工業(yè)CT在發(fā)動(dòng)機檢測領(lǐng)域的應用
日期：2025-06-04 22:19
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摘要：
發(fā)動(dòng)機是工業(yè)領(lǐng)域的掌上明珠。對發(fā)動(dòng)機的設計，制造，檢測是一個(gè)**工業(yè)實(shí)力的整體體現。發(fā)動(dòng)機缸體是發(fā)動(dòng)機的核心部件之一，在長(cháng)期的服役過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機缸體受到熱、力及突然沖擊等外力作用，會(huì )出現不同程度的磨損、破損或裂紋等缺陷，從而導致失效。采用無(wú)損檢測技術(shù)對發(fā)動(dòng)機缸體進(jìn)行檢測，是發(fā)動(dòng)機再制造的基礎和前提。無(wú)損檢測診斷技術(shù)是在不損傷被檢測對象的條件下，利用材料內部結構異?；蛉毕荽嬖谒鸬膶?、聲、光、電、磁等反應的變化來(lái)探測各種工程材料、零部件、結構件等內部和表面缺陷的技術(shù)方法。無(wú)損檢測技術(shù)已歷經(jīng)一個(gè)世紀，其重要性在全世界已得到公認。目前較為成熟的檢測方法主要有以下幾種:射線(xiàn)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(kāi)口裂紋，且無(wú)法判斷缺陷大小。
渦流缺陷檢測利用交變磁場(chǎng)作用下不同材料產(chǎn)生不同振幅和相位的渦流來(lái)檢測零件的裂紋和破損，適應各種導電材料。但這種方法只適合于導電材料，而且常用于檢測管材等簡(jiǎn)單形狀零件。
超聲探傷適應于各種金屬材料，不僅能探測零件近表面和內部缺陷，而且能確定探傷位置，適應面廣。但是使用超聲波探傷過(guò)程中探頭必須與工件表面接觸，因而工件表面必須光潔。對于復雜的零件，檢測難度大。
磁粉探傷通過(guò)在零件內部或表面裂紋處產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，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(guò)程中必須使用磁化設備，實(shí)驗結束后需要退磁，實(shí)驗設備復雜，實(shí)驗難度大。但是磁記憶無(wú)損檢測只適合于鐵磁材料的早期診斷，難以檢測已經(jīng)開(kāi)口的裂紋和破損，而且磁記憶研究時(shí)間短，技術(shù)不成熟，實(shí)驗難度大。
工業(yè)CT技術(shù)是工業(yè)計算機斷層掃描成像(Industry Computed Tomography)技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，在1917年由J.Random提出，但直到1970年代中后期才開(kāi)始大量應用于無(wú)損檢測。近年來(lái)，隨著(zhù)計算機科學(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(wú)損檢測由于其適應材料廣、可檢測復雜零件、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(wú)損檢測手段，廣泛應用于航空航天、核能、**等多種領(lǐng)域，也用于產(chǎn)品仿制、產(chǎn)品內全封閉或半封閉內腔的無(wú)損檢測等方面。工業(yè)CT的主要缺點(diǎn)是實(shí)驗設備昂貴、實(shí)驗費用高，因此限制了其應用廣泛性。
發(fā)動(dòng)機缸體是發(fā)動(dòng)機的外殼，大部分是鋁合金材料制成的，其尺寸較大，壁厚不均，結構極其復雜。退役的發(fā)動(dòng)機缸體在表面和內部都會(huì )存在不同程度的破損、磨損或裂紋等缺陷。為了**判斷發(fā)動(dòng)機的失效情況，本文采用工業(yè)CT斷層掃描成像技術(shù)對發(fā)動(dòng)機進(jìn)行檢測，并使用切片軟件觀(guān)察CT斷層掃描圖片，判斷缺陷的位置和大小，為后續的再制造提供依據。
工業(yè)CT方案對發(fā)動(dòng)機的觀(guān)察、結果與分析有以下一些應用。
1、發(fā)動(dòng)機缸體三維結構及表面缺陷
X射線(xiàn)掃描以后，設備自帶的數字成像系統得到發(fā)動(dòng)機缸體的三維掃描圖，通過(guò)縮放、旋轉和移動(dòng)等功能可以看到缸體的三維結構。通過(guò)觀(guān)察，可以詳細觀(guān)察缸體的內外結構，結合標尺，還可確定其大小。通過(guò)仔細調整掃描圖像的清晰度、分辨率，可以觀(guān)察到缸體表面的破損、裂紋等缺陷。
