CN101446570B - 铝合金厚壁管缩尾超声波检测方法 - Google Patents
铝合金厚壁管缩尾超声波检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
铝合金厚壁管缩尾超声波检测方法，涉及一种铝合金厚壁管缩尾的检测方法。它解决了现有采用金相的抽检的方式对铝合金厚壁管材的缩尾残留进行检测存在的检测不彻底的问题。它的方法为选择超声波探测仪及与其配套的纵波直探头和横波斜探头；将横波斜探头与工件的接触面磨制成与管材曲率相同的弧面，超声波检测仪与探头组合调试，然后用两个探头同时对待检测的铝合金厚壁管材的尾端进行超声波检测，以超声波探头的回波幅值为满幅的80％处为起点向管尾部移动探头，直到波幅≤1％时停止移动探头，以此处为分界线向超声波探头移动的反方向切取一段长20mm管件。本发明的可以实现产品的100％检测，避免了缩尾残留漏检及多切成品浪费现象的发生，确保产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金厚壁管缩尾的检测方法。
背景技术
铝合金厚壁管是用于航空、航天领域的重要材料，管壁内如有缩尾残留，将在模锻、机加过程中产生夹杂、裂纹缺陷，导致产品报废。目前对铝合金厚壁管缩尾仍然采用金相(低倍)的方法进行比例抽样检验，这使得未被抽取的管材可能仍然有缩尾残留，给产品生产存留重大隐患。采用科学的超声波方法对其进行检测，可有效的保证军工产品质量。
发明内容
本发明解决了现有采用金相的抽检的方式对铝合金厚壁管材的缩尾残留进行检测存在的检测不彻底的问题。
铝合金厚壁管缩尾超声波检测方法的具体步骤为：
步骤一：根据厚壁管缩尾的特点，选取超声波检测仪及配套的纵波直探头和短前沿横波斜探头；
步骤二：对比试样管的选择与制孔：切取两段长为60mm、壁厚为30mm、外径为Φ150mm的无缺陷铝合金厚壁管试样管，根据厚壁管缩尾形态及深度分布特点，钻制深度在2～25mm之间的不同深度的Φ0.4mm平底孔和Φ0.4×6mm短横孔；
步骤三：制作及调试横波斜探头；将横波斜探头与工件的接触面，磨制成与管材曲率相同的弧面，以达到良好的耦合性，确保声波能量传播至工件中；
步骤四：调试纵波直探头和横波斜探头：利用对比试样管上不同深度的Φ0.4mm平底孔和Φ0.4×6mm短横孔，分别对选出的纵波直探头和横波斜探头进行综合检测性能对比；
步骤五：超声波检测仪与探头组合调试：采用超声波探头检测对比试样管上视觉分辨微弱处，使缩尾缺陷回波幅值达到满幅的80％，并记录增益dB值，与Φ0.4mm人工孔进行当量值对比，确定自然缩尾缺陷的当量及检测灵敏度；
步骤六：在对比试样管上，将超声波探头检测Φ0.4mm平底孔和Φ0.4×6mm短横孔回波幅值调整致满幅80％作为检测灵敏度；采用扫查速度为≤100mm/s，扫描速度为深度2∶1，抑制20％；使Φ0.4mm平底孔和Φ0.4×6mm短横孔能被有效检出；所述扫描速度是指用荧光屏上所示刻度表示声波转播的距离，所述刻度的横坐标表示时间，所述距离是指声程；所述深度2∶1是指用荧光屏上的刻度两小格表示反射体距检测面的垂直深度距离1mm；
步骤七：用两个探头同时对待检测的铝合金厚壁管材的尾端进行超声波检测，以任意一个超声波探头的回波幅值为满幅的80％处为起点向管尾部移动探头，直到波幅≤1％时停止移动探头，以此即为缩尾末端，以此处为分界线向超声波探头移动的反方向切取一段长20mm管件，即切除管尾部的缩尾。
由于厚壁管材缩尾与基体结合较紧密，检测面又是曲率较大的圆弧面，采用超声波进行检测在国内一直是难以解决的问题，本发明检测方法突破了这一难关，能够准确有效的检出厚壁管缩尾。本发明检测方法填补了厚壁管缩尾超声波检测的空白，使超声波检测方法得到了进一步发展和提高，与金相(底倍)方法相比，大大提高了检测准确率和检测效率，彻底消除了抽样检验经常造成缩尾残留的现象，保证了产品的质量。
