Gli elementi di fissaggio sono attualmente ampiamente utilizzati nei settori dell'ingegneria come macchinari, costruzioni, ponti e produzione di petrolio. Essendo l'unità di base di parti strutturali su larga scala, molti elementi di fissaggio presenteranno difetti come crepe, corrosione, cavità e danni causati dall'uomo durante il lavoro, e i difetti delle crepe rappresentano una proporzione molto ampia e la nocività, che minaccia seriamente la struttura esistente e la sicurezza e l'affidabilità dell'organizzazione.
Il rilevamento delle crepe consiste nel rilevare e valutare la struttura meccanica per determinare se è presente una crepa e quindi determinare la posizione e l'estensione della frattura. Con il rapido sviluppo della produzione di macchinari moderni, della tecnologia elettronica e informatica, la tecnologia dei test non distruttivi è stata notevolmente sviluppata e anche la tecnologia di rilevamento delle crepe è stata rapidamente sviluppata. Questo articolo introduce per la prima volta i metodi tradizionali di rilevamento delle crepe e, su questa base, riassume i moderni metodi di rilevamento non distruttivi basati sull'analisi wavelet e sugli impulsi elettromagnetici (correnti parassite) e indica i punti caldi e le direzioni dello sviluppo dei metodi di rilevamento delle crepe dei dispositivi di fissaggio.
1. Metodo tradizionale di rilevamento delle crepe
Esistono molti metodi tradizionali di rilevamento delle crepe, che possono essere suddivisi in due categorie: rilevamento convenzionale e rilevamento non convenzionale. I metodi di test convenzionali includono test a correnti parassite, test con penetrazione, test con particelle magnetiche, test radiografici e test a ultrasuoni; metodi di prova non convenzionali includono emissioni acustiche, test a infrarossi e test olografici laser.
(1) Metodi di verifica di routine
Attualmente, la semplice rilevazione generale delle crepe nei settori dell'ingegneria come i macchinari, l'edilizia e la produzione di petrolio utilizzano tutti metodi di rilevamento convenzionali. Diversi metodi di ispezione sono adottati per diverse istituzioni. Ad esempio, l'ispezione ad ultrasuoni viene utilizzata principalmente per l'ispezione di piastre metalliche, tubi e barre, getti, forgiati e saldature, nonché ponti, costruzioni di abitazioni e altre strutture in calcestruzzo; le ispezioni radiografiche sono principalmente utilizzate per macchinari, rilevamento di getti e saldature nei settori delle armi, cantieristica navale, elettronica, aerospaziale, petrolchimica, ecc .; Il test con particelle magnetiche viene utilizzato principalmente per getti in metallo, forgiati e saldature; Il test con particelle magnetiche viene utilizzato principalmente per getti di metalli, forgiati e saldature Il test di penetrazione è utilizzato principalmente per getti di metalli non ferrosi e ferrosi, pezzi fucinati, parti di saldatura, parti di metallurgia delle polveri e prodotti in ceramica, plastica e vetro; Il test a correnti parassite viene utilizzato principalmente per il rilevamento di difetti e il test di tubi, barre e cavi conduttivi. Smistamento dei materiali. Per il rilevamento delle crepe nei dispositivi di fissaggio, è possibile utilizzare test a ultrasuoni e test a correnti parassite. Ad esempio, nella ricerca sperimentale sui migliori parametri di rilevamento delle correnti parassite per piccole crepe negli elementi di fissaggio, è stata ottenuta la sezione dei migliori parametri di rilevamento in cui i parametri di rilevamento delle correnti parassite di piccole crepe e il segnale di fase sono lineari, che può migliorare la rilevazione accuratezza delle piccole crepe nelle barre e del tipo esterno La selezione dei parametri di prova delle correnti parassite dei dispositivi di fissaggio ha un ruolo guida importante. Tuttavia, il rilevamento delle correnti parassite ha molti fattori di interferenza e richiede una speciale tecnologia di elaborazione del segnale. Inoltre, esiste un metodo di rilevamento delle crepe nella struttura dello spettro energetico di propagazione delle onde di Lamb, che ha le caratteristiche di una forte capacità di penetrazione, alta sensibilità, veloce e conveniente, ma a volte si verificano aree cieche, si verificano blocchi e non è possibile trovare crepe a breve distanza. È difficile caratterizzare qualitativamente e quantitativamente i difetti riscontrati. Per la maggior parte dei dispositivi di fissaggio vengono utilizzati metodi di rilevamento di particelle magnetiche e di rilevamento di difetti fluorescenti. L'efficienza di rilevamento è relativamente alta, ma consuma manodopera e risorse materiali e danneggia la salute delle persone. Allo stesso tempo, a causa di fattori umani, ci sono spesso ispezioni mancate.
