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摘要：车轮经过弯曲疲劳和径向疲劳耐久实验后需要经过探伤过程完成对车轮试验结果的评定。车轮试验中如何对车轮进行无损探伤，又能符合实验室的环境要求，满足不同厂家做车轮试验的规格型号，经过调研分析，最终确定着色渗透技术对车轮进行无损探伤最合适，研制一种使用着色渗透技术的车轮探伤检测设备，达到上述目标。新设备的建成既解决了探伤操作问题，又规范了试验方法，增加了试验效率，同时也提高了车轮检测能力。

关键词：车轮；疲劳试验；无损探伤；着色渗透技术

一、概述

轮毂（也可称为轮圈或钢圈）是承载汽车安全的重要安全部件【1】，是连接制动鼓（制动盘）、轮盘和半轴的重要零部件，是由钢板经过冲压、成型、焊接及防腐处理等一系列严格的制造工艺制成的。车轮在汽车行驶过程中，起着承载、转向、驱动、制动等作用，其结构及性能对整车安全性和可靠性有着重要的影响，疲劳破坏是汽车车轮最主要的失效形式， 它直接关系到乘客的人身安全【2】，在实验室中通过对车轮进行径向耐久实验，弯曲疲劳试验，和冲击试验三种方法对车轮进行考核，并在完成径向耐久实验，弯曲疲劳试验后需要对车轮进行无损探伤，做出试验结果的判定，因此需要研制一台既符合实验室环境要求，又能针对不同的车轮厂家的样品规格，又能保证试验效率的车轮探伤装置。

二、无损探伤技术

无损探伤是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。常用的无损探伤方法有：X光射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤、γ射线探伤、萤光探伤、着色探伤等方法，

1、X光射线探伤原理：物体在受强度均匀的X射线照射时，由于光电效应和散射作用，光电子和反冲电子将脱离原子，与此同时，脱离原子的光电子和反冲电子在行进过程中又和其它原子碰撞，使被击原子进一步逸出电子，从而产生电离现象。通过收集气体中的电离电荷，利用电离电荷的多少可以测定X射线的射线强度，如果被照射物体局部区域存在缺陷或结构存在差异，它将改变物体对射线的衰减，使得不同部位透射射线强度不同，这样，通过检测透射射线强度，就可以判断物体内部的缺陷和物质分布等【3】。但这种方法耗用的X射线胶片等器材费用较高，检验速度较慢，只宜探查气孔、夹渣、缩孔、疏松等体积性缺陷，能定性但不能定量，且不适合用于有空腔的结构，对角焊、T型接头的检验敏感度低，不易发现间隙很小的裂纹和未熔合等缺陷以及锻件和管、棒等型材的内部分层性缺陷。此外，射线对人体有害，需要采取适当的防护措施，图2-1为轮毂X光探伤机。

2、超声波探伤原理：它通过对超声波的发射，在空气介质中向周围传播，以物体对超声波的反射时间和强弱程度为依据，确定物体性质与位置【4】。超声波在介质中传播时有多种波型，检验中最常用的为纵波、横波、表面波和板波。用纵波可探测金属铸锭、坯料、中厚板、大型锻件和形状比较简单的制件中所存在的夹杂物、裂缝、缩管、白点、分层等缺陷；用横波可探测管材中的周向和轴向裂缝、划伤、焊缝中的气孔、夹渣、裂缝、未焊透等缺陷；用表面波可探测形状简单的铸件上的表面缺陷；用板波可探测薄板中的缺陷。有穿透能力强，探测深度可7达数米，灵敏度高，可发现与直径约十分之几毫米的空气隙反射能力相当的反射体，可检测缺陷的大小通常可以认为是波长的1/2，在确定内部反射体的位向、大小、形状及等方面较为准确；仅须从一面接近被检验的物体；可立即提供缺陷检验结果，操作安全，设备轻便等优点。有对粗糙、形状不规则、小、薄或非均质材料难以检查，对所发现缺陷作十分准确的定性、定量表征仍有困难，不适合有空腔的结构，除非拍照，一般少有留下追溯性材料等缺点，图2-2为超声波探伤机。

3、磁粉探伤原理：磁粉检测是以磁粉做显示介质，对缺陷进行观察的方法，若要检测钢结构的表层缺陷，应当使用磁粉检测来检测表面的缺陷，原理是利用电磁力产生漏磁场，使磁粉在缺陷的表面形成磁痕，根据缺陷的不同显示出不同位置和大小、形状各异的磁痕。以此观察判断钢材料中是否存在问题【5】，是通过磁粉在缺陷附近漏磁场中的堆积以检测铁磁性材料表面或近表面处缺陷的一种无损检测方法。将钢铁等磁性材料制作的工件予以磁化，利用其缺陷部位的漏磁能吸附磁粉的特征，依磁粉分布显示被探测物件表面缺陷和近表面缺陷的探伤方法。该探伤方法的特点是简便、显示直观。优点是对钢铁材料或工件表面裂纹等缺陷的检验非常有效;设备和操作均较简单;检验速度快，便于在现场对大型设备和工件进行探伤；检验费用也较低。缺点是仅适用于铁磁性材料；仅能显出缺陷的长度和形状，而难以确定其深度；对剩磁有影响的一些工件，经磁粉探伤后还需要退磁和清洗，图2-3为磁粉探伤机。

