通過(guò)溫差電測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料無(wú)損檢測(cè)的研究

毛燕斌

（江西省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，江西 南昌 330029）

在將不同金屬相互結(jié)合過(guò)程中，一旦出現(xiàn)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同情況時(shí)，就會(huì)在閉合回路中出現(xiàn)電位差，而這一情況也被稱(chēng)作為塞貝克效應(yīng)（Seebeck effect）或熱電效應(yīng)。塞貝克電勢(shì)大小與接觸面積之間并為出現(xiàn)相關(guān)性，導(dǎo)致出現(xiàn)塞貝克效應(yīng)的主要因素在于溫度與材料。而溫差電測(cè)量技術(shù)作為檢測(cè)金屬材料無(wú)損情況主要技術(shù)之一，只有針對(duì)其展開(kāi)研究，才可以得出最后檢測(cè)效果。

1 溫差電測(cè)量設(shè)備搭建方式

本文搭建一種可以有效檢測(cè)出金屬材料塞貝克系數(shù)的設(shè)備，通過(guò)使用該設(shè)備可以快速且有效檢測(cè)出材料具體塞貝克系數(shù)，同時(shí)通過(guò)使用該設(shè)備測(cè)量時(shí)，可以有效檢測(cè)出金屬材料塞貝克系數(shù)變化，并且也可以有效通過(guò)驗(yàn)證熱電方式對(duì)金屬材料、合金材料完成分選、質(zhì)量檢測(cè)、材料早期疲勞損傷診斷等，以此來(lái)為金屬材料無(wú)損檢測(cè)起到幫助，并從根本上確保檢測(cè)參數(shù)準(zhǔn)確性，從而實(shí)現(xiàn)樣品檢測(cè)。

1.1 運(yùn)行原理

溫差電測(cè)量設(shè)備在打開(kāi)后，探筆內(nèi)電阻絲在通電后，會(huì)隨著通電時(shí)間延續(xù)促使溫度不斷增加，而測(cè)試主機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)采集單元主要是通過(guò)冷熱探筆探頭內(nèi)熱電偶檢測(cè)出兩端溫度。當(dāng)冷熱探頭與測(cè)試樣品接觸之后，測(cè)試樣品表面溫度會(huì)與冷熱探頭溫度達(dá)到相同系數(shù)，這時(shí)就可以充分計(jì)算出測(cè)試樣品表面接觸位置溫差參數(shù)。此外，當(dāng)冷熱探頭內(nèi)部熱電偶正極線(xiàn)檢測(cè)出兩端接觸出現(xiàn)電勢(shì)差時(shí)，就可以得出測(cè)試樣品塞貝克系數(shù)。

1.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

溫差電測(cè)量設(shè)備主要是由主機(jī)與冷熱探筆組合而成，在測(cè)試過(guò)程中可以將冷熱探筆直接與測(cè)試樣品表面接觸，待接觸后就可以顯示出測(cè)試樣品塞貝克系數(shù)。而為了可以精準(zhǔn)測(cè)量出不同金屬材料塞貝克系數(shù)，溫差電測(cè)量設(shè)備8數(shù)據(jù)采集部分則選用24位數(shù)據(jù)采集芯片，在測(cè)量過(guò)程中可以精確捕捉到微伏級(jí)別，同時(shí)該設(shè)備也具備8路差分采集通道，在檢測(cè)過(guò)程中可以充分滿(mǎn)足設(shè)備對(duì)塞貝克系數(shù)采集需求，同時(shí)也可以從根本上保障塞貝克系數(shù)采集準(zhǔn)確性與有效性[1]。

2 溫差電測(cè)量技術(shù)在金屬材料無(wú)損檢測(cè)中應(yīng)用

2.1 導(dǎo)電材料溫差電選擇

所謂分選主要是將標(biāo)準(zhǔn)件與被檢件相互對(duì)比，所以，當(dāng)試件需要展開(kāi)分選時(shí)，就可以提前準(zhǔn)備樣品以免出現(xiàn)相混情況各不相同。在分選過(guò)程中方法較多，如：渦流、溫差電等多種檢測(cè)方法，其中渦流檢測(cè)法無(wú)法輕易對(duì)材料展開(kāi)準(zhǔn)確鑒別，例如：在退火鋼這種材料中含有一定量份的碳與硅。但準(zhǔn)確量份一定會(huì)有所不同，通過(guò)渦流檢測(cè)法能夠輕易檢測(cè)出碳實(shí)際量份，但卻無(wú)法檢測(cè)出硅實(shí)際量份，但通過(guò)溫差電檢測(cè)法就可以輕易檢測(cè)出來(lái)。又如：在針對(duì)鋼材料中碳量份完全相同，與非合金碳鋼展開(kāi)分選過(guò)程中，或是針對(duì)不脫氧鋼材料與鎮(zhèn)靜鋼展開(kāi)合金檢測(cè)過(guò)程中，都是溫差電檢測(cè)法更加適合，檢測(cè)效果更加準(zhǔn)確。

