳的选择。另外在小孔径探伤的过程中, 对小口径的探伤我们一般选择点聚焦探头, 一般采用2.5~10MHz这个频率范围进行检测。
探测方法如下所示:1) 脉冲反射液浸探伤对管子逐根作两个相反圆周方向的螺旋式扫查。2) 应将内、外伤信号幅度调到显示屏满刻度 (或饱和值) 的50%~80%以上。内、外伤的波高应尽可能一致, 差值应不大于2d B。3) 扫查时螺距应小于等于1mm。
6 结果评定与检测报告
实际检测时选取了20个无缝缸筒进行检测, 利用专门制成的超声波无损探伤仪对这些钢筒进行检测, 用以探究该仪器是否适用于无缝钢管的探伤。在进行测试时, 发现缺陷的即为不合格产品, 我们需对其进行解剖, 观察超声波检测结果和解剖后我们看到的结果是不是大体一致。实验选择的产品为厚度22mm缸筒, 规格Φ217×22mm, 材料45钢, 粗机加工后检测, 选用仪器型号PXUT-320C, 耦合剂选择机油, 采用沿管壁周向扫查的扫查方式, 探头型号2.5P13×13K1。轧制面为检测面扫描线调节深度1∶1, 选用试块种类为60°1mm V型槽。使内圆面的标准沟槽最大反射高度为满刻度的80%, 表面补偿0d B, 选用检测标准为JB/T4730.3-2005, 检测比例100%, 验收标准JB/T4730.3-2005, 合格级别Ⅰ级。测试结果表明超声波可以检测到其他检测方法检测不到的大面积凹陷等情况。
7 结束语
虽然超声波无损探伤技术仍有很多不足如:要求操作的技术人员有丰富的经验, 要求被测物体的表面足够光滑和平整等。但是它的优点远远大于它的缺点, 它能检测到其他检测方法检测不到的凹陷, 这一点在无缝钢管的检测中是没有办法取代的。
参考文献
[1]孟立凡.传感器原理及应用.北京:国防工业出版社, 2010.
[2]陈文革, 魏劲松.超声无损检测的应用研究与发展[J].无损探伤, 2011.