本文基于現(xiàn)有的緊固件裂紋檢測(cè)方法，從小波分析和電磁脈沖無(wú)損檢測(cè)兩個(gè)方面進(jìn)行研究，總結(jié)了現(xiàn)有裂紋檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀、優(yōu)點(diǎn)和不足，以及研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向。
緊固件目前廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、橋梁和采油等工程領(lǐng)域。作為大型結(jié)構(gòu)件的基本單元，許多緊固件在工作中會(huì)出現(xiàn)裂紋、腐蝕、凹坑以及人為損傷等缺陷，而裂紋缺陷所占的比重和危害性都非常大，嚴(yán)重威脅著現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的安全性和可靠性。
裂紋檢測(cè)是對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)估，以確定其是否有裂紋存在，進(jìn)而判斷裂紋的位置和程度。隨著近現(xiàn)代機(jī)械制造、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)得到了很大的發(fā)展，裂紋檢測(cè)技術(shù)也隨之得到迅速發(fā)展。本文首先介紹傳統(tǒng)裂紋檢測(cè)方法，在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了現(xiàn)代的基于小波分析和電磁（渦流）脈沖的無(wú)損檢測(cè)方法，并指出緊固件裂紋檢測(cè)方法發(fā)展的熱點(diǎn)和方向。
1. 傳統(tǒng)的裂紋檢測(cè)方法
傳統(tǒng)的裂紋檢測(cè)方法有很多，可分為常規(guī)檢測(cè)和非常規(guī)檢測(cè)兩大類。常規(guī)檢測(cè)方法有渦流檢測(cè)、滲透檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、射線檢測(cè)和超聲波檢測(cè)；非常規(guī)檢測(cè)方法有聲發(fā)射、紅外檢測(cè)和激光全息檢測(cè)。
（1）常規(guī)檢測(cè)方法　目前，機(jī)械、建筑和采油等工程領(lǐng)域一般簡(jiǎn)單的裂紋檢測(cè)都采用常規(guī)檢測(cè)方法。針對(duì)不同的機(jī)構(gòu)采用的檢測(cè)方法不同，例如，超聲檢測(cè)主要應(yīng)用于對(duì)金屬板材、管材和棒材，鑄件、鍛件和焊縫以及橋梁、房屋建筑等混凝土構(gòu)建的檢測(cè)；射線檢測(cè)主要用于機(jī)械、兵器、造船、電子、航空航天、石油化工等領(lǐng)域中的鑄件、焊縫等的檢測(cè)；磁粉檢測(cè)主要應(yīng)用于金屬鑄件、鍛件和焊縫的檢測(cè)；磁粉檢測(cè)主要應(yīng)用于金屬鑄件、鍛件和焊縫的檢測(cè)；滲透檢測(cè)主要應(yīng)用于有色金屬和黑色金屬材料的鑄件、鍛件、焊接件、粉末冶金件以及陶瓷、塑料和玻璃制品的檢測(cè)；渦流檢測(cè)主要應(yīng)用于導(dǎo)電管材、棒材、線材的探傷和材料分選。針對(duì)緊固件的裂紋檢測(cè)，可以采用超聲檢測(cè)和渦流檢測(cè)。例如，在緊固件小裂紋最佳渦流檢測(cè)參數(shù)試驗(yàn)研究中，得到了小裂紋渦流檢測(cè)參數(shù)與相位信號(hào)呈線性關(guān)系的最佳檢測(cè)參數(shù)區(qū)段，這對(duì)提高棒料小裂紋檢測(cè)精度和外置式緊固件渦流檢測(cè)參數(shù)的選擇具有重要的指導(dǎo)作用。但渦流檢測(cè)干擾因素較多，需要特殊的信號(hào)處理技術(shù)。另外還有蘭姆波（Lamb wave）傳播能量譜結(jié)構(gòu)裂紋檢測(cè)方法，具有穿透能力強(qiáng)、靈敏度高、快捷方便的特點(diǎn)，但是有時(shí)會(huì)產(chǎn)生盲區(qū)，發(fā)生阻塞現(xiàn)象，不能發(fā)現(xiàn)近距離裂紋，對(duì)所發(fā)現(xiàn)的缺陷作定性、定量表征比較困難。針對(duì)緊固件大部分都采用磁粉檢測(cè)和熒光探傷方法檢測(cè)，相對(duì)檢測(cè)效率較高，但是消耗人力、物力大，損害人的身體健康，同時(shí)由于受人為因素影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)漏檢現(xiàn)象。
（2）非常規(guī)檢測(cè)方法　當(dāng)對(duì)緊固件進(jìn)行裂紋檢測(cè)時(shí)，若常規(guī)檢測(cè)方法達(dá)不到所要求的目的，可以考慮用非常規(guī)檢測(cè)方法。下面列舉三種常用的非常規(guī)裂紋檢測(cè)方法。
