滑動軸承X射線探傷檢測技術及應用

一、引言

滑動軸承作為旋轉機械的核心支撐部件，廣泛應用于汽輪機、發(fā)電機、壓縮機、軋鋼機等大型工業(yè)設備中。其通過軸與軸瓦之間的滑動摩擦實現(xiàn)載荷傳遞，具有承載能力強、振動小、適應高速重載等優(yōu)點。然而，滑動軸承在制造（如鑄造、鍛造、焊接）和使用（如磨損、腐蝕、疲勞）過程中，易產生內部裂紋、氣孔、夾渣、疏松等缺陷，這些缺陷若未及時發(fā)現(xiàn)，可能導致軸瓦失效、轉子失衡甚至設備停機，造成巨大經濟損失。

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

二、滑動軸承的結構與常見缺陷

（一）滑動軸承的基本結構

滑動軸承主要由軸瓦（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構：內層為減摩材料（如巴氏合金、銅合金），外層為高強度基體（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：

   • 內部裂紋：鑄造或鍛造過程中，因冷卻不均、應力集中產生的裂紋，多位于軸瓦內層與基體的結合面或內部。
   • 氣孔/夾渣：鑄造時熔液中的氣體未完全排出或雜質混入，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。
   • 結合不良：雙金屬軸瓦的內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，軸瓦表面或內部產生的疲勞擴展裂紋。
   • 磨損/腐蝕：潤滑不良或介質腐蝕導致的軸瓦表面材料損耗，嚴重時可能穿透內層。

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，具有強穿透性。當X射線穿過工件時，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射線強度，$I$I 為透射后強度，$\mu$μ 為質量衰減系數(shù)（與材料和X射線波長相關），$\rho$ρ 為材料密度，$t$t 為工件厚度。

（二）缺陷成像

當工件內部存在缺陷（如氣孔、裂紋）時，缺陷區(qū)域的材料密度或厚度與基體差異較大，導致X射線穿透后的強度與正常區(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、滑動軸承X射線探傷的實施流程

滑動軸承的X射線探傷需遵循標準化流程，以確保檢測結果的準確性和可靠性。以下是典型流程：

（一）檢測前準備

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. 缺陷預判：根據滑動軸承的制造工藝（如鑄造、鍛造）和使用情況（如載荷、溫度），預判可能存在的缺陷類型（如鑄造件易產生氣孔、夾渣，運轉件易產生疲勞裂紋）；
3. 設備與器材選擇：
   • X射線機：根據軸瓦厚度選擇合適的機型（如便攜式X射線機用于現(xiàn)場檢測，固定式X射線機用于實驗室檢測）；
   • 成像介質：傳統(tǒng)膠片（如ISO 12236標準膠片）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）、像質計（評估射線圖像質量）、標記筆（標識檢測部位）。

（二）參數(shù)設置

1. 管電壓（kV）：決定X射線的穿透能力，需根據軸瓦厚度計算（公式：$kV = 2t + 10$kV=2t+10，$t$t 為軸瓦厚度，單位：mm）；
2. 管電流（mA）與曝光時間（s）：兩者乘積（mA·s）決定射線強度，需保證圖像黑度在標準范圍內（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射線源焦點尺寸，$U_g$Ug? 需≤標準規(guī)定值）。

（三）透照方式選擇

根據滑動軸承的結構（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（如內部裂紋、夾渣）；
• 定向透照：X射線源從軸瓦側面照射，膠片置于對面，適用于檢測軸瓦的軸向缺陷（如結合面分層）；
• 雙壁單影：對于薄壁軸瓦，將膠片貼于軸瓦一側，X射線源從另一側照射，可同時檢測內外表面缺陷。

（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，可實時顯示并存儲。
2. 圖像質量評估：使用像質計（如絲型像質計）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等標準要求；
3. 缺陷判讀：根據射線圖像中的黑度差異，識別缺陷類型（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）結果評定與報告

根據滑動軸承的使用要求（如電力行業(yè)的DL/T 821-2019標準），對缺陷進行評定：

• 合格：缺陷尺寸、數(shù)量未超過標準允許范圍；
• 不合格：缺陷嚴重（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。

檢測報告需包含以下內容：

• 工件信息（如編號、材質、厚度）；
• 檢測參數(shù)（如管電壓、管電流、曝光時間）；
• 圖像質量（如像質計靈敏度）；
• 缺陷描述（如類型、位置、尺寸）；
• 評定結論（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，作為設備維護的原始資料；
4. 深度檢測：能檢測內部缺陷（如軸瓦內層與基體間的分層），彌補了磁粉、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，需采取嚴格的防護措施（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、數(shù)字成像系統(tǒng)等設備價格昂貴，維護成本高。

六、X射線探傷與其他方法的對比

為更全面評估滑動軸承的質量，常需結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：

七、未來發(fā)展趨勢

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

1. 數(shù)字射線成像（DR/CT）：DR技術取代傳統(tǒng)膠片，實現(xiàn)實時成像和快速判讀；CT（計算機斷層掃描）技術可生成三維圖像，更準確地定位缺陷深度和形狀；
2. AI輔助檢測：通過機器學習算法訓練缺陷識別模型，自動識別射線圖像中的缺陷，減少人為誤差，提高檢測效率；
3. 便攜式設備：小型化、輕量化的X射線機（如手持式X射線機）可用于現(xiàn)場檢測，滿足大型設備（如汽輪機）的在線維護需求；
4. 多方法融合：結合X射線、超聲、振動監(jiān)測等技術，構建智能檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)滑動軸承的全生命周期健康管理。

八、結論

X射線探傷作為滑動軸承內部缺陷檢測的關鍵手段，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，仍是保障滑動軸承可靠性的不可或缺的方法。隨著技術的不斷發(fā)展，數(shù)字化、智能化的X射線探傷技術將進一步提升檢測效率和準確性，為工業(yè)設備的安全運行提供更有力的支撐。

在實際應用中，需根據滑動軸承的材料、結構、使用環(huán)境選擇合適的檢測方法（如X射線與超聲結合），并嚴格遵循標準流程，確保檢測結果的可靠性。同時，加強輻射防護，保障檢測人員的安全，是X射線探傷技術應用的前提。