(2) Metodi di rilevamento non convenzionali
Quando si testano gli elementi di fissaggio per individuare eventuali crepe, se i metodi di prova convenzionali non riescono a raggiungere lo scopo richiesto, possono essere presi in considerazione metodi di prova non convenzionali. Di seguito sono riportati tre metodi di rilevamento delle crepe non convenzionali comunemente utilizzati.
1) Tecnologia di emissione acustica. Questa tecnologia è la più matura nel rilevamento delle crepe nelle apparecchiature a pressione. Ha ottenuto risultati ideali nella valutazione della sicurezza di recipienti a pressione e condutture a pressione. È stato anche vigorosamente sviluppato nel rilevamento di cricche di materiali aerospaziali, compositi, ecc. Per la diagnosi di cricche di macchine rotanti, c'è stato un certo grado di sviluppo principalmente nel rilevamento di cricche da fatica in alberi rotanti, ingranaggi e crepe nei cuscinetti. Il vantaggio dell'emissione acustica è che si tratta di un metodo di rilevamento dinamico. L'energia rilevata dall'emissione acustica proviene dall'oggetto stesso in prova, piuttosto che fornita da apparecchiature di prova non distruttive come le prove a ultrasuoni o radiografiche. Il rilevamento delle emissioni acustiche è molto sensibile ai difetti e può rilevare e valutare lo stato del difetto attivo nella struttura nel suo complesso. Lo svantaggio è che il rilevamento è fortemente influenzato dal materiale; la sala di rilevazione è interessata da rumore elettrico e rumore meccanico; la precisione di posizionamento non è elevata e l'identificazione delle crepe può fornire solo informazioni limitate.
2) Rilevamento a infrarossi. Utilizzato principalmente in apparecchiature elettriche, apparecchiature petrolchimiche, rilevamento di processi di lavorazione meccanica, rilevamento di incendi, varietà di colture e rilevamento non distruttivo di difetti nei materiali e nei componenti. Il vantaggio della tecnologia di test non distruttivo a infrarossi è che si tratta di una tecnologia di test senza contatto con elevata risoluzione spaziale a lunga distanza, sicura e affidabile, innocua per il corpo umano, alta sensibilità, ampio raggio di rilevamento, alta velocità e nessun impatto sull'oggetto in prova. Lo svantaggio del rilevamento a infrarossi è che la sensibilità di rilevamento è correlata all'emissività termica, quindi è disturbata dalla superficie del provino e dalla radiazione di fondo ed è influenzata dalle dimensioni e dalla profondità sepolta del difetto. La risoluzione del campione originale è scarsa e la forma e le dimensioni del difetto non possono essere misurate con precisione. E la posizione, l'interpretazione dei risultati del test è più complicata, è richiesto uno standard di riferimento e l'operatore del test deve essere addestrato.
3) Rilevamento olografico laser. Utilizzato principalmente per la struttura a nido d'ape, l'ispezione di materiali compositi, l'involucro del motore a razzo solido, lo strato isolante, lo strato di rivestimento e l'ispezione dei difetti dell'interfaccia del grano del propellente, l'ispezione della qualità del giunto di saldatura del circuito stampato e l'ispezione delle crepe da fatica del recipiente a pressione, ecc. I suoi vantaggi sono un rilevamento conveniente, alto sensibilità, nessun requisito speciale per l'oggetto testato e analisi quantitativa dei difetti. Lo svantaggio è che i difetti di debonding profondamente sepolti possono essere rilevati solo quando l'area di debonding è piuttosto ampia. Inoltre, il rilevamento olografico laser viene eseguito principalmente in una stanza buia e sono necessarie rigorose misure di isolamento dalle vibrazioni, il che non favorisce il rilevamento in loco e presenta alcune limitazioni.
