CN102901777B - 一种基于酸蚀法的金属板材人工伤的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种基于酸蚀法的金属板材人工伤的制作方法，其步骤包括在金属板材表面涂覆保护层，在保护层上开设与腐蚀形状相同的腐蚀凹坑，腐蚀凹坑触及金属板材表面，通过将酸溶液滴入腐蚀凹坑内对金属腐蚀制作金属板材人工伤。该制作方法简单易操作，不需要专有机械等设备，适于模拟面积型缺陷。如作为对比试样人工伤用于兰姆波检测金属板材分层缺陷，可提高检测仪器灵敏度和缺陷检出率。

Description

一种基于酸蚀法的金属板材人工伤的制作方法

技术领域

本发明涉及金属板材中分层缺陷的模拟制作方法。可用于超声无损检测板材分层时对比试样中人工伤的制作以及金属板材面积型缺陷的模拟，属于无损检测技术领域。

背景技术

金属板材的生产工艺决定了其内部最易存在的缺陷类型为平行于材料表面的分层缺陷，它是金属板材中最危险也是最主要的缺陷之一。在金属板材的超声无损检测中，兰姆波适于大批量的快速检测，应用非常广泛。利用兰姆波进行检测时，缺陷回波的出现及其回波幅度的大小与缺陷进波端的边缘形状密切相关。如果是分层缺陷且边缘有较大的开隙度时，可以获得较高的缺陷回波幅度，这种分层容易被发现，甚至是很小的颗粒状缺陷。而板材中的自然分层一般都压合得很紧密，迎波面开口很小，尽管分层的面积很大，但反射波极弱，有时甚至看不到反射，从而导致漏检。目前，在金属板材的超声无损检测中，均使用通孔、平底孔、刻槽、线切割等机械加工方式对金属板材缺陷进行模拟，我国标准GJB3384-98《金属薄板兰姆波检验方法》和GB/T8651-2002《金属板材超声板波探伤方法》也选用了上述加工方式制作对比试样中的人工伤，用以调整探伤仪的兰姆波检测基准灵敏度。其中线切割方法在几种人工伤中，在形态上更接近分层，但线切割切出来的狭缝还是存在明显的层厚，与自然分层可比性较差，尤其对薄板来说，除了通孔，其他方式都比较难以加工，而且上述人工伤的制作方法都需要特定的加工设备来完成，加工难度大。在中国专利号为97107591.3专利名称为《无损检测人工标准伤的刻制和计量方法及装置》中揭示了电火花进行刻制人工伤的装置，该装置结构复杂，比较难于控制人工伤的形状。在中国专利申请号200810209857.9专利申请名称为为《φ20mm~φ38mm铝合金薄壁管涡流探伤方法》中揭示了利用机械方式制作通孔人工伤的制作方法，由上述描述可知，使用通孔人工伤作为面积型缺陷的对比试样时，其针对性差，兰姆波检测基准灵敏度低，漏检率较高。总之，现有技术中所揭示的机械、物理方式制作人工伤的方法其都需要特定的加工设备及装置，该类设备及装置结构复杂，难于操作。

事实上兰姆波在不连续体中的反射机理很复杂，对不同类型的缺陷响应程度也不同。采用机械加工方式制作的各种体积型人工伤来调整探伤仪基准灵敏度，用以检测面积型的自然分层，针对性不强，易造成漏检。因此，如何制作面积型人工伤的对比试样是急需解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制作金属板材面积型人工伤的制作方法，通过该制作方法制作的对比试样，其模拟缺陷在形态上与自然分层缺陷更接近，以此作为对比试样人工伤，有利于提高兰姆波探伤仪检测金属板材分层缺陷的基准灵敏度和缺陷检出率。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是一种基于酸蚀法的金属板材人工伤的制作方法，其步骤如下：

a.    金属板材试样的表面涂覆一层可去除的耐酸腐蚀的保护层；

b.    在保护层上根据缺陷面积形状制作腐蚀凹坑，所述腐蚀凹坑触及所述金属板材试样表面；

c.    在腐蚀凹坑中加入酸液进行酸腐蚀至所需腐蚀深度；

d.    清洗腐蚀凹坑及金属板材试样，然后去除保护层，并在金属板材试样上涂布防锈油。

优选地，上述步骤a中的保护层材料为石蜡。在步骤a中涂覆石蜡保护层时，使其保护层形成一内凹形状的保护层。进行酸腐蚀时，内凹形状的保护层可使腐蚀酸不会外流造成操作危险及环境污染。

