0 引 言

各种形式的裂纹广泛地存在于工程装备构件中，使用过程中交变载荷的作用使构件内裂纹不断扩展。当裂纹扩展到快速发展阶段，易引起机械装备构件的脆性断裂，危害极大，易造成惨重的人员伤亡和经济损失[1]。因此，有必要采用有效的方法对机械装备加强裂纹的监测与控制，对具有危害性的裂纹及时修复。

常见的裂纹检测方法分为有损检测和无损检测。有损检测需对试件取样，通过电子显微镜或者金相分析等方法观察检测裂纹。无损检测则无需取样，避免了对构件物理结构的破坏。常见的裂纹无损检测技术有：超声波检测（ultrasonic testing，UT）、渗透检测（penetration testing，PT）、射线检测（radiographic testing，RT）、磁粉检测（magnetic particle testing，MT）、涡流检测（eddy current testing，ET）、漏磁检测（magnetic flux leakage testing，MFL）、声发射（acoustic emission，AE）等。

本研究将针对机械裂纹扩展以及检测的问题，对常用的裂纹无损检测方法进行叙述，具体介绍磁粉检测和渗透检测技术的发展现状。

1 裂纹形成机理及分类

机械裂纹主要来源于材料中的细小缺陷，比如材料的气孔、夹渣、砂眼以及焊缝的不均匀等，设备在长期的工作中，缺陷处应力较为集中，慢慢汇合成细小的裂纹。交替应力使得裂纹进一步汇聚和扩展，直至达到零界点后裂纹会快速扩展，进而引发结构的破坏性断裂。

按在机械构件上的位置特点可将裂纹划分为表面型、深埋型纹和穿透型3大类，其中对深埋型裂纹的检测难度较大，一般需要借助无损检测技术。按裂纹形成的力学特性以及外观特点可将其分为张开型、滑移型以及撕开型裂纹。其中张开型裂纹最危险，受力情况最不利，裂纹扩展速度快，需要进行有效的监控。

2 裂纹无损检测的常用方法

目前常用的裂纹无损检测方法中，磁粉检测、渗透检测技术发展历史悠久、技术成熟，在实践中应用最为广泛。

2.1 磁粉检测技术

早在上世纪二十年代，美国人霍克就在操作机床时发现，吸附于被磁化工件表面的铁屑分布的纹理与裂纹分布非常吻合，于是他提出了利用该现象来检测工件表面裂纹的方法[2]，裂纹的磁粉检测技术由此逐步发展起来。

磁粉检测技术的基本方法是将铁磁性材料工件磁化，磁粉会在裂纹处漏磁场附近聚集，显现出与裂纹形状吻合的磁痕，从而确定裂纹的形状和尺寸。磁粉检测成本低廉，可重复性好[3]，灵敏度高，可发现宽度接近0.1 mm的表面裂纹。检测中对裂纹的发现直观有效，通常肉眼即可观察。由于施加磁粉基本不受工件外形限制，可有效地用于形状复杂的结构件裂纹探伤。但磁粉检测只能用于铁磁性材料的检测，对深埋型裂纹难以检测，且对工件表面光滑程度有一定要求。检测范围相对较小，常用于结构件重点部位检测，对技术人员经验要求较高。精密零部件在检测之后通常需要退磁处理，增加了检测成本和时间。

近年来，国内外的便携式磁粉检测设备已经逐步系列化、专业化。国内常采用的断电相位控制器取代了以往的自耦变压器，可无级调节磁化电流，使设备愈加小型化。在使用功能上更加集成化，多功能的充电式智能磁粉探伤机可满足野外作业的多种需求[4]。磁化方法上更加专业化，针对不同检测场合目前常用的磁化方法有：单磁轭法、交叉磁轭法、触头法、线圈法、复合磁化法等。低频交流磁轭法的深入研究及实际应用使磁粉探伤已经能检测出6 mm深的焊缝缺陷。在磁痕图像的后处理和裂纹识别方面[5-6]，计算机技术的应用、图像灰度阈值分割算法的完善不仅提高了磁粉检测的自动化程度[7-8]，也降低了裂纹缺陷的漏检率。国外，早在上世纪90年代，美国卡耐基梅隆大学的Gunatilake P等人[9]针对飞行器表面裂纹检测设计的磁粉检测系统就已实现全自动化。在磁粉的材料上，荧光磁粉的应用更加广泛，采用荧光磁粉获得的磁痕图像与背景对比率可达到300:1[10]，大大提高了裂纹的识别率。纳米Fe3O4磁流体的研究则对于未来磁粉检测的新型材料应用奠定了基础[11]。

2.2 渗透检测技术

渗透检测技术起源于上世纪初，通过液体的毛细现象检测表面开口型裂纹。用于检测的液体称为渗透液，常见的有两种，其一是含有荧光物质，另外一种带有着色能力，对应的检测方法分别称为荧光法和着色法。渗透液均匀涂于检测件表面后会通过毛细作用渗入开口型裂纹的深处，清洗去除多余的渗透液，并在工件上涂上色差较大的显示液，处于裂缝深处的渗透液会通过毛细作用再次被吸附至工件表面。荧光法需要在弱光处紫外灯下显像，着色法则直接显像，所得图像即为表面裂纹的分布情况。一般情况下，荧光法的检测灵敏度更高，常用于设备关键部件、存在应力集中和疲劳裂纹的场合。

文章来源：《中国战略新兴产业》 网址: http://www.zgzlxxcy.cn/qikandaodu/2021/0708/1092.html