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无损检测技术在再制造工程中的应用及发展

2014-07-04 14:15:20

[导读] 废旧产品的再制造(R M) 工程是通过各种高新技术来实现的,因此它包含了很多关键技术,其中,无损检测(NDT)技术在R M工程技术体系中有着非常重要的地位。因为再制造加工是建立在产品失效分析基础上的,而对于废旧产品的失效分析,以及再制造加工产品的质量控制,NDT 技术的作用都至关重要。


废旧产品的再制造(RM) 工程是通过各种高新技术来实现的,因此它包含了很多关键技术,其中,无损检测 (NDT) 技术在RM 工程技术体系中有着非常重要的地位。因为再制造加工是建立在产品失效分析基础上的,而对于废旧产品的失效分析,以及再制造加工产品的质量控制,NDT技术的作用都至关重要。

1无损检测技术简介

无损检测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。通过NDT技术,可以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(构件) 在制造和使用过程中产生的结构不完整性及缺陷情况。因此,NDT技术是RM 体系中不可或缺的一环。

NDT技术包含的种类很多,超声检测、射线检测、涡流检测、磁粉检测以及渗透检测由于应用广泛,工艺、设备成熟,被称为五大常规无损检测技术。另外还有许多其他无损检测技术也在不同领域得到了应用。

1.1 超声波检测

超声波检测是利用材料本身或内部缺陷的声学性质对超声波传播的影响,非破坏性地探测材料内部和表面的缺陷的大小、形状和分布状况以及测定材料性质。超声检测应用范围广,无论是金属、非金属,还是复合材料都进行检测,而且对内部缺陷的检测非常有效,是主要的无损检测方法之一。

1.2 射线检测

射线检测是依据被检工件由于成分、密度、厚度等的不同,对射线(即电磁辐射或粒子辐射)产生不同的吸收或散射的特性,对被检工件的质量、尺寸、特性等作出判断。射线检测是检测零件内部缺陷的一种行之有效的方法,比较常用的是X射线、Y射线以及中子射线检测方法。

1.3 涡流检测

涡流检测是利用电磁感应原理,通过测定被检工件内感生涡流的变化来无损评定导电材料及其工件的某些性能,或发现缺陷的一种无损检测方法。涡流检测可用于表面或近表面缺陷的无损检测,也可用于材料分选、厚度测量以及电导率测定等。

1.4渗透检测

由于毛细作用,渗透液渗入到细小的表面开口缺陷中,清除工件表面的多余渗透液,干燥后施加显像剂,缺陷中的渗透液在毛细现象的作用下被重新吸附到零件表面上,就形成放大了的缺陷显示。渗透检测主要用于检测非疏孔性的金属或非金属零部件的表面开口缺陷。

1.5磁粉检测

铁磁性材料被磁化后,由于工件上存在不连续性(如缺陷等),其表面和近表面的磁力线会发生局部畸变而产生漏磁场,吸附在表面的磁粉会形成可见的磁痕,从而显示出不连续性的大小、位置、形状和严重程度等,这就是磁粉检测。磁粉检测已经广泛用到工业设备的检测当中。

1.6其它无损检测技术

除以上五大常规NDT技术外,还有一些在工业上已经成功应用的技术,如:声发射检测、噪声检测、磁弹性检测、工业内窥镜检测、激光全息检测、微波检测、磁记忆检测技术等,具体可参考相关专业书籍。

2无损检测技术在再制造工程中的作用

2.1 无损检测技术在再制造工程中的作用

再制造工程包括产品的再制造性能评价、服役环境行为及失效机理研究、寿命预测与剩余寿命评估、再制造过程的模拟与仿真研究等。在再制造产品的失效机理研究、寿命预测、剩余寿命评估以及质量控制等方面,NDT技术都有着不可替代的作用。应用各种NDT技术和其它各种技术相配合,可以发现产品的失效机理,从而为再制造产品的性能改进提供重要的依据。RM 工程的质量控制包括再制造毛坯的质量检测、再制造加工过程的优化和在线监控、再制造成品的无损检测和破坏性抽检等。应用NDT 技术可以对非连续加工、连续加工的再制造零部件进行实时的质量控制,快速查出次品,降低生产成本、提高生产效率。

