无损检测技术是保证航空锻件质量的有力手段
时间：2006-03-01 阅读：1691
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南京恩第特检测仪器设备有限公司 -
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无损检测技术的实质，就是采用不破坏被检查工件的技术（方法），通过检测工件中某种物理量或某项物理性能参数上的差异，从而判断工件中是否存在影响产品使用性能的缺陷，或者评定产品质量的均匀性等，无损检测技术的一个很重要的优点就是可以对产品进行100%的非破坏性检查，这是其他质量检查方法（例如金相、机械性能、化学分析等）所无法相比的。由于航空锻件的种类繁多，不仅材料牌号达几十种之多，而且各种锻件又有其特定的形状、形态和质量要求，因此需要针对锻件的具体特点选择适当的无损检测技术和方法，以满足产品的质量要求。此外，无损检测技术基本上都是相对测量或称为比较测量，并且各种无损检测方法*其优点、特长，同时也存在一定的局限性。因此，每一种无损检测方法都有一定的适用范围，需要一定的条件，这在考虑它们的应用时是必须注意的。
本文欲就作者的认识，谈谈常规无损检测技术在航空锻造专业化厂的适用范围以及相关的一些问题。
一.超声波检测
超声波检测应当是锻造厂zui主要的无损检测手段，其基本原理是利用超声波的传播特性，例如材料内的不连续性（缺陷）对超声波的反射，显微结构对超声波的散射，以及超声波在材料中传播时的衰减特性等等，可以用来发现破坏材料基体连续性的缺陷，或者探查是否存在粗大的组织结构（例如粗晶），评定材料显微组织的均匀性等。
超声波检测的灵敏度很高，例如对钛合金压气机盘要求发现直径0.6mm平底孔当量的缺陷（超声波检测中的缺陷定量是以相同回波高度的平底孔直径作当量评定的）。它主要用于探测工件的内部缺陷（在一定条件下也可以探测表面缺陷），例如残余缩孔、气泡、夹杂物、裂纹、白点等，还能发现某些合金中的粗晶、严重疏松甚至偏析（例如碳偏析）。在锻造厂主要应用超声波检测方法来检查原材料（棒材、方坯、饼坯、环坯等）和大、中型锻件。此外还用于检查锻压设备上的重要承力件（例如锤头、锤杆）以及锻模等。这些对于保证生产顺利进行，提高经济效益，已经通过实践获得了充分的证明。
随着超声波检测技术的不断发展与提高，超声波检测的领域已经从宏观向微观组织方面发展，通过大量深入的实验研究，有希望应用超声波检测技术检查金属材料的过热、过烧、粗晶结构、偏析，甚至可以考虑检查诸如铝合金棒材中的粗晶环以及镁合金棒材中的光亮环等缺陷。
需要说明的是：
钢锻件的自然表面状态一般都较差，加上形状复杂，难以实现水浸法探伤和自动化探伤，而接触法探伤又往往因为耦合条件限制难以进行高灵敏度要求的检查，因此应当在原材料阶段就严格控制质量，并且在生产中要有严肃的工艺纪律和正确操作，才能为保证锻件质量打好基础。在必要时，可以将锻件表面进行机械加工，为超声波检测创造条件。至于铝、镁、钛等材料的锻件，其表面状态一般都比较平整，可以直接采用接触法进行超声波检测。
此外，超声波检测是存在一定的盲区的，因此对于机械加工余量小的锻件（例如精锻件或具有非加工面的锻件），除了采用经改进的超声波检测方法（例如采用组合双晶探头可以大大减小检测盲区）之外，在必要时还应考虑采用其他无损检测手段（例如磁粉检测或渗透检测等）来辅助检查表面缺陷。
二.渗透检测