2、切片觀(guān)察缸體內部缺陷
2.1內部縮孔縮松
通過(guò)逐層切片方式可以觀(guān)察發(fā)動(dòng)機缸體內部各個(gè)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?xún)A斜任何角度進(jìn)行切片觀(guān)察，因而觀(guān)察內部缺陷沒(méi)有任何死角。首先通過(guò)仔細調整掃描圖像的清晰度、分辨率，可清晰觀(guān)察到缸體內部的疏松縮孔等現象。
通過(guò)圖片可看出，發(fā)動(dòng)機缸體內部有很多疏松縮孔現象，而且縮孔多出現在缸體壁較厚的地方和截面變化之處，這是因為本實(shí)驗用的發(fā)動(dòng)機缸體是鋁合金材料，缸體為鑄造完成。在鑄造過(guò)程中，因為壁厚處冷卻速度慢，冷卻不均勻，內部金屬得不到即時(shí)補充，因而會(huì )出現很多縮孔。這些疏松縮孔是在缸體毛坯制造過(guò)程中形成的，在發(fā)動(dòng)機正常運轉的情況下不會(huì )對整體的**性能造成威脅，但是如果發(fā)動(dòng)機在超負荷或過(guò)于顛簸的路程中行駛的話(huà)，這些部位將會(huì )成為發(fā)動(dòng)機破損的危險位置，加速缸體的失效。
2.2內部破損和裂紋
通過(guò)不同方向切片觀(guān)察，能夠發(fā)現缸體內部存在多處破損和裂紋現象。本實(shí)驗所用的是退役的發(fā)動(dòng)機缸體，缸體在服役過(guò)程中受到外力作用導致破損和裂紋，這些破損和裂紋是導致缸體失效的主要原因。另外，通過(guò)切片觀(guān)察能夠確定破損或裂紋的位置、形狀和大小，觀(guān)察**，沒(méi)有死角。
通過(guò)切片觀(guān)察掃描圖片可以看出，CT斷層掃描成像方法可以清晰、準確的檢測發(fā)動(dòng)機缸體表面及內部各種缺陷的形狀、大小和位置，檢測精度高，檢測**，沒(méi)有死角。CT無(wú)損檢測適合各種金屬和非金屬材料，適應面廣。另外，CT斷層掃描得到缸體的三維圖像，通過(guò)切片可以不同方向分層觀(guān)察缸體內部情況，因此這種檢測不受零件結構的影響，可以檢測發(fā)動(dòng)機缸體、油路板等結構復雜零件。通過(guò)觀(guān)察，找到缸體的失效情況，為發(fā)動(dòng)機的再制造提供了有力的基礎和依據，不僅可以用于評價(jià)缸體的可制造性，還可以指導缸體選擇合適的再制造方法。
3、數模對比
發(fā)動(dòng)機制造完成后，一般都需要將樣品和模型進(jìn)行對比，這個(gè)過(guò)程一般都是通過(guò)工業(yè)CT及分析軟件（VGstudioMAX）可以將CT數據與CAD數?；蛘逤T數據進(jìn)行*佳擬合，以直觀(guān)的顏色編碼對分析的結果進(jìn)行可視化，不僅可以得到工件整體的偏差，還能得到感興趣區域的具體偏差值。并且可用各種參數規定公差，例如偏差（*大、*小、累積偏差），對于物體型面復雜、內腔結構限制或者材料原因出現無(wú)法提取到內部數據信息的光學(xué)掃描方法，CT檢測的優(yōu)勢在于可以對內外部所有結構的進(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(dòng)機腔體復雜，可以直接在CT數據上自動(dòng)定位面積不足或壁厚過(guò)厚及間隙過(guò)大的位置，直接在CT數據對試件進(jìn)行測量，尤其是密閉空間內尺寸，傳統的三坐標測量方法根本無(wú)法實(shí)現。主要用于非破壞性試驗，可快速并**地測量復雜零件壁厚的微小變化。
5、尺寸測量
發(fā)動(dòng)機內部結構復雜，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，但因物體型面復雜或客觀(guān)物理條件限制等原因會(huì )出現無(wú)法獲取的情況，CT技術(shù)能很好地應對此類(lèi)問(wèn)題。
區別于傳統的三坐標檢測、影像儀等測量方法，工業(yè)CT尺寸測量?jì)?yōu)勢在于產(chǎn)品的內部尺寸檢測。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(dòng)機進(jìn)行無(wú)損檢測，通過(guò)對CT掃描結構進(jìn)行切片觀(guān)察，可以清晰看到發(fā)動(dòng)機的表面及內部的縮孔、破損和裂紋等缺陷，并且可以確定缺陷的大小和位置，這些數據為后續的發(fā)動(dòng)機缸體再制造提供了有力的依據。
