无损检测技术及其在汽车零部件制造过程中的应用

2021-04-03吴东东

现代制造技术与装备 2021年9期

吴东东

（中汽研汽车检验中心（天津）有限公司，天津 300300）

在汽车的生产制造过程中，为了保证汽车的质量，需要对汽车零件进行检测，从而降低汽车在行驶过程中出现事故的可能性。传统的技术手段通常是采用人工检测的方式来检测汽车零部件。这种检测方式不仅效率和准确性低，而且可能对汽车零部件造成损伤，带来经济损失[1]。随着技术的发展，无损检测技术已经逐步取代人工检测技术，成为汽车零部件的主要检测技术。无损检测技术能够在不损伤汽车零件的情况下，测试汽车的表面和内部是否存在缺陷以及性能是否达标[2]。

目前，在汽车零部件制作领域，常用的无损检测技术包括射线检测技术、超声检测技术、渗透检测技术、磁粉检测技术以及涡流检测技术.应用这些无损检测技术能够在高效完成汽车零部件检测工作的同时，减少汽车零部件的损伤，提高检测的准确性[3]，对汽车行业的发展和用户出行的安全具有重要意义。

1 汽车零部件常用的无损检测技术

1.1 射线检测技术

射线检测技术是汽车零部件检测的常用技术，通过使用射线照射物体，检测物体的透光强度，根据检测结果判断物体的性能。根据采用射线的不同，射线检测技术可以分为X射线检测技术、γ射线检测技术、β射线检测技术和α射线检测技术等。在实际检测工作中，虽然不同的汽车生产商采用的射线检测技术不同，但其原理相似。首先，工作人员将设备对准需要检测的零部件，并发射射线；其次，观察待检测零部件的透光强度，初步确认其是否符合要求；最后，判断零部件是否能够达到标准的要求，并给出相关处理意见。当射线穿过物体时，物体表面会出现复杂的物理反应和化学反应，不仅可以使物体中的原子发生电离，还能够使零部件中的部分物质出现荧光反应。若零部件存在缺陷，在射线照射过程中会影响物体表面的反应强度，从而导致物体表面的透光性出现变化。基于这一特点，可以快速、准确地判断零部件是否存在故障以及故障的部位。

1.2 超声检测技术

在汽车零部件无损检测中，超声检测技术是利用超声波对零部件的气密性和完整性等进行检测的一种技术[4]。应用超声波进行检测时，通常采用频率为0.5～5.0 MHz的脉冲。当遇到缺陷或者是地面后，超声波会发生反射。根据反射波纹、波长等信息，能够判断零部件是否存在缺陷。通过超声波脉冲反弹回的波纹和波长，能够判断零部件是否出现了接缝和裂缝，且具有较高的准确性。

1.3 渗透检测技术

渗透检测技术是利用毛细现象和固体颜料发光现象来检测汽车零部件的一种技术[5]。在检测汽车零部件时，主要按照以下步骤进行。第一，预处理。在进行检测前，先要对汽车零部件表面进行预处理，以去除汽车零部件表面的灰尘和油污等，降低这些因素对渗透检测结果的影响。第二，在完成预处理的零部件表面均匀喷洒渗透剂，开始渗透。第三，渗透剂渗透完成之后，将残留在汽车零部件表面的渗透剂清洗干净，然后涂抹显像剂。第四，涂抹完显像剂后，通过观察汽车零部件表面显像的差别，判断零件是否有裂缝等缺陷。通过应用渗透检测技术，可以精确检测出汽车零部件是否存在裂缝等损伤，且可以用于多种零件。但是，因为检测多孔材料时渗透液会流入多孔材料中，导致无法判断是否存在裂缝，所以该方式不能应用于多孔材料的检测。

1.4 磁粉检测技术

对于磁粉检测技术，先磁化汽车零部件，以改变其表面的磁力线，吸收零部件表面出现的磁粉，然后基于其判断汽车零部件是否存在损伤。磁粉检测技术和上述几种方法存在一定的差别，其并不能够准确判断零件损伤的性质，只能够用于判断损伤的大小、形状和位置等信息。磁粉检测技术的应用范围有明显限制，只能够检测磁性材料制作的零部件表面、近表面等，不能检测零部件浅而宽的缺陷。另外，磁粉检测技术的使用要求较高，检测人员必须具有丰富的经验才能够保证磁粉检测的准确性。虽然磁粉检测技术应用的限制较多，但是由于其操作简单、操作成本低，目前应用较广泛。

