En la fabricación-de alta gama, el titanio y las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente en los campos aeroespacial, biomédico y químico debido a su alta resistencia específica, excelente resistencia a la corrosión y biocompatibilidad. Sin embargo, durante su preparación es fácil producir defectos como grietas, porosidad e inclusiones, lo que afecta gravemente la seguridad en servicio de los componentes. Por lo tanto, la tecnología de pruebas no-destructivas se ha convertido en el vínculo principal para garantizar su calidad y confiabilidad. Entre ellos, las pruebas de corrientes parásitas, como método de prueba electromagnético no-destructivo, eficiente y sin contacto, desempeña un papel insustituible en el control de calidad de las piezas de aleación de titanio.
Principio de detección de corrientes parásitas: de la inducción electromagnética a la identificación de defectos
La base física de la detección de corrientes parásitas es la ley de la inducción electromagnética. Cuando la bobina de detección que transporta corriente alterna de alta-frecuencia está cerca de la pieza de trabajo de aleación de titanio conductora, la capa superficial de la pieza de trabajo induce una corriente de vórtice cerrada, conocida como "corriente de Foucault".
La distribución y la intensidad de este campo de corrientes parásitas no sólo dependen de los parámetros de la bobina de excitación, sino que también están estrechamente relacionadas con las propiedades electromagnéticas y la integridad estructural de la pieza de trabajo. Una vez que hay un defecto o variación del material, se producirá la alteración de la trayectoria de la corriente parásita y la intensidad del campo, lo que provocará que cambien las partes real e imaginaria de la impedancia de la bobina. Al monitorear este cambio de impedancia con instrumentos de precisión y con la ayuda del análisis de fase, la respuesta de frecuencia y otras tecnologías, se puede medir la conductividad eléctrica y la permeabilidad magnética de la pieza de trabajo, y se pueden localizar con precisión, evaluar cuantitativa y cualitativamente las grietas, la corrosión, los poros y otros defectos en la superficie y cerca de la superficie.
Análisis de ventajas y limitaciones técnicas.
1. Ventajas significativas
Capacidad de detección de altas temperaturas: en comparación con las limitaciones de los acopladores ultrasónicos y la dificultad de la protección de detección de radiación, la detección de corrientes parásitas no requiere medios de acoplamiento físicos y puede realizar la detección en línea de componentes calientes de aleación de titanio (como palas de motor), lo que proporciona una solución única para el monitoreo de procesos térmicos y la inspección en-servicio.
Alta sensibilidad y flexibilidad: sensibilidad de detección extremadamente alta para defectos lineales superficiales y cercanos-a la superficie, como grietas por fatiga. La sonda se puede personalizar para superficies complejas (como hojas, lengüetas y ranuras, roscas) para lograr un escaneo preciso de piezas con formas especiales-y piezas pequeñas, lo que tiene importantes ventajas en la inspección de sujetadores e implantes médicos aeroespaciales.
Alta eficiencia de inspección: puede lograr un escaneo automatizado de alta-velocidad e integrarse con sistemas robóticos, lo cual es muy adecuado para la inspección completa en línea de líneas de producción en masa, lo que mejora enormemente la eficiencia de la producción.
Análisis de ventajas y limitaciones técnicas.
2. Limitaciones inherentes
Limitación del "efecto de provocación de la piel-": la profundidad de detección está restringida por el "efecto de provocación de la piel-", y la relación entre la profundidad de penetración δ frecuencia f, la conductividad σ y la permeabilidad μ es: 'δ=1/√(πfμσ)'. Aunque la aleación de titanio es un material no-ferromagnético (μ≈1), su conductividad es baja, lo que aumenta la profundidad de penetración hasta cierto punto, pero las corrientes parásitas convencionales todavía se dirigen principalmente a defectos superficiales y cercanos-a la superficie (generalmente de 0,1 a 5 mm), y la capacidad de detección de defectos internos profundos es insuficiente.
