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工业铸件缺陷无损检测技术

   日期:2024-07-10     来源:自动化学报    浏览:115    评论:0    
核心提示:高端装备制造业是国民经济的支柱产业,是推动工业转型升级的引擎,发挥着举足轻重的作用。而铸造作为现代装备制造工业的基础共性

高端装备制造业是国民经济的支柱产业,是推动工业转型升级的引擎,发挥着举足轻重的作用。而铸造作为现代装备制造工业的基础共性技术之一,铸造产品被广泛运用在航空航天、工业船舶、机械电子和交通运输等国民经济各部门。


常规的铸造过程是将固态金属溶化为液态后,注入到特定形状的铸型进行填充,待其凝固成形。铸造技术有着六千多年的悠久历史。直至今天,伴随着现代工艺的发展以和国际市场的庞大需求,各行各业亟需高端铸件作为工作基础建设。我国是精密铸造制造大国,无论是铸件的年产量,还是从业人员、企业数量已经位居世界首位,且精密铸造零件占全球精密铸造通用零部件50 %以上。在全球铸造行业市场份额占比逐步扩大的同时,铸件质量问题成为了阻碍我国铸造行业发展的首要问题。


铸件表面和内部各类缺陷与复杂多变的铸造工艺过程和工件服役过程中的外作用力息息相关。不论是从技术管理角度还是从成本控制角度,分析缺陷与形成机理的因果关系的判断都显得十分重要。


铸件缺陷类型示意图


致命性缺陷往往会直接导致整个铸件报废。气孔类缺陷会引起其周围应力集中,降低铸件的抗冲击性和抗疲劳性。气孔还会降低铸件的气密性,致使某些要求处于强力、高速、高温等环境的铸件报废。大多数缺陷容易降低铸件本体的密封性、金属连续性,甚至会在使用期间造成断裂,引发难以估量的灾难。对于铸件的生产绩效来说,主要根据其质量、交货期和成本来对经济效益综合衡量。为了节约材料,提高经济效益,保障行业平稳发展,就更需要对铸件质量做全面核查。铸件缺陷检验是保障铸件正常运转的重要手段。如今传统的铸件缺陷检测方式是采用人工巡视检查的方法。但人工巡检方式时效长,风险高,划分标准难于统一。为了实时在线地获得铸件生产质量和疲劳程度信息,各种铸件无损检测方法应运而生。

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铸件无损检测技术


01常规超声检测技术

超声检测技术是指利用超声波对铸件内部宏观缺陷进行检查的一种主流无损探伤方法。其采用常规探头对准铸件待测位置的表面发射超声波,利用超声波在遇到两侧声阻抗有差异的界面时产生反射波的特性,进而分析不同反射信号传递到探头的声波信号和时间差,即可获得铸件内部缺陷信息。


超声波检测技术具有以下特点:
1)厚度较大的铸件无法采用X射线检测技术和涡流检测技术对其进行充分探测。基于超声波本身具有穿透能力强、能量衰减小的特性,足以对大厚度铸件的内部裂纹、夹杂类缺陷与孔洞类缺陷进行深度可达数米的检测、定位、评估和诊断;
2)超声波检测对人体无害,且不污染环境;
3)可对被测铸件进行高速、多角度探测,获取内部缺陷的位置、大小和形态等特征信息;


02相控阵超声检测技术

相控阵超声检测技术与常规超声不同的是,相控阵超声探头由多个独立的压电晶片排列构成阵列,并按照人为设定的延迟时间激发各晶片产生超声波,所有晶片响应叠加后形成新的波阵面。因此, 相控阵超声检测技术能实现可控的动态聚焦与相位偏转等多种相控效果, 可有效地检出铸件内部缺陷。



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多浦乐相控阵超声检测仪 Phascan Ⅱ


03全聚焦相控阵超声检测技术

铸件尺寸一般较大,相控阵超声波反射特性难表征,成像模糊。这是因为相控阵超声检测成像的所有帧都在一个恒定的深度上聚焦。位于聚焦区域之外的反射区域会显得模糊不清。全聚焦方法(Total focusing method, TFM)对此做出了良好改进。其依次激活单个阵元产生扩散角度大的超声波,并在所有阵元上接收反射信号,因此可以为聚焦区域内的任何位置生成高度清晰的图像。但是全聚焦激发的能量较小,对于超大厚度的铸件不太适用。


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多浦乐全聚焦相控阵超声检测仪 Novascan 64/128

资料来源:自动化学报      


 
 
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