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目视检测 – 是什么？如何实施？

目视检测 (VT)（亦称视觉检测）是指利用肉眼，并通常辅以光学仪器对材料表面和工件进行检查，以此在不损坏组件的情况下识别不连续性。它是当今机械工程领域中最基础的无损检测方法。我过去常把目视检测当作事后才考虑的工作。对我来说，“检测”意味着使用卡尺或粗糙度测试仪之类的仪器。我曾认为仅凭肉眼观察零件过于主观，没什么用处。目视检测是质量控制的第一道防线。如果执行得当，它可以检测出绝大多数表面缺陷迹象，包括点蚀、腐蚀、接头错位以及异物污染。在石油和天然气、航空航天以及结构工程等严苛领域，正确执行的目视检测通常是识别缺陷最经济高效的方式。因为如果问题一眼就能看出来，就不必再做一整套测试，对吧？在这篇文章中，我将分享如何确切地实施一套结构化的目视检测程序。我们将涵盖直接观察和远程观察的基础知识、所需的设备（从简单的镜子到数字显微镜），以及满足国际标准所需的程序。我们还将讨论如何记录您的发现，使其具备可追溯性并符合审核要求。让我们近距离了解一下这种出色的检测策略！什么是目视检测？目视检测 (VT) 是一种无损检测方法，通过直接观察或借助光学仪器检查材料表面和组件，以此在不损伤零件的情况下探测表面不连续性、裂纹、腐蚀和缺陷。它是制造业、航空航天及油气行业质量控制和无损检测项目中的主要筛查手段。在质量保证领域，我们将 VT 归类为无损检测方法 (NDT)，因为该过程不会改变、施压或损坏被检查的零件。它被认为是检测项目中的第一道防线。在动用复杂的射线或超声波设备之前，您只需观察零件即可发现明显的问题。虽然听起来很简单，但目视检测是一个严谨的过程，能够检测出广泛的瑕疵。专业的检测员可以识别出表面不连续性（如裂纹或气孔）、尺寸偏差以及结构异常。它也是在生产后期引发问题之前，捕捉涂层缺陷和装配错误的主要方法。直接目视检测直接目视检测发生在检测员可以将眼睛置于测试表面的特定距离内时。大多数标准，如 ASME 第 V 卷，要求眼睛距离表面在 24 英寸 (600 mm) 以内，且观察角度不小于 30 度。这确保您足够接近，能真实看到缺陷而非远距离猜测。为了有效执行此操作，您需要充足的照明。行业标准通常要求最小光照强度为 1000 勒克斯（大致相当于光线充足的办公室或专业的检测室）。虽然“裸眼”是主要工具，但检测员经常使用放大镜 (2x–10x)、检测镜和焊接规来验证表面处理和最终装配尺寸。远程目视检测当您无法物理接触到组件时，例如小直径管道内部或危险储罐，您需要使用远程目视检测 (RVI)。该方法依靠光学仪器或第三方媒介将图像从测试区域传输到检测员眼中或数字显示器上。例如，在复制胶泥 (Plastiform)，我们提供专门针对此类喷涂应用的产品。这是一种安全执行管道内部检查和有限空间检查的有效技术。现代 RVI 依靠多种类型的测量。对于大型结构，我们使用带有可调节尖端的视频内窥镜、柔性纤维镜，甚至是机器人爬行器或无人机。这些系统必须提供高图像分辨率和记录能力。这类记录至关重要，因为与直接观察不同，RVI 通常需要第二意见或历时对比，以追踪缺陷（如腐蚀或磨损模式）随时间演变的情况。为什么要使用目视检测？您可能会认为像 X 射线或超声波这样复杂的方法才是执行质量控制最准确的方式。但当您在瓷器店里看到一头公牛时，您不需要对公牛进行一整套测试就能知道存在一个需要解决的巨大问题。目视检测 (VT) 实际上是任何检测程序中应完成的第一项检查。原因很简单：它能以比任何其他技术都显著更低的成本提供即时结果。您不需要昂贵的专业耗材（如渗透剂或磁粉），而且它对从碳钢到热塑性塑料的几乎所有材料都有效。它是一个高效的过滤器。在采用资本更密集型的无损检测方法之前，它充当了筛查方法。如果您发现明显的裂纹或严重的表面缺陷，可以立即剔选该零件。对于肉眼已经可见的缺陷，没必要浪费时间和预算去设置 X 射线拍摄。这使得整个制造工作流程更快、更精简。另一个巨大的优势是它完全是非侵入性的。您可以在制造过程中（当焊工正在铺设焊道时）或在常规的停机检查期间执行。它不需要为了辐射安全而撤离该区域，也不需要仅仅为了获取读数而剥离复杂的涂层。然而，您也必须尊重其局限性。最明显的是表面接触。无论是直接观察还是通过远程目视检测工具，您必须对检查区域有清晰的视线。此外，目视检测严格限于表面和近表面迹象。它无法检测内部气孔或深层皮下裂纹。对于这些问题，您始终需要切换到体积检测方法。目视检测设备：必备工具与仪器许多人认为目视检测（目检）只是“看着零件”。然而，获得准确的检测报告需要特定的工具来规范肉眼感知物体的方式。您不能依靠环境光或未经衡量的估计来发现瑕疵。您选择的设备在很大程度上取决于空间限制（您是能接触表面还是需要观察狭窄管道内部），以及质量项目的具体记录要求。基础检查辅助工具对于眼睛靠近表面的直接目视检测，您需要辅助工具来验证几何形状并厘清细节。放大镜（通常功率在 2x 到 10x 之间）和可调节的检测镜可以让您检查加强筋后面，或在狭窄位置验证表面清洁度。照明在这里非常重要。像… <a href="https://www.plastiform.info/zh/blog/zhiliangbaozheng/mu-shi-jian-ce-shi-shen-me-ru-he-shi-shi/" class="read-more">Read More</a>

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计量学

过程稳定性——是什么以及为何重要

过程稳定性是指一个过程在确定的限制范围内能够持续、可预测地运行的能力。这就像是一个像可靠时钟一样运行的过程与一个像轮盘赌一样运行的过程之间的区别。您是否体会过那种下沉的感觉：周五还完美运行的机器，到了周一早上却制造出了一堆废品？这绝对是最糟糕的情况。您没有更改设置，原材料看起来也是一样的，但结果突然变得乱七八糟。在质量保证领域，这就是一个稳定性问题。以前我也误解了一件事：我以为解决质量问题就是立即收紧公差或升级设备。但事实证明，稳定性是其他一切乏味但必要的基础。如果您的过程不稳定（由于“特殊原因”变异产生不可预测的结果），试图提高其能力就像试图在沼泽上盖房子。在盖房子之前，您需要坚实的地基。在本文中，我们将分解通常令人困惑的概念，如普通原因变异与特殊原因变异，并向您展示它们如何决定您的质量策略。我们还将了解统计过程控制（SPC）中使用的工具如何帮助您可视化这种稳定性（或缺乏稳定性）。让我们看看它是如何工作的。什么是过程稳定性？当我们谈论过程稳定性时，您会发现我们谈论的不一定是产品的质量。这听起来可能有点反直觉，但稳定性实际上关乎可预测性。把您的过程想象成汽车引擎的怠速。即使它运行完美，转速指针也不是完全静止不动的。它会轻微上下摆动。这种摆动是自然的。在计量学中，我们将此称为普通原因变异。当一个过程仅显示这些自然的、固有的波动，并且严格在定义的控制限内运行时，该过程被认为是稳定的。如果过程操作随时间推移产生一致的输出，您就实现了稳定性。但这有一个棘手的区别，很多人都会在这里绊倒。当特殊原因变异介入时，过程通常就不再稳定了。这些是外部干扰（如工具断裂或原材料突然变化），迫使过程脱离其自然节奏。一旦发生这种情况，一切都乱套了，您再也无法预测输出。普通原因变异在质量保证中，我们常常痴迷于一致性。但物理上不可能做到完美。没有两个零件是完全相同的，因为重力、摩擦和物理规律总是会造成影响。我们将这种固有的、背景水平的不一致性称为普通原因变异。我喜欢把这想象成您每天上班的通勤。即使您每天早上在完全相同的时间出发，您的到达时间也会相差几分钟。也许您会遇到红灯，也可能不会。您不会因为这种差异而惊慌。它是随机的、预期的，只是“交通驾驶”系统的一部分。在您的生产线上，这些变异来自于数十个微小的、不可避免的因素的综合影响。它与所有事物相互作用，包括原材料的微小差异、刀尖的正常磨损、操作员的轻微变动，甚至是车间温度的小幅变化。您无法通过调节旋钮或向操作员大喊大叫来消除普通原因变异。由于这些波动已融入系统设计中，减少它们的唯一方法是彻底重新设计过程本身。通常您必须升级机器或更换材料才能看到改变。特殊原因变异如果说普通原因变异像是过程的背景嗡嗡声，那么特殊原因变异（常被称为可归属原因）就是一声巨响。它代表了将过程行为完全推离轨道的意外中断。回到“日常通勤”的心智模型。如果您开车上班通常需要 25 到 35 分钟（取决于红绿灯），这就是普通原因变异。但如果有一天因为爆胎花了 90 分钟，那就是特殊原因变异。这不仅是“交通更拥堵一点”。这是一个改变了系统的特定的、可识别的事件。在制造环境中，这些“爆胎”通常来自我们可以查明的来源：当特殊原因袭来时，您的过程变得不可预测。在控制图上，您会看到数据点跳出计算出的控制限。这是过程不稳定的信号。您无法通过调整通用设置来解决这个问题。您必须停下来，调查并修复导致混乱的具体干扰。区分变异类型识别变异类型不仅仅是学术练习。它是解决问题还是意外破坏过程之间的区别。一旦我理解了背后的数学原理，这个概念就带来了巨大的效率提升。如果您把普通原因变异（随机噪声）当作一个特定的错误来处理，您最终会干扰系统。通过不断为每一个微小的下降或尖峰调整设置，您实际上增加了输出的更多变异性。您基本上是在与宇宙的自然随机性作斗争。为了解决这个问题，我们依靠贝尔实验室 Walter Shewhart 博士的研究成果。他为我们提供了今天控制图背后的统计逻辑。Shewhart 确定，在一个正常的、稳定的系统中，99.73% 的数据点自然落在平均值正负 3 个标准差范围内。当数据点落在这些边界之外时，这就是一个特殊原因变异。那是您寻找根本原因的信号。但如果数据保持在限制范围内呢？您必须抑制干预的冲动。在这里采用错误的修正方法会造成不稳定性，而不是解决它。控制图盯着原始测量数据的电子表格让人头疼。您无法轻易看到数字背后的故事。这就是控制图成为您工作流程中必备工具的原因。控制图就像高速公路上的车道标线。您的过程试图在中间行驶，但随着时间的推移，它自然会向左或向右偏移一点。该图表按照时间顺序根据三条具体的计算线绘制您的过程数据：它看起来很简单，但这支持了一个强大的心智模型。统计上，如果过程稳定，99.73% 的数据点应该落在这些限制之间。这为您提供了一种即时的视觉方式来区分稳定区域（正常驾驶）和不稳定区域（撞上减速带）。运行图和散点图虽说控制图是过程稳定性的主力军，但对于快速分析来说，有时感觉有点大材小用。事实证明，更简单的视觉工具往往能更快揭示数据背后的故事。在计算控制限之前，我们通常从两个好朋友开始：运行图和散点图。把运行图想象成您生产过程的电影时间轴。您只需按收集的时间顺序列出数据点。它极其简单，但能为您提供关于过程随时间表现的强大心智模型。如果说运行图是关于时间的，那么散点图就是关于关系的。它们帮助您回答诸如“烤箱温度真的会影响零件硬度吗？”之类的问题。通过将一个变量对应另一个变量作图，您可以直观地发现相关性。如果点形成一条紧密的线，就存在联系。如果看起来像散弹枪打出的痕迹，那就没有关系。这些工具是控制图的完美搭档。它们让您在深入复杂的数学计算之前，快速发现异常值和奇怪的模式，帮助您整理数据。稳定过程的好处一个稳定的过程就像一条铺好的高速公路。当路面平滑时，您可以设置巡航控制，也能准确预测何时到达目的地。但是，如果道路充满意想不到的坑洼（特殊原因），您就必须不断猛踩刹车才能走完这趟旅程。事实证明，稳定性是改进的绝对前提。您根本无法优化一个混乱的系统。如果您的基准不断变化，您无法知道您所做的改变是否真的有帮助，或者结果只是随机的运气。稳定的过程为建立真正的运营效率提供了坚实的基础。更高产量当您的过程稳定时，它就像一个完美校准的烤箱。如果遵循食谱，每次都能得到同样的曲奇饼。这种一致性对于您的生产产量非常重要。因为变异是可预测的，您不再生产意外的缺陷。您不会扔掉昂贵的原材料，也不会在返工上浪费时间。相反，您可以自信地规划您的生产能力，因为机器会在您预期的时间生产出您预期的东西。捕捉和修复变异的能力稳定过程最棒的地方在于它突显问题的清晰程度。在安静的图书馆里，即使是轻声耳语听起来也很响亮。对吧？在稳定的过程中，固有随机变异的“噪声”很低，所以当特殊原因变异出现时，它会立即显现出来。通过使用控制图等工具，您可以立即发现这些偏差。这使您可以在计划停机期间修复小问题，而不必等待灾难性的故障。您在漂移变成全面缺陷之前就捕捉到了它。更高的效率不稳定的过程让人筋疲力尽。您必须不断调整刻度盘并四处救火，只为维持运转。稳定的过程就像开启了巡航控制。它以最少的干预进行可预测的运行，让您腾出手来专注于高价值的工作。这种可预测性会波及您的整个运营。因为不需要报废坏批次，您减少了材料浪费，您的周期时间也能达到稳定的节奏。它创造了一个具有成本效益的循环，资源被用于实际生产，而不是损失控制。不稳定过程的后果运行不稳定的过程感觉就像开着一辆方向盘松动的车。您可能会在车道上保持几英里，但您全程都在紧张地抓着方向盘。这把您的运营变成了一场赌博。虽然您偶尔可能走运，但依靠运气的商业风险很高。客户不满客户渴望一致性。当不稳定的过程在周一交付完美的零件却在周二交付缺陷时，信任就会蒸发。在错过了交货窗口或不稳定的质量灼伤了客户之后，修复关系是非常困难的。这就是为什么您总是希望您的过程稳定。如果您的工具随机变得不可靠会怎样？您最终会在您的过程中遇到特殊原因变异。成本增加不稳定性就像是您生产预算中的隐形税。您不仅仅是在为显而易见的废料或返工材料买单。您还在支付“恐慌”成本：紧急调查会议、计划外停机和加急运输费用。这些隐性支出比几乎任何其他东西都会更快地吞噬利润。不可预测的性能这是最让管理者感到沮丧的部分。您无法围绕一个每天行为都在变化的过程进行有效计划。如果您不知道机器明天会做什么，您的产能预测就只是猜测。此外，您无法实施改进，因为您站在流沙上，您需要先有一个稳定的基础。提高过程稳定性既然我们知道了它是什么，以及为什么它很重要，让我们动手干吧。提高过程稳定性具有挑战性，因为您不能以相同的方式处理每个数据点。事实证明，您使用的策略完全取决于您是在处理普通原因还是特殊原因变异。如果您试图把正常的系统噪声当作特定的错误来“修复”，实际上会让过程变得更不稳定。这是一个典型的陷阱，称为过度调整（tampering）。为了真正提高稳定性，我们需要区分这些变异，并对每种变异应用独特的工具包。减少普通原因变异普通原因变异是您过程的“背景白噪声”。它源于系统设计本身（如机器的自然精度限制、原材料的细微差异或环境湿度）。因为这种变异是固有的，您无法通过要求操作员更努力来消除它。要减少这种情况，您必须改变系统。这通常涉及识别那些引入风险而不增加质量的非增值步骤。您可能需要投资于设备升级，执行深度维护，或严格标准化材料处理方式。您不是在纠正错误，您是在重新设计道路，让它更平坦。管理特殊原因变异特殊原因变异是某种特定事物侵入过程的信号。这可能是工具断裂、突然的电涌，或者新操作员误解了指令。当数据点跳出您的控制限时，过程是在告诉您：“我现在表现很奇怪”。对于这些问题，您需要成为一名侦探。您使用根本原因分析来追踪触发警报的特定事件。目标是采取纠正措施来解决眼前的混乱，然后采取预防措施（如新传感器或培训更新），以便该特定问题不再发生。持续稳定的最佳实践让您的过程稳定是一个巨大的胜利，但现实是：它很少会自动保持这种状态。把它想成给吉他调音。您可能今天调得音调完美，但温度变化和日常弹奏最终会让它走调。维持稳定性需要时刻保持警惕和严肃的组织承诺。您不能只是设置好就不管了。为了防止事情偏离正轨，我们需要一个结构化的心智模型来指导我们的维护。这里的重头戏是六西格玛 DMAIC 框架。它听起来像是一口企业术语，但实际上是系统改进的超级武器。“控制”阶段是大多数人跳过的阶段，但对于锁定您的进展至关重要。虽然 DMAIC 处理大型结构修复，您也需要管理日常工作流程。这正是改善（Kaizen），即持续改进的闪光点。它赋予一线人员识别和消除微小浪费或变异来源的权力，防止它们像滚雪球一样变大。事实证明，当微妙的普通原因变异开始表现奇怪时，您的操作员通常是第一个注意到的。然而，只有知道要找什么，他们才能帮上忙。您需要投资培训您的团队，让他们掌握统计方法和过程监控。当员工理解图表背后的“为什么”时，他们就不再仅仅是操作员，而成为真正的过程所有者。这种责任感是让您长期保持高稳定性得分的神奇配方。结论过程稳定性归根结底就是一个词：可预测性。这是一种内心的平静，因为您知道您的制造过程是在其自然的、既定的控制限内运行，而不是随机乱跳。在这篇文章中，我们围绕变异建立了一个心智模型。我们区分了普通原因变异（系统固有的背景噪声）和特殊原因变异（特定的、可识别的故障）。区分这两者是大多数质量问题的根源。如果您试图修复普通原因变异，就好像它是一个特殊事件一样，通常会让过程变得更糟。这就是为什么控制图如此有价值。它们就像过滤器，让您忽略噪声，完全专注于重要的信号。当您掌握了这一点，收益是真实的。您会获得更高的产量、更低的成本，以及让客户回购的一致性。我希望本指南能帮助您以不同的方式看待您的生产数据。这不仅仅是关于救火。它是关于建立一个稳健、可预测且准备好改进的系统。所以去抓取历史数据，把它绘制在图表上，看看您的过程试图告诉您什么故事。常见问题… <a href="https://www.plastiform.info/zh/blog/jiliangxue/%E8%BF%87%E7%A8%8B%E7%A8%B3%E5%AE%9A%E6%80%A7-%E6%98%AF%E4%BB%80%E4%B9%88%E4%BB%A5%E5%8F%8A%E4%B8%BA%E4%BD%95%E9%87%8D%E8%A6%81/" class="read-more">Read More</a>