Interferencia de despegue-: un pequeño cambio en la distancia entre la sonda y la pieza de trabajo (efecto de despegue-) producirá una interferencia que es mucho más fuerte que la pequeña señal de defecto, que debe suprimirse mediante tecnología de compensación o sondas especiales.
Influencia de los atributos del material: la orientación del grano, la falta de homogeneidad de la microestructura y la tensión residual de la aleación de titanio provocarán cambios locales en la conductividad, lo que puede producir señales de pseudo{0}}defectos, lo que plantea altos requisitos para la experiencia y la capacidad de discriminación de señales de los inspectores.
El estado de desarrollo y la tendencia de los equipos de detección de corrientes parásitas en el país y en el extranjero.
A nivel internacional, fabricantes europeos y americanos como Emerson y Olympus han sido líderes durante mucho tiempo en el campo de los instrumentos de corrientes parásitas de alta-extremidad, y sus equipos tienen ventajas obvias en integración, disposición e inteligencia multifuncionales. Por ejemplo, la tecnología de matriz de corrientes parásitas puede funcionar sincrónicamente a través de múltiples unidades de bobina para lograr una detección rápida e imágenes de defectos en un área grande. La tecnología de corrientes de Foucault de campo lejano-supera hasta cierto punto el cuello de botella de la profundidad de penetración insuficiente de las corrientes de Foucault convencionales y puede usarse para la inspección de la pared interior de tuberías.
La investigación y desarrollo de equipos de detección de corrientes parásitas en nuestro país se inició en los años 60 y 70 del siglo pasado, y se desarrollaron con éxito instrumentos tempranos como la serie FQR y la serie YY, logrando avances desde cero. En este siglo, con la popularización de la tecnología de procesamiento de señales digitales, los medidores de vórtice digitales nacionales se han desarrollado rápidamente, reduciendo en gran medida la brecha con los productos extranjeros en términos de rendimiento, confiabilidad y función.
El estado de desarrollo y la tendencia de los equipos de detección de corrientes parásitas en el país y en el extranjero.
En la actualidad, el desarrollo-de vanguardia en el país y en el extranjero se centra en las siguientes direcciones:
1. Tecnología de corrientes parásitas multi-/multi-canal: se utilizan excitaciones de frecuencia múltiple al mismo tiempo para separar y suprimir eficazmente múltiples factores de interferencia (como placas de elevación y soporte) para mejorar la relación señal-a-ruido.
2. Matriz e imágenes: la sonda de matriz de corrientes parásitas puede adquirir rápidamente imágenes de escaneo C- y mostrar visualmente la morfología del defecto, lo cual es conveniente para la interpretación de resultados y la trazabilidad de registros.
3. Integración profunda de inteligencia artificial: utilice algoritmos de aprendizaje profundo para clasificar e identificar automáticamente señales de detección masivas para lograr una determinación inteligente de defectos, reducir el impacto de los factores humanos y mejorar la objetividad y confiabilidad de la detección.
La tecnología de detección de corrientes parásitas, con su alta sensibilidad a los defectos superficiales, su adaptabilidad a altas temperaturas y su potencial de automatización, se ha convertido en una parte indispensable de su sistema de soporte de fabricación y{0}}servicio. Aunque existen limitaciones inherentes, como una profundidad de penetración limitada y susceptibilidad a la interferencia, sus capacidades de detección y alcance de aplicación se expanden constantemente mediante la introducción continua de tecnologías innovadoras como sondas de matriz, tecnología multi-frecuencia y algoritmos inteligentes.
Afrontar el futuro, con el continuo crecimiento de la demanda de componentes de aleación de titanio de alto-rendimiento en las industrias aeroespacial,-de exploración de aguas profundas y otras industrias estratégicas de nuestro país, promover la integración profunda de la tecnología de detección de corrientes parásitas con big data industrial, gemelos digitales y otros conceptos, y lograr el salto de la "detección de defectos" a la "predicción de la calidad y la gestión del ciclo de vida completo" será el camino clave para respaldar el desarrollo de alta-calidad de la industria manufacturera de alto nivel-de nuestro país.