無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在汽車可靠性檢測(cè)中的應(yīng)用

孫玉祥，白 云，彭 俊，甘長(zhǎng)紅

（河南凱瑞車輛檢測(cè)認(rèn)證中心有限公司，河南 焦作 454950）

無(wú)損檢測(cè)是以不損害被檢驗(yàn)對(duì)象的使用性能為前提，應(yīng)用多種物理原理現(xiàn)象，對(duì)各種工程材料、零部件和結(jié)構(gòu)件進(jìn)行有效檢驗(yàn)和測(cè)試。本文從射線檢測(cè)、中子照相檢測(cè)和聲發(fā)射檢測(cè)3種檢測(cè)手段出發(fā)，針對(duì)性地應(yīng)用在汽車可靠性檢測(cè)中，既能不對(duì)汽車造成二次損傷，又能保證對(duì)事故評(píng)價(jià)分析的公正性。消費(fèi)者使用后的汽車經(jīng)歷了振動(dòng)、腐蝕和碰撞等復(fù)雜過(guò)程后，除本身直接發(fā)生故障外，還可能有潛在危險(xiǎn)待發(fā)現(xiàn)，本文介紹的檢測(cè)方法既可以在故障事故后進(jìn)行分析，也可以用作汽車零部件安全可靠性排查檢驗(yàn)。

1 射線檢測(cè)

射線檢測(cè)是由射線源提供掃描成像的能量線束，以穿透試件，根據(jù)射線在試件內(nèi)的衰減情況實(shí)現(xiàn)以各點(diǎn)的衰減系統(tǒng)表征的射線圖像重建，射線設(shè)備機(jī)構(gòu)如圖1所示。在汽車工業(yè)的應(yīng)用主要用在射線掃描與數(shù)值仿真模擬、機(jī)械結(jié)構(gòu)件焊接失效分析、精密器件的內(nèi)部分析、鑄件的厚壁和孔隙分析、動(dòng)力電池的事故分析等方面。從汽車可靠性的角度出發(fā)對(duì)車輛進(jìn)行缺陷檢測(cè)，射線檢測(cè)在汽車結(jié)構(gòu)件焊接品質(zhì)和新能源汽車事故分析方面具有突出優(yōu)勢(shì)。

圖1 射線設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

1.1 結(jié)構(gòu)件焊接品質(zhì)檢測(cè)

焊接品質(zhì)檢測(cè)主要分為平板對(duì)接焊縫、管狀工件對(duì)接焊縫和角焊縫。

1）平板對(duì)接焊縫是汽車工業(yè)生產(chǎn)中最為普遍的一種焊縫。透照時(shí)將暗盒放在工件的背面，射束中心對(duì)準(zhǔn)焊縫中心線。為防止散射線的干涉，在焊縫的表面兩側(cè)可用牽絆屏蔽。

為了檢查V型和X型坡口焊縫，除中心線透照外，還應(yīng)再做兩次射束方向沿坡口方向左右兩側(cè)進(jìn)行的透照。用此種方法也容易發(fā)現(xiàn)沿?cái)嗝娣较蜓厣斓牧芽p等缺陷。

2）管狀工件對(duì)接焊縫是對(duì)于直徑較大的工件，可將輻射源（放射性同位素或棒陽(yáng)極X射線管、長(zhǎng)探臂X射線管等）伸到管道內(nèi)測(cè)中心部位，在管外焊縫表面布置X射線膠片暗盒，可進(jìn)行局部或360°圓周透視。對(duì)于直徑小于200mm的薄壁管對(duì)接焊縫，應(yīng)采用X射線穿透雙壁的透照方法，并使射束中心偏離管焊縫所在平面一定角度（10°～15°），使上下管壁的焊縫在底片上的投影為橢圓。

在雙壁透照雙面成像的情況下，由于管徑曲率和射束發(fā)散的影響，往往有透照范圍不會(huì)超過(guò)焊縫周長(zhǎng)的1/3，所以一個(gè)環(huán)焊縫需透照3張以上的底片，才能在滿足靈敏度的要求下互相覆蓋。

3）角焊縫的形式有對(duì)接角焊縫、對(duì)接插入式角焊縫、薄板卷邊焊縫、丁字形角焊縫和管道角焊縫等。對(duì)于鑄件中的角形工件，射束投射方向多為其角度的平分線。但是在薄板角焊縫情況下，射束的入射角度并不十分重要。為了提高角焊縫探傷的靈敏度和底片的清晰度，必須注意散射線的遮蔽，還應(yīng)合理選擇焦距、膠片、增感屏和射線硬度。

1.2 新能源汽車動(dòng)力電池事故檢測(cè)

新能源汽車發(fā)展的進(jìn)程中，出現(xiàn)了一些因?yàn)閯?dòng)力電池?zé)崾Э囟鴮?dǎo)致的事故。動(dòng)力電池的熱失控可能是由于單體電池銅箔卷繞過(guò)程中出現(xiàn)了問(wèn)題，一般會(huì)有極片包覆不良、極片縫隙、極片彎曲和極片缺損等情況出現(xiàn)，這些都是影響動(dòng)力電池品質(zhì)的關(guān)鍵因素。

