裂纹检测

调质处理后的圆钢，在没有看见裂纹的情况下，怎么检测有无裂纹呢

利用毛细现象检查材料表面缺陷的一种无损检验方法。20世纪初，最早利用具有渗透能力的煤油检查机车零件的裂缝。到40年代初期美国斯威策 (R.C.Switzer)发明了荧光渗透液。这种渗透液在第二次世界大战期间，大量用于检查 飞机轻合金零件，渗透探伤便成为主要的无损检测手段之一，获得广泛应用。 　　渗透探伤包括荧光法和着色法。荧光法是将含有荧光物质的渗透液涂敷在被探伤件表面，通过毛细作用渗入表面缺陷中，然后清洗去表面的渗透液，将缺陷中的渗透液保留下来，进行显象。典型的显象方法是将均匀的白色粉末撒在被探伤件表面，将渗透液从缺陷处吸出并扩展到表面。这时，在暗处用紫外线灯照射表面，缺陷处发出明亮的荧光。 着色法与荧光法相似，只是渗透液内不含荧光物质，而含着色染料，使渗透液鲜明可见，可在白光或日光下检查。一般情况下，荧光法的灵敏度高于着色法。这两种方法都包括渗透、清洗、显象和检查四个基本步骤。 　　根据从被探伤件上清洗渗透液的方法，渗透探伤的荧光法和着色法又可分别分为水洗型、后乳化型和溶剂去除型三种。 渗透探伤 　　渗透探伤操作简单,不需要复杂设备,费用低廉，缺陷显示直观，具有相当高的灵敏度,能发现宽度1微米以下的缺陷。这种方法由于检验对象不受材料组织结构和化学成分的限制，因而广泛应用于黑色和有色金属锻件、铸件、焊接件、机加工件以及陶瓷、玻璃、塑料等表面缺陷的检查。它能检查出裂纹、冷隔、夹杂、疏松、折叠、气孔等缺陷；但对于结构疏松的粉末冶金零件及其他多孔性材料不适用。图1为用着色法发现的壳体上的热应力裂纹;图2为用荧光法发现的焊缝裂纹。 着色渗透探伤是无损检测技术中最简便而又有效的一种常用检测用段，它对危及金属、非金属材料制件寿命和压力容器安全的危险缺陷——如焊接裂缝、疲劳裂缝、应力腐蚀裂缝、磨削裂缝、淬火裂缝等表面开口性缺陷的检测具有显示灵敏、结论迅速、重复性和直观性好的独特优点。这些优点使得着色渗透探伤在机械、冶金、石油、化工、铁路、交通、造船、矿山、建筑、航空、航天、发电、受压容器以及国防工业部门质量保证体系中发挥越来越大的作用。　　着色渗透探伤剂可完全用水去除，因而检测成本低，特别适用于原材料及大型构件较粗糙表面的探伤。其探伤灵敏度最低可达到2级(中级)，考虑到用户对被检测表面在预洗的需要，型产品，仍可允许在无水源环境下使用，用本型清洗剂作去除剂用。本产品适用于化工、造船、铁路、石油、重型机械、冶金、军工、压力容器等部门对表面较粗糙、探伤灵敏度要求为2级的铸锻、板、棒等金属原材料、大型零件及结构的渗透探伤。 使用方法： 1、清洗：用清洗剂将被检工件表面的污物(氧化皮、铁锈、油脂等)完全清洗干净； 2、渗透：放置5-10分钟待工件和试块表面干燥后,施加渗透剂,喷嘴应距工件和试块表面 20-30mm,渗 透时间应根据使用说明,一般为5-15分钟,这期间应保持探伤面被渗透剂充分湿润.； 3、清洗：用清洗剂或水(水压≤1.5kg/cm2)将工件表面的渗透剂擦洗干净; 4、显像：将显像剂充分摇匀后，对被检工件保持距离300mm处均匀喷涂，喷涂显像剂后，片刻即　　可观察缺陷；； 5、检查完毕，用清洗剂或水擦洗去除显像剂； 6、按工艺要求将工件处理保存。

