北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院 段 殼 李子豪

無(wú)損檢測(cè)在機(jī)械工程中的應(yīng)用

北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院 段 殼 李子豪

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的非破壞性、安全性、可靠性等特點(diǎn)，在機(jī)械工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，本文介紹了射線檢測(cè)、超聲檢測(cè)、液體滲透檢測(cè)這三種常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的原理特點(diǎn)以及在機(jī)械工程中的應(yīng)用。

無(wú)損檢測(cè)；射線檢測(cè)；超聲檢測(cè)；液體滲透檢測(cè)

0 前言

隨著迅速發(fā)展的科學(xué)和工業(yè)技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高，尤其是在高溫、高壓、高速的場(chǎng)合，產(chǎn)品內(nèi)在缺陷尺寸提出了精確的要求。在很容易出現(xiàn)缺陷的機(jī)械工業(yè)中，為保證加工精度和滿足使用要求，科學(xué)、有效的檢測(cè)手段很有必要。無(wú)損檢測(cè)是指以損害構(gòu)件的前提下，對(duì)構(gòu)建的缺陷位置通過(guò)固有缺陷分析準(zhǔn)確查找，安全、可靠、非破壞性的一門學(xué)科，其內(nèi)涵從探傷演變到評(píng)價(jià)。

在機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)中，以鑄件為例常見的缺陷有多肉類缺陷（7種），孔洞類缺陷（5種），裂紋，冷隔類缺陷（6種），表面缺陷（8種），殘缺類缺陷（5種），形狀及重量差錯(cuò)類缺陷（6種），夾雜類缺陷（5種），性能、成分、組織不合格（10種），以上52種缺陷降低了精度，給產(chǎn)品性能帶來(lái)隱患，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械工程中，有利于產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量的提高，更好滿足生產(chǎn)需求。

常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有：1）射線檢測(cè)；2）超聲檢測(cè)；3）滲透檢測(cè)；4）渦流檢測(cè)及電位差檢測(cè)；5）磁粉檢測(cè)。本文主要對(duì)三種主要的檢測(cè)方法的特點(diǎn)和原理以及它們?cè)跈C(jī)械工程中的發(fā)展進(jìn)行介紹。

1 射線檢測(cè)

射線檢測(cè)依據(jù)的是被檢工件不同的成分、密度、厚度對(duì)射線產(chǎn)生不同的散射或吸收特性，對(duì)被檢工件的缺陷情況進(jìn)行甄別判斷。采用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器（主要是射線膠片）拾取射線照射被測(cè)工件主要性能指標(biāo)。應(yīng)用最廣的是射線照相檢測(cè)技術(shù)，是Χ射線和γ射線常規(guī)射線照相檢測(cè)技術(shù)。

采用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器（常規(guī)射線照相中采用膠片）檢測(cè)射線的變化情況，當(dāng)射線發(fā)生衰減或其強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，則說(shuō)明物體存在缺陷。由小厚度差引起的物體對(duì)比度滿足下述公式：

式中：

K——構(gòu)件的線衰減系數(shù)；

σ——缺陷的線衰減系數(shù)；

ρ——構(gòu)件的散射比；

θ——射線的強(qiáng)度；

射線檢測(cè)檢測(cè)技術(shù)適用于各種材料的檢驗(yàn)，既可用于金屬材料，也可以用于非金屬材料和復(fù)合材料的檢驗(yàn)，特別是它還可以用于放射性材料的檢驗(yàn)。由于檢驗(yàn)技術(shù)對(duì)于被檢工件表面和結(jié)構(gòu)沒(méi)有特殊要求，所以可以應(yīng)用于各種產(chǎn)品的檢驗(yàn)。射線檢驗(yàn)技術(shù)在工業(yè)與科學(xué)研究等方面的主要應(yīng)用類型見表1。

表1 射線檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用類型

2 超聲檢測(cè)

超聲檢測(cè)是指在超聲波與試件的相互作用下，對(duì)散射、反射及投射波的變化情況進(jìn)行研究，主要針對(duì)試件缺陷的宏觀檢測(cè)、結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化檢測(cè)和幾何特性檢測(cè)，并對(duì)其檢測(cè)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。為適應(yīng)不同質(zhì)量和類型的試件，可以選用縱波、橫波、平面波、球面波等，對(duì)于宏觀缺陷，常用頻率為0.5～25MHz的短脈波沖檢測(cè)，針對(duì)其反射波的變化情況進(jìn)行研究。在聲波變化處（如出現(xiàn)的缺陷部分），根據(jù)反射信號(hào)的幅度及頻率特性對(duì)缺陷的基本情況（大小、位置、類型）作出判斷。

