緊固件制造過程中的無損檢測(cè)

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(航天精工股份有限公司，天津 300300)

緊固件被廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、建筑、船舶、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域，在人們的生產(chǎn)生活中有著十分重要的地位和作用。隨著時(shí)代的發(fā)展，對(duì)緊固件的質(zhì)量要求也不斷提高，越來越多的航空航天標(biāo)準(zhǔn)直接將無損檢測(cè)作為緊固件生產(chǎn)制造的必要工序。緊固件缺陷主要分為原材料中的缺陷和生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的缺陷。原材料(主要是棒材、線材和管材)中存在的缺陷有折疊、分層、裂紋和非金屬夾雜物等，采用無損檢測(cè)的方法可以剔除不合格的原材料。生產(chǎn)制造過程中，鐓制(冷鐓、熱鐓、沖壓等)加工可能導(dǎo)致拉痕、裂紋、折疊等缺陷，磨削加工可能導(dǎo)致磨削裂紋，滾壓螺紋可能導(dǎo)致折疊，熱處理過程可能導(dǎo)致淬火裂紋。而采用無損檢測(cè)方法可以盡早發(fā)現(xiàn)緊固件制品中的不合格品、降低成本、改進(jìn)生產(chǎn)制造工藝、提高產(chǎn)品的可靠性。

1 緊固件常用的無損檢測(cè)方法

1.1 磁粉檢測(cè)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

由GJB 2028A-2007 《磁粉檢測(cè)》 標(biāo)準(zhǔn)可知，磁粉檢測(cè)可發(fā)現(xiàn)表面及近表面缺陷(如裂紋、夾雜、發(fā)紋、折疊、氣孔、疏松等)，能直觀顯示缺陷的形狀、位置和大小，并可大致判斷缺陷的性質(zhì)，具有很高的檢測(cè)靈敏度，可檢測(cè)的缺陷最小寬度為1 μm左右。只要采取合適的磁化方法，幾乎可以檢測(cè)到緊固件表面的各個(gè)部位，不僅檢測(cè)速度快，而且操作方便、費(fèi)用低廉，特別適用于檢測(cè)鐵磁性材料緊固件的各種表面及近表面的縱向缺陷。

MT的主要局限是只能檢測(cè)鐵磁性金屬材料的緊固件，不能檢測(cè)奧氏體不銹鋼、鋁、銅、鎂、鈦等非磁性材料的緊固件。磁粉檢測(cè)時(shí)的靈敏度和磁化方向有很大關(guān)系，如果缺陷方向與磁化方向平行，或與緊固件表面夾角小于20°，缺陷就很難顯現(xiàn)，表面淺的劃傷、埋藏較深的孔洞也不容易檢查出來。另外，如果緊固件表面有覆蓋層，如漆層等，將會(huì)對(duì)檢測(cè)靈敏度產(chǎn)生不良影響，覆蓋層越厚這種影響越大；如果緊固件表面經(jīng)過噴丸加工，也會(huì)對(duì)檢測(cè)靈敏度產(chǎn)生不良影響。

1.2 滲透檢測(cè)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

由GJB 2367A-2005 《滲透檢測(cè)》 標(biāo)準(zhǔn)可知，滲透檢測(cè)可檢測(cè)各種非疏孔性材料的表面開口缺陷，檢測(cè)結(jié)果不受緊固件的形狀、大小、組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和缺陷方位的影響，缺陷顯示直觀，檢測(cè)靈敏度高(可檢寬0.5 μm、深10 μm、長(zhǎng)1 mm左右缺陷)，一次可檢查出各種方向的缺陷；由于滲透檢測(cè)速度快，大批緊固件可以同時(shí)進(jìn)行批量檢驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)100%檢驗(yàn)；適用于檢測(cè)緊固件的各種表面開口缺陷。

滲透檢測(cè)的主要局限是只能檢測(cè)出緊固件表面開口的缺陷，不適用于檢測(cè)多孔性或疏松材料制成的零件和表面粗糙的緊固件；且只能檢出缺陷的表面分布，難以確定缺陷的實(shí)際深度，因而很難對(duì)缺陷做出定量評(píng)價(jià)；檢測(cè)結(jié)果受操作者的影響也較大。緊固件表面淺而寬的缺陷容易被漏檢,且在檢測(cè)的過程中，碳鋼、合金鋼易產(chǎn)生銹蝕。

1.3 渦流檢測(cè)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

渦流檢測(cè)的主要優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)速度快，線圈與緊固件不直接接觸，無需耦合劑，對(duì)表面無污染和損傷，易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的自動(dòng)檢測(cè)；特別適合對(duì)管、棒材的檢測(cè)，一般每分鐘可檢測(cè)幾十米。

