小直径螺钉和铆钉周向缺陷无损检测技术研究

小直径螺钉和铆钉周向缺陷无损检测技术研究

朱超阳

郑州飞机装备有限责任公司   河南省郑州市450005

摘要：随着工业制造技术的不断发展，螺钉和铆钉作为关键的连接元件，在航空航天、汽车制造、机械制造等领域扮演着不可或缺的角色。然而，这些紧固件在制造和使用过程中，可能因材料缺陷、加工误差或环境因素导致周向缺陷，如周向裂纹、周向夹杂物等，严重影响结构的安全性和可靠性。本文探讨了小直径螺钉和铆钉周向缺陷的无损检测技术，通过综合分析现有技术的优缺点，提出一套高效、精确的检测策略，以确保紧固件的质量控制和安全使用。文章聚焦于超声波检测、磁粉检测、涡流检测及基于机器视觉的检测技术，为紧固件周向缺陷的检测提供科学依据和技术支持。

关键词：小直径螺钉；铆钉；周向缺陷；无损检测技术；研究策略

引言：

在复杂多变的工业环境中，紧固件作为机械设备的基础连接单元，其质量直接关系到整个系统的安全性和运行效率。螺钉和铆钉作为紧固件的主要类型，广泛应用于各类机械装置中；尤其是在航空机载设备中，小直径螺钉和铆钉的应用更为广泛，另外，小直径螺钉较常规螺钉的检测难度也大大增加。然而，这些紧固件在制造和使用过程中，可能因材料内部应力、热处理工艺不当、环境腐蚀等因素产生周向缺陷，这些缺陷在初期往往难以察觉，但随着时间的推移，可能导致紧固件失效，进而引发严重的安全事故。因此，开发高效、可靠的无损检测技术，例如超声波检测、磁粉检测、涡流检测、机器视觉检测技术等，对小直径螺钉和铆钉的周向缺陷进行早期识别和预防，具有重要的现实意义和工程价值。

1.超声波检测技术优化策略

超声波检测技术以其强大的穿透力和高分辨率，在检测小直径螺钉和铆钉的内部缺陷时表现出色。然而，要充分利用这种技术的潜力，需要进行针对性的优化策略。首先，可以采用更高频率的超声波探头以提升检测的分辨率，特别是在检测微小的周向缺陷时，较高的频率能够更加精细地捕捉到材料内部的细微变化。这一策略的核心在于探头的选择和定制，确保其能够在紧固件的特定材料和几何结构中保持最佳的信号强度和清晰度。同时，三维成像技术的引入是超声波检测优化的重要手段。通过在检测过程中收集多角度的超声波反射信号，可以构建出小直径螺钉和铆钉的三维内部结构图像。这种成像技术不仅可以精准地定位缺陷的位置，还能提供缺陷的形态、大小和发展趋势等重要信息，从而为后续的工程决策提供依据。三维成像技术的实现需要结合高效的数据处理算法，确保在有限的时间内完成大量数据的分析和图像的生成[1]。总的来说，超声波检测技术的优化策略不仅在于硬件的提升，更在于软硬件结合，通过高频探头、三维成像和智能信号处理等手段的综合应用，构建出一个高效、精准、智能的检测系统，基本能够满足小直径螺钉和铆钉在复杂工况下的检测需求，为飞机飞行安全提供坚实保障。

2.磁粉检测与涡流检测联合策略

磁粉检测和涡流检测是两种常用于检测紧固件缺陷的无损检测方法，各自具备独特的优势。磁粉检测在铁磁性紧固件表面和近表面缺陷的检测上具有高灵敏度，能够快速识别出紧固件表面裂纹、腐蚀等问题，而且适合大批量紧固件的质量检测。而涡流检测则通过电磁感应原理，适用于导电材料的表面和近表面缺陷检测，尤其在检测紧固件近表面非金属夹杂、气孔等内生缺陷时具有独到的优势。将磁粉检测与涡流检测联合应用，能够实现对小直径螺钉和铆钉的表面及近表面缺陷接近全面覆盖。具体而言，可以通过改进磁化方法，选择更适合目标材料和缺陷类型的磁粉，并优化磁场强度和方向，以确保在检测过程中获得最佳的磁粉附着效果和缺陷显示效果。同时，涡流检测的应用可以通过提升检测频率和信号处理精度来增强对内部缺陷的识别能力。高频涡流检测尤其适用于检测较浅的表面缺陷，而低频涡流检测则能够深入材料内部，识别较深的周向缺陷。将两者结合，形成多层次的检测方案，可以有效弥补单一检测方法的不足。为了实现检测数据的集成和共享，开发一个集成化的检测平台是至关重要的。这一平台应当能够无缝对接磁粉检测与涡流检测的结果，并通过数据融合技术，将不同检测手段获取的信息进行综合分析，提高检测结果的准确性和可靠性。综合看来，磁粉检测与涡流检测的联合策略通过多层次、多角度的检测手段，形成对小直径螺钉和铆钉周向缺陷的全面覆盖，实现对缺陷的早期发现和精确定位，为提高紧固件的安全性和可靠性提供了有力支持[2]。

