论文部分内容阅读
[摘 要]随着科学技术水平的提升，我国机械化水平也越来越高。机械设备在长时间使用中，可能由于客观因素影响造成设备故障现象出现，影响到设备的正常使用和寿命。无损检测技术能够为安检操作人员提供快速准确的决策依据，是冶金生产消除故障隐患、保证安全生产的重要手段。文章重点论述了无损检测技术在冶金设备机械安检中的应用，仅供参考。
[关键词]无损检测技术；冶金设备；安检；应用
中图分类号：TH507 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
1 导言
科学技术现在已经非常成功的渗入到了人们日常生活的各个领域，并且在它自身迅速发展的同时，也极大的助力了其他传统领域的发展，可以这样说科学技术已经成功地改变了这个世界，科学技术已经为我们开辟出了一个全新的时代，冶金机械设备安全檢测中常用的监测手段包括有超声波检测、红外热成像、激光检测、涡流检测及全息照相等。
2 无损检测技术概述
无损检测技术是产品质量监督和控制中一项不可或缺的重要环节，是以不损伤被检对象为前提，对其施以声、光、热、电、磁等物理激励，利用材料内部结构变化或存在缺陷产生的异常反应，对材料内部结构及表面缺陷的空间分布、种类特征、数量尺寸等信息及其变化作出定性及定量评价。
可视化成像技术是通过将检测到的物理信号转换为直观的图像信息来重现缺陷，使检测结果更精准、更直观，进而可以实现人工智能检测和筛选。总体来说，可视化无损检测技术经历了由表及里的发展过程，即从起初的表面、近表面缺陷可视化，逐步发展为后来的内部缺陷可视化。最早的表面缺陷可视化无损检测技术主要有肉眼观察法、内窥镜法和渗透法。
肉眼观察法是最早使用的可视化无损检测方法，但飞机燃油箱等危险操作环境对操作人员的人身安全构成了严重威胁，因此该法在复杂检测环境中逐渐被淘汰。工业内窥镜检测最早应用于美国飞机发动机制造过程的检测和诊断，可到达肉眼无法观察到的部位，通过图像转换实现间接目测。渗透检测应用了毛细现象、润湿现象等表界面科学理论，但其使用的渗透液、去除剂、显像剂等检测剂中包含有毒有机物和有害粉尘颗粒，严重危害人体健康。
3 超声无损检测及成像技术
现代超声成像技术包括超声显微镜，A、B、C、D、F、T扫描及三维投影成像（P扫描），幅度-传播时间-位置曲线法（ALOK），全息成像，合成孔径聚焦技术（SAFT），超声相控阵（PA）技术，衍射时差法（TOFD），声场定位技术等。综合来看，超声可视化无损检测技术穿透能力强、适合检测内部缺陷、适用面广，但对复杂形状或不规则外形工件进行检测较为困难，非线性超声、表面波、导波等技术是新兴的研究热点。
超声相控阵成像技术因其具有可灵活控制聚焦声束的特点而常用于高声衰减率材料，是通过对各独立阵元通道的发射和接收进行相位延时控制，来操控合成声束的聚焦和扫查过程，进而实现超声场可视化。
该技术现阶段的发展方向主要是与数字信号分析和处理以及其他超声成像技术相结合。动态光弹法是一种声场可视化技术，刘力博等研制的多通道动态光弹成像系统能在固体中激励出焦点可控的聚焦声波，模拟超声扫查，观察超声场在固体中的分布特征并将其可视化。西安金波公司利用滤波反传播算法反演获得缺陷形状，研制出了一种可视化激光超声检测系统，莫润阳等采用该发射系统检测含缺陷高压绝缘子，同时对声场进行了可视化研究。
ujita等、Bazulin等深入研究了SAFT和TOFD。SAFT可简化检测系统、降低成本，且检测对象广泛，适合检测各向同性与各向异性、单层与多层材料，亦可用于分层粘合材料等非线性超声成像的复杂情况。TOFD是利用缺陷端部产生衍射能量信号的时差进行定位和定量分析，尤其适合检测焊缝缺陷，但其检测结果受较多因素干扰，如频率、分辨率、声束发散和材料结构噪声等超声因素，以及探针的相对位置、挤压载荷、人为移动、分布的对称性等人为因素均可对测量数据产生一定误差。
