鍛件近表面缺陷的超聲檢測

摘要：國民經(jīng)濟在快速發(fā)展的同時，人們對于質(zhì)量的要求也在不斷上升，無損檢測在航空、航天、深海石油等領(lǐng)域質(zhì)量控制方面起到了巨大的作用。超聲檢測也是工件內(nèi)部缺陷控制的手段之一，由于其可靠性，靈活性被得到廣泛的應(yīng)用。鍛件在超聲波檢測時，由于儀器，探頭等因素的影響，而導(dǎo)致鍛件近表面缺陷容易漏檢，而在航空航天、深海石油應(yīng)用中，往往對鍛件有較高的要求，因此，本文著重介紹了三種不同類型探頭對近表面缺陷的檢出。

關(guān)鍵詞： 超聲檢測 ；近表面缺陷

一、鍛件的檢測技術(shù)要求

為了確保航空航天及深海石油用鍛件的近表面質(zhì)量，筆者將采用同一探傷儀器，不同類型探頭對不同平底孔試塊的近表面缺陷進行超聲檢測對比試驗。

鍛件超聲檢測時，由于探頭儀器等因素，探傷會具有一定的盲區(qū)而導(dǎo)致鍛件近表面的缺陷容易漏檢。而許多鍛件由于其重要的用途，對其近表面缺陷的檢出又不能忽視。為此需對鍛件近表面缺陷的檢出對比試驗，從而克服硬件選取對探傷的影響。

為了尋求減小盲區(qū)的方法，提高近表面缺陷的檢出，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)及超聲檢測的物理原理，在現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上進行改進，可使鍛件近表面缺陷的檢測盲區(qū)減小到2毫米以內(nèi)，且能檢出1.2毫米的平底孔。

二、試驗器材

根據(jù)超聲檢測方法準(zhǔn)備了超聲檢測儀器、探頭線、探頭、平底孔試塊、機油等器材。

探頭的選取，根據(jù)以往的檢測實踐經(jīng)驗，結(jié)合超聲檢測物理原理，探頭頻率越高，波長越短，脈沖越窄，越有利于小缺陷的檢出。因此，此次試驗選用了三種規(guī)格的探頭，分別為水浸點探頭5MHZ Ф10 SJ 5 DJ，雙晶直探頭5Z Ф10 FG5，延遲塊探頭10Z Ф10。

試塊的選取，根據(jù)需求選取了以下9個平底孔試塊。且以下9個試塊的原料均為純鈦產(chǎn)品，牌號為Gr2。所有試塊均來自于同一批次生產(chǎn)。經(jīng)過測試材料組織均勻，且具有相近的聲學(xué)特性。

三、試驗過程及結(jié)果

（一）水浸點聚焦探頭

使用5MHZ Ф10 SJ 5 DJ水浸點聚焦探頭，利用水浸法分別對1#～9#試塊進行了測試，并對試驗過程波形做了拍照記錄。實驗結(jié)果，成功檢測出了1#、2#、4#試塊的平底孔，其余試塊上的平底孔均未檢測出。

原因分析：水浸法探傷時，探頭不是直接與工件接觸，超聲波要在水中傳播一段距離，而導(dǎo)致超聲波衰減增加。再加上水與鈦之間介質(zhì)的聲阻抗存在差異，會在水、鈦界面產(chǎn)生界面波，造成了超聲能量的降低。綜上為了保證探傷靈敏度，需通過提高脈沖發(fā)射強度來解決。但提高脈沖發(fā)射強度的同時，始脈沖會變寬，會造成近場干擾加大。因此不利于近表面缺陷的檢出。

（二）雙晶縱波探頭

使用5Z Ф10 FG5雙晶縱波探頭，利用接觸法，機油耦合分別對1#～9#試塊進行了測試，并對試驗過程波形做了拍照記錄。實驗結(jié)果，成功檢測出了1#～5#的所有平底孔，其余試塊上的平底孔均未檢測出。

原因分析：根據(jù)雙晶縱波探頭的工作原理，雙晶探頭的聚焦區(qū)為一菱形（見圖），只有當(dāng)缺陷位于菱形區(qū)時，試塊上的平底孔才能得到較高的反射回波，容易被檢出。當(dāng)缺陷位于聚焦區(qū)外時，無法被聲速掃查到，故就很難發(fā)現(xiàn)位于此位置的缺陷。

（三）延遲塊探頭

通過對以上兩種探頭的實驗，為解決雙晶探頭菱形區(qū)的限制及水浸法超聲能量的損失，使用延遲塊直探頭10Z Ф10，利用接觸法，機油耦合分別對1#～9#試塊進行了測試，并對試驗過程波形做了拍照記錄。實驗結(jié)果，成功檢測出了1#～8#的所有平底孔，僅9#試塊平底孔未被檢出。

原因分析：9#未被檢出可能與設(shè)備性能，及設(shè)備與探頭組合也有一定的關(guān)系。

四、結(jié)論

通過以上三種不同類型探頭，對不同平底孔試塊進行測試的試驗結(jié)果可知，對于鍛件近表面小缺陷的檢測，當(dāng)采用同一探傷儀時，延遲快探頭的檢測效果最佳。且能發(fā)現(xiàn)距離近表面1.5毫米處的Ф1.2mm平底孔。達到了較滿意的檢測效果。但對Ф0.8mm /1.5mm未能檢出，后期仍需做進一步的改進。

參考文獻：

[1]鄭暉，林樹青.超聲檢測.北京：中國勞動社會保障出版社，2008.

[2]齊飛.超聲檢測盲區(qū)減小和探頭姿態(tài)測量方法.中國科學(xué)院大學(xué)，2011.

[3]朱康平，田園.鈦棒的縱波水浸聚焦探傷.陜西省無損檢測年會，2004.

[4]劉凱.正確選擇和使用縱波雙晶探頭.無損檢測，2005.29（2）：3235.

作者簡介：段曉輝（1987），男，漢族，陜西寶雞人，本科，助理工程師，研究方向：無損檢測。