通过温差电测量技术实现对金属材料无损检测的研究

毛燕斌

（江西省锅炉压力容器检验检测研究院，江西 南昌 330029）

在将不同金属相互结合过程中，一旦出现两个接点温度不同情况时，就会在闭合回路中出现电位差，而这一情况也被称作为塞贝克效应（Seebeck effect）或热电效应。塞贝克电势大小与接触面积之间并为出现相关性，导致出现塞贝克效应的主要因素在于温度与材料。而温差电测量技术作为检测金属材料无损情况主要技术之一，只有针对其展开研究，才可以得出最后检测效果。

1 温差电测量设备搭建方式

本文搭建一种可以有效检测出金属材料塞贝克系数的设备，通过使用该设备可以快速且有效检测出材料具体塞贝克系数，同时通过使用该设备测量时，可以有效检测出金属材料塞贝克系数变化，并且也可以有效通过验证热电方式对金属材料、合金材料完成分选、质量检测、材料早期疲劳损伤诊断等，以此来为金属材料无损检测起到帮助，并从根本上确保检测参数准确性，从而实现样品检测。

1.1 运行原理

温差电测量设备在打开后，探笔内电阻丝在通电后，会随着通电时间延续促使温度不断增加，而测试主机内数据采集单元主要是通过冷热探笔探头内热电偶检测出两端温度。当冷热探头与测试样品接触之后，测试样品表面温度会与冷热探头温度达到相同系数，这时就可以充分计算出测试样品表面接触位置温差参数。此外，当冷热探头内部热电偶正极线检测出两端接触出现电势差时，就可以得出测试样品塞贝克系数。

1.2 设备结构

温差电测量设备主要是由主机与冷热探笔组合而成，在测试过程中可以将冷热探笔直接与测试样品表面接触，待接触后就可以显示出测试样品塞贝克系数。而为了可以精准测量出不同金属材料塞贝克系数，温差电测量设备8数据采集部分则选用24位数据采集芯片，在测量过程中可以精确捕捉到微伏级别，同时该设备也具备8路差分采集通道，在检测过程中可以充分满足设备对塞贝克系数采集需求，同时也可以从根本上保障塞贝克系数采集准确性与有效性[1]。

2 温差电测量技术在金属材料无损检测中应用

2.1 导电材料温差电选择

所谓分选主要是将标准件与被检件相互对比，所以，当试件需要展开分选时，就可以提前准备样品以免出现相混情况各不相同。在分选过程中方法较多，如：涡流、温差电等多种检测方法，其中涡流检测法无法轻易对材料展开准确鉴别，例如：在退火钢这种材料中含有一定量份的碳与硅。但准确量份一定会有所不同，通过涡流检测法能够轻易检测出碳实际量份，但却无法检测出硅实际量份，但通过温差电检测法就可以轻易检测出来。又如：在针对钢材料中碳量份完全相同，与非合金碳钢展开分选过程中，或是针对不脱氧钢材料与镇静钢展开合金检测过程中，都是温差电检测法更加适合，检测效果更加准确。

2.2 金属材料质量检测

当钢与合金这两种材料中相含量因为温度过热发展转变，或其中组织内相温差电发生显著转变时，就需要通过温差电检测法对其展开全面测量，从而确保材料整体质量，详情如以下表1所示：

表1 金属材料质量参数

由于轻合金这种非时效材料中温差电明显发生较大转变，所以当喷气飞机经过高温度区域时就能够被轻易检测到。但一定要主义，如果金属材料中化合物配比与相关标准不符，就会导致温差电出现大幅度偏差，这对于超导材料而言较为普遍。但如果半导体中成分完全相同，就可以利用温差电压展开接触，从而明确半导体属于空穴还是电子等类型。

2.3 疲劳损伤温差电检测

塞贝克系数可以表现出材料不同金属材料在不同疲劳时期状态，因此，结合塞贝克系数变化规律与形式，可以准确预测出材料早期疲劳损害情况，为预防金属材料出现中期或晚期疲劳损害起到诸多帮助作用。

3 检测结果对比分析

在针对不同金属材料塞贝克系数检测结果对比后可以发现，普通金属塞贝克系数较小，同时二者之间差异较小，在测量过程中难度较高，例如：铜、铝等。但温差电测量技术可以精准测量出部分塞贝克系数较高的金属材料，例如：镍、康铜、镍烙合金、镍硅合金、碲化铋等。具体情况如表2所示：

表2 不同金属材料塞贝克系数检测结果

由此可以得知，温差电测量技术在应用过程中，可以实现对部分合金金属材料分选，即为镍基合金，同时对于半导体材料塞贝克系数测量结果，可以有效判断其导电类型。此外，在针对不同铝合金板进行对比测量时，其中一块铝合金板属于正常，而另一块铝合金板中则出现疲劳裂纹，通过运用温差电测量技术对这两块铝合金板进行测量后，发现正常铝合金板与疲劳裂纹铝合金板塞贝克系数之间并未出现较大差异，这时测量过程难度就会不断增加[2]。

4 结语

综上所述，因多数金属材料塞贝克系数较小，在针对其无损情况进行检测时，就应运用高于微伏级别精度设备与技术，同时也表示其对于信号采集设备要求较高。在针对金属材料表面温差进行测量过程中，因测量温差会导致最终测量塞贝克系数结果出现不准确情况。但在对塞贝克系数较大（高于10uV/K）金属与其合金进行测量时，通过塞贝克系数测试方式可以有效实现准确测量，同时也可以有效实现判断材料准类，最终实现对材料分选。此外，对于一般半导体材料而言，该方式可以有效检测出其赛贝壳参数值，并分辨出其导电类型。