1）聲發(fā)射技術(shù)。該技術(shù)在承壓設(shè)備裂紋檢測(cè)方面最為成熟，在壓力容器、承壓管道的安全評(píng)定中已取得較為理想的效果，在航天航空、復(fù)合材料等裂紋檢測(cè)方面也得到大力發(fā)展。對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械裂紋診斷，主要在旋轉(zhuǎn)軸、齒輪疲勞裂紋及軸承裂紋檢測(cè)等方面有一定程度的發(fā)展。聲發(fā)射的優(yōu)點(diǎn)在于它是一種動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，聲發(fā)射探測(cè)到的能量來(lái)自被測(cè)試物體本身，而不是像超聲或射線探傷那樣由無(wú)損檢測(cè)儀器提供。聲發(fā)射檢測(cè)對(duì)缺陷很敏感，能夠整體探測(cè)和評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)中的活性缺陷狀態(tài)。缺點(diǎn)是檢測(cè)受材料影響很大；檢測(cè)室受電噪聲和機(jī)械噪聲的影響；定位精度不高，對(duì)裂紋的識(shí)別只能給出有限的信息。
2）紅外檢測(cè)。主要應(yīng)用于電力設(shè)備、石化設(shè)備、機(jī)械加工過程檢測(cè)、火災(zāi)檢測(cè)、農(nóng)作物優(yōu)種以及材料與構(gòu)件中的缺陷無(wú)損檢測(cè)。紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于它是非接觸式的檢測(cè)技術(shù)，遠(yuǎn)距離空間分辨率高，安全可靠對(duì)人體無(wú)害，靈敏度高，檢測(cè)范圍廣、速度快，對(duì)被測(cè)物體沒有任何影響。紅外檢測(cè)的缺點(diǎn)是由于檢測(cè)靈敏度與熱輻射率相關(guān)，因此受試件表面及背景輻射的干擾，受缺陷大小、埋藏深度的影響，對(duì)原試件分辨率差，不能精確測(cè)定缺陷的形狀、大小和位置，檢測(cè)結(jié)果的解釋比較復(fù)雜，需要有參考標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)操作人員需要經(jīng)過培訓(xùn)等。
3）激光全息檢測(cè)。主要用于蜂窩結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料檢測(cè)，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的外殼、絕熱層、包覆層及推進(jìn)劑藥柱各界面之間缺陷檢測(cè)，印制電路板焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)以及壓力容器疲勞裂紋檢測(cè)等。它的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)方便，靈敏度很高，對(duì)被測(cè)對(duì)象沒有特殊要求，并能對(duì)缺陷進(jìn)行定量分析。缺點(diǎn)是對(duì)于埋藏較深的脫粘缺陷，只有在脫粘面積相當(dāng)大時(shí)才能夠被檢測(cè)出來(lái)。另外，激光全息檢測(cè)多在暗室進(jìn)行，并需要采取嚴(yán)格的隔振措施，因此不利于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，具有一定的局限性。
2. 現(xiàn)代裂紋檢測(cè)新技術(shù)
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械、建筑和采油等工程領(lǐng)域?qū)α鸭y檢測(cè)的要求也越來(lái)越高，因此出現(xiàn)了很多裂紋檢測(cè)新技術(shù)?；谛盘?hào)處理的裂紋檢測(cè)方法和電磁（渦流）脈沖無(wú)損檢測(cè)是現(xiàn)代常用的新技術(shù)。
（1）基于小波分析的裂紋檢測(cè)方法　隨著信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了基于信號(hào)處理的裂紋檢測(cè)方法，包括時(shí)間域、頻率域及時(shí)頻域方法，主要有傅里葉變換、短時(shí)傅里葉變換、WignerVille分布、希爾伯特-黃變換（HHT）、盲源分離等。其中小波分析的方法最具有代表性。直接利用小波分析的裂紋識(shí)別方法可以分為以下兩種：
1）基于時(shí)域響應(yīng)的分析方法。包括利用時(shí)域分解圖的奇異點(diǎn)的方法、利用小波系數(shù)變化的方法和利用小波分解后能量變化的方法?；跁r(shí)域響應(yīng)的分析方法旨在發(fā)現(xiàn)裂紋損傷發(fā)生的時(shí)刻。
2）基于空間響應(yīng)的分析方法。就是用空間位置的空間坐標(biāo)軸代替時(shí)域響應(yīng)信號(hào)的時(shí)間軸，以空間域響應(yīng)作為輸入進(jìn)行小波分析。基于空間域響應(yīng)分析方法可以確定發(fā)生裂紋的位置。小波方法本身只能進(jìn)行損傷發(fā)生時(shí)刻或損傷發(fā)生位置的判斷，且前者的應(yīng)用更多一些。若想識(shí)別小裂紋，則需要將小波與其他方法結(jié)合對(duì)裂紋進(jìn)行檢測(cè)。
（2）電磁（渦流）脈沖無(wú)損檢測(cè)　電磁技術(shù)結(jié)合超聲檢測(cè)、渦流成像、陣列渦流和脈沖渦流檢測(cè)等諸多功能，形成了現(xiàn)代電磁檢測(cè)新技術(shù)。其中常見的裂紋檢測(cè)技術(shù)有脈沖渦流檢測(cè)、脈沖渦流熱成像技術(shù)、脈沖渦流和電磁聲換能器（EMAT）雙探頭無(wú)損檢測(cè)以及金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)。
