Крепежные детали в настоящее время широко используются в таких областях машиностроения, как машиностроение, строительство, мосты и нефтедобыча. Как основная единица крупногабаритных конструктивных элементов, многие крепежные детали будут иметь дефекты, такие как трещины, коррозия, ямки и искусственные повреждения во время работы, а дефекты трещин составляют очень большую долю и вред, что серьезно угрожает существующей конструкции. и безопасность и надежность организации.
Обнаружение трещин заключается в обнаружении и оценке механической структуры, чтобы определить, есть ли трещина, а затем для определения местоположения и степени трещины. С быстрым развитием современного машиностроения, электронных технологий и компьютерных технологий, технология неразрушающего контроля получила большое развитие, а также технология обнаружения трещин. В этой статье сначала представлены традиционные методы обнаружения трещин и на их основе обобщены современные неразрушающие методы обнаружения, основанные на вейвлет-анализе и электромагнитных (вихретоковых) импульсах, а также указаны горячие точки и направления развития методов обнаружения трещин в крепежных изделиях.
1. Традиционный метод обнаружения трещин
Существует множество традиционных методов обнаружения трещин, которые можно разделить на две категории: обычное обнаружение и нестандартное обнаружение. Обычные методы тестирования включают в себя вихретоковый контроль, пенетрантный контроль, испытание магнитными частицами, радиографический контроль и ультразвуковой контроль; Нетрадиционные методы тестирования включают акустическую эмиссию, инфракрасное тестирование и лазерное голографическое тестирование.
(1) Стандартные методы тестирования
В настоящее время для обычного простого обнаружения трещин в таких областях техники, как машиностроение, строительство и добыча нефти, используются обычные методы обнаружения. Для разных учреждений применяются разные методы проверки. Например, ультразвуковой контроль в основном используется для контроля металлических листов, труб и стержней, отливок, поковок и сварных швов, а также мостов, жилищных конструкций и других бетонных конструкций; радиографический контроль в основном используется для оборудования, обнаружения отливок и сварных швов в областях вооружения, судостроения, электроники, авиакосмической промышленности, нефтехимии и т.д .; магнитопорошковые испытания в основном используются для металлических отливок, поковок и сварных швов; Испытание магнитными частицами в основном используется для металлических отливок, поковок и сварных швов. Испытания на проницаемость в основном используются для отливок из цветных и черных металлов, поковок, деталей для сварки, деталей порошковой металлургии и керамики, пластмасс и изделий из стекла; Вихретоковый контроль в основном используется для обнаружения дефектов и испытаний токопроводящих труб, стержней и проволоки. Сортировка материалов. Для обнаружения трещин в крепежных изделиях можно использовать ультразвуковой контроль и вихретоковый контроль. Например, при экспериментальном исследовании лучших параметров обнаружения вихревых токов для небольших трещин в крепежных изделиях был получен участок с наилучшими параметрами обнаружения, в котором параметры обнаружения вихретоковых небольших трещин и фазовый сигнал являются линейными, что может улучшить обнаружение. точность небольших трещин в стержнях и внешний вид. Выбор параметров вихретокового контроля крепежа играет важную руководящую роль. Однако обнаружение вихревых токов имеет множество факторов помех и требует специальной технологии обработки сигналов. Кроме того, существует метод обнаружения трещин в структуре энергетического спектра распространения волны Лэмба, который имеет характеристики сильной проникающей способности, высокой чувствительности, быстроты и удобства, но иногда возникают слепые зоны, возникают засоры и не могут быть обнаружены трещины на коротких расстояниях. Качественно и количественно охарактеризовать обнаруженные дефекты затруднительно. Для большинства крепежных изделий используются методы обнаружения магнитных частиц и флуоресцентной дефектоскопии. Эффективность обнаружения относительно высока, но это требует трудовых и материальных ресурсов и наносит вред здоровью людей. При этом из-за человеческого фактора часто бывают пропуски проверок.
(2) Нетрадиционные методы обнаружения
При испытании крепежных изделий на трещины, если обычные методы испытаний не достигают требуемой цели, можно рассмотреть нестандартные методы испытаний. Вот три обычно используемых нестандартных метода обнаружения трещин.
