无损检测技术在汽车可靠性检测中的应用

孙玉祥，白 云，彭 俊，甘长红

（河南凯瑞车辆检测认证中心有限公司，河南 焦作 454950）

无损检测是以不损害被检验对象的使用性能为前提，应用多种物理原理现象，对各种工程材料、零部件和结构件进行有效检验和测试。本文从射线检测、中子照相检测和声发射检测3种检测手段出发，针对性地应用在汽车可靠性检测中，既能不对汽车造成二次损伤，又能保证对事故评价分析的公正性。消费者使用后的汽车经历了振动、腐蚀和碰撞等复杂过程后，除本身直接发生故障外，还可能有潜在危险待发现，本文介绍的检测方法既可以在故障事故后进行分析，也可以用作汽车零部件安全可靠性排查检验。

1 射线检测

射线检测是由射线源提供扫描成像的能量线束，以穿透试件，根据射线在试件内的衰减情况实现以各点的衰减系统表征的射线图像重建，射线设备机构如图1所示。在汽车工业的应用主要用在射线扫描与数值仿真模拟、机械结构件焊接失效分析、精密器件的内部分析、铸件的厚壁和孔隙分析、动力电池的事故分析等方面。从汽车可靠性的角度出发对车辆进行缺陷检测，射线检测在汽车结构件焊接品质和新能源汽车事故分析方面具有突出优势。

图1 射线设备结构图

1.1 结构件焊接品质检测

焊接品质检测主要分为平板对接焊缝、管状工件对接焊缝和角焊缝。

1）平板对接焊缝是汽车工业生产中最为普遍的一种焊缝。透照时将暗盒放在工件的背面，射束中心对准焊缝中心线。为防止散射线的干涉，在焊缝的表面两侧可用牵绊屏蔽。

为了检查V型和X型坡口焊缝，除中心线透照外，还应再做两次射束方向沿坡口方向左右两侧进行的透照。用此种方法也容易发现沿断面方向沿伸的裂缝等缺陷。

2）管状工件对接焊缝是对于直径较大的工件，可将辐射源（放射性同位素或棒阳极X射线管、长探臂X射线管等）伸到管道内测中心部位，在管外焊缝表面布置X射线胶片暗盒，可进行局部或360°圆周透视。对于直径小于200mm的薄壁管对接焊缝，应采用X射线穿透双壁的透照方法，并使射束中心偏离管焊缝所在平面一定角度（10°～15°），使上下管壁的焊缝在底片上的投影为椭圆。

在双壁透照双面成像的情况下，由于管径曲率和射束发散的影响，往往有透照范围不会超过焊缝周长的1/3，所以一个环焊缝需透照3张以上的底片，才能在满足灵敏度的要求下互相覆盖。

3）角焊缝的形式有对接角焊缝、对接插入式角焊缝、薄板卷边焊缝、丁字形角焊缝和管道角焊缝等。对于铸件中的角形工件，射束投射方向多为其角度的平分线。但是在薄板角焊缝情况下，射束的入射角度并不十分重要。为了提高角焊缝探伤的灵敏度和底片的清晰度，必须注意散射线的遮蔽，还应合理选择焦距、胶片、增感屏和射线硬度。

1.2 新能源汽车动力电池事故检测

新能源汽车发展的进程中，出现了一些因为动力电池热失控而导致的事故。动力电池的热失控可能是由于单体电池铜箔卷绕过程中出现了问题，一般会有极片包覆不良、极片缝隙、极片弯曲和极片缺损等情况出现，这些都是影响动力电池品质的关键因素。

对新能源汽车事故的分析需要对关键零部件进行检验，将射线技术用于对动力电池单体的检测，能利用设备的技术优势观察其内部结构，分析单体极片和铜箔的真实状况。

2 中子照相检测对汽车安全气囊内气体发生器进行检验

中子照相是利用发散角很小的均匀的准直中子束垂直穿透需要检验的物体，中子照相设备结构如图2所示。由于中子不带电荷，它在穿透物体时，与原子的核外电子层不发生电子库仑力作用，从而可轻而易举地穿过电子层，直接集中原子核而发生核反应，如吸收反应或散射反应等。

图2 中子照相设备结构图

据国家缺陷信息采集平台收到的投诉信息了解到汽车发生事故后，由于气体发生器故障导致人员受到更为严重伤害的情况较为集中。将中子照相技术用于对气体发生器中硝酸铵等化学物质进行检验，将准确判断经过汽车长时间行驶振动后的内部状况，可以为日常的汽车进行气囊可靠性分析，也可以为汽车事故的分析提供相关依据。

3 声发射检测

声发射是当物体（试件或产品）受外力或内应力作用时，缺陷处或结构异常部位因应力集中而产生塑性变形，其储存能量的一部分以弹性应力波的形式释放出来。而用电子学的方法将发射出来的应力波进行接收，然后再进行处理和分析，以评价缺陷发生、发展的规律和寻找缺陷位置。声发射检测设备结构如图3所示。

3.1 声发射技术在胶接品质方面的应用

汽车在生产过程中对于复合材料的连接经常会用到胶接的方式，在汽车经过长时间的使用过程中的振动冲击之后，会对胶接的品质有较大损伤，而声发射技术恰恰可以发现胶接品质损伤情况。测试研究指出，在低应力下，可根据声发射信号查知结合不良，并能对结合强度做出合理的推测。结合不良的表现是在低应力下就出现较多杂乱声发射信号。大量实验表明，16kHz以上的声发射预测胶接结构的破坏强度是合适的，此时较容易与试验夹具的噪声分离。

图3 声发射检测设备结构图

3.2 声发射技术在储气压力容器的检测

声发射技术应用于压力容器的安全检验是较为成熟和广泛的，主要目的在于及时了解容器内部缺陷，以及在加压情况下，裂纹的生成和发展状况。现在汽车行业中主要在天然气储气罐和燃料电池储氢罐两方面使用得较多。

任何压力容器在投入使用后，会在不同的温度、压力往复和腐蚀性介质下工作，会对压力容器造成损害。用声发射技术对使用后的压力容器品质进行检验，能对产品的品质进行分析和把控。定期检测容器损伤状态，是保障使用者安全的有效方法。

4 总结

本文将射线检测应用在结构件焊接品质和新能源汽车动力电池事故分析上，可以对汽车故障本质材料和结构进行解剖，找到问题本质原因。将中子照相检测应用在陈旧已久的安全气囊气体发生器内部结构稳定性检查上，可以有效把控汽车安全性。将声发射技术用于检测长期振动导致胶接品质下降的检测，将长期使用的储气压力容器通过声发射技术进行检测，可以发现气罐的潜在危险。今后大量的无损检测技术用于对汽车可靠性进行检测，将对汽车的安全品质分析提供有力支持。希望为汽车可靠性和汽车事故分析方面的检测技术发展提供一定帮助。