高端機(jī)械裝備再制造無(wú)損檢測(cè)綜述

杜 珍（安徽東風(fēng)機(jī)電科技股份有限公司，安徽合肥230601）

高端機(jī)械裝備再制造無(wú)損檢測(cè)綜述

杜 珍（安徽東風(fēng)機(jī)電科技股份有限公司，安徽合肥230601）

高端機(jī)械設(shè)備非常復(fù)雜的服役條件導(dǎo)致，其在再制造的過(guò)程中出現(xiàn)工藝缺陷、應(yīng)力損傷、疲勞損傷的可能性較高，如果不能保證其再制造無(wú)損檢測(cè)的全面性和準(zhǔn)確性，會(huì)嚴(yán)重影響高端機(jī)器裝備的使用性能和壽命，嚴(yán)重的情況下會(huì)誘發(fā)安全事故，威脅經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)和人身的安全，在此背景下，本文結(jié)合高端機(jī)械裝備再制造無(wú)損檢測(cè)的特點(diǎn)，針對(duì)具體的檢測(cè)方法展開研究，為相關(guān)企業(yè)提供參考。

高端機(jī)械裝備；再制造；無(wú)損檢測(cè)

前言

高端機(jī)械設(shè)備再制造，實(shí)際上就是以舊的高端機(jī)械設(shè)備為毛坯，通過(guò)專門的工藝和技術(shù)，在原有的制造工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行新的制造，而且使新制造的高端機(jī)械裝備在性能、質(zhì)量等方面不亞于原有高端機(jī)械設(shè)備的過(guò)程，可見(jiàn)其不僅提升了高端機(jī)械設(shè)備的利用效率，降低了制造成本，而且在節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)方面效果突出，所以近年來(lái)得到較快的發(fā)展。

1 高端機(jī)械裝備再制造無(wú)損檢測(cè)特點(diǎn)分析

高端機(jī)械設(shè)備復(fù)雜的構(gòu)造，決定其在檢測(cè)的過(guò)程中，并不是所有的位置均可達(dá)，如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤、離心式壓縮機(jī)葉片等結(jié)構(gòu)并不能直接檢測(cè)，所以保證無(wú)損檢測(cè)可靠性的難度非常大；其次，在高端機(jī)械設(shè)備中會(huì)使用大量的鈦合金、復(fù)合材料等，而此類材料存在的缺陷通常并不能通過(guò)超聲、渦流等檢測(cè)技術(shù)直接判斷，使檢測(cè)的難度進(jìn)一步提升[1]。再次，在高端機(jī)械設(shè)備中，如果某部分構(gòu)件存在的裂紋拓展壽命相比機(jī)械整體的使用壽命短，則會(huì)嚴(yán)重影響裝備整體的使用性能和壽命，所以在檢測(cè)中要重視對(duì)構(gòu)件微小損傷的檢測(cè)，這也提升了檢測(cè)的難度。

2 高端機(jī)械裝備再制造無(wú)損檢測(cè)方法分析

現(xiàn)階段針對(duì)高端機(jī)械設(shè)備再制造無(wú)損檢測(cè)的方法種類多樣，但人們?nèi)詫?duì)其不斷的完善，筆者選擇幾種具有代表性的檢測(cè)方法展開研究。

2.1 表面無(wú)損檢測(cè)方法

現(xiàn)階段高端機(jī)械設(shè)備表面缺陷常規(guī)檢測(cè)主要應(yīng)用滲透檢測(cè)技術(shù)，即先使試件缺陷在滲透液的作用下放大，然后通過(guò)肉眼進(jìn)行觀測(cè)的技術(shù)，在具體應(yīng)用中，可以用去除劑和顯像劑替代滲透劑應(yīng)用，雖然此項(xiàng)技術(shù)可操作性強(qiáng)，缺陷觀察具有直接性，而且靈敏系數(shù)較大，但由于實(shí)際應(yīng)用中受到人為干擾的可能性較大，對(duì)多孔材料的適用性較低，所以在現(xiàn)階段人們?nèi)灾铝τ跐B透劑的優(yōu)化研究[2]?，F(xiàn)階段此項(xiàng)技術(shù)在船用柴油機(jī)的螺栓、螺紋等結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)中得到較廣泛的應(yīng)用，對(duì)提升其使用壽命和整體性能具有積極的作用。

2.2 表面/近表面無(wú)損檢測(cè)方法

2.2.1 磁粉檢測(cè)