2. Nuova tecnologia per il rilevamento moderno delle crepe
Con il rapido sviluppo della scienza e della tecnologia, i settori dell'ingegneria come i macchinari, l'edilizia e la produzione di petrolio hanno requisiti sempre più elevati per il rilevamento delle crepe. Pertanto, sono emerse molte nuove tecnologie di rilevamento delle crepe. I metodi di rilevamento delle crepe basati sull'elaborazione del segnale e sui test non distruttivi a impulsi elettromagnetici (correnti parassite) sono nuove tecnologie comunemente utilizzate nei tempi moderni.
(1) Metodo di rilevamento delle crepe basato sull'analisi wavelet
Con lo sviluppo della tecnologia di elaborazione del segnale, sono emersi metodi di rilevamento delle crepe basati sull'elaborazione del segnale, inclusi metodi nel dominio del tempo, nel dominio della frequenza e nel dominio della frequenza, tra cui la trasformata di Fourier, la trasformata di Fourier a breve termine, la distribuzione di WignerVille e la trasformata di Hilbert-Huang (HHT) , separazione alla sorgente cieca, ecc. Tra questi, il metodo di analisi wavelet è il più rappresentativo. I metodi di identificazione delle fessure utilizzando direttamente l'analisi wavelet possono essere suddivisi nelle seguenti due tipologie:
1) Metodo di analisi basato sulla risposta nel dominio del tempo. Compreso il metodo di utilizzo dei punti singolari della mappa di decomposizione nel dominio del tempo, il metodo di utilizzo del cambiamento dei coefficienti wavelet e il metodo di utilizzo del cambiamento di energia dopo la decomposizione wavelet. Il metodo di analisi basato sulla risposta nel dominio del tempo mira a trovare il momento in cui si verifica il danno da cricca.
2) Metodo di analisi basato sulla risposta spaziale. Serve a sostituire l'asse del tempo del segnale di risposta nel dominio del tempo con l'asse delle coordinate spaziali della posizione spaziale e utilizzare la risposta del dominio spaziale come input per l'analisi wavelet. Sulla base del metodo di analisi della risposta del dominio spaziale, è possibile determinare la posizione della fessura. Il metodo wavelet stesso può giudicare solo il momento in cui si verifica il danno o dove si verifica il danno, e il primo ha più applicazioni. Se vuoi identificare piccole crepe, devi combinare il wavelet con altri metodi per rilevare le crepe.
(2) Test non distruttivo a impulsi elettromagnetici (correnti parassite)
La tecnologia elettromagnetica combina molte funzioni come il test a ultrasuoni, l'imaging a correnti parassite, il test di correnti parassite di array e il test di correnti parassite pulsate per formare una nuova tecnologia di test elettromagnetica moderna. Le comuni tecnologie di rilevamento delle crepe includono test a correnti parassite pulsate, tecnologia di imaging termico a correnti parassite pulsate, test non distruttivi a doppia sonda a corrente parassita pulsata e trasduttore elettromagnetico acustico (EMAT) e tecnologia di test della memoria magnetica del metallo.
La corrente parassita impulsiva utilizza una corrente impulsiva per eccitare la bobina, analizzare il segnale di risposta transiente nel dominio del tempo indotto dalla sonda di rilevamento e selezionare il valore di picco, il tempo di passaggio per lo zero e il tempo di picco del segnale per rilevare quantitativamente la cricca. Yang Binfeng della National University of Defense Technology e altri hanno utilizzato esperimenti per dimostrare che la corrente parassita pulsata può rilevare quantitativamente crepe di diverse profondità sul pezzo di prova con una sola scansione; alcuni ricercatori utilizzano la tecnologia alternativa delle bobine armoniche per eseguire il rilevamento di correnti parassite pulsate e utilizzano il proprio campo elettrico per condurre Il cambiamento nella forma del dipolo elettrico fornito dal campo elettrico totale è maggiore del cambiamento sul conduttore misurato dal sensore di campo magnetico e si trova la densità di distribuzione del dipolo elettrico nell'area della fessura per rilevare la fessura.
