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

袁作彬

(湖北民族學(xué)院 理學(xué)院,湖北 恩施 445000)

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

袁作彬

(湖北民族學(xué)院 理學(xué)院,湖北 恩施 445000)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)利用物理原理和化學(xué)現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)和測(cè)試.與傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)相比，它具有非破壞性、安全、可靠等優(yōu)點(diǎn).在工業(yè)應(yīng)用中，無(wú)損檢測(cè)正越來(lái)越受到人們的關(guān)注和重視.在相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)常用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)，介紹該技術(shù)在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域的幾種典型應(yīng)用，并著重介紹了幾種新的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)以及無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的新發(fā)展.

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)；機(jī)械工業(yè)；應(yīng)用；發(fā)展

隨著科學(xué)和工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越嚴(yán)格，尤其是隨著動(dòng)力機(jī)械和高壓容器向高速、高溫、高壓方向的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品內(nèi)在缺陷尺寸提出了精確的定量要求.在機(jī)械工業(yè)中，很容易出現(xiàn)缺陷，也很容易被帶入后續(xù)加工過(guò)程，給產(chǎn)品性能帶來(lái)隱患.無(wú)損檢測(cè)是利用聲、光、電、熱、磁和射線等與被測(cè)物質(zhì)的相互作用，在不損害被檢驗(yàn)對(duì)象的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)和使用性能的前提下，應(yīng)用多種物理原理和化學(xué)現(xiàn)象，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中工程零部件、材料、結(jié)構(gòu)件等進(jìn)行有效地檢驗(yàn)和測(cè)試，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來(lái)評(píng)價(jià)它們的連續(xù)性、完整性、安全可靠性及某些物理性能.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，已在機(jī)械制造、汽車(chē)、石油化工、造船、航空航天和核能等工業(yè)領(lǐng)域中廣泛采用.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)成為材料和產(chǎn)品的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)以及質(zhì)量管理中不可缺少的重要環(huán)節(jié)[1-5].

在機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中，常出現(xiàn)一些影響產(chǎn)品質(zhì)量的缺陷，很容易被帶入后續(xù)加工(例如鍛造、軋制、擠壓等)的產(chǎn)品中，成為危及產(chǎn)品使用性能的隱患.常見(jiàn)的缺陷包括：夾渣、夾雜、偏析、氣孔、縮孔、疏松、裂紋等，都容易引起產(chǎn)品質(zhì)量缺陷.將無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)，有利于產(chǎn)品質(zhì)量管理、質(zhì)量鑒定和在役檢查[3,6].

常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有：①射線檢測(cè)法;②超聲檢測(cè)法;③磁粉檢測(cè)法;④滲透檢測(cè)法;⑤渦流檢測(cè)法.此外，聲振檢測(cè)法、聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)、電磁超聲檢測(cè)、超聲全息照相法、熱和紅外檢測(cè)、微波無(wú)損檢測(cè)、激光全息照相法等無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)也得到了發(fā)展和應(yīng)用.本文對(duì)常用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)和無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了歸納，對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械工業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行了介紹.

1 常用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用[1,3,7-10]

1.1 射線檢測(cè)法

射線檢測(cè)法是利用射線在材料中的透射性能及在不同材料中射線強(qiáng)度衰減程度的不同，檢測(cè)出工件的缺陷.X射線和γ射線是一種電磁輻射.在射線檢測(cè)中應(yīng)用的射線主要是X射線、γ射線和中子射線.射線衰減是由于射線光子與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)和電子對(duì)的產(chǎn)生，使射線被吸收和散射而引起的.當(dāng)射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，隨著貫穿行程的增加，則射線的衰減越嚴(yán)重，即物質(zhì)越厚，射線衰減的程度越大.射線衰減的程度不僅與透過(guò)物質(zhì)的厚度有關(guān)，而且還與射線的性質(zhì)和物體的性質(zhì)有關(guān).射線的波長(zhǎng)越小，衰減越小，物質(zhì)密度及原子序數(shù)越大，射線衰減也增大.這種關(guān)系不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是指數(shù)關(guān)系的衰減.射線的檢測(cè)方法主要有透視照相法、X射線熒光屏觀察法、電離檢測(cè)法和電視觀察法以及正在發(fā)展的X射線計(jì)算機(jī)層析攝影法等.

