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铝合金异型模锻件弧面区域超声波探伤方法
来源:杨建伟 | 作者:sonatt | 发布时间: 2016-01-11 | 1011 次浏览 | 分享到:
介绍超声波进入凸弧面工件后声场的变化,以及采用不同类型探头对工件探伤时检测灵敏度的差异,从而找出探伤的最佳方法及参数。

铝合金异型模锻件是用于航空、航天工业的重要材料,随着国防科技的高速发展,对其内部质量的要求日趋严格。多年来,我们一直采用双晶组合探头对Y7Y8H7J7J8等异型模锻件的内部缺陷进行超声波检测。自2001年起,客户对异型模锻件弧面区域的探伤结果多次提出异议,我公司对异议产生的原因进行认真、详细的调查和研究,发现在此区域内,双方采用的探伤方法存在较大的差异(有的厂家采用水浸式探伤方法),这是产生探伤异议的重要原因,为了找到良好的检测方法,避免由此产生质量异议,给公司造成严重的经济损失和信誉影响,提高检测的准确性,特立此研究课题。
  1 异型模锻件弧面区域内部缺陷的形态
  了解异型模锻件内部缺陷的性质和形态(大截面方向及延长方向)是确定检测方法的关键。经过多年来对模锻件内部缺陷的剖伤检验法,了解到其内部缺陷多为氧化膜、夹杂等,其截面近似圆弧面,并沿着工件几何长度方向延长,如图1所示。


1  模锻件弧面区域内部缺陷的形态示意图

  2双晶组合探头探伤原理
  2.1双晶组合探头结构及声场分布
  双晶组合探头由两块压电晶片组成,一块用于发射超声波,另一块用于接收超声波,两个晶片形成一定的夹角,具有灵敏度高、杂波少、盲区小等特点。它的声场分布是一个菱形区,此区域内的检测灵敏度较高,随着晶片夹角的变化,菱形区也随之改变。将探头放置在被检工件上,探头与工件表面之间涂有耦合剂,使超声波传播到工件中,在没有缺陷时,荧光屏上只有始波(T)和工件底面回波(B);当工件内存在缺陷时,在荧光屏上将出现一个缺陷回波 (F),如图2所示。
  图2中的焦距fe下式计算:
  Fe=L—δ1tga/C3/C1tga
  式中:
  L≈0.6 mm
  δ1——工件厚度(10mm)
  a——声束入射角;
  C1——楔块声速;
  C3——工件声速。


2 TR探头声场分布及探伤原理示意图

  3 超声波探伤试验
  根据模锻件内部缺陷的形态及双晶组合探头的声场分布特点,当隔声层长度方向与缺陷长度方向一致时,缺陷检出灵敏度最高。我们目前采用的矩形双晶组合探头,在检测锻件弧面区域时,无法使隔声层纵向与缺陷长度方向一致,同时探头平面与工件弧面接触不良,导致声束散射,大量声能无法进入工件中,检测灵敏度大大降低,如图3所示。


3 矩形平面探头与工件弧面区域接触示意图

  基于上述原因,我们将尽量选择适合于弧面区检测的各种类型探头,在不同方式下进行缺陷检出灵敏度试验,由此找出最佳探头、最佳参数及检测方法。
  3.1 试验条件
  (1)探头,分割式组合探头:2.5PΦP8FG2.5PΦ10FG5PΦ8FG5PΦ10FG
  普通双晶组合探头:2.5PTR2°2.5PTR3°2.5PTR5°5PTR2°5PTR3°5PTR5°
  磨弧双晶组合探头:2.5PTR2°2.5PTR3°2.5PTR5°5PTR2°5PTR3°5PTR5°
  (2)耦合剂:钙基润滑脂;
  (3)仪器:PCUT-9100
  (4)探伤方式:接触法;
  (5)试样:长条形人工伤试样(0.3mm×5mm),如图4


4 长条件人工伤试样

  (6)环境:试验室内、探伤现场。
  3.2探伤灵敏度对比试验及结果分析
  按照试验要求,针对不同的试验条件(仪器、探头),在人工伤试样上对0.3mm×5mm检出灵敏度进行了对比试验,结果见表1

l 人工伤检出灵敏度对比试验

仪器型号

探头型号

人工伤/mm×mm

回波高声/Db

结果/优、劣排序

PCUT-9100

2.5PTR5°

0.3×5

27

5

PCUT-9100

5PTR5°

0.3×5

28

4

PCUT-9100

2.5PΦ8FC

0.3×5

32

2

PCUT-9100

2.5PΦ10FC

0.3×5

31

3

PCUT-9100

5PΦ8FC

0.3×5

33

1

PCUT-9100

5PΦ10FC

0.3×5

32

2

  4结论
  通过对三种型式、18种探头进行的36次不同方向的人工缺陷检出灵敏度试验,得出如下结论:当隔声层长度方向与缺陷长度方向一致时,检出灵敏度最高(比共相互垂直时高3dB5dB)。矩形磨弧双晶组合探头虽然也能满足检测要求,但检出灵敏度较低,边端不可探区域较宽,并需要配备特制弧面对比试块,费用较高,操作也不方便。试验表明,5MHz分割式探头较2.5MHz分割式探头检出灵敏度高,但噪声幅值较后者高出1dB2Db,这样给探伤带来误判。因此,2.5MHz分割式探头最适合于异型模锻件弧面区域探伤。这一课题的完成不仅找到了探伤结果异议的原因,也从中找到了有效的探伤方法,这样就可以保证弧面区域缺陷检出的准确度,避免由此产生的探伤异议再次发生。