2.2 金屬材料質(zhì)量檢測(cè)

當(dāng)鋼與合金這兩種材料中相含量因?yàn)闇囟冗^(guò)熱發(fā)展轉(zhuǎn)變，或其中組織內(nèi)相溫差電發(fā)生顯著轉(zhuǎn)變時(shí)，就需要通過(guò)溫差電檢測(cè)法對(duì)其展開(kāi)全面測(cè)量，從而確保材料整體質(zhì)量，詳情如以下表1所示：

表1 金屬材料質(zhì)量參數(shù)

由于輕合金這種非時(shí)效材料中溫差電明顯發(fā)生較大轉(zhuǎn)變，所以當(dāng)噴氣飛機(jī)經(jīng)過(guò)高溫度區(qū)域時(shí)就能夠被輕易檢測(cè)到。但一定要主義，如果金屬材料中化合物配比與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不符，就會(huì)導(dǎo)致溫差電出現(xiàn)大幅度偏差，這對(duì)于超導(dǎo)材料而言較為普遍。但如果半導(dǎo)體中成分完全相同，就可以利用溫差電壓展開(kāi)接觸，從而明確半導(dǎo)體屬于空穴還是電子等類(lèi)型。

2.3 疲勞損傷溫差電檢測(cè)

塞貝克系數(shù)可以表現(xiàn)出材料不同金屬材料在不同疲勞時(shí)期狀態(tài)，因此，結(jié)合塞貝克系數(shù)變化規(guī)律與形式，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出材料早期疲勞損害情況，為預(yù)防金屬材料出現(xiàn)中期或晚期疲勞損害起到諸多幫助作用。

3 檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

在針對(duì)不同金屬材料塞貝克系數(shù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)比后可以發(fā)現(xiàn)，普通金屬塞貝克系數(shù)較小，同時(shí)二者之間差異較小，在測(cè)量過(guò)程中難度較高，例如：銅、鋁等。但溫差電測(cè)量技術(shù)可以精準(zhǔn)測(cè)量出部分塞貝克系數(shù)較高的金屬材料，例如：鎳、康銅、鎳?yán)雍辖?、鎳硅合金、碲化鉍等。具體情況如表2所示：

表2 不同金屬材料塞貝克系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

由此可以得知，溫差電測(cè)量技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)部分合金金屬材料分選，即為鎳基合金，同時(shí)對(duì)于半導(dǎo)體材料塞貝克系數(shù)測(cè)量結(jié)果，可以有效判斷其導(dǎo)電類(lèi)型。此外，在針對(duì)不同鋁合金板進(jìn)行對(duì)比測(cè)量時(shí)，其中一塊鋁合金板屬于正常，而另一塊鋁合金板中則出現(xiàn)疲勞裂紋，通過(guò)運(yùn)用溫差電測(cè)量技術(shù)對(duì)這兩塊鋁合金板進(jìn)行測(cè)量后，發(fā)現(xiàn)正常鋁合金板與疲勞裂紋鋁合金板塞貝克系數(shù)之間并未出現(xiàn)較大差異，這時(shí)測(cè)量過(guò)程難度就會(huì)不斷增加[2]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，因多數(shù)金屬材料塞貝克系數(shù)較小，在針對(duì)其無(wú)損情況進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，就應(yīng)運(yùn)用高于微伏級(jí)別精度設(shè)備與技術(shù)，同時(shí)也表示其對(duì)于信號(hào)采集設(shè)備要求較高。在針對(duì)金屬材料表面溫差進(jìn)行測(cè)量過(guò)程中，因測(cè)量溫差會(huì)導(dǎo)致最終測(cè)量塞貝克系數(shù)結(jié)果出現(xiàn)不準(zhǔn)確情況。但在對(duì)塞貝克系數(shù)較大（高于10uV/K）金屬與其合金進(jìn)行測(cè)量時(shí)，通過(guò)塞貝克系數(shù)測(cè)試方式可以有效實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量，同時(shí)也可以有效實(shí)現(xiàn)判斷材料準(zhǔn)類(lèi)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)材料分選。此外，對(duì)于一般半導(dǎo)體材料而言，該方式可以有效檢測(cè)出其賽貝殼參數(shù)值，并分辨出其導(dǎo)電類(lèi)型。