紧固件制造过程中的无损检测

引言：随着《工业领域碳达峰实施方案》《国家标准化发展纲要》等政策落地，我国紧固件产业正加速向高端化、绿色化转型，航空航天、新能源汽车等领域对紧固件提出“零缺陷”要求，如航空发动机叶片连接螺栓需承受 1600^∘C 高温与数万转离心力，微米级缺陷即可引发灾难性后果。传统破坏性检测因成本高、周期长难以满足需求，而无损检测技术通过非接触式缺陷识别，成为保障产品质量的核心手段，研究紧固件制造过程中的无损检测技术，对提升产业链韧性、支撑国家高端装备自主可控具有战略意义。

1 紧固件制造过程中无损检测的重要性

1.1 保障极端工况下的结构安全

紧固件作为机械装配中最基础的连接元件，其服役环境的苛刻程度往往超出常规想象，特别是在航空航天领域，运载火箭燃料管路连接件需要承受从- ⋅180^∘C 深冷到 300^∘C 高温的剧烈温度变化，同时还要抵抗发射阶段高达 20g 的加速度冲击以及持续的高频振动。材料内部即使存在微米级的孔隙或裂纹，在反复的热应力循环作用下也会迅速扩展，最终导致紧固件发生脆性断裂，造成灾难性后果。无损检测技术凭借其不破坏零件完整性的独特优势，能够精确识别材料内部的微观缺陷分布状态，包括夹杂物聚集区域、晶界裂纹萌生点、应力集中部位的组织异常等关键信息。超声相控阵检测技术在检测钛合金紧固件时，能够生成缺陷的三维立体图像，准确判定缺陷的深度、大小、形态特征，为评估紧固件在极端工况下的剩余寿命提供定量化数据支撑。

1.2 支撑高端装备轻量化设计

轻量化已成为当代高端装备制造的核心技术路线，新能源汽车电池包框架大量采用高强度铝合金紧固件替代传统钢制产品，其密度仅为钢材的三分之一，但疲劳强度要求却需要提升 40% 以上，这对材料的微观组织均匀性提出了前所未有的挑战 。无损检测技术在轻量化紧固件的研发与生产中扮演着质量守门员的角色，涡流检测能够快速扫描铝合金紧固件的表层组织，识别因热处理不当造成的晶粒粗大区域；超声波 C 扫描技术则能够评估复合材料紧固件中纤维分布的均匀程度，检测树脂富集区或贫胶区的存在。碳纤维复合材料紧固件的弹性模量仅为钢的四分之一，但其比强度却达到钢的 7 倍，无损检测技术为验证这类新型轻量化紧固件的制造质量提供了关键手段。

1.3 推动制造工艺智能化升级

数字化转型浪潮正在深刻改变传统紧固件制造业的生产模式，无损检测技术与人工智能的深度融合催生了智能检测系统，实现了从人工判读到机器自主识别的革命性跨越，工业 CT 技术生成的紧固件三维缺陷模型包含海量的体素数据，传统人工分析方法需要逐层查看数百张断层图像，耗时费力且容易遗漏微小缺陷。深度学习算法基于卷积神经网络架构，在经过数万个缺陷样本训练后，能够自动识别裂纹、夹杂、疏松等十余种缺陷类型，识别准确率达到 98.5% 以上。C919 大型客机起落架紧固件的检测实践充分验证了智能检测系统的高效性，原本需要资深检测工程师耗费 2 小时才能完成的复杂零件缺陷分析，现在仅需 8 分钟即可获得完整的检测报告，包括缺陷位置标注、尺寸测量、危害等级评估等全部信息。智能检测系统还具备自主学习能力，随着检测数据的不断积累，系统对新型缺陷的识别能力持续提升，检测精度与效率形成良性循环。