通過(guò)缺陷漏磁場(chǎng)位置磁粉聚集的效應(yīng)，放大材料缺陷，提升對(duì)比度，使材料缺陷以磁痕形式體現(xiàn)的方法即磁粉檢測(cè)，這種檢測(cè)方法，在靈敏度、可操作性、直觀性方面效果突出，但現(xiàn)階段只能對(duì)鐵磁性材料的表面或金表面缺陷進(jìn)行檢測(cè)，而且對(duì)表面質(zhì)量有一定的要求，現(xiàn)階段主要在航空航天裝備的軸、盤、管等金屬構(gòu)件無(wú)損檢測(cè)中應(yīng)用。

2.2.2 紅外檢測(cè)

先對(duì)被測(cè)量設(shè)備表面的紅外輻射能進(jìn)行紅外熱像設(shè)備檢測(cè)，然后將其轉(zhuǎn)換成實(shí)驗(yàn)分析的電信號(hào)，用圖像的方式體現(xiàn)被測(cè)結(jié)構(gòu)表面溫度場(chǎng)分布，進(jìn)而判斷試件缺陷的方法即紅外檢測(cè)，這種方法在檢測(cè)結(jié)果直觀性和準(zhǔn)確性、檢測(cè)效率、檢測(cè)安全性等方面均較理想，而且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的非接觸檢測(cè)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)不可達(dá)到部位檢測(cè)的缺陷[3]。但在實(shí)際應(yīng)用中，所使用的設(shè)備造價(jià)較高，對(duì)導(dǎo)熱快的材料檢測(cè)難度較大，所以應(yīng)用的范圍受到一定的限制，現(xiàn)階段在航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片檢測(cè)、在線損傷檢測(cè)等方面應(yīng)用較廣泛。

2.2.3 渦流檢測(cè)

結(jié)合電磁感應(yīng)效應(yīng)，對(duì)檢測(cè)的導(dǎo)電工件在交變磁場(chǎng)激勵(lì)環(huán)境中，產(chǎn)生的渦流特性進(jìn)行損害檢測(cè)的方法即渦流檢測(cè)，這種方法在檢測(cè)的效率、速度、自動(dòng)化方面較為突出，而且也可以以非接觸的方式完成檢測(cè)過(guò)程，但在應(yīng)用的過(guò)程中，只能針對(duì)導(dǎo)電材料的損害進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的結(jié)果直觀性較差，而且要對(duì)檢測(cè)構(gòu)件的形狀進(jìn)行針對(duì)性的預(yù)處理，所以實(shí)際應(yīng)用范圍也受到嚴(yán)格的限制，現(xiàn)階段主要在航空航天、核工業(yè)等高端機(jī)械設(shè)備再制造損害檢測(cè)中應(yīng)用。為擴(kuò)大渦流檢測(cè)方法的適用范圍，現(xiàn)階段人們結(jié)合麥克斯韋方程，提出了遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)，其原理如圖1所示，可見(jiàn)在遠(yuǎn)場(chǎng)渦流方法中需要檢測(cè)線圈和激勵(lì)線圈兩個(gè)同軸螺旋管線圈完成，而且兩者之間要存在2～3倍螺旋管內(nèi)徑的距離，前者的主要功能是檢測(cè)線圈感應(yīng)電壓的相位信號(hào)和電壓幅值，后者為前者提供低頻正弦交流電。現(xiàn)階段遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)方法在飛機(jī)多層結(jié)構(gòu)、管道內(nèi)外表面損害檢測(cè)等方面的得到較廣泛的應(yīng)用，而且檢測(cè)的可靠性相比傳統(tǒng)渦流檢測(cè)技術(shù)更加理想。

圖1 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)的原理簡(jiǎn)圖

2.3 表面/內(nèi)部無(wú)損檢測(cè)方法

2.3.1 聲發(fā)射檢測(cè)

基于材料局部能量在快速釋放過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生體現(xiàn)聲發(fā)射源特征信息的聲發(fā)射信號(hào)，人們通過(guò)相應(yīng)的儀器對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和分析，進(jìn)而判斷聲發(fā)射源是否存在損傷的方法即聲發(fā)射檢測(cè)，其不僅檢測(cè)的效率、靈敏度較高，檢測(cè)結(jié)果較準(zhǔn)確，而且可以在非接觸的情況下廣泛應(yīng)用，但在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)其不僅設(shè)備的造價(jià)較高，會(huì)受到Kaiser效應(yīng)的影響，而且存在的噪聲干擾明顯，實(shí)現(xiàn)缺陷的定性存在較大的難度，現(xiàn)階段主要應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域的高端機(jī)械設(shè)備無(wú)損在線檢測(cè)中。

