通過溫差電測量技術實現(xiàn)對金屬材料無損檢測的研究

毛燕斌

（江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院，江西 南昌 330029）

在將不同金屬相互結合過程中，一旦出現(xiàn)兩個接點溫度不同情況時，就會在閉合回路中出現(xiàn)電位差，而這一情況也被稱作為塞貝克效應（Seebeck effect）或熱電效應。塞貝克電勢大小與接觸面積之間并為出現(xiàn)相關性，導致出現(xiàn)塞貝克效應的主要因素在于溫度與材料。而溫差電測量技術作為檢測金屬材料無損情況主要技術之一，只有針對其展開研究，才可以得出最后檢測效果。

1 溫差電測量設備搭建方式

本文搭建一種可以有效檢測出金屬材料塞貝克系數(shù)的設備，通過使用該設備可以快速且有效檢測出材料具體塞貝克系數(shù)，同時通過使用該設備測量時，可以有效檢測出金屬材料塞貝克系數(shù)變化，并且也可以有效通過驗證熱電方式對金屬材料、合金材料完成分選、質量檢測、材料早期疲勞損傷診斷等，以此來為金屬材料無損檢測起到幫助，并從根本上確保檢測參數(shù)準確性，從而實現(xiàn)樣品檢測。

1.1 運行原理

溫差電測量設備在打開后，探筆內電阻絲在通電后，會隨著通電時間延續(xù)促使溫度不斷增加，而測試主機內數(shù)據(jù)采集單元主要是通過冷熱探筆探頭內熱電偶檢測出兩端溫度。當冷熱探頭與測試樣品接觸之后，測試樣品表面溫度會與冷熱探頭溫度達到相同系數(shù)，這時就可以充分計算出測試樣品表面接觸位置溫差參數(shù)。此外，當冷熱探頭內部熱電偶正極線檢測出兩端接觸出現(xiàn)電勢差時，就可以得出測試樣品塞貝克系數(shù)。

1.2 設備結構

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

2 溫差電測量技術在金屬材料無損檢測中應用

2.1 導電材料溫差電選擇

所謂分選主要是將標準件與被檢件相互對比，所以，當試件需要展開分選時，就可以提前準備樣品以免出現(xiàn)相混情況各不相同。在分選過程中方法較多，如：渦流、溫差電等多種檢測方法，其中渦流檢測法無法輕易對材料展開準確鑒別，例如：在退火鋼這種材料中含有一定量份的碳與硅。但準確量份一定會有所不同，通過渦流檢測法能夠輕易檢測出碳實際量份，但卻無法檢測出硅實際量份，但通過溫差電檢測法就可以輕易檢測出來。又如：在針對鋼材料中碳量份完全相同，與非合金碳鋼展開分選過程中，或是針對不脫氧鋼材料與鎮(zhèn)靜鋼展開合金檢測過程中，都是溫差電檢測法更加適合，檢測效果更加準確。

2.2 金屬材料質量檢測

當鋼與合金這兩種材料中相含量因為溫度過熱發(fā)展轉變，或其中組織內相溫差電發(fā)生顯著轉變時，就需要通過溫差電檢測法對其展開全面測量，從而確保材料整體質量，詳情如以下表1所示：

表1 金屬材料質量參數(shù)

由于輕合金這種非時效材料中溫差電明顯發(fā)生較大轉變，所以當噴氣飛機經(jīng)過高溫度區(qū)域時就能夠被輕易檢測到。但一定要主義，如果金屬材料中化合物配比與相關標準不符，就會導致溫差電出現(xiàn)大幅度偏差，這對于超導材料而言較為普遍。但如果半導體中成分完全相同，就可以利用溫差電壓展開接觸，從而明確半導體屬于空穴還是電子等類型。

2.3 疲勞損傷溫差電檢測

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期狀態(tài)，因此，結合塞貝克系數(shù)變化規(guī)律與形式，可以準確預測出材料早期疲勞損害情況，為預防金屬材料出現(xiàn)中期或晚期疲勞損害起到諸多幫助作用。

3 檢測結果對比分析

在針對不同金屬材料塞貝克系數(shù)檢測結果對比后可以發(fā)現(xiàn)，普通金屬塞貝克系數(shù)較小，同時二者之間差異較小，在測量過程中難度較高，例如：銅、鋁等。但溫差電測量技術可以精準測量出部分塞貝克系數(shù)較高的金屬材料，例如：鎳、康銅、鎳烙合金、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)檢測結果

由此可以得知，溫差電測量技術在應用過程中，可以實現(xiàn)對部分合金金屬材料分選，即為鎳基合金，同時對于半導體材料塞貝克系數(shù)測量結果，可以有效判斷其導電類型。此外，在針對不同鋁合金板進行對比測量時，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，通過運用溫差電測量技術對這兩塊鋁合金板進行測量后，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，這時測量過程難度就會不斷增加[2]。

4 結語

綜上所述，因多數(shù)金屬材料塞貝克系數(shù)較小，在針對其無損情況進行檢測時，就應運用高于微伏級別精度設備與技術，同時也表示其對于信號采集設備要求較高。在針對金屬材料表面溫差進行測量過程中，因測量溫差會導致最終測量塞貝克系數(shù)結果出現(xiàn)不準確情況。但在對塞貝克系數(shù)較大（高于10uV/K）金屬與其合金進行測量時，通過塞貝克系數(shù)測試方式可以有效實現(xiàn)準確測量，同時也可以有效實現(xiàn)判斷材料準類，最終實現(xiàn)對材料分選。此外，對于一般半導體材料而言，該方式可以有效檢測出其賽貝殼參數(shù)值，并分辨出其導電類型。