X射线和超声波检测法在碳石墨制品中的应用 李雷

发表时间:2019/7/19   来源:《新材料.新装饰》2019年3月上   作者:李雷
[导读] X射线探伤和超声波检测早己被人们用于工业产品的质量检测方向。随着科学技术的飞速发展,碳石墨制品广泛应用于国防科技、高新技术、航空航天等领域。为确保产品质量安全可靠,对产品质量要求也日趋严格,随之而来的
(国家石墨产品质量监督检验中心(黑龙江),黑龙江省 鸡西市 158100)
摘要:X射线探伤和超声波检测早己被人们用于工业产品的质量检测方向。随着科学技术的飞速发展,碳石墨制品广泛应用于国防科技、高新技术、航空航天等领域。为确保产品质量安全可靠,对产品质量要求也日趋严格,随之而来的碳石墨制品无损检测工作也就摆在了产品质量检测人员面前。通过X射线和超声波检测两种无损检测法,在碳石墨制品质量检测过程中的应用试验。
关键词:X射线;超声波;检测碳

 
        随着科学技术的发展,我国航空航天、国防军工、高科技等领域大量应用碳石墨制品,为确保产品质量及安全性能也提出了严格要求。有关碳石墨制品使用单位开始了对其制品的X射线无损检测。如电机电刷填塞情况的内部情况检测、石墨块内部裂纹、孔洞、夹杂等缺陷检测。
        一、碳石墨制品中X射线探伤
        X射线探伤法主要使用X射线探伤机进行检测,方法分拍片法、电视观察法两种。X射线探伤原理是用X射线能穿透物质这一特性,把穿透的射线强度记录下来,从中得到制品内部的结构影像,用以判断制品内部质量。X射线探伤中X射线通过物质时会产生衰减,衰减形式主要分两种:吸收和散射;其中吸收起着主要作用。吸收是一种能量转换现象,而散射则是一种传播方向的改变其本质不变。要想得到高质量的检测结果,我们还要了解被检材质和x射线的相互关系。石墨材料是非金属材料,而且晶粒粗大。碳的原子序数仅为6,碳制品的体积密度在1.59/cm3左右,与钢铁比较仅为钢铁的1/3至1/4。由于线吸收系数与物质密度,原子序数有密切关系,该材料对X射线波长较长的软射线吸收系数较大。
 
        通过公式可知,对于X射线波长较短的硬射线则散射系数值明显增大。然而碳石墨这种材料随着厚度增加散射系数再度增大。对材料内部缺陷和材料相邻边界透过射线的强度比则明显减弱,尤其是材料厚度较大时更加显著。因此,碳石墨材料在选用X射线检测时拍片法的照片衬度较小、分辨率弱、清晰度差、灵敏度低。但对超出尺寸大厚度(400mm以上)石墨制品较难检测至无法检测。另外还有可能因为不正确或不适当的照相法操作,将不能在底片上记录到有关存在的缺陷信息等问题。
        1、X射线探伤用透度计。X射线探伤用透度计在探伤检测中是不可缺少的重要标尺。金属件检测时多半使用同材质或近似的金属丝透度计。但在碳石墨制品的X射线探伤时却不适用。最主要的是制做起来比较困难,使用中易损坏,不便保管。因此根据碳石墨的特性选用与检测材质相同或相近的材料制成沟槽式、横孔式、半球式和综合式透度计,又根据检测制品的不同规格和技术要求制定出规格型号。
 