對(duì)新能源汽車事故的分析需要對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行檢驗(yàn)，將射線技術(shù)用于對(duì)動(dòng)力電池單體的檢測(cè)，能利用設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢(shì)觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分析單體極片和銅箔的真實(shí)狀況。

2 中子照相檢測(cè)對(duì)汽車安全氣囊內(nèi)氣體發(fā)生器進(jìn)行檢驗(yàn)

中子照相是利用發(fā)散角很小的均勻的準(zhǔn)直中子束垂直穿透需要檢驗(yàn)的物體，中子照相設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于中子不帶電荷，它在穿透物體時(shí)，與原子的核外電子層不發(fā)生電子庫(kù)侖力作用，從而可輕而易舉地穿過(guò)電子層，直接集中原子核而發(fā)生核反應(yīng)，如吸收反應(yīng)或散射反應(yīng)等。

圖2 中子照相設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

據(jù)國(guó)家缺陷信息采集平臺(tái)收到的投訴信息了解到汽車發(fā)生事故后，由于氣體發(fā)生器故障導(dǎo)致人員受到更為嚴(yán)重傷害的情況較為集中。將中子照相技術(shù)用于對(duì)氣體發(fā)生器中硝酸銨等化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，將準(zhǔn)確判斷經(jīng)過(guò)汽車長(zhǎng)時(shí)間行駛振動(dòng)后的內(nèi)部狀況，可以為日常的汽車進(jìn)行氣囊可靠性分析，也可以為汽車事故的分析提供相關(guān)依據(jù)。

3 聲發(fā)射檢測(cè)

聲發(fā)射是當(dāng)物體（試件或產(chǎn)品）受外力或內(nèi)應(yīng)力作用時(shí)，缺陷處或結(jié)構(gòu)異常部位因應(yīng)力集中而產(chǎn)生塑性變形，其儲(chǔ)存能量的一部分以彈性應(yīng)力波的形式釋放出來(lái)。而用電子學(xué)的方法將發(fā)射出來(lái)的應(yīng)力波進(jìn)行接收，然后再進(jìn)行處理和分析，以評(píng)價(jià)缺陷發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律和尋找缺陷位置。聲發(fā)射檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.1 聲發(fā)射技術(shù)在膠接品質(zhì)方面的應(yīng)用

汽車在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于復(fù)合材料的連接經(jīng)常會(huì)用到膠接的方式，在汽車經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中的振動(dòng)沖擊之后，會(huì)對(duì)膠接的品質(zhì)有較大損傷，而聲發(fā)射技術(shù)恰恰可以發(fā)現(xiàn)膠接品質(zhì)損傷情況。測(cè)試研究指出，在低應(yīng)力下，可根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)查知結(jié)合不良，并能對(duì)結(jié)合強(qiáng)度做出合理的推測(cè)。結(jié)合不良的表現(xiàn)是在低應(yīng)力下就出現(xiàn)較多雜亂聲發(fā)射信號(hào)。大量實(shí)驗(yàn)表明，16kHz以上的聲發(fā)射預(yù)測(cè)膠接結(jié)構(gòu)的破壞強(qiáng)度是合適的，此時(shí)較容易與試驗(yàn)夾具的噪聲分離。

圖3 聲發(fā)射檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

3.2 聲發(fā)射技術(shù)在儲(chǔ)氣壓力容器的檢測(cè)

聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于壓力容器的安全檢驗(yàn)是較為成熟和廣泛的，主要目的在于及時(shí)了解容器內(nèi)部缺陷，以及在加壓情況下，裂紋的生成和發(fā)展?fàn)顩r?，F(xiàn)在汽車行業(yè)中主要在天然氣儲(chǔ)氣罐和燃料電池儲(chǔ)氫罐兩方面使用得較多。

任何壓力容器在投入使用后，會(huì)在不同的溫度、壓力往復(fù)和腐蝕性介質(zhì)下工作，會(huì)對(duì)壓力容器造成損害。用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)使用后的壓力容器品質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，能對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行分析和把控。定期檢測(cè)容器損傷狀態(tài)，是保障使用者安全的有效方法。

4 總結(jié)

本文將射線檢測(cè)應(yīng)用在結(jié)構(gòu)件焊接品質(zhì)和新能源汽車動(dòng)力電池事故分析上，可以對(duì)汽車故障本質(zhì)材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行解剖，找到問(wèn)題本質(zhì)原因。將中子照相檢測(cè)應(yīng)用在陳舊已久的安全氣囊氣體發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性檢查上，可以有效把控汽車安全性。將聲發(fā)射技術(shù)用于檢測(cè)長(zhǎng)期振動(dòng)導(dǎo)致膠接品質(zhì)下降的檢測(cè)，將長(zhǎng)期使用的儲(chǔ)氣壓力容器通過(guò)聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)氣罐的潛在危險(xiǎn)。今后大量的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)用于對(duì)汽車可靠性進(jìn)行檢測(cè)，將對(duì)汽車的安全品質(zhì)分析提供有力支持。希望為汽車可靠性和汽車事故分析方面的檢測(cè)技術(shù)發(fā)展提供一定幫助。