1.5 涡流检测技术

涡流检测技术是利用交流电和涡流来检测汽车零部件是否存在缺陷的检测方式。首先，开始检测前，工作人员在要准备好通有交流电的线圈；其次，开始检测后，要防止交流电线圈在待测零部件上，因为这样会使其附近产生交变磁场导致零部件中产生旋涡式交变电流；最后，根据涡流的大小检测零部件是否存在缺陷。涡流检测技术的缺陷在于检测形状复杂的零部件时灵敏度较低。

2 无损探测技术在汽车零部件制造中的典型应用

目前，无损检测技术在汽车零部件制造中的应用越来越广泛。在检测不同零部件时，选择合适的检测方法可以提高检测的准确性和效率。下面以磁粉法和超声法为例，探讨无损检测技术在汽车零部件检测中的应用。

2.1 磁粉法在汽车零部件表面缺陷检测中的应用

目前，磁粉检测技术在汽车零部件表面缺陷检测中具有广泛应用，如检测凸轮轴、曲轴、横直拉杆以及球头表面等。应用磁粉检测方法检测汽车零部件时，要先对工件进行磁化。磁化后，如果材料表面存在缺陷，在缺陷位置就会形成漏磁场。当零部件的缺陷和磁场的方向呈现一定角度时，缺陷处的磁导率会发生一定的变化，从而使磁力线逸出工件表面，然后吸附磁粉形成磁痕，进而显示工件表面的缺陷情况。这种方法不仅操作简单、结果可靠，而且具有缺陷容易辨识以及重复性好等特点，在铁磁性材料表面和近表面具有重要应用。在实际应用过程中，由于需要检测的汽车零部件形状各异，为了达到良好的检测效果，需要在被检工件上建立磁场。下面以汽车连杆的检测为例，探讨磁粉检测方法的实际应用。将连杆放置在线圈内进行纵向磁化，从而找出连杆的纵向缺陷。若在工件两端直接通电磁化，则能够找出连杆的横向缺陷。因为通孔内壁磁场比较薄弱，所以其缺陷不容易被发现。为了检查通孔内壁是否存在缺陷，需要在孔内分别穿芯棒磁化，使孔内表面产生周向磁场，从而检测孔内缺陷。

2.2 超声波检测技术在汽车半轴检测中的应用

超声波检测技术在汽车零部件检测过程中具有重要应用。下面以汽车半轴为例介绍超声波检测技术在汽车半轴检测过程中的应用。汽车半轴是汽车重要的零部件，在实际应用过程中会由于高低频应力疲劳而产生损坏，从而造成疲劳断裂，主要原因是汽车半轴内部存在缺陷。应用超声波检测技术可以对汽车半轴的原材料和锻造后的半成品进行水浸检测，以便及早发现其存在的缺陷，从而避免其失效而导致汽车故障。在实际检测过程中，可以采用探头将高频电脉冲转化成超声波，经耦合剂进入半轴。若汽车半轴内存在缺陷，由于缺陷具有不同的声学性质，入射波遇到缺陷后会发生不同的反射，根据收到的反射回波的位置、幅度和波形特征，通过技术处理判断半轴内部是否存在缺陷，且能够判断缺陷的具体位置、性质和大小等。

3 无损检测技术发展趋势及其在汽车零部件制造行业的应用前景

随着计算机技术和电子元器件的发展，无损检测技术的发展越来越快。目前，无损检测技术正朝着缺陷信号数字化采集和分析方向发展，其检测波形能够以数字的形式保存，未来无损检测会朝着数字信号处理及成像方向发展。现阶段超声成像技术已经得到了快速发展，可以将物体的缺陷以图像的方式展示出来，并能够直观显示丰富的信息，充分反映物体的声学和力学性质，同时可以检测同体材料微观组织及相关力学性，从而更加直观、准确地检测出缺陷，并留下记录。因此，未来以图像显示为主的新一代数字智能化无损探测仪将会在工业检验中逐步取代传统的模拟器件采集仪器。目前，虽然无损检测技术已经被广泛应用于汽车零部件的检测，但是检测结果都是人工判断得出，在判断过程中会由于人为因素而导致检测存在误差。随着人工智能技术的发展，通过仪器自动检测缺陷成为无损检测的主要模式。通过模式识别技术和专家系统等，可以将已知的大量缺陷特征输入数据库，使仪器能够识别不同缺陷，从而使其具备自动缺陷定性的能力。综上所述，随着无损检测技术的发展，它在汽车零部件检测中会有更加重要的应用，从而为提高零部件的质量、保证汽车行驶的安全奠定基础。