滑動(dòng)軸承X射線探傷檢測技術(shù)及應(yīng)用

一、引言

滑動(dòng)軸承作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心支撐部件，廣泛應(yīng)用于汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、軋鋼機(jī)等大型工業(yè)設(shè)備中。其通過軸與軸瓦之間的滑動(dòng)摩擦實(shí)現(xiàn)載荷傳遞，具有承載能力強(qiáng)、振動(dòng)小、適應(yīng)高速重載等優(yōu)點(diǎn)。然而，滑動(dòng)軸承在制造（如鑄造、鍛造、焊接）和使用（如磨損、腐蝕、疲勞）過程中，易產(chǎn)生內(nèi)部裂紋、氣孔、夾渣、疏松等缺陷，這些缺陷若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可能導(dǎo)致軸瓦失效、轉(zhuǎn)子失衡甚至設(shè)備停機(jī)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

無損檢測（Nondestructive Testing, NDT）是保障滑動(dòng)軸承可靠性的關(guān)鍵手段。其中，X射線探傷因能直觀顯示內(nèi)部缺陷的位置、形狀和大小，成為滑動(dòng)軸承內(nèi)部質(zhì)量評估的重要方法。本文將系統(tǒng)介紹滑動(dòng)軸承X射線探傷的原理、流程、應(yīng)用及發(fā)展趨勢。

二、滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)與常見缺陷

（一）滑動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)

滑動(dòng)軸承主要由軸瓦（或襯套）、軸承座、潤滑系統(tǒng)（如油槽、油孔）等組成。軸瓦是核心部件，通常采用雙金屬或三金屬結(jié)構(gòu)：內(nèi)層為減摩材料（如巴氏合金、銅合金），外層為高強(qiáng)度基體（如鋼或鑄鐵），以兼顧耐磨性與承載能力。

（二）常見缺陷類型

滑動(dòng)軸承的缺陷可分為制造缺陷和使用缺陷兩類：

1. 制造缺陷：

   • 內(nèi)部裂紋：鑄造或鍛造過程中，因冷卻不均、應(yīng)力集中產(chǎn)生的裂紋，多位于軸瓦內(nèi)層與基體的結(jié)合面或內(nèi)部。
   • 氣孔/夾渣：鑄造時(shí)熔液中的氣體未完全排出或雜質(zhì)混入，形成的空洞或異物。
   • 疏松：鑄造組織不致密，呈現(xiàn)分散的微小孔隙。
   • 結(jié)合不良：雙金屬軸瓦的內(nèi)層與基體間未完全貼合，存在分層或剝離。

2. 使用缺陷：

   • 疲勞裂紋：長期交變載荷作用下，軸瓦表面或內(nèi)部產(chǎn)生的疲勞擴(kuò)展裂紋。
   • 磨損/腐蝕：潤滑不良或介質(zhì)腐蝕導(dǎo)致的軸瓦表面材料損耗，嚴(yán)重時(shí)可能穿透內(nèi)層。

三、X射線探傷的基本原理

X射線探傷是利用X射線的穿透性和衰減特性實(shí)現(xiàn)缺陷檢測的無損方法。其核心原理如下：

（一）穿透與衰減

X射線是一種波長極短（0.001~10 nm）的電磁波，具有強(qiáng)穿透性。當(dāng)X射線穿過工件時(shí)，部分能量被材料吸收（衰減），衰減程度取決于材料的密度、厚度及X射線波長（由管電壓決定）。公式為：
$I = I_0 e^{-\mu \rho t}$I=I0?e−μρt
其中，$I_0$I0? 為入射X射線強(qiáng)度，$I$I 為透射后強(qiáng)度，$\mu$μ 為質(zhì)量衰減系數(shù)（與材料和X射線波長相關(guān)），$\rho$ρ 為材料密度，$t$t 為工件厚度。

（二）缺陷成像

當(dāng)工件內(nèi)部存在缺陷（如氣孔、裂紋）時(shí)，缺陷區(qū)域的材料密度或厚度與基體差異較大，導(dǎo)致X射線穿透后的強(qiáng)度與正常區(qū)域不同。通過膠片感光或數(shù)字成像器件（如平板探測器）記錄透射后的X射線強(qiáng)度差異，即可得到射線圖像：

