銅棒水浸超聲波檢測缺陷的顯示

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(航空工業金城南京機電液壓工程研究中心，南京 211106)

棒材是采用軋機將坯料軋制或經過鍛造形成的半成品,棒材中的缺陷分為表面缺陷和內部缺陷兩種。內部缺陷是由鑄錠和坯料內的缺陷在軋制過程中延展而成的，其主要為位于中心部位的縮孔和夾雜物，以及在棒材軋制過程中因這些缺陷產生的裂紋等。表面缺陷主要為裂紋、折疊等缺陷。

棒材的水浸超聲檢測是指將被檢棒材置于水中，使用水浸探頭來實現探頭與被檢棒材的非接觸式檢測[1-2]。水浸超聲法檢測時，往往難以從超聲波形中判斷缺陷的位置、大小及深度，而無法判定后續加工中是否可以去除這些缺陷。筆者將檢測到缺陷波顯示的產品標記出缺陷大概位置，對發現的缺陷進行金相分析和熒光滲透檢測，確定缺陷的性質、位置及大小，并與工藝員討論該棒材的可加工余量，加工后再做超聲波檢測，驗證了水浸超聲檢測該銅棒的可靠性，從而為水浸超聲波檢測到的缺陷顯示分析提供參考。

1 檢測工藝及檢測方法

1.1 檢測工藝

檢測產品材料為銅，直徑為20 mm,長度在40～100 mm間；檢測方法為水浸超聲法周向檢測；檢測設備為數字式超聲檢測儀和具有轉動裝置的水浸槽；采用5 MHzφ14 mm水浸線聚焦探頭；對比試塊材料為銅，對比試塊尺寸和結構示意如圖1所示。

圖1 用于周向檢測的對比試塊尺寸和結構示意

產品驗收要求為：① 底面反射波的高度沒有明顯減小，位置沒有移動；② 沿熒光屏整個掃描線分布的雜草狀反射波高比熒光屏滿刻度的80%小12 dB或更多；③ 單個反射信號的波高不高于熒光屏滿刻度的50%，不明顯高于雜波高度。

1.2 檢測方法

采用水浸法周向檢測，探頭檢測對比試塊的方式示意如圖2所示。

圖2 探頭檢測對比試塊的方式示意

調整偏離距離X(X≥R·CL水/CL銅；R為棒材半徑，10 mm；CL水為水的縱波波速，1 480 mm·s-1,CL銅為銅的縱波波速，4 700 mm·s-1)，使得入射縱波在棒材中折射成純橫波。調整水層距離和探頭軸與棒軸間的距離Y，使得棒材中的底波處在水和棒材上界面反射波的一次波與二次波中間(見圖3)。探頭偏離棒材中心距離X為3.5 mm，與棒材中心距離Y為30 mm，調整增益，使來自標準件中任一人工孔的反射波高度不低于熒光屏滿刻度的80%(見圖4)，將增益+6 dB作為掃查靈敏度。

圖3 對比試塊無缺陷波形

圖4 對比試塊人工孔缺陷波顯示波形

檢測時棒材旋轉，探頭沿軸向直線移動，在一次掃查完后，將棒材調轉方向，再進行一次掃查。

由于在棒材中可能同時存在橫波和表面波，甚至縱波，由于各波速度不同，在熒光屏上會有反射波顯示。但由于棒材是軸對稱的，當棒材旋轉時，這些波在顯示屏上的相對位置并不改變，而缺陷形成的缺陷波在顯示屏上的缺陷顯示位置隨著棒材的旋轉發生變化，所以容易與非缺陷顯示的反射波相區分。

2 試驗結果及分析

采用水浸超聲波檢測15根銅棒，均發現缺陷波顯示，當裝置轉動時，缺陷波移動，其波形如圖5所示，且波高均超過80%。

圖5 水浸超聲檢測銅棒缺陷波波形示意

隨機選擇一根有缺陷波顯示的銅棒，在有缺陷波顯示的位置做上記號，從中截取一段做金相檢驗，發現距棒材表面深0.23 mm的折疊(見圖6)。由于金相檢驗為破壞性試驗，剩余的試件做熒光滲透檢測，發現均有線性顯示(見圖7)。

圖6 金相檢驗結果(折疊)

將剩余的14根發現缺陷波的銅棒均送至加工車間，將銅棒的表面加工掉0.5 mm，再做超聲波檢測，其中8根無缺陷波顯示，其波形與圖3類似，而其余6根依然有缺陷波顯示，其波形與圖5類似。將所有

圖7 熒光滲透檢測線性顯示

圖8 熒光滲透檢測無缺陷顯示

銅棒進行熒光檢測，結果和超聲波檢測結果一致，8根無缺陷顯示，其余6根均在表面有線性顯示。

將檢測結果反饋給工藝員，工藝員最后決定將超聲波檢測和熒光檢測均合格的8根銅棒投入使用，檢測不合格的6根銅棒則報廢，不投入使用。

3 結語

超聲波水浸法檢測銅棒的結果可靠，且上盲區較小，可以檢測距銅棒表面0.2 mm的缺陷，但對缺陷進行定位和定性檢測比較困難。因此當發現缺陷顯示時，尤其是后續加工可以去除的缺陷，應使用可以確定缺陷性質及位置的檢測手段，如熒光滲透檢測、金相檢驗、磁粉檢測等，來確定缺陷位置和缺陷性質。

[1] 羅經晶，王勇靈，姜毅敏.水浸探頭對1Cr21NiTi鋼棒材底波監控的影響[J].無損檢測,2014,36(12):82-83.

[2] 鄭暉，林樹青.超聲檢測[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2008.