专利名称：汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法
技术领域：
本发明涉及的是一种汽车技术领域构件疲劳寿命的检测方法，尤其涉及的是一种汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法。
背景技术：
目前，我国每年有大量的汽车报废，产生的退役汽车零部件可达数百万吨。我国汽车退役零部件一般都作为废钢铁进行材料级回收，而欧、美、日等发达国家，相当一部分汽车退役零部件经过再制造后，流向配件市场，并且已形成一个庞大的汽车零部件再制造产业。因此，从可持续发展的观念出发，发展汽车退役零部件的回收与再制造技术，对节能节材、环境保护，推动社会-经济-环境协调发展意义重大。
汽车发动机曲轴，由于在工作中承受了很大的交变载荷，疲劳失效是其主要的失效形式之一。因此，这类退役零件在再制造之前，首先需要对其进行剩余疲劳寿命测评，确定该零件的剩余疲劳寿命是否足以维持下一个生命周期，并以此为重要指标来评价该零件是否具有再制造的价值。由于并不确切了解汽车退役曲轴的服役历史，很难直接统计出其剩余疲劳寿命。磁粉探伤技术虽然可以进行曲轴的宏观裂纹检验，但是，如果某个曲轴尚未检测出宏观裂纹，却已经处于疲劳损伤萌生阶段的后期，该零件经过再制造以后，其疲劳寿命是否能够足以维持整个生命周期，就很难做出回答了。因此，目前在实际生产中，再制造的退役发动机曲轴是不进行剩余疲劳寿命测评的。如果能建立一套行之有效的汽车退役曲轴剩余疲劳寿命检测方法与装置，通过直接对退役零件进行测评，就可以获得其剩余疲劳寿命，从而判定该零件是否值得再制造，对于提高再制造产品的可靠性和安全性是很有意义的。
经对现有技术文献的检索，至今尚未发现与本发明主题相同或者类似的文献报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法，使其在并不了解疲劳零件服役历史的情况下，综合评价其剩余疲劳寿命是否足以维持下一次生命周期。
本发明是通过以下技术方案实现的，方法如下首先应用涡流检测技术对退役曲轴危险部位的主轴颈部分和连杆轴颈部分进行裂纹检测，如果发现有裂纹存在，则认为其剩余疲劳寿命不足以维持一个生命周期，如果没有裂纹，则应用金属磁记忆检测技术对退役曲轴危险部位的应力变形状况进行检测，根据退役曲轴危险部位的应力变形状况与剩余疲劳寿命之间的映射关系，以此来评价其剩余寿命是否足以维持下一次生命周期。
本发明确立了应力变形状况与剩余疲劳寿命之间映射关系，即，将金属磁记忆检测技术测定的退役曲轴危险部位的应力变形状况与剩余疲劳寿命之间确立了映射关系，从而通过检测应力变形状况就能确定相对应的剩余疲劳寿命。
涡流检测技术就是运用电磁感应原理，将正弦波电流激励探头线圈，当探头接近金属表面时，线圈周围的交变磁场在金属表面产生感应电流。对于平板金属，感应电流的流向是以线圈同心的圆形，形似旋涡，称为涡流。同时涡流也产生相同频率的磁场，其方向与线圈磁场方向相反。涡流通道的损耗电阻，以及涡流产生的反磁通，又反射到探头线圈，改变了线圈的电流大小及相位，即改变了线圈的阻抗。因此，探头在金属表面移动，遇到缺陷，使得涡流磁场对线圈的反作用不同，引起线圈阻抗变化，通过涡流检测仪器测量出这种变化量就能鉴别金属表面有无缺陷。
金属磁记忆检测技术则是一种利用金属磁记忆效应进行零件表面应力集中和应力突变检测的无损检测技术。铁磁性金属零件在加工和运行时，由于受载荷和地磁场共同作用，在应力和变形集中区域会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，形成漏磁场变化。这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后不仅会保留，还与最大作用应力有关，从而通过漏磁场法向分量的测定，便可准确推断工件的应力集中和应力突变部位。金属零件表面的这种磁状态“记忆”着微观缺陷或应力突变的位置，即所谓的磁记忆效应。
在工程实践中，一旦发动机曲轴的危险部位出现疲劳裂纹，出于安全，一般认为其剩余疲劳寿命将不足以维持一个生命周期。大量的研究表明，疲劳损伤的萌生阶段占整个疲劳寿命的较大比例，在此阶段，明显的疲劳裂纹尚未形成，但材料抗疲劳能力已有所削弱，表现为零件疲劳寿命的降低。现有的材料损伤检测方法，如超声法、磁粉法、x射线法、涡流法、渗透法等，以宏观裂纹为发现目标，无法对此阶段的材料损伤程度和可靠性作出合理的评估。曲轴的疲劳主要表现为曲轴材料在交变应力的持续作用下，萌生内部缺陷从而引起局部应力集中，导致材料宏观性能的降低。因此，退役曲轴危险部位的应力变形状况，便成为测评曲轴剩余疲劳寿命的一个重要依据。金属磁记忆检测技术是一种表征材料应力变形状态的无损检测方法，只需在地磁环境下测量铁磁性零件表面漏磁场就能确定零件上的应力变形状态。本发明通过确立退役曲轴危险部位的应力变形状况与剩余疲劳寿命之间的映射关系，应用金属磁记忆检测技术对退役曲轴危险部位的应力变形状况进行检测就能评价退役曲轴的剩余疲劳寿命是否足以维持下一次生命周期。
应用本发明，就可以在再制造前对退役曲轴的剩余疲劳寿命进行定量化测评，提高再制造曲轴的安全性，降低报废率。由于可以事先测评其剩余疲劳寿命，对于已经经历过一次再制造的退役曲轴，就有可能进行第二次再制造，更能体现绿色循环经济的要求。
