一種基于微電阻的廢舊發動機氣門無損檢測方法技術

一種基于微電阻的廢舊發動機氣門無損檢測方法屬于再制造無損檢測技術領域。確定新舊氣門阻值大樣本分布區間。在測試舊氣門電阻之前，清洗后對于表面損傷不明顯的氣門，磨除測試部位的氧化層，測氣門電阻，分別建立新舊氣門阻值大樣本數據庫。結合高溫損傷過程氣門阻值變化規律，對比新舊氣門阻值大樣本分布區間，確定舊氣門損傷判定阻值閾值。若組織成分變化劇烈(如21-4N氣門)，則在確定疲勞損傷判別閾值的同時，還要確定高溫損傷判定閾值。本發明專利技術操作簡單、效率高、成本低、且能定量評價，同樣適用于其它材料的廢舊進排氣門無損檢測，以及發動機中推桿、氣門彈簧等承受疲勞載荷或疲勞-高溫耦合作用的大批量、結構簡單小零件的無損檢測。

Nondestructive detection method for waste engine valve based on micro resistance

The utility model relates to a nondestructive testing method for a waste engine valve based on a micro resistance. Determination of large sample distribution interval. Before testing the resistance of the old valve, the valve is not obvious to the surface after cleaning, and the oxide layer of the test part is removed, and the valve resistance is measured. According to the change law of the valve resistance in the process of high temperature damage, and comparing the large sample distribution interval of the new and the old valve resistance, the threshold value of the old valve damage is determined. If the change of the tissue composition is severe (such as 21-4N valve), the threshold value of the high temperature damage can be determined at the same time. The invention has the advantages of simple operation, high efficiency, low cost, and quantitative evaluation are also applicable to other waste material into the exhaust valve and the engine in nondestructive testing, push rod, valve spring under fatigue load or fatigue - high temperature coupling mass and simple structure small parts nondestructive testing.

