工業(yè)CT在發(fā)動機(jī)檢測領(lǐng)域的應(yīng)用
日期：2024-09-20 09:23
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摘要：
發(fā)動機(jī)是工業(yè)領(lǐng)域的掌上明珠。對發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)，制造，檢測是一個**工業(yè)實(shí)力的整體體現(xiàn)。發(fā)動機(jī)缸體是發(fā)動機(jī)的核心部件之一，在長期的服役過程中，發(fā)動機(jī)缸體受到熱、力及突然沖擊等外力作用，會出現(xiàn)不同程度的磨損、破損或裂紋等缺陷，從而導(dǎo)致失效。采用無損檢測技術(shù)對發(fā)動機(jī)缸體進(jìn)行檢測，是發(fā)動機(jī)再制造的基礎(chǔ)和前提。無損檢測診斷技術(shù)是在不損傷被檢測對象的條件下，利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)異?；蛉毕荽嬖谒鸬膶?、聲、光、電、磁等反應(yīng)的變化來探測各種工程材料、零部件、結(jié)構(gòu)件等內(nèi)部和表面缺陷的技術(shù)方法。無損檢測技術(shù)已歷經(jīng)一個世紀(jì)，其重要性在全世界已得到公認(rèn)。目前較為成熟的檢測方法主要有以下幾種:射線檢測法、滲透探傷、渦流檢測法、超聲檢測法、磁粉檢測法等。
滲透探傷是應(yīng)用于金屬或非金屬材料表面探傷方法，其成本低，易操作，但這種方法只能檢測表面開口裂紋，且無法判斷缺陷大小。
渦流缺陷檢測利用交變磁場作用下不同材料產(chǎn)生不同振幅和相位的渦流來檢測零件的裂紋和破損，適應(yīng)各種導(dǎo)電材料。但這種方法只適合于導(dǎo)電材料，而且常用于檢測管材等簡單形狀零件。
超聲探傷適應(yīng)于各種金屬材料，不僅能探測零件近表面和內(nèi)部缺陷，而且能確定探傷位置，適應(yīng)面廣。但是使用超聲波探傷過程中探頭必須與工件表面接觸，因而工件表面必須光潔。對于復(fù)雜的零件，檢測難度大。
磁粉探傷通過在零件內(nèi)部或表面裂紋處產(chǎn)生漏磁場，可確定缺陷的性質(zhì)。磁粉檢測只適合鐵磁材料，而且只能檢測零件的表面缺陷。另外，磁粉探傷過程中必須使用磁化設(shè)備，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后需要退磁，實(shí)驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)難度大。但是磁記憶無損檢測只適合于鐵磁材料的早期診斷，難以檢測已經(jīng)開口的裂紋和破損，而且磁記憶研究時間短，技術(shù)不成熟，實(shí)驗(yàn)難度大。
工業(yè)CT技術(shù)是工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描成像(Industry Computed Tomography)技術(shù)的簡稱，在1917年由J.Random提出，但直到1970年代中后期才開始大量應(yīng)用于無損檢測。近年來，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步及探測器技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)CT的性能逐年提高。工業(yè)CT無損檢測由于其適應(yīng)材料廣、可檢測復(fù)雜零件、可確定缺陷位置和大小、檢測精度高，目前已作為一種實(shí)用化的無損檢測手段，廣泛應(yīng)用于航空航天、核能、**等多種領(lǐng)域，也用于產(chǎn)品仿制、產(chǎn)品內(nèi)全封閉或半封閉內(nèi)腔的無損檢測等方面。工業(yè)CT的主要缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴、實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高，因此限制了其應(yīng)用廣泛性。
發(fā)動機(jī)缸體是發(fā)動機(jī)的外殼，大部分是鋁合金材料制成的，其尺寸較大，壁厚不均，結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜。退役的發(fā)動機(jī)缸體在表面和內(nèi)部都會存在不同程度的破損、磨損或裂紋等缺陷。為了**判斷發(fā)動機(jī)的失效情況，本文采用工業(yè)CT斷層掃描成像技術(shù)對發(fā)動機(jī)進(jìn)行檢測，并使用切片軟件觀察CT斷層掃描圖片，判斷缺陷的位置和大小，為后續(xù)的再制造提供依據(jù)。
工業(yè)CT方案對發(fā)動機(jī)的觀察、結(jié)果與分析有以下一些應(yīng)用。
1、發(fā)動機(jī)缸體三維結(jié)構(gòu)及表面缺陷
X射線掃描以后，設(shè)備自帶的數(shù)字成像系統(tǒng)得到發(fā)動機(jī)缸體的三維掃描圖，通過縮放、旋轉(zhuǎn)和移動等功能可以看到缸體的三維結(jié)構(gòu)。通過觀察，可以詳細(xì)觀察缸體的內(nèi)外結(jié)構(gòu)，結(jié)合標(biāo)尺，還可確定其大小。通過仔細(xì)調(diào)整掃描圖像的清晰度、分辨率，可以觀察到缸體表面的破損、裂紋等缺陷。