4 无损检测技术在冶金设备机械安检中的应用
4.1 红外热像无损检测
红外热成像技术通过非接触检测被测物体的表面温度场，并以温度分布热图像的形式在显示屏上直接显示，进而推断物体内部是否存在缺陷。它将人们的视觉范围从可见光扩展到红外波段，再现人眼在可见光范围内无法观察到的物体外型轮廓或表面热分布，为准确判断设备运行状态和查找故障点提供帮助。红外热成像技术的优点是不受电磁干扰，所以广泛应用于检测电力设备和电力传输线路。
在电力系统中，电气设备的运行異常大多伴有发热现象，如冶金电缆因外在因素造成的机械损伤、绝缘老化、过流及过电压造成的击穿等；电机内部铁芯、绕组因绝缘层损坏而导致的短路、过载及散热故障；电气连接件接线端子的松动脱落、氧化腐蚀等引起温度上升，造成局部过热或整体温度异常。一般情况下，温度异常处较其他正常温度高出10～15℃。因此，利用红外热成像仪对设备巡检，以设备的热状态分布为依据对设备运行状态良好与否进行诊断，随时掌握设备运行状态，早期发现隐患或迅速诊断出事地点，减少经济损失。红外热成像仪检测故障具有不停产、不接触、远距离、快速、直观诊断电气设备的特点。
4.2 传动轴类的检测
传动轴是机电设备中的重要的传动部件之一，传动轴广泛应用在机电设备中。比如矿井提升机的主轴，带式输送机的主轴，通风机的主轴等都是最重要的承载部件，由于长期的过负荷运转，传动轴的内部容易产生疲劳的裂纹，如果不能及时发现裂纹给予恰当的处理，疲劳裂纹就会不断的扩展延伸，最后会导致传动轴的断裂，给煤矿的安全生产带来很多隐患，这些隐患如果不能及时进行处理，会导致事故的发生。因此在煤矿的安全检查中应该重点对各个传动轴做定期的超声波检测，通过超声波检测能够有效预防因传动轴断裂引起的安全事故。
4.3 激光全息检测
激光全息无损检测法是通过对被检测物体施加外加热载荷或机械载荷等，使物体产生微小的形变，由于缺陷部位的形变量与其他正常部位的形变不同，通过比对加载前后所形成的全息图像来反映材料以及结构内部是否存在缺陷。基本的检测原理可简述如下：首先，由激光器发出的激光经由分束镜一分为二，一束直接投射到全息干版上，用另一束去照射被检测物体并将其反射到干版上，使干版曝光得到一张原始全息图。第二步，将被测物体实施热加载后，重复上述过程在干版上，得到第二张全息图。这样在一块干版上叠加的全息图就记录了被测物体在两种不同状态下的光波场，经过比对和分析后就可对被检物体的实时状况得出结论。
4.4 射线检测
主要用在检测材料或者构件的内部缺陷。当射线入射方向与裂纹平面相一致的时候，射线检测法才会检测出裂纹类的缺陷。所以，射线检测法只可以用在铸件和焊缝的检查方面。因为在铸件和焊缝中经常存在的缺陷都是体积类型的，即便是铸造裂纹和焊接裂纹也具备一定的体积性。但是对于轻材料和较薄的工件可以使用软射线检测法；对于重材料和厚度较大的工件可以使用硬射线，如使用加速器和同位素作为射线源。通常底片照相法具有较高的检测灵敏度。为了提高检测效率，工业电视法也已普遍应用，采用图像增强器和计算机图像处理技术以后，工业电视法的灵敏度已得到了很大提高；计算机辅助x射线层析摄影术的应用，使射线检测领域进行了一次革命，它可以提供更高的检测灵敏度和极其丰富的信息。
结束语
综上所述，无损检测技术在机械化设备故障检测中应用，能够有效提升维修效率，同时降低维修中对设备带来的二次损伤，具有十分突出的作用，随着经济的发展，我国工程设备的机械化水平越来越高，特种工程设备更是如此，随之而来的是此类设备的机械故障的检修更加的困难，在这种情况下传统的检测方法已很难满足需要。将无损检测技术应用于冶金机械安检中，能够对冶金设备重要承载部位进行安全性评估，有效地避免安全生产隐患，值得推广。
