一種超聲波無損活塞鑲圈檢測儀

金 彥

（武漢市工程科學技術研究院,武漢 430019）

一種超聲波無損活塞鑲圈檢測儀

金 彥

（武漢市工程科學技術研究院,武漢 430019）

本文介紹了超聲波用于無損檢測的原理，以及將超聲波信號轉換為描述鑲圈活塞缺陷特征信號的方法，并在工控機中實現的過程，提出了一種鑲圈活塞的無損超聲波智能檢測儀，能夠高效地對鑲圈活塞的粘接面缺陷進行自動判定。該檢測儀已實際應用，效果良好。

鑲圈活塞；超聲波；無損檢測

0 引言

隨著發動機技術、特別是增壓發動機技術的發展和提高，對發動機中活塞的耐磨性、壽命、密閉性的要求也越來越高。活塞基體通常使用鋁合金材料，而鑲圈則是采用特種鑄鐵，在鑄造過程中，如果粘合不良出現氣泡，將大大降低活塞整體強度和導熱性，在使用過程中可能導致鑄鐵鑲圈從活塞基體上脫落，無法正常使用，嚴重時可能會損壞發動機[1]。因此，為了保證成品活塞的質量，除了在鑄造加工工藝上有較高要求外，還需要對活塞鑲圈的內部缺陷進行無損檢測[2]。本文介紹的超聲波無損檢測儀由工控機自動對活塞鑲圈進行批量無損檢測和粘結質量判斷，并打印出檢測結果，具有重復精度高、操作方便等優點。

1 鑲圈活塞無損檢測原理及結構設計

1.1 鑲圈活塞結構及缺陷情況

在活塞制造過程中，將特種鑄鐵圈熔合在鋁合金材質的活塞基體上，但是在鑄造粘合過程中，難免會出現氣泡、裂紋等缺陷，嚴重時難以達到使用時所需的耐磨性、密封性和強度要求。一般而言，活塞鑲圈粘合質量標準包括單側面總缺陷率、單側面最大缺陷率，雙側面重合最大缺陷率等相關指標。由于鑲圈活塞缺陷較小，且常常在活塞內部，無法直接觀察和檢測，需要一種合適的無損檢測儀對鑄鐵鑲圈粘結面進行檢測。

1.2 無損檢測原理

國內活塞無損檢測主要采用兩種方法，一種是X射線檢測法，通過X射線透視發現粘結面的缺陷位置和大小，其特點是準確便捷，缺點也很明顯，因為X射線的強輻射性，對環境防護的要求很高，不宜普及。另一種就是超聲波無損檢測。此種方法是通過超聲波與被測器件的相互作用，產生的反射、透射和散射波進行研究，對被測器件進行宏觀缺陷檢測。

1.3 鑲圈活塞無損檢測結構設計

目前市面的超聲波探傷儀是通用產品，沒有針對活塞鑲圈檢測進行定制，檢測不便，也較為容易代入操作員主管因素。在現有產品的基礎上，針對活塞鑲圈檢測項目特點和需求，研制出本文所介紹的檢測儀器，可實現對活塞鑲圈的粘合情況自動檢測、分析并計算出缺陷狀況，項目設計的鑲圈活塞無損檢測結構如圖1所示。

將待檢測活塞放入耦合劑之中，超聲波發射探頭位于鑲圈凹槽中，兩個側面的接收探頭分別位于第二凹槽中和活塞下部。將活塞固定在基臺上后，工控機控制電機勻速轉動，超聲波發射探頭發出超聲波脈沖，兩側接收探頭接收通過鑲圈粘合面的透射波并將數據儲存，活塞轉動一周后，基臺停止轉動，工控機處理接收到的透射波信號信息，計算兩側面的缺陷大小并依據相關標準判斷活塞鑲圈粘合是否達到標準。

2 控制系統設計及實現

項目控制系統整體設計如圖2所示，工控機及采集裝置采集穿過被測鑲圈活塞的透射信號，同時采集直接來自超聲波震源的對比信號；工控機通過運動控制器控制運動部件，使被測鑲圈活塞轉動；同時運動控制器將運動部件的運動狀態實時反饋給工控機，用以對采集到的信號進行判斷和篩選。

3 結束語

項目采用超聲波無損檢測方法、由工控機整體控制采集裝置、PLC、運動部件聯合工作而研制的無損活塞鑲圈質量檢測儀能夠智能高效地完成鑲圈活塞粘結面缺陷自動檢測，具有準確度高、對操作員要求低、能進行流水線檢測等優點，目前已完成樣機試制并投入使用，效果良好，樣機如圖3所示。

[1]雷毅,于京閣.新型鑲圈活塞超聲波自動檢測系統[J].石油大學學報(自然科學版),1998,22(05)：73-75.

[2]倪培君.大馬力發動機活塞無損檢測研究現狀與進展[J].無損檢測,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，高級工程師，主要從事工程地球物理儀器及方法的研究工作 。