摩擦焊焊縫的超聲檢測技術應用

孫國榮

（哈爾濱東安發動機有限公司，黑龍江 哈爾濱 150066）

摩擦焊焊縫的超聲檢測技術應用

孫國榮

（哈爾濱東安發動機有限公司，黑龍江 哈爾濱 150066）

本文對比介紹了兩種檢測摩擦焊焊縫的超聲波檢測技術。

摩擦焊；焊縫；超聲波檢測

摩擦焊屬壓焊的一種，是利用焊接接觸端面的相對旋轉運動中相互摩擦產生熱量，從而使端部達到熱塑性狀態，然后迅速頂鍛而完成焊接的一種方法。此方法熱影響區小，接頭強度與母材強度一樣高，且易于實現自動化。因此為工業中廣泛應用的焊接方法。焊接產生的主要缺陷有氣孔、裂紋和未熔合等,其中氣孔為立體型缺陷，用射線檢測比較理想，而未熔合和裂紋為平面型缺陷，利用超聲檢測較為理想。

1 檢測方法簡介

1.1 橫波脈沖反射法

焊縫中的主要內部缺陷為氣孔、裂紋和未熔合，從危害程度來說，裂紋和未熔合是平面型缺陷，危害性較大。未熔合產生的方向主要是沿坡口面，當零件為環形對接焊縫時，未熔合應為垂直于零件軸線方向，此類缺陷可用橫波脈沖反射法在焊縫兩側或一側進行檢測，當由于零件結構原因，無法從兩側進行檢測時，可在一側進行。利用斯涅爾定律可以很容易的計算出指定橫波折射角對應的入射角。按照耦合方式的不同，橫波脈沖反射法又可分為水浸法和接觸法。

1.1.1 接觸式橫波脈沖反射法

接觸法是將探頭與試件表面直接接觸進行檢測的技術。通常在探頭與檢測面之間涂有一層很薄的耦合劑，多為手動操作，操作方便，設備簡單，由于是直接入射，入射聲能損失小，可提供較大的厚度穿透能力。

1.1.2 水浸式橫波脈沖反射法

水浸法是將探頭與試件全部或部分浸于水中，以水作為耦合劑，聲波通過水進入試件進行檢測的技術。由于探頭與試件不接觸，超聲波的發射與接收都比較穩定，通過調節探頭，可方便地改變探頭發射的超聲束的方向，從而容易實現斜射聲束檢測；另外，檢測盲區小，可檢測較薄的試件；便于實現聚焦聲束檢測，從而實現高靈敏度、高分辨率檢測需要；同時便于實現自動化檢測，減少了人為因素對檢測可靠性的影響。

1.2 Delta shuttle法

Delta shuttle檢測技術屬于一種特殊的穿透法，常規穿透法檢測靈敏度低，操作復雜，但 Delta shuttle檢測技術不同于常規的穿透法檢測，它是專門為焊縫檢驗而發展的一種特殊超聲波無損檢測方法，它所應用的原理是發散現象，這項技術的優點如下。

（1）能檢測傳統脈沖反射技術無法檢測的微小缺陷。

（2）能夠檢測零件內部靠近外表面的缺陷。

（3）不受缺陷方位的影響。

這項技術的缺點如下。

（1）相對傳統技術來說比較復雜。

（2）有低的信號 /噪聲比。

2 檢測

超聲檢測時，需根據零件成型特點和加工工藝，設計含有不同直徑、不同埋深人工缺陷的對比試塊，用以驗證設備性能。

2.1 檢測

2.1.1 接觸式橫波脈沖反射法

采用適當K值的接觸法探頭，利用公式計算探頭所需的掃描距離 1.25P，如果零件結構尺寸滿足此要求，則可以進行接觸式脈沖回波法檢測。

2.1.2 水浸式橫波脈沖反射法

由于聚焦探頭所具有的優勢，可實現高靈敏度檢測，根據零件厚度可采用高頻點聚焦探頭對零件進行檢測。我們分別采用了 MD-400型半自動水浸 A掃描設備和 LS-200型自動水浸 C掃描設備對某摩擦焊焊縫進行了檢測。

2.1.2.1 MD-400型半自動水浸A掃描設備

該設備為A掃描顯示，檢測可采取手動方式，也可采取半自動方式。通過調節機械部分的水距使探頭焦點落在焊道上，將通孔反射波高調到 80%，并記錄其余缺陷反射波高，然后手動旋轉零件進行檢測。該方法操作簡便，但檢測可靠性低。

2.1.2.2 LS-200型自動水浸C掃描設備

LS-200型自動水浸 C掃描設備主要用于盤、環類零件的檢測，也可進行平板類零件的檢測，該設備具有7個軸，可實現不同角度的斜入射檢測，因此可用于焊縫類零件的橫波脈沖反射法檢測。試驗過程中，選取了幾個典型的橫波折射角，主要如下：

入射角：18.5° 折射角：45°

入射角：24° 折射角：65°

入射角：25.5°折射角：73.7°

在相同增益情況下，使用折射角為 45°（入射角為18.5°）時通孔反射波高于 65°折射角。但 45°折射角對其他缺陷不靈敏，65°折射角也只能發現對比試塊中的 2個缺陷。使用 25.5°入射角時，可發現所有缺陷。

2.1.3 Delta shuttle檢測法

由于零件為回轉體，采用了發射探頭從零件內部入射，接收探頭從零件外部接收的探頭布置方式，對試塊進行檢測，可發現所有缺陷。

3 結果對比

我們對原來經 MD-400型半自動水浸 A掃描設備檢測 報 廢 的零 件 用 LS-200和 delta shuttle設 備進 行 檢測對比，檢測數據對比見表1。

4 分析

增益（dB）值的不同說明 Delta shuttle檢測技術聲程短、衰減小，剩余靈敏度高；入射次數不同可以看出檢測的準備過程時間不同，體現在方法的可操作性上，Delta shuttle檢測技術可操作性強；缺陷直觀度充分證明了上述兩點，靈敏度高，無幻像顯示，檢測效率高。

5 結語

綜上所述，橫波脈沖反射技術和 delta shuttle檢測技術均可對摩擦焊焊縫進行有效檢測，在實際使用時需結合零件結構特點適當選擇。

[1]無損檢測綜合知識 [M].機械工業出版社，154-155.

[2]航空制造工程手冊 [M].工藝檢測 .航空工業出版社 .

TG441.7

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1671-0711（2017）07（下）-0102-02