在緊固件的生廠制造過程中，渦流檢測(cè)主要用于原材料表面及近表面質(zhì)量的復(fù)驗(yàn)。除了對(duì)原材料的表面及近表面缺陷進(jìn)行檢測(cè)外，還可以用于不同材料的分選(混料的識(shí)別)。

渦流檢測(cè)的主要限制是只能用于導(dǎo)電材料，且對(duì)形狀復(fù)雜的緊固件難以實(shí)施檢查。由于存在趨膚效應(yīng)，渦流檢測(cè)只能檢查薄緊固件或厚緊固件的表面、近表面部位；檢測(cè)結(jié)果不直觀，難以判斷缺陷的形狀、大小及具體位置；檢測(cè)結(jié)果的正確性取決于檢測(cè)人員的水平。

采用外穿過式線圈檢測(cè)時(shí)，線圈覆蓋的是棒材、管材上一段長(zhǎng)度的圓周，獲得的信息是整個(gè)圓環(huán)上影響因素的累計(jì)結(jié)果，對(duì)缺陷處圓周的具體位置無法判斷。

1.4 超聲檢測(cè)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

超聲檢測(cè)主要應(yīng)用于板材、棒材、管材、鍛件、焊接件及鑄件的缺陷檢測(cè)中，適于檢測(cè)具有一定尺寸的面狀缺陷，如分層、裂紋、未熔合、示焊透等。當(dāng)缺陷的延伸面垂直于超聲波束時(shí)，最利于超聲檢測(cè)的進(jìn)行。

超聲檢測(cè)適用于大厚度工件的檢測(cè)，可以檢測(cè)出緊固件原材料的內(nèi)部裂紋、分層、空心等缺陷。檢測(cè)時(shí)需要采用適當(dāng)?shù)鸟詈戏绞剑拍軐⒊暿┘拥骄o固件中并接收緊固件的超聲信號(hào)，因此超聲檢測(cè)要求緊固件的表面粗糙度應(yīng)限制在一定的范圍。

常規(guī)超聲檢測(cè)通過獲取的波形來判斷缺陷，但只能給出缺陷的當(dāng)量尺寸，難以判斷缺陷性質(zhì)，不適用于緊固件成品的檢測(cè)。

2 無損檢測(cè)時(shí)機(jī)的確定

緊固件生產(chǎn)制造的工序?yàn)椋涸牧稀?鐓制(冷鐓、熱鐓、沖壓等)→切削加工(車削、磨削、銑削等)→螺紋成型(滾壓、車削、攻絲等)→熱處理→表面處理→成品。根據(jù)緊固件的生產(chǎn)制造過程和工作經(jīng)驗(yàn)，一般選擇在原材料使用前和表面處理之前設(shè)置無損檢測(cè)工序。

2.1 原材料的無損檢測(cè)

緊固件的原材料主要是棒材、線材和管材，由鋼錠經(jīng)過軋制和拉拔等工序加工成型，在原材料上易出現(xiàn)折疊、分層、裂紋和非金屬夾雜物等缺陷，原材料質(zhì)量會(huì)直接影響到緊固件的生產(chǎn)制造過程。一般在原材料使用之前進(jìn)行無損檢測(cè)，以剔除不合格的原材料。

2.2 生產(chǎn)制造過程中的無損檢測(cè)

在緊固件生產(chǎn)制造過程中，受原材料、設(shè)備、人員和工藝參數(shù)等因素的影響，不可避免地會(huì)產(chǎn)生某些缺陷。

由于材料塑性、變形、模具結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑狀態(tài)等因素的影響，鐓制(冷鐓、熱鐓、沖壓等)工序經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)表面折疊、拉痕和裂紋等缺陷；由于磨削速度、冷卻潤(rùn)滑、砂輪材料等因素的影響，磨削加工工序產(chǎn)生的熱量可能不能及時(shí)散出，從而導(dǎo)致磨削燒傷和磨削裂紋缺陷。由于原材料缺陷、緊固件形狀不規(guī)則、冷卻速度過快、淬火后未及時(shí)回火、轉(zhuǎn)移速度等因素的影響，熱處理工序經(jīng)常出現(xiàn)裂紋。

