铝合金航空板电导率在线检测的实现

杨高洁

（河南同人铝业有限责任公司，河南 三门峡 472100）

中国航空航天产业的迅猛发展，成为我国经济可持续发展的强大动力，铝合金以其良好的性能特性，在航空航天材料中得到大量的应用。铝合金板材热处理后的相关性能，如组织结构的均匀性、结构缺陷、状态变化等都可以通过电导率测量来进行检测。传统的电导率检测通过人工手持式的电导率仪来进行，这种方式生产效率低，检测质量不好管控，根据航空航天材料板材标准AMS电导率的检测精度要求，建立在线电导率自动检测系统，可实现航空航天铝合金板材生产管理业务的工作信息化、设备管理智能化、生产数据统计分析自动化。

1 检测系统原理

当载有确定频率和振幅交流电的线圈接近电体表面时，线圈中的交流电产生的交变磁场在导体表面和近表面感应产生涡流，感应涡流的磁场反作用于线圈，这种反作用的大小与电体表面和近表面的电导率有关。通过测量前对测量探头进行标定的电导率仪，可直接测出导电体的电导率。

式中，δ为标准透入深度，单位米；σ为试件的电导率，单位为西门子每米（S/m）；µ0为真空磁导率，µ0=4π×10-7亨利每米（H/m）；µr为相对磁导率，对于铝合金µr值为1；f为测试频率，单位赫兹。其他因素如温度、曲率、垂直度、测量间隙等对测量结果也有一定的影响，一般采用补偿的方法进行矫正。

2 设备主结构

如图1所示，系统设备主要有上料辊道台、入口辊道台、出口辊道台、下料辊道台、电导率测量支撑桥架组成。铝板上料到辊道输送装置上，液压升降缓冲器将铝板推到平行于辊道输送轴的合适位置，通过辊道输送机进行传送。检测桥安装两个传感器，对辊道上输送中的铝板进行电导率检测。

图1 检测系统原理

3 标定

不同的铝合金具有不同的电导率值，测量前需要对电导率仪的探头用标准校对块进行标定。标准校对块精度要求为：①在%IACS（MS/m）测量值范围为＞16～35（9.5～20.5）时，不确定度为：测量值的±1.0%；②在%IACS（MS/m）测量值范围为＞35～62（20.5～36.5）时，不确定度为：±0.35% IACS（0.2MS/m）。

每次投入检测运行前能对系统进行自动校正，校正时采用3点校正法对系统进行修正。每个测量通道的5个标准块校对点要有对应的校对修正窗口，每个参考标准的误差如下：小于等于62% IACS（36MS/m）时，在±0.5% IACS（0.3MS/m）以内；超过62% IACS（36MS/m）时，在±1%IACS（0.6MS/m）以内；如果在任何一个标准上的误差超出上面的值，就不能认为仪器是校准的，此时须修正后重新执行校正程序，直至符合误差要求时，测量装置才能投入测量运行。

4 测量

每次投入检测运行前还必须对辊道上板材表面水平倾斜度及板材侧边相对辊道中心线的倾斜度进行检测。

以使测量装置探头完全垂直铝板表面，并使探头在检测过程中不致落空，保证检测准确、无误；水平位置度的检测是通过探头架上的三个激光测距仪完成，板材侧边相对辊道中心线的倾斜度是通过布置在辊道入口段的位置传感元件测得，通过控制系统完成探头位置修正。进、出口辊道的速度要与测量桥的速度同步，电导率仪探头通过辊道和测量桥X轴和Y轴的运动，生成一个的检测曲线。

图2 辊道中心线的倾斜度检测

如图2所示，检测装置须具有温度补偿功能，检测装置正式投入运行前，必须对被测铝板的温度进行测量，检查温度漂移，以规定的时间间隔测得几个读数，直至值稳定下来，并输入测量系统进行温度补偿。

测量完成后控制系统须将所有的测量通道数据与参考标准进行比对；如果比对误差值大于标准要求的误差，则需进行通道校正后重新对该板材进行测量。

5 信息系统与控制系统

对同一被测量，通过多组探头传感器进行测量；对同一传感器的测量输出，通过不同的方式进行传递，可以有效避免因传感器故障，或意外的外部干扰带来的数据错误。采用工业化设备分布、总线型控制网络，有效减少了布线量，降低了外部干扰对信号的影响，同时也提高了数据传输的时效性和精度。在测量过程中，处理器持续记录各测点的电导率，并使电导率数据与位置数据一一对应。处理器将这些数据整合，并在内部生成数据阵列，以此作为后续处理的原始数据。结合铝板材各点的电导率值、各等值面分布以及材料测试的相关方法，获取板材的质量信息，对其强度、硬度、热处理状态、内部缺陷等性能进行判定。

6 结论

铝合金板材电导率测量在线检测，符合航天航空行业铝合金板材质量检测标准，通过电导率自动检测系统实现铝合金板材无人化在线检测，全面提升企业生产效率、产品质量及数字化管理能力。