緊固件制造過程中的無損檢測

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(航天精工股份有限公司，天津 300300)

緊固件被廣泛應用于汽車、航空航天、建筑、船舶、醫藥衛生等領域，在人們的生產生活中有著十分重要的地位和作用。隨著時代的發展，對緊固件的質量要求也不斷提高，越來越多的航空航天標準直接將無損檢測作為緊固件生產制造的必要工序。緊固件缺陷主要分為原材料中的缺陷和生產制造過程中產生的缺陷。原材料(主要是棒材、線材和管材)中存在的缺陷有折疊、分層、裂紋和非金屬夾雜物等，采用無損檢測的方法可以剔除不合格的原材料。生產制造過程中，鐓制(冷鐓、熱鐓、沖壓等)加工可能導致拉痕、裂紋、折疊等缺陷，磨削加工可能導致磨削裂紋，滾壓螺紋可能導致折疊，熱處理過程可能導致淬火裂紋。而采用無損檢測方法可以盡早發現緊固件制品中的不合格品、降低成本、改進生產制造工藝、提高產品的可靠性。

1 緊固件常用的無損檢測方法

1.1 磁粉檢測的特點及應用范圍

由GJB 2028A-2007 《磁粉檢測》 標準可知，磁粉檢測可發現表面及近表面缺陷(如裂紋、夾雜、發紋、折疊、氣孔、疏松等)，能直觀顯示缺陷的形狀、位置和大小，并可大致判斷缺陷的性質，具有很高的檢測靈敏度，可檢測的缺陷最小寬度為1 μm左右。只要采取合適的磁化方法，幾乎可以檢測到緊固件表面的各個部位，不僅檢測速度快，而且操作方便、費用低廉，特別適用于檢測鐵磁性材料緊固件的各種表面及近表面的縱向缺陷。

MT的主要局限是只能檢測鐵磁性金屬材料的緊固件，不能檢測奧氏體不銹鋼、鋁、銅、鎂、鈦等非磁性材料的緊固件。磁粉檢測時的靈敏度和磁化方向有很大關系，如果缺陷方向與磁化方向平行，或與緊固件表面夾角小于20°，缺陷就很難顯現，表面淺的劃傷、埋藏較深的孔洞也不容易檢查出來。另外，如果緊固件表面有覆蓋層，如漆層等，將會對檢測靈敏度產生不良影響，覆蓋層越厚這種影響越大；如果緊固件表面經過噴丸加工，也會對檢測靈敏度產生不良影響。

1.2 滲透檢測的特點及應用范圍

由GJB 2367A-2005 《滲透檢測》 標準可知，滲透檢測可檢測各種非疏孔性材料的表面開口缺陷，檢測結果不受緊固件的形狀、大小、組織結構、化學成分和缺陷方位的影響，缺陷顯示直觀，檢測靈敏度高(可檢寬0.5 μm、深10 μm、長1 mm左右缺陷)，一次可檢查出各種方向的缺陷；由于滲透檢測速度快，大批緊固件可以同時進行批量檢驗，從而實現100%檢驗；適用于檢測緊固件的各種表面開口缺陷。

滲透檢測的主要局限是只能檢測出緊固件表面開口的缺陷，不適用于檢測多孔性或疏松材料制成的零件和表面粗糙的緊固件；且只能檢出缺陷的表面分布，難以確定缺陷的實際深度，因而很難對缺陷做出定量評價；檢測結果受操作者的影響也較大。緊固件表面淺而寬的缺陷容易被漏檢,且在檢測的過程中，碳鋼、合金鋼易產生銹蝕。

1.3 渦流檢測的特點及應用范圍

渦流檢測的主要優點是檢測速度快，線圈與緊固件不直接接觸，無需耦合劑，對表面無污染和損傷，易于實現現代化的自動檢測；特別適合對管、棒材的檢測，一般每分鐘可檢測幾十米。

在緊固件的生廠制造過程中，渦流檢測主要用于原材料表面及近表面質量的復驗。除了對原材料的表面及近表面缺陷進行檢測外，還可以用于不同材料的分選(混料的識別)。

渦流檢測的主要限制是只能用于導電材料，且對形狀復雜的緊固件難以實施檢查。由于存在趨膚效應，渦流檢測只能檢查薄緊固件或厚緊固件的表面、近表面部位；檢測結果不直觀，難以判斷缺陷的形狀、大小及具體位置；檢測結果的正確性取決于檢測人員的水平。

采用外穿過式線圈檢測時，線圈覆蓋的是棒材、管材上一段長度的圓周，獲得的信息是整個圓環上影響因素的累計結果，對缺陷處圓周的具體位置無法判斷。

1.4 超聲檢測的特點及應用范圍

超聲檢測主要應用于板材、棒材、管材、鍛件、焊接件及鑄件的缺陷檢測中，適于檢測具有一定尺寸的面狀缺陷，如分層、裂紋、未熔合、示焊透等。當缺陷的延伸面垂直于超聲波束時，最利于超聲檢測的進行。

超聲檢測適用于大厚度工件的檢測，可以檢測出緊固件原材料的內部裂紋、分層、空心等缺陷。檢測時需要采用適當的耦合方式，才能將超聲施加到緊固件中并接收緊固件的超聲信號，因此超聲檢測要求緊固件的表面粗糙度應限制在一定的范圍。

