超聲波無損檢測技術在體育器材檢測中的應用

超聲波無損檢測技術在體育器材檢測中的應用

文/張明浩 王 蘇 劉 進

由于體育器材損壞造成鍛煉者身體受到傷害的事件時有發生，對于固定式健身器材，可以運用超聲波無損檢測技術進行探傷，對于不同的健身器材，應該采用不同的對比試塊、不同的探頭等等，總之，超聲波無損檢測技術在體育器材檢測中的應用值得我們去探討和研究。

目前，我國的許多體育器材，尤其是室外健身器材，由于使用環境惡劣、使用人員多樣、使用時間較長、維護保養不當等，容易出現器材損壞，從而造成鍛煉者身體受傷受到傷害。2011年4月11日，安徽某男子在單杠上鍛煉時，因單杠斷裂摔傷致死。2012年9月19日，海南某小學操場的籃球架突然倒塌，一名六年級學生被砸中頭部，當場身亡。2013年5月12日，南京某小區的健身器材連根斷裂，一位6歲的女童頭部被砸成重傷，面臨開顱手術。如果不深究其原因，找到解決的辦法，類似的事故還會不斷發生。

對于活動式健身器材，一般是通過沖擊試驗和疲勞試驗來檢測其安全性。而對于固定式健身器材，通常是通過檢測靜負荷、穩定性來保證其安全性。但是，靜負荷和穩定性只是在1-2分鐘內施加一定的力，卸載后構件不應出現斷裂、開焊、傾斜、較明顯的永久變形等。但是，對于單杠、雙杠、平梯、肋木等健身器材，其在使用過程中受到不斷的沖擊力，并非是靜載荷。如果構件本身存在裂紋等缺陷，或者焊接部位存在缺陷，經過長時間不斷的沖擊，器材就可能出現斷裂、開焊等，對運動者造成嚴重傷害。

如何在不破壞構件的前提下，保證構件本身的質量和焊接的質量，這就需要用到無損檢測技術。無損檢測，就是利用聲、光、磁、電等特性，在不損害或不影響被檢測對象使用性能的前提下，檢測被檢對象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質和數量等信息，進而判定被檢測對象所處技術狀態的所有技術手段的總稱。在各種無損檢測方法中，超聲波無損檢測具有靈敏度高、周期短、成本低、靈活方便、效率高、對人體無害等優點，故應用廣泛。

超聲波無損檢測，就是通過超聲波與試件相互作用，就反射、透射和散射的波進行研究，對試件進行缺陷檢測、幾何特性測量、組織結構和力學性能變化的檢測和表征，并進而對其特定應用性進行評價的技術。目前體育器材的各種標準中，還沒有運用超聲波無損檢測技術進行檢測的規定。如果在體育器材的檢測中采用超聲波無損檢測技術，可以在很大程度上保證所用構件和焊接等內部質量，從而給器材的安全性多了一層保險。

圖1 超聲波探傷儀

超聲波無損檢測中用到了直探頭和斜探頭。直探頭又稱縱波探頭，用于發射和接收縱波，主要用于探測與探測面平行的缺陷。斜探頭分為縱波斜探頭、橫波斜探頭、表面波斜探頭。對于鍛件、鑄件等，一般采用直探頭進行檢測，對于管件、焊縫，一般采用斜探頭進行檢測。

圖2 超聲波探傷儀進行內部缺陷檢測

在體育器材檢測中，對于單杠、雙桿、肋木等器材的橫杠，多是小口徑管材（外徑小于100mm），其主要缺陷為縱向缺陷，檢測時采用橫波斜探頭使聲束在管壁內沿圓周方向傳播，也可檢測橫向缺陷，檢測時采用橫波斜探頭使聲束在管壁內沿管軸方向傳播。為了缺陷的準確定量和定位，離不開對比試樣，對比試樣上的人工缺陷是評定自然缺陷當量的依據。制作對比試樣用鋼管與被檢驗鋼管應具有相同的公稱尺寸并具有相近的化學成分、表面狀態、熱處理狀態和聲學性能。小口徑管材探傷時，根據實際情況，可采用接觸法探傷和水浸法探傷。

對于體育器材的焊縫內部缺陷檢測，采用橫波斜探頭。焊縫中的常見缺陷有氣孔、夾渣、未焊透、未熔合等體積狀缺陷和裂紋等面狀缺陷。對于母材厚度不小于8mm的焊縫，才進行超聲波探傷。進行超聲波檢測前，應選擇合適的斜探頭，探頭角度在35°－70°之間。試塊應選擇CSK-IA和RB-2試塊，即采用基于直徑3mm的橫孔技術。根據規定的焊縫驗收等級，進行評定和驗收。回波幅度超過評定等級的缺欠需要測量其顯示長度。－如果單位焊縫長度內存在單個或多個間斷的缺欠，則要記錄缺欠的累計長度。最后按照驗收等級進行驗收。

體育器材的檢驗有一定的特殊性，不能完全按照機械類產品的規定進行超聲波無損檢測。如果全部進行超聲波無損檢測，就會耗費大量的人力和物力，安全性上當然可以保證，但是不經濟。應該在保證安全性基礎上，探討其經濟性。例如，在一些重要場合使用的器材要全部進行超聲波檢測，在一般場合使用的器材應抽樣進行超聲波檢測，器材制造單位在進貨時抽樣進行超聲波檢測等等?？傊贸暡ㄟM行體育器材的無損檢測，能在一定程度上保證器材的質量和安全性，值得我們去探討和研究。（作者單位：河北省產品質量監督檢驗院、國家體育用品質量監督檢驗中心）