        根据灵敏度公式得知,X射线在底片上出现透度计最小沟槽的深度是很重要的一个数据。所以在设计制作透度计时,各沟槽深度的制定和尺寸的递增都是较关键的。其它型式透度计也如此。
        2、设备的选择。在设备的选择上我们要根据碳石墨制品的X射线探伤特点。首先考虑经常被检测的制品探测厚度,检测技术要求和经费等情况来定。首先考虑到制品的探测厚度来选择适当电压、电流的X射线探伤机。从碳石墨制品有关探伤的试验情况看150mm以下厚度制品选用最高电压在160kV、300mm制品选用最高电压320kV的探伤设备。从碳石墨制品对X射线的吸收特性考虑,最好选用带有镀(Be)窗设备。从焦点的投射与几何不清晰度产生考虑要选择较小的焦点。根据检测方法和检测量考虑,一种是拍片法灵敏度较高但操作麻烦要求严格材料费用较高,适合单件检测不适用批量检测。另一种是电视观察法,适用于批量检测,对制品检测厚度或梯度变化的制品可较方便的观测检测和较好的记录及对缺陷几何尺寸的测量,但灵敏度较低于拍片法。根据制品的搬运情况还可选择便携式现场检测和固定式定点检测。
        二、碳石墨制品中超声波检测
        超声波检测法的特点是设备简单、使用灵活、便于携带,适用于现场操作和大规格制品的内部质量检测,检测费用低,检测灵敏度高。工业用超声波是依靠人耳感受不到2000Hz以上超声振动在介质中的传播过程的发射与接收来实现检测工作。超声波又分纵波、横波、表面波等波形,但在碳石墨制品中一般采用纵波检测。纵波是振源施加于介质质点上的作用力使质点传播波动的方向与质点振动方向一致时的振动波。纵波的产生是由弹性介质受到交变拉伸与压缩应变,亦即产生疏密相间的纵向振动。此振动作用相邻介质质点遂产生了纵波。碳石墨制品主要以粉末颗粒组合而成,属非金属固体材质。主要受检缺陷为内部裂纹、气孔、夹杂等,所以符合超声波无损检测条件。超声波检测应用到高纯石墨块、高功率电极、碳板电解槽等较大规格制品中,对相关工序间的产品质量控制是有益的。对于内部缺陷较严重的制品,可控制向下道工序流放,既可保证产品质量又节约了不必要的能耗,减少下道工序废品率。
        1、超声波检测碳石墨制品的特性。超声波在碳石墨制品中的声速变化很大,引起声速变化的原因较多,其主要原因是制品成份的组成变化,压制,焙烧,石墨化等工序的变化。另外碳石墨制品中的超声衰减相当大,一般为钢铁的几倍至几十倍,衰减的变化同样是受工艺变化因素影响。从压制后生坯、焙烧、石墨化各工序依次衰减,如生坯衰减为零,石墨化后就可衰减到40~50分贝。
        超声波波长的变化也直接影响检测效果,波长越长,其穿透能力越大。但相应的探伤灵敏度就降低,这是由于小的缺陷能让声波绕过去,而不易被发现的缘故。这也是低频探伤中难以克服的矛盾。应选用波长与被检验材料的晶粒度有适当的比例。对超声波检测而言.在选择适当的频率方面增加了障碍,同时也较难利用反射波的大小或借助试块衰减器来进行缺陷的当量分析。
        超声波在传播过程中碰到制品中的粗晶粒都会产生反射波,其结果在荧光屏上出现杂波,由此可能掩盖了小的缺陷信号的显示。在检测大规格弧型检验面的制品时如大直径电极,会产生曲面反射波和游动讯号及底波的连续波、丛连续的反射信号。在实际检测工作中耦合介质的使用也是一个重要问题。如对碳石墨制品成品使用油、玻璃水等做耦合介质,在不同程度上会对制品造成污染,要想彻底清除残留介质很困难。如采用水做耦合介质还要考虑烘干问题。
        2、超声波的检测设备。为解决碳石墨材料的超声波无损检测,国内有关单位曾经研制过一台石墨超声波探伤仪OSTSO-6型。该仪器采用了多探头多角度旋转换能器及具有缺陷图相记录装置,但是经试用仍因存在仪器灵敏度低,换能器扩散角度大和定量性能差等问题,使用尚不太理想。后来有人试用过S-2B超声波探伤仪超声波检测仪。对受检制品检测面进行表面处理,结果在150mm深度发现大约2mm的气孔。超声波检测对于仪器要求必须具有较强的发射功率,较低的工作频率,较高的信噪比以及采用多角度、脉冲宽度较窄的探头或聚焦探头等较适合于碳石墨材质的超声波检测。另外还要求仪器能进行自动探伤、自动报警及自动记录定位和具有较为可靠的缺陷定量装置。目前国内还没有这方面的专用仪器,有待今后的研制开发。不然今后会影响到相关行业的发展,以及研制新产品的能力和保证产品使用的可靠性。
        结束语:
        通过X射线和超声波检测法在碳石墨制品的检测中各有优缺点。同时也形成了互补的趋势,可根据自己的产品质量要求选择检测方法,再根据产品材质等特性试验出自己的检测技术标准,可得到满意效果。
参考文献
[1]左建国.分离谱法处理粗晶材料超声信号的截止频率算法[J].无损检测,2016.36.
[2]李平,陈锐.石墨制品的超声波无损检测技术[J].炭素,2017,(4):32—36.
[3]李平,陆玉峻.X射线和超声波检测法在碳石墨制品中的应用[J].无损探伤,2016,3:1--5
 
 
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