[关键词]无损检测技术；冶金设备；安检；应用
中图分类号：TH507 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
1 导言
科学技术现在已经非常成功的渗入到了人们日常生活的各个领域，并且在它自身迅速发展的同时，也极大的助力了其他传统领域的发展，可以这样说科学技术已经成功地改变了这个世界，科学技术已经为我们开辟出了一个全新的时代，冶金机械设备安全檢测中常用的监测手段包括有超声波检测、红外热成像、激光检测、涡流检测及全息照相等。
2 无损检测技术概述
无损检测技术是产品质量监督和控制中一项不可或缺的重要环节，是以不损伤被检对象为前提，对其施以声、光、热、电、磁等物理激励，利用材料内部结构变化或存在缺陷产生的异常反应，对材料内部结构及表面缺陷的空间分布、种类特征、数量尺寸等信息及其变化作出定性及定量评价。
可视化成像技术是通过将检测到的物理信号转换为直观的图像信息来重现缺陷，使检测结果更精准、更直观，进而可以实现人工智能检测和筛选。总体来说，可视化无损检测技术经历了由表及里的发展过程，即从起初的表面、近表面缺陷可视化，逐步发展为后来的内部缺陷可视化。最早的表面缺陷可视化无损检测技术主要有肉眼观察法、内窥镜法和渗透法。
肉眼观察法是最早使用的可视化无损检测方法，但飞机燃油箱等危险操作环境对操作人员的人身安全构成了严重威胁，因此该法在复杂检测环境中逐渐被淘汰。工业内窥镜检测最早应用于美国飞机发动机制造过程的检测和诊断，可到达肉眼无法观察到的部位，通过图像转换实现间接目测。渗透检测应用了毛细现象、润湿现象等表界面科学理论，但其使用的渗透液、去除剂、显像剂等检测剂中包含有毒有机物和有害粉尘颗粒，严重危害人体健康。
3 超声无损检测及成像技术
现代超声成像技术包括超声显微镜，A、B、C、D、F、T扫描及三维投影成像（P扫描），幅度-传播时间-位置曲线法（ALOK），全息成像，合成孔径聚焦技术（SAFT），超声相控阵（PA）技术，衍射时差法（TOFD），声场定位技术等。综合来看，超声可视化无损检测技术穿透能力强、适合检测内部缺陷、适用面广，但对复杂形状或不规则外形工件进行检测较为困难，非线性超声、表面波、导波等技术是新兴的研究热点。
超声相控阵成像技术因其具有可灵活控制聚焦声束的特点而常用于高声衰减率材料，是通过对各独立阵元通道的发射和接收进行相位延时控制，来操控合成声束的聚焦和扫查过程，进而实现超声场可视化。
该技术现阶段的发展方向主要是与数字信号分析和处理以及其他超声成像技术相结合。动态光弹法是一种声场可视化技术，刘力博等研制的多通道动态光弹成像系统能在固体中激励出焦点可控的聚焦声波，模拟超声扫查，观察超声场在固体中的分布特征并将其可视化。西安金波公司利用滤波反传播算法反演获得缺陷形状，研制出了一种可视化激光超声检测系统，莫润阳等采用该发射系统检测含缺陷高压绝缘子，同时对声场进行了可视化研究。
ujita等、Bazulin等深入研究了SAFT和TOFD。SAFT可简化检测系统、降低成本，且检测对象广泛，适合检测各向同性与各向异性、单层与多层材料，亦可用于分层粘合材料等非线性超声成像的复杂情况。TOFD是利用缺陷端部产生衍射能量信号的时差进行定位和定量分析，尤其适合检测焊缝缺陷，但其检测结果受较多因素干扰，如频率、分辨率、声束发散和材料结构噪声等超声因素，以及探针的相对位置、挤压载荷、人为移动、分布的对称性等人为因素均可对测量数据产生一定误差。