將受到不同吸收程度的射線投射到膠片上，再經(jīng)顯影后，可得到物體厚度與工件內(nèi)部缺陷情況的照片.如果利用熒光屏代替膠片，還可更加直接觀察被檢物體的內(nèi)部情況.利用射線檢測(cè)法，可獲得永久記錄，可供日后再次檢查，射線功率可調(diào).但X射線設(shè)備的一次投資大，不易攜帶也不安全，要保護(hù)將被照射的設(shè)備.

在機(jī)械工業(yè)中，常用射線在線檢測(cè)氣缸鑄件的質(zhì)量，特別是用來(lái)檢測(cè)微小氣孔、疏松、縮孔、針孔、溶劑夾渣、氧化夾渣、夾砂等缺陷，并用于進(jìn)行精確尺寸測(cè)量，也可用于氣缸蓋、鋁活塞等鑄件的檢測(cè)；射線還常用于檢測(cè)焊件的不連續(xù)性(包括裂紋、氣孔、未熔合、未焊接、夾渣)以及腐蝕和裝配缺陷，最適合檢查工件厚壁的體積型缺陷.

目前世界上一些科技發(fā)達(dá)的國(guó)家都在競(jìng)相研究CT技術(shù).在上世紀(jì)末已完成了第五代CT的研制工作，已發(fā)展出近千種CT產(chǎn)品，適用于各行各業(yè)，其中包括射線源類(lèi)型與射線強(qiáng)度、探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、圖像重建技術(shù)、圖像處理技術(shù)和掃描傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等方面.

1.2 超聲檢測(cè)法

超聲檢測(cè)法是利用物體自身或缺陷的聲學(xué)特性對(duì)超聲波傳播的影響，來(lái)檢測(cè)物體的缺陷或某些物理性能.超聲波檢測(cè)法利用了介質(zhì)的聲學(xué)特性(如聲速、衰減系數(shù)、聲阻抗等)與某些待測(cè)的工業(yè)非聲學(xué)量(如強(qiáng)度、彈性、硬度、密度、溫度、粘度、濃度、流量、流速和厚度等)之間存在的某種函數(shù)關(guān)系或相關(guān)性，并探索這些量之間的關(guān)系，以便通過(guò)這些聲學(xué)量來(lái)測(cè)定工業(yè)非聲學(xué)量.當(dāng)聲源產(chǎn)生的超聲波以一定方式進(jìn)入到待測(cè)物體，超聲波與缺陷相互作用，使其傳播方向或特征改變，改變后的超聲波通過(guò)設(shè)備裝置檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理和分析，根據(jù)接收的超聲波特征，評(píng)估被檢測(cè)的物體內(nèi)部是否存在缺陷及其特征.在超聲檢測(cè)中常用的頻率為幾兆赫(通常范圍為0.5～5 MHz).

超聲檢測(cè)法對(duì)平面型缺陷十分敏感，一經(jīng)檢測(cè)便知結(jié)果；并且易于攜帶；且多數(shù)超聲檢測(cè)儀不必外接電源，穿透力強(qiáng)，但作為耦合傳感器，要求被檢表面光滑；但難于探出細(xì)小裂縫，要有參考標(biāo)準(zhǔn)，為解釋信號(hào)，要求檢驗(yàn)人員素質(zhì)高.

