CN101609067B - 一种耐火砖内部缺陷无损量化检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种耐火砖内部缺陷无损量化检测方法及装置，该方法是以击打方式对耐火砖(1)进行激励，以其声学和振动特性作为内部质量状态量化参数，通过记录测量在击打下的声学特性和振动特性，并转化为电信号，基于波谱技术分析相应的电信号和耐火砖的标准频谱图进行比较，实现内部缺陷无损量化检测；其装置包括击打工具、检测系统、显存系统，检测系统包括传感器(2)、转换装置(3)和频谱分析块(4)，显存系统(5)包含波谱显示器、存储和输出接口。本发明可以替代X射线法，降低检测成本并可实现在线监测，对质量是否合格可以进行量化表示，结构简单、性能可靠、高效和易操作，能够实现耐火材料、陶瓷等的无损量化检测。

Description

一种耐火砖内部缺陷无损量化检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种耐火材料检测方法，特别是涉及一种耐火砖内部缺陷无损量化检测方法及装置。

背景技术

耐火砖是具有一定形状和尺寸的耐火材料。按制备工艺方法来划分可分为烧成砖、不烧砖、电熔砖(熔铸砖)、耐火隔热砖；按形状和尺寸可分为标准型砖、普通砖、特异型砖等。可用作建筑窑炉和各种热工设备的高温建筑材料和结构材料，并在高温下能经受各种物理化学变化和机械作用，广泛应用于冶金、建材等现代大工业生产。

内部缺陷的存在使耐火砖的使用寿命变短，最终使工业窑炉利用率下降，降低生产效率。裂纹和气孔是耐火砖内部缺陷的常见形式。耐火砖是由各种耐火材料颗粒锻压成型的，不可避免存在气孔，这些气孔的存在加快了耐火砖的化学侵蚀。耐火砖的“气孔率”是影响使用寿命的重要指标之一，用显气孔率和真气孔率表述，气孔率小，表示致密程度好，砖的质量就好，增大耐火砖的体积密度，使气孔微细化，减少化学侵蚀的路径，从而提高抗炉渣侵蚀性能。生产过程中某些环节的不当会使耐火砖存在先天裂纹，造成早期的块状剥落，而块状剥落是耐火砖损耗和对寿命影响最大的一种模式，减少或消除块状剥落就能大幅度提高耐火砖的寿命；耐火砖周向裂纹比径向裂纹对耐火砖寿命的影响和作用都更大。

耐火砖的质量和检测，如中国的GB/T 3995-2006、YB-T 5120-1993和美国的C134-95(1999)、C135-96(2003)、C202-93(1998)等对其理化性能、外部质量和检测方法都制定了相应标准，但对其内部缺陷检测方法均无涉及。实际上，表面裂纹、气孔和块状剥落用肉眼极易观察，内部裂纹和气孔的检测难度要大得多。现有工程实践当对耐火砖质量要求十分严格时，采用X射线逐块儿照射检验或超声波探伤仪检测，无论是仪器操作还是检测成本都存在不足，况且对质量是否合乎要求很难进行量化；正常生产一般是派有经验的人员辨别用小手锤敲击耐火砖所得的声音进行检测，停留于感性阶段，且对质量的认定供购双方往往产生争执，给生产造成不便。

因此，需要一种高效的耐火砖内部缺陷无损量化检测方法，以及一种相应的检测装置，从而实现耐火砖内部缺陷的无损量化检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为耐火砖、陶瓷等固体非金属材料内部缺陷检测提供高效、可靠、易操作的无损量化检测方法与装置，特别是一种耐火砖内部缺陷无损量化检测方法及装置。

本发明的一种耐火砖内部缺陷无损量化检测方法，其特征在于以击打方式对耐火砖进行激励，以耐火砖的声学特性和振动特性作为其内部缺陷量化参数亦即质量状态量化参数，通过记录测量耐火砖在击打下其相应的声学特性和振动特性，并将相应耐火砖的声学特性和振动特性信号转化为电信号，并基于波谱技术分析相应的电信号和耐火砖的标准频谱图进行比较，从而实现耐火砖的内部缺陷无损量化检测。本发明的记录测量耐火砖的声学特性和振动特性的方法，可以采用普通的电子振动频率记录仪或者振动频率仪。

测试过程用来对耐火砖进行激励的具体方法，是用锤子对耐火砖进行击打，锤子可以用普通的木锤、橡皮锤等具有一定缓冲作用的锤子，也可以用专用的脉冲锤。

本发明的一种耐火砖内部缺陷无损量化检测方法，其具体的技术方案可以是：所述的耐火砖的声学特性和振动特性指的是耐火砖的固有频率。

本发明的一种耐火砖内部缺陷无损量化检测方法，其具体的技术方案也可以是：所述的基于波谱分析技术是指耐火砖的声学特性和振动特性信号由传感器转化为电压或电流信号，该电压或电流信号经转换电路转换后的波形图经频谱分析得到该被测试的耐火砖的频谱图，与耐火砖的标准频谱图的固有频率进行比较和处理，最后用显存装置输出被测试的耐火砖的相应量化质量状态数值，实现检测内部缺陷的目的。

本发明的一种耐火砖内部缺陷无损量化检测方法，其具体的技术方案还可以是：所述的耐火砖的标准频谱图，其具体取得方法是：通过x射线仪对耐火砖进行检测，选取一定数量的合格耐火砖，以击打方式对合格耐火砖进行激励，由声音传感器将相应耐火砖的声学特性和振动特性信号转化为电信号，通过记录测量耐火砖在击打下其相应的声学特性和振动特性，得到相应的频谱图，并分析得到相应的耐火砖的固有振动频率范围，耐火砖的标准频谱图用上述方法经大量实验获得。样本确定后经本发明的方法所获得的频谱图和固有振动频率范围作为质量量化标准。每种类型耐火砖拥有各自的频谱图。所述的一定数量的耐火砖，其数量应符合统计学要求，可以选择小子样为20～30，大子样为50，将上述数量的耐火砖的测得结果用统计学得到其合格数值范围。