4、渗透探伤原理：利用物理学中的毛细管渗透吸附现象，实现工件表面开口缺陷的无损检测。即，对于表面存在开口缺陷的被检测工件，经过表面预清洗，清理掉其表面层的金属、污垢、氧化铁皮，然后将事先准备好的渗透探伤剂滴入工件表面，静置渗透一定时间后，将其表面清洗干净，再施加显像剂，用显像剂将清洗后残留的工件开口缺陷中的渗透探伤剂吸取出来，基于毛细现象和湿润作用两种现象，从而形成的渗透探伤理论【6】。渗透探伤操作简单，不需要复杂设备，费用低廉，缺陷显示直观，具有相当高的灵敏度，能发现宽度1微米以下的缺陷。这种方法由于检验对象不受材料组织结构和化学成分的限制，因而广泛应用于黑色和有色金属锻件、铸件、焊接件、机加工件以及陶瓷、玻璃、塑料等表面缺陷的检查。它能检查出裂纹、冷隔、夹杂、疏松、折叠、气孔等缺陷；但对于结构疏松的粉末冶金零件及其他多孔性材料不适用，图2-4为DPT-5着色探伤剂。

5、涡流探伤原理：涡流检测是基于电磁理论的无损检测方法，检测示意图如图2-5所示，将激励线圈置于被测导体的上方，当线圈中通入交变电流i1时，就会在激励线圈周围产生一个交变的磁场φ1，磁场φ1就会在被测导体表面感应出电流i2，i2即感应出的涡流。感应出的电流i2也会产生一个磁场φ2，当被测导体表面存在裂纹时，磁场φ2的强度就会发生改变，磁场φ2会反作用于激励线圈，使得线圈的阻抗发生变化，通过分析阻抗的变化，就能得到被测导体的特定信息【7】。易于实现自动化，但不适用于形状复杂的零件，而且只能检测导电材料的表面和近表面缺陷，检测结果也易于受到材料本身及其他因素的干扰，图图2-6为涡流探伤机。

通过对比以上无损探伤的方法，渗透法很容易选择出对于车轮疲劳耐久试验的探伤方法，对于不规则形状，材料种类不一的车轮，我们最终确定渗透法更加适合。

三、车轮探伤设备

随着国内汽车销量的不断增加，各大汽车主机厂和车轮零部件厂对车轮的检测要求不断增加，为了满足实验室日益增多的车轮检测任务，需要研制一种可以适应各种型号和规格的车轮探伤检测设备，来提升实验室的检测能力，试验台整体结构见图3-1。

四、车轮探伤过程

把车轮挂在电葫芦传输机构1上，使用电气箱8打开渗透槽2的气动槽盖机构7，操作人员站在阶梯9上，将车轮放入渗透槽2中，待车轮完全侵入渗透液中后，再把车轮放入喷洗槽3中，使用水枪将车轮冲洗，待车轮表面的渗透液冲洗干净后，使用电气箱8打开烘干槽4的气动槽盖机构7，再把车轮放入烘干槽4中，使用加热丝进行烘干，待车轮表面已完全烘干，使用电气箱8打开渗透槽5的气动槽盖机构7，再把车轮放入显像槽5中，使用显像剂喷涂在车轮表面，再使用电葫芦传输机构1将车轮移出检测台进行观察，喷洗槽3中的废液流入检测线底架及污水存储槽6中，储水槽底部安装有排污阀，待废液装满后，排到废液桶中，送给污水处理厂处理。

最后一步检测裂纹是整个探伤操作过程中最重要的一步，所有前面的探伤步骤都是为了这一步做准备。那么在喷涂完显像剂后，需要试验人员通过肉来观察，被探伤的车轮是否出现了裂纹。由于车轮的种类很多，加工工艺，材质也有很大的不同，所以不同的车轮在做完耐久试验后，所出现裂纹的位置，大小，长度也会不一样，使用渗透剂和显像剂后出现的裂纹如图5-1。

五、结论

第三方车轮试验性能试验室不同于车轮制造厂自有的试验室，由于试验室任务量大，车轮种类繁多，又在环境保护的基础上，研制出适合我们试验室的车轮探伤设备，结合车轮探伤中所涉及的有关因素，保证人身健康安全，经过弯曲疲劳耐久和径向疲劳耐久后，对车轮进行无损探伤检测是否出现裂纹，对试验进行判定，研制出一个新型的车轮试验探伤机，本论文中所研制的设备解决了废液流入污水井污染环境的环保问题，解决了寒冷天气人员不易操作的问题，解决了着色渗透剂残留在地面不易清理的问题，增加电葫芦传输机构减少人员触及渗透剂的危险，增加烘干系统，节省探伤时间，提高了试验效率。

参考文献：

[1]冯叶陶;梁双福;王谦;罗啸，家用轿车轮毂结构及轻量化设计.时代汽车.2024-01

[2]刘凯杰;汪宏模;龙婷，乘用车车轮径向疲劳性能测试设备一致性检测方法.装备制造技术.2018-04

[3]何显能；舒海，X射线探伤装置发射功率的评价方法.江西煤炭科技.2016-08

[4]潘劲;唐恒;蔚张;天华;高雨，探究超声波传感器的应用.决策探索（中）.2019-12

[5]顾晓雯.用于钢结构检测的无损探伤技术研究.工程技术研究.2023-07

[6]沙家乐.浅析渗透探伤技术及其展望.冶金与材料.2023-05

[7]沈胜超.基于涡流探伤原理的焊缝疲劳监测系统的设计.自动化技术与应用.2020-03