【技術實現步驟摘要】

：本專利技術屬于再制造無損檢測

技術介紹
:再制造產業是以產品全壽命周期理論為指導，以實現廢舊產品性能提升為目標，以優質、高效、節能、節材、環保為準則，在性能失效分析、壽命評估等分析的基礎上，進行再制造工程設計，以先進技術和產業化生產為手段，進行修復、改造廢舊產品的一系列技術措施或工程活動的總稱。發展再制造產業不僅有利于形成“資源－產品－廢舊產品－再制造產品”的循環經濟模式，可以充分利用資源，保護生態環境，而且能形成新的經濟增長點，為社會提供大量就業機會，是促進制造業與現代服務業發展的有效途徑。2005年，國務院在《關于加快發展循環經濟的若干意見》中明確提出支持發展再制造，第一批循環經濟試點將再制造作為重點領域。2009年1月實施的《循環經濟促進法》將再制造納入法制化軌道。2010年5月，國家發展和改革委員會等11部門聯合發文宣布，我國將以汽車發動機、變速箱、發電機等零部件再制造為重點，把汽車零部件再制造試點范圍擴大到傳動軸、機油泵、水泵等部件；同時，推動工程機械、機床等再制造。在國家政策的大力支持下，綠色再制造產業必將迎來高速發展。汽車發動機的再制造作為再制造產業中起步最早的分支，隨著我國汽車保有量的快速增長，未來發展前景廣闊。再制造的工藝流程主要分為拆解、清洗、檢測、機加工、裝配、測試等環節，在拆解和清洗環節中，工人通過對零部件目視檢測，挑選出有明顯宏觀損傷的零件報廢，對于宏觀損傷不明顯但可能存在微觀損傷的零件，需要利用無損檢測技術進行檢測，因為經受疲勞載荷的發動機零件(如氣門等)，即使微觀損傷很小也可能會對其疲勞壽命造成嚴重影響，因此應用無損檢測技術判定廢舊零件是否具有再制造價值是再制造流程中至關重要的一環。目前常用的無損檢測技術有五種：如滲透檢測PT、磁粉檢測MT、超聲檢測UT、渦流檢測ET和射線檢測RT。滲透探傷法雖然可檢測各種材料，顯示直觀、操作方便、檢測費用低，但僅能檢測出零件表面及近表面較為宏觀的開口缺陷；磁粉探傷法雖然操作簡單，探測速度快，成本低，對鐵磁性材料表面及近表面缺陷探測靈敏度較高，但不適用于非導磁材料和零件內部缺陷的檢測；超聲波探傷設備簡單，探傷效率高，但探測結果判定困難，操作人員需經專門培訓，探測結果的正確評定受人為思想束縛的影響較大，且對于形狀復雜、表面粗糙、內部存在粗晶組織與奧氏體焊縫的零件探傷較困難；渦流檢測雖然可不需與被測物直接接觸，但只能檢測導電材料的表面和近表面缺陷；射線探傷法雖然可以直觀觀察缺陷圖像，但靈敏度還不夠高，且檢測時間長、成本高昂。針對廢舊氣門這種數量較多的批量小零件來說，檢測速度快，成本低是基本要求，通過對復強動力有限公司(再制造發動機試點企業)調研了解到，滲透PT和磁粉檢測MT常被用于氣門的表面損傷檢測，但僅能檢測出表面較為宏觀的缺陷。近年來企業在嘗試利用超聲檢測氣門焊縫處的缺陷，但反饋的效果很不理想，主觀性太大。此外氣門不但承受疲勞作用，還承受高溫氣體的沖刷作用，因此在高溫下其組織成分會發生退化，高溫損傷如晶粒長大、合金組織析出等用超聲是很難評估的。有沒有既對疲勞等造成的微觀缺陷敏感，又能對高溫環境造成的組織和成分的改變反應靈敏的無損檢測技術呢？近年來基于微電阻的研究開始出現，研究范圍很廣，包括金屬韌性損傷、高溫時效損傷、機械疲勞損傷和蠕變損傷各方面，研究結果表明微電阻對金屬零件微觀組織和成分的變化具有敏感性和精確性，零件損傷過程產生的微裂紋、微孔洞、位錯、滑移等微觀缺陷及成分的變化都會有宏觀上的微電阻反應。目前針對標準試樣研究得出的微電阻參量與不同損傷過程特征參量的映射關系及推倒出的眾多經驗公式還難以用于生產實際，若能在證明電阻法可行性的基礎上，將其操作流程簡化，那么電阻法將有望應用于發動機再制造企業急需的廢舊氣門等大批量小型再制造毛坯的無損檢測。
技術實現思路
:1)電阻測試方法電阻測試采用四線法(可排除接觸電阻和接線電阻對測量結果的影響)的直流微電阻測量儀TH2512，分別將測量儀的四條測試線接于氣門的桿部頂端和盤部底端，每次測量測試點位置相同。如圖1所示。2)確定加速高溫損傷過程氣門的電阻變化規律與組織成分演變的關系通常排氣門的工況溫度為700℃-900℃，為了進行氣門的高溫加速損傷試驗，將試驗溫度定為850℃。將至少3根電阻基本相同(設為R0)的新氣門放入電阻爐中進行高溫損傷，試驗周期為12h，即每12h小時停爐冷卻到室溫。然后用砂紙打磨除去待測電阻部位氧化膜，應用TH2512智能直流微電阻測量儀測試不同高溫損傷時間的氣門電阻。同等損傷條件下的待測電阻氣門至少有兩個，以防止氧化膜未被除凈等測量誤差的引入，保證所測氣門微電阻的真實性和精確性。進而得到高溫損傷過程氣門電阻變化規律及阻值變化區間[RT0,RT1]。由于高溫損傷過程中合金元素的析出晶格畸變減小以及晶界合金元素的析出對晶界的釘扎作用減弱造成的晶粒長大等通常會引起電阻的降低，因此通常RT0<R0，電阻變化△RT0＝RT0-R0。此外固溶體的電性能還取決于固溶體組元的化學相互作用(能帶、電子云分布)等復雜因素，RT1與R0的關系需要看具體材料的高溫試驗，電阻變化△RT1＝RT1-R0。從不同高溫損傷時間氣門的盤-桿過渡區切取試樣用SEM和XRD觀察高溫損傷過程氣門晶粒長大情況和新相析出情況，確定氣門高溫損傷過程中阻值變化與微觀組織成分的對應關系。若組織成分變化劇烈(如21-4N氣門)，則在確定疲勞損傷判別閾值的同時，還要確定高溫損傷判定閾值。3)確定新舊氣門阻值大樣本分布區間在測試舊氣門電阻之前，要對其進行徹底地除油清洗，目測排除氣門盤錐面有腐蝕凹坑的舊氣門，然后用磁粉檢測MT快速排除表面有疲勞裂紋的氣門，最后對于沒有表面裂紋的氣門，用砂紙磨除測試部位的氧化層，用四線法設備測試氣門電阻，分別建立新舊氣門阻值大樣本數據庫，新舊氣門數量均不少于150個。未經高溫損傷的新氣門阻值分布區間為[Ra,Rb]，舊氣門的阻值分布區間為[Rc,Rd]，新氣門阻值區間[Ra,Rb]相對集中，包含于相對分散的舊氣門的阻值區間[Rc,Rd]中，其中由于前述高溫損傷作用，造成Rc<Ra，而由于疲勞引起的微觀損傷對電子的散射作用，引起Rd>Rb。4)確定舊氣門損傷判定阻值閾值結合高溫損傷過程氣門阻值變化規律，對比新舊氣門阻值大樣本分布區間，確定舊氣門損傷判定阻值閾值。對于高溫損傷過程中組織成分基本保持不變的高溫穩定性好的氣門(6Cr21氣門)，阻值低于新氣門阻值區間下限Ra的舊氣門均視為無疲勞損傷的可再制造毛坯，若所檢舊氣門阻值高于新氣門大樣本阻值的上線Rb+△RT1，則判定為微觀疲勞損傷失效件，舊氣門阻值高出Rb+△RT1越多，損傷越大，Rb+△RT1即為高溫損傷過程中組織成分基本穩定的舊氣門疲勞損傷評估閾值。由于發動機再制造企業統計的氣門斷裂失效的概率最大為1％，因此為了保證再制造氣門的服役安全性和經濟性，失效零件檢出率應介于3％～8％之間，若檢出率小于3％，則降低損傷判別閾值Rb+△RT1，直到檢出率介于3％～8％之間。對于高溫損傷過程中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于微電阻的廢舊發動機氣門無損檢測方法，其特征在于：1)電阻測試：電阻測試采用四線法，分別將測量儀的四條測試線接于氣門的桿部頂端和盤部底端，每次測量測試點位置相同；2)確定加速高溫損傷過程氣門的電阻變化規律及組織成分演變的關系：將試驗溫度定為氣門工作上限溫度850℃；將至少3根電阻阻值為R0的新氣門放入電阻爐中進行高溫損傷，每12h小時停爐冷卻到室溫，然后用砂紙打磨除去待測電阻部位氧化膜，并測試其電阻；最后得到高溫損傷過程氣門電阻變化規律及阻值變化區間[RT0,RT1]，△RT1＝RT1?R0；3)確定新舊氣門阻值大樣本分布區間；在測試舊氣門電阻之前，要對其進行徹底地除油清洗，目測排除氣門盤錐面有腐蝕凹坑的舊氣門，然后用磁粉檢測MT快速排除表面有疲勞裂紋的氣門，最后對于沒有表面裂紋的氣門，用砂紙磨除測試部位的氧化層，測試其電阻，分別建立新舊氣門阻值大樣本數據庫，新舊氣門數量均不少于150個；未經高溫損傷的新氣門阻值分布區間為[Ra,Rb]，舊氣門的阻值分布區間為[Rc,Rd]；4)確定舊氣門損傷判定阻值閾值；對于6Cr21氣門，阻值低于新氣門阻值區間下限Ra的舊氣門為沒有疲勞損傷的可再制造毛坯，若所檢舊氣門阻值高于新氣門大樣本阻值的上限Rb+△RT1，則判定為疲勞損傷失效件，舊氣門阻值高出Rb+△RT1越多，損傷越大，Rb+△RT1即為6Cr21舊氣門疲勞損傷評估閾值；對于21?4N氣門，低于新氣門阻值下限Ra的視為高溫損傷引起，高溫損傷判別閾值為Ra，高于新氣門大樣本阻值上限Rb視為疲勞損傷占主導，疲勞損傷判別閾值為Rb。...