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质量保证

统计过程控制 (SPC) – 定义与意义

统计过程控制 (SPC) 是一种利用统计技术来监控和控制制造过程的方法。我过去常常认为，如果将机器设置得极其完美，它应该能无限期地生产出完美的零件。如果尺寸出现偏差，我会立即微调设置来修复它。但事实证明，这对任何人都毫无帮助。根据每一次测量结果不断微调机器，通常只会放大问题。我意识到每一个过程，无论多么精确，都有其心跳（一种自然的变异节奏）。为了在不抓狂的情况下管理这一点，我们需要统计过程控制 (SPC)。它的目的是告诉你什么时候真正偏离了航向，什么时候只是遇到了路上的一个小颠簸。目标直截了当：效率。通过使用 SPC，您可以确保您的过程发挥其最大潜力，生产出更多符合规格的产品，并显著减少浪费。您不再依赖昂贵的终端检测，而是开始在错误发生之前进行预防。您可能会听到这个术语与统计质量控制 (SQC) 互换使用，或者看到它在关于质量控制的更广泛指南中被提及。虽然它们同根同源，但 SPC 主要关注输入和活动过程，而不仅仅是最终输出。在这篇文章中，我想帮助您建立一个关于 SPC 的坚实思维模型。我们将涵盖：我保证，这比看起来要容易。什么是统计过程控制？大多数人认为质量保证就像期末考试。您制造产品，然后在生产线的最后进行检查。如果不合格，就报废。但坦率地说，这种做生意的方式极其昂贵。当您发现缺陷时，时间和材料已经浪费了。统计过程控制 (SPC) 彻底颠覆了这种模式。我们不再等待成品，而是使用统计方法来实时监控生产过程。目标是从检测（发现坏零件）转变为预防（从一开始就阻止其产生）。这很像烤饼干。传统的检查是在饼干出炉后尝一尝看是否烤焦了。SPC 是在烘烤时监控烤箱温度和计时器。如果温度飙升，您要在这批饼干被毁之前修复它。为了使其发挥作用，我们需要依赖严格的质量数据。我们从直接的产品测量和仪器读数中收集这些数据。通过统计分析这些数据，我们确保过程表现一致，从而免去生产后修正的头痛。SPC 的历史了解这些东西的真正来源有助于真正理解其背后的”原因”。故事始于 20 世纪 20 年代初，贝尔实验室的一位名叫 Walter A. Shewhart 的物理学家。他正试图解决一个棘手的问题：区分电话设备制造中的随机噪声和实际问题。1924 年，Shewhart 写了一份备忘录，其中包含了控制图的最初草图。这就是统计控制概念的诞生。他意识到你不能对每一个微小的变异都做出反应。你需要一种方法透过噪音看到信号。二战期间，风险变得更高。美国军方需要确保弹药和武器的质量，而不能检查每一颗子弹。他们大量采用 Shewhart 的控制图来保持生产的安全和可靠。战后，专业人士于 1945 年成立了美国质量控制协会以保持这种势头。但奇怪的是，美国工业在很大程度上逐渐背离了这些方法。这就是 W. Edwards Deming 介入的地方。他将这些概念带到了日本，并在那里受到了热烈欢迎。到了 20 世纪 70 年代，日本产品以前所未有的高质量主导了全球市场。这种竞争压力迫使美国制造商重新发现 SPC，将其带回作为现代质量保证的标准。什么是普通原因变异？分析过程数据的棘手之处在于：完美的一致性是一个神话。您可能期望您的生产线每次都达到完全相同的数值，但实际上，每个过程都有自然的波动背景。我们将此称为普通原因变异。把它想象成汽车引擎怠速时的轻微振动。它是系统固有的，会产生可预测的噪声模式。我们常常把这些称为不可指派或正常变异源，因为您无法指出导致它们的单一外部错误。它们只是当前过程运作方式的一部分。当您的数据显示只有普通原因时，我们会说过程处于统计控制中。随着时间的推移，它会产生稳定、可重复的分布。它创造了一个可靠的心跳，即使它不是完全平坦的，您也可以预测它。普通原因的示例想象一下这些正常振动是什么样子的会有所帮助。这些代表了您设施的标准操作条件：这只是众多其他潜在示例中的一部分。什么是特殊原因变异？如果说普通原因变异是机器柔和的背景”嗡嗡声”，那么特殊原因变异就是响亮的”咔哒声”。它代表了来自外部来源的变异，这些来源不是标准过程循环的一部分。在统计学界，我们常常称之为可指派来源，因为与一般噪声不同，通常您可以确切地指出出了什么问题。问题是，虽然普通原因影响您生产的每一件物品，但特殊原因却是鬼鬼祟祟的。它们通常只影响过程输出的一部分，并且往往是间歇性和不可预测的。您可能会看到一系列完美的零件，然后突然间，一切都乱套了。当您在控制图上发现这种模式时（通常是当数据点跳出控制上限或控制下限时），这表明过程失去了统计控制。好消息是？特殊原因实际上比普通原因更容易修复。一旦您识别并消除了那个特定的捣乱鬼，您的过程就会恢复到”稳定”状态。您只需要快速识别它，因为当它发生时，通常会产生很多麻烦。示例这些咔哒声是破坏流程的明显、可指派的事件。一些经典示例：如您所见，它的起因非常（非常）广泛。什么是控制图？如果您想可视化您的制造过程，您需要控制图。纵观 SPC 的历史，该工具仍然是该方法论的绝对基石。它允许我们监控过程随时间的变化，并帮助我们区分随机背景噪声（普通原因变异）和实际的可修复问题（特殊原因变异）。把控制图想象成现代汽车中的车道保持辅助系统。它知道您是在车道内轻微漂移，还是真的偏离了道路。每个控制图都建立在三个主要组成部分之上：我们通常使用三西格玛法则来定义这些限制。我们取平均值并加上或减去三个标准差。数学公式如下：因为正态分布中 99.73% 的数据点都在这个范围内，所以任何落在这些控制限之外的观察结果都是一个巨大的红色警报。它预示着潜在的失控状况，需要立即调查。如果您想查看更多关于如何绘制这些图表的示例，可以查看官方 ASQ 控制图资源。质量控制 7 大工具当您深陷海量生产数据集的泥潭时，很容易错过信号。我们需要一种方法来梳理这种混乱。1974 年，石川馨博士在他的经典著作… <a href="https://www.plastiform.info/zh/blog/zhiliangbaozheng/spc/" class="read-more">Read More</a>

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计量学

如何进行量具 R&R 研究？

量具 R&R 研究（量具重复性与再现性分析）测量量具的总变异，并将其作为过程公差的百分比，从而帮助确定测量工具是否适合检测零件。这是测量系统评估和计量器具校验的核心方法。我记得第一次拒收一批完全合格的零件的情景。我的数显卡尺显示它们超出了规格，但我的同事在五分钟后测量时，却发现它们完全在公差范围内。这令人困惑。我以为是工具坏了或者零件翘曲了，但我找错了方向。事实证明，每次测量时，你不只是在捕捉零件的真实情况。你捕捉的是零件的实际尺寸加上工具引入的噪音（重复性）和持握工具的人引入的噪音（再现性）的组合。这就是量具 R&R（测量系统评估）派上用场的地方。它就像是为数据降噪——过滤掉干扰信号，保留真实信息。这是一种方法论，它能准确告诉你观察到的过程变异中有多少来自测量系统分析 (MSA) 本身，又有多少来自实际的零件变异。如果这把”尺子”是橡胶做的，无论数字看起来多精确，你都无法信任测量结果。你会经常使用这个工具。它是验证闪亮的新设备、比较两种不同设备或在维修后验证三坐标测量机（CMM）的标准方法。如果你刚开始接触 QA 概念，可能需要先阅读有关质量控制的内容。在本文中，我将分享如何设置并进行量具 R&R 研究，以便你开始信任你的数据。让我们来看看吧！什么是量具 R&R 研究？我们通常认为数显卡尺和千分尺告诉我们的是真相。但现实是：每一个测量系统都会给数据增加一层自身的噪音。量具 R&R 研究就是我们要用来测量这种噪音的工具。量具 R&R（GR&R）中的两个 R 分别代表重复性（Repeatability，测量设备变差）和再现性（Reproducibility，操作员变差），它是一种量化测量系统能力的定量方法。它隔离了纯粹由测量过程（工具加上使用它的人）引起的变异，并将其与生产中看到的总变异进行比较。就像听收音机一样。音乐是你想捕捉的真实信号（零件变异）。静电嘶嘶声是测量误差。如果杂音太大，你就无法分辨歌曲。量具 R&R 测量这种杂音的音量，以确定这台收音机是否值得保留。这项研究是更大框架的核心支柱：测量系统分析（MSA，Measurement System Analysis）。这也是六西格玛管理、质量管理体系认证（如 ISO/TS 16949）和精益生产中的关键工具。当你运行它时，你会得到三个黑盒问题的答案：重复性（设备变异，EV）这带我们来到名称中的第一个 R。重复性（Repeatability）（也可称为设备变异 EV，Equipment Variation）。它测量测量仪器硬件本身的固有精度和稳定性。它提出了一个简单的问题：如果同一名操作员使用同一台仪器，对同一零件的同一特征进行多次测量，他们会得到相同的数值吗？理想情况下，是的。如果每次测量同一根钢针得到的数值都不同，说明重复性很差。当这种变异很高时，问题通常出在工具本身。它可能脏了、松动了，或者可能只是缺乏你试图达到的公差所需的分辨率。再现性（评价人变异，AV）第二个 R 代表再现性（Reproducibility）。在统计学和质量控制中，我们称之为评价人变异（AV，Appraiser Variation）或操作员变差。这将焦点从测量工具转移到了使用它的人身上。在这里，我们关注团队的一致性。如果操作员 A 把测量工具交给操作员 B 来进行那次同样的零件测量，他们的数值一致吗？事实证明，每个人握持卡尺的方式或解读模拟刻度的方式差异很大。如果再现性是误差的主要来源，这通常意味着你的标准作业程序 (SOP)… <a href="https://www.plastiform.info/zh/blog/jiliangxue/ru-he-jin-xing-liang-ju-r-r-yan-jiu/" class="read-more">Read More</a>