一种耐火砖内部缺陷无损量化检测装置，其特征在于：耐火砖内部缺陷无损量化检测装置包括击打工具、检测系统、显存系统，其中击打工具包括锤子或者其他击打工具，检测系统包括传感器、转换装置和频谱分析块，显存系统包含波谱显示器、存储和输出接口。所述的转换装置，可以是传感器常用的测量电路又称为转换电路，以及其他具备放大、滤波等功能的装置。将被测耐火砖放置于传感器处，然后用脉冲锤或者其他锤子等击打工具进行击打，由该系统测得耐火砖的声音并转化为相应的频谱图，并分析得到相应的耐火砖的固有频率，可在对操作人员无受放射危害前提下于工业生产现场获得耐火砖的质量状态。

本发明的具体测试方法是将耐火砖等被测试件放置于传感器处，用脉冲锤或者其他锤子等击打工具进行激励，激励的强度能使测试件受到激励后的响应足以驱动后续电路与仪器为度，该强度不可过大，以免对耐火砖造成新的损伤，此时耐火砖的响应——声音由传感器转化为电压或电流信号，该电信号经转换装置处理，处理包括放大、滤波等过程，处理后的波形图为时域信号，后经频谱分析功能块进行频谱分析得到该被测试件的自功率谱，并且分析出相应的振动频率，与标准的频谱图比较，最后输出被测试件的固有频率等量化质量状态，实现本发明预期目的。

通过采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：与现有耐火砖缺陷检测方法相比，本发明的一种耐火砖内部缺陷无损量化检测方法可以替代X射线逐块儿照射检验或超声波探伤仪检测方法，对质量是否合格可以进行量化表示，降低检测成本；本发明的一种耐火砖内部缺陷无损量化检测装置具有结构简单、性能可靠、高效和易操作等特点，能够实现耐火材料、陶瓷等非金属材料制品内部缺陷的生产现场无辐射、无污染的无损量化检测，同时可以对陶瓷等非金属材料制品内部缺陷的无损量化检测、质量检验和探伤。

附图说明

图1为本发明装置的结构图。

图中：1-被测试件，2-声音传感器，3-转换电路，4-频谱分析仪，5-显存装置。

具体实施方式

如图1所示，将被测试件耐火砖1放置于传感器处，用脉冲锤或小手锤对其进行激励(敲击)，激励的强度能使耐火砖受到激励后的响应声音足于驱动后续电路与仪器为度，该强度不可过大，以免对耐火砖造成新的损伤；此时耐火砖的响应声音为机械量，该机械量由声音传感器2转化为电量(电压或电流)，该电量经转换电路3转换后得到与声音传感器输出量相似的波形图，该波形图为耐火砖受敲击响应的时域信号，该时域信号包含表征耐火砖振动学特性参数——固有频率的信息，该时域信号经频谱分析功能块4进行分析得到该被测试件的自功率谱图，即该块耐火砖的频谱图，与该种耐火砖的标准频谱图比较，最后用显存装置5输出该块耐火砖的固有频率作为量化质量状态或储存以备后查，实现本发明预期目的。

标准波谱图用由经x射线仪确定的合乎质量要求的一定数量耐火砖经本发明上述实施方式的方法测得结果的统计学参数表示。耐火砖的选取要符合统计学要求，小子样为20～30，大子样为50。

本发明的一种耐火砖内部缺陷无损量化检测装置，其具体实施方式可以包括冲击锤、检测系统、显存系统，检测系统包括传感器、转换装置和频谱分析块的，显存系统包含波谱显示器、存储和输出接口。将被测耐火砖放置于传感器处，然后用冲击锤进行击打，由该系统测得耐火砖的声音并转化为相应的频谱图，并分析得到相应的耐火砖的固有频率，可在对操作人员无受放射危害前提下于工业生产现场获得耐火砖的质量状态。

Claims (1)

1.一种耐火砖内部缺陷无损量化检测方法，其特征在于：以击打方式对耐火砖进行激励，以耐火砖的声学特性和振动特性作为其内部缺陷量化参数亦即质量状态量化参数，通过记录测量耐火砖在击打下其固有频率，并将相应耐火砖的响应声音转化为电信号，并基于波谱分析技术，分析相应的电信号和耐火砖的标准频谱图进行比较，从而实现耐火砖的内部缺陷无损量化检测；所述的耐火砖的声学特性和振动特性指的是耐火砖的固有频率；所述的基于波谱分析技术是指耐火砖的声学特性和振动特性信号由传感器转化为电压或电流信号，该电压或电流信号经转换电路转换后的波形图经频谱分析得到该被测试的耐火砖的频谱图，与耐火砖的标准频谱图的固有频率进行比较和处理，最后用显存装置输出被测试的耐火砖的相应量化质量状态数值，实现检测内部缺陷的目的；耐火砖的标准频谱图的取得方法是：通过x射线仪对耐火砖进行检测，选取一定数量的合格耐火砖，以击打方式对合格耐火砖进行激励，通过记录测量耐火砖在击打下其相应的声学特性和振动特性，并将相应耐火砖的声学特性和振动特性信号转化为电信号，得到相应的频谱图，并分析得到相应的耐火砖的固有振动频率范围；对耐火砖进行激励的具体方法，是用锤子对耐火砖进行击打，锤子是普通的木锤、橡皮锤和脉冲锤。

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