無損檢測在機械工程中的應用

北京林業大學工學院 段 殼 李子豪

無損檢測在機械工程中的應用

北京林業大學工學院 段 殼 李子豪

無損檢測技術的非破壞性、安全性、可靠性等特點，在機械工程中的應用越來越廣泛。在相關資料的基礎上，本文介紹了射線檢測、超聲檢測、液體滲透檢測這三種常用的無損檢測技術的原理特點以及在機械工程中的應用。

無損檢測；射線檢測；超聲檢測；液體滲透檢測

0 前言

隨著迅速發展的科學和工業技術，對產品的質量要求越來越高，尤其是在高溫、高壓、高速的場合，產品內在缺陷尺寸提出了精確的要求。在很容易出現缺陷的機械工業中，為保證加工精度和滿足使用要求，科學、有效的檢測手段很有必要。無損檢測是指以損害構件的前提下，對構建的缺陷位置通過固有缺陷分析準確查找，安全、可靠、非破壞性的一門學科，其內涵從探傷演變到評價。

在機械產品生產中，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，給產品性能帶來隱患，無損檢測技術應用于機械工程中，有利于產品質量生產過程質量的提高，更好滿足生產需求。

常用的無損檢測技術有：1）射線檢測；2）超聲檢測；3）滲透檢測；4）渦流檢測及電位差檢測；5）磁粉檢測。本文主要對三種主要的檢測方法的特點和原理以及它們在機械工程中的發展進行介紹。

1 射線檢測

射線檢測依據的是被檢工件不同的成分、密度、厚度對射線產生不同的散射或吸收特性，對被檢工件的缺陷情況進行甄別判斷。采用適當的檢測器（主要是射線膠片）拾取射線照射被測工件主要性能指標。應用最廣的是射線照相檢測技術，是Χ射線和γ射線常規射線照相檢測技術。

采用適當的檢測器（常規射線照相中采用膠片）檢測射線的變化情況，當射線發生衰減或其強度發生變化時，則說明物體存在缺陷。由小厚度差引起的物體對比度滿足下述公式：

式中：

K——構件的線衰減系數；

σ——缺陷的線衰減系數；

ρ——構件的散射比；

θ——射線的強度；

射線檢測檢測技術適用于各種材料的檢驗，既可用于金屬材料，也可以用于非金屬材料和復合材料的檢驗，特別是它還可以用于放射性材料的檢驗。由于檢驗技術對于被檢工件表面和結構沒有特殊要求，所以可以應用于各種產品的檢驗。射線檢驗技術在工業與科學研究等方面的主要應用類型見表1。

表1 射線檢測技術應用類型

2 超聲檢測

超聲檢測是指在超聲波與試件的相互作用下，對散射、反射及投射波的變化情況進行研究，主要針對試件缺陷的宏觀檢測、結構和力學性能變化檢測和幾何特性檢測，并對其檢測效果進行評價的一種無損檢測技術。為適應不同質量和類型的試件，可以選用縱波、橫波、平面波、球面波等，對于宏觀缺陷，常用頻率為0.5～25MHz的短脈波沖檢測，針對其反射波的變化情況進行研究。在聲波變化處（如出現的缺陷部分），根據反射信號的幅度及頻率特性對缺陷的基本情況（大小、位置、類型）作出判斷。

這種裝置在結構上包括超聲源、接收器、試件及適當的耦合劑，由超聲源發射的超聲波借助耦合劑穿過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，此方法設備簡單，結果易于說明，但由于缺陷相對于波束的取向、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

液體滲透檢測主要用于對非疏孔性金屬和非金屬試件表面上的開口缺陷檢測一種快速無損檢測方法。為了滲透檢測的準確性，先對試件表面進行預處理（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，滲透劑由于毛細作用能滲入到各種表面類型的細小缺陷中，將工件多余的滲透液清洗干凈，經干燥和施加顯像劑后，在黑光或白光下觀察試件表面顏色，缺陷處可分別相應地呈現紅色或發出黃綠色熒光。

液體滲透檢測方法的基本程序是：

滲透法的優點有：1）不受被檢測試件缺陷方位的約束，試件的幾何形狀、及內部組織結構對滲透檢測法沒有影響；2）設備簡單，節約經濟成本；3）檢驗速度快且可大批量檢驗；4）缺陷顯示直觀，檢驗靈敏度高。其局限性包括：1）不能顯示缺陷深度及缺陷內部的形狀和大小，只能檢出表面缺陷；2）難以定量的控制檢驗操作程序，細小、分散的缺陷易被掩蓋。

4 無損檢測在機械工程中的發展

在機械工程中，在產品的設計階段---研制、生產階段---使用階段都需要無損檢測技術的參與，由于試件的結構特點，適合的檢測方法也各不相同。射線檢測技術廣泛應用于鑄件和焊接件的驗檢，還用于精確尺寸測量，還常用于檢測工件的不連續性以及腐蝕和裝配缺陷。超聲檢測常用來檢測材料制造過程中的疏松、夾雜、缺陷縮孔，熱加工過程中產生的裂紋、白點、晶粒粗大，還廣泛應用于汽車零件的質量檢測，火花塞、彈簧、氣門等都是汽車發動機的重要零件，其質量直接影響發動機的性能指標。液體滲透檢測可用于檢驗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評價性能指標中。

5 結語

無損檢測技術已經被廣泛采用于機械工程的各個階段，在各個領域發揮了重要的作用，在機械工程中越來越受到重視，成為衡量工業化程度的一個重要指標。無損檢測診斷能夠提升工作效率、保證試件不受破壞、保證生產和使用的可能性，在實際機械產品中應對其進行推廣和廣泛應用。

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[2]袁作彬．無損檢測技術在機械工業中的應用和發展[J]．湖北民族學報(自然科學版),2013,6(31)：228-231．

[3]何秀堂,張平,王玉鳳,等．無損檢測與評價近代物理方法[M]．赤峰：內蒙古科學技術出版社,1998．

[4]李喜孟．無損檢測[M]．北京：機械工業出版社,2001．

段殼（1996—），陜西漢中人，大學本科，現就讀于北京林業大學。