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计量学

涡流检测 – 操作指南

涡流是导电材料中因响应磁通量变化而自然产生的圆形电流,它们会产生反向磁场。这项技术依赖于电磁感应原理。这与无线充电电动牙刷或 iPhone 的物理原理相同,但被重新利用于极其精确地搜寻结构缺陷。这种方法广泛应用于现代无损检测 (NDT)。概念很复杂。我们使用线圈在导电材料中感应出微小的圆形电流。如果这些电流流动顺畅,说明部件完好。但如果它们遇到裂纹或空隙等障碍,流动就会改变,仪器会立即发出警报。为什么这很重要?在航空航天和石油天然气管道等高风险行业中,肉眼看不见的缺陷可能会产生灾难性的后果。我们需要一种在不改变部件的情况下”看到”这些缺陷的方法。涡流检测为我们提供了这种可视性,实现了其他方法无法比拟的快速表面裂纹检测和材料分选能力。在本文中,我想帮助您建立一个关于其实际工作原理的坚实思维模型。我们将深入探究其物理原理,探索设备,并确切了解为什么这种方法在验证质量方面如此有效。我们将研究从磁场行为到现场使用的特定探头类型的所有内容。让我们开始吧。什么是涡流?当我们谈论无损检测时,我们常常使用这些神奇的工具,却不深究其背后的物理原理。你在部件上挥动探头,突然就知道下面是否隐藏着微小的裂纹。但是金属内部实际上发生了什么?归根结底就是涡流。这个名字给了我们关于其工作原理的巨大线索。想象一条向下游流动的河流。如果你把桨伸进水里,水流会绕过障碍物形成圆形的漩涡。在流体动力学中,这些旋涡被称为”涡流”。在我们的计量世界中,”河流”是导电材料(如铝或铜),而”桨”是变化的磁场。当磁场撞击导体时,它会将电子推入闭合的圆形电流回路。这些就是你的涡流。然而,这些电流不仅仅是空转。它们会产生自己的磁场。这个新磁场与产生它的原始磁场相对抗。这种行为被称为楞次定律。正是这两个磁场之间的”推拉”作用使我们能够检测缺陷。如果裂纹破坏了电流流动,反作用力就会改变,我们的仪器就能检测到这种差异。要实现这一点,你需要两个要素。首先,材料必须导电。其次,磁场必须随时间变化,这就是为什么我们通常在检测探头中使用交流电。电磁感应原理如果您曾经拿着探头对准金属部件并看着屏幕上的信号跳动,这感觉有点像魔术。你没有接触表面,但你知道里面确切发生了什么。这就是电磁感应原理在起作用。这是驱动整个检测过程的物理引擎。当你将变化的磁场(如探头中的磁场)靠近导体时,那些看不见的磁力线会”切割”过材料。这种变化产生了电动势,即 EMF。把 EMF 想象成一种电压力,而不是固体物体。它推动金属中的自由电子,强制它们移动。这种推动力的大小在很大程度上取决于导体的电阻率和磁导率。如果材料导电性高,电子就容易流动。如果有电阻,它们就会受阻,产生热量而不是强电流。洛伦兹力让我们把镜头拉近到原子层面。实际上控制这些电子的力被称为洛伦兹力。当探头的磁场扫过材料时,它会物理地推动载流子(电子)。由于右手定则定义的物理学原理,该力垂直于磁感线作用。电子不再沿直线流动,而是被迫进入圆形路径。这些漩涡状的电流回路看起来很像河流中的涡流,这正是该名称的由来。互感和自感要真正理解探头的行为,我们必须区分两种类型的电感。首先是自感。这是线圈对其自身电流变化的抵抗。当您在线圈中通入交流电时,它会产生反电动势来对抗电流流动。这决定了探头在空气中的基准阻抗。然后是互感。这是探头与测试部件之间的连接。当探头的磁场穿过部件时,会感应出涡流。反过来,这些涡流会产生它们自己的磁场,反向穿过探头线圈。这种能量的相互交换就是部件向仪器”反馈”的方式。这种互感的强度取决于探头与部件的距离(耦合)和材料属性。这种相互作用正是我们实际测量的对象。如果裂纹等缺陷阻断了这些电流回路,次级磁场就会减弱,平衡发生偏移,仪器就会向您发出问题警报。涡流检测如何工作想象一下你拿着一个金属飞机部件。肉眼看它很完美,但我们需要知道表面之下是否隐藏着微小的、看不见的裂缝。这个过程分几个不同的步骤进行:首先,我们通过探头线圈发送交流电。当我们将此线圈靠近导电材料时,磁场迫使部件中的电子移动。这些涡流产生它们自己的磁场,与探头的磁场对抗。探头有效地”感觉”到了这种对抗。如果电流遇到缺陷,它们被迫绕道。这就像水在溪流中绕过岩石一样。这种破坏削弱了次级磁场,仪器会立即标记该变化。阻抗平面如果您曾经看过涡流仪器的屏幕,您可能见过一个在网格周围移动的”飞点”。这是阻抗平面,它是我们拥有的最重要的可视化工具。它同时映射两个变量:水平轴上的电阻 (R) 和垂直轴上的感抗 (XL)。当探头在空气中时,该点位于特定位置(高电抗,低电阻)。当您将其降低到导电部件时,该点会描绘出一条通常称为提离曲线的曲线。一旦探头落在表面上,该点就成为您的”零点”或空点。当探头遇到缺陷时,该点会移离该零点。但关键部分在于:方向很重要:这种移动的角度称为相位角。通过分析相位角,操作员可以告诉您缺陷是什么,而不仅仅是那里有一个缺陷。他们可以区分裂纹、导电率偏移或仅仅是探头轻微离开表面。信号相位滞后信号分析的另一个迷人方面是相位滞后。随着涡流深入材料,它们不仅会变弱(衰减),而且也会在时间上延迟。磁场向下传播和反作用场向上传播都需要花费有限的时间。这种时间延迟在您的屏幕上表现为相移。缺陷越深,信号在阻抗平面上顺时针旋转越多。这非常有用,因为它使我们能够估计缺陷深度。表面裂纹可能出现在 0 度,而 1 毫米深度的次表面裂纹可能出现在 45 度。它让我们从 2D 屏幕获得部件的 3D 理解。渗透深度不过,这里有个需要注意的地方。涡流很懒。它们更喜欢在材料表面流动,这种现象被称为趋肤效应。越往深处走,电流就越弱。如果您需要更深入地观察部件,您不能仅仅加大功率。实际上您必须降低频率。较低的频率穿透得更深,但对微小缺陷不那么敏感。我们使用此公式计算特定深度(电流密度降至表面值的约 37% 处):在这个方程中,f 是频率,μ 是磁导率,σ 是导电率。它突显了为什么在打开机器之前了解材料属性如此重要。不同的探头类型选择合适的探头是您在检测设置过程中做出的最重要的决定。人们很容易认为探头只是一圈电线,但这圈电线的具体几何形状完全改变了物理行为。我喜欢把磁场想象成手电筒的光束。如果你想检查螺栓孔中的微小裂纹,你需要一束聚焦的激光。如果你想检查长管道是否普遍变薄,你需要一个宽泛的泛光灯。我们将探头类型分类基于它们如何塑造能量场,以及部分基于它们如何监听回声。让我们探索一下我们的选择。表面探头这些是用于平面元件或微弯曲部件的日常工具。我们通常根据它们处理信号的方式将它们分为两个子类别。首先是绝对探头。它们使用单个传感线圈来测量下方材料的总阻抗。它们非常适合发现逐渐的变化,如导电率偏移或涂层厚度变化。然而,它们对温度变化很敏感。然后是差分探头。这些是真正的缺陷猎手。它们包含两个线圈,持续比较相距较远的两个点(或有时聚焦于一点)处的材料。如果两个线圈下的材料相同,信号为零。但如果一个线圈穿过裂纹而另一个看到的是实心金属?你会得到一个尖锐、明显的信号脉冲。因为它们是自参考的,所以可以抵消温度或导电率等逐渐变化,使其更加安静,对裂纹更敏感。高级探头设计除基础知识外,工程师还开发了一些巧妙的设计来解决特定问题。反射探头(或称驱动器-拾取器探头)将工作分开:这种解耦允许更宽的频率范围和更好的信噪比。我们也有屏蔽探头。标准线圈的磁场像甜甜圈一样扩散。如果你试图在螺栓头或边缘附近进行检查,那种扩散的磁场会撞击几何结构并产生噪声。屏蔽探头使用铁氧体环或其他屏蔽材料将磁场垂直聚焦向下,保持其紧密并防止它”看到”你不希望它看到的东西。鲍宾(Bobbin)和环绕线圈有时用铅笔探头扫描部件就像用牙刷粉刷走廊。当你有圆柱形几何结构时,你需要覆盖范围。鲍宾探头设计用于在管内滑动,一次检查整个内圆周。例如,这是检查发电厂热交换器的标准。当您将其拉过时,它提供完整的 360° 视图。环绕线圈的工作方式相反。部件(如电线、棒材或管材)穿过线圈。这对于生产线来说速度极快,但有一点需要注意。涡流阵列 (ECA)如果标准探头就像单个手电筒,涡流阵列 (ECA) 就像体育场泛光灯系统。ECA 探头包含按特定模式排列的多行线圈。您不用单个线圈来回扫描(光栅扫描),而是一次通过即可扫描大面积区域。软件将所有这些线圈的信号拼接在一起,创建一个C扫描图像,这本质上是表面的颜色编码图。这使您能够在屏幕上看到裂纹的形状和长度,而不仅仅是解释移动的点。ECA 正在彻底改变该行业,因为它速度更快,不太依赖操作员手部的稳定性,并提供检测的永久数字记录。导电材料测试这是涡流检测最大的缺点:它有一个非常严格的准入名单。此方法仅适用于导电的材料。如果你试图检查塑料、玻璃或陶瓷,你将得到绝对零信号。要理解原因,我们需要看看在原子层面上发生了什么。为了形成涡流,你需要当磁场出现时可以自由移动的电子。在导电金属中,这些自由电子很容易漂移到我们想要的闭合回路中。在绝缘体中,电子被卡在原地。没有流动意味着没有涡流。这就是为什么这种检测方法是铝、铜、钛、钢合金和镍合金的重头戏。这是航空航天和制造业检查从机身蒙皮到发动机叶片的所有东西的标准做法。如果您使用非导电材料制造产品,您需要另一种解决方案。IACS 导电率标准我们使用IACS(国际退火铜标准)标度测量导电率。纯退火铜定义为 100% IACS。铝合金的范围可能在 30% 到 50% IACS 之间,而钛要低得多,约为 1.5%… <a href="https://www.plastiform.info/zh/blog/jiliangxue/guo-liu-jian-ce-cao-zuo-zhi-nan/" class="read-more">Read More</a>

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质量保证

相控阵超声检测(PAUT)是如何工作的?

相控阵超声检测(PAUT)是一种先进的无损检测方法。它让您可以使用一组小型超声探头检测材料中的缺陷，而无需损坏部件。与传统的单探头测试不同，您无需移动探头。探头保持固定，您通过电子方式引导声束，实现精确的电子束聚焦。如果您需要快速检查复杂几何形状或大表面，PAUT提供的扫描比传统方法更快且显示更多细节。在本文中，我将解释相控阵超声检测的工作原理。我们将介绍核心原理，如控制声束的聚焦法则和延迟法则，以及包括扇形扫描束控在内的技术。您还将了解主要硬件组件及其最常见的应用。如果您想先复习基础知识，请查看我们关于什么是超声检测以及它如何工作的指南。它为理解超声检测的一般工作原理提供了良好的基础。什么是相控阵超声检测？相控阵超声检测(PAUT)是一种检测方法，它依赖于装有许多小型超声元件的探头。在较旧的技术中，您必须在表面上物理滑动单个探头。PAUT则不同。它让您可以以电子方式引导超声束，为您提供精确控制，而无需移动探头本身。其名称揭示了它的工作原理。“阵列”是指元件的集合，“相控”是指用于脉冲每个元件的特定计算机控制时序。通过调整时序，您可以准确地塑造和引导声束到您需要的位置。这个过程使用波物理学的基本原理，其中声波相互干涉以聚焦能量。历史发展这项技术实际上起源于医疗领域，医生在20世纪将其用于超声成像。工业无损检测采用它花了一段时间，因为早期系统对大多数团队来说过于复杂和昂贵。一旦计算机变得更强大，制造成本下降，PAUT就成为一种出色的检测工具。现在，您会发现它被用于许多要求严格的行业，如建筑、管道和发电，以验证材料质量。但并非随处可见，因为与替代方案相比，它仍然是一种相对昂贵的控制工具。关键组件任何PAUT系统的核心是探头。该组件容纳所有将电信号转换为超声波的压电晶体元件。这些元件彼此分离，以防止它们在探头内部相互干扰。探头有几种配置：线性阵列、矩阵阵列或环形阵列。对于大多数工业应用，例如相控阵焊缝检测，您可能会使用包含16到32个元件的线性阵列。该探头通过专用电缆连接到主机，但您也可以找到无线选项。电子束聚焦如何工作在相控阵技术中，您可以引导和塑造超声束，完全无需移动探头。这是PAUT相对于传统方法的最大区别，它让您更快、更彻底地检查部件。但您需要精确的时序和基本的波物理学来将声波发送到您想要的位置。聚焦法则和延迟机制您使用聚焦法则管理束聚焦。这些是简单的指令，告诉每个阵列元件何时发射脉冲。原理很简单，不是吗？通过为每个元件的脉冲引入小的时间延迟，产生的波相互叠加，形成精确指向您需要位置的聚焦束。这些延迟法则需要极高的精度，因为时序电路工作在约两纳秒。这种精度使您能够调整束的角度和焦深以匹配您的部件几何形状。通过适当的延迟，您可以根据特定部件的形状定制检测，以获得更好的结果。波前生成当阵列中的每个单独元件被激活并发射超声脉冲时，它会产生一个向外扩展的球形波，从点源向各个方向传播。虽然单独的波元件在孤立状态下相对无效，但当使用聚焦法则精确同步时，它们变得更加强大。这使得波汇聚并相互增强，产生一个可以准确指向特定目标位置的单一集中束。您的焦点大小由有效孔径决定。它代表同时激活的元件数量。由于增加发射元件的数量会导致焦点逐渐收紧，因此您能够动态塑造产生的束以检测和表征各种材料缺陷。然而。重要的是要认识到，这种聚焦能力仅在探头的近场内最佳工作，超出该范围，束会发散，聚焦优势会显著降低。工作原理和技术您使用相控阵工具处理超声生成和接收的方式与较旧的单元件工具不同。PAUT系统一次触发一组元件，通常将4到32个元件脉冲在一起。在像相控阵焊缝检测这样的常见任务中，您将使用大约16个元件。仔细控制每个元件的脉冲时间，使声波合并成单个聚焦束。当能量击中您的部件时，物理学开始起作用，无论您如何产生波都无关紧要。让我们快速浏览一下可用的技术。扇形扫描和束控扇形扫描，或S扫描，是最常用的技术之一。它仅用一组元件就能在多个角度扫过超声束，非常像探照灯。您可以在不移动探头的情况下检查40到70度的区域。这就是束控的作用。当部件具有复杂形状或难以触及的位置时，它很有帮助，让您可以选择最适合发现缺陷的角度。电子扫描电子扫描大大加快了速度。它复制了您手动移动UT探头时所做的事情，但在这里，没有任何东西物理移动。仪器沿着探头依次打开元件组。这会将束发送到您检查的区域。您可以快速覆盖大表面，并可以将其与电子束聚焦配对以保持清晰的分辨率。全聚焦方法想要更清晰的图像？使用全聚焦方法(TFM)。它不会形成单个束。相反，TFM从阵列中的所有发射器-接收器对获取原始数据。您的系统将检测区域分解为微小像素的网格，并计算出正确的时间延迟以在每个像素处聚焦声音。这就是您如何获得该区域详细、准确的图像。数据采集和显示您的PAUT系统通过以精确定时的间隔发送超声束来收集信息。它一次捕获数百个信号，获取大量原始数据。通过处理这些数据以创建清晰的图像，它将为您提供材料内部的实时视图，这是提高质量评估的有效方法。此过程还会创建检测的永久可追溯记录。为了获得更高的精度，您可以在探头上安装编码器。它记录每次测量的确切物理位置，将视觉数据链接到部件上的特定位置。软件要求系统的性能依赖于其软件，这是处理繁重工作的部分。它计算复杂的时序，称为延迟法则和聚焦法则，以精确引导和聚焦超声束到您需要的位置。软件还管理每个探头元件的校准并组织数据以便清晰呈现。虽然初次设置需要仔细配置，但您可以将设置保存到文件中。此功能允许您在几秒钟内重新加载完整设置，这对于常规工作是一个重要优势。扫描类型和成像软件将收集的信号转换为实时显示物体横截面的图像。有多种类型的扫描：这种技术，称为扇形扫描束控，产生扇形图像，非常适合检查焊缝和复杂几何形状。这种电子束聚焦提供了部件的清晰视觉切片，使解释比传统方法容易得多。要了解有关成像标准的更多信息，您可以查阅ASNT等组织的无损检测资源。相控阵检测的工业应用您可以依靠相控阵超声检测在不破坏材料的情况下检查材料。它很灵活，因此适用于许多不同行业的多种部件。您可以发现焊缝中的缺陷，检查铆钉的质量，并发现腐蚀产生的裂纹、孔隙或凹坑等问题。以下是快速概述。焊缝检查对于焊缝检测，PAUT非常适合压力容器和管道等艰巨工作。它可以发现常见缺陷，如融合不良、气孔或夹渣。您可以调整束角以适应焊缝的形状，从而使检测更加可靠。该过程遵循ASTM E2700等接触测试标准。厚度和腐蚀测量PAUT还准确测量材料厚度。这有助于您随时间跟踪腐蚀或侵蚀造成的损坏。您可以绘制大表面上的材料损失图，以获得完整的图像。例如，它用于检查支撑下的管道，那里很容易隐藏锈蚀。您获得的数据可帮助您确定部件是否仍然安全或需要维修。其他应用您可以将PAUT用于焊缝和腐蚀以外的用途。它用于检查铁路行业的火车车轮和车轴。该技术还可方便地检查复合材料和绘制粘合接头中的粘合剂图。无论您是在建筑工地还是在发电厂，它都为质量检查和规划维护工作提供良好的数据。实施模式相控阵系统为您提供使用方式的灵活性。您选择的方法取决于检测的具体需求，平衡速度、部件可及性、预算和安全性。您有三个主要选项：手动、半自动或全自动。手动检测对于快速检查或检查形状复杂的部件，手动检测是一个实用的选择。在这种自由运行模式下，技术人员用手在部件表面上移动探头。探头可以与耦合剂一起使用，安装在硬楔上，或安装在轮式探头中以实现更平滑的扫描。这种方法为您提供出色的便携性并提供即时的实时反馈。编码和自动化系统半自动系统，也称为编码系统，为手动扫描带来更高的精度。连接到探头的编码器记录其确切位置。此过程准确存储和映射所有检测数据。拥有这些数据可帮助您追溯结果并轻松重复检测。全自动系统使用电动扫描仪来提高生产率和安全性。这些扫描仪可以使用磁力轮沿管道爬行，或使用多轴臂处理复杂部件，自动移动探头。这种方法使操作员远离潜在的不安全环境，并为大规模检测提供高度可重复的结果。设置和校准开始使用相控阵超声检测系统时，正确设置至关重要，因为这会带来更好的检测结果。该过程类似于您可能已经熟悉的超声检测。但PAUT具有多个元件，因此在设置和校准期间需要更多关注。您可以从熟悉的基础知识开始，然后针对您的确切任务进行调整。参数选择如果您以前做过传统UT，开始时的感觉是一样的。使用单探头工作中的值选择测试频率、孔径大小、焦距和入射角。接下来，您调整延迟法则，也称为聚焦法则，以管理电子束聚焦。这有助于您将检测与材料相匹配。您需要考虑其声速和信号减弱程度。对于厚碳钢焊缝，相比薄不锈钢部件，您应使用较低的频率和较大的孔径。标准和资格正确校准并遵守行业标准。这种方法为您提供可信任的结果（这也是客户和质量经理的必然要求）。有很多国际标准要遵循，您的方法工程师将为您提供操作员需要遵循的标准。仅举其中一些：在检测之前，始终先使用演示块进行校准。它确保每个阵列元件都能工作，并且时间延迟正确对齐。结论相控阵超声检测是一种更智能的材料检测方法。您使用具有许多小元件的探头，计算机应用所谓的聚焦法则或延迟法则来精确控制每个脉冲的时序。这会创建一个您可以通过电子束聚焦可控向聚焦的声束，因此您不必手动扫描。这种电子控制在速度和准确性方面为您带来真正的优势。通过扇形扫描束控，您可以非常快速地将束引导到大表面或复杂部件中。您可以获得更可靠的数据，并且可以更有信心地发现隐藏的缺陷，而无需担心射线照相的安全问题。但它并不适用于每一项工作。前期成本高于传统UT，并且您需要专门培训才能获得良好结果。它非常适合相控阵焊缝检测和腐蚀绘图。对于其他任务，如发现表面裂纹，不同的方法可能会更好地为您服务。要充分利用PAUT，您需要一名熟练的操作员，能够选择正确的参数并将技术与工作相匹配。随着软件的改进以及全聚焦方法(TFM)等方法变得普遍，这项技术变得更加强大且更易于使用。那您呢，您在工作中使用PAUT吗？常见问题… <a href="https://www.plastiform.info/zh/blog/zhiliangbaozheng/paut/" class="read-more">Read More</a>