常用來(lái)檢測(cè)材料制造過(guò)程中形成的缺陷縮孔、疏松、夾雜與偏析，金屬熱加工過(guò)程中形成的白點(diǎn)、裂紋和晶粒粗大，鑄件縮孔、氣泡、焊接裂紋、夾渣、末熔合、未焊透等缺陷及厚度測(cè)定.如在機(jī)械工業(yè)中，金屬材料焊接過(guò)程中形成的氣孔、夾渣、裂紋、未焊接、未熔合、未焊接等缺陷；管材中的裂紋、夾層、夾雜、折疊和翹皮等；鋼板中的夾層、分層、白點(diǎn)和裂紋等；超聲檢測(cè)還廣泛應(yīng)用在汽車(chē)零件的質(zhì)量檢測(cè)，排氣門(mén)、氣門(mén)彈簧、缸體和鑲?cè)︿X活塞等都是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零部件，在惡劣條件下承受著復(fù)雜的交變應(yīng)力，因此在裝配之前必須進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè).

近年來(lái)出現(xiàn)了聲-超聲、激光超聲、超聲全息、超聲衍射波時(shí)差、超聲相控陣和電磁超聲等超聲檢測(cè)新技術(shù)，進(jìn)一步拓寬了超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)使得超聲檢測(cè)技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用.

1.3 磁粉檢測(cè)法

磁粉檢測(cè)法是通過(guò)磁粉在物體缺陷附近形成的漏磁場(chǎng)中的堆積情況來(lái)檢測(cè)物體表面或近表面處的缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法.當(dāng)材料或被測(cè)工件被磁化后，如果被測(cè)工件表面或近表面存在裂紋、冷隔等缺陷，便會(huì)在該處形成一個(gè)漏磁場(chǎng)，這個(gè)漏磁場(chǎng)將吸引、聚集檢測(cè)過(guò)程中施加的磁粉，而形成缺陷顯示.因此，磁粉檢測(cè)首先是對(duì)被測(cè)工件加外磁場(chǎng)，工件被磁化后，在工件表面均勻噴灑微米級(jí)的磁性顆粒，如果被檢工件沒(méi)有缺陷，則磁粉在工件表面均勻分布，如果被檢工件有缺陷，磁粉將被小磁極吸引，缺陷處堆積比較多的磁粉，缺陷就被顯示出來(lái).為了使磁粉圖像便于觀察，可以采用與被檢工件表面有較大反襯顏色的磁粉.為了提高靈敏度，還可以用熒光磁粉，在紫外線照射下，更容易觀察工件中的缺陷.

被檢測(cè)物體必須具有鐵磁性，隨著缺陷深度的增加，其檢測(cè)靈敏度迅速減低，工件表面缺陷處的漏磁強(qiáng)度與缺陷深度幾乎成正比關(guān)系，缺陷深度越長(zhǎng)，越容易顯示，缺陷深度與寬度之比很重要，缺陷的深度與寬度之比越小，則引起的漏磁越少，兩者之比小于或等于1時(shí)所引起的漏磁極少，不容易引起磁痕.

磁粉檢驗(yàn)法具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、設(shè)備較輕便的優(yōu)點(diǎn)，但限于鐵磁材料，檢測(cè)工件前后必須清潔，因?yàn)橥扛矊犹駮?huì)引起假顯示.某些應(yīng)用中，還要求檢測(cè)之后給工件退磁.常用來(lái)檢測(cè)工件表面或近表面裂紋、折疊夾層、夾渣及冷隔等.

1.4 滲透檢驗(yàn)法

滲透檢測(cè)法是一種用來(lái)檢測(cè)材料表面和近表面開(kāi)口缺陷的無(wú)損檢測(cè)技術(shù).利用黃綠色的熒光滲透液或紅色的著色滲透液對(duì)狹窄縫隙良好的滲透性，經(jīng)過(guò)滲透清洗、顯示處理以后顯示放大了的探傷顯示痕跡，用目視法來(lái)觀察，對(duì)缺陷的性質(zhì)和尺寸做出適當(dāng)評(píng)價(jià).將被檢測(cè)工件涂上具有高度滲透能力的滲透液，由于滲透液的潤(rùn)濕作用和毛細(xì)現(xiàn)象，滲透液滲入到工件表面缺陷中，將除工件缺陷外的多余滲透液清洗干凈后，再涂一層親和吸附力強(qiáng)的白色顯像劑，將滲入裂縫中的滲透液吸出來(lái)，就會(huì)在白色涂層上便顯示出缺陷的形狀和位置鮮明的圖像，從而達(dá)到了無(wú)損檢測(cè)缺陷的目的.