本发明检测方法，填补了铝合金厚壁管缩尾采用超声波检测的空白，是超声波检测技术得到了创新和发展。与金相(低倍)检测方法相比，大大提高了准确率和检测效率，为军工产品质量提供了可靠保障。
本发明的方法尤其适用于2XXX系列的铝合金厚壁管缩尾超声波检测。
所述2XXX系列是指采用国际通用标准表示铝合金材料所属的合金系类。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式所述的一种铝合金厚壁管缩尾超声波检测方法的具体步骤为：
步骤一：根据厚壁管缩尾的特点，选取超声波检测仪及配套的纵波直探头和短前沿横波斜探头；
步骤二：对比试样管的选择与制孔：切取两段长为60mm、壁厚为30mm、外径为Φ150mm的无缺陷铝合金厚壁管试样管，根据厚壁管缩尾形态及深度分布特点，钻制深度在2～25mm之间的不同深度的Φ0.4mm平底孔和Φ0.4×6mm短横孔；
步骤三：制作及调试横波斜探头；将横波斜探头与工件的接触面，磨制成与管材曲率相同的弧面，以达到良好的耦合性，确保声波能量传播至工件中；
步骤四：调试纵波直探头和横波斜探头：利用对比试样管上不同深度的Φ0.4mm平底孔和Φ0.4×6mm短横孔，分别对选出的纵波直探头和横波斜探头进行综合检测性能对比；
步骤五：超声波检测仪与探头组合调试：采用超声波探头检测对比试样管上视觉分辨微弱处，使缩尾缺陷回波幅值达到80％，并记录增益dB值，与Φ0.4mm人工孔进行当量值对比，确定自然缩尾缺陷的当量及检测灵敏度；
步骤六：在对比试样管上，将超声波探头检测Φ0.4mm平底孔和Φ0.4×6mm短横孔回波幅值调整致满幅80％作为检测灵敏度；采用扫查速度为≤100mm/s，扫描速度为深度2∶1，抑制20％；使Φ0.4mm平底孔和Φ0.4×6mm短横孔能被有效检出；
步骤七：用两个探头同时对待检测的铝合金厚壁管材的尾端进行超声波检测，以任意一个超声波探头的回波幅值为满幅的80％处为起点向管尾部移动探头，直到波幅≤1％时停止移动探头，以此即为缩尾末端，以此处为分界线向超声波探头移动的反方向切取一段长20mm管件，即切除管尾部的缩尾。
本实施方式中的步骤六中所述的扫描速度为深度2∶1中，所述扫描速度是指用荧光屏上所示刻度(横坐标——时间)表示声波转播的距离(声程)。所述深度2∶1是指用荧光屏上的刻度两小格(2mm)表示反射体距检测面的垂直深度距离1mm。
经金相(底倍)检验，可以确定本实施方式所切除的部位为缩尾部分，切除准确率高。
本实施方式中，步骤一所述超声波探测仪选用MS-340X型。
步骤一中所述的纵波直探头、横波斜探头与超声波探测仪的综合性能指标为参见表1。
本实施方式所述的纵波直探头选采用10P10×5Z型，它具有高频率、窄脉冲、高分辨率的特点。
本实施方式所述的横波斜探头选用5P13×13K1型，它具有高频率、短前沿、高分辨率的特点，这两种探头的检测灵敏度、分辨率、信噪比、盲区和耦合效果等各项性能指标都优于其他类型和其他规格的探头。
表1
| 探头 | 标准级别 | 最小当量mm | 盲区mm | 信噪比dB | 分辨率dB | 扫查速度(mm/s)扫查方式 | 扫描速度(时基比例) | 耦合方式耦合介质 |
| 纵波探头 | GJB1580-1993A A | 平底孔Φ0.4 | 5 | ≥20 | ≥23 | ≤100圆周、纵向 | 深度1∶1 | 接触法30#机油 |
| 横波斜探头 | GJB1580-1993A A | 短横孔Φ0.4×6 | - | ≥20 | ≥25 | ≤100圆周、纵向 | 深度1∶1 | 接触法30#机油 |
在步骤二中所述的对比试样管的表面应符合GJB1580-1993标准中规定的AA级要求，其表面状态优于Ra3.2μm。
在步骤三中，是将横波斜探头与工件的接触面，磨制成与被检测管材的表面曲率相同的弧面，目的是使超声波达到良好的耦合性，确保声波能量传播至工件中。
在步骤七中所述待检测的铝合金厚壁管材的壁厚为15mm至30mm。