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计量学

厚度测量:从基础到高级的方法和工具

厚度测量是确定物体两个平行表面之间距离的过程。它既适用于材料的主体本身,也适用于其表面的各种涂层或薄膜。这种尺寸检测直接影响结构完整性、腐蚀防护、产品质量以及法规合规性。行业依赖标准化程序以确保测量结果的一致性。例如,最新的ASTM D7091-22标准就为金属表面涂层的无损测量提供了实践指导。您是否曾在选择正确的检测工具时感到困惑?简单的卡尺或许适用于测量金属板,但对于柔软的聚合物薄膜或在役管道壁,什么才是正确的方法呢?在本文中,我将详细介绍从接触式到非接触式技术的各种测量方法。我们将涵盖基础工具、电磁仪表、超声波无损检测和先进的光学系统,展示材料类型和精度需求如何指导您的选择。不过,让我们先从一些基础知识开始👇🏻。什么是厚度测量?厚度测量是确定物体两个平行表面之间距离的方法。这个概念既适用于基材本身,也适用于可能添加到其表面的任何涂层或薄层。您会经常遇到两个不同的类别。工程师在进行这些测量时会使用几种常见单位。您会看到:这些测量的尺度差异非常大。高科技薄膜的厚度可能小于一微米,而保护性涂层通常在25至500微米之间。结构部件则要厚得多,通常以多个毫米为单位进行测量。选择正确的测量方法很大程度上取决于您要测量的对象。基材和涂层本身的特性决定了最佳的工具选择。例如,测量磁性基材上的涂层需要与测量非磁性材料或透明薄膜上的涂层采用不同的技术。接触式测量方法接触式测量方法是最经典的测量方式。这些仪器通过物理接触待测组件的表面来确定其厚度。它们因操作简单、结果直观易读而广受欢迎。但它们的直接接触方式也是其主要限制。首先,您有可能划伤或变形被测材料。其次,测量结果也可能受到操作员手法的影响。因此,它们不适合测量柔软或精密的材料。您经常会看到它们被用于刚性塑料、金属和层压板的质量控制。千分尺和卡尺机械千分尺基于精密螺纹原理运行,而数字卡尺则提供快速的滑动钳口测量。这两种工具都能为您提供部件厚度的直接读数。您需要注意施加的接触力,尤其是在测量较软的材料时。标准建议在不同位置进行多次测量并取平均值,以获得具有代表性的厚度数据。优质千分尺的分辨率通常在1至10微米之间。您可以使用经认证的量块来验证其准确性。表盘和数显指示器表盘式厚度计使用弹簧加载的测头进行快速点检。当测头接触零件时,厚度会显示在简单的表盘上。数显版本的工作原理相同,但提供电子读数,使数据记录变得更加容易。这是仪器的现代化升级,但基本原理仍然相同。这些指示器的主要优势是速度快。它们非常适合生产线上的快速质量检查。正确使用需要一个平整的测砧和对被测零件的稳固支撑。在进行测量之前,您还必须在参考表面上进行校准,但这对任何测量设备来说都是应该做的。它们通常用于确认金属板、垫片和各种模塑塑料零件的厚度。涂层厚度的电磁测量方法电磁测厚仪提供了一种快速便捷的方式来检查涂层厚度,且不会损坏零件。这些无损检测仪器是测量金属基材保护涂层的常用解决方案。它们的使用方法在ASTM D7091-22等标准中有明确定义。这些工具能够快速给出结果,并且只需访问表面的一侧。经过校准后,它们对操作员技能的要求也相对较低。基材材料很重要,因为磁性测厚仪适用于铁磁性金属,而涡流型测厚仪则适用于非铁磁性导电金属。读数也可能受到表面粗糙度和零件曲率的影响。磁性拉拔式测厚仪机械式拉拔测厚仪是一种简单的变体,在ASTM D7091标准中被称为1型测厚仪。它使用永磁体,测量将其从涂层表面拉离所需的力。较厚的非磁性涂层会减小这种力,测厚仪将其转换为厚度值。同样,为了获得良好的结果,正确的校准是必不可少的。您应该在与待测组件材料相同的未涂层样品上校准测厚仪。这一步骤可以考虑基材磁性特性的任何变化。电子涡流和霍尔效应测厚仪电子仪器(称为2型测厚仪)提供更高的精度。ASTM E376-19标准建议在与待测零件材料、厚度和曲率相匹配的基材上进行校准。您还应注意边缘效应,因为在距离零件边缘太近的位置进行测量可能会产生不准确的读数。超声波厚度测量这种技术的工作原理很像回声。一个称为传感器的设备向材料中发送高频声波脉冲。声波穿过材料,遇到背面或内部缺陷后反射回传感器。仪器精确计时这个往返过程。通过了解声音在特定材料中的传播速度(即其声速),仪器就可以计算出厚度。这个过程遵循ASTM E797/E797M-21等标准实践的指导,该标准概述了手动超声接触法。该标准要求使用已知厚度的参考块进行两点校准,以覆盖预期的测量范围。正确设置声速至关重要,因为这个特性取决于材料的成分及其温度。准确的读数要求您使用待检测材料的正确速度设置,或对温度变化进行补偿。主要优势之一是您只需访问组件的一侧。这使其非常适合检测非常厚的截面,从几毫米到数百毫米。该方法是无损的,并且可有效用于大多数工程材料,包括金属、塑料和复合材料。也有一些限制需要考虑。该方法需要耦合介质(如凝胶或水)将声音从传感器传输到零件中。表面还必须清洁光滑以实现良好的接触。它通常不适合测量非常薄的薄膜,例如0.5毫米以下的薄膜。您会发现这种方法广泛用于在役检查。常见应用包括检查管道和压力容器因腐蚀造成的壁厚损失。它也是验证管道完整性和检查储罐底板状况的关键工具。Plastiform用于难以触及的区域当您需要测量的区域在物理上无法触及时该怎么办?也许它深藏在组件内部、在其他部件后面,或者在狭窄空间中,任何探头或测厚仪都无法进入。此时,复制材料(通常称为plastiform或印模复合材料)就是最佳选择。复制材料是一种可塑化合物,您可以将其压入难以触及的区域。它能完美贴合表面,捕捉精确的几何形状,包括厚度尺寸和间隙。一旦固化或凝固,您就可以取出复制品并使用标准工具对其进行测量。该技术遵循简单直接的工作流程:您准备好复制产品并将其插入目标位置。材料流入间隙、边缘周围和表面,捕捉每一个细节。您需要在材料的操作时间内完成工作,操作时间因产品类型而异。材料凝固后,您小心地将其从组件中取出。复制品保持了原始空间的精确尺寸关系。您现在拥有了以前无法触及区域的物理负印模。将复制品放在工作台上,您可以使用任何合适的测量工具。千分尺和卡尺非常适合简单的厚度检查,但您需要使用刚性的Plastiform产品。这种方法在几种场景中特别有价值。您可以用它来验证不便拆卸的间隙。它是检查轴承配合、测量涡轮叶片组件中的间隙或叶片厚度以检查其磨损状况的首选技术。光学和非接触技术有时,您需要在不物理接触的情况下测量物体。这就是光学和非接触方法发挥作用的地方。它们非常适合测量精密材料、高温材料,或生产线上快速移动的部件。这些技术对透明或半透明材料特别有用。它们可以测量单层的厚度,甚至可以区分堆叠在一起的多层。想想智能手机屏幕或镀膜镜片中的复杂层结构。许多光学方法提供极高的分辨率,使您能够测量非常薄的薄膜,从微米级到纳米级。例如,像Bristol Instruments这样的公司提供了一系列光学测厚仪。这些系统使用干涉测量原理来测量12微米至80毫米厚的透明材料。它们甚至可以一次测量多达31个独立的层。对于不透明基材上的涂层,则使用共焦显微镜和光谱学等技术。白光干涉测量和共焦显微镜白光干涉测量的工作原理是分光。一部分光从薄膜的顶表面反射,另一部分光从底表面反射。当这些反射光束重新组合时,它们会产生干涉图案,就像肥皂泡上的彩虹色。通过分析这种图案并了解材料的折射率,我们可以极其精确地计算薄膜的厚度。共焦位移传感器提供了另一种从一侧测量透明层的方法。它有点像只能看到单一深度完全聚焦内容的显微镜。传感器找到顶表面的精确焦点,然后找到底表面的焦点。镜头在这两点之间移动的距离就是厚度。这种方法可以分辨复杂产品(如镜头组件或医疗隐形眼镜)中的各个层。这些方法的分辨率令人印象深刻,范围从几十纳米到亚纳米级。这使它们成为精密光学、半导体晶圆计量以及医疗管材和导管制造的理想选择。激光三角测量和2D/3D轮廓测量激光三角测量是一种简单直接的几何方法。如果您还记得高中的数学课,您就已经知道了其背后的科学原理。激光以设定的角度将点或线投射到表面上。位于另一个角度的传感器观察这个投影。如果表面高度发生变化,激光在传感器上的位置就会移动。系统使用简单的三角函数实时计算到表面的距离。通过在表面上扫描激光,2D和3D轮廓仪可以创建完整的横截面轮廓或物体的完整3D地图。这不仅可以检查涂层的高度,还可以检查其宽度和体积。这种能力在检查机器人施加的粘合剂量或测量电路板上焊膏的厚度等应用中非常有用。对于粗糙或阶梯状表面,轮廓仪具有优势,因为单点传感器可能会给出误导性读数。这些系统通常在几十毫米的距离上运行,可以达到微米级的分辨率。标准和校准最佳实践如果无法客观证明其准确性,厚度读数将毫无价值。这就是为什么正式标准和可追溯的校准对于监管认可和质量控制至关重要。它们为每位工程师和技术人员提供了共同的规则手册。您使用经认证的参考材料(如厚度箔或未涂层基材)来验证仪器的准确性。这种检查应在使用前、可能损害准确性的任何事件后以及定期(如生产班次开始时)进行。为您的应用选择正确的方法选择正确的厚度测量工具就是要找到适合工作的技术。您需要回答一些关于您的材料、您的目标和您的工作环境的问题。如果简单的千分尺就能完成任务,那么最精密的光学系统就显得过于复杂了。从材料本身开始。您的第一个问题应该是关于基材:这会立即将您指向或远离电磁方法。接下来,考虑您要测量的涂层或薄层(如果有的话)。它是像油漆一样不透明还是像聚合物薄膜一样透明?预期厚度和物理可及性是您的下一个约束条件。测量以毫米为单位的结构壁是超声波或机械工具的工作,而测量亚微米薄膜则需要精密的光学或专用电磁方法。您需要考虑是否可以接触零件的两侧(对于千分尺等工具),还是仅限于单侧访问,这需要超声波、电磁或光学轮廓仪。精度和产量需求将进一步缩小您的选择范围。光学或半导体中的高精度应用需要光学干涉测量等技术,而许多现场检查可以容忍较低的分辨率。对于生产,自动化光学或电磁映射系统提供更高的速度,而手动接触式或超声波测厚仪更适合抽检。工作环境也是一个重要因素。坚固的超声波测厚仪专为室外管道检查而设计,而防爆共焦传感器等专用设备则专为活跃的涂装线设计。您还必须平衡仪器的初始成本、其校准开销以及因返工或责任造成的不良测量的潜在成本。综合考虑这些因素,就能找到合适的方法。您也可以考虑使用中间复制品,让测量设备适应待测区域。应用和行业理论是一回事,但看到测量技术的实际应用才能体现其价值。所有行业都面临独特的挑战,从防止大型钢结构生锈到在计算机芯片上分层微观薄膜。工具和方法的选择完全由这些实际需求驱动。让我们通过不同的实际例子来获得一些指导。钢结构的保护涂层对于桥梁或船舶等大型资产,保护漆的厚度是防止腐蚀的主要防线。该行业遵循ISO 19840等指南,这是一项为该领域测量制定规则的标准。它规定了如何使用经校准的电磁测厚仪,将”点测量”定义为几次读数的平均值,并概述了确认合规性所需的每个区域的采样模式。半导体和显示器制造在电子和光学领域,您需要处理多个极薄的层。例如AR/VR镜片上的防反射涂层或手机屏幕内的薄膜。在这里,白光干涉测量法通常用于在不接触的情况下测量每一层。现代系统现在可以绘制整个镜头组件的厚度图,捕捉任何可能影响光学性能的偏差。医疗器械在制造医疗管材、导管或眼内晶状体等产品时,您不能冒物理接触造成损坏或污染的风险。非接触式光学方法(如共焦或干涉测量传感器)是解决方案。它们使用光以极高的精度测量厚度,非常适合精密、无菌和透明的材料。汽车和航空航天汽车和航空航天行业依靠厚度测量来保证质量和安全。汽车车身上的油漆和电镀厚度根据ASTM标准进行验证,以保证耐用性和优质的表面处理。在航空航天领域,技术人员使用超声波方法检查机身和发动机部件因磨损造成的壁厚损失,这是维持结构完整性的重要检查。石油和天然气管道完整性维护管道需要从外部了解管壁的状况。技术人员使用超声波厚度测绘来查找腐蚀或侵蚀区域。这些数据创建了剩余壁厚的”地图”,用于预测管道的使用寿命并在发生故障之前安排维修。结论我们已经介绍了测量厚度的整套工具,从简单的接触式工具(如千分尺)到先进的非接触系统。您已经看到每种方法都有其用途,无论是确认保护涂层的深度以防止生锈、验证管道的壁完整性以防止事故,还是控制现代电子产品中的微观层。可靠的结果源于对既定标准的遵循。这些标准指向一个核心思想:使用代表性材料进行适当的校准是不可协商的。要真正支持您的结果,您还必须考虑测量不确定度。随着技术的进步,自动化传感器和数据分析正在使这些测量更快、更精确。这种演变支持现代制造和在线过程控制,在这些领域准确的数据至关重要。厚度测量让您能够减少浪费、防止操作故障并交付符合每项规格的产品。它是直接影响您工作可靠性的质量保证的基本要素。常见问题… <a href="https://www.plastiform.info/zh/blog/jiliangxue/houdu-celiang-cong-jichu-dao-gaoji-fangfa-he-gongju/" class="read-more">Read More</a>