【技術特征摘要】
1.一種基于微電阻的廢舊發動機氣門無損檢測方法，其特征在于：
1)電阻測試：電阻測試采用四線法，分別將測量儀的四條測試線接
于氣門的桿部頂端和盤部底端，每次測量測試點位置相同；
2)確定加速高溫損傷過程氣門的電阻變化規律及組織成分演變的關
系：
將試驗溫度定為氣門工作上限溫度850℃；將至少3根電阻阻值為
R0的新氣門放入電阻爐中進行高溫損傷，每12h小時停爐冷卻到室溫，
然后用砂紙打磨除去待測電阻部位氧化膜，并測試其電阻；
最后得到高溫損傷過程氣門電阻變化規律及阻值變化區間[RT0,RT1]，
△RT1＝RT1-R0；
3)確定新舊氣門阻值大樣本分布區間；在測試舊氣門電阻之前，要
對其進行徹底地除油清洗，目測排除氣門盤錐面有腐蝕凹坑的舊氣門，然
后用磁粉檢測MT快速排除表面有疲勞裂紋的氣門，最后對于沒有表面裂
紋的氣門，用砂紙磨除測試部位的氧化層，測試其電阻，分別建立新舊氣
門阻值大樣本數據庫，新舊氣門數量均不少于150個；未經高溫損傷的新
氣門阻值分布區間為[Ra,Rb]，舊氣門的阻值分布區間為[Rc,Rd]；
4)確定舊氣門損傷判定阻值閾值...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王海斗，張玉波，徐濱士，范博楠，邢志國，董麗紅，王貴陽，
申請(專利權)人：中國人民解放軍裝甲兵工程學院，
類型：發明
國別省市：北京;11