Lo svantaggio della corrente parassita pulsata è che il valore di picco del segnale della corrente parassita pulsata è facilmente influenzato da altri fattori (come l'effetto lift-off) e la capacità di rilevamento della sonda a correnti parassite pulsate influenzerà il rilevamento delle crepe.
Tutti gli strumenti di imaging a correnti parassite pulsate utilizzano bobine come sensori di ispezione. Alcune persone usano sensori Hall come sensori di ispezione. Negli ultimi anni, gli strumenti di interferenza super quantistica hanno iniziato ad essere applicati al campo dell'ispezione non distruttiva. L'uso della tecnologia di imaging termico a correnti parassite pulsate elimina l'effetto lift-off in altri rilevamenti ed evita la distorsione dei risultati di imaging.
Alcuni ricercatori utilizzano un laser YNG simile a un raggio gaussiano per penetrare la superficie della lamiera, utilizzando la tecnologia di rilevamento delle correnti parassite pulsate e del trasduttore acustico elettromagnetico, per identificare la fessura dovuta al cambiamento improvviso della forma d'onda ultrasonica o all'improvviso aumento della frequenza componente della forma d'onda quando il laser irradia la fessura. .
3. Punti caldi della ricerca sul crack
Al momento, la ricerca sul rilevamento delle crepe nei dispositivi di fissaggio si basa solo sui metodi di rilevamento tradizionali. Al fine di sviluppare la tecnologia di rilevamento e risolvere problemi applicativi pratici, i punti caldi dell'identificazione dei danni da fessura si concentrano principalmente nei seguenti due aspetti: Uno è considerare l'incertezza Il metodo di identificazione statistica dell'influenza, il secondo è l'identificazione delle microfessure dei dispositivi di fissaggio.
Ci saranno molte incertezze nel rilevamento dei danni da crepe, quindi viene proposto un metodo di inferenza statistica per affrontare il problema di identificazione del sistema. Con il rapido sviluppo della ricerca sull'identificazione dei danni, la ricerca sui metodi di identificazione dei danni basati sulla teoria della probabilità e della statistica ha continuato ad approfondirsi. Attualmente, i principali campi di applicazione della ricerca di questo metodo sono l'identificazione del sistema e il riconoscimento di pattern.
Esistono metodi per rilevare micro-crepe negli elementi di fissaggio, come il rilevamento di micro-crepe basato sulla tecnologia ICT e il metodo di intrappolamento laser ad ultrasuoni basato sul riscaldamento assistito da laser per identificare le micro-crepe, ma hanno tutti i loro limiti. Ad esempio, il limite del rilevamento di microcricche basato sulla tecnologia ICT è che il valore di grigio nell'immagine raccolta è diverso dal valore di grigio di sfondo. Se il valore del grigio non è molto diverso dal valore del grigio dello sfondo, i dettagli sono più difficili da distinguere. La qualità dell'immagine rende difficile l'acquisizione delle immagini e allo stesso tempo pone requisiti più elevati per la post-elaborazione delle immagini. Inoltre, quando si utilizza il software VG Studio MAX per estrarre le micro-crepe, è necessario estrarre lo spazio che contiene tutte le micro-crepe, il che è incerto. Basato sul riscaldamento assistito da laser, il limite dell'identificazione delle microfessure è che l'operazione è più complicata e non può essere rilevata in ambienti difficili, quindi deve ancora essere sviluppata.
Con il continuo sviluppo della società e dell'economia, i requisiti per i metodi di rilevamento delle crepe nei dispositivi di fissaggio stanno diventando sempre più elevati. Deve soddisfare i requisiti di rilevamento online in tempo reale, alta sensibilità, funzionamento semplice e resistenza alle interferenze esterne. Può essere utilizzato in ambienti esterni difficili. Opera; rilevare rapidamente e accuratamente la posizione, le dimensioni, la larghezza, la profondità e l'andamento dello sviluppo della fessura; il risultato del rilevamento può essere visualizzato in modalità immagine e può essere analizzato; integra velocità di rilevamento veloce, alta efficienza e risultati intuitivi.