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工程学

什么是压电换能器?它有什么用途?

压电换能器是一种将机械能(如压力)转换为电信号的装置,也可以执行反向转换,将电信号转换为机械运动。后一种机制例如用于超声波检测。该名称来源于希腊语”piezo”,意为”按压”或”挤压”。这种效应最早由Jacques和Pierre Curie兄弟在1880年证实。这种双重功能使它们既可以作为传感器检测物理力,也可以作为执行器产生精确的运动。这项技术的精度是其应用的一个重要方面。例如,在医学诊断中,超声波传感器必须符合严格的标准。但是,固体材料如何仅通过被按压就能产生电压呢?这正是我们将在本文中尝试解释的内容!压电效应背后的工作原理以及使其成为可能的材料。我们还将介绍不同的传感器类型、它们最常见的应用、重要的行业标准以及工程项目的选择因素。压电换能器如何工作?这些装置的核心是一种称为压电效应的现象。某些材料(通常是晶体或特殊陶瓷)在受到机械应力时会产生电荷。这个过程也可以反向进行,称为逆压电效应。如果在同一材料上施加电压,它会发生物理变形,形状会略微改变。这并不是你用肉眼能观察到的东西。这种双重能力使压电换能器既可以充当传感器又可以充当执行器。当用作传感器时,机械力(如压力或振动)压缩压电材料。这个动作使其晶体结构内平衡的正负电荷发生位移,产生电偶极子。结果是可测量的电压,与施加的力成正比。在某些工作模式下,无论元件大小如何,这种电荷产生都是一致的。工作模式工程师可以以三种主要模式切割和排列压电材料。每种模式都以不同的方式决定它们如何响应力。横向模式通过沿一个轴施加力并在垂直于该力的轴上产生电荷来工作。在这种模式下,产生的电荷量取决于元件的几何形状,遵循以下关系:简单来说:当你在一个方向(y)上按压材料时,它会在另一个方向(x)上产生电响应,响应的强度取决于材料的特性和其形状。这使工程师可以通过改变其物理尺寸来定制传感器的灵敏度。在纵向模式中,电荷沿与施加力相同的轴产生。电荷输出:简单来说:当你沿着材料的长度按压或拉伸材料时,它会在同一方向上产生电荷,堆叠更多层会使效果更强。它严格与施加的力成正比,不依赖于元件的大小或形状。最后一种是剪切模式,它在与施加的剪切力成直角的方向上产生电荷。与纵向模式类似,产生的电荷:这意味着,当你扭转或剪切材料时,它会产生电荷,堆叠更多层会增加输出。再次强调,它与施加的力成正比。电气特性和等效电路为了分析性能,压电传感器可以建模为输出随频率变化的电压源。简单来说,它看起来是这样的:基本模型最简单的表示将传感器视为电池(电压源)连接到电容器。电容器模拟当你按压传感器时电荷如何在其表面积累。替代视图:你也可以将其视为电流源(电荷泵)与同一电容器一起工作。两种版本表达的是同一件事:你施加的力越大,传感器产生的电荷就越多。频率限制:传感器的内部电阻和连接到它的任何外部设备都像滤波器一样。这个滤波器防止传感器检测到非常低频的振动或缓慢的运动。有一个最低频率,低于该频率它就无法有效响应。高级模型:对于精确工程,我们使用更复杂的模型,将传感器视为转换为电气术语的机械系统。这是通过使用线圈(电感器)和电容器等组件来模拟物理结构的行为来完成的。这有助于准确预测传感器在不同条件下的性能。换能器的压电材料为压电传感器选择合适的材料是一个重要的决定。材料决定了设备的灵敏度、耐用性和温度限制。我们可以将这些材料分为三大类:压电陶瓷、单晶材料和现代薄膜材料。陶瓷材料你会遇到的最常见的陶瓷是锆钛酸铅,称为PZT。其高灵敏度使其成为绝佳选择。它产生的信号比天然晶体强约100倍,使其非常适合检测细微的力。PZT制造具有很大优势:PZT是通过一种称为”烧结”的工艺制成的。基本上,就是在高温下加热粉末材料,使颗粒融合成固体块,而不完全熔化它们。PZT天然不具有压电特性。必须通过称为“极化”的过程人工创建这种能力。我们是这样做的:原始PZT被加热并暴露在强电场中。这迫使材料的内部晶体结构沿一个方向排列。这种排列产生了压电效应。它们通常可以工作到250°C(<250°C),但超过其居里温度会永久去除其压电特性。其高灵敏度使其成为无损检测设备的绝佳选择。单晶材料单晶材料提供长期稳定性。天然晶体如石英、磷酸镓和电气石的灵敏度不如PZT,但非常稳定。以下是如何在这些材料之间进行选择的快速概述:单晶为你提供稳定性和精度,但你要为此付出较低的灵敏度和比PZT更高的成本。薄膜和复合材料当你需要在非常高的频率或微小空间中工作时,薄膜材料是最佳选择。使用溅射或化学气相沉积等先进方法生产,这些材料专为以下用途而设计:此类别中可用的选项:压电聚合物和复合材料:富有弹性的材料,弯曲时仍能产生电信号。用于可穿戴设备、柔性传感器和医疗贴片。罗谢尔盐:历史上在天然材料中产生最强的压电信号之一,但现代陶瓷现在超过了其性能。但它很复杂:它讨厌潮湿,在46°C以上会分解。因此它主要局限于实验室和专门应用。智能复合材料:你取PZT颗粒并将它们混合到铝中,有点像饼干面团中的巧克力片。当材料受到应力(弯曲、开裂或振动)时,内部的PZT颗粒会检测到它并发送电信号。这就是名称中”智能”的含义,因为它就像在整个结构中嵌入了数千个微小的警报铃。但这些材料也有权衡。它们技术先进,但通常昂贵且不如传统陶瓷或晶体耐用。压电换能器的类型和形状压电材料最有趣的特性之一是其制造的多功能性。与许多其他电子元件不同,它们可以生产成各种形状和尺寸。这种适应性是你在如此多不同产品和行业中发现它们的主要原因。压电换能器的几何形状与其工作直接相关。选择特定形状是为了优化其对机械应力的响应方式或产生物理运动的方式。其形式是任何给定应用性能的一个非常重要的参数。常见的传感器几何形状圆形形状(如圆盘和环)非常常见。你可以在汽车传感器和超声波清洗系统中找到圆盘传感器,而环形传感器通常用于医疗设备,执行牙齿清洁等任务。板和块是简单的实心形状,非常适合测量振动或压力。它们经常用作加速度计或大功率超声波发生器内部的核心组件。管或圆柱形传感器用于需要精度的应用,例如控制流体流量、扫描显微镜和药物微量配给。条形传感器是粘合到被动基底上的薄活性层。它们的弯曲能力使其可用于泵控制和触控激活开关。双压电晶片和单压电晶片传感器是为运动而设计的分层组件:两者都可用于在执行器和传感器中创建精确的运动。优点和局限性像工程中的任何事物一样,这些设备既有优点也有局限性。当你需要在项目中使用它时,重要的是要考虑它们。优点它们是自发电的,在施加压力时产生自己的电信号,无需外部电源。它们还具有高达1011 N/m²的高弹性模量,这是类似于许多金属的刚度水平。这使设备机械坚固,在负载下几乎没有弯曲。这些设备还提供出色的性能。它们具有非常高的固有频率,并在宽幅度范围内显示一致的线性度。这使它们具有快速的频率响应,使它们能够在微秒内做出反应并产生高达20 MHz的超声波。在某些情况下,它们也不受电磁场和辐射的影响,这使它们在恶劣条件下非常可靠。制造步骤的灵活性也是一大优势。所用材料可以成型为许多不同的形式和尺寸,以满足特定的应用需求。它们即使在低电压下也能很好地工作,这增加了它们的多功能性。将它们与其他传感器类型进行比较可显示其性能优势下表使用来自Gautschi (2002)的信息,显示了它们与其他常见设计在灵敏度和测量范围方面的比较。原理应变灵敏度 [V/με] 阈值 [με] 量程与阈值比压电 5.0 0.00001 100,000,000 压阻 0.0001 0.0001 2,500,000 电感 0.001 0.0005 2,000,000 电容 0.005 0.0001 750,000 电阻 0.000005 0.01 50,000 如你所见,压电式传感器结合了非常高的灵敏度和低检测阈值。这导致了测量从最小到非常大的广泛力谱的出色能力。局限性尽管有其优点,压电换能器并不适用于所有情况。一个重要的限制是它们无法测量真正的静态或不变的力。当施加稳定的力时,传感器会产生固定量的电荷。由于绝缘不完美和内部电阻,这种电荷逐渐泄漏,导致信号衰减。这些设备的电输出非常小。这种微小的电荷需要特殊电缆和外部放大器才能使信号可用。添加放大器有时会将其自身的电气误差或噪声引入测量中。这是精密应用必须考虑的权衡。这些换能器也可能对周围环境敏感温度和湿度的变化会影响其输出,使它们在不受控制的环境中不太可靠。高温特别成问题,会导致内部电阻和灵敏度下降。例如,石英换能器在300°C以上的温度下工作时需要主动冷却系统。即使在能量采集中,恒定的环境能量源也会导致电子的缓慢损失,导致随时间推移功率输出下降。应用和实际使用到目前为止,我们已经了解到压电传感器是将机械应力转换为电信号的巧妙设备,反之亦然。但是,它在现实世界中有什么用途呢?它们既可以充当传感器又可以充当执行器的能力,加上它们的多种形状,使它们成为工程中非常强大的组件。这种多功能性就是为什么你在几乎每个高科技行业都能找到它们。自1950年代制造商开始将它们用于质量保证和过程控制以来,它们的使用已扩展到工业、航空航天、汽车、医疗和消费电子领域。它们是推动技术边界的研发团队的首选工具。加速度计使用微小的惯性质量块来测量运动,而压力传感器使用薄膜来检测力。你会发现它们监测发动机内的燃烧,帮助汽车自动制动,或为用高频振动清洗部件的超声波清洗器提供动力。医疗领域在患者安全和诊断方面严重依赖这项技术。除成像外,压电传感器还用于手术工具和击碎肾结石。你每天都在与压电传感器互动,通常没有意识到这一点。它们存在于捕捉你声音的麦克风、安全警报中的蜂鸣器、自动滑动门和移动电话上的触控板中。如此广泛的用途表明这项技术已深度融入现代生活。能量采集这些组件提供了一种通过将环境机械振动转换为可用电能来发电的方法。这种能力对于有线电源或电池实施成本太高或物理上不可行的应用非常有用。设备可以从周围环境中获取自己的能量,而不需要专用电源线。这些系统非常适合为低能耗设备供电,这些设备只需要毫瓦级的功率,例如无线传感器或机械手表等设备。当功率需求是周期性的并且振动频率接近采集器的谐振频率时,它们的最佳用途就体现出来了。这一原理适用于大型工业环境。安装在火车轨道上的传感器可以从火车的加速度和压力中采集能量,为监测设备发电。另一个前瞻性应用是物联网。传感器可以接收超声波信号并将产生的振动转换为电荷,成为无需更换电池即可运行的自供电系统。选择合适的压电传感器选择合适的传感器从对项目的全面了解开始。你需要确定你要测量的内容,例如压力、加速度或力。考虑所需的频率和幅度范围,以及温度和湿度等特定环境条件。你的下一个选择是材料。你可能会选择陶瓷以获得高灵敏度,或选择单晶以获得长期稳定性,并在此基础上平衡温度耐受性和成本。几何形状,无论是圆盘、环、板还是条,都会影响安装可能性、空间限制和方向灵敏度。注意电输出和接口。小电荷通常意味着你需要放大器和特殊电缆。你还应该检查材料的居里点和降解特性是否适合你的最高温度。你选择的任何特性都是取决于你将换能器置于其中的使用和环境的选择。结论压电换能器是一种多功能设备,执行双向能量转换。它将机械应力转换为电信号,或获取电信号并产生物理运动。这种双重功能使其可以作为检测压力的传感器和产生运动的执行器运行。这使其成为工业、医疗、汽车、航空航天和商业领域中使用的绝佳组件。该技术具有明显的优势。这些设备是自发电的,因此它们不需要外部电源。它们提供高频率响应,机械坚固,并且可以制成几乎任何形状。权衡包括无法测量静态力、需要放大的小电输出以及对温度等环境条件的敏感性。材料选择决定行为:在材料、几何形状和设计方面做出明智的决策使工程师能够使用压电技术进行精确可靠的能量转换。常见问题… <a href="https://www.plastiform.info/zh/blog/gongchengxue/shenme-shi-yadian-huannengqi-ta-you-shenme-yongtu/" class="read-more">Read More</a>