这是从物理学中液体对固体的润湿能力和毛细现象为基础，通过渗入缺陷内的渗透液被显像剂吸附出来而显示出开隙性的表面缺陷。它包括荧光渗透检测（在检测时，渗入缺陷中的荧光物质由显像剂吸附出来后，在紫外光辐照下发出荧光，从而显示出缺陷）和着色渗透检测（利用染料的颜色显示缺陷，常用的染料为红色）。渗透检测主要用于非铁磁性材料的表面缺陷检查，例如铝、镁、钛、铜、奥氏体不锈钢、镍基高温合金等。这些锻件过去多是仅用目视检查，不但眼睛容易疲劳，而且有些表面开隙度很小的缺陷是很难通过目视发现的（例如一些铝合金锻件上的折叠或穿筋裂纹，以及钛合金饼环坯上的45°锻造裂纹），因而漏检率高。采用渗透检测代替目视检验，大大提高了缺陷与基体的对比度，减轻眼睛的疲劳，使得漏检率大大降低，并且大大提高了检测灵敏度（已经能发现开隙宽度仅0.5μm的缺陷），从而保证了检验质量的可靠性。
渗透检测中，以荧光渗透检测的成本zui低，而着色渗透检测的成本较高（例如采用国产喷罐式着色渗透检测，250ml装的一套，每平方公寸的检查面积其材料成本就约达2元甚至还高）。因此，对于批量生产的中、小型锻件，适宜采用荧光渗透检测，而对于大型锻件或现场的机械动力设备部件，则适宜采用着色渗透检测以方便现场检查。
进行渗透检测的工件表面光洁度应达到5以上，其检测灵敏度可达到微米级，例如在工件表面光洁度较好时，国产着色渗透检测材料已经能够满足发现开隙宽度0.5μm的裂纹类缺陷。
三.涡流检测
这是利用在交变磁场作用下，不同的材料会有不同振幅与相位的涡流响应，可以利用来检测铁磁性和导电性材料的物理性能、显微结构和冶金情况的差异性，以及检测表面和近表面的缺陷。
利用涡流导电率测试仪可以测量材料的电导率，反映材料的成分、硬度、显微组织差异（例如晶粒大小）以及热处理状况（例如是否经过热处理以及热处理的质量）等，还可以用来进行材料分选（检查混料）、鉴别过热过烧等等。
进行涡流检测的工件表面光洁度不应低于6。铝、镁合金锻件的表面状态一般都比较好，可以考虑利用涡流导电率测试代替常规的分光和硬度检查（这两种检查方法对工件表面都有局部损伤）。涡流检测的速度快（据我们的测试结果，检测速度约为常规硬度检查速度的5~10倍，因为一次测试就代替了硬度与分光，因而还省去了分光检查的时间），加上是100%检查，因此有利于保证产品材料和热处理质量的均一性。
当然，涡流导电率的测量毕竟是一种间接的测量方法，因此对仪器指示值与工件的结构特征之间的对应关系必须加以仔细研究，需要积累大量的实验数据，才能对不同材料、不同状态的锻件得到正确对应的电导率值。从我们目前积累的实验数据来看，例如LD5的铝合金锻件，其硬度为64~80HRc时的对应电导率在21.1~24之间，显著不同于其他牌号的铝合金锻件。
四.磁粉检测
这是利用被磁化工件上有缺陷（表面及近表面缺陷）处会有漏磁场产生，能吸引磁粉集聚形成磁痕，从而显示出缺陷的原理。适用于检查铁磁性材料的表面及近表面缺陷。它要求工件的表面光洁度不应低于6，这对锻造厂生产的钢锻件显然是不适合的，因此，磁粉检测在锻造厂主要是用于原材料（棒材）的塔形检验（检查发纹），还可用于机械动力设备部件（例如螺栓、轴等）的表面和近表面缺陷检查，根据我们的实践经验，也还是可以用于一些钢锻件（例如汽车连杆、万向节等）的检查。
除了上述四种无损检测方法在锻造专业化厂应该是必须的无损检测手段以外，还应该配备X射线照相检测设备以供锻件故障分析检查（例如钛合金锻件中的高密度夹杂物的检验验证）。