2.3.2 射線檢測(cè)

基于射線在穿透物質(zhì)過(guò)程中，強(qiáng)度的縮減會(huì)受到物質(zhì)自身材料、穿透的距離、射線的種類等因素的影響，人們嘗試通過(guò)照相、熒光屏等途徑對(duì)構(gòu)件在均勻射線穿透情況下另一側(cè)的射線強(qiáng)度觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)高端機(jī)械設(shè)備再制造無(wú)損檢測(cè)的方法即射線檢測(cè)。這種檢測(cè)技術(shù)不僅檢測(cè)結(jié)果直觀，可實(shí)現(xiàn)缺陷定性和定量判斷，而且可以直接將檢測(cè)的結(jié)果完整的存儲(chǔ)，應(yīng)用范圍較廣，但在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，對(duì)成本投入的依賴性較強(qiáng)，存在一定的安全隱患，而且在使用雙面法檢測(cè)的過(guò)程中，對(duì)檢測(cè)構(gòu)件的尺寸具有一定的要求，使其可操作性受到一定的影響，現(xiàn)階段在造船、航空航天等領(lǐng)域的高端設(shè)備在制造無(wú)損檢測(cè)中得到較廣泛的應(yīng)用。

2.4 內(nèi)部無(wú)損檢測(cè)方法

現(xiàn)階段，高端機(jī)械設(shè)備內(nèi)部檢測(cè)方面，超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，先通過(guò)發(fā)射探頭發(fā)出超聲波，然后將構(gòu)件缺陷位置反射的超聲波用接收探頭回收，最后將獲取的超聲波信息與標(biāo)準(zhǔn)試塊的超聲波信息相比較，判斷構(gòu)件損傷的方法即超聲檢測(cè)，此方法在應(yīng)用的過(guò)程中，可操作性極強(qiáng)，而且對(duì)設(shè)備成本投入的依賴性較低，但考慮到其在應(yīng)用的過(guò)程中需要通過(guò)耦合等方法進(jìn)行，而且存在一定的盲區(qū)，現(xiàn)階段人們探究空氣耦合式超聲、電磁超聲、非線性超聲等技術(shù)，對(duì)超聲探測(cè)的缺陷不斷的優(yōu)化和完善，現(xiàn)階段在傳播結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋無(wú)損檢測(cè)中，此項(xiàng)技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)階段人們嘗試在傳統(tǒng)超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行激光超聲的研究，所謂激光超聲技術(shù)，即基于材料熱彈性效應(yīng)，能量密度一定的脈沖激光向金屬表面照射時(shí)，金屬表面會(huì)吸收部分激光，并將其轉(zhuǎn)化成熱量，使材料局部溫度升高，而且在熱脹冷縮作用下，使部分材料表面的壓力發(fā)生變化，生成超聲波，針對(duì)超聲波進(jìn)行接收和解調(diào)，獲取構(gòu)建損害信息的技術(shù)，其原理如圖2所示，由于激光超聲波長(zhǎng)只有幾微米，所以此技術(shù)在檢測(cè)準(zhǔn)確性方面非常突出，對(duì)檢測(cè)微小損害具有重要的作用。

圖2 激光超聲技術(shù)檢測(cè)原理簡(jiǎn)圖

3 結(jié)論

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到提升高端機(jī)械設(shè)備再制造無(wú)損檢測(cè)準(zhǔn)確定和全面性的重要性，并有意識(shí)的在原有的檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行不斷的優(yōu)化和創(chuàng)新，使其圖像化、自動(dòng)化、數(shù)字化特征和靈敏度等方面得到不斷的改善，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，這是現(xiàn)代制造業(yè)水平提升的具體體現(xiàn)。

[1]趙嘉旭．多參量無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及磁記憶衰減研究[D]．大連理工大學(xué)，2014．

[2]杜彥斌，李聰波．機(jī)械裝備再制造可靠性研究現(xiàn)狀及展望[J]．計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2014，11：2643～2651．

[3]丁立紅，雷衛(wèi)寧，錢海峰．面向再制造工程的無(wú)損檢測(cè)方法與應(yīng)用研究進(jìn)展[J]．江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，02：53～57．

TH878

A

2095-2066（2016）34-0278-02

2016-11-20