常規超聲檢測通過獲取的波形來判斷缺陷，但只能給出缺陷的當量尺寸，難以判斷缺陷性質，不適用于緊固件成品的檢測。

2 無損檢測時機的確定

緊固件生產制造的工序為：原材料→ 鐓制(冷鐓、熱鐓、沖壓等)→切削加工(車削、磨削、銑削等)→螺紋成型(滾壓、車削、攻絲等)→熱處理→表面處理→成品。根據緊固件的生產制造過程和工作經驗，一般選擇在原材料使用前和表面處理之前設置無損檢測工序。

2.1 原材料的無損檢測

緊固件的原材料主要是棒材、線材和管材，由鋼錠經過軋制和拉拔等工序加工成型，在原材料上易出現折疊、分層、裂紋和非金屬夾雜物等缺陷，原材料質量會直接影響到緊固件的生產制造過程。一般在原材料使用之前進行無損檢測，以剔除不合格的原材料。

2.2 生產制造過程中的無損檢測

在緊固件生產制造過程中，受原材料、設備、人員和工藝參數等因素的影響，不可避免地會產生某些缺陷。

由于材料塑性、變形、模具結構、潤滑狀態等因素的影響，鐓制(冷鐓、熱鐓、沖壓等)工序經常會出現表面折疊、拉痕和裂紋等缺陷；由于磨削速度、冷卻潤滑、砂輪材料等因素的影響，磨削加工工序產生的熱量可能不能及時散出，從而導致磨削燒傷和磨削裂紋缺陷。由于原材料缺陷、緊固件形狀不規則、冷卻速度過快、淬火后未及時回火、轉移速度等因素的影響，熱處理工序經常出現裂紋。

生產制造過程中的無損檢測應安排在可能引起缺陷或暴露缺陷的工序之后進行，所以在緊固件的生產制造過程中，無損檢測應安排在鐓制、切削加工和熱處理等可能產生缺陷的工序之后，在涂層、鍍層、陽極化、發藍、磷化等其他表面處理之前進行。如果鍍層可能會產生缺陷(如電鍍裂紋)，則應在電鍍工藝前后都進行無損檢測，以便明確缺陷產生的環節。

3 無損檢測方法的選擇

3.1 原材料的無損檢測

緊固件原材料的無損檢測主要為超聲檢測和渦流檢測，其中緊固件制造商一般使用渦流檢測原材料缺陷，原材料制造商主要使用超聲檢測。

緊固件原材料的直徑較小，受原材料制造工藝的限制，缺陷位置主要集中在表面和近表面，缺陷類型主要為折疊、分層、裂紋和非金屬夾雜物等。

渦流檢測可以發現表面及近表面缺陷，具有檢測速度快、線圈與試件不直接接觸、無需耦合劑、對表面無污染和損傷、易于實現現代化自動檢測的優點。因此，緊固件制造商一般使用渦流檢測原材料缺陷。

超聲檢測適用于緊固件原材料內部裂紋、分層、空心等面狀缺陷的檢測，主要由原材料制造商使用。

3.2 生產制造過程中的無損檢測方法

緊固件的尺寸較小，缺陷主要集中在表面及近表面。在五大常規無損檢測方法中，滲透檢測、磁粉檢測和渦流檢測主要檢測表面及近表面缺陷。由于渦流檢測不適用于形狀復雜的試件，檢測結果尚不直觀，難以判斷缺陷形狀、大小及其具體位置，因此緊固件的無損檢測一般選擇磁粉檢測和滲透檢測。

根據材料類別，緊固件分為鐵磁性材料緊固件和非鐵磁性材料緊固件。鐵磁性材料緊固件選擇磁粉檢測，非鐵磁性材料選擇滲透檢測。

在緊固件磁粉檢測的過程中，為了發現各種大小不同的表面和近表面缺陷，應優先選用熒光磁粉檢驗。因為熒光磁粉檢測的靈敏度比非熒光磁粉檢測的高得多，檢測速度也快。對于螺旋、螺樁、銷軸類長徑比較大的緊固件，縱向缺陷應采用直接通電法，周向缺陷應采用線圈縱向磁化法。對于螺母、襯套、管接頭、環形件、軸承圈等中空的緊固件，應采用中心導體法，由于中心導體法采用感應磁化，可以發現緊固件內、外表面的軸向缺陷及兩端面的徑向缺陷。

在緊固件的滲透檢測過程中，根據缺陷的類型、位置及被檢緊固件的尺寸、形狀，應優先選用親水后乳化型熒光滲透液結合干粉顯像劑的檢測技術，或水洗型熒光滲透液結合干粉顯像劑的檢測技術。根據不同靈敏度等級的要求，選用不同靈敏度等級的熒光滲透液。水洗型滲透檢測成本較低，檢測速度較快，但是檢測靈敏度較低，寬而淺的缺陷容易漏檢；后乳化型滲透檢測具有較高的靈敏度，能檢測寬而淺的缺陷，但成本較高。

4 結語

(1) 無損檢測技術應用在緊固件的生產制造中，可以盡早發現不合格品、降低成本、改進生產制造工藝、提高產品質量的可靠性。

(2) 根據緊固件生產制造過程和缺陷形成機理，一般選擇在原材料使用前和表面處理前分別設置無損檢測工序。

(3) 根據缺陷類型、緊固件特點和無損檢測方法的適用性，在保證靈敏度的前提下，應靈活選擇經濟、高效的無損檢測方法。