各种无损检测方法都有其长处和短处，在对缺陷进行分析时，可以利用不同的无损检测方法进行综合分析与判断。因此，就锻造专业化厂而言，如果能配备上述俗称工业五大常规的无损检测手段，就基本上可以满足生产中遇到的各种无损检测问题的需要，成为保证锻件质量的有力措施。
下面将谈谈对无损检测人员的要求及组织工作方面的意见。
无损检测技术是一门综合性的工程学科，它要求从事无损检测的人员不仅要熟悉各种无损检测技术的原理、方法和特点，要通过大量的实践积累丰富的经验，而且应当具备多方面学科的知识。就锻造专业化厂的范围而言，除了数理化基础外，还应该对金属材料、热加工工艺（冶炼、铸造、锻造、热处理）有足够的了解，此外还有诸如焊接、机械加工等也都是无损检测人员应该了解和掌握的内容。只有这样，才能胜任处理生产中遇到的各种各样的问题。
无损检测技术是一门复杂的技术，其检查结果主要依赖于从事无损检测的人员的技术水平，其责任是相当重大的。因此，世界上许多*国家已经对无损检测人员实行三级技术资格等级鉴定考核制度，除有资历、经验和身体方面的要求外，还必须定期进行理论与实际操作考核，以求保证无损检测人员的质量。我国也已开始实行这种制度，为保证无损检测技术的发展和无损检测人员的质量提供了有力的保证。然而，这也说明对无损检测人员的培养是一项艰巨的任务，必须予以充分的重视。
从发展的观点来看，无损检测技术在世界上还是从第二次世界大战以后才发展起来的新兴的年轻学科，我国的无损检测技术真正开始发展也是六十年代以后的事情，在科研与生产上还存在许多空白与薄弱环节。但是这门技术的发展速度是相当惊人的，作为无损检测人员也必须努力钻研、实践，还需要大量收集、了解和掌握国内外的发展动态、新技术、新方法、新标准等等才能不断充实提高实际技术水平和工作能力。
对于无损检测工作的组织，国内许多厂都经历了分散-集中的过程，就目前所了解的国外与国内许多单位的经验来看，由于无损检测技术的特殊性，其机构不宜分散，还是以集中管理为好，这样有利于技术业务和无损检测人员的管理，同时有利于率地利用无损检测设备。
就工厂而言，应当建立集中的无损检测机构，负责全厂所有的无损检测任务，这对于促使无损检测人员技术水平全面发展和提高也是很有好处的。在此机构中，还应该有一部分技术人员把工作重点放在科研和生产中的技术管理（例如编制无损检测的工艺技术文件、新产品研制中的无损检测试验方案、产品故障分析、解决生产中遇到的各种问题等等），以及无损检测设备的测试校核、维修等。但是有一点是很重要的，即这些技术人员决不能脱离生产*线，他们的工作应该与生产实践紧密结合，否则是难以真正迅速地提高技术业务水平的。此外，除了上述生产所需的五大常规无损检测手段以外，还应该配备一些违法占无损检测技术所必需的科研仪器和设备。
结束语
随着我国航空工业的飞速发展，对航空材料，特别是锻件的质量要求越来越高，新的、价格昂贵的材料也在不断出现，新的加工工艺方法也在不断涌现，在这种情况下，利用无损检测技术保证航空锻件的质量，也是保证生产计划的顺利完成，将在提高经济效益方面发挥重要的作用。但是，要使无损检测工作能够顺利进行，发挥其应有的效能，除了要针对具体的产品对象采用正确的无损检测方法，要保证满足各种必要的条件（例如无损检测设备、材料、无损检测人员的技术水平以及无损检测工作的管理等等）之外，很重要的一个方面是取决于有关*与部门的重视与支持。如果无损检测技术能被充分正确地认识和理解，受到应有的重视和支持，再加上广大无损检测人员的自觉努力，可以相信，它必将能在保证航空锻件质量方面发挥*的作用。