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质量保证

什么是超声波检测？如何使用？

超声波检测是一种无损检测方法，利用高频声波检查材料的内部结构而不对其造成损伤。它的工作原理类似于工业部件的医学超声波，向零件内部发送声脉冲，并通过分析返回的回波来发现缺陷或测量厚度。例如，要确认焊缝是否完全牢固，或从外部测量管道的壁厚，超声波检测都是理想的解决方案。在本文中，我将详细解释超声波检测的工作原理。我们将介绍其在缺陷检测、厚度测量和材料表征方面的主要应用，以及它为何被航空航天、石油天然气和运输行业广泛采用。之后，我将向您介绍这种强大检测技术所需的设备、技术方法、优势以及局限性。准备好深入了解了吗？什么是超声波检测？超声波检测（UT）是一种无损检测（NDT）方法，使用工业级超声波来确保零件不含隐藏的裂纹或厚度异常。其基本原理是通过材料（例如管道）发送极高频率的声波，以发现隐藏的问题而不造成任何损伤。这些声波的频率远高于人类听觉范围，通常在0.1到15兆赫兹（MHz）之间，但有时可以高达50 MHz。核心原理非常简单。设备向待检零件发送声脉冲。如果声波顺利穿过且未发现问题，它的传播行为是可预测的。但如果遇到裂纹、空洞或材料变化，部分声能会以回波的形式反射回来。通过分析这些返回的回波，技术人员可以定位隐藏在部件内部的缺陷。这种检查零件整个体积的能力，使其成为相比其他方法更强大的检测手段。像复制胶泥、液体渗透或磁粉检测等技术非常适合发现表面缺陷，但无法观察内部情况。使用超声波的检测为您提供表面之下的视野。为保持一致性，技术人员使用标准化的术语来描述测试结果和设备，这在ASTM E1316-23标准中有详细规定。另一个优势是安全性。与使用X射线的射线检测不同，UT中的高频声波对操作员完全无害。这使得检查可以在繁忙的工作区域进行，而无需采取与辐射相关的特殊安全预防措施。这对工业工厂来说是一个巨大的优势。超声波检测如何工作？超声波检测可以说是一种工业声纳。正如我在上一章所说，您所做的就是将高频声音发送到零件中，然后分析返回的回波。这些回波创建了材料内部状况的图像。这种方法可以揭示隐藏的缺陷或测量厚度，而不会对部件造成任何损伤。典型的检测系统包含几个关键要素：当回波返回时，晶体将声音转换回电信号，显示在屏幕上供分析使用。在显示屏上，返回的回波以峰值形式显示。峰值的高度或幅度代表反射的强度，可以反映反射体的尺寸。峰值沿时间或距离轴的位置显示声音传播所需的时间。根据这个传输时间，技术人员可以计算出缺陷的精确深度。这是基本设置，但有多种类型（或称”子技术”）可供选择。脉冲回波法在这种设置中，单个换能器同时充当发射器和接收器。它将短脉冲声音导入零件，然后监听反射。回波将从材料的远端（称为“后壁”）或任何内部不连续处（如裂纹）反射回来。这是执行测试非常实用的方法，因为您只需要接触部件的一侧：无需移动或拆卸零件进行测试。对于石油天然气等行业来说，这是一个很大的优势，因为管道通常非常大且难以移动。穿透传输法这种方法使用两个独立的换能器。一个从一侧发送声音，另一侧的接收器监听信号。如果它们之间存在缺陷，就会阻挡或削弱声音。接收器会接收到较弱的信号或根本没有信号。耦合剂空气是传输高频声音的不良介质。如果您将干燥的换能器直接放在金属表面上，大部分声能会从表面反射回来。要获得良好的声音传输，您需要液体耦合剂。这通常是凝胶、油或水，用于填充换能器和测试件之间的微小空气间隙。一些现代技术不需要耦合剂。像电磁声换能器（EMAT）或激光激励这样的方法可以直接在零件内产生声音。这些方法非常适合检查高温、粗糙或快速移动的物体，在这些情况下使用液体耦合剂是不现实的。声波与材料的相互作用当声波撞击不同材料的边界时，部分声波会反射回来。这就是反射。这是由于一种称为声阻抗的特性而发生的，它与材料的密度和其中的声速有关。声阻抗的巨大差异，例如钢和空气之间，会产生强烈的反射。这就是为什么裂纹会清楚地显示出来。如果声波以一定角度撞击边界，当它进入新材料时会改变方向。这种弯曲就是折射（与使吸管在一杯水中看起来弯曲的效应相同）。这一原理由斯涅尔定律描述，用于将声束引导到不在换能器正下方的区域，例如焊缝的倾斜面。并非所有声音都在边界处反射或折射。一些声能会继续穿过新材料。这就是穿透。超声波检查的目标是平衡反射和穿透，以便您可以在整个材料中找到缺陷而不丢失声音信号。UT中使用的波模式操作员可以为检查选择不同类型的声波或波模式。每种模式都会使材料中的粒子以不同的方式振动。这些不同的振动具有用于发现特定类型缺陷的独特特征。以下是这些不同类型振动的列表：这基本上是您在实际应用中会看到的4种波模式。最广泛使用的是L波，但作为工程师，您应该始终选择适合您需求的波型。设备和显示方法要用声音查看材料内部，您需要合适的工具来产生声音、监听回波并显示结果。超声波检测系统由几个关键部分组成，它们协同工作，将看不见的声波转换为质量保证工程师可以实际使用的数据。现在我们了解了它的作用，让我们更详细地介绍一下设备。脉冲器、换能器和显示器脉冲器/接收器是整个系统的大脑。这个电子单元产生强大的高压电脉冲。该脉冲传输到换能器，换能器充当系统的发声器和接收器。换能器内部是一个压电元件。这种特殊晶体具有一组很好的特性：换能器有几种形式用于不同的工作。单元换能器是标准配置。双元换能器使用独立的晶体进行发送和接收，使其非常适合测量粗糙表面上的腐蚀。角度束换能器以一定角度发送声音，这非常适合检查焊缝。相控阵换能器包含许多可以单独脉冲的小元件，以电子方式引导声束，为您提供更多控制和更好的成像效果。正如您所看到的，这就像选择波型一样，取决于您的需求。A扫描、B扫描和C扫描一旦系统接收到回波，就需要以操作员可以解读的方式显示它。有三种常见格式。A扫描是最基本的显示方式。它是一个看起来像图表的X-Y网格：B扫描提供剖面或横截面视图。当您沿零件移动换能器时，此显示会显示反射体的深度及其沿扫描路径的长度。它为您提供材料内部结构的2D视图。C扫描提供俯视图。它在检查区域上映射结果，显示缺陷的形状和大小，就好像您正在俯视它们一样。这会生成任何隐藏不连续性的详细图像。这些显示的可靠性取决于仪器是否正常工作。检查这些工具性能的标准做法在ASTM E317-21中有详细说明。该文件提供了验证设备是否按预期工作的方法。常见超声波检测技术到目前为止，我们已经看到，无论是设备、波型还是策略，总有多种选择可供您使用。为了将声波引入材料进行检查，技术人员再次需要从几种方法中进行选择。这种选择取决于被测零件、环境和他们正在寻找的缺陷类型。这不令人惊讶，不是吗？主要方法分为三类：接触测试、浸没测试和空气耦合测试。接触测试是最常见的方法，其中探头直接放置在部件表面上。在探头和零件之间涂抹凝胶或液体（耦合剂），以帮助传输声能而没有任何空气间隙。与医生对孕妇进行超声波检查的方式非常相似。我们在本文开头看到的直束、角束和表面波都属于这一类测试。对于浸没测试，部件浸没在水箱中。探头也进入水中，但不接触零件。水充当完美的介质，将声音从探头传送到部件中。这对于检查具有复杂几何形状和曲面的零件非常有效，因为它保证了一致的声音传输。浸没UT通常在实验室中进行。空气耦合测试是一种专门技术，使用空气作为传输声波的介质。这种非接触方法非常适合可能被液体耦合剂损坏或污染的材料，例如航空航天工业中使用的某些复合材料。高级UT技术还有一些您可能需要了解的不太常见的技术。相控阵超声波检测（PAUT）PAUT使用具有多个小元件的探头。计算机控制这些元件以电子方式引导和聚焦声束，创建详细的横截面图像，就像医学超声波一样。可以使用ASTM E2491-13(2018)等指南验证这些系统的性能。飞行时间衍射（TOFD）它使用两个探头，一个发送，一个接收。它对缺陷尺寸测定非常敏感，因为它测量声波从缺陷尖端弯曲或衍射所需的时间。这为裂纹提供了非常精确的高度测量。全矩阵捕获（FMC）和全聚焦方法（TFM）这些组合方法代表了强大的技术进步：这是获得缺陷尺寸和位置清晰图像的非常有效的方法。电磁声换能器（EMAT）另一种非接触技术。它使用相互作用的磁场直接在导电材料内产生超声波，完全避免了对耦合剂的需要。这使EMAT成为高温和高速自动化检查的理想技术。导波检测最后但同样重要的是，它用于从单个点检查大型结构（如管道）的长距离。它发送沿部件结构传播的声波，使得可以检测难以接近（或不可能接近）区域中的腐蚀和其他缺陷，例如埋地管道。解读来自该技术的复杂信号需要专门培训。超声波检测的局限性虽然超声波检测是一种强大的方法，但它并不是每个检查挑战的完美解决方案。它有一系列局限性。对专业知识和准备的需求首先，结果的好坏取决于进行测试的人。需要经验丰富的技术人员来执行检查并正确解读数据。需要扎实的培训才能区分指示关键缺陷的信号和来自零件几何形状或可接受的内部结构的信号。设备还需要精确的准备工作。在检查之前，必须使用参考标准校准系统。这些是具有已知缺陷的特殊块，为真实缺陷的外观提供基线。没有这些标准，缺陷表征就变得不可靠。即使有熟练的操作员，也可能出现误报。有时部件的形状会产生看起来像缺陷的反射或杂散信号。将这些与实际问题区分开来需要执行检查的人员具有高水平的培训和经验。材料和表面约束零件表面的状况也是需要注意的因素。为了让声音从探头传播到材料中，表面必须相对光滑和清洁。必须去除任何松散的氧化皮、锈蚀或油漆才能获得干净的信号。正确粘合的油漆有时可以保留。传统测试还需要耦合剂，如凝胶或液体，以弥合探头和零件之间的微小空气间隙。虽然必要，但在某些工作现场这可能会很混乱且具有挑战性。像EMAT或激光UT这样的非接触方法不需要此步骤。某些材料和形状难以检查。非常粗糙、形状不规则、特别薄或非常小的零件可能会有问题。例如，具有粗晶粒结构的材料（如铸铁）会散射声波。这会产生高信号噪声，使得难以找到真正的缺陷。技术和设备障碍缺陷的方向可以使其不可见。平行于声束路径的缺陷可能不会将任何能量反射回探头。这意味着它在扫描期间可能完全未被检测到。最后，设备的成本可能是一个考虑因素。专业超声波仪器和不同应用所需的专用探头代表了重大的财务投资。对于许多小型、中型甚至一些大型公司来说，这通常是难以承受的。行业应用和标准超声波检测在最苛刻的行业中广泛使用。其发现材料深处缺陷的能力使其成为质量控制和安全检查的可靠工具，从大型发电厂到精密飞机部件，UT提供了有价值的信息而不造成任何损伤。在能源领域，技术人员使用UT检查压力设备、管道和新焊缝。它有助于评估腐蚀损坏并检测在使用过程中形成的裂纹。管道行业在环焊缝质量方面严重依赖UT。API 1104（第22版）是一份认可PAUT和TOFD等先进方法作为传统射线照相术强大替代品的文件。您还会在航空航天领域找到用于检查起落架和发动机部件的UT。在运输方面，它检查铁轨和车轴的疲劳。对于基础设施，它验证钢梁上的焊接质量。甚至医疗领域也使用这项技术进行诊断成像，因为它不涉及电离辐射。超声波检测标准您已经了解了超声波检测的工作原理，从使用换能器发送声波到在显示器上解读回波。我们介绍了不同的技术，如脉冲回波和包括PAUT在内的先进方法，展示了其在航空航天、制造和能源行业的价值。为了安全、一致地执行这些检查，工程师依赖标准。这些文件提供了可靠结果所需的通用程序和验收标准。值得注意的是，其中许多标准是在州或国家层面采用的。这通常使合规性成为商业和工业合同的强制性部分，将这些指南转化为法律要求。这套标准会定期更新以反映新技术和发现。作为方法工程师，您的职责是选择合适的标准来对您的零件/生产进行测试。结论我们已经看到了超声波检测的基本原理，展示了这种无损方法如何使用高频声音来查看材料内部。其检测内部缺陷和测量厚度的能力使其成为现代高效的质量控制工具。从航空航天到制造，广泛的行业依赖超声波检查。该技术为做出有关部件、结构和系统的安全性和可靠性的明智决策提供数据。该技术已经远远超出简单的脉冲回波方法。像相控阵（PAUT）、飞行时间衍射（TOFD）或全矩阵捕获（FMC）这样的先进技术现在提供了令人难以置信的详细成像能力。但请注意，正确执行这些检查需要遵循严格行业准则的训练有素的技术人员。它需要对数据背后的科学和设备有深刻的理解，并且不能在所有情况下使用。它也是一种非常昂贵的仪器，需要大量预算和需求。超声波检测的正确应用是对安全和性能的直接投资。它有助于防止机械工程应用中的故障，从而保护人员并延长有价值资产的使用寿命。常见问题… <a href="https://www.plastiform.info/zh/blog/zhiliangbaozheng/shen-me-shi-chao-sheng-bo-jian-ce-ru-he-shi-yong/" class="read-more">Read More</a>