2 紧固件制造过程中无损检测的具体措施

2.1 多技术协同的缺陷识别体系

紧固件材料的多样性决定了单一检测技术难以覆盖所有缺陷类型，构建多技术协同的检测体系成为保障产品质量的必然选择，铁磁性材料紧固件的检测以磁粉检测为主导，采用荧光磁粉配合紫外灯照射，能够清晰显示宽度仅1 微米的纵向裂纹，检测灵敏度远超肉眼观察极限0。磁化方式的选择直接影响检测效果，周向磁化适用于检测轴向裂纹，纵向磁化则对横向裂纹更为敏感，交叉磁轭法实现了两种磁化方向的快速切换，确保各向缺陷无一遗漏，非铁磁性材料如不锈钢、钛合金紧固件则依赖渗透检测技术，亲水后乳化型渗透液具有极强的毛细渗透能力，能够进入宽度仅 0.5微米的表面开口缺陷，显像剂喷涂后缺陷轮廓在白色背景下呈现鲜红色痕迹，对比度极高。涡流检测作为复验手段，在棒材表面缺陷检测中展现出独特优势，探头以 60 米/分钟的速度沿棒材轴向移动，电磁场穿透深度可调节至 0.1～5 毫米范围，既能检测表面裂纹又能发现近表面缺陷。

2.2 全流程质量控制节点布局

紧固件制造涉及原材料准备、冷镦成型、热处理强化、表面处理等多道工序，每个环节都可能引入特定类型的缺陷，因此需要在关键节点设置针对性的无损检测关卡，原材料进场阶段，超声波直探头沿棒材轴向进行100% 扫查，声波在材料内部传播时遇到夹杂物会产生反射回波，根据回波幅度判定夹杂物当量直径，超过 φ0.5mm 的材料直接判废。冷镦工序完成后，环形紧固件采用中心导体法进行磁粉检测，电流从中心孔穿过产生周向磁场，轴向裂纹在磁粉聚集作用下清晰可见，该方法对镦制过程产生的折叠缺陷特别敏感。热处理环节是缺陷高发阶段，淬火应力可能导致延迟开裂，涡流检测仪配备温度补偿功能，能够在紧固件未完全冷却状态下进行检测，及时发现淬火裂纹避免批量报废。渗碳、氮化等化学热处理后，采用金相复型技术检测渗层深度的均匀性，确保紧固件各部位硬度分布符合设计要求，表面处理前的最终检测采用荧光渗透法进行 100% 检验，这是产品出厂前的最后一道质量关口，任何肉眼不可见的微细裂纹都将在荧光显示下无所遁形。

2.3 航天级检测标准体系建设

航天紧固件的检测标准代表了无损检测技术的最高要求，其严苛程度远超民用产品标准，形成了完整的标准体系架构，GJB 2028A-2007《磁粉检测》标准对检测设备、工艺参数、人员资质提出了量化要求，磁场强度偏差必须控制在 12% 以内，这要求磁粉探伤机配备高精度霍尔效应传感器实时监测磁场分布；显像时间误差不得超过 ±10% ，需要严格控制环境温度、湿度对渗透液粘度的影响；缺陷显示重复性要达到 95% 以上，意味着同一缺陷在5 次独立检测中至少4 次能够被准确识别。NASA-STD-5009 标准对工业CT 检测提出了更为严格的技术指标，空间分辨率必须达到 0.01mm 量级，这要求X 射线源焦点尺寸小于5 微米，探测器像素尺寸不超过50 微米，几何放大倍数大于 100 倍 0。标准还规定了图像质量指示器（IQI）的使用方法，双丝型IQI 的丝径从 0.05mm 到 0.8mm 分为13 个等级，检测图像必须能够清晰分辨出规定等级的金属丝。

结束语：无损检测技术作为紧固件制造的质量“守门人”，其发展水平直接决定着高端装备的可靠性边界，随着工业 CT 分辨率突破亚微米级、AI 缺陷识别算法成熟应用，检测技术正从“定性判废”向“定量评估”跃迁。未来，需加快检测标准与航天、新能源等产业需求的对接，推动产学研用深度融合，构建覆盖全产业链的质量控制生态，为制造强国战略提供坚实技术保障。

参考文献：

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