上述步骤b中，制作端部与所需缺陷面积形状相同的金属棒，通过加热的金属棒熔化石蜡保护层熔刻出腐蚀凹坑。

上述步骤d中，采用碱性溶液先中和剩余酸液，再用清水进行清洗腐蚀池及金属板材试样。

腐蚀酸采用盐酸、硝酸、硫酸或王水等。当使用浓盐酸、金属板材试样为铝合金时，腐蚀时间为1~5分钟。当使用浓盐酸、金属板材试样为碳钢时，腐蚀时间为3~15分钟。基于金属板材种类不同，使用酸种类可以不同，腐蚀时间也不同，腐蚀时间不同依据腐蚀时化学反应速率及腐蚀深度所决定。

采用石蜡涂层保护、酸腐蚀出平行金属板材表面的一定面积和深度的面积型人工缺陷，用来模拟金属板材分层缺陷，在使用超声兰姆波检测时，作为对比试样人工伤来调整探伤仪的检测基准灵敏度。亦可作为人工模拟分层缺陷的制作。缺陷形状和大小由无石蜡保护层处的腐蚀池面积形状和大小决定；缺陷深度由腐蚀时间决定。

目前未见采用石蜡保护、酸腐蚀来模拟分层缺陷并以此作为超声兰姆波无损检测用对比试样人工伤的报导。常规方法中用机械加工方式制作的体积型缺陷来模拟面积型的分层缺陷的做法并不合适，尤其对金属薄板来说，往往只能通过通孔的方式制作对比试样人工伤，与分层缺陷可比性差。本方法的提出，拓展了超声无损检测用对比试样人工伤的制作方法。

本发明的优点及效果：

1）无需特定的机械加工设备，制作简单易行； 

2）采用盐酸腐蚀金属表面，人工缺陷的形状和深度可以灵活控制；

3）得到的是与金属板材表面平行的面积型缺陷，与自然分层缺陷可比性强；

4）通过本发明的制作方法制作的金属板材对比试样人工伤，用于兰姆波检测金属板材分层缺陷，其缺陷检出率高。

具体实施方式

本发明的一种基于酸蚀法的金属板材人工伤的制作方法，其步骤如下：

a.    金属板材试样的表面涂覆一层可去除的耐酸腐蚀的保护层；

a.    在保护层上根据缺陷面积形状熔刻出腐蚀凹坑，所述腐蚀凹坑触及所述金属板材试样表面；

b.    在腐蚀凹坑中加入酸液，进行酸腐蚀至所需腐蚀深度；

c.    清洗腐蚀凹坑及金属板材试样，然后去除保护层，并在金属板材试样上涂布防锈油。

现根据上述步骤举一较佳实施例进行具体说明。

a.在欲制作模拟分层缺陷的金属板材表面涂覆熔融的石蜡，可以采用电烙铁加热熔化石蜡，也可通过对板材加热使置于其上的石蜡熔化，当然，也可以用其他方式使石蜡熔化。石蜡熔化流动，使其覆盖预腐蚀的区域，再将该区域周边用熔融石蜡加高，凝固后形成一周边上翘中心内凹的凹形面的腐蚀池。

b.根据设定的缺陷平面形状，比如圆形、三角形、椭圆形等缺陷平面形状，选用一端端部为缺陷平面形状的金属棒，将该端部加热后（温度超过石蜡熔点），垂直压入金属板材表面石蜡涂覆层，与金属棒端部接触处石蜡涂层熔化后被挤出，移出金属棒，用刀片对压痕略加修整，在石蜡涂覆区得到一定形状和尺寸的金属层裸露的腐蚀凹坑，该腐蚀凹坑的平面形状与欲制作的缺陷平面形状相同；使用预制的金属棒得到预定的缺陷平面形状，使制作缺陷平面简单容易操作。

c.在常温下向腐蚀凹坑内滴入浓盐酸，浓盐酸覆盖裸露的金属层，浓盐酸遇裸露金属发生化学反应，金属层被腐蚀，同时不断产生气泡脱离溶液，在此化学反应过程中，溶液逐渐变得混浊，盐酸浓度会随着反应气泡溢出放缓而降低，在反应气泡溢出与最初反应时的气泡溢出速度相比，溢出放缓时，使用滴定管补充盐酸使气泡溢出速度维持在最初溢出速度左右，直至终止腐蚀。腐蚀深度由腐蚀时间控制，腐蚀时间根据腐蚀时酸与金属的化学反应速率来决定。通常采取浓盐酸酸蚀时，铝合金腐蚀时间1~5分钟，碳钢腐蚀时间3~15分钟。根据腐蚀反应与温度的关系，温度高时腐蚀反应时间短。腐蚀结束后，先采用碱性溶液对腐蚀残余酸液进行中和，碱性溶液比如氢氧化钠、碳酸氢钠等，中和后然后用清水冲洗腐蚀池、腐蚀凹坑及金属板材表面，洗去残余的盐酸和化学反应产生的溶液，用电吹风或电炉烘干金属板材试样后用木铲或木尺刮去石蜡保护层，并用细砂纸略作打磨，涂防锈油防止锈蚀。至此，金属板材面积缺陷的人工伤制作完成。在进行酸腐蚀时，也可以使用硝酸、硫酸或王水等具有腐蚀性的酸进行缺陷腐蚀。

