紧固件制造过程中的无损检测

2018-03-04，

无损检测 2018年9期

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(航天精工股份有限公司，天津 300300)

紧固件被广泛应用于汽车、航空航天、建筑、船舶、医药卫生等领域，在人们的生产生活中有着十分重要的地位和作用。随着时代的发展，对紧固件的质量要求也不断提高，越来越多的航空航天标准直接将无损检测作为紧固件生产制造的必要工序。紧固件缺陷主要分为原材料中的缺陷和生产制造过程中产生的缺陷。原材料(主要是棒材、线材和管材)中存在的缺陷有折叠、分层、裂纹和非金属夹杂物等，采用无损检测的方法可以剔除不合格的原材料。生产制造过程中，镦制(冷镦、热镦、冲压等)加工可能导致拉痕、裂纹、折叠等缺陷，磨削加工可能导致磨削裂纹，滚压螺纹可能导致折叠，热处理过程可能导致淬火裂纹。而采用无损检测方法可以尽早发现紧固件制品中的不合格品、降低成本、改进生产制造工艺、提高产品的可靠性。

1 紧固件常用的无损检测方法

1.1 磁粉检测的特点及应用范围

由GJB 2028A-2007 《磁粉检测》标准可知，磁粉检测可发现表面及近表面缺陷(如裂纹、夹杂、发纹、折叠、气孔、疏松等)，能直观显示缺陷的形状、位置和大小，并可大致判断缺陷的性质，具有很高的检测灵敏度，可检测的缺陷最小宽度为1 μm左右。只要采取合适的磁化方法，几乎可以检测到紧固件表面的各个部位，不仅检测速度快，而且操作方便、费用低廉，特别适用于检测铁磁性材料紧固件的各种表面及近表面的纵向缺陷。

MT的主要局限是只能检测铁磁性金属材料的紧固件，不能检测奥氏体不锈钢、铝、铜、镁、钛等非磁性材料的紧固件。磁粉检测时的灵敏度和磁化方向有很大关系，如果缺陷方向与磁化方向平行，或与紧固件表面夹角小于20°，缺陷就很难显现，表面浅的划伤、埋藏较深的孔洞也不容易检查出来。另外，如果紧固件表面有覆盖层，如漆层等，将会对检测灵敏度产生不良影响，覆盖层越厚这种影响越大；如果紧固件表面经过喷丸加工，也会对检测灵敏度产生不良影响。

1.2 渗透检测的特点及应用范围

由GJB 2367A-2005 《渗透检测》标准可知，渗透检测可检测各种非疏孔性材料的表面开口缺陷，检测结果不受紧固件的形状、大小、组织结构、化学成分和缺陷方位的影响，缺陷显示直观，检测灵敏度高(可检宽0.5 μm、深10 μm、长1 mm左右缺陷)，一次可检查出各种方向的缺陷；由于渗透检测速度快，大批紧固件可以同时进行批量检验，从而实现100%检验；适用于检测紧固件的各种表面开口缺陷。

渗透检测的主要局限是只能检测出紧固件表面开口的缺陷，不适用于检测多孔性或疏松材料制成的零件和表面粗糙的紧固件；且只能检出缺陷的表面分布，难以确定缺陷的实际深度，因而很难对缺陷做出定量评价；检测结果受操作者的影响也较大。紧固件表面浅而宽的缺陷容易被漏检,且在检测的过程中，碳钢、合金钢易产生锈蚀。

1.3 涡流检测的特点及应用范围

涡流检测的主要优点是检测速度快，线圈与紧固件不直接接触，无需耦合剂，对表面无污染和损伤，易于实现现代化的自动检测；特别适合对管、棒材的检测，一般每分钟可检测几十米。

在紧固件的生厂制造过程中，涡流检测主要用于原材料表面及近表面质量的复验。除了对原材料的表面及近表面缺陷进行检测外，还可以用于不同材料的分选(混料的识别)。

涡流检测的主要限制是只能用于导电材料，且对形状复杂的紧固件难以实施检查。由于存在趋肤效应，涡流检测只能检查薄紧固件或厚紧固件的表面、近表面部位；检测结果不直观，难以判断缺陷的形状、大小及具体位置；检测结果的正确性取决于检测人员的水平。

采用外穿过式线圈检测时，线圈覆盖的是棒材、管材上一段长度的圆周，获得的信息是整个圆环上影响因素的累计结果，对缺陷处圆周的具体位置无法判断。

1.4 超声检测的特点及应用范围

超声检测主要应用于板材、棒材、管材、锻件、焊接件及铸件的缺陷检测中，适于检测具有一定尺寸的面状缺陷，如分层、裂纹、未熔合、示焊透等。当缺陷的延伸面垂直于超声波束时，最利于超声检测的进行。