1) Технология акустической эмиссии. Эта технология является наиболее зрелой для обнаружения трещин в оборудовании, работающем под давлением. Он достиг идеальных результатов при оценке безопасности сосудов под давлением и напорных трубопроводов. Он также активно развивался в области обнаружения трещин в аэрокосмической отрасли, в композитных материалах и т. Д. Для диагностики трещин вращающегося оборудования была определенная степень развития, в основном в области обнаружения усталостных трещин во вращающихся валах, шестернях и трещинах подшипников. Преимущество акустической эмиссии в том, что это метод динамического обнаружения. Энергия, обнаруживаемая акустической эмиссией, исходит от самого тестируемого объекта, а не обеспечивается оборудованием неразрушающего контроля, например ультразвуковым или радиографическим. Обнаружение акустической эмиссии очень чувствительно к дефектам и может обнаруживать и оценивать состояние активных дефектов в конструкции в целом. Недостатком является то, что на обнаружение сильно влияет материал; на комнату обнаружения воздействуют электрические и механические помехи; точность позиционирования невысока, а идентификация трещин может дать лишь ограниченную информацию.
2) Инфракрасное обнаружение. В основном используется в энергетическом оборудовании, нефтехимическом оборудовании, обнаружении процессов механической обработки, обнаружении пожара, сортов сельскохозяйственных культур и неразрушающем обнаружении дефектов в материалах и компонентах. Преимущество инфракрасной технологии неразрушающего контроля заключается в том, что это технология бесконтактного контроля с высоким пространственным разрешением на большие расстояния, безопасная и надежная, безвредная для человеческого тела, высокая чувствительность, широкий диапазон обнаружения, высокая скорость и отсутствие ударов. на тестируемом объекте. Недостатком инфракрасного обнаружения является то, что чувствительность обнаружения связана с коэффициентом теплового излучения, поэтому на него влияет поверхность образца и фоновое излучение, а также размер и глубина залегания дефекта. Разрешение исходного образца для испытаний низкое, а форму и размер дефекта невозможно точно измерить. А расположение, интерпретация результатов теста более сложны, требуется эталонный образец, а оператор тестирования должен быть обучен.
3) Лазерное голографическое обнаружение. В основном используется для ячеистой структуры, проверки композитного материала, корпуса твердотопливного ракетного двигателя, изоляционного слоя, слоя покрытия и проверки дефектов границы раздела зерен топлива, проверки качества паяных соединений печатной платы и проверки усталостных трещин в корпусе под давлением и т. Д. Его преимущества - удобное обнаружение, высокая чувствительность, отсутствие особых требований к исследуемому объекту, количественный анализ дефектов. Недостатком является то, что глубоко скрытые дефекты расслоения могут быть обнаружены только тогда, когда площадь отслоения достаточно велика. Кроме того, лазерное голографическое обнаружение чаще всего выполняется в темном помещении, и требуются строгие меры по виброизоляции, что не способствует обнаружению на месте и имеет определенные ограничения.
2. Новая технология современного обнаружения трещин.
В связи с быстрым развитием науки и технологий, инженерные области, такие как машиностроение, строительство и добыча нефти, предъявляют все более высокие требования к обнаружению трещин. Поэтому появилось много новых технологий обнаружения трещин. Методы обнаружения трещин, основанные на обработке сигналов и электромагнитном (вихретоковом) импульсном неразрушающем контроле, являются новыми технологиями, широко используемыми в наше время.
(1) Метод обнаружения трещин на основе вейвлет-анализа.
С развитием технологии обработки сигналов появились методы обнаружения трещин, основанные на обработке сигналов, включая методы временной области, частотной области и частотной области, включая преобразование Фурье, кратковременное преобразование Фурье, распределение ВигнерВилля и преобразование Гильберта-Хуанга (HHT). , разделение слепых источников и т. д. Среди них наиболее представительным является метод вейвлет-анализа. Методы идентификации трещин непосредственно с использованием вейвлет-анализа можно разделить на два типа:
1) Метод анализа, основанный на отклике во временной области. Включая метод использования особых точек карты разложения во временной области, метод использования изменения вейвлет-коэффициентов и метод использования изменения энергии после вейвлет-разложения. Метод анализа, основанный на реакции во временной области, направлен на определение момента возникновения трещины.
2) Метод анализа, основанный на пространственном отклике. Он заключается в замене оси времени сигнала отклика во временной области осью пространственных координат пространственного положения и использовании отклика в пространственной области в качестве входных данных для вейвлет-анализа. На основе метода анализа отклика в пространственной области можно определить местоположение трещины. Сам по себе вейвлет-метод может судить только о времени, когда происходит повреждение или где оно происходит, и у первого есть больше применений. Если вы хотите идентифицировать небольшие трещины, вам необходимо комбинировать вейвлет с другими методами обнаружения трещин.