d.使用千分表或千分尺或测厚仪等对制作好的面积缺陷的缺陷深度进行测定，根据缺陷平面尺寸，计算模拟分层缺陷的迎波面面积当量。

e.根据应波面面积当量，利用金属板材对比试样人工伤调整兰姆波检测基准灵敏度，或者作为模拟分层缺陷实施超声波无损检测。当然，制作的金属板材对比试样人工伤也可以应用在对金属板材缺陷的其他研究领域。

由于腐蚀深度跟金属板材的材质、腐蚀时的环境条件均有关系，因此，在制作面积型人工伤时，可同时在金属板材试样上制作一系列面积型人工伤，然后测定各自的腐蚀深度并计算各自的迎波面面积当量，然后作为金属板材对比试样人工伤用于调整并选择出兰姆波检测探伤仪最佳基准灵敏度，并作为模拟分层缺陷实施超声波无损检测，提高检出率。

本发明的酸蚀法与机械式制作通孔的检出对比例：利用上述本发明的酸蚀法在1mm厚钢板上制作Φ9mm、Φ6mm、Φ3mm，深度0.05mm-0.18mm之间的人工模拟分层缺陷共15个。选用CTS-23A型超声探伤仪以及2.5MHz的可变角探头、机油耦合，在A1模式下，按照GJB3384-98，用钻取的                                                1.0mm通孔调整仪器灵敏度，此时仪器基准灵敏度为38dB，对上述人工模拟分层缺陷进行检测，检出3个缺陷。再以酸蚀法制作的9X0.11mm模拟分层缺陷调节仪器灵敏度，此时缺陷迎波面面积当量与1.0mm通孔相当，仪器基准灵敏度为17dB，重复对上述样品检测，检出8个缺陷。可见采用酸蚀法制作的人工模拟分层缺陷作为对比试样人工伤，提高了仪器检测基准灵敏度和缺陷检出。

Claims (6)

1.一种基于酸蚀法的金属板材人工伤的制作方法，其步骤如下：

a金属板材试样的表面涂覆一层可去除的耐酸腐蚀的保护层；所述保护层为石蜡，所述石蜡保护层呈周边上翘中心内凹的凹形保护层；

b在保护层上根据缺陷面积形状制作腐蚀凹坑，所述腐蚀凹坑触及所述金属板材试样表面；制作一端部与所述缺陷面积形状相同的金属棒，加热所述金属棒端部，使其在超过熔融所述石蜡的温度下插入所述石蜡保护层熔刻出所述腐蚀凹坑；

c在腐蚀凹坑中加入酸液进行酸腐蚀至所需腐蚀深度；

d清洗腐蚀凹坑及金属板材试样后烘干，然后去除保护层，并在金属板材试样上涂布防锈油。

2.根据权利要求1所述的基于酸蚀法的金属板材人工伤的制作方法，其特征在于在金属板材试样上重复上述步骤abcd，制作一系列面积型人工伤，测定各自的腐蚀深度并计算其迎波面面积当量，然后作为对比试样人工伤用于调整并选择出兰姆波探伤仪最佳检测基准灵敏度，或者作为模拟分层缺陷实施超声波无损检测。

3.根据权利要求1所述的基于酸蚀法的金属板材人工伤的制作方法，其特征在于在所述步骤b中，制作一端部与所述缺陷面积形状相同的金属棒，加热所述金属棒端部，使其在超过熔融所述石蜡的温度下插入所述石蜡保护层熔刻出所述腐蚀凹坑。

4.根据权利要求1所述的基于酸蚀法的金属板材人工伤的制作方法，其特征在于所述步骤C中酸液为盐酸、硝酸、硫酸或王水。

5.根据权利要求4所述的基于酸蚀法的金属板材人工伤的制作方法，其特征在于当酸液为浓盐酸，所述金属板材为铝合金时，所述步骤c的腐蚀时间为1~5分钟。

6.根据权利要求4所述的基于酸蚀法的金属板材人工伤的制作方法，其特征在于当酸为浓盐酸，所述金属板材为碳钢时，所述步骤c的腐蚀时间为3~15分钟。