粉末冶金制件裂纹检测技术研究

林贯彻

摘 要：冶金是我国重要工业之一，对我国国民经济、综合国力等具有重要的作用。随着科学技术的不断进步，不仅冶金生产技术先进性与科学性得到了显著的提高，粉末冶金制件的裂纹检测技术水平也得到了有效的提升。文章主要论述了粉末冶金制件裂纹检测的基本原理，裂纹检测技术的传感器设计、电路组成及检测，并对裂纹检测技术在粉末冶金制件中的实际应用进行了介绍。

关键词：粉末冶金制件；基本原理；裂纹检测技术

中图分类号：TG115.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）09-0024-01

所谓粉末冶金制件，是指将合金粉末或金属粉末加压成型后在低于粉末熔点的温度下进行烧结所用的工件。由于受一些因素影响，使得粉末冶金制件在实际生产过程中，有可能会发生裂纹现象，如果发生的裂纹没有得到及时发现与处理，将会给冶金生产及生产人员带来安全隐患，甚至引发安全事故。

因此利用科学有效的裂纹检测技术来对粉末冶金制件的工作状态进行检测十分重要。

1 差动式涡流检测技术的基本原理

目前，粉末冶金制件裂纹检测技术主要有渗透、射线、涡流、超声、磁粉、直流电位等。考虑到大多数粉末冶金制件厂家要求制件裂纹检测技术简单方便、成本低廉，结合粉末冶金制件材料结构的特殊性，发现差动式涡流检测技术能够很好的满足这些要求，因而在粉末冶金制件裂纹检测中得到了良好的应用。

差动式涡流检测技术使用两个检测线圈，其中一个检测线圈内部放置被检测工件，另一个线圈内部放置与被测工件形状、材质、尺寸相同的、质量好的试件，然后将两个检测线圈进行反向连接构成差动形式[1]。使用这种技术对粉末冶金制件是否存在裂纹进行检测，由于两检测线圈连接形式是差动式，所以当被检测工件与试件质量不同时，如被检测工件存在裂纹等，此时线圈就会输出相应信号，最终完成对冶金粉末制件裂纹的准确检测。

差动式涡流检测技术具有操作方便、检测结果准确率高、所需工具数量少、成本低等优点。

2 粉末冶金制件裂纹检测技术

传感器作为粉末冶金制件涡流检测技术中最为关键与重要的一个部件，其设计合理与否直接影响着裂纹检测的效率与检测结果的准确性。因此，传感器与电路设计必须要科学合理。

2.1 传感器设计

在整个粉末冶金制件的裂纹检测技术中，传感器是最为重要的一个组成部分，而其检测线圈工作频率与线圈匝数是两个最为关键的检测参数。

在设计传感器检测线圈时，首先测出待检测制件的特征频率，然后按照相关技术要求设置合适的频率比，再求出检测线圈的工作频率[2]。

经过计算与试验修正，本文将线圈的工作频率范围设定在1.8～2 MHz之间。检测线圈匝数设计采用正交法来实现，线圈外壳与骨架均采用聚四氟乙烯材料制品，测量线圈直径为0.07 mm，放置在靠近检测的一面，激励线圈直径为0.15 mm，放置在紧靠测量线圈的一面。

通过试验修正本文将测量线圈与激励线圈的匝数比设定为1：3。线圈缠绕时应全部保持一致，以防止由于无缺陷或空载时传感器两输出信号无法抵消而导致检测结果不准确。

设置好线圈工作频率后，将线圈连接成差动形式，将两测量线圈首首相连，尾端与后继电器相连，将激励线圈首尾相连，即让传感器感应电压作减法，当被检测制件没有缺陷或空载时，两传感器的输出电压为零，且处于平衡状态，而一旦制件有质量问题，传感器电压平衡就会被打破，输出不平衡的电压信号，从而达到粉末冶金制件裂纹检测的目的[3]。需注意测量线圈与激励线圈的连接应独立完成。