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工程学

焊缝 – 定义与不同类型

焊缝是通过将填充金属引入两块金属之间的接头而形成的焊接金属线。这些焊缝形成牢固的结合，将两块金属牢牢固定在一起。作为一名工程师，您可能曾不得不处理由于焊枪操作技术错误而产生的焊缝缺陷。在本文中，我们将涵盖您需要了解的所有内容，以防止这种情况再次发生，从实际制作焊缝到焊接质量控制流程。什么是焊缝?当您通过焊枪的一次行程沉积焊接金属（呈线状）时，就会形成焊缝。您通过将填充材料熔化到两块金属之间的接头中来创建焊缝。此过程将金属熔合在一起并增强连接强度。根据您的制作方式（在过程中实际进行的操作动作），从工程师的角度来看，焊缝可能具有不同的外观和性能特性。您的焊枪移动方式决定了焊缝的形状、尺寸和深度：这只是我们稍后将讨论的众多示例中的两个，但焊接技术会直接影响焊接性能。必须控制焊枪的速度和角度，否则容易出现焊缝宽度不均或与母材熔合不足等问题。考虑使用直线焊缝进行直线焊接，保持操作简单而精确。当您进行摆动时，可以在较大的接头中更好地处理热量。这些选择可帮助您将焊缝与工作相匹配，无论是薄板还是厚重的管道。控制不当可能导致焊缝缺陷，如裂纹或气孔。为了控制焊缝外观，目标是焊脚至少达到较薄金属厚度的80%，正如KEYENCE在其2024年测量指南中所指出的。这确保了焊缝在应力下保持稳定。焊缝的重要性焊缝确保在压力下将结构固定在一起的牢固结合。它们在多个金属件之间创建坚固的连接。这使得载荷能够在接头上均匀分布。形成良好的焊缝充当载荷传递的桥梁。这种设计有助于避免导致潜在问题的应力集中。焊缝还提供密封性能。它们阻止气体或流体通过接头。选择合适的填充金属以提高耐腐蚀性。根据TWI Global 2024年的数据，保护气体中仅1%的空气夹带就会导致焊缝中的分布式气孔。超过1.5%的含量会产生严重的表面破裂孔。适当的焊缝成型可以降低这些风险并确保长期稳定的性能。良好的焊缝外观控制可防止焊缝缺陷（如咬边）。为什么使用不同的焊枪移动方式?根据工作位置，焊接时您会面临不同的挑战：首先，重力会拉动熔融金属，因此您需要调整焊枪路径以将其保持在适当位置。然后，对于薄的或易导热材料（铝、钛等），您需要选择限制过多热量的动作以避免变形。仰焊也是一个非常复杂的操作示例。在这种情况下，您需要更快地移动焊枪，以防止熔滴落到您的护罩或脸上。速度过慢会让重力占上风，导致焊缝不均匀。这些是基本示例，但您在日常任务中可能有自己的实际情况。这就是为什么在开始任何焊枪工作之前，要掌握基础知识并思考”我将如何实现它？可能出什么问题？”。设计接头以实现良好的可达性和熔合：焊接并不像看起来那么容易。它需要充分的准备。焊缝类型您知道握持和移动焊枪的方式如何影响最终焊接效果。无论您使用焊条焊、MIG焊还是TIG焊，焊枪操作都保持相似。定义：每个工艺都有细微的调整。创建焊缝的主要方法包括直线焊缝和摆动焊缝。直线焊缝直线焊缝使用焊枪的直线拖动或推动。几乎没有左右移动。拖动将电极指向前方以引导熔池。这提供了深度熔透和牢固的焊接。对于薄材料或热敏感金属，您可以推动焊枪尖端。或者在垂直位置使用它。推动将焊枪倾斜远离熔池。热量保持在后面，因此焊缝快速凝固。与拖动动作相比，推动减少了熔透深度。直线焊缝适用于所有位置。它们保持窄小。始终确保在两侧焊趾处良好连接以实现与母材的充分熔合。缓慢的焊枪速度可让熔池覆盖接头边缘。如果需要，可以进行微小的侧向移动。过多的侧向移动会将其变成摆动焊缝。摆动焊缝摆动焊缝技术是沿接头左右摆动焊枪，几乎像”之字形”图案。您可以使用许多可能的图案：摆动主要用于热量控制：特定图案有特定用途：在仰焊位置，摆动虽然困难但很有效，可以节省运行多条直线焊缝的时间。焊条焊接动作对于使用焊条焊机的开根槽焊缝，技术是”甩动”动作。大多数情况下，使用E6010或E6011电极。目标是实现完全熔透。当您将焊条推过间隙时，锁孔将在焊接熔池的前面打开。这个锁孔表明您正在根部熔合接头的两侧。您的主要工作是控制这个锁孔的大小。如果它变得太大，您将烧穿。您通过快速向上甩动焊条远离熔池来控制它。此动作冷却熔池，缩小锁孔，并使其后面的焊缝凝固。然后您立即将焊条带回熔池以沉积更多金属。您的甩动速率由热量决定。您可能一开始完全不甩动，随着板材中热量的积累而逐渐增加速度。走杯法（TIG）对于管道上的高精度根部焊道，通常使用TIG焊接。该技术称为”走杯法”。您不是用手腕摆动，而是沿接头的倾斜边缘前后摇动焊枪的陶瓷杯。这会产生非常一致和清洁的焊缝。需要注意的常见缺陷正如我们所见，不同的技术有助于建立牢固的接头，但控制不当往往会导致焊缝缺陷，削弱您的工作。诸如气孔、咬边和余高过高等问题可能会损害机械项目的安全性和耐久性。我们已经制作了焊接质量测试的完整概述，其中涵盖了您在实际工作中可能面临的大多数缺陷。虽然这是一个复杂的主题，需要单独的文章，但以下是一些与所讨论的技术直接相关的重要注意事项：咬边：这是沿焊缝焊趾熔入母材的凹槽。最常见的原因是移动速度过快或未能在摆动边缘停顿。电弧熔化母材，但您在填充金属能够填充之前就移开了。预防：在摆动的每一侧短暂停顿。这使焊接熔池能够完全填充，确保从焊缝到基板的平滑过渡。余高过大：这是在焊缝中心堆积了过多的焊接金属。这是在摆动中间移动过慢的直接结果。这会使填充金属集中在一个区域，由于焊趾处的应力集中而产生弱点。预防：当您穿过接头中心时提高移动速度。目标是平坦或仅略微凸起的焊缝表面。未熔透：当焊缝未能到达接头根部，留下未填充的间隙时，就会发生这种情况。通常由电流不足、移动速度过快或根部焊道技术不正确（例如未能建立和保持锁孔）引起。预防：确保您的机器设置正确，并在根部焊道上专注于保持一致的锁孔。气孔：这些是困在焊缝内的气袋或空隙。气孔是由于电弧长度过长导致来自大气的污染，或由于母材上的油、水分或锈蚀等杂质引起的。预防：保持紧密的电弧长度，并始终使用清洁、干燥的母材和耗材。结论创建高质量的焊缝需要良好的技术，它不仅仅是在两块金属中间沉积一些金属来将它们粘合在一起。我们已经介绍了直线焊缝提供笔直、熔透的焊接，而摆动焊缝用于控制热量和填充更宽的接头。任何摆动的成功取决于您的技术：在两侧停顿以防止咬边，快速穿过中心以避免余高过高。一旦您掌握了这种移动方式，您的大多数焊缝将不会出现缺陷。此外，特定工艺需要独特的动作。焊条焊接中的甩动技术对于控制锁孔以确保完全根部熔透至关重要。对于需要非常高精度的工作，TIG焊接的“走杯法”提供了最佳的一致性。这些技术中的每一种都能很好地防止焊缝出现大多数常见缺陷。常见问题… <a href="https://www.plastiform.info/zh/blog/gongchengxue/hanfeng-dingyi-yu-butong-leixing/" class="read-more">Read More</a>

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质量保证

焊接质量控制：全面指南

焊接质量控制是一系列旨在确保焊缝完整性并符合既定标准的流程遵循这些步骤，您将能有效预防缺陷，确保每个项目的焊缝都安全可靠。据统计，焊接质量检测市场规模在 2024 年已达到 12 亿美元，并预计将以 8.5% 的复合年增长率在 2033 年增至 25 亿美元。这组数据着实亮眼，对吧？这一增长趋势凸显了质量在机械工程领域的核心地位，毕竟，高质量是提升各应用领域安全与效率的关键。无论是采用目视检查技术，还是运用无损检测策略，许多工程师在发现问题的过程中都面临着重重挑战。本文将带您深入探讨焊接质量标准、缺陷检测方法以及维持高标准的实用工具。您将学到如何将这些知识活学活用到日常工作中，从而取得更优异的成果。让我们一探究竟吧。什么是焊接质量保证？首先，我们来厘清质量保证的核心概念。质量保证（QA）是一系列预防性措施，贯穿于监控和评估的全过程。它旨在从源头上确保焊缝的高品质，就如同设立一道道防线，防患于未然。质量控制（QC）则重在验证，即检验您的焊缝是否符合既定规范。在这一环节，您需要依据明确的标准对生产流程及最终产品进行检查与测试。通过无损检测和目视检查等方法，便能及时发现潜在的缺陷。可以说，QA 与 QC 相辅相成，是确保产品符合焊接质量标准和法规要求的左膀右臂。在真实的商业环境中，无论是压力容器还是结构钢项目，合同中几乎无一例外地会要求遵循相关规范。这些流程正是向客户证明，所交付的产品或服务均达到特定质量标准的有力凭证。倘若忽视这些程序，您的产品或服务将面临巨大风险。在最坏的情况下，劣质焊缝甚至可能引发严重事故或灾难。这样的后果，相信没人愿意承担。技术文件现在，我们将目光转向指导质量工作的关键技术文件。以下是我们将重点关注的几类文件：所有这些文件都必须严格遵守焊接质量标准。它们不仅为审计提供依据，更有助于及早发现和解决问题。焊接程序规范 (WPS)您可以将 WPS 理解为一份针对特定焊接工作的详细”配方”。作为一份正式的技术文件，它为焊工提供了一套明确的操作指令，以确保焊接结果的一致性和高品质。WPS 包含的关键信息：焊接图焊接图是一种工程文件，它直观地标示出制造结构或部件上所有必需焊缝的位置。其主要作用是将正确的 WPS 分配给每一个特定的接头，从而确保焊接参数的准确应用。它通常以技术图纸的形式呈现，将每个需要焊接的位置（如连接处、角焊缝等）的唯一标识符（例如 W-01、W-02）与相应的 WPS（例如 WPS-01）进行匹配。举个例子：当您看到”W-62/WPS-3156″这样的标识时，就意味着位于 W-62 位置的焊缝必须严格按照 WPS-3156 的规范进行焊接。有些图纸可能不会为位置分配独立 ID，因为其位置显而易见，但这并非惯例。焊接图对于管理工作流程和保持一致性至关重要，特别是在涉及大量接头和多种焊接程序的大型或复杂制造项目中。主管用它来跟踪项目进度，焊工则将其作为直接的工作指南。它在工程、生产和检验人员之间建立了一条清晰的沟通渠道，确保各方在制造的程序要求上达成共识。焊接缺陷检测的质量控制从最初的准备工作到最终的检验，每一步都需要确保焊缝的坚固与可靠。为此，我们必须在三个关键阶段进行检查：破坏性检测 vs. 无损检测检验焊缝质量，您主要有两种选择。其一是破坏性测试，但这通常并非首选方案。该方法需要故意破坏一小部分焊缝样品。例如，您可以切下一块样品，在光学设备（如显微镜）下观察其微观结构，或者对其进行拉伸和弯曲测试，以评估其强度和柔韧性。当然，您需要详细记录测量数据，如样品在何种强度下断裂等。这些测试有助于验证焊接工艺的正确性，但代价是会毁坏被测的工件。另一种方法是无损检测（NDT），它能在不损坏焊缝的前提下进行检查。这无疑是理想的解决方案，因为如果焊缝通过了测试，就意味着您无需报废任何零件。无损检测包括多种方法，例如仔细观察焊缝表面寻找问题、使用特殊液体来发现微小裂纹，或是利用声波（超声波检测）或特殊 X 射线（射线照相检测）来探查焊缝内部的隐藏缺陷。接下来，让我们重点了解一下最常用的检测方法。目视检查目视测试之所以被广泛应用，主要得益于其简便性。与其他检测方法相比，它的成本相对低廉，因为它主要依赖于您的时间和专业知识，或者所用设备也相当实惠。这使您能够快速发现表面问题，从而避免因问题发现过晚而导致更昂贵的维修。当然，这种方法也有其局限性。显而易见，执行检查的人员需要经过全面培训，具备扎实的专业知识和良好的视力。此外，其最大的缺点在于只能发现焊缝表面的可见问题。像接头深处的未熔合等内部缺陷很可能会被遗漏。同时，该过程也容易出现人为失误，因此检查员必须仔细记录所有发现。需要使用哪些工具？为了进行专业的目视检查，您需要配备一些专用工具。角焊缝规是主要设备之一。这款多功能工具可以测量角焊缝的焊脚尺寸和焊喉尺寸，还能帮助您检查焊缝的凹度（向内凹陷）和凸度（向外凸出）。以下是其外观，供您参考：在深入了解其他工具之前，请务必牢记：安全第一。在焊接作业时，佩戴带有遮光片的防护镜至关重要，以便安全地观察电弧。以下是您应随时准备的其他一些物品：如果您需要放大焊缝以进行达到微米级分辨率的细节检查，则可能需要显微镜和取印模材料来复制表面并进行分析。顺便一提，复制胶泥在识别气孔或夹渣方面非常有效。不过，这些内容我们稍后会详细讨论。气焊的特定检查项对于高质量的气焊焊缝，也有一套专门的目视检查标准。这是一份完整的清单：一个简单的破坏性测试方法是将上层板材弯曲至对折。如果根部没有正确熔合，接头处就会裂开一条缝。最常见的焊接缺陷然而，焊接过程中难免会出错。可以说，业内没有人敢保证每一次焊接都能一蹴而就，完美无瑕。这些问题通常被称为焊接缺陷或不连续性。找出问题所在是改进技术、在下一次做出更好焊缝的第一步。下面，让我们来看看您在工作中可能遇到的最常见的一些问题。未焊透当焊缝金属未能与接头根部的母材完全熔合时，就会出现这种缺陷。下图可以帮助您更清晰地理解这一概念：如您所见，焊缝仅仅是浮在表面，未能完全将材料连接。这是一个严重的结构性问题。在坡口焊中，当金属在顶部搭接，却在根部留下未焊接的空隙时，就会出现未焊透。未焊透通常可以归咎于不良的装配或技术。以下是一些常见原因：正确地准备接头是避免此类问题的关键一步。良好的基础有助于构建坚固的焊缝，而这一切都始于对焊接术语的深刻理解。咬边当焊接电弧烧损了焊缝边缘（焊趾）的母材时，便会产生咬边。这会在焊道旁的母材上形成一道凹槽。以下是另一个直观的示例：这道凹槽会成为应力集中点，并可能显著削弱接头的强度。您可以通过留意以下情况来预防咬边。首先，如果焊接电流设置过高，会熔化过多的母材。其次，电弧间隙，即焊条与工件之间的距离，如果过长，也容易导致咬边。最后，如果移动速度过快，没有用焊缝金属完全填充弧坑，同样会产生此问题。未熔合未熔合，顾名思义。指焊缝金属未能熔化并与母材融合。新金属只是覆盖在表面，未能与之结合（有时也称为搭接）。这会产生一个薄弱点，极易导致失效。这个问题通常是由一些常见错误引起的：夹渣在诸如焊条电弧焊之类的工艺中，焊条药皮会熔化，形成一层称为焊渣的保护层。夹渣是指这种硬化的化合物被包裹在焊缝金属内部。这些包裹体会形成空隙，从而削弱最终的焊缝强度。通过良好的操作规范，您可以预防大多数夹渣现象。在多道焊中，应正确准备坡口，并在焊接下一道焊缝前彻底清洁焊道。您必须在每道焊缝之间清除所有可见的焊渣。在开始下一步前，务必检查这一点。此外，还要考虑管理您的熔池，让较轻的焊渣浮到表面。最后，尽量避免在焊缝中形成难以清理、可能夹住焊渣的轮廓或形状。气孔气孔在某种程度上与夹渣正好相反。它并非硬化的化合物，而是焊缝金属中含有气体或空洞的小气泡。最终的焊缝可能看起来像一块浮石，这使得它异常脆弱。这些气体来源多样，可能是在冷却的焊缝金属凝固时释放的，或者是在熔池内部发生化学反应形成的。您可以通过控制热量和电弧来避免气孔的产生。标准与法规上述缺陷仅仅是众多待检项目中的一部分。这份清单会因参数不同而变化，这也正是我们需要遵循稳健指南的原因。标准和法规的存在，正是为了简化生产过程中的缺陷验证工作。下面，让我们来看一下指导焊接质量、确保操作安全的核心标准。我们当然会提到最重要的标准制定者：ISO、ASME 等。我感觉我每篇文章都在谈论这些。言归正传，ISO 5817:2023 为钢、镍、钛及其合金的熔焊接头中的缺陷设定了质量等级。它定义了三个等级：您必须根据项目的具体要求（如疲劳或压力载荷）来选择相应的等级。AWS D1.1 涵盖了钢结构的焊接，并详细规定了检查方法，包括超声波和射线照相等无损检测技术。它能帮助您及早发现表面及内部问题。… <a href="https://www.plastiform.info/zh/blog/zhiliangbaozheng/han-jie-pin-zhi-kong-zhi-quan-mian-zhi-nan/" class="read-more">Read More</a>

