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工程陶瓷微缺陷無損檢測技術(shù)原理剖析

作者:百檢網(wǎng) 時間:2021-06-10 來源:互聯(lián)網(wǎng)

  陶瓷因其優(yōu)良的性能被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。而工程陶瓷兼具陶瓷的高硬度、高耐磨性等物理屬性,同時還具有優(yōu)良的機械性能。目前,工程已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于航空航天等**領(lǐng)域。

  工程陶瓷制品加工工序復雜,每道工序都可能形成影響性能的缺陷, 因此,有必要采用高靈敏度的測試手段對陶瓷材料微缺陷進行全面檢測。

  無損檢測(NDT)在不改變被檢對象使用性能的前提下評價材料完整性和連續(xù)性,檢出固有缺陷及其形狀、位置和大小等信息,適于檢測加工效率低而成本高的工程陶瓷材料的缺陷情況。

  陶瓷材料常規(guī)無損檢測方法

  液體滲透檢測技術(shù)(PT)

  液體滲透檢測利用液體毛細管作用原理,能夠?qū)Χ喾N材料及其制件表面開口缺陷進行非破壞性檢查。可檢測出非多孔性、固相材料開口于表面之間斷。

  對均勻而致密的工程陶瓷材料,熒光或著色滲透方法能檢出開度小至1μm的氣孔、裂紋等表面缺陷,但對材料表面粗糙度和整潔度要求高,未經(jīng)預清洗或沾有污物的表面和空隙會產(chǎn)生附加背景,影響識別檢測結(jié)果。

  滲透檢測的基本原理:滲透檢測是基本與液體的毛細作用(或毛細現(xiàn)象)和固體染料在一定條件下的發(fā)光現(xiàn)象。

  滲透檢測的工作原理:滲透劑在毛細管作用下,滲入表面開口缺陷內(nèi);在去除工件表面多余的滲透劑后,通過顯象劑的毛細管作用將缺陷內(nèi)的滲透劑吸附到工件表面形成痕跡而顯示缺陷的存在。

  超聲檢測技術(shù)(UT)

  超聲檢測利用超聲波在彈性介質(zhì)中傳播,在界面產(chǎn)生反射、折射等特性來探測材料內(nèi)部或表面/亞表面缺陷。

  目前,國外開始將人工智能、激光技術(shù)、數(shù)字信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及斷裂力學知識與超聲檢測相結(jié)合,對陶瓷制品的強度和剩余壽命進行評估。

  超聲波工作的原理:主要是基于超聲波在試件中的傳播特性。

  a.聲源產(chǎn)生超聲波,采用一定的方式使超聲波進入試件;

  b.超聲波在試件中傳播并與試件材料以及其中的缺陷相互作用,使其傳播方向或特征被改變;

  c.改變后的超聲波通過檢測設(shè)備被接收,并可對其進行處理和分析;

  d.根據(jù)接收的超聲波的特征,評估試件本身及其內(nèi)部是否存在缺陷及缺陷的特性。

  超聲波技術(shù)在工程陶瓷材料無損檢測中的應(yīng)用:

  因為X射線源的大焦點、膠片顆粒度或熒光屏的雜斑等會導致圖像清晰度和對比度下降,限制了所得到的信息量。而微焦點技術(shù)可通過圖像投影放大獲得更多的圖像細節(jié)。

  微焦點X射線法能檢出陶瓷材料內(nèi)部小至10μm的裂紋,但裂紋延展方向應(yīng)與射線束方向一致。

  激光超聲檢測技術(shù)

  利用激光產(chǎn)生超聲波的方法可分為直接式和間接式兩大類。直接式是使激光與被測材料直接作用,通過熱彈性效應(yīng)或燒蝕作用等激發(fā)出超聲波;間接式則是利用被測材料周圍的其它物質(zhì)作為中介來產(chǎn)生超聲波。

  激光超聲以非接觸式激光干涉儀接收超聲波,能夠遠距離遙控操作并**抗干擾性,可精確檢測工程陶瓷材料表面缺陷位置和尺寸,對內(nèi)部裂紋及孔穴有較好的檢測效果。

  紅外熱成像檢測技術(shù)

  紅外檢測(infrared testing)基于熱輻射的普朗克定律,掃描工件外表面由于缺陷引起的溫度差異,從而測定表面或內(nèi)部缺陷位置。

  工程陶瓷材料需要經(jīng)過高溫燒結(jié)才能變得致密堅硬,紅外檢測技術(shù)能在粉體燒結(jié)階段對陶瓷質(zhì)量進行控制和分級篩選。在陶瓷無損檢測中利用紅外技術(shù)與掃描成像系統(tǒng)結(jié)合,可對氮化硅透平葉片進行缺陷檢查,發(fā)現(xiàn)表面約100μm的細小裂紋。

  紅外熱波檢測技術(shù)具有快速檢測陶瓷材料面積型缺陷的潛力,檢出微缺陷成功率高,應(yīng)用前景十分廣闊,但今后還需解決工件表面、背景輻射及缺陷大小和深度對檢測靈敏度影響的問題,相應(yīng)的溫度記錄曲線的解釋必須借助專業(yè)知識。

  聲發(fā)射檢測技術(shù)

  聲發(fā)射檢測(acoustic emission testing)通過接收陶瓷受應(yīng)力時工件內(nèi)部裂紋形成和生長發(fā)出的聲信號判斷聲發(fā)射源的位置信息和實時活動情況,主要用于在線監(jiān)測陶瓷材料內(nèi)部缺陷動態(tài)擴展過程,進行陶瓷壽命預測和質(zhì)量評估。

  與金屬材料不同,陶瓷材料運用聲發(fā)射檢測需要考慮聲信號的衰減,尤其是不同方向的聲發(fā)射信號衰減和聲速變化規(guī)律。材料缺陷大小會影響聲發(fā)射信號強弱,環(huán)境和檢測設(shè)備的噪聲也會對傳感器產(chǎn)生干擾,解決好這些問題便能為聲發(fā)射檢測帶來更好的發(fā)展。

  工業(yè)CT技術(shù)(ICT)

  工業(yè)CT利用高能射線掃描工件得到斷層投影數(shù)據(jù),經(jīng)圖像重建算法重建出斷層圖像,被譽為*佳的無損檢測手段。

  工業(yè)CT優(yōu)勢:

  空間和密度分辨率小于0.5%

  成像尺寸精度高

  不受工件材料種類和幾何形狀限制

  可生成材料缺陷的三維圖像

  工業(yè)CT的優(yōu)勢使得它在工程陶瓷的材料均勻性、結(jié)構(gòu)尺寸、整體微裂紋、異常大晶粒等缺陷檢測中具有*大的研究和應(yīng)用價值。

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