金 彥

（武漢市工程科學(xué)技術(shù)研究院,武漢 430019）

一種超聲波無(wú)損活塞鑲?cè)z測(cè)儀

金 彥

（武漢市工程科學(xué)技術(shù)研究院,武漢 430019）

本文介紹了超聲波用于無(wú)損檢測(cè)的原理，以及將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為描述鑲?cè)钊毕萏卣餍盘?hào)的方法，并在工控機(jī)中實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，提出了一種鑲?cè)钊臒o(wú)損超聲波智能檢測(cè)儀，能夠高效地對(duì)鑲?cè)钊恼辰用嫒毕葸M(jìn)行自動(dòng)判定。該檢測(cè)儀已實(shí)際應(yīng)用，效果良好。

鑲?cè)钊?；超聲波；無(wú)損檢測(cè)

0 引言

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、特別是增壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展和提高，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中活塞的耐磨性、壽命、密閉性的要求也越來(lái)越高?；钊w通常使用鋁合金材料，而鑲?cè)t是采用特種鑄鐵，在鑄造過(guò)程中，如果粘合不良出現(xiàn)氣泡，將大大降低活塞整體強(qiáng)度和導(dǎo)熱性，在使用過(guò)程中可能導(dǎo)致鑄鐵鑲?cè)幕钊w上脫落，無(wú)法正常使用，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)[1]。因此，為了保證成品活塞的質(zhì)量，除了在鑄造加工工藝上有較高要求外，還需要對(duì)活塞鑲?cè)Φ膬?nèi)部缺陷進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)[2]。本文介紹的超聲波無(wú)損檢測(cè)儀由工控機(jī)自動(dòng)對(duì)活塞鑲?cè)M(jìn)行批量無(wú)損檢測(cè)和粘結(jié)質(zhì)量判斷，并打印出檢測(cè)結(jié)果，具有重復(fù)精度高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

1 鑲?cè)钊麩o(wú)損檢測(cè)原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 鑲?cè)钊Y(jié)構(gòu)及缺陷情況

在活塞制造過(guò)程中，將特種鑄鐵圈熔合在鋁合金材質(zhì)的活塞基體上，但是在鑄造粘合過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)氣泡、裂紋等缺陷，嚴(yán)重時(shí)難以達(dá)到使用時(shí)所需的耐磨性、密封性和強(qiáng)度要求。一般而言，活塞鑲?cè)φ澈腺|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)包括單側(cè)面總?cè)毕萋省蝹?cè)面最大缺陷率，雙側(cè)面重合最大缺陷率等相關(guān)指標(biāo)。由于鑲?cè)钊毕葺^小，且常常在活塞內(nèi)部，無(wú)法直接觀察和檢測(cè)，需要一種合適的無(wú)損檢測(cè)儀對(duì)鑄鐵鑲?cè)φ辰Y(jié)面進(jìn)行檢測(cè)。

1.2 無(wú)損檢測(cè)原理

國(guó)內(nèi)活塞無(wú)損檢測(cè)主要采用兩種方法，一種是X射線檢測(cè)法，通過(guò)X射線透視發(fā)現(xiàn)粘結(jié)面的缺陷位置和大小，其特點(diǎn)是準(zhǔn)確便捷，缺點(diǎn)也很明顯，因?yàn)閄射線的強(qiáng)輻射性，對(duì)環(huán)境防護(hù)的要求很高，不宜普及。另一種就是超聲波無(wú)損檢測(cè)。此種方法是通過(guò)超聲波與被測(cè)器件的相互作用，產(chǎn)生的反射、透射和散射波進(jìn)行研究，對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行宏觀缺陷檢測(cè)。

1.3 鑲?cè)钊麩o(wú)損檢測(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前市面的超聲波探傷儀是通用產(chǎn)品，沒(méi)有針對(duì)活塞鑲?cè)z測(cè)進(jìn)行定制，檢測(cè)不便，也較為容易代入操作員主管因素。在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，針對(duì)活塞鑲?cè)z測(cè)項(xiàng)目特點(diǎn)和需求，研制出本文所介紹的檢測(cè)儀器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞鑲?cè)Φ恼澈锨闆r自動(dòng)檢測(cè)、分析并計(jì)算出缺陷狀況，項(xiàng)目設(shè)計(jì)的鑲?cè)钊麩o(wú)損檢測(cè)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

將待檢測(cè)活塞放入耦合劑之中，超聲波發(fā)射探頭位于鑲?cè)Π疾壑校瑑蓚€(gè)側(cè)面的接收探頭分別位于第二凹槽中和活塞下部。將活塞固定在基臺(tái)上后，工控機(jī)控制電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，超聲波發(fā)射探頭發(fā)出超聲波脈沖，兩側(cè)接收探頭接收通過(guò)鑲?cè)φ澈厦娴耐干洳ú?shù)據(jù)儲(chǔ)存，活塞轉(zhuǎn)動(dòng)一周后，基臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，工控機(jī)處理接收到的透射波信號(hào)信息，計(jì)算兩側(cè)面的缺陷大小并依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)判斷活塞鑲?cè)φ澈鲜欠襁_(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

項(xiàng)目控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖2所示，工控機(jī)及采集裝置采集穿過(guò)被測(cè)鑲?cè)钊耐干湫盘?hào)，同時(shí)采集直接來(lái)自超聲波震源的對(duì)比信號(hào)；工控機(jī)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器控制運(yùn)動(dòng)部件，使被測(cè)鑲?cè)钊D(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)運(yùn)動(dòng)控制器將運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋給工控機(jī)，用以對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行判斷和篩選。

3 結(jié)束語(yǔ)

項(xiàng)目采用超聲波無(wú)損檢測(cè)方法、由工控機(jī)整體控制采集裝置、PLC、運(yùn)動(dòng)部件聯(lián)合工作而研制的無(wú)損活塞鑲?cè)|(zhì)量檢測(cè)儀能夠智能高效地完成鑲?cè)钊辰Y(jié)面缺陷自動(dòng)檢測(cè)，具有準(zhǔn)確度高、對(duì)操作員要求低、能進(jìn)行流水線檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，目前已完成樣機(jī)試制并投入使用，效果良好，樣機(jī)如圖3所示。

[1]雷毅,于京閣.新型鑲?cè)钊暡ㄗ詣?dòng)檢測(cè)系統(tǒng)[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1998,22(05)：73-75.

[2]倪培君.大馬力發(fā)動(dòng)機(jī)活塞無(wú)損檢測(cè)研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].無(wú)損檢測(cè),2011,33(09)：7-10,15.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.215

金彥（1984-），男，湖北武漢人，本科，高級(jí)工程師，主要從事工程地球物理儀器及方法的研究工作 。