• 密度低于基體的缺陷（如氣孔、裂紋）：透射X射線強(qiáng)度更高，圖像中呈現(xiàn)亮斑（膠片中為黑度較低區(qū)域）；
• 密度高于基體的缺陷（如夾渣）：透射X射線強(qiáng)度更低，圖像中呈現(xiàn)暗斑（膠片中為黑度較高區(qū)域）。

四、滑動(dòng)軸承X射線探傷的實(shí)施流程

滑動(dòng)軸承的X射線探傷需遵循標(biāo)準(zhǔn)化流程，以確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。以下是典型流程：

（一）檢測前準(zhǔn)備

1. 工件清理：去除軸瓦表面的油污、銹跡、涂層等，避免其干擾射線穿透或圖像判讀；
2. 缺陷預(yù)判：根據(jù)滑動(dòng)軸承的制造工藝（如鑄造、鍛造）和使用情況（如載荷、溫度），預(yù)判可能存在的缺陷類型（如鑄造件易產(chǎn)生氣孔、夾渣，運(yùn)轉(zhuǎn)件易產(chǎn)生疲勞裂紋）；
3. 設(shè)備與器材選擇：
   • X射線機(jī)：根據(jù)軸瓦厚度選擇合適的機(jī)型（如便攜式X射線機(jī)用于現(xiàn)場檢測，固定式X射線機(jī)用于實(shí)驗(yàn)室檢測）；
   • 成像介質(zhì)：傳統(tǒng)膠片（如ISO 12236標(biāo)準(zhǔn)膠片）或數(shù)字成像系統(tǒng)（如DR平板探測器）；
   • 輔助器材：鉛屏（減少散射線）、像質(zhì)計(jì)（評估射線圖像質(zhì)量）、標(biāo)記筆（標(biāo)識(shí)檢測部位）。

（二）參數(shù)設(shè)置

1. 管電壓（kV）：決定X射線的穿透能力，需根據(jù)軸瓦厚度計(jì)算（公式：$kV = 2t + 10$kV=2t+10，$t$t 為軸瓦厚度，單位：mm）；
2. 管電流（mA）與曝光時(shí)間（s）：兩者乘積（mA·s）決定射線強(qiáng)度，需保證圖像黑度在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)（如膠片黑度1.5~4.0）；
3. 焦距（F）：X射線源到工件的距離，需滿足幾何不清晰度要求（公式：$U_g = \frac{d \cdot t}{F - t}$Ug?=F−td⋅t?，$d$d 為X射線源焦點(diǎn)尺寸，$U_g$Ug? 需≤標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值）。

（三）透照方式選擇

根據(jù)滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)（如軸瓦的環(huán)形或圓柱形），選擇合適的透照方式：

• 周向透照：將X射線源置于軸瓦中心，膠片環(huán)繞軸瓦圓周布置，適用于檢測環(huán)形軸瓦的徑向缺陷（如內(nèi)部裂紋、夾渣）；
• 定向透照：X射線源從軸瓦側(cè)面照射，膠片置于對面，適用于檢測軸瓦的軸向缺陷（如結(jié)合面分層）；
• 雙壁單影：對于薄壁軸瓦，將膠片貼于軸瓦一側(cè)，X射線源從另一側(cè)照射，可同時(shí)檢測內(nèi)外表面缺陷。

（四）圖像獲取與判讀

1. 圖像獲取：
   • 傳統(tǒng)膠片：曝光后進(jìn)行暗室處理（顯影、定影、水洗、干燥），得到射線底片；
   • 數(shù)字成像（DR）：通過平板探測器直接獲取數(shù)字圖像，可實(shí)時(shí)顯示并存儲(chǔ)。
2. 圖像質(zhì)量評估：使用像質(zhì)計(jì)（如絲型像質(zhì)計(jì)）檢查射線圖像的靈敏度（能否檢測到最小缺陷）和清晰度（缺陷邊緣是否銳利），需符合GB/T 3323-2019等標(biāo)準(zhǔn)要求；
3. 缺陷判讀：根據(jù)射線圖像中的黑度差異，識(shí)別缺陷類型（如氣孔為圓形亮斑，裂紋為線性亮紋），并測量缺陷的尺寸（如長度、寬度）、位置（如距離表面的深度、圓周方向位置）。