图1本发明检测退役曲轴主轴颈的示意2本发明检测退役曲轴连杆轴颈的示意图具体实施方式
结合附图和本发明内容提供以下实施例如图1和图2所示，本发明实施例采用的测评装置由机架1、步进电机2、头架3、丝杠4、卡盘座5、卡盘6、被测曲轴7、检测探头8、探头座9、尾架10组成。本发明方法首先应用涡流检测技术对退役曲轴的危险部位的主轴颈部分和连杆轴颈部分进行裂纹检测，如果发现有裂纹存在，则认为其剩余疲劳寿命不足以维持一个生命周期，如果没有裂纹，则应用金属磁记忆检测技术对退役曲轴危险部位的主轴颈部分和连杆轴颈部分的应力变形状况进行检测，根据退役曲轴危险部位的应力变形状况与剩余疲劳寿命之间的映射关系，以此来评价其剩余寿命是否足以维持下一次生命周期。具体实施例如下选择一根S195单缸柴油机退役曲轴进行剩余疲劳寿命测评。首先对退役曲轴危险部位的主轴颈部分和连杆轴颈部分进行裂纹检测。当检测曲轴主轴颈时，使曲轴7的主轴线、卡盘6与卡盘座5的中心都在同一条回转线上，步进电机2带动支承在头架3上的卡盘座5作匀速转动，将探头座9沿机架1上的导轨移动到相应的主轴颈处，使用涡流检测探头对整个曲轴主轴颈表面进行裂纹检测。当检测连杆轴颈时，利用丝杠4带动卡盘6沿卡盘座5上的导轨径向移动曲柄半径的距离，使被检连杆轴颈中心与卡盘座中心处于同一回转线上，步进电机2带动支承在头架3上的卡盘座5作匀速转动，将探头座9沿机架1上的导轨移动到相应的连杆轴颈处，使用涡流检测探头对整个曲轴连杆颈表面进行裂纹检测。
检测的结果没有发现裂纹，则对退役曲轴危险部位的主轴颈部分和连杆轴颈部分的应力变形状况进行检测。当检测曲轴主轴颈时，使曲轴7的主轴线、卡盘6与卡盘座5的中心都在同一条回转线上，步进电机2带动支承在头架3上的卡盘座5作匀速转动，将探头座9沿机架1上的导轨移动到相应的主轴颈处，使用金属磁记忆检测探头对整个曲轴主轴颈表面进行应力变形状况检测。当检测连杆轴颈时，利用丝杠4带动卡盘6沿卡盘座5上的导轨径向移动曲柄半径的距离，使被检连杆轴颈中心与卡盘座中心处于同一回转线上，步进电机2带动支承在头架3上的卡盘座5作匀速转动，将探头座9沿机架1上的导轨移动到相应的连杆轴颈处，使用金属磁记忆检测探头对整个曲轴连杆颈表面进行应力变形状况检测。根据上述检测得到的退役曲轴危险部位的应力变形状况，将其代入应力变形状况与剩余疲劳寿命之间的映射关系，得到其剩余疲劳寿命足以维持下一次生命周期。
权利要求
1.一种汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法，其特征在于，首先应用涡流检测技术对退役曲轴危险部位的主轴颈部分和连杆轴颈部分进行裂纹检测，如果发现有裂纹存在，则认为其剩余疲劳寿命不足以维持一个生命周期，如果没有裂纹，则应用金属磁记忆检测技术对退役曲轴危险部位的应力变形状况进行检测，根据退役曲轴危险部位的应力变形状况与剩余疲劳寿命之间的映射关系，以此来评价其剩余寿命是否足以维持下一次生命周期。
2.根据权利要求1所述的汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法，其特征是，所述的涡流检测技术，将正弦波电流激励探头线圈，当探头接近金属表面时，线圈周围的交变磁场在金属表面产生感应电流，对于平板金属，感应电流的流向是以线圈同心的圆形，形似旋涡，称为涡流，同时涡流也产生相同频率的磁场，其方向与线圈磁场方向相反，涡流通道的损耗电阻，以及涡流产生的反磁通，又反射到探头线圈，改变了线圈的电流大小及相位，即改变了线圈的阻抗，探头在金属表面移动，遇到缺陷，引起线圈阻抗变化，通过涡流检测仪器测量出这种变化量就能鉴别金属表面有无缺陷。
3.根据权利要求1所述的汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法，其特征是，所述的金属磁记忆检测技术，铁磁性金属零件在加工和运行时，由于受载荷和地磁场共同作用，在应力和变形集中区域会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，形成漏磁场变化，这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后会保留，且与最大作用应力有关，从而通过漏磁场法向分量的测定，准确推断工件的应力集中和应力突变部位。
全文摘要
一种汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法，首先应用涡流检测技术对退役曲轴的危险部位主轴颈部分和连杆轴颈部分进行裂纹检测，如果发现有裂纹存在，则认为其剩余疲劳寿命不足以维持一个生命周期，如果没有裂纹，则应用金属磁记忆检测技术对退役曲轴危险部位的应力变形状况进行检测，根据退役曲轴危险部位的应力变形状况与剩余疲劳寿命之间的映射关系，以此来评价其剩余寿命是否足以维持下一次生命周期。本发明在并不了解疲劳零件服役历史的情况下，综合评价其剩余疲劳寿命是否足以维持下一次生命周期。
文档编号G01N27/90GK1603812SQ20041006757
公开日2005年4月6日 申请日期2004年10月28日 优先权日2004年10月28日
发明者陈铭, 王成焘, 王翔 申请人:上海交通大学