4 无损检测技术在冶金设备机械安检中的应用
4.1 红外热像无损检测
红外热成像技术通过非接触检测被测物体的表面温度场，并以温度分布热图像的形式在显示屏上直接显示，进而推断物体内部是否存在缺陷。它将人们的视觉范围从可见光扩展到红外波段，再现人眼在可见光范围内无法观察到的物体外型轮廓或表面热分布，为准确判断设备运行状态和查找故障点提供帮助。红外热成像技术的优点是不受电磁干扰，所以广泛应用于检测电力设备和电力传输线路。
在电力系统中，电气设备的运行異常大多伴有发热现象，如冶金电缆因外在因素造成的机械损伤、绝缘老化、过流及过电压造成的击穿等；电机内部铁芯、绕组因绝缘层损坏而导致的短路、过载及散热故障；电气连接件接线端子的松动脱落、氧化腐蚀等引起温度上升，造成局部过热或整体温度异常。一般情况下，温度异常处较其他正常温度高出10～15℃。因此，利用红外热成像仪对设备巡检，以设备的热状态分布为依据对设备运行状态良好与否进行诊断，随时掌握设备运行状态，早期发现隐患或迅速诊断出事地点，减少经济损失。红外热成像仪检测故障具有不停产、不接触、远距离、快速、直观诊断电气设备的特点。
4.2 传动轴类的检测
传动轴是机电设备中的重要的传动部件之一，传动轴广泛应用在机电设备中。比如矿井提升机的主轴，带式输送机的主轴，通风机的主轴等都是最重要的承载部件，由于长期的过负荷运转，传动轴的内部容易产生疲劳的裂纹，如果不能及时发现裂纹给予恰当的处理，疲劳裂纹就会不断的扩展延伸，最后会导致传动轴的断裂，给煤矿的安全生产带来很多隐患，这些隐患如果不能及时进行处理，会导致事故的发生。因此在煤矿的安全检查中应该重点对各个传动轴做定期的超声波检测，通过超声波检测能够有效预防因传动轴断裂引起的安全事故。
4.3 激光全息检测
激光全息无损检测法是通过对被检测物体施加外加热载荷或机械载荷等，使物体产生微小的形变，由于缺陷部位的形变量与其他正常部位的形变不同，通过比对加载前后所形成的全息图像来反映材料以及结构内部是否存在缺陷。基本的检测原理可简述如下：首先，由激光器发出的激光经由分束镜一分为二，一束直接投射到全息干版上，用另一束去照射被检测物体并将其反射到干版上，使干版曝光得到一张原始全息图。第二步，将被测物体实施热加载后，重复上述过程在干版上，得到第二张全息图。这样在一块干版上叠加的全息图就记录了被测物体在两种不同状态下的光波场，经过比对和分析后就可对被检物体的实时状况得出结论。
4.4 射线检测
主要用在检测材料或者构件的内部缺陷。当射线入射方向与裂纹平面相一致的时候，射线检测法才会检测出裂纹类的缺陷。所以，射线检测法只可以用在铸件和焊缝的检查方面。因为在铸件和焊缝中经常存在的缺陷都是体积类型的，即便是铸造裂纹和焊接裂纹也具备一定的体积性。但是对于轻材料和较薄的工件可以使用软射线检测法；对于重材料和厚度较大的工件可以使用硬射线，如使用加速器和同位素作为射线源。通常底片照相法具有较高的检测灵敏度。为了提高检测效率，工业电视法也已普遍应用，采用图像增强器和计算机图像处理技术以后，工业电视法的灵敏度已得到了很大提高；计算机辅助x射线层析摄影术的应用，使射线检测领域进行了一次革命，它可以提供更高的检测灵敏度和极其丰富的信息。
结束语
综上所述，无损检测技术在机械化设备故障检测中应用，能够有效提升维修效率，同时降低维修中对设备带来的二次损伤，具有十分突出的作用，随着经济的发展，我国工程设备的机械化水平越来越高，特种工程设备更是如此，随之而来的是此类设备的机械故障的检修更加的困难，在这种情况下传统的检测方法已很难满足需要。将无损检测技术应用于冶金机械安检中，能够对冶金设备重要承载部位进行安全性评估，有效地避免安全生产隐患，值得推广。