超聲波無損檢測(cè)技術(shù)在體育器材檢測(cè)中的應(yīng)用

文/張明浩 王 蘇 劉 進(jìn)

由于體育器材損壞造成鍛煉者身體受到傷害的事件時(shí)有發(fā)生，對(duì)于固定式健身器材，可以運(yùn)用超聲波無損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行探傷，對(duì)于不同的健身器材，應(yīng)該采用不同的對(duì)比試塊、不同的探頭等等，總之，超聲波無損檢測(cè)技術(shù)在體育器材檢測(cè)中的應(yīng)用值得我們?nèi)ヌ接懞脱芯俊?/p>

目前，我國(guó)的許多體育器材，尤其是室外健身器材，由于使用環(huán)境惡劣、使用人員多樣、使用時(shí)間較長(zhǎng)、維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)?shù)?，容易出現(xiàn)器材損壞，從而造成鍛煉者身體受傷受到傷害。2011年4月11日，安徽某男子在單杠上鍛煉時(shí)，因單杠斷裂摔傷致死。2012年9月19日，海南某小學(xué)操場(chǎng)的籃球架突然倒塌，一名六年級(jí)學(xué)生被砸中頭部，當(dāng)場(chǎng)身亡。2013年5月12日，南京某小區(qū)的健身器材連根斷裂，一位6歲的女童頭部被砸成重傷，面臨開顱手術(shù)。如果不深究其原因，找到解決的辦法，類似的事故還會(huì)不斷發(fā)生。

對(duì)于活動(dòng)式健身器材，一般是通過沖擊試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)來檢測(cè)其安全性。而對(duì)于固定式健身器材，通常是通過檢測(cè)靜負(fù)荷、穩(wěn)定性來保證其安全性。但是，靜負(fù)荷和穩(wěn)定性只是在1-2分鐘內(nèi)施加一定的力，卸載后構(gòu)件不應(yīng)出現(xiàn)斷裂、開焊、傾斜、較明顯的永久變形等。但是，對(duì)于單杠、雙杠、平梯、肋木等健身器材，其在使用過程中受到不斷的沖擊力，并非是靜載荷。如果構(gòu)件本身存在裂紋等缺陷，或者焊接部位存在缺陷，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間不斷的沖擊，器材就可能出現(xiàn)斷裂、開焊等，對(duì)運(yùn)動(dòng)者造成嚴(yán)重傷害。

如何在不破壞構(gòu)件的前提下，保證構(gòu)件本身的質(zhì)量和焊接的質(zhì)量，這就需要用到無損檢測(cè)技術(shù)。無損檢測(cè)，就是利用聲、光、磁、電等特性，在不損害或不影響被檢測(cè)對(duì)象使用性能的前提下，檢測(cè)被檢對(duì)象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，進(jìn)而判定被檢測(cè)對(duì)象所處技術(shù)狀態(tài)的所有技術(shù)手段的總稱。在各種無損檢測(cè)方法中，超聲波無損檢測(cè)具有靈敏度高、周期短、成本低、靈活方便、效率高、對(duì)人體無害等優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)用廣泛。

超聲波無損檢測(cè)，就是通過超聲波與試件相互作用，就反射、透射和散射的波進(jìn)行研究，對(duì)試件進(jìn)行缺陷檢測(cè)、幾何特性測(cè)量、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測(cè)和表征，并進(jìn)而對(duì)其特定應(yīng)用性進(jìn)行評(píng)價(jià)的技術(shù)。目前體育器材的各種標(biāo)準(zhǔn)中，還沒有運(yùn)用超聲波無損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)的規(guī)定。如果在體育器材的檢測(cè)中采用超聲波無損檢測(cè)技術(shù)，可以在很大程度上保證所用構(gòu)件和焊接等內(nèi)部質(zhì)量，從而給器材的安全性多了一層保險(xiǎn)。

圖1 超聲波探傷儀

超聲波無損檢測(cè)中用到了直探頭和斜探頭。直探頭又稱縱波探頭，用于發(fā)射和接收縱波，主要用于探測(cè)與探測(cè)面平行的缺陷。斜探頭分為縱波斜探頭、橫波斜探頭、表面波斜探頭。對(duì)于鍛件、鑄件等，一般采用直探頭進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于管件、焊縫，一般采用斜探頭進(jìn)行檢測(cè)。

圖2 超聲波探傷儀進(jìn)行內(nèi)部缺陷檢測(cè)

在體育器材檢測(cè)中，對(duì)于單杠、雙桿、肋木等器材的橫杠，多是小口徑管材（外徑小于100mm），其主要缺陷為縱向缺陷，檢測(cè)時(shí)采用橫波斜探頭使聲束在管壁內(nèi)沿圓周方向傳播，也可檢測(cè)橫向缺陷，檢測(cè)時(shí)采用橫波斜探頭使聲束在管壁內(nèi)沿管軸方向傳播。為了缺陷的準(zhǔn)確定量和定位，離不開對(duì)比試樣，對(duì)比試樣上的人工缺陷是評(píng)定自然缺陷當(dāng)量的依據(jù)。制作對(duì)比試樣用鋼管與被檢驗(yàn)鋼管應(yīng)具有相同的公稱尺寸并具有相近的化學(xué)成分、表面狀態(tài)、熱處理狀態(tài)和聲學(xué)性能。小口徑管材探傷時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，可采用接觸法探傷和水浸法探傷。

對(duì)于體育器材的焊縫內(nèi)部缺陷檢測(cè)，采用橫波斜探頭。焊縫中的常見缺陷有氣孔、夾渣、未焊透、未熔合等體積狀缺陷和裂紋等面狀缺陷。對(duì)于母材厚度不小于8mm的焊縫，才進(jìn)行超聲波探傷。進(jìn)行超聲波檢測(cè)前，應(yīng)選擇合適的斜探頭，探頭角度在35°－70°之間。試塊應(yīng)選擇CSK-IA和RB-2試塊，即采用基于直徑3mm的橫孔技術(shù)。根據(jù)規(guī)定的焊縫驗(yàn)收等級(jí)，進(jìn)行評(píng)定和驗(yàn)收?；夭ǚ瘸^評(píng)定等級(jí)的缺欠需要測(cè)量其顯示長(zhǎng)度。－如果單位焊縫長(zhǎng)度內(nèi)存在單個(gè)或多個(gè)間斷的缺欠，則要記錄缺欠的累計(jì)長(zhǎng)度。最后按照驗(yàn)收等級(jí)進(jìn)行驗(yàn)收。

體育器材的檢驗(yàn)有一定的特殊性，不能完全按照機(jī)械類產(chǎn)品的規(guī)定進(jìn)行超聲波無損檢測(cè)。如果全部進(jìn)行超聲波無損檢測(cè)，就會(huì)耗費(fèi)大量的人力和物力，安全性上當(dāng)然可以保證，但是不經(jīng)濟(jì)。應(yīng)該在保證安全性基礎(chǔ)上，探討其經(jīng)濟(jì)性。例如，在一些重要場(chǎng)合使用的器材要全部進(jìn)行超聲波檢測(cè)，在一般場(chǎng)合使用的器材應(yīng)抽樣進(jìn)行超聲波檢測(cè)，器材制造單位在進(jìn)貨時(shí)抽樣進(jìn)行超聲波檢測(cè)等等?？傊?，利用超聲波進(jìn)行體育器材的無損檢測(cè)，能在一定程度上保證器材的質(zhì)量和安全性，值得我們?nèi)ヌ接懞脱芯?。（作者單位：河北省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院、國(guó)家體育用品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）