水浸超聲技術在銅合金管材內部探傷中的應用試驗

孫慧廣，曲士剛，蘇偉強，張凱勝，馬麗瑤

（1.哈爾濱工程大學 自動化學院，哈爾濱 150001；2.中國航發哈爾濱軸承有限公司 技術管理部，哈爾濱 150027）

銅合金管材是軸承保持架的常用材料。保持架制造需經過投料、車磨、鉆銑孔和電鍍等復雜工序，除會出現表面缺陷外，還容易出現裂紋、氣泡和縮尾等內部缺陷，對軸承的使用造成危害[1]。這些內部缺陷一般采用水浸超聲波探傷[2]，現對采用水浸超聲技術檢測銅合金管材的準確性及應用開展一系列研究。

1 試驗

1.1 銅合金管材水浸超聲檢測

分別以缺陷當量直徑不允許大于0.4，0.8和1.2 mm這3個驗收等級，采用縱波垂直外徑入射法，通過MZ-03水浸超聲設備上15 MHz的探頭對外徑172 mm、壁厚16 mm、長度300 mm的50根硅青銅管進行檢測。

1.2 水浸超聲檢測準確性驗證

首先使用保持架切斷機將已定位好缺陷的硅青銅管切割成3個圓環，然后采用線切割將缺陷所在附近部位切割成適合磨拋的樣塊，再使用MPJ-型金相試樣磨平機將3個樣塊從內徑方向粗磨至距定位缺陷1 mm處，最后采用MP-2A型金相試樣磨拋機進行細磨。為防止磨屑堵塞缺陷，配制含20% ～26%硝酸、20%～26%硫酸和0.2%～0.4%鹽酸的酸洗液，將樣塊每磨約0.2 mm后酸洗1 min觀察是否出現缺陷。

對已出現的缺陷標注后采用理化方法進行分析，并與水浸超聲檢測結果進行對比。

對一直無缺陷出現的已定位處，根據YS／T 448—2002《銅及銅合金鑄造和加工制品宏觀組織檢驗方法》的規定，采用50%硝酸酸洗10 min，以進一步判斷缺陷是否在其內部。

2 結果與分析

2.1 銅合金管材水浸超聲檢測結果

經水浸超聲檢測，每根銅管中當量直徑大于0.4 mm的缺陷已經用油漆筆標注。17根銅管的不連續性缺陷當量直徑不小于0.8 mm，均配有C掃描圖；另外33根銅管的不連續性缺陷當量直徑小于0.8 mm。根據水浸超聲檢測報告，選取缺陷當量直徑和缺陷面積分布較廣且具有代表性的1＃和26＃硅青銅管，其缺陷當量直徑均大于0.4 mm，故不允許驗收，同時進行詳細標注。1＃硅青銅管存在8處缺陷，26＃硅青銅管存在18處缺陷，具體參數分別見表1和表2。

表1 1＃硅青銅管水浸超聲檢測結果Tab.1 Water immersion ultrasonic inspection results for silicon bronze tube 1＃

表2 26＃硅青銅管水浸超聲檢測結果Tab.2 Water immersion ultrasonic inspection results for silicon bronze tube 26＃

由表1和表2可知，缺陷當量直徑為0.4～0.8 mm時，缺陷面積為0.216～2.546 mm2；缺陷當量直徑為0.8～1.2mm時，缺陷面積為2.172～22.531 mm2；缺陷當量直徑大于1.2 mm時，缺陷面積為54.520 mm2。

2.2 水浸超聲檢測結果與理化分析結果對比

考慮缺陷當量直徑、缺陷面積的全面性及缺陷位置分布情況，將1＃硅青銅管上標注的缺陷C1，C4和C5處以及26＃硅青銅管標注的缺陷D3，D9和D10處磨拋、酸洗后進行理化分析，發現C1和D9處存在缺陷，其他標注處并未發現缺陷，具體見表3。

表3 標注缺陷的硅青銅管的試驗驗證結果比較Tab.3 Comparison of verification test results of silicon bronze tubes labeled by defects

采用體視顯微鏡放大觀察可知，C1缺陷長0.59 mm，寬0.28 mm，缺陷埋深8.55 mm，形貌如圖1所示。D9缺陷呈線形，與軋制方向一致，長約1.00 mm，寬約0.05 mm，形貌如圖2所示。

圖1 C1缺陷形貌 （10×）Fig.1 Morphology of defect C1（10×）

圖2 D9缺陷形貌 （63×）Fig.2 Morphology of defect D9（63×）

缺陷C1和D9的位置與水浸超聲檢測報告中的缺陷位置相符。依據YS／T 662—2007《銅及銅合金擠制管》可知，缺陷C1為氣孔，缺陷D9為發紋。D3，C4，C5，D10處一直無缺陷出現，為進一步判斷缺陷是否在其內部，根據YS／T 448—2002規定，采用50%硝酸酸洗10 min后脫水烘干，通過外觀檢查難以觀察到缺陷，原因是磨拋方向選擇不當導致磨拋面缺陷尺寸過小。對于當量直徑大于0.8 mm且面積不小于4.599 mm2的缺陷，銅合金管材水浸超聲檢測結果準確。