丁立紅，雷衛(wèi)寧，錢海峰

(江蘇理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 常州 213001)

0 引言

隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷深入和世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，資源的可持續(xù)利用成為全人類面臨的重大難題[1]，是符合科學(xué)發(fā)展觀的一種新型的發(fā)展模式，從而再制造業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。再制造技術(shù)是以產(chǎn)品的壽命周期設(shè)計(jì)和管理為指導(dǎo)，以廢舊產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)性能和外觀的跨越式提升為目的，以高品質(zhì)、高效率、低能耗、綠色環(huán)保為原則，以先進(jìn)技術(shù)和量化生產(chǎn)為手段，對(duì)廢舊產(chǎn)品進(jìn)行修復(fù)和改造的一項(xiàng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)[2]。

無損檢測是在不損傷被檢測對(duì)象的條件下，利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在的異?；蛉毕菟鸬膶?duì)熱、光、電、磁、聲、等的反應(yīng)，來探測各種零部件內(nèi)部和表面缺陷，并對(duì)缺陷的類型、性質(zhì)、形狀、數(shù)量、尺寸、位置、分布等做出判斷和評(píng)價(jià)[4]。目前，國內(nèi)外普遍采用超聲檢測、磁粉檢測、射線檢測、渦流檢測、滲透檢測等五大檢測技術(shù)[3]。

1 無損檢測方法

1.1 超聲檢測

超聲波檢測是利用材料本身或內(nèi)部缺陷的聲學(xué)性質(zhì)對(duì)超聲波傳播的影響，非破壞性地檢測材料內(nèi)部和表面的缺陷。超聲檢測對(duì)于金屬、非金屬、復(fù)合材料內(nèi)部缺陷的檢測都非常有效，是主要的無損檢測方法之一。

1.2 磁粉檢測

磁粉檢測是磁性材料被磁化后，因工件上存在不連續(xù)性，其表面和近表面的磁力線會(huì)發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場，吸附在表面的磁粉會(huì)形成可見的磁痕，從而進(jìn)行檢測的方法。

1.3 射線檢測

射線檢測是依據(jù)被檢測工件由于成分、密度、厚度等的不同，對(duì)射線產(chǎn)生不同的散射或吸收的特性，對(duì)被檢工件的質(zhì)量、尺寸、特性等作出判斷。射線檢測是檢測零件內(nèi)部缺陷的一種比較有效的方法之一，X、Y射線和中子射線檢測方法應(yīng)用較多。

1.4 渦流檢測

渦流檢測是利用電磁感應(yīng)原理，通過測定被檢工件內(nèi)感生渦流的變化來無損評(píng)定導(dǎo)電材料及其工件的某些性能，或發(fā)現(xiàn)缺陷的一種無損檢測方法。渦流檢測可用于表面或近表面缺陷的無損檢測，也可用于材料選擇、測量厚度和測定電導(dǎo)率等。

1.5 滲透檢測

由于毛細(xì)作用，滲透液滲入到細(xì)小的表面開口缺陷中，清除工件表面的多余滲透液，干燥后施加顯像劑，缺陷中的滲透液在毛細(xì)現(xiàn)象的作用下被重新吸附到零件表面上，就形成放大了的缺陷顯示。滲透檢測主要用于檢測非疏孔性的金屬或非金屬零部件的表面開口缺陷[5]。

除了常規(guī)的無損檢測技術(shù)外，無損檢測還有包括了一些已經(jīng)成功應(yīng)用于工業(yè)中的技術(shù)，例如:磁記憶檢測技術(shù)、微波檢測、聲發(fā)射檢測、磁彈性檢測、工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測、噪聲檢測、激光全息檢測等。

2 無損檢測在再制造領(lǐng)域的應(yīng)用

各種無損檢測技術(shù)與其它技術(shù)相配合，可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的失效機(jī)理，從而為再制造產(chǎn)品的性能改進(jìn)提供重要的依據(jù)。無損檢測工程包括再制造毛坯的質(zhì)量檢測、再制造加工過程的優(yōu)化和在線監(jiān)控、再制造成品的無損檢測和破壞性抽檢等。應(yīng)用無損檢測技術(shù)可以對(duì)非連續(xù)加工、連續(xù)加工的再制造零部件進(jìn)行實(shí)時(shí)的質(zhì)量控制，快速查出次品，降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率。[4，6]

不同的無損檢測方法有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同方面的應(yīng)用，為了更直觀地表達(dá)，整理如表1所示。[7－12]

表1 無損檢測優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用

2.1 無損檢測對(duì)再制造廢舊驅(qū)動(dòng)橋殼方面的應(yīng)用[13]

驅(qū)動(dòng)橋殼在焊縫處熔池凝固是非平衡結(jié)晶，冷卻速度快，結(jié)晶時(shí)化學(xué)成分不能及時(shí)擴(kuò)散，導(dǎo)致在焊接后極易出現(xiàn)成分偏析現(xiàn)象[14]，在熔合區(qū)成分不均勻更為明顯;彈簧座與殼體圓弧過渡處則會(huì)在沖壓成形時(shí)出現(xiàn)塑性變形，在車橋運(yùn)行過程中成為斷裂危險(xiǎn)區(qū)域，過渡弧外側(cè)受拉應(yīng)力，內(nèi)側(cè)受壓應(yīng)力，汽車運(yùn)行時(shí)，橋殼受加載力、扭轉(zhuǎn)力。故在疲勞載荷作用下驅(qū)動(dòng)橋殼最易損壞的位置為半軸套管與橋殼本體焊縫處、彈簧座與殼體圓弧過渡處，兩處危險(xiǎn)區(qū)。

