楊高潔

（河南同人鋁業(yè)有限責(zé)任公司，河南 三門峽 472100）

中國(guó)航空航天產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，鋁合金以其良好的性能特性，在航空航天材料中得到大量的應(yīng)用。鋁合金板材熱處理后的相關(guān)性能，如組織結(jié)構(gòu)的均勻性、結(jié)構(gòu)缺陷、狀態(tài)變化等都可以通過(guò)電導(dǎo)率測(cè)量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。傳統(tǒng)的電導(dǎo)率檢測(cè)通過(guò)人工手持式的電導(dǎo)率儀來(lái)進(jìn)行，這種方式生產(chǎn)效率低，檢測(cè)質(zhì)量不好管控，根據(jù)航空航天材料板材標(biāo)準(zhǔn)AMS電導(dǎo)率的檢測(cè)精度要求，建立在線電導(dǎo)率自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)航空航天鋁合金板材生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)的工作信息化、設(shè)備管理智能化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析自動(dòng)化。

1 檢測(cè)系統(tǒng)原理

當(dāng)載有確定頻率和振幅交流電的線圈接近電體表面時(shí)，線圈中的交流電產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在導(dǎo)體表面和近表面感應(yīng)產(chǎn)生渦流，感應(yīng)渦流的磁場(chǎng)反作用于線圈，這種反作用的大小與電體表面和近表面的電導(dǎo)率有關(guān)。通過(guò)測(cè)量前對(duì)測(cè)量探頭進(jìn)行標(biāo)定的電導(dǎo)率儀，可直接測(cè)出導(dǎo)電體的電導(dǎo)率。

式中，δ為標(biāo)準(zhǔn)透入深度，單位米；σ為試件的電導(dǎo)率，單位為西門子每米（S/m）；μ0為真空磁導(dǎo)率，μ0=4π×10-7亨利每米（H/m）；μr為相對(duì)磁導(dǎo)率，對(duì)于鋁合金μr值為1；f為測(cè)試頻率，單位赫茲。其他因素如溫度、曲率、垂直度、測(cè)量間隙等對(duì)測(cè)量結(jié)果也有一定的影響，一般采用補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行矯正。

2 設(shè)備主結(jié)構(gòu)

如圖1所示，系統(tǒng)設(shè)備主要有上料輥道臺(tái)、入口輥道臺(tái)、出口輥道臺(tái)、下料輥道臺(tái)、電導(dǎo)率測(cè)量支撐橋架組成。鋁板上料到輥道輸送裝置上，液壓升降緩沖器將鋁板推到平行于輥道輸送軸的合適位置，通過(guò)輥道輸送機(jī)進(jìn)行傳送。檢測(cè)橋安裝兩個(gè)傳感器，對(duì)輥道上輸送中的鋁板進(jìn)行電導(dǎo)率檢測(cè)。

圖1 檢測(cè)系統(tǒng)原理

3 標(biāo)定

不同的鋁合金具有不同的電導(dǎo)率值，測(cè)量前需要對(duì)電導(dǎo)率儀的探頭用標(biāo)準(zhǔn)校對(duì)塊進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)準(zhǔn)校對(duì)塊精度要求為：①在%IACS（MS/m）測(cè)量值范圍為＞16～35（9.5～20.5）時(shí)，不確定度為：測(cè)量值的±1.0%；②在%IACS（MS/m）測(cè)量值范圍為＞35～62（20.5～36.5）時(shí)，不確定度為：±0.35% IACS（0.2MS/m）。

每次投入檢測(cè)運(yùn)行前能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)校正，校正時(shí)采用3點(diǎn)校正法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修正。每個(gè)測(cè)量通道的5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊校對(duì)點(diǎn)要有對(duì)應(yīng)的校對(duì)修正窗口，每個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)的誤差如下：小于等于62% IACS（36MS/m）時(shí)，在±0.5% IACS（0.3MS/m）以內(nèi)；超過(guò)62% IACS（36MS/m）時(shí)，在±1%IACS（0.6MS/m）以內(nèi)；如果在任何一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)上的誤差超出上面的值，就不能認(rèn)為儀器是校準(zhǔn)的，此時(shí)須修正后重新執(zhí)行校正程序，直至符合誤差要求時(shí)，測(cè)量裝置才能投入測(cè)量運(yùn)行。

4 測(cè)量

每次投入檢測(cè)運(yùn)行前還必須對(duì)輥道上板材表面水平傾斜度及板材側(cè)邊相對(duì)輥道中心線的傾斜度進(jìn)行檢測(cè)。

以使測(cè)量裝置探頭完全垂直鋁板表面，并使探頭在檢測(cè)過(guò)程中不致落空，保證檢測(cè)準(zhǔn)確、無(wú)誤；水平位置度的檢測(cè)是通過(guò)探頭架上的三個(gè)激光測(cè)距儀完成，板材側(cè)邊相對(duì)輥道中心線的傾斜度是通過(guò)布置在輥道入口段的位置傳感元件測(cè)得，通過(guò)控制系統(tǒng)完成探頭位置修正。進(jìn)、出口輥道的速度要與測(cè)量橋的速度同步，電導(dǎo)率儀探頭通過(guò)輥道和測(cè)量橋X軸和Y軸的運(yùn)動(dòng)，生成一個(gè)的檢測(cè)曲線。

圖2 輥道中心線的傾斜度檢測(cè)

如圖2所示，檢測(cè)裝置須具有溫度補(bǔ)償功能，檢測(cè)裝置正式投入運(yùn)行前，必須對(duì)被測(cè)鋁板的溫度進(jìn)行測(cè)量，檢查溫度漂移，以規(guī)定的時(shí)間間隔測(cè)得幾個(gè)讀數(shù)，直至值穩(wěn)定下來(lái)，并輸入測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

測(cè)量完成后控制系統(tǒng)須將所有的測(cè)量通道數(shù)據(jù)與參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)；如果比對(duì)誤差值大于標(biāo)準(zhǔn)要求的誤差，則需進(jìn)行通道校正后重新對(duì)該板材進(jìn)行測(cè)量。

5 信息系統(tǒng)與控制系統(tǒng)

對(duì)同一被測(cè)量，通過(guò)多組探頭傳感器進(jìn)行測(cè)量；對(duì)同一傳感器的測(cè)量輸出，通過(guò)不同的方式進(jìn)行傳遞，可以有效避免因傳感器故障，或意外的外部干擾帶來(lái)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。采用工業(yè)化設(shè)備分布、總線型控制網(wǎng)絡(luò)，有效減少了布線量，降低了外部干擾對(duì)信號(hào)的影響，同時(shí)也提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性和精度。在測(cè)量過(guò)程中，處理器持續(xù)記錄各測(cè)點(diǎn)的電導(dǎo)率，并使電導(dǎo)率數(shù)據(jù)與位置數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)。處理器將這些數(shù)據(jù)整合，并在內(nèi)部生成數(shù)據(jù)陣列，以此作為后續(xù)處理的原始數(shù)據(jù)。結(jié)合鋁板材各點(diǎn)的電導(dǎo)率值、各等值面分布以及材料測(cè)試的相關(guān)方法，獲取板材的質(zhì)量信息，對(duì)其強(qiáng)度、硬度、熱處理狀態(tài)、內(nèi)部缺陷等性能進(jìn)行判定。

6 結(jié)論

鋁合金板材電導(dǎo)率測(cè)量在線檢測(cè)，符合航天航空行業(yè)鋁合金板材質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)電導(dǎo)率自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鋁合金板材無(wú)人化在線檢測(cè)，全面提升企業(yè)生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量及數(shù)字化管理能力。