這種裝置在結(jié)構(gòu)上包括超聲源、接收器、試件及適當(dāng)?shù)鸟詈蟿?，由超聲源發(fā)射的超聲波借助耦合劑穿過(guò)試件為接收器所接收，試件中的缺陷引起聲特性阻抗或聲衰減的變化，接收到的超聲能量有變化，此方法設(shè)備簡(jiǎn)單，結(jié)果易于說(shuō)明，但由于缺陷相對(duì)于波束的取向、缺陷與探頭的距離的不同而異，而且不能確定缺陷在試件中劇表面的距離，故使用范圍不廣。

3 液體滲透檢測(cè)

液體滲透檢測(cè)主要用于對(duì)非疏孔性金屬和非金屬試件表面上的開口缺陷檢測(cè)一種快速無(wú)損檢測(cè)方法。為了滲透檢測(cè)的準(zhǔn)確性，先對(duì)試件表面進(jìn)行預(yù)處理（打磨、清洗），將溶有著色染料或熒光染料的滲透劑滴加在工件表面，滲透劑由于毛細(xì)作用能滲入到各種表面類型的細(xì)小缺陷中，將工件多余的滲透液清洗干凈，經(jīng)干燥和施加顯像劑后，在黑光或白光下觀察試件表面顏色，缺陷處可分別相應(yīng)地呈現(xiàn)紅色或發(fā)出黃綠色熒光。

液體滲透檢測(cè)方法的基本程序是：

滲透法的優(yōu)點(diǎn)有：1）不受被檢測(cè)試件缺陷方位的約束，試件的幾何形狀、及內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)對(duì)滲透檢測(cè)法沒(méi)有影響；2）設(shè)備簡(jiǎn)單，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本；3）檢驗(yàn)速度快且可大批量檢驗(yàn)；4）缺陷顯示直觀，檢驗(yàn)靈敏度高。其局限性包括：1）不能顯示缺陷深度及缺陷內(nèi)部的形狀和大小，只能檢出表面缺陷；2）難以定量的控制檢驗(yàn)操作程序，細(xì)小、分散的缺陷易被掩蓋。

4 無(wú)損檢測(cè)在機(jī)械工程中的發(fā)展

在機(jī)械工程中，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段---研制、生產(chǎn)階段---使用階段都需要無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的參與，由于試件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，適合的檢測(cè)方法也各不相同。射線檢測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用于鑄件和焊接件的驗(yàn)檢，還用于精確尺寸測(cè)量，還常用于檢測(cè)工件的不連續(xù)性以及腐蝕和裝配缺陷。超聲檢測(cè)常用來(lái)檢測(cè)材料制造過(guò)程中的疏松、夾雜、缺陷縮孔，熱加工過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋、白點(diǎn)、晶粒粗大，還廣泛應(yīng)用于汽車零件的質(zhì)量檢測(cè)，火花塞、彈簧、氣門等都是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件，其質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)。液體滲透檢測(cè)可用于檢驗(yàn)非疏孔性金屬和非金屬試件表面的分層、折疊、裂紋、氣孔、冷隔、疏松及其它開口表面缺陷，廣泛應(yīng)用于鑄件、鍛件、粉末冶金件、焊接件以及各種塑料、陶瓷及玻璃制品的檢驗(yàn)評(píng)價(jià)性能指標(biāo)中。

5 結(jié)語(yǔ)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)被廣泛采用于機(jī)械工程的各個(gè)階段，在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，在機(jī)械工程中越來(lái)越受到重視，成為衡量工業(yè)化程度的一個(gè)重要指標(biāo)。無(wú)損檢測(cè)診斷能夠提升工作效率、保證試件不受破壞、保證生產(chǎn)和使用的可能性，在實(shí)際機(jī)械產(chǎn)品中應(yīng)對(duì)其進(jìn)行推廣和廣泛應(yīng)用。

[1]李家偉,陳積懋,等．無(wú)損檢測(cè)手冊(cè)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社,2002,1．

[2]袁作彬．無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展[J]．湖北民族學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,6(31)：228-231．

[3]何秀堂,張平,王玉鳳,等．無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)近代物理方法[M]．赤峰：內(nèi)蒙古科學(xué)技術(shù)出版社,1998．

[4]李喜孟．無(wú)損檢測(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2001．

段殼（1996—），陜西漢中人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于北京林業(yè)大學(xué)。