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液浸法铝黄铜管检测生产线电磁超声改造
来源:互联网 luo | 许占显 广东环境保护工程职业学院
【分  类】 机械与建筑工程
【关 键 词】 电磁超声,液浸法,铝黄铜,无损检测
【来  源】 互联网
【收  录】 中文学术期刊网
正文:

  一、问题的提出

  某航空制造厂HAI 77-2A铝黄铜管属于薄壁小管径,其外径是Φ20.5±0.1mm,内径Φ17.5 0+0.2mm,根据国家标准多年来供方对每根管材进行涡流探伤,而该厂则采用水浸超声法对来料进行探伤复检[1]。目前,由于超声波探伤仪老旧,水浸探头匹配性差,水流循环系统损坏,自动进料、退料故障,传动系统磨损严重,系统震动大稳定性差,生产环境恶劣,并且缺乏探伤工艺,无法确保探伤的可靠性,难以满足现在生产实际的需要,急需对铝黄铜管检测生产线进行改造。

  二、电磁超声现状

  无损检测技术的发展已历经一个世纪,其重要性在全世界已得到公认。作为无损检测技术的一个新亮点,电磁超声(EMA)技术也越来越受到人们的青睐,它代表了超声检测的发展方向(无耦合),这一点在2000年第15届世界无损检测会议上得到了充分肯定。EMA技术在国际上是从1960年代末期开始崛起的,到了1970年代中后期开始迅速发展,英、美、俄、德、日都相继进行了声波的EMA理论与实验,从而大大扩展了EMA技术革新的应用范围,到了1970年代末西德Hosch钢厂研制出高分辨率的用于中厚板内部探伤及螺旋弹簧内部探伤的仪器设备,与此同时德国无损检测研究所也成功地研制并转产了火车轮动态EMA探伤装置。而到了1980年代初,英国、日本也先后研制成功了高温EMA探伤及测厚装置,进入21世纪,经过了近50年的不懈努力,EMA技术已逐步进入了工业应用阶段。其应用领域从最初的中厚板、火车轮检测及高温测厚,发展到焊缝检测、钢棒检测、钢管检测、铁路钢轨检测、复合材料检测等众多领域。 我们国家EMA技术的研究,是从1970年代开始的。主要代表是冶金钢铁研究总院张广纯教授等,经过30几年的深入研究与不断完善,从理论研究的水平看,与国际的EMA技术研究基本同步,而在实际应用方面的某些领域。我们与国外尚存在着一定的距离。但在钢管管体及管端的自动化探伤方面我们则走在了国际该领域的前列。

  三、改造内容

  1)更新超声波探伤仪。由目前的cst-26A模拟式探伤仪更新为具有记录、存储、打印功能的数字式超声波探伤仪。

  2)设计、更新超声换能器。由目前的水浸聚焦探头,更新为电磁超声换能器;超声波与管件耦合不再采用水浸方式,改为电磁非接触耦合方式。

  3)改造超声波耦合方式。去除水流循环系统,避免水温、水流不稳定和气泡对超声探伤的影响。

  4)改造管件进给方式。管件进给不再采用旋转式,改为直线传输方式。

  改造的关键问题包括:

  1)电磁换能器的设计与制作,以便产生合适的超声波波型;

  2)制定铝黄铜管检测工艺。调试仪器,研究、制定有效检测出铝黄铜管人工缺陷样件的工艺文件。

  通过更新超声波探伤仪,设计、加工制作电磁换能器,改进管件传输等方式,对来料进行复检达到精度A级标准(人工缺陷深度为壁厚的7%)。

  四、电磁超声技术原理与设备

  1)电磁超声检测特点

  电磁超声EMA技术较之液浸聚焦超声技术具有明显的优势[2-5],其特点是:

  (1)无需任何耦合剂。电磁超声换能器(EMAT)的能量转换,是在工作表面的趋肤层内直接进行的。因而可将趋肤层看成是压电晶片,由于趋肤层是工件的表面层,所以,电磁超声(EMA)所产生的超声波就不需要任何耦合介质。