2、切片觀察缸體內(nèi)部缺陷
2.1內(nèi)部縮孔縮松
通過逐層切片方式可以觀察發(fā)動機(jī)缸體內(nèi)部各個位置的縮孔、裂紋、鑄造瑕疵等缺陷。切片可以沿X軸、Y軸和Z軸方向，還可以傾斜任何角度進(jìn)行切片觀察，因而觀察內(nèi)部缺陷沒有任何死角。首先通過仔細(xì)調(diào)整掃描圖像的清晰度、分辨率，可清晰觀察到缸體內(nèi)部的疏松縮孔等現(xiàn)象。
通過圖片可看出，發(fā)動機(jī)缸體內(nèi)部有很多疏松縮孔現(xiàn)象，而且縮孔多出現(xiàn)在缸體壁較厚的地方和截面變化之處，這是因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)用的發(fā)動機(jī)缸體是鋁合金材料，缸體為鑄造完成。在鑄造過程中，因?yàn)楸诤裉幚鋮s速度慢，冷卻不均勻，內(nèi)部金屬得不到即時補(bǔ)充，因而會出現(xiàn)很多縮孔。這些疏松縮孔是在缸體毛坯制造過程中形成的，在發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下不會對整體的**性能造成威脅，但是如果發(fā)動機(jī)在超負(fù)荷或過于顛簸的路程中行駛的話，這些部位將會成為發(fā)動機(jī)破損的危險位置，加速缸體的失效。
2.2內(nèi)部破損和裂紋
通過不同方向切片觀察，能夠發(fā)現(xiàn)缸體內(nèi)部存在多處破損和裂紋現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)所用的是退役的發(fā)動機(jī)缸體，缸體在服役過程中受到外力作用導(dǎo)致破損和裂紋，這些破損和裂紋是導(dǎo)致缸體失效的主要原因。另外，通過切片觀察能夠確定破損或裂紋的位置、形狀和大小，觀察**，沒有死角。
通過切片觀察掃描圖片可以看出，CT斷層掃描成像方法可以清晰、準(zhǔn)確的檢測發(fā)動機(jī)缸體表面及內(nèi)部各種缺陷的形狀、大小和位置，檢測精度高，檢測**，沒有死角。CT無損檢測適合各種金屬和非金屬材料，適應(yīng)面廣。另外，CT斷層掃描得到缸體的三維圖像，通過切片可以不同方向分層觀察缸體內(nèi)部情況，因此這種檢測不受零件結(jié)構(gòu)的影響，可以檢測發(fā)動機(jī)缸體、油路板等結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件。通過觀察，找到缸體的失效情況，為發(fā)動機(jī)的再制造提供了有力的基礎(chǔ)和依據(jù)，不僅可以用于評價缸體的可制造性，還可以指導(dǎo)缸體選擇合適的再制造方法。
3、數(shù)模對比
發(fā)動機(jī)制造完成后，一般都需要將樣品和模型進(jìn)行對比，這個過程一般都是通過工業(yè)CT及分析軟件（VGstudioMAX）可以將CT數(shù)據(jù)與CAD數(shù)模或者CT數(shù)據(jù)進(jìn)行*佳擬合，以直觀的顏色編碼對分析的結(jié)果進(jìn)行可視化，不僅可以得到工件整體的偏差，還能得到感興趣區(qū)域的具體偏差值。并且可用各種參數(shù)規(guī)定公差，例如偏差（*大、*小、累積偏差），對于物體型面復(fù)雜、內(nèi)腔結(jié)構(gòu)限制或者材料原因出現(xiàn)無法提取到內(nèi)部數(shù)據(jù)信息的光學(xué)掃描方法，CT檢測的優(yōu)勢在于可以對內(nèi)外部所有結(jié)構(gòu)的進(jìn)行比對，且不太受材料吸光性等原因的影響。
4、壁厚分析
發(fā)動機(jī)腔體復(fù)雜，可以直接在CT數(shù)據(jù)上自動定位面積不足或壁厚過厚及間隙過大的位置，直接在CT數(shù)據(jù)對試件進(jìn)行測量，尤其是密閉空間內(nèi)尺寸，傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測量方法根本無法實(shí)現(xiàn)。主要用于非破壞性試驗(yàn)，可快速并**地測量復(fù)雜零件壁厚的微小變化。
5、尺寸測量
發(fā)動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸眾多，對測量精度要求很高。產(chǎn)品的實(shí)際尺寸往往不可或缺，但因物體型面復(fù)雜或客觀物理?xiàng)l件限制等原因會出現(xiàn)無法獲取的情況，CT技術(shù)能很好地應(yīng)對此類問題。
區(qū)別于傳統(tǒng)的三坐標(biāo)檢測、影像儀等測量方法，工業(yè)CT尺寸測量優(yōu)勢在于產(chǎn)品的內(nèi)部尺寸檢測。它可以在不破壞樣品的前提下，對于工件的所有尺寸進(jìn)行**的測量，精度高、速度快。
所以，選用工業(yè)CT對發(fā)動機(jī)進(jìn)行無損檢測，通過對CT掃描結(jié)構(gòu)進(jìn)行切片觀察，可以清晰看到發(fā)動機(jī)的表面及內(nèi)部的縮孔、破損和裂紋等缺陷，并且可以確定缺陷的大小和位置，這些數(shù)據(jù)為后續(xù)的發(fā)動機(jī)缸體再制造提供了有力的依據(jù)。