对现有厚壁管缩尾试样进行金相检验分析，获知厚壁管缩尾的性质为夹杂类缺陷，形态环状或月牙状，且与管材圆弧面近似平行，从管材尾端开始向头端延伸，深度由靠近外管壁区域向逐渐趋于壁厚中间区域发展，深度范围是3mm至15mm之间。
下面举例说明对超声波检测仪及所使用的纵波直探头和横波斜探头的选择过程：
根据厚壁管缩尾的质密性、形态及深度分布特点，选出四种纵波直探头和四种短前沿横波斜探头用于厚壁管缩尾检测试验，所述四种纵波直探头的型号分别为5P8Z、5P10Z、10P8Z和10P10×5Z，所述四种短前沿横波斜探头的型号分别为2.5P13×13K1、2.5P13×13K2、5P13×13K1和5P13×13K2。
采用HC-L-068(Φ1.2mm平底孔)标准对比试块和CSK-IIIA(Φ1×6mm短横孔)标准对比试块，分别对选取的选纵波直探头及短前沿横波斜探头的性能指标进行测试，获得的性能指标参数见表2和表3。
通过测试结果，选出两种纵波直探头和两种横波斜探头，所述两种纵波直探头的型号分别为10P8Z和10P10×5Z，所述两种横波斜探头的型号分别为5P13×13K1和5P13×13K2。
表2 纵波探头(Φ1.2mm平底孔)主要性能指标参数
| 仪器 | 探头 | 近场区mm | 盲区mm | 灵敏度余量dB | 信噪比dB | 分辨率dB | 垂直线性(％) | 水平线性(％) |
| MS-340 | 5P8/Z | 13 | 5 | ≥36 | ≥20 | ≥23 | ≤5 | ≤3 |
| MS-340 | 5P10Z | 20 | 7.5 | ≥35 | ≥22 | ≥25 | ≤5 | ≤3 |
| MS-340 | 10P8Z | 25 | 5 | ≥38 | ≥25 | ≥28 | ≤5 | ≤2 |
| MS-340 | 10P10×5Z | 25 | 4 | ≥40 | ≥25 | ≥30 | ≤5 | ≤2 |
表3 横波探头(Φ1×6mm短横孔)主要性能指标参数
| 仪器 | 探头 | 始波宽度mm | 灵敏度余量dB | 信噪比dB | 分辨率dB | 垂直线性(％) | 水平线性(％) |
| MS-340 | 2.5P13×13K1 | 10 | ≥36 | ≥20 | ≥23 | ≤5 | ≤3 |
| MS-340 | 2.5P13×13K2 | 10 | ≥35 | ≥22 | ≥25 | ≤5 | ≤3 |
| MS-340 | 5P13×13K1 | 8 | ≥38 | ≥25 | ≥28 | ≤5 | ≤2 |
| MS-340 | 5P13×13K2 | 8 | ≥40 | ≥25 | ≥30 | ≤5 | ≤2 |
切取两段长60mm；壁厚30mm；外径Φ150mm(无缺陷)的铝合金厚壁管样管，根据厚壁管缩尾形态及深度分布特点，按照AA级标准要求，分别钻制深度在2mm至25mm之间的Φ0.4mm平底孔和Φ0.4×6mm短横孔，通过采用超声波探测器对上述孔的检测结果确定厚壁管缩尾的当量。
将选取的两种横波斜探头与工件的接触面磨制成与管材曲率相同的弧面，以达到良好的耦合性，确保声波能量传播致工件中。
分别用选取的两种纵波探头和两种横波探头对铝合金厚壁管试样上不同深度的Φ0.4mm平底孔和Φ0.4×6mm短横孔进行检测，进而获得所述两种纵波探头和两种横波探头的性能参数，参见表4、表5。
表4 纵波探头(Φ0.4mm平底孔)综合性能对比
表5 横波探头(Φ0.4×6mm短横孔)
通过试验对比最终选定10P10×5Z纵波探头、5P13×13K1横波探头为本实施方式检测使用探头。
对厚壁管缩尾试样上(10放大条件下)视觉分辨微弱处进行超声波检测，使缩尾缺陷回波幅值达到满幅的80％，并记录增益dB值，与Φ0.4mm人工孔进行当量值对比，以此确定自然缩尾缺陷的当量及检测灵敏度。检测对比结果见表6。
表6 自然缩尾缺陷与Φ0.4mm人工孔检测结果对比
| 仪器 | 探头 | Φ0.4mm人工孔检测结果 | 自然缩尾缺陷检测结果 | 信噪比dB | 分辨率dB |
| MS-340 | 纵波10P10×5Z | (平底孔)波幅：满幅的80％增益读数：26dB | 视觉分辨微弱处增益读数：29dB | ≥20 | ≥24 |