2.2 电路设计

应用在粉末冶金制件中的裂纹检测技术所设计的电路，主要由放大器、显示器、传感器、移相器、振荡器、滤波器、相敏检波器等器件组成。

其中，振荡器按照相应振幅与频率为传感器中的激励线圈提供所需电流，使线圈产生交变磁场，从而让被检测制件感生出所需强度的涡流。涡流受导电制件影响，进而使检测线圈中的电性质发生变化[4]。

此时，如果被检测制件质量有变化，线圈就会有微弱信号输出，该微弱信号经过放大器放大后，被输入到相敏检波器中，振荡器经由移相器向相敏检波器提供所需控制电压，相敏检波器对控制电压进行相位分析后，将其传输至滤波器中进行频率分析，然后在传输至拒斥器中进行振幅分析，以将各种干扰信号消除，最后将检测结果用显示器显示出来。

3 裂纹检测技术在粉末冶金制件中的实际应用

某粉末冶金制件加工厂主要生产铁磁性粉末冶金制件。在生产过程中，由于各种原因使得制件产品质量存在一定缺陷，部分制件出现脱模裂纹或烧结裂纹现象。

为保证产品质量抽检的有效性与准确性，就需要借助先进的裂纹检测技术对抽检样品进行准确的裂纹检测。

根据大量的实践验证，差动式涡流检测技术不仅操作方便快捷、成本低廉、检测结果准确，而且检测流程不会对产品造成任何损害，是一种较为实用的裂纹检测方法，也是当前应用最为普遍的一种检测技术。

下面以检粉末冶金制件中的支座脱模裂纹为例，来说明裂纹检测技术的具体工作流程及其对保障粉末冶金制件正常工作的重要意义。

由于粉末冶金制件生产工艺特点，使得其所使用的每一种制件脱模裂纹都存在一定规律，其中支座的脱模裂纹一般会出现在螺栓连接孔周围和圆筒底部。

在实施检测前，应挑选一个没有裂纹的支座作为标准件，用于对被检测支座进行参照对比。在对螺栓连接孔进行检测时，将一个传感器接入到标准制件的螺栓孔中，将另一个传感器接入到被检测支座的螺栓孔中，然后将两传感器中的检测线圈以差动形式连接起来，接通检测电路开始对被检测支座进行裂纹检测[5]。

由上文分析可知，该裂纹检测技术的实质是将没有裂纹的制件与存在裂纹缺陷的制件所产生的不同输出信号进行对比，如果两者输出信号不一致，则说明被检测支座的螺栓孔存在裂纹缺陷，显示器就会给出相应的检测结果并发出声光警报。按照同样的原理，采用相同的裂纹检测技术可以实现对支座圆筒底部和其他粉末冶金制件裂纹的检测。

4 结 语

粉末冶金制件在冶金日常生产过程中占有重要的地位，发挥着重要的作用，采用先进裂纹检测技术对各种制件是否存在缺陷进行检测，不仅有利于提高粉末冶金制件的使用效率，而且对保障生产安全与设备使用安全具有重要的影响。总而言之，随着科学技术水平的不断提高，粉末冶金制件裂纹检测技术也需要不断的改进与完善，只有这样其效用才能得到真正的发挥。

参考文献：

[1] 王晔.高铁制动用粉末冶金摩擦材料的制备及性能研究[D].北京：北京 科技大学，2015.

[2] 蔺广科.钛合金热等静压近净成形过程数值模拟及制件性能研究[D].武汉：华中科技大学，2012.

[3] 李倩倩.粉末冶金法制备SiCp/Sn/Al复合材料及其性能的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013.

[4] 沈小燕.粉末冶金件表面塑性变形强化规律的研究[D].武汉：武汉理工 大学，2010.

[5] 王倩倩.粉末压制Al-W合金热变形行为与涡旋动盘成形研究[D].太原：中北大学，2015.