滲透檢測(cè)法不受材料磁性的限制，比磁粉檢測(cè)法的應(yīng)用范圍更加廣泛.滲透檢測(cè)法應(yīng)用于各種材料及零件的表面缺陷的檢查，除了表面多孔材料外，幾乎一切材料的表面開(kāi)口缺陷都可以應(yīng)用液體滲透法獲得滿意的檢測(cè)結(jié)果.

滲透檢測(cè)法具有設(shè)備輕便、簡(jiǎn)單，原理簡(jiǎn)明易懂，經(jīng)濟(jì)，顯示缺陷直觀，結(jié)果易解釋?zhuān)庠葱桦娫赐?，其它設(shè)備都不需電源等優(yōu)點(diǎn).由于缺陷容易被涂料、污垢等表面層掩蓋，空隙表面的漏洞也能引起假顯示，所以檢測(cè)前后必須清潔工件.滲透檢測(cè)法只能檢測(cè)開(kāi)口暴露于表面的缺陷，而且操作工序繁雜等缺點(diǎn).滲透檢驗(yàn)法用于檢測(cè)表面不連續(xù)性，如裂紋、氣孔及縫隙等.滲透檢測(cè)對(duì)大型工件和不規(guī)則零件的檢查以及現(xiàn)場(chǎng)機(jī)件的檢修檢查，更能顯示其特殊的優(yōu)點(diǎn).

滲透檢測(cè)法現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了成熟應(yīng)用的階段.國(guó)內(nèi)外一直在研究高靈敏度和具有廣泛適用范圍的滲透試劑，而且還在降低和減少毒性，使之標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、商品化.近年來(lái)，采用光導(dǎo)攝像管掃描和計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提高了效率及檢測(cè)準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性.

5 渦流檢測(cè)法

渦流檢測(cè)法是利用電磁感應(yīng)原理，通過(guò)測(cè)定被檢工件內(nèi)感生渦流的變化來(lái)無(wú)損地評(píng)定導(dǎo)電材料及其工件的某些性能，或發(fā)現(xiàn)缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法.渦流檢測(cè)是以電磁感應(yīng)理論為基礎(chǔ)的.一個(gè)簡(jiǎn)單的渦流檢測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)高頻的交變電壓發(fā)生器、一個(gè)檢測(cè)線圈和一個(gè)指示器.高頻交變電壓發(fā)生器給檢測(cè)線圈提供激勵(lì)電流，從而形成一個(gè)激勵(lì)磁場(chǎng)，這個(gè)交變磁場(chǎng)在工件中感生出渦流，渦流又產(chǎn)生一個(gè)削弱和抵消激勵(lì)磁場(chǎng)變化的磁場(chǎng)，而渦流磁場(chǎng)中包含了工件有無(wú)缺陷的信息.檢測(cè)線圈用來(lái)檢測(cè)工件中渦流磁場(chǎng)的變化，也就是檢測(cè)工件性能的好壞，檢測(cè)到的信息用可用指示器顯示出來(lái).

與其它無(wú)損檢測(cè)方法比較，渦流檢測(cè)具有更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)管、棒和線材等型材有著很高的檢測(cè)效率.具有較經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便，不需耦合，探頭不必接觸試件的優(yōu)點(diǎn).但僅限于導(dǎo)體材料，且穿透淺，因靈敏度隨試件幾何形狀而異，所以有些顯示被掩蓋了，因此要有參考標(biāo)準(zhǔn).

常用于檢測(cè)材料表面的不連續(xù)性(如裂紋、氣孔、未熔合等)和某些亞表面夾渣，如金屬管材的探傷、材質(zhì)檢驗(yàn)、混料分選、渦流測(cè)厚等.

2 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的發(fā)展

20世紀(jì)70年代以來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷向無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域滲透，使得無(wú)損檢測(cè)儀器的性能得到了很大的提高.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛[7,9-14].