| MS-340 | 横波5P13×13K1 | (短横孔)波幅：满幅的80％增益读数：31dB | 视觉分辨微弱处增益读数：33dB | ≥20 | ≥22 |
结果表明，视觉分辨微弱处自然缩尾缺陷当量值为：平底孔Φ0.4mm+3dB、约Φ0.5mm；短横孔Φ0.4×6mm+2dB、约Φ0.6×6mm。
在铝合金厚壁管人工孔试样上，将Φ0.4mm平底孔和Φ0.4×6mm短横孔回波幅值调整致满幅的80％作为检测灵敏度；扫查速度：≤100mm/s；扫描速度为深度2∶1；抑制：20％；耦合介质：30-40#机油。
在上述条件下对2XXX铝合金厚壁管材产品尾端进行超声波检测，以自然缩尾缺陷回波幅值致满幅的80％处为中心，切取一段长20mm的试样。由此继续前移探头，直致波幅≤满幅的1％，以此处为分界线向前端切取一段长20mm的试样(无缩尾区)，经金相(底倍)检验确定缩尾检出的准确性及边界位置与缩尾回波幅值≤满幅的1％处的距离，以准确将缩尾切除。
Claims (7)
1.铝合金厚壁管缩尾超声波检测方法，其特征在于它的具体步骤为：
步骤一：根据厚壁管缩尾的特点，选取超声波检测仪及配套的纵波直探头和短前沿横波斜探头；
步骤二：对比试样管的选择与制孔：切取两段长为60mm、壁厚为30mm、外径为Φ150mm的无缺陷铝合金厚壁管试样管，根据厚壁管缩尾形态及深度分布特点，钻制深度在2～25mm之间的不同深度的Φ0.4mm平底孔和Φ0.4×6mm短横孔；
步骤三：制作及调试横波斜探头；将横波斜探头与工件的接触面，磨制成与管材曲率相同的弧面，以达到良好的耦合性，确保声波能量传播至工件中；
步骤四：调试纵波直探头和横波斜探头：利用对比试样管上不同深度的Φ0.4mm平底孔和Φ0.4×6mm短横孔，分别对选出的纵波直探头和横波斜探头进行综合检测性能对比；
步骤五：超声波检测仪与探头组合调试：采用超声波探头检测对比试样管上视觉分辨微弱处，使缩尾缺陷回波幅值达到满幅的80％，并记录增益dB值，与Φ0.4mm人工孔进行当量值对比，确定自然缩尾缺陷的当量及检测灵敏度；
步骤六：在对比试样管上，将超声波探头检测Φ0.4mm平底孔和Φ0.4×6mm短横孔回波幅值调整致满幅80％作为检测灵敏度；采用扫查速度为≤100mm/s，扫描速度为深度2∶1，抑制20％；使Φ0.4mm平底孔和Φ0.4×6mm短横孔能被有效检出；所述扫描速度是指用荧光屏上所示刻度表示声波转播的距离，所述刻度的横坐标表示时间，所述距离是指声程；所述深度2∶1是指用荧光屏上的刻度两小格表示反射体距检测面的垂直深度距离1mm；
步骤七：用两个探头同时对待检测的铝合金厚壁管材的尾端进行超声波检测，以任意一个超声波探头的回波幅值为满幅的80％处为起点向管尾部移动探头，直到波幅≤1％时停止移动探头，以此即为缩尾末端，以此处为分界线向超声波探头移动的反方向切取一段长20mm管件，即切除管尾部的缩尾。
2.根据权利要求1所述的铝合金厚壁管缩尾超声波检测方法，其特征在于步骤一所述超声波探测仪的型号是MS-340X型。
3.根据权利要求1所述的铝合金厚壁管缩尾超声波检测方法，其特征在于步骤一中所述的纵波直探头、横波斜探头与超声波探测仪的综合性能指标为：
4.根据权利要求1所述的铝合金厚壁管缩尾超声波检测方法，其特征在于所述纵波直探头是10P10×5Z型。
5.根据权利要求1所述的铝合金厚壁管缩尾超声波检测方法，其特征在于所述横波斜探头是5P13×13K1型。
6.根据权利要求1所述的铝合金厚壁管缩尾超声波检测方法，其特征在于步骤二中所述的对比试样管的表面应符合GJB1580-1993标准中规定的AA级要求，其表面状态优于Ra3.2μm。
7.根据权利要求1所述的铝合金厚壁管缩尾超声波检测方法，其特征在于步骤七中所述待检测的铝合金厚壁管材的壁厚在15mm至30mm。
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