汽车发动机缸体中内部结构、孔隙观察、孔隙率缺陷分析检测方案(工业CT)

SSL-CA20-207Excellence in Science Excellence in ScienceSMX-004 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心Shimadzu (China) Co.， LTD.-Analytical Applications CenterTel：86(21)34193996Email： sshzyan@shimadzu.com.cnhttp：//www.shimadzu.com.cn SMX-225CT FPD HR检测汽车发动机缸体孔隙率 SMX-004 摘要：本文介绍运用inspeXio SMX-225CT FPD HR微焦点X射线 CT 系统检测汽车发动机缸体的孔隙率。汽车发动机缸体的全部扫描，清晰的观察到内部的结构及铸件中孔隙，运用VG 软件孔隙率分析模块对发动机缸体进行孔隙率分析。通过岛津独有技术——对感兴趣区域进行放大扫描，观察缸体周围缺陷。 关键词：微焦点X义线 CT系统发动机缸体 铸件 孔隙 汽车发动机是由几个气缸组成的发动机，在其内部，有几个相同的单缸排列在一个机体上，共用一根曲轴输出动力，主要作用是将化学能转换为机械能。 汽车发动机基本原理是利用汽油或者柴油化学能转换为热能时，密封汽缸内混合气体燃烧膨胀，从而推动活塞做功，将热能再转变为机械能。由于发动机发热量很大，在缸套外的水套中布满冷却液，用来降低发动机温度。水套及其缸套周围部分是用铝铸件压铸而成，在压铸过程中，产生孔隙等缺陷。如果孔隙 实验部分 1.1仪器 inspeXio SMX-225CT FPD HR微焦点X射线CT系统 1.2分析条件 X射线 CT检查分析条件1： 测试电压：220KV 测试电流：200uA 图像尺寸：1024pixels*1024pixels 扫描时间：20min SDD： 1200mm SRD： 877.627mm Number of Views： 1200 Number of Averages： 1 Voxel Spacing： 0.459mm/voxel Exposure(ms)： 1000.000 Acquisition Mode： Fine 超过一定的数量，冷却液进入铸件中，引起发动机故障。因此，需要检查铸件中的孔隙，计算整个发动机缸体的孔隙率，以判断是否合格。在缸套和压铸件的结合部分，还需要看是否有间隙缺陷。使用微焦点X射线透视已经没有办法满足观察要求，此时需要使用专用工业微焦点X射线计算机断层扫描(CT)系统观察确定。本文介绍运用 inspeXio SMX-225CT FPD HR 的微焦点X射线 CT系统检测汽车发动机缸体孔隙率。 X射线 CT检查分析条件2： 测试电压：220KV 测试电流：200uA 图像尺寸：1024pixels*1024pixels 扫描时间：20min SDD： 1200mm SRD： 297.837mm Number of Views： 1200 Number of Averages： 1 Voxel Spacing：0.156mm/voxel Exposure(ms)： 1000.000 Acquisition Mode： Fine 结果与讨论 2.1样品外观图 本次检测的汽车发动机缸体外观图如图1。外观尺寸是长320mmX宽320mmX高280mm。本测试分两次：第一次扫描整体发动机缸体；第二次扫描发动机缸体单缸缸体。 图1汽车发动机缸体外观图 图2汽车发动机缸体3D图 2.2发动机缸体CT观察 由于 inspeXio SMX-225CT FPD HR的接收部分使用16英寸的平板检测器，采用 OFFSET 扫描技术，最大的 CT 扫描范围为 中400XH300mm， 因此整个发动机缸体可以整体扫描。使用 Shimadzu 微焦点 X-ray CT系统 inspeXio SMX-225CT FPD HR 扫描发动机缸体，使用3D处理软件 VGSTUDIO MAX(Volume GraphicsGmbH) 显示 CT图像的立体渲染图(VR) (图2)。 通过观察 CT图像，发现不同部位有孔隙，通过截取3D图像，直观观察发动机缸体内部孔隙。如下图3、图4。 图3发动机缸体3D截面图(有孔隙) 图4发动机缸体3D截面图(有孔隙) 通过岛津独有技术一对感兴趣区域放大 CT扫描苗(点击软件上X、Y、Z及 SOD 按钮，设备各轴相应运动，准确对准需要测试的位置，如虚线区域)，更清楚关注区域细节。因此通过刚扫描的整体发动机缸体的 CT 数据，对每个缸体单独放大扫描，观察缸体附近的结构及缺陷(图5)。 图55感兴趣区域放大 CT 扫描 通过放大扫描后，清晰得出单个缸体CT图像。发现在缸体附近铸件有孔隙，并测量孔隙长度为12.708mm，如图6所示。缸体和铸件的结合部分无孔隙，结合完好，通过虚拟切割后立体展示剖面(图7)。 图66单个缸体 CT截面图 图77单个缸体3D截面图 2.3发动机缸体孔隙率分析 使用专用软件分析孔隙缺陷，计算出孔隙缺陷分布效果图(图8)。并用不同颜色标准不同大小体积的孔隙。最大孔隙体积是 49.1224mm3。图9是发动机缸体 CT 孔隙缺陷统计图，统计出材料总体积是7700700mm3，孔隙缺陷总体积2599.2322mm，孔隙缺陷百分比0.03%。 图8 发动机缸体 CT 孔隙缺陷分布图 图9 发动机缸体 CT孔隙缺陷统计图 结论 采用岛津公司的 inspeXio SMX-225CT FPD HR微焦点X射线 CT系统检测汽车发动机缸体，不仅能扫描整个汽车发动机缸体，检测发动机缸体的内部结构。还可以放大检测汽车发动机缸体的单个缸体，检测单个缸体的结构及缺陷，并对孔隙进行长度测量。使用专业分析软件对汽车发动机缸体进行孔隙率分析，有助于产品品质管控及产品研发。 岛津应用云 采用岛津公司的inspeXio SMX-225CT FPD HR微焦点X射线CT系统检测汽车发动机缸体，扫描速度快。采用16英寸大平板及使用OFFSET扫描功能，不仅能扫描整个汽车发动机缸体，检测发动机缸体的内部结构。还可以通过岛津独有技术——对感兴趣区域进行放大扫描，检测汽车发动机缸体的单个缸体，检测单个缸体的结构及缺陷，并对孔隙进行长度测量。使用专业分析软件对汽车发动机缸体进行孔隙率分析，有助于产品品质管控及产品研发。