生產(chǎn)制造過程中的無損檢測(cè)應(yīng)安排在可能引起缺陷或暴露缺陷的工序之后進(jìn)行，所以在緊固件的生產(chǎn)制造過程中，無損檢測(cè)應(yīng)安排在鐓制、切削加工和熱處理等可能產(chǎn)生缺陷的工序之后，在涂層、鍍層、陽極化、發(fā)藍(lán)、磷化等其他表面處理之前進(jìn)行。如果鍍層可能會(huì)產(chǎn)生缺陷(如電鍍裂紋)，則應(yīng)在電鍍工藝前后都進(jìn)行無損檢測(cè)，以便明確缺陷產(chǎn)生的環(huán)節(jié)。

3 無損檢測(cè)方法的選擇

3.1 原材料的無損檢測(cè)

緊固件原材料的無損檢測(cè)主要為超聲檢測(cè)和渦流檢測(cè)，其中緊固件制造商一般使用渦流檢測(cè)原材料缺陷，原材料制造商主要使用超聲檢測(cè)。

緊固件原材料的直徑較小，受原材料制造工藝的限制，缺陷位置主要集中在表面和近表面，缺陷類型主要為折疊、分層、裂紋和非金屬夾雜物等。

渦流檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)表面及近表面缺陷，具有檢測(cè)速度快、線圈與試件不直接接觸、無需耦合劑、對(duì)表面無污染和損傷、易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化自動(dòng)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。因此，緊固件制造商一般使用渦流檢測(cè)原材料缺陷。

超聲檢測(cè)適用于緊固件原材料內(nèi)部裂紋、分層、空心等面狀缺陷的檢測(cè)，主要由原材料制造商使用。

3.2 生產(chǎn)制造過程中的無損檢測(cè)方法

緊固件的尺寸較小，缺陷主要集中在表面及近表面。在五大常規(guī)無損檢測(cè)方法中，滲透檢測(cè)、磁粉檢測(cè)和渦流檢測(cè)主要檢測(cè)表面及近表面缺陷。由于渦流檢測(cè)不適用于形狀復(fù)雜的試件，檢測(cè)結(jié)果尚不直觀，難以判斷缺陷形狀、大小及其具體位置，因此緊固件的無損檢測(cè)一般選擇磁粉檢測(cè)和滲透檢測(cè)。

根據(jù)材料類別，緊固件分為鐵磁性材料緊固件和非鐵磁性材料緊固件。鐵磁性材料緊固件選擇磁粉檢測(cè)，非鐵磁性材料選擇滲透檢測(cè)。

在緊固件磁粉檢測(cè)的過程中，為了發(fā)現(xiàn)各種大小不同的表面和近表面缺陷，應(yīng)優(yōu)先選用熒光磁粉檢驗(yàn)。因?yàn)闊晒獯欧蹤z測(cè)的靈敏度比非熒光磁粉檢測(cè)的高得多，檢測(cè)速度也快。對(duì)于螺旋、螺樁、銷軸類長(zhǎng)徑比較大的緊固件，縱向缺陷應(yīng)采用直接通電法，周向缺陷應(yīng)采用線圈縱向磁化法。對(duì)于螺母、襯套、管接頭、環(huán)形件、軸承圈等中空的緊固件，應(yīng)采用中心導(dǎo)體法，由于中心導(dǎo)體法采用感應(yīng)磁化，可以發(fā)現(xiàn)緊固件內(nèi)、外表面的軸向缺陷及兩端面的徑向缺陷。

在緊固件的滲透檢測(cè)過程中，根據(jù)缺陷的類型、位置及被檢緊固件的尺寸、形狀，應(yīng)優(yōu)先選用親水后乳化型熒光滲透液結(jié)合干粉顯像劑的檢測(cè)技術(shù)，或水洗型熒光滲透液結(jié)合干粉顯像劑的檢測(cè)技術(shù)。根據(jù)不同靈敏度等級(jí)的要求，選用不同靈敏度等級(jí)的熒光滲透液。水洗型滲透檢測(cè)成本較低，檢測(cè)速度較快，但是檢測(cè)靈敏度較低，寬而淺的缺陷容易漏檢；后乳化型滲透檢測(cè)具有較高的靈敏度，能檢測(cè)寬而淺的缺陷，但成本較高。

4 結(jié)語

(1) 無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用在緊固件的生產(chǎn)制造中，可以盡早發(fā)現(xiàn)不合格品、降低成本、改進(jìn)生產(chǎn)制造工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。

(2) 根據(jù)緊固件生產(chǎn)制造過程和缺陷形成機(jī)理，一般選擇在原材料使用前和表面處理前分別設(shè)置無損檢測(cè)工序。

(3) 根據(jù)缺陷類型、緊固件特點(diǎn)和無損檢測(cè)方法的適用性，在保證靈敏度的前提下，應(yīng)靈活選擇經(jīng)濟(jì)、高效的無損檢測(cè)方法。