脈沖渦流用一個(gè)脈沖電流來(lái)激勵(lì)線圈，對(duì)檢測(cè)探頭感應(yīng)的時(shí)域瞬態(tài)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行分析，選用信號(hào)的峰值、過零時(shí)間和峰值時(shí)間來(lái)對(duì)裂紋進(jìn)行定量檢測(cè)。國(guó)防科技大學(xué)楊賓峰等用實(shí)驗(yàn)證明脈沖渦流只需一次掃描就可對(duì)被測(cè)試件上不同深度的裂紋實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)；有研究人員利用諧波線圈的替代技術(shù)進(jìn)行脈沖渦流檢測(cè)，以自身電場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體內(nèi)部總電場(chǎng)的貢獻(xiàn)的電偶極子形式的改變高于磁場(chǎng)傳感器所測(cè)導(dǎo)體上的改變，找到裂紋區(qū)電偶極子的分布密度來(lái)檢測(cè)裂紋。
脈沖渦流的缺點(diǎn)是脈沖渦流信號(hào)的峰值極易受到其他因素的影響（如提離效應(yīng)），還有脈沖渦流探頭的檢測(cè)能力都會(huì)影響裂紋的檢測(cè)。
脈沖渦流成像儀器都采用線圈作為檢查傳感器。有人用霍爾傳感器作為檢查傳感器。近年來(lái)超量子干涉儀器開始應(yīng)用到無(wú)損檢側(cè)領(lǐng)域。利用脈沖渦流熱成像技術(shù)消除了其他檢測(cè)中的提離效應(yīng)，避免成像結(jié)果產(chǎn)生失真。
有研究人員用類似高斯光束形狀的YNG激光射入金屬板材表面，利用脈沖渦流和電磁聲換能器檢測(cè)技術(shù)，通過超聲波波形的突然變化或激光照射裂紋時(shí)波形中頻率成分的突然增加來(lái)識(shí)別裂紋。
3. 裂紋研究的熱點(diǎn)
目前對(duì)緊固件裂紋檢測(cè)的研究還僅停留在傳統(tǒng)檢測(cè)方法上，為了使檢測(cè)技術(shù)得到發(fā)展并解決實(shí)際應(yīng)用問題，現(xiàn)在裂紋損傷識(shí)別的熱點(diǎn)主要集中在以下兩個(gè)方面：一是考慮不確定性影響的統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法，二是緊固件微裂紋的識(shí)別。
裂紋損傷檢測(cè)會(huì)有很多不確定性，因此提出采用統(tǒng)計(jì)推斷方法處理系統(tǒng)識(shí)別問題。隨著損傷識(shí)別研究的飛速發(fā)展，基于概率統(tǒng)計(jì)理論的損傷識(shí)別方法的研究不斷深入。當(dāng)前該方法的主要研究應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橄到y(tǒng)辨識(shí)和模式識(shí)別。
現(xiàn)在已經(jīng)有了檢測(cè)緊固件微裂紋的方法，例如基于ICT技術(shù)的微裂紋檢測(cè)、基于激光輔助加熱的激光超聲投捕法識(shí)別微裂紋，但是都有其局限性。例如，基于ICT技術(shù)的微裂紋檢測(cè)的局限性在于采集圖像中的灰度值與背景灰度值差別要求大，若灰度值與背景灰度值差別不大，則細(xì)節(jié)較難區(qū)分，因此影響圖像質(zhì)量，造成圖像采集難度大，同時(shí)對(duì)圖像后處理也提出了更高的要求。而且再用VG Studio MAX軟件對(duì)微裂紋進(jìn)行提取時(shí)，要提取包含全部微裂紋空間范圍，這具有不確定性?；诩す廨o助加熱的激光超聲投捕法，識(shí)別微裂紋的局限性在于操作比較復(fù)雜，不能在惡劣的環(huán)境下檢測(cè)，所以還有待發(fā)展。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)緊固件裂紋的檢測(cè)手段要求也越來(lái)越高，它必須符合實(shí)時(shí)在線檢測(cè)、靈敏度高、操作簡(jiǎn)單以及不易受外界干擾等要求，能夠在惡劣的外部環(huán)境中工作；迅速準(zhǔn)確地檢測(cè)到裂紋的位置、大小、寬度、深度和發(fā)展趨勢(shì)等；檢測(cè)結(jié)果可以圖像方式顯示，可以進(jìn)行分析；集檢測(cè)速度快、效率高、結(jié)果直觀于一體。
4. 結(jié)語(yǔ)
對(duì)緊固件裂紋損傷識(shí)別雖然已經(jīng)開展了很多研究工作，但是目前的損傷識(shí)別方法或指標(biāo)僅局限于傳統(tǒng)檢測(cè)方法，考慮到檢測(cè)設(shè)備的成本、使用環(huán)境以及人為因素等，對(duì)于緊固件的多裂紋和微裂紋檢測(cè)是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)，要做到快速定位、精確定量，提高檢測(cè)精度和可靠性，實(shí)現(xiàn)對(duì)裂紋又好又快的檢測(cè)，這些都是緊固件裂紋檢測(cè)的發(fā)展方向。