  (2)灵活地产生各类波型。电磁超声换能器(EMAT)在检测过程中,在满足一定的激发条件时,则会产生表面波、横波和Lamb波。

  (3)、对被探工件表面质量要求不高。电磁超声换能器(EMAT)不需要与声波在其中传播的材料接触,就可向其发射和接收返回的超声波。因此对被探工件表面不要求特殊清理,较粗糙的表面也可直接探伤。

  (4)检测速度快。传统的压电超声的检测速度,一般都在10米/分钟左右(国产设备),而电磁超声换能器(EMAT)可达到40米/分钟,甚至更快。

  (5)声波传播距离远。电磁超声换能器(EMAT)在铝黄铜管或棒中激发的超声波,可绕工件传播几周甚至十几周。在进行铝黄铜管或棒的纵向缺陷检测时,探头与工件都不用旋转,使探伤设备的机械结构相对简单。

  (6)所用通道与探头的数量少。在实现同样功能的前提下,电磁超声(EMA)探伤设备所选用的通道数和探头数都少于压电超声。

  (7)发现自然缺陷的能力强。电磁超声换能器(EMAT)能准确发现管表面存在的裂纹、折叠、重皮、孔洞等缺陷。

  2)电磁超声技术[2-4]

  (1)电磁超声(EMA)技术。电磁超声(EMA)与传统的压电超声同属于超声范畴,它们的本质区别就在于换能器不同,也就是发射接收方式不同,压电超声换能器是靠压电晶片的压电效应,发射和接收超声波的,它的能量转换是在晶片上进行的。而电磁超声换能器(EMAT)则是靠电磁效应发射和接收超声波的。其能量转换则是在被测工件表面的趋肤层内直接进行的,所以它不需要任何耦合介质。

  (2) 电磁超声换能器(EMAT)的物理结构。高频线圈:用于产生高频激发磁场。磁铁:用来提供外加磁场,它可以是永久磁铁或直流电磁铁,也可以是交流电磁铁或脉冲电磁铁。工件:检测对象,它是EMAT的一部分。(简称EMAT三要素),但工件的材质必须具有导电性或铁磁性,或导电性和铁磁性都具有。

  (3)电磁超声换能器(EMAT基本原理)。作为一种超声发生器,它的基本原理是围绕着EMAT三要素展开的。当置于工件表面上的高频线圈通过高频电流时,它要在工件的趋肤层内产生涡流,(或感应磁场,相当于电动机的转子)此涡流在外加磁场(相当于电机定子磁场)的作用下,也会像电动机那样受到机械力的作用,而产生高频振动,形成了超声波波源。在接收超声波时,如同发电机的转子在定子的磁场中旋转,会在转子中产生感应电流一样,工件表面的振荡也会在外加磁场力的作用下,在高频线圈中感应出电压而被仪器接收。因此,存在于上述机制中的这些相互作用就构成了检测的全过程。

  涡流线圈贴于金属表面,磁铁如图1放置,此时金属内的磁力线平行干金属表面。当线圈内通过高频电流时,将在金属表面感应出涡流,且涡流平面与磁力线平行,在磁场作用下,涡流上将受一个力的作用。某一时刻的方向如图所示方向向上,半个周期后将受一个向下的力,这样,质点受交变力的作用,因此在作用力方向上产生一个弹性波。由干振动方向和波的传播方向一致,此波为超声纵波。

  图1 纵波的激发和接收

磁力线垂直于金属表面,当贴附于金属表面的涡流线圈通以交变电流时。将在金属表面感应出涡流,在外磁场作用下,涡流受力方向平行于金属表面。某一时刻的方向如图2所示。方向向右,半个周期后质点将受一个向左的力。这样,质点在交变力的作用下产生一个与作用力方向相垂直的弹性波。

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