殘余應(yīng)力或外載荷造成的應(yīng)力等是導(dǎo)致厚壁結(jié)構(gòu)失效的重要原因之一。無損應(yīng)力檢測技術(shù)是一項關(guān)鍵的工程手段,可實現(xiàn)對厚壁結(jié)構(gòu)和其他工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的評估,對保證厚壁結(jié)構(gòu)安全具有重要意義。
當前殘余應(yīng)力檢測技術(shù)中,超聲波法是最適合厚壁結(jié)構(gòu)檢測的方法,可分為壓電超聲、電磁超聲兩種類型。前期現(xiàn)場應(yīng)用主要采用壓電超聲進行應(yīng)力檢測,取得了一定的效果,但厚壁結(jié)構(gòu)表面必須要進行打磨(光潔度要求較高),同時涂抹耦合劑,導(dǎo)致壓電換能器對于惡劣的測試環(huán)境、不光潔的測試表面適用性差或成本較高,且打磨時存在安全隱患,因此在厚壁結(jié)構(gòu)表面有涂層、表面粗糙、現(xiàn)場不適宜打磨等工況下,需要采用更為可靠的應(yīng)力檢測技術(shù)。
電磁超聲檢測技術(shù)因其非接觸式檢測、可適用于惡劣環(huán)境的特點,使其相比壓電超聲具有較大優(yōu)勢,目前已在金屬測厚、探傷、應(yīng)力測量、高速和高溫檢測等領(lǐng)域中獲得應(yīng)用。
基于團隊的前期工作,已組織研發(fā)完成電磁超聲應(yīng)力檢測設(shè)備并在電力、軌道交通、管道等領(lǐng)域進行了驗證性應(yīng)用,獲得了大量穩(wěn)定、有效的測試數(shù)據(jù)。
圖1:電磁超聲多場景應(yīng)用
圖2:電磁超聲設(shè)備樣機
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電磁超聲相較于傳統(tǒng)的壓電超聲,主要有以下幾個優(yōu)點:
非接觸式檢測。電磁超聲的能量轉(zhuǎn)換是在試樣表面的集膚層內(nèi)進行的,可將集膚層看成是壓電晶片,由于集膚層是試樣的表面層,所以電磁超聲檢測不需要水或者其他介質(zhì)作為耦合劑。
對試樣表面狀態(tài)要求較低。試樣表面存在劃痕、油污、油漆或其他雜物時,經(jīng)簡單處理即可檢測,不需動火打磨,可減少作業(yè)坑開挖深度,節(jié)約開挖成本,提升作業(yè)安全性。
自由選擇波形模式。通過渦流和磁場方向不同形式的組合,可以激發(fā)各種類型的超聲波信號,在滿足一定的激勵條件下,電磁超聲可以產(chǎn)生表面波、體波和導(dǎo)波,且電磁超聲可在不改變探頭結(jié)構(gòu)下,通過調(diào)節(jié)電信號頻率,改變聲波的輻射角,實現(xiàn)波形模式的自由選擇;
檢測速度快。電磁超聲的檢測速度傳統(tǒng)的壓電超聲檢測速度的2-3倍。因此更適合于厚壁結(jié)構(gòu)現(xiàn)場的快速檢測。
本成果通過確定不同工況下電磁超聲應(yīng)力檢測的影響因素,開展電磁超聲應(yīng)力測試,驗證影響因素修正,提供厚壁結(jié)構(gòu)電磁超聲檢測技術(shù)工程規(guī)模化應(yīng)用實施方案及技術(shù)規(guī)范。
同時,電磁超聲還可以應(yīng)用于在線監(jiān)測、厚度測量、焊接質(zhì)量檢測、流量監(jiān)測、高溫測量、腐蝕檢測等多場景。
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