隨著材料科學(xué)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展，不斷產(chǎn)生了無(wú)損檢測(cè)的新技術(shù)和新方法，主要包括：激光全息、聲振、微波、聲發(fā)射、紅外、電磁超聲等檢測(cè)技術(shù).激光全息和聲振用于檢測(cè)蜂窩結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料、膠結(jié)結(jié)構(gòu)等；微波適用于檢測(cè)增強(qiáng)朔料、陶瓷、樹(shù)脂等，也適用于檢測(cè)各種膠接結(jié)構(gòu)和蜂窩結(jié)構(gòu)的分層、脫粘、金屬加工工件表面粗糙度、裂紋等.聲發(fā)射用于焊接工程中對(duì)焊縫質(zhì)量的實(shí)時(shí)檢控和壓力容器的在役檢測(cè).紅外用于點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量、鑄模、軸承質(zhì)量等檢測(cè)，也可用于火車(chē)車(chē)輪軸承過(guò)熱的測(cè)量.電磁超聲無(wú)損檢測(cè)將超聲波探傷的應(yīng)用擴(kuò)展到高溫、高速和在線檢測(cè)領(lǐng)域[10,13-15].

3 結(jié)語(yǔ)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)被廣泛采用在機(jī)械工業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、機(jī)械加工、機(jī)械制造、成品檢驗(yàn)、以及在役檢測(cè)等階段，在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，在機(jī)械工業(yè)中受到的重視程度也越來(lái)越高.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展水平，成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，也是現(xiàn)代企業(yè)開(kāi)展全面質(zhì)量管理工作的一個(gè)重要標(biāo)志.

[1] 國(guó)家機(jī)械工業(yè)委員會(huì)統(tǒng)編.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1988.

[2] 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.

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

[4] 劉福順,湯明.無(wú)損檢測(cè)基礎(chǔ)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002.

[5] 邵澤波.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[6] 夏紀(jì)真.無(wú)損檢測(cè)導(dǎo)論[M].廣州:中山大學(xué)出版社,2010.

[7] 邵天麟.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在礦山機(jī)械維修中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2006(6):105-106.

[8] 沈功田.中國(guó)無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展[J].無(wú)損檢測(cè),2008(30):787-793.

[9] 鄭中興.材料無(wú)損檢測(cè)與安全評(píng)估[M].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003.

[10] 朱紅秀,吳淼,范弘,等.鋼管的電磁超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2003(31):51-53.

[11] 施克仁.無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007.

[12] 張俊哲.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,1993.

[13] 張曉春,劉春生,李海寶.電磁超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械,2002(2):69-70.

[14] 張勇,陳強(qiáng),孫振國(guó),等.用于無(wú)損檢測(cè)的電磁超聲換能器研究進(jìn)展[J].無(wú)損檢測(cè),2004(26):275-279.

[15] 王淑娟,康磊,趙再新,等.電磁超聲換能器的研究進(jìn)展綜述[J].儀器儀表與傳感器,2006(5):47-50.

ApplicationandDevelopmentofNondestructiveTestingTechnologyinMechanicalIndustry

YUAN Zuo-bin

(School of Science,Hubei University for Nationalities,Enshi 445000,China)

Nondestructive testing technology uses the theory of physical and chemical phenomena for inspection and testing. Compared with traditional detection technology, nondestructive testing technology has such advantages as nondestructiveness,safety and reliability.Nondestructive testing technology is increasingly applied in industry. In this paper, the features, advantages and disadvantages of commonly used nondestructive testing technology are summarized on the basis of related materials. Several typical applications of this technology are introduced in mechanical industry, and several new nondestructive testing technologies and the development of nondestructive testing technology are introduced.

nondestructive testing technology; mechanical industry; application; development

2013-03-13.

湖北省教育廳B類(lèi)項(xiàng)目(B20082902).

袁作彬(1966- )，男，副教授，碩士，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及磁控濺射制備功能薄膜研究.

TJ765.4+1

A

1008-8423(2013)02-0228-04