無損檢測技術在汽車可靠性檢測中的應用

孫玉祥，白 云，彭 俊，甘長紅

（河南凱瑞車輛檢測認證中心有限公司，河南 焦作 454950）

無損檢測是以不損害被檢驗對象的使用性能為前提，應用多種物理原理現象，對各種工程材料、零部件和結構件進行有效檢驗和測試。本文從射線檢測、中子照相檢測和聲發射檢測3種檢測手段出發，針對性地應用在汽車可靠性檢測中，既能不對汽車造成二次損傷，又能保證對事故評價分析的公正性。消費者使用后的汽車經歷了振動、腐蝕和碰撞等復雜過程后，除本身直接發生故障外，還可能有潛在危險待發現，本文介紹的檢測方法既可以在故障事故后進行分析，也可以用作汽車零部件安全可靠性排查檢驗。

1 射線檢測

射線檢測是由射線源提供掃描成像的能量線束，以穿透試件，根據射線在試件內的衰減情況實現以各點的衰減系統表征的射線圖像重建，射線設備機構如圖1所示。在汽車工業的應用主要用在射線掃描與數值仿真模擬、機械結構件焊接失效分析、精密器件的內部分析、鑄件的厚壁和孔隙分析、動力電池的事故分析等方面。從汽車可靠性的角度出發對車輛進行缺陷檢測，射線檢測在汽車結構件焊接品質和新能源汽車事故分析方面具有突出優勢。

圖1 射線設備結構圖

1.1 結構件焊接品質檢測

焊接品質檢測主要分為平板對接焊縫、管狀工件對接焊縫和角焊縫。

1）平板對接焊縫是汽車工業生產中最為普遍的一種焊縫。透照時將暗盒放在工件的背面，射束中心對準焊縫中心線。為防止散射線的干涉，在焊縫的表面兩側可用牽絆屏蔽。

為了檢查V型和X型坡口焊縫，除中心線透照外，還應再做兩次射束方向沿坡口方向左右兩側進行的透照。用此種方法也容易發現沿斷面方向沿伸的裂縫等缺陷。

2）管狀工件對接焊縫是對于直徑較大的工件，可將輻射源（放射性同位素或棒陽極X射線管、長探臂X射線管等）伸到管道內測中心部位，在管外焊縫表面布置X射線膠片暗盒，可進行局部或360°圓周透視。對于直徑小于200mm的薄壁管對接焊縫，應采用X射線穿透雙壁的透照方法，并使射束中心偏離管焊縫所在平面一定角度（10°～15°），使上下管壁的焊縫在底片上的投影為橢圓。

在雙壁透照雙面成像的情況下，由于管徑曲率和射束發散的影響，往往有透照范圍不會超過焊縫周長的1/3，所以一個環焊縫需透照3張以上的底片，才能在滿足靈敏度的要求下互相覆蓋。

3）角焊縫的形式有對接角焊縫、對接插入式角焊縫、薄板卷邊焊縫、丁字形角焊縫和管道角焊縫等。對于鑄件中的角形工件，射束投射方向多為其角度的平分線。但是在薄板角焊縫情況下，射束的入射角度并不十分重要。為了提高角焊縫探傷的靈敏度和底片的清晰度，必須注意散射線的遮蔽，還應合理選擇焦距、膠片、增感屏和射線硬度。

1.2 新能源汽車動力電池事故檢測

新能源汽車發展的進程中，出現了一些因為動力電池熱失控而導致的事故。動力電池的熱失控可能是由于單體電池銅箔卷繞過程中出現了問題，一般會有極片包覆不良、極片縫隙、極片彎曲和極片缺損等情況出現，這些都是影響動力電池品質的關鍵因素。

對新能源汽車事故的分析需要對關鍵零部件進行檢驗，將射線技術用于對動力電池單體的檢測，能利用設備的技術優勢觀察其內部結構，分析單體極片和銅箔的真實狀況。

2 中子照相檢測對汽車安全氣囊內氣體發生器進行檢驗

中子照相是利用發散角很小的均勻的準直中子束垂直穿透需要檢驗的物體，中子照相設備結構如圖2所示。由于中子不帶電荷，它在穿透物體時，與原子的核外電子層不發生電子庫侖力作用，從而可輕而易舉地穿過電子層，直接集中原子核而發生核反應，如吸收反應或散射反應等。

圖2 中子照相設備結構圖

據國家缺陷信息采集平臺收到的投訴信息了解到汽車發生事故后，由于氣體發生器故障導致人員受到更為嚴重傷害的情況較為集中。將中子照相技術用于對氣體發生器中硝酸銨等化學物質進行檢驗，將準確判斷經過汽車長時間行駛振動后的內部狀況，可以為日常的汽車進行氣囊可靠性分析，也可以為汽車事故的分析提供相關依據。

3 聲發射檢測

聲發射是當物體（試件或產品）受外力或內應力作用時，缺陷處或結構異常部位因應力集中而產生塑性變形，其儲存能量的一部分以彈性應力波的形式釋放出來。而用電子學的方法將發射出來的應力波進行接收，然后再進行處理和分析，以評價缺陷發生、發展的規律和尋找缺陷位置。聲發射檢測設備結構如圖3所示。

3.1 聲發射技術在膠接品質方面的應用

汽車在生產過程中對于復合材料的連接經常會用到膠接的方式，在汽車經過長時間的使用過程中的振動沖擊之后，會對膠接的品質有較大損傷，而聲發射技術恰恰可以發現膠接品質損傷情況。測試研究指出，在低應力下，可根據聲發射信號查知結合不良，并能對結合強度做出合理的推測。結合不良的表現是在低應力下就出現較多雜亂聲發射信號。大量實驗表明，16kHz以上的聲發射預測膠接結構的破壞強度是合適的，此時較容易與試驗夾具的噪聲分離。

圖3 聲發射檢測設備結構圖

3.2 聲發射技術在儲氣壓力容器的檢測

聲發射技術應用于壓力容器的安全檢驗是較為成熟和廣泛的，主要目的在于及時了解容器內部缺陷，以及在加壓情況下，裂紋的生成和發展狀況。現在汽車行業中主要在天然氣儲氣罐和燃料電池儲氫罐兩方面使用得較多。

任何壓力容器在投入使用后，會在不同的溫度、壓力往復和腐蝕性介質下工作，會對壓力容器造成損害。用聲發射技術對使用后的壓力容器品質進行檢驗，能對產品的品質進行分析和把控。定期檢測容器損傷狀態，是保障使用者安全的有效方法。

4 總結

本文將射線檢測應用在結構件焊接品質和新能源汽車動力電池事故分析上，可以對汽車故障本質材料和結構進行解剖，找到問題本質原因。將中子照相檢測應用在陳舊已久的安全氣囊氣體發生器內部結構穩定性檢查上，可以有效把控汽車安全性。將聲發射技術用于檢測長期振動導致膠接品質下降的檢測，將長期使用的儲氣壓力容器通過聲發射技術進行檢測，可以發現氣罐的潛在危險。今后大量的無損檢測技術用于對汽車可靠性進行檢測，將對汽車的安全品質分析提供有力支持。希望為汽車可靠性和汽車事故分析方面的檢測技術發展提供一定幫助。