3.基于机器视觉的自动化检测策略

基于机器视觉的自动化检测策略在小直径螺钉和铆钉的周向缺陷检测中展现出重要潜力。机器视觉系统通过高分辨率相机获取紧固件的表面图像，并结合先进的图像处理算法，能够在复杂的工业环境中实现缺陷的自动识别和分类。这个策略的核心在于图像的精准采集与实时处理。首先，高清相机的选择至关重要，它必须能够在不同光照条件下捕捉到紧固件表面的细微瑕疵，确保检测过程中的图像清晰度和稳定性。此外，合适的光源布置和均匀的照明设计也是不可或缺的，以消除反射和阴影对检测结果的干扰。接下来，图像处理算法的设计和优化是实现自动化检测的关键。通过引入边缘检测、轮廓提取、形态学处理等图像分析处理技术，可以从原始图像中分离出可能的缺陷区域，并进一步分析其特征。结合缺陷特征库的建立，系统能够快速匹配和分类检测到的缺陷类型，实现对不同种类缺陷的准确判断。这一过程的准确性直接影响检测结果的可靠性，因此，算法的优化与训练需要大量的实际数据支持，确保其能够适应多样化的紧固件规格和材料特性。为了进一步提高检测系统的可靠性，可以将深度学习引入检测过程。通过构建神经网络模型，系统能够在海量数据的训练下，自动学习并提取有效特征，提升对复杂缺陷的识别能力。

4. 综合检测策略与数据融合技术

综合检测策略与数据融合技术在小直径螺钉和铆钉周向缺陷检测中起到关键作用。鉴于单一检测技术的局限性，综合检测策略通过整合多种检测手段，如超声波、磁粉、涡流和机器视觉等，发挥不同检测方法的各自优势，形成了对紧固件缺陷的全方位覆盖。这种策略不仅提高了检测的全面性，还增强了对复杂缺陷的识别能力。每一种检测方法在识别特定的类型缺陷时具有独特优势，将其整合在同一检测流程中，能够确保对不同种类缺陷的高效识别。为了充分发挥综合检测策略的优势，数据融合技术的应用是不可或缺的。通过对来自不同检测技术的数据进行同步采集和处理，可以将各自的检测结果进行综合分析，得出更加可靠的缺陷判断[3]。这一过程涉及多源数据的校准、对齐和融合，确保不同检测结果的相互验证与补充。数据融合技术的核心在于开发高效的算法，实现多种检测数据的协同分析，提高检测结果的准确性和一致性。此外，建立紧固件缺陷的综合数据库是实现数据融合技术的基础。通过将检测结果与历史数据进行比对，可以识别出缺陷的潜在发展趋势，为预防性维护提供科学依据。综合数据库的构建不仅有助于提高当前检测系统的性能，还为未来的检测技术改进和新技术开发提供了宝贵的数据资源。综合检测策略与数据融合技术的结合，使得紧固件周向缺陷的检测更加全面、精确和智能化，极大地提高了检测的可靠性和效率。

结语：

本文围绕小直径螺钉和铆钉周向缺陷的无损检测技术进行了深入研究，提出了基于超声波检测、磁粉检测、涡流检测及机器视觉等多种检测手段的综合检测策略。这些策略不仅提高了紧固件缺陷检测的效率和准确性，还为未来紧固件质量检测技术的发展提供了新的思路和方法。随着工业制造技术的不断进步和检测技术的不断创新，相信在不久的将来，小直径螺钉和铆钉周向缺陷的无损检测技术将取得更加显著的成果，为工业安全和质量保障做出更大的贡献。

参考文献：

[1]孟祥, 王明娣, 陈伯瑜, 陈银莉, 许黎明. ML08Al自攻螺钉生产过程中的缺陷分析[J].物理测试,2015,33(03):40-44.

[2]刘帅.微小构件残余应力分布的超声无损检测技术[D].北京理工大学, 2016.39(10): 75-128.

[3]张可可, 朱文战. 无损检测技术标准化管理体系构建研究[J]. 中国标准化,2024,15(06): 94-98.