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无损检测技术在汽车工业上的应用

无损检测技术在汽车工业上的应用
     无损检测诊断技术是在不损伤被检测对象的条件下,利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化,来探测各种工程材料、零部件、结构件等内部和表面缺陷,并对缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化做出判断和评价。随着微电子学和计算机等现代科学的飞速发展,无损检测诊断技术也得到了迅速发展。
   一、无损检测技术
   无损检测是检测技术的一个重要组成部分,它涉及材料和结构件的均匀性、质量和使用可靠性。它主要应用在3个方面:定量掌握缺陷与强度的关系、评价构件的允许负荷寿命或剩余寿命、检测设备在制造和使用过程中产生的结构不完整性及缺陷情况,以便改进制造工艺,提高产品质量,及时发现故障,保证设备安全高效可靠运行。
    现代无损检测技术已经向无损评价方向发展。
    (一)射线检测法
   目前应用比较广泛的是射线照相法,它是利用各种材料对射线的投射性能及吸收、衰减程度的不同,使底片感光成黑度不同的图像来观察。
   在汽车上主要用于检测铸件和焊接件的内部质量,如球墨铸铁的曲轴、凸轮轴、桥壳、轮毂等。
    (二)渗透法
   渗透探伤是一种表面的探伤方法,可以应用于金属或非金属材料,使用黄绿色的荧光渗透液或红色着色渗透液,由于渗透液的湿润作用和毛细现象,进入表面开口缺陷,随后被吸附和显像,通过显示放大缺陷图像的痕迹,能够用肉眼查出试件表面的开口缺陷。渗透检测操作烦琐、灵敏度低,废液必须进行环保处理,达到国家标准后方可排放。渗透检测主要用于辅助检测,如在汽车维修、汽车零部件性能试验中使用。
    (三)涡流检测法
   涡流检测建立在电磁感应基础上,利用交变磁场作用下不同材料产生不同振幅和相位的涡流来检测铁磁性和非铁磁性材料的物理性能缺陷和结构。涡流检测法能检查金属材料和构件表面和近表面缺陷。检测时并不要求探头与工件接触,这为实现高速自动化检测提供了条件。涡流检测技术与材料的铁磁性无关,与材料的导电性相关,因此检测范围较广,但是由于存在高频激励信号,结构较复杂,信号处理较困难。目前应用较多的是深层涡流、多频涡流、脉冲涡流及远场涡流技术。在汽车上一般用于检测经热处理的转向节及轮毂轴的轴孔、耐热钢与其它钢通过摩擦焊接成的气阀、气阀环座、球头销以及套管形式的挺杆等。
    (四)超声检测法
   超声检测方法是利用超声波在介质中传播的性质来判断工件和材料的缺陷和异常,能进行材料内部探伤,并准确定位。由于超声波在空气中的衰减很大,要求工件表面光洁,利用耦合剂使声波导入工件内部。通过电磁或激光使材料内部发生超声波,与传统超声技术不同,无需耦合剂。在汽车上主要用于检测球铁铸件的曲轴、半轴、合金铸铁的挺杆、镶圈铝活塞等。
    (五)磁粉检测法
    磁粉检测主要用于检测零部件的表面缺陷。
   对铁磁性材料充磁后,如果内部或表面存在裂纹等缺陷,必然会在工件表面产生出漏磁场,通过磁敏元件检测出漏磁场的性质就可以知道缺陷的性质,由于磁场信号不受被测材料表面污染状态的影响,不需清洗,因此检测效率高。对材料表面、近表面、内部裂纹以及锈蚀等缺陷信号检测能力强,磁粉检测几乎不受零部件大小、形状和部位的限制,且速度快、工艺简单。
    (六)激光全息检测法
   激光全息检测是利用激光全息照相来检测物体表面和内部缺陷。物体在受到外界载荷作用下会产生变形,这种变形与物体是否有缺陷直接相关。