本文为本人接触国内某知名太阳能生产企业设备项目后，原文翻译的试验方法希望能给相关同行以帮助对带有微小裂纹的多晶硅圆片的机械压力试验摘要：显微裂纹检测和机械扭曲试验主要用于原切割晶圆来进行太阳能电池生产。关于机械力与裂纹长度之间的关系已经有答案了。小于临界压力时由于反复压力试验裂纹长度并没有显示。实验结果表明在相同长度下边缘裂纹比内部裂纹更具有危险性。断裂力取决于裂纹几何形状和其位置。一旦施加的压力超过它的临界压力，就无法加工成为晶片了。通常会在观察到微裂的地方发生断裂。关键词： 微裂，压力，硅太阳能电池[IMG]http://www.okyiqi.com/uploadfile/081222142757.jpg[/IMG]图片为国外某款微小力试验机的图片，图片上夹具为专用多晶规圆片扭曲夹具1. 简介在硅光电生产过程中最大的问题就是硅片的断裂。由于原硅材料是生产太阳能电池的主要成本，所以一个最自然的一个方法就是减小它的厚度，但是这样做的话会潜在地导致晶片变脆弱，而且会使它的屈服力变低。未受损害的晶片很坚固而且有韧性，但裂纹的存在会降低它的这种机械强度。裂纹主要来源有：材料缺陷，来自于晶锭本身或是在晶片生产过程中的压力（1)，割锯晶片时的机械力或者在运输买卖过程中的机械力造成的缺陷。在太阳能电池生产过程中，对晶片进行加工时晶片会暴露在高温和机械力下，所以那些有裂纹，缺陷，以及有锯痕的晶片的机械强度会大大的降低。、（2）从经济方面考虑应当在发生断裂前尽早的检测出生产线上的脆弱的晶片。对此可以用多种裂纹检测系统（MCD）来进行检测。建立在光学检测系统上用来检测裂纹的红外线检测方法已经研制出来了。先检测出断裂的尺寸，然后在扭曲试验中对晶片施加机械力。以此来对原切割晶圆建立一种不同的机械力与裂纹之间的关系。2. 试验在这项研究中采用的是156*156mm, 厚度为200微米的多晶硅圆片。采用A，B两种商用MCD系统，让红外线穿过晶片，然后通过电荷藕荷摄像机来检测。晶片事先通过A和B 两种系统检测到有裂纹，然后把检测到有裂纹的晶片再次通过MCD系统A，并把晶片的图片保存下来。人工分析这些图片，在这次研究中使用了127种可以检测到有裂纹的硅片。一些有污垢的和存在不同类型的点缺陷的硅片也被采用到这次研究中。图1：上部是扭曲试验图像，下部是在扭曲试验中对晶片施加的主要的力分布。然后开始进行扭曲试验（图1），最大力为1.5N。在以前的实验中1.5N以下的断裂已经做过，所以误差实验对有裂纹的晶片断裂可以估计出来。通过这次实验，记录下最大的弯曲度，断裂力也记录下来。把断裂后的晶片拿来与MCD图像作对比以此来找出原来存大于晶片上的缺陷或者导致这种缺陷的情况。对于那些没有断裂的晶片再重复进行5次这样的实验，然后让晶片再通过MCD系统B然后比照前后图像以此来查看裂纹是否在压力实验中有所加大。然后通过对那些经过断裂压力未受损害的原切割晶片以及那些有断纹的晶片进行不同的力直至其断裂。在这次实验中发现所有的裂纹都是正常生产下造成的，通过实验晶片不会受到人为故意的损害。3. 实验结果&讨论3.1 原切割晶圆由于晶片通过MCD系统进行分析并在扭曲试验中检测，以不同方式进行试验发现了三种不同类型能影响晶片强度的裂纹。3.2 三种不同的裂纹在这次研究中发现的三种的裂纹1. 短裂纹2. 边缘裂纹3. 内部裂纹存在于一个小水晶体内部的短裂纹(小于1mm)通常是比较直，而且有特定的走向。横跨一个或多个水晶体长裂纹通常形状不规则，如图2。由于外部造成的裂纹例如在晶体表面进行冲击而形成的裂纹经常会有这种形状。对数据进行分析后，晶体边缘的裂纹，即边缘裂纹，和在晶体的整个内部表面上的裂纹，这种裂纹不与边缘接触，即内部裂纹，这两种类型的裂纹之间有很大的区别。在1.5N以内的压力试验中只有那些有可检测到有微小裂纹的晶体断裂。所有的断裂后的晶片被重组到一起后与通过微小裂纹检测时的图像进行对比。Figure 2: 箭头所指为来自晶片边缘的不规则的长裂纹（~30mm）。无一例外，裂痕会从检测到的裂纹那继续延伸。当裂纹是长裂纹时，断裂力通常很低，晶片会碎成2-4个小的晶片。对于有小裂纹的晶片来说，施加在的力后，晶片会破碎成几个大的或者很多小的碎片（如图3）。图3：左边：带有13.5mm的内部裂纹的晶片在压力为1.49N时断裂。 右边：带有24.8mm的边缘裂纹的晶片在压力为0.51N时断裂。 断裂延伸跟点阵纹理走向有关系，当断裂继续延伸时，裂纹一般会在比较弱的点阵方向（3）。裂纹通常垂直延伸。带有边缘裂纹的晶片在断裂时所受的力一般比内部裂纹晶片需力小。对于有锯形痕迹的晶片来说，当力达到1.5N时，不会断裂，但是有些情况下断裂会顺着锯痕延伸。4. 结论：通过实验发现一些还有裂纹的晶片仍然能够通过1.5N的弯曲试验。94%的有内部裂纹（小于10mm）的原切割圆晶片能通过压力试验。有边缘裂纹的晶片都不能通过此次试验，即使此边缘裂纹小于2mm。