軸承零件過燒的相控陣檢測技術(shù)及評定方法

1  軸承零件過燒缺陷的常規(guī)檢測方法

軸承零件過燒缺陷的常規(guī)檢測方法有：無損檢測，如磁粉探傷和常規(guī)超聲波探傷；破壞性檢測，如斷口和金相檢驗(yàn)等。

1.1 磁粉檢測

常用的鐵磁性材料，表面無損檢測多采用磁粉檢測方法。由于過燒缺陷的外形特征多為點(diǎn)狀孔洞，磁粉檢測對此類缺陷不敏感，經(jīng)常會發(fā)生漏檢。

1.2 常規(guī)超聲波檢測

采用常規(guī)超聲波檢測過燒造成的孔洞缺陷時會造成缺陷回波散射，接收到的回波信號很少，缺陷信號很弱，容易被誤認(rèn)為是雜波而被漏判；由于許多過燒缺陷尺寸很小，而常規(guī)超聲波受限于探頭頻率，小于半波長的缺陷檢測不到。

1.3 斷口檢驗(yàn)

斷口檢驗(yàn)是宏觀檢驗(yàn)中常用的方法，是反映產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一。過燒斷口特征表現(xiàn)為無金屬光澤、淺灰色、有棱角，類似碎石塊狀。從斷口圖像看，缺陷的表面不規(guī)整，輕微時可見少數(shù)幾點(diǎn)，嚴(yán)重時可布滿整個斷口。某軸承滾子過燒斷口顯微圖像如圖1所示。

2  超聲相控陣檢測的特點(diǎn)

超聲相控陣是近年來發(fā)展起來的一門新的工業(yè)無損檢測技術(shù)，通過對探頭各陣元的有序激勵可得到靈活的偏轉(zhuǎn)及聚焦聲束,聯(lián)合線性掃查、扇形掃查、動態(tài)聚焦等獨(dú)特的工作方式，使其比常規(guī)超聲檢測具有更快的檢測速度和更高的靈敏度。與常規(guī)超聲波檢測相比，相控陣檢測具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：

3  過燒缺陷的相控陣檢測圖像特征

為探索過燒缺陷的超聲波特征，采用超聲相控陣探傷儀對確定內(nèi)部存在過燒的軸承零件進(jìn)行掃查，探頭采用10 MHz相控陣探頭，采集了多個過燒缺陷超聲波圖像，按照嚴(yán)重程度表現(xiàn)的特征歸納如下：1)密集點(diǎn)狀形態(tài)過燒缺陷(圖3)，程度一般；2)團(tuán)狀形態(tài)過燒缺陷(圖4)，程度較重；3)條塊狀形態(tài)過燒缺陷(圖5)，程度嚴(yán)重。

對圖3—圖5的點(diǎn)狀、團(tuán)狀、條塊狀的部位進(jìn)一步做金相檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)都具有過燒缺陷的顯微組織特征，但相控陣檢測比金相法方便、快捷，檢測效率高，且為非破壞性檢測，更能適應(yīng)生產(chǎn)。

從超聲相控陣圖像上看，過燒缺陷多為較小的點(diǎn)狀、團(tuán)狀、條塊狀密集型缺陷，在材料內(nèi)部寬度和深度方向均有分布。過燒缺陷多是密集小缺陷,為發(fā)現(xiàn)缺陷必須采用高頻率探頭，提高檢測的靈敏度。而常規(guī)超聲波探頭頻率一般低于6 MHz，檢測的靈敏度較低，很難發(fā)現(xiàn)此類缺陷，易造成漏檢。

表1  軸承零件密集型內(nèi)部缺陷相控陣圖像特征

Tab.1 Phased array image features of intensive internal de-fects of bearing parts

表2 相控陣探頭與常規(guī)超聲波探頭檢測過燒缺陷的效果比較

Tab.2 Comparison of effects of phased array probe and con-ventional ultrasonic probe for detecting overburning defects

5  軸承內(nèi)部過燒的相控陣檢測評定探討

根據(jù)過燒缺陷的特點(diǎn)及危害，宜從嚴(yán)控制，盡可能發(fā)現(xiàn)小當(dāng)量的缺陷。結(jié)合相控陣儀器、探頭和試塊等綜合檢測能力，并綜合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了過燒缺陷定量方法以及評定標(biāo)準(zhǔn)。

1)過燒缺陷的定性。

對內(nèi)部缺陷特征為密集點(diǎn)狀、團(tuán)狀和條塊狀等密集型缺陷，考慮到軸承使用的安全性，按照過燒缺陷評判，有爭議時，采用金相法進(jìn)行解剖分析定性。

2)過燒缺陷定量方法。

采用對比試塊法，考慮到內(nèi)部過燒缺陷常常體積較小，從單個缺陷定量和密集型缺陷定量兩方面考慮，綜合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，級別定為φ0.5 mm當(dāng)量平底孔。

3)過燒缺陷的評定：若單個缺陷不小于φ0.5 mm當(dāng)量平底孔或密集型缺陷在25 mmx25 mm區(qū)域內(nèi)存在3個小于φ0.5 mm當(dāng)量平底孔的缺陷，均判定為過燒。

（來源：軸承雜志社）