   激光全息无损检测是利用全息干涉技术,把相干性好的激光照射到物体表面,通过热加载、流体压力加载(正负压力)、机械加载等方式使被检物体表面产生微小变形,比较被检物体加载前后两组光波的形状,根据干涉条纹有无异常变化判断被减物体内有无缺陷。全息计量干涉法有实时法、二次曝光法和时间平均法。常用的方法为前两种,实时法确定加载条件,用二次曝光法进行记录和分析。
    二、无损检测技术在汽车上的应用
    (一)汽车半轴超声波检测
   半轴的折断失效主要是由于高频低应力疲劳损坏,而工件内部缺陷的存在是造成疲劳断裂的重要原因之一。可采用超声波对半轴的原材料及锻造后的半成品进行水浸检测。
   诊断时,用探头将高频电脉冲转化为超声波,经耦合剂进入半轴。当入射波遇到缺陷(即异质界面)时,由于其声学性质不同发生反向,反射声束再经探头将超声波转化为高频电脉冲,经放大处理后,即可根据反射回波的位置、幅度、波形特征,来判断半轴内部缺陷的位置、大小及性质等。
  此方法的优点是工件内声能量大,有利于提高探伤灵敏度和分辨率,探伤波形稳定、清晰、再现性好;缺点是工件表面存在5cm左右的盲区。
   (二)磁粉检测法检测零部件表面缺陷
   利用磁粉的聚焦显示铁磁及其工件表面与近表面缺陷。汽车零件如曲轴、凸轮轴、连杆、横直拉杆与球头等大多数部件的检查都采用了磁粉检测技术。
   磁粉检测的原理是当材料或工件被磁化后,材料表面或近表面存在的缺陷会使该处形成一漏磁场,此漏磁场将吸引在聚集检验过程中施加的磁粉,从而形成缺陷显示。磁粉检测的关键在于如何在被检工件上建立磁场,由于被检工件的尺寸形状各异,必须正确选择磁化的方法。
      (三)激光全息检测轮胎
   轮胎是橡胶与布帘、尼龙丝等交叠制成的多层结构,制作过程的交叠处易混入杂质,出现气泡、脱层等缺陷。常规仪器很难检测出来,造成废品出厂,形成事故隐患。
   全息技术是利用光的干涉和衍射原理将物体发射的特定光波以干涉条纹的形式记录,在一定条件下再现,形成物体逼真的三维影像。轮胎缺陷部位的大小可从全息图的异常畸变条纹中确定,而部位的深度可通过异常条纹的间距大小确定。因为缺陷的深度与干涉条纹的间距成正比关系,缺陷越深,与轮胎检查表面的距离越大,反映到表面上的位移就越小,这样形成的干涉条纹间距更大,反之亦然。
 
   由于轮胎表层下隐藏的缺陷种类和大小不一,要对轮胎适当加载,使缺陷和结构特性以表面局部畸变的形式表现出来。图3所示方法是把光路系统布置在轮胎内侧,连同轮胎一起置于特制的真空罩内进行减压加载,进行照相检查。
   此外,在全息图再现观察时,再现干涉条纹对观察方位比较敏感,全息图中虽已记录了缺陷的干涉条纹,有可能因观察角度选择的不合适发现不了,造成漏判现象。为此,可采用相全息照相方法检验。这样在全息图中既记录了相全息图,也记录了散斑剪切图,可用于检测物体的三维位移和导数,提高了检测精度。这是轮胎激光全息检测的进一步发展。
    三、无损检测技术在汽车工业中的发展趋势
   随着计算机技术的发展,无损检测技术也向快速化、标准化、数字化、程序化和规范化的方向发展。高灵敏度、高可靠性、高效率的无损检测诊断仪器和无损检测诊断方法不断出现。通用汽车近年来更是不惜巨资将现代机器人技术、自适应技术、自动控制技术、计算机技术和CAD/CAM等技术与无损检测技术有机结合,研究三维超声扫查图像,再现被测机构内部质量信息技术,将检测过程贯彻到设计、制造以及使用的全过程,极大地提高了质量控制能力。
   目前,无损检测技术主要用于成品的质量检测,包括车身、底盘,其中的焊接件、锻造件、铸造件等,这一领域的应用相对广泛又比较成熟。无损检测技术除应用在质量检测方面外,还应充分发挥优势,结合汽车开发、售后质量跟踪等领域的需求,进行产品研究。无损检测在汽车工业上的发展趋势是建立完善的质量管理体系、加强过程主动检测技术的研发及应用,加强对新材料无损检测技术的研发应用。
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