超声检测适用于大厚度工件的检测，可以检测出紧固件原材料的内部裂纹、分层、空心等缺陷。检测时需要采用适当的耦合方式，才能将超声施加到紧固件中并接收紧固件的超声信号，因此超声检测要求紧固件的表面粗糙度应限制在一定的范围。

常规超声检测通过获取的波形来判断缺陷，但只能给出缺陷的当量尺寸，难以判断缺陷性质，不适用于紧固件成品的检测。

2 无损检测时机的确定

紧固件生产制造的工序为：原材料→ 镦制(冷镦、热镦、冲压等)→切削加工(车削、磨削、铣削等)→螺纹成型(滚压、车削、攻丝等)→热处理→表面处理→成品。根据紧固件的生产制造过程和工作经验，一般选择在原材料使用前和表面处理之前设置无损检测工序。

2.1 原材料的无损检测

紧固件的原材料主要是棒材、线材和管材，由钢锭经过轧制和拉拔等工序加工成型，在原材料上易出现折叠、分层、裂纹和非金属夹杂物等缺陷，原材料质量会直接影响到紧固件的生产制造过程。一般在原材料使用之前进行无损检测，以剔除不合格的原材料。

2.2 生产制造过程中的无损检测

在紧固件生产制造过程中，受原材料、设备、人员和工艺参数等因素的影响，不可避免地会产生某些缺陷。

由于材料塑性、变形、模具结构、润滑状态等因素的影响，镦制(冷镦、热镦、冲压等)工序经常会出现表面折叠、拉痕和裂纹等缺陷；由于磨削速度、冷却润滑、砂轮材料等因素的影响，磨削加工工序产生的热量可能不能及时散出，从而导致磨削烧伤和磨削裂纹缺陷。由于原材料缺陷、紧固件形状不规则、冷却速度过快、淬火后未及时回火、转移速度等因素的影响，热处理工序经常出现裂纹。

生产制造过程中的无损检测应安排在可能引起缺陷或暴露缺陷的工序之后进行，所以在紧固件的生产制造过程中，无损检测应安排在镦制、切削加工和热处理等可能产生缺陷的工序之后，在涂层、镀层、阳极化、发蓝、磷化等其他表面处理之前进行。如果镀层可能会产生缺陷(如电镀裂纹)，则应在电镀工艺前后都进行无损检测，以便明确缺陷产生的环节。

3 无损检测方法的选择

3.1 原材料的无损检测

紧固件原材料的无损检测主要为超声检测和涡流检测，其中紧固件制造商一般使用涡流检测原材料缺陷，原材料制造商主要使用超声检测。

紧固件原材料的直径较小，受原材料制造工艺的限制，缺陷位置主要集中在表面和近表面，缺陷类型主要为折叠、分层、裂纹和非金属夹杂物等。

涡流检测可以发现表面及近表面缺陷，具有检测速度快、线圈与试件不直接接触、无需耦合剂、对表面无污染和损伤、易于实现现代化自动检测的优点。因此，紧固件制造商一般使用涡流检测原材料缺陷。

超声检测适用于紧固件原材料内部裂纹、分层、空心等面状缺陷的检测，主要由原材料制造商使用。

3.2 生产制造过程中的无损检测方法

紧固件的尺寸较小，缺陷主要集中在表面及近表面。在五大常规无损检测方法中，渗透检测、磁粉检测和涡流检测主要检测表面及近表面缺陷。由于涡流检测不适用于形状复杂的试件，检测结果尚不直观，难以判断缺陷形状、大小及其具体位置，因此紧固件的无损检测一般选择磁粉检测和渗透检测。

根据材料类别，紧固件分为铁磁性材料紧固件和非铁磁性材料紧固件。铁磁性材料紧固件选择磁粉检测，非铁磁性材料选择渗透检测。

在紧固件磁粉检测的过程中，为了发现各种大小不同的表面和近表面缺陷，应优先选用荧光磁粉检验。因为荧光磁粉检测的灵敏度比非荧光磁粉检测的高得多，检测速度也快。对于螺旋、螺桩、销轴类长径比较大的紧固件，纵向缺陷应采用直接通电法，周向缺陷应采用线圈纵向磁化法。对于螺母、衬套、管接头、环形件、轴承圈等中空的紧固件，应采用中心导体法，由于中心导体法采用感应磁化，可以发现紧固件内、外表面的轴向缺陷及两端面的径向缺陷。

在紧固件的渗透检测过程中，根据缺陷的类型、位置及被检紧固件的尺寸、形状，应优先选用亲水后乳化型荧光渗透液结合干粉显像剂的检测技术，或水洗型荧光渗透液结合干粉显像剂的检测技术。根据不同灵敏度等级的要求，选用不同灵敏度等级的荧光渗透液。水洗型渗透检测成本较低，检测速度较快，但是检测灵敏度较低，宽而浅的缺陷容易漏检；后乳化型渗透检测具有较高的灵敏度，能检测宽而浅的缺陷，但成本较高。