（五）結(jié)果評定與報(bào)告

根據(jù)滑動(dòng)軸承的使用要求（如電力行業(yè)的DL/T 821-2019標(biāo)準(zhǔn)），對缺陷進(jìn)行評定：

• 合格：缺陷尺寸、數(shù)量未超過標(biāo)準(zhǔn)允許范圍；
• 不合格：缺陷嚴(yán)重（如裂紋長度超過軸瓦厚度的1/3，氣孔直徑超過2 mm），需返修或更換。

檢測報(bào)告需包含以下內(nèi)容：

• 工件信息（如編號、材質(zhì)、厚度）；
• 檢測參數(shù)（如管電壓、管電流、曝光時(shí)間）；
• 圖像質(zhì)量（如像質(zhì)計(jì)靈敏度）；
• 缺陷描述（如類型、位置、尺寸）；
• 評定結(jié)論（如合格/不合格）；
• 檢測人員與審核人員簽名。

五、X射線探傷的優(yōu)勢與局限性

（一）優(yōu)勢

1. 直觀性：射線圖像可直接顯示缺陷的形狀、位置和大小，便于缺陷定性；
2. 通用性：適用于各種材料（如鋼、銅合金、巴氏合金）的滑動(dòng)軸承，不受磁性限制；
3. 可記錄性：膠片或數(shù)字圖像可長期保存，作為設(shè)備維護(hù)的原始資料；
4. 深度檢測：能檢測內(nèi)部缺陷（如軸瓦內(nèi)層與基體間的分層），彌補(bǔ)了磁粉、滲透等表面檢測方法的不足。

（二）局限性

1. 輻射危害：X射線對人體有害，需采取嚴(yán)格的防護(hù)措施（如鉛房、鉛衣、劑量監(jiān)測）；
2. 效率較低：傳統(tǒng)膠片檢測需暗室處理，耗時(shí)較長；數(shù)字成像雖提高了效率，但仍低于超聲檢測；
3. 厚度限制：對于厚壁軸瓦（如厚度＞50 mm），X射線穿透能力不足，需采用γ射線或超聲檢測；
4. 成本較高：X射線機(jī)、數(shù)字成像系統(tǒng)等設(shè)備價(jià)格昂貴，維護(hù)成本高。

六、X射線探傷與其他方法的對比

為更全面評估滑動(dòng)軸承的質(zhì)量，常需結(jié)合多種無損檢測方法。下表對比了X射線與其他常見方法的特點(diǎn)：

七、未來發(fā)展趨勢

隨著工業(yè)智能化的推進(jìn)，滑動(dòng)軸承X射線探傷技術(shù)正朝著數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展：

1. 數(shù)字射線成像（DR/CT）：DR技術(shù)取代傳統(tǒng)膠片，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像和快速判讀；CT（計(jì)算機(jī)斷層掃描）技術(shù)可生成三維圖像，更準(zhǔn)確地定位缺陷深度和形狀；
2. AI輔助檢測：通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練缺陷識(shí)別模型，自動(dòng)識(shí)別射線圖像中的缺陷，減少人為誤差，提高檢測效率；
3. 便攜式設(shè)備：小型化、輕量化的X射線機(jī)（如手持式X射線機(jī)）可用于現(xiàn)場檢測，滿足大型設(shè)備（如汽輪機(jī)）的在線維護(hù)需求；
4. 多方法融合：結(jié)合X射線、超聲、振動(dòng)監(jiān)測等技術(shù)，構(gòu)建智能檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)軸承的全生命周期健康管理。

八、結(jié)論

X射線探傷作為滑動(dòng)軸承內(nèi)部缺陷檢測的關(guān)鍵手段，雖存在輻射危害和效率較低的局限性，但憑借其直觀、可記錄、深度檢測的優(yōu)勢，仍是保障滑動(dòng)軸承可靠性的不可或缺的方法。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化、智能化的X射線探傷技術(shù)將進(jìn)一步提升檢測效率和準(zhǔn)確性，為工業(yè)設(shè)備的安全運(yùn)行提供更有力的支撐。

在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)滑動(dòng)軸承的材料、結(jié)構(gòu)、使用環(huán)境選擇合適的檢測方法（如X射線與超聲結(jié)合），并嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)流程，確保檢測結(jié)果的可靠性。同時(shí)，加強(qiáng)輻射防護(hù)，保障檢測人員的安全，是X射線探傷技術(shù)應(yīng)用的前提。