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质量保证

静水压测试：2025年终极指南

静水压试验是工程领域中的一种无损质量控制方法，用于验证压力容器、管道及其他类似系统的结构完整性和密封性。该试验的原理是：用不可压缩的液体（通常是水）将组件完全填充，然后对其施加受控的内部压力，该压力通常是其最大允许工作压力的1.25至1.5倍。听起来很简单。但精彩之处才刚刚开始。静水压试验是验证系统强度和性能的可靠手段。它不仅结果可测量、可重复，而且安全性高。事实上，在保障管道网络完整性方面，它被公认为比气压试验更安全的选择。想象一下按压一把塑料尺：您会看到它弯曲。这是一个基础的弯曲测试。静水压试验的原理与此类似：由泵施加压力，使受测部件发生形变，再由测量仪器精确记录下这些变化。什么是静水压试验？静水压试验是一种直观有效的方法，用于证明承压组件能够在预期负载下正常工作且无任何泄漏。原理是什么？其原理在于：使用液体填充组件，并将其加压至试验标准所规定的压力值，以便在投入使用前或改造后，验证其强度和密封性。理论上，这个过程非常简单。操作流程看似简单：仅需用液体（通常是洁净水）填充整个系统，排出内部残留的空气，然后通过静水压试验泵将系统加压至目标压力。这个目标压力因所适用的标准和设备类型而异。它是如何工作的？测试时，一个被称为“静水压试验泵”的加压单元会将液体注入待测管道或测试台中。压力通过该泵以渐进、受控的速率逐步升高。一旦达到目标压力，便会关闭阀门将泵隔离，仅在必要时进行微量补压。加压过程是分阶段进行的（通常分为25%、50%、90%和100%额定压力这几个阶段），每个阶段都会暂停，以便检查是否存在泄漏。操作阀门时必须缓慢，以避免产生水锤效应。在规定的保压时间内（通常为10至60分钟），压力必须保持稳定。在此期间，使用近期校准过的压力表至关重要，其量程范围应确保测试压力值处于表盘中间区域，以便读数更为精确。同时，还需记录压力和温度的变化。任何压力的波动都必须结合温度变化进行综合分析。如果没有发现泄漏，且压力在标准允许的范围内保持稳定，则试验通过。该方法采用液体而非压缩气体，由于液体几乎不可压缩，其内在安全性更高。但请注意，零风险并不存在：一旦发生故障，后果可能相当严重，因此必须划定安全区域并遵循严格的试验规程。这正是静水压试验比气压试验更安全，并被优先采用的原因。当管道在液体压力下破裂时，其储存的能量释放过程远比压缩空气缓慢得多，后者一旦失控可能引发剧烈爆炸。正是这一关键的安全优势，使得静水压试验成为大多数关键应用的首选方法。静水压试验在哪些领域使用？静水压试验广泛应用于众多行业和场景：其中，最常应用该试验的行业包括：这些行业都依赖静水压试验来确保其系统能够安全承受运行过程中遇到的各种压力。总而言之，这是一种在设备投运前或改造后，用以验证其强度和密封性的通用且低风险方法。半自动静水压动力单元的主要组件半自动静水压动力单元是许多测试设施中的核心标准设备。它能够提供受控的压力和稳定的升压速率，并集成了安全装置，从而保障了日常测试的可靠性。下面，让我们深入了解其关键组件及其工作原理。双级（双速）泵配置该系统的核心在于其双级（双速）泵配置。该配置结合了高流量的填充级和高压级：为什么要采用这种两级配置？旨在填充时追求速度，在加压时确保精度。一旦达到切换压力，动力单元便会自动从填充级切换到高压级，有效避免压力骤增；同时，止回阀可防止级间回流。所谓“半自动”，是指操作员只需设定目标压力和升压速率，然后启动循环即可。之后，控制器会自动管理升压过程，在达到设定阈值时停止，并记录数据。一旦超出限制，系统便会触发警报（或紧急停机）。这种双级配置既节省了时间，又在加压阶段提供了精确的控制。操作员通常非常青睐这种速度与精度的完美平衡，它使得设备高效且易于上手。电机与电源泵由一台交流（AC）电机驱动。典型技术参数：对于小型单相设备，安装通常是即插即用的，仅需正确接地即可。而较大型的设备则可能需要专用断路器和三相电源，并须由持证电工进行安装验证。集管与超压保护装置液体流量由一个集管统一管理，该集管上集成了两个关键的保护装置：您可以将安全阀想象成一位警惕的守护者，而将泄放/排空阀看作一支快速反应部队，时刻准备着瞬间卸压。它们共同为机器、待测系统及组件本身提供双重保护。储液罐与监控储液罐用于储存足量的液体，以确保在重复测试期间系统的稳定运行。设备必须配备清晰的液位和温度指示器，以及吸入口滤网和回流过滤器，以保证液体的清洁度，这一点至关重要。在开始测试前，只需快速检查一眼液位计和压力表即可。推荐使用洁净水作为测试液体。根据具体行业和受测组件的污染风险，有时也会在水中添加防锈剂、除氧剂或防冻乙二醇混合物。测量显示与仪表压力数据显示在一个由电池供电的数字指示器上。它将压力传感器的信号转换为清晰可读的数值。集成在动力单元中的压力传感器负责测量压力，而显示单元则以数字方式将其呈现出来。电池供电的设计无需连接市电，对于车间内的移动设备或临时的现场测试而言，这使得该系统尤为便捷。移动性与集成动力单元通常以独立单元的形式提供。它可以安装在脚轮或手推车上，以便在不同的测试站之间轻松移动。这种灵活性看似一个微不足道的细节，却极大地改善了测试团队的日常工作效率。升压速率控制在静水压试验中，对升压速率的控制与最终达到的最大压力同等重要。流量控制阀用于控制系统达到测试压力的速度，并在整个保压阶段保持此速率恒定。为什么这很重要？因为过快的升压速率可能引发水锤效应、损坏密封件，甚至导致测试结果失真。受控的升压可避免压力骤增，从而确保保压阶段读数的可靠性。安全性与可靠性两个关键的安全装置确保了测试过程的可靠性：一个是用于防止超压的安全阀（PRV），另一个是用于在必要时快速释放测试压力的泄放/排空阀。它们共同保护着系统、待测组件、压力表，以及最重要的——现场人员。这种保护不仅关乎设备成本，更能避免测试失败、返工以及数据不可靠等问题。一个稳定的静水压回路同样有助于控制系统发热。大容量的储液罐有助于吸收热量，而泵的尺寸设计能确保系统即使在长时间或重复测试中也能保持在安全的温度范围内。温度指示器提供的早期预警，能让操作员在性能可能出现偏差前及时调整测试条件。手动、半自动和全自动配置的选择静水压试验台主要有三种控制级别：每种配置都有其存在的价值。手动型适合小批量或需要现场移动性的需求。半自动型在操控性和简便性之间取得了极佳的平衡。全自动型则专为大批量或高度注重合规性的操作而设计。如何选择取决于您的具体应用，但所有选项都是可行的。安装、使用与维护准备一个动力单元并不复杂，但有几个步骤至关重要。安装检查清单以下是在开始测试前需要检查的要点清单：确保操作安全设备应始终放置在平坦稳定的表面上，以避免在使用过程中振动或倾倒。每次测试前，请检查指示器上的液位和温度。如果液体出现泡沫，说明回路中有空气，在继续之前必须排除这一问题。在不连接待测组件的情况下进行一次快速空载测试，可以确认快速填充和升压速率控制功能是否正常。每次测试结束后，应使用泄放/排空阀缓慢释放压力，切勿通过松开接头来泄压。日常维护日常维护您的设备很简单，却能带来巨大的不同。保持工作液清洁，一旦出现污染迹象立即更换，并在使用前务必检查液位。当使用水作为管道测试液体时，测试后的妥善排水和处理亦是安全规范的一部分。快速清洁接头可防止污垢进入系统，而监测液位和温度指示器则有助于预判工况的任何变化。阀门和密封件应每隔几周检查一次，建议常备一些基本备件以应对泄漏或磨损。重要规格参数不存在一种适用于所有静水压动力单元的通用配置。关键在于根据任务调整规格。在实验室环境中，几百巴的压力、小型电机和储液罐可能就已足够。而对于管道等大型系统，您将需要更大容量的泵、外部水箱或水罐车的接入，以及更强劲的电源来处理所需的巨大体积。设计细节亦是如此。双级泵配置兼顾了速度和控制，而安全阀（与泄放/排空阀配合使用）无论系统大小都是必不可少的。显示选项从简单的数字屏幕到完整的数据记录不等，具体取决于报告要求的严格程度。请不要将这些规格参数视为一成不变。应将它们视为可根据规模、应用类型和环境进行调整的变量。归根结底，工程的本质就是为解决特定问题做出正确的选择。静水压试验的类型这类试验通常追求两个主要目标：强度和密封性。强度测试会将系统压力提升至其正常工作压力之上，通常高出约1.5倍，以证明其能够安全承受极端工况。其目的并非将系统推向破坏，而是为了证明材料或组件在负载下不会变形、开裂或爆裂。而密封性测试则侧重于验证密封完整性。一旦系统加压，压力将在恒定水平下保持一段时间，对于小型系统可能仅需30分钟，而对于大型管道或储罐则可能长达24小时。如果压力保持稳定，则试验通过。如果压力下降，则必须定位并修复泄漏。实际上，这两种试验通常相辅相成：先证明强度，再验证密封性。标准与法规静水压试验不仅是良好工程实践的要求，也是遵守法规的必要环节。不同行业依赖特定的标准来定义压力、保压时间和验收标准。例如，ASME B31.3涵盖了工艺管道，API RP 1110适用于液体管道，而ASME锅炉和压力容器规范则规定了压力设备的要求。在全球范围内，ISO标准则有助于协调各国之间的要求。此外还存在许多其他标准。请查阅ASME、API或其他标准制定机构的参考文件以获取更多详情。具体适用哪个标准取决于系统及其所在地区，但目标始终如一：确保试验结果基于坚实的参考框架，做到可靠且一致。在大多数项目中，检查员或客户会要求提供测试报告，甚至完整的数据记录，以验证静水压试验是否按照标准执行。静水压试验 vs. 气压试验一个常见的问题是，为什么在大多数情况下，静水压试验（基于液体）比气压试验（基于气体）更受青睐。答案在于：安全。像水这样的液体几乎不可压缩，这意味着它们在压力下只储存极少的能量。如果发生故障，释放的能量远低于压缩气体。相比之下，气体像弹簧一样被压缩。如果发生破裂，能量会爆炸性地释放，可能摧毁组件、损坏设备并严重伤害附近的操作员。这就是为什么气压试验仅在无法使用液体的特定情况下使用，即便如此，也必须采取强化的安全预防措施。对于几乎所有其他应用，以水为介质的静水压试验因其固有的安全性而成为首选。静水压试验的常见挑战即使使用了合适的设备，在静水压试验期间也可能遇到一些困难。气穴是一个常见问题。如果空气被困在系统内，压力将表现得不可预测，导致测试结果不可靠。更重要的是，如果系统失效，被困的空气可能危险地释放能量。在测试前仔细排气是解决这个问题的关键。另一个挑战是压力漂移。在保压阶段，您可能会注意到压力的缓慢变化。常见原因包括温度变化、接头处的微小泄漏或材料在应力下的蠕变现象。无论原因如何，这都要求进行持续监控。在较长的测试周期中，系统发热也可能成为一个问题。热量主要来自于在高压下工作的泵。稳定的流体回路、高质量的流体和清晰的温度指示器有助于保持试验的可预测性，并在温度偏离正常范围前提前发出警报。结论静水压试验是一种行之有效的方法，用于证明承压设备既坚固又密封。这种方法被广泛应用于石油和天然气、能源生产和化工等众多行业，无论是在设备投运前、维修后还是在定期检查期间。它包括用液体（通常是洁净水）填充待测系统，排尽所有空气，然后以受控的方式将压力增加到标准规定的测试值。带有双级泵的半自动动力单元可以实现快速填充，继而进行精确加压，使整个过程高效而安全。电机、集管、安全阀、泄放阀、储液罐、压力表和过滤器都在压力控制和回路可靠性中扮演着至关重要的角色。升压速率控制可以防止水力冲击，而校准过的仪器则确保了结果的可重复性。静水压试验受到ASME、API和ISO等标准的严格规范，这些标准详细定义了测试压力、保压时间和验收标准。与气压试验相比，静水压试验更安全，因为水储存的能量极少，但它仍然要求设立安全区域和进行仔细的排气操作。每个测试部分都需逐步加压，在规定时间内保持压力稳定，如果没有检测到泄漏并且压力保持在标准规定的限值内，则试验通过。问答为什么水是静水压试验的首选液体？水成本低、易于获取且几乎不可压缩。这意味着如果发生故障，与压缩气体相比，其储存的能量非常少，使得能量释放的剧烈程度大大降低。根据气候条件、材料和项目要求，有时也会在水中添加缓蚀剂或乙二醇。此外，它还有一个优点，即能最大限度地减少对被测组件的污染。在什么情况下会使用气压试验？只有在不能使用水的情况下才会选择气压试验，例如系统事后无法干燥或水会污染系统。由于压缩气体储存大量能量，这些试验的危险性要高得多，需要采取更严格的安全预防措施。测试压力通常比正常工作压力高多少？大多数标准要求测试压力为设计压力或最大允许工作压力的1.25到1.5倍。确切的系数取决于设备类型、所应用的规范以及材料在测试温度下的许用应力。这确保了有足够的安全裕度来证明强度，而不会使系统承受过大的应力。导致测试结果错误最常见的原因是什么？最常见的问题是系统中存在残留空气。残留空气会使压力响应变得不可预测，并可能掩盖真实的泄漏。此外，它还增加了系统中储存的能量，使故障发生时更加危险。在加压前，从系统高点进行仔细排气可以消除这个问题。在试验期间，压力通常会保持多长时间？保压时间因应用而异。小型组件可能只需保持10到30分钟，而长距离管道或大型储罐可能需要8小时、12小时甚至24小时的保压。其目标是确保系统稳定，并给任何潜在的泄漏足够的时间显现出来。通常需要哪些记录？最基本的测试日志会记录随时间变化的压力和温度，并附有任何异常情况的说明。在许多项目中，检查员会要求提供连续的图表记录或数字数据文件。这些记录能够证明试验是按照标准进行的，并为日后的验证提供依据。… 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