2.2 无损检测技术在再制造工程中的成功应用

美国军队是再制造的最大受益者。最典型的例子是B—52H型轰炸机,该机1962 年生产,1980 年和1996 年进行了两次技术改造和再制造,到1997 年平均寿命还有13000 飞行小时,预计其寿命可延长到2030 年,较一般飞机的服役期增长 1 倍以上。在飞机的再制造过程中,NDT技术发挥了重要作用。80%以上的零部件经过了各种无损检测技术的检验,然后决定其是否可用或者修复后继续使用;而对于修复后以及用于替换旧件的新零部件则几乎100%地利用 NDT 技术进行了质量检测和监控,保证了经过再制造的飞机的高性能和高可靠性。另外,在飞机的再制造过程中还开发了一些新的NDT 技术,对其它行业产生了积极的影响。

日本铁道公司研制了一种便携式超声波检测装置,对铁路道轨进行检测,在2~5 兆赫兹的超声波探伤仪上安装了计算机、接口和位置检测仪等,不需要计算超声波的入射位置,使用起来非常简便H1。该装置可以对轨道进行在役检测,实施寿命预测和剩余寿命评估,将超过使用寿命的铁轨替换下来作为再制造的原材料,经过各种技术再制造生产出的铁轨在重新使用,这样就形成了一个再利用的良性循环。

2003 年,我军某部汽车修理厂,建立了一条运用纳米技术进行发动机再制造的生产线。该生产线利用了超声检测和射线检测等NDT技术,对大量的车辆发动机进行检测,充分使用可循环利用的各种零部件,利用纳米技术对损伤的零部件进行再制造加工,最后利用涡流检测等NDT技术对再制造的产品进行质量控制,形成了一条完整的发动机再制造生产线。NDT技术在 RM 工程中还有许多其它的成功应用,不再一一列举。

3无损检测技术在再制造工程中的应用前景

无损检测技术经历了三个发展阶段,即无损检查(Nondestruc-tive Ins pe ction,ND)I、无损检测 (Nonde s tructive Te s ting,NDT)和无损评价(Nondestructiveeva luation,NDE),目前一般统称为无损检测(NDT)。目前的无损检测技术已逐步从NDI 和 NDT 阶段向 NDE 阶段过渡,即用无损评价来代替无损探伤和无损检测。在无损评价技术中,自动无损评价 (ANDE) 和定量无损评价 (QNDE是其两个主要组成部分。ANDE和QNDE都以自动检测工艺为基础,非常注意对客观(或人为) 影响因素的排除和解释,这就为NDT 技术在RM工程中的大规模应用提供了条件。以射线实时成像为代表的工业CT技术的出现,使射线检测极大地拓宽了其应用领域;引进了计算机数字图像处理技术后的射线检测,得到的图像质量可以与胶片图像质量相媲美。计算机技术的介入,也使超声检测技术向数字成像自动化方向发展,从而在工程领域发挥的作用越来越大。而涡流检测正向着数字成像、自动检测、远场检测和智能化方向发展。这些常规NDT技术的发展进步,使缺陷的定量解释称为可能,从而为寿命评估和剩余寿命预测提供了技术支撑。这些发展都已经在RM 工程中发挥了作用。

除常规NDT技术不断发展外,近些年也出现了一些新的 NDT 技术,极大地促进了RM 工程的发展。磁记忆技术是近年来迅速发展起来的一种新技术,它通过对磁场的检测,就可对构件的应力状态和应力集中区域做出判断,从而达到早期诊断的目的。这对于再制造产品有着特别重要的意义,因为经过再制造的产品,均不同程度地存在着应力集中,使其在运行过程中存在着极大的安全隐患,而磁记忆技术可以对应力集中做出判断,从而避免隐患发展成事故。总之,各种NDT 技术的发展以及新的 NDT 技术的不断涌现,必将使其在RM 工程中发挥越来越重要的作用。而随着RM 技术在工业领域的不断扩展,也会带来很多检测方面的问题,这也会进一步促进NDT技术的发展。NDT技术目前已经成为 RM 工程中的一部分,而且可以预见,NDT技术和RM工程的结合必将越来越紧密。

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