超声波无损检测技术在体育器材检测中的应用

文/张明浩 王 苏 刘 进

由于体育器材损坏造成锻炼者身体受到伤害的事件时有发生，对于固定式健身器材，可以运用超声波无损检测技术进行探伤，对于不同的健身器材，应该采用不同的对比试块、不同的探头等等，总之，超声波无损检测技术在体育器材检测中的应用值得我们去探讨和研究。

目前，我国的许多体育器材，尤其是室外健身器材，由于使用环境恶劣、使用人员多样、使用时间较长、维护保养不当等，容易出现器材损坏，从而造成锻炼者身体受伤受到伤害。2011年4月11日，安徽某男子在单杠上锻炼时，因单杠断裂摔伤致死。2012年9月19日，海南某小学操场的篮球架突然倒塌，一名六年级学生被砸中头部，当场身亡。2013年5月12日，南京某小区的健身器材连根断裂，一位6岁的女童头部被砸成重伤，面临开颅手术。如果不深究其原因，找到解决的办法，类似的事故还会不断发生。

对于活动式健身器材，一般是通过冲击试验和疲劳试验来检测其安全性。而对于固定式健身器材，通常是通过检测静负荷、稳定性来保证其安全性。但是，静负荷和稳定性只是在1-2分钟内施加一定的力，卸载后构件不应出现断裂、开焊、倾斜、较明显的永久变形等。但是，对于单杠、双杠、平梯、肋木等健身器材，其在使用过程中受到不断的冲击力，并非是静载荷。如果构件本身存在裂纹等缺陷，或者焊接部位存在缺陷，经过长时间不断的冲击，器材就可能出现断裂、开焊等，对运动者造成严重伤害。

如何在不破坏构件的前提下，保证构件本身的质量和焊接的质量，这就需要用到无损检测技术。无损检测，就是利用声、光、磁、电等特性，在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检测对象所处技术状态的所有技术手段的总称。在各种无损检测方法中，超声波无损检测具有灵敏度高、周期短、成本低、灵活方便、效率高、对人体无害等优点，故应用广泛。

超声波无损检测，就是通过超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。目前体育器材的各种标准中，还没有运用超声波无损检测技术进行检测的规定。如果在体育器材的检测中采用超声波无损检测技术，可以在很大程度上保证所用构件和焊接等内部质量，从而给器材的安全性多了一层保险。

图1 超声波探伤仪

超声波无损检测中用到了直探头和斜探头。直探头又称纵波探头，用于发射和接收纵波，主要用于探测与探测面平行的缺陷。斜探头分为纵波斜探头、横波斜探头、表面波斜探头。对于锻件、铸件等，一般采用直探头进行检测，对于管件、焊缝，一般采用斜探头进行检测。

图2 超声波探伤仪进行内部缺陷检测

在体育器材检测中，对于单杠、双杆、肋木等器材的横杠，多是小口径管材（外径小于100mm），其主要缺陷为纵向缺陷，检测时采用横波斜探头使声束在管壁内沿圆周方向传播，也可检测横向缺陷，检测时采用横波斜探头使声束在管壁内沿管轴方向传播。为了缺陷的准确定量和定位，离不开对比试样，对比试样上的人工缺陷是评定自然缺陷当量的依据。制作对比试样用钢管与被检验钢管应具有相同的公称尺寸并具有相近的化学成分、表面状态、热处理状态和声学性能。小口径管材探伤时，根据实际情况，可采用接触法探伤和水浸法探伤。

对于体育器材的焊缝内部缺陷检测，采用横波斜探头。焊缝中的常见缺陷有气孔、夹渣、未焊透、未熔合等体积状缺陷和裂纹等面状缺陷。对于母材厚度不小于8mm的焊缝，才进行超声波探伤。进行超声波检测前，应选择合适的斜探头，探头角度在35°－70°之间。试块应选择CSK-IA和RB-2试块，即采用基于直径3mm的横孔技术。根据规定的焊缝验收等级，进行评定和验收。回波幅度超过评定等级的缺欠需要测量其显示长度。－如果单位焊缝长度内存在单个或多个间断的缺欠，则要记录缺欠的累计长度。最后按照验收等级进行验收。

体育器材的检验有一定的特殊性，不能完全按照机械类产品的规定进行超声波无损检测。如果全部进行超声波无损检测，就会耗费大量的人力和物力，安全性上当然可以保证，但是不经济。应该在保证安全性基础上，探讨其经济性。例如，在一些重要场合使用的器材要全部进行超声波检测，在一般场合使用的器材应抽样进行超声波检测，器材制造单位在进货时抽样进行超声波检测等等。总之，利用超声波进行体育器材的无损检测，能在一定程度上保证器材的质量和安全性，值得我们去探讨和研究。（作者单位：河北省产品质量监督检验院、国家体育用品质量监督检验中心）