隨機(jī)抽取2根廢舊驅(qū)動(dòng)橋殼，對(duì)半軸套管與橋殼本體焊縫處(A檢測區(qū))+彈簧座與殼體圓弧過渡處(B檢測區(qū))進(jìn)行磁記憶檢測。檢測A區(qū)時(shí)，探頭垂直沿半軸套管母線方向在焊縫附近區(qū)域檢測;檢測B區(qū)時(shí)，探頭垂直沿橋殼軸向檢測。檢測時(shí)探頭移動(dòng)方向保持一致，提離高度為1 mm，移動(dòng)速度為8 mm/s。橋殼變形量通過測量橋殼高度差的方法來測定，橋殼兩端半軸套管用支撐環(huán)支承，旋轉(zhuǎn)橋殼，采用高度游標(biāo)卡尺測量加強(qiáng)環(huán)中心點(diǎn)a的上下偏差，如圖1所示。

圖1 驅(qū)動(dòng)橋殼檢測示意圖

檢測區(qū)A、B的檢測結(jié)果，各個(gè)廢舊橋殼檢測區(qū)A沿橋殼母線檢測得到的梯度分布如圖2(a)，檢測區(qū)B沿橋殼母線檢測得到的梯度分布如圖2(b)。(橫坐標(biāo)為檢測長度L;縱坐標(biāo)為梯度K)

圖2 橋殼檢測區(qū)梯度K

結(jié)果表明，在同一檢測環(huán)境下，不同變形量的廢舊橋殼與磁記憶特征信號(hào)表現(xiàn)出一定的相關(guān)性。由圖像我們可以進(jìn)一步得到，在疲勞載荷下彈簧座處塑性變形情況更加嚴(yán)重。

2.2 無損檢測在再制造毛坯殘余應(yīng)力檢測方面的應(yīng)用[15]

在再制造毛坯中由于蠕變和疲勞而產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力的集中程度是對(duì)毛坯進(jìn)行篩選、再制造的重要因素[16]。無損檢測中的金屬磁記憶檢測在應(yīng)力集中區(qū)有明顯的磁記憶特異性信號(hào)，在應(yīng)力集中區(qū)域的Hp值有較大的躍變，應(yīng)力集中的程度可用磁場梯度K來表示，同時(shí)輔助以磁感應(yīng)強(qiáng)度Hp信號(hào)的峰值ΔHp對(duì)構(gòu)件應(yīng)力集中程度進(jìn)行測定[17]。(ΔHp根據(jù)磁記憶檢測中的波形圖取值;ΔLk為2個(gè)測點(diǎn)之間距離)

2.3 無損檢測對(duì)鋼疲勞裂紋擴(kuò)展檢測的應(yīng)用

黃海鴻[18]等人，以510L鋼為研究對(duì)象，采集裂紋擴(kuò)展過程各個(gè)區(qū)域的磁記憶信號(hào)，計(jì)算裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子，分析疲勞斷口形貌，研究出磁記憶方法對(duì)鐵磁材料裂紋擴(kuò)展檢測與疲勞損傷的可行性，并建立裂紋尖端磁記憶信號(hào)梯度Kmax值和應(yīng)力強(qiáng)度因子KI之間的關(guān)系。結(jié)果表明:試樣宏觀切口處的磁記憶信號(hào)特征量比裂紋尖端應(yīng)力集中處的磁記憶信號(hào)特征量明顯;Kmax和KI在疲勞循環(huán)累積下均呈指數(shù)形式增加，從斷裂力學(xué)角度說明Kmax反映疲勞累積損傷的可行性;磁記憶信號(hào)特征量ΔHp(y)及Kmax反映了經(jīng)過不同服役期鋼不同損傷情況，為再制造修復(fù)和加工提供依據(jù)。

3 無損檢測的研究現(xiàn)狀及展望

無損檢測經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，即無損檢查、無損檢測、無損評(píng)價(jià)。目前無損檢測技術(shù)也逐步以無損評(píng)價(jià)來代替無損探傷和無損檢測[4，20]。

射線檢測極大地拓寬了無損檢測的應(yīng)用領(lǐng)域，引進(jìn)了計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)后的射線檢測，得到的圖像質(zhì)量能與膠片圖像質(zhì)量相媲美。

磁記憶檢測是近幾年迅速發(fā)展起來的一門新技術(shù)，通過對(duì)磁場的檢測，就可對(duì)構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力集中區(qū)域做出判斷，從而達(dá)到早期診斷的目的[19]。這對(duì)于再制造產(chǎn)品有著特別重要的意義，因?yàn)榻?jīng)過再制造的產(chǎn)品，均不同程度地存在著應(yīng)力集中，使其在運(yùn)行過程中存在著極大的安全隱患，而磁記憶技術(shù)可以對(duì)應(yīng)力集中做出判斷，從而避免隱患發(fā)展成事故。

無損檢測中的聲發(fā)射檢測和紅外檢測都是非接觸性在線監(jiān)測，這些也是近期無損檢測研究的重點(diǎn)。無損智能在線檢測技術(shù)，通過對(duì)大型、精密裝備運(yùn)行在線檢測分析，對(duì)其壽命(失效)進(jìn)行智能預(yù)測，增強(qiáng)裝備運(yùn)行的可靠性。

總之，無損檢測已經(jīng)成為再制造中的一部分，而且可以預(yù)見兩者之間的聯(lián)系必將越來越緊密。

4 結(jié)語

本文分別介紹了超聲檢測、磁粉檢測、射線檢測、渦流檢測、滲透檢測的原理及其應(yīng)用，并且介紹了無損檢測的幾方面具體應(yīng)用，最主要是磁記憶檢測的應(yīng)用，該無損檢測技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的。當(dāng)然，隨著科技的不斷發(fā)展，再制造無損檢測必將有更多的應(yīng)用與發(fā)展。

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