(2) Электромагнитный (вихретоковый) импульсный неразрушающий контроль
Электромагнитная технология сочетает в себе множество функций, таких как ультразвуковой контроль, вихретоковая визуализация, матричный вихретоковый контроль и импульсный вихретоковый контроль, чтобы сформировать новую современную технологию электромагнитных испытаний. Распространенные технологии обнаружения трещин включают в себя импульсный вихретоковый контроль, технологию импульсного вихретокового тепловидения, импульсный вихретоковый и электромагнитно-акустический преобразователь (EMAT) с двумя датчиками неразрушающего контроля и технологию тестирования магнитной памяти металла.
Импульсный вихревой ток использует импульсный ток для возбуждения катушки, анализа переходного сигнала отклика во временной области, вызванного детекторным зондом, и выбора пикового значения, времени перехода через нуль и пикового времени сигнала для количественного обнаружения трещины. Ян Биньфэн из Национального университета оборонных технологий и другие использовали эксперименты, чтобы доказать, что импульсный вихревой ток может количественно обнаруживать трещины разной глубины на образце всего за одно сканирование; некоторые исследователи используют альтернативную технологию гармонических катушек для обнаружения импульсных вихревых токов и используют собственное электрическое поле для проведения. Изменение формы электрического диполя, вносимое общим электрическим полем, выше, чем изменение в проводнике, измеренное с помощью датчик магнитного поля, и определяется плотность распределения электрического диполя в области трещины для обнаружения трещины.
Недостатком импульсного вихретокового сигнала является то, что на пиковое значение импульсного вихретокового сигнала легко влияют другие факторы (например, эффект отрыва), а способность обнаружения импульсного вихретокового зонда влияет на обнаружение трещин.
Все приборы для получения изображения с помощью импульсных вихретоковых изображений используют катушки в качестве датчиков контроля. Некоторые люди используют датчики Холла в качестве датчиков контроля. В последние годы приборы с суперквантовыми интерференциями начали применяться в области неразрушающего контроля. Использование технологии импульсного вихретокового тепловидения устраняет эффект отрыва при других обнаружениях и позволяет избежать искажения результатов визуализации.
Некоторые исследователи используют лазер YNG, похожий на гауссов луч, для проникновения через поверхность металлического листа, используя импульсный вихревой ток и технологию обнаружения электромагнитно-акустического преобразователя, чтобы идентифицировать трещину по внезапному изменению формы ультразвуковой волны или внезапному увеличению частоты. составляющая формы волны при облучении трещины лазером. .
3. Горячие точки исследования трещин
В настоящее время исследования по обнаружению трещин в крепежных изделиях основываются только на традиционных методах обнаружения. Для разработки технологии обнаружения и решения практических прикладных задач горячие точки выявления повреждений трещин в основном сосредоточены в следующих двух аспектах: один - учет неопределенности; метод статистической идентификации влияния; второй - выявление микротрещин в крепежных деталях.
При обнаружении повреждений трещин будет много неопределенностей, поэтому для решения проблемы идентификации системы предлагается метод статистического вывода. С быстрым развитием исследований по идентификации повреждений, исследования методов идентификации повреждений, основанных на теории вероятности и статистики, продолжали углубляться. В настоящее время основные исследовательские области применения этого метода - идентификация систем и распознавание образов.
Существуют методы обнаружения микротрещин в крепежных изделиях, такие как обнаружение микротрещин на основе технологии ИКТ и метод лазерного ультразвукового захвата на основе нагрева с помощью лазера для выявления микротрещин, но все они имеют свои ограничения. Например, ограничение обнаружения микротрещин на основе технологии ICT состоит в том, что значение серого в собранном изображении отличается от значения серого фона. Если значение серого не сильно отличается от значения серого фона, детали различить труднее. Качество изображения затрудняет получение изображений и в то же время предъявляет более высокие требования к постобработке изображений. Более того, когда программное обеспечение VG Studio MAX используется для извлечения микротрещин, необходимо извлечь пространство, содержащее все микротрещины, что является неопределенным. Основываясь на нагреве с помощью лазера, ограничение выявления микротрещин заключается в том, что операция более сложна и не может быть обнаружена в суровых условиях, поэтому ее еще предстоит разработать.
С постоянным развитием общества и экономики требования к методам обнаружения трещин в крепежных изделиях становятся все выше и выше. Он должен отвечать требованиям онлайн-обнаружения в реальном времени, высокой чувствительности, простоты управления и устойчивости к внешним помехам. Его можно использовать в суровых внешних условиях. Работа; быстро и точно определить местоположение, размер, ширину, глубину и тенденцию развития трещины; результат обнаружения может отображаться в режиме изображения и может быть проанализирован; он сочетает в себе высокую скорость обнаружения, высокую эффективность и интуитивно понятные результаты.
