一种超声波无损活塞镶圈检测仪

金 彦

（武汉市工程科学技术研究院,武汉 430019）

一种超声波无损活塞镶圈检测仪

金 彦

（武汉市工程科学技术研究院,武汉 430019）

本文介绍了超声波用于无损检测的原理，以及将超声波信号转换为描述镶圈活塞缺陷特征信号的方法，并在工控机中实现的过程，提出了一种镶圈活塞的无损超声波智能检测仪，能够高效地对镶圈活塞的粘接面缺陷进行自动判定。该检测仪已实际应用，效果良好。

镶圈活塞；超声波；无损检测

0 引言

随着发动机技术、特别是增压发动机技术的发展和提高，对发动机中活塞的耐磨性、寿命、密闭性的要求也越来越高。活塞基体通常使用铝合金材料，而镶圈则是采用特种铸铁，在铸造过程中，如果粘合不良出现气泡，将大大降低活塞整体强度和导热性，在使用过程中可能导致铸铁镶圈从活塞基体上脱落，无法正常使用，严重时可能会损坏发动机[1]。因此，为了保证成品活塞的质量，除了在铸造加工工艺上有较高要求外，还需要对活塞镶圈的内部缺陷进行无损检测[2]。本文介绍的超声波无损检测仪由工控机自动对活塞镶圈进行批量无损检测和粘结质量判断，并打印出检测结果，具有重复精度高、操作方便等优点。

1 镶圈活塞无损检测原理及结构设计

1.1 镶圈活塞结构及缺陷情况

在活塞制造过程中，将特种铸铁圈熔合在铝合金材质的活塞基体上，但是在铸造粘合过程中，难免会出现气泡、裂纹等缺陷，严重时难以达到使用时所需的耐磨性、密封性和强度要求。一般而言，活塞镶圈粘合质量标准包括单侧面总缺陷率、单侧面最大缺陷率，双侧面重合最大缺陷率等相关指标。由于镶圈活塞缺陷较小，且常常在活塞内部，无法直接观察和检测，需要一种合适的无损检测仪对铸铁镶圈粘结面进行检测。

1.2 无损检测原理

国内活塞无损检测主要采用两种方法，一种是X射线检测法，通过X射线透视发现粘结面的缺陷位置和大小，其特点是准确便捷，缺点也很明显，因为X射线的强辐射性，对环境防护的要求很高，不宜普及。另一种就是超声波无损检测。此种方法是通过超声波与被测器件的相互作用，产生的反射、透射和散射波进行研究，对被测器件进行宏观缺陷检测。

1.3 镶圈活塞无损检测结构设计

目前市面的超声波探伤仪是通用产品，没有针对活塞镶圈检测进行定制，检测不便，也较为容易代入操作员主管因素。在现有产品的基础上，针对活塞镶圈检测项目特点和需求，研制出本文所介绍的检测仪器，可实现对活塞镶圈的粘合情况自动检测、分析并计算出缺陷状况，项目设计的镶圈活塞无损检测结构如图1所示。

将待检测活塞放入耦合剂之中，超声波发射探头位于镶圈凹槽中，两个侧面的接收探头分别位于第二凹槽中和活塞下部。将活塞固定在基台上后，工控机控制电机匀速转动，超声波发射探头发出超声波脉冲，两侧接收探头接收通过镶圈粘合面的透射波并将数据储存，活塞转动一周后，基台停止转动，工控机处理接收到的透射波信号信息，计算两侧面的缺陷大小并依据相关标准判断活塞镶圈粘合是否达到标准。

2 控制系统设计及实现

项目控制系统整体设计如图2所示，工控机及采集装置采集穿过被测镶圈活塞的透射信号，同时采集直接来自超声波震源的对比信号；工控机通过运动控制器控制运动部件，使被测镶圈活塞转动；同时运动控制器将运动部件的运动状态实时反馈给工控机，用以对采集到的信号进行判断和筛选。

3 结束语

项目采用超声波无损检测方法、由工控机整体控制采集装置、PLC、运动部件联合工作而研制的无损活塞镶圈质量检测仪能够智能高效地完成镶圈活塞粘结面缺陷自动检测，具有准确度高、对操作员要求低、能进行流水线检测等优点，目前已完成样机试制并投入使用，效果良好，样机如图3所示。

[1]雷毅,于京阁.新型镶圈活塞超声波自动检测系统[J].石油大学学报(自然科学版),1998,22(05)：73-75.

[2]倪培君.大马力发动机活塞无损检测研究现状与进展[J].无损检测,2011,33(09)：7-10,15.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.215

金彦（1984-），男，湖北武汉人，本科，高级工程师，主要从事工程地球物理仪器及方法的研究工作 。