CN111122702A - 一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸超声检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸超声检测方法，它涉及一种水浸超声检测方法。本发明为了解决现有的航空轴承套圈没有内部裂纹类缺陷的检测方法，给航空发动机的轴承使用寿命和安全性带来隐患的问题。本发明的步骤一、水浸超声检测；首先，被检套圈的放置；其次，检测前的设备调节及设置调用；再次，闸门设置；最后，扫查；步骤二：数据判读；步骤三：缺陷信号定位；步骤四：缺陷信号评定；步骤五：验收准则；轴承套圈中，当单个不连续指示大于φ0.4‑10dB平底孔当量为不合格，反之，为合格，至此，完成了对轴承套圈的缺陷超声检测。本发明用于轴承套圈锻件内部缺陷的检测。

Description

一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸超声检测方法
技术领域
本发明涉及水浸超声检测方法，具体涉及一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸(超声高频聚焦)超声检测方法。
背景技术
航空轴承(包含主轴、传动、附件轴承，其中主轴轴承工况较为恶劣，缺陷控制要求严格)主要是指航空发动机主轴轴承和直升机传动系统用的重要轴承，由于它们运用场合及工况的特殊性和重要性，而成为航空飞行器的重要关键部件之一，其主要技术特征是要求轴承具备高精度并适应高速、高温和长寿命高可靠性的工作要求。近期随着航空事业的迅猛发展，及航空飞行器的实战场景要求，又提出轴承在供油不足或断油状态下尚能保持一段时间正常运行的新要求。为此，航空轴承的抗"卡死"性(无论是常规供油或非常规断油情况下)、抗磨损性(各种轴承的异常磨损)、防断裂性(内外圈、保持架忽然断裂)及长寿命、高可靠性单元轴承的制造技术就成为航空轴承的主要关键技术了。自然也将引发轴承动力学分析、新型材料的开发、新检测技术、新制造工艺及新润滑技术等的创新和发展。
航空轴承套圈是轴承的重要零件之一，常常因内部存在材料、锻造等微小缺陷引起剥落故障问题。另外未来航空轴承产品与以往早期产品相比，因其工况愈加恶劣，对可靠性和质量保证方面提出了更高的要求，由于目前行业内没有关于轴承套圈的内部检测方法，因此急需摸索出一套可靠的内部缺陷检测手段。因国军标、航标中所验收等级一般为最高AAA级，而相对轴承套圈而言，存在更小缺陷的影响，通过开展锻造工艺优化、超声检测及金相解剖分析，最终所定超声的验收标准为φ0.4-10dB当量级，从而保证未来发动机轴承的使用寿命需求。
综上所述，现有的航空轴承套圈没有内部裂纹类缺陷的检测方法，给航空发动机的使用寿命和安全性带来隐患。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的航空轴承套圈没有内部裂纹类缺陷的检测方法，给航空发动机的轴承使用寿命和安全性带来隐患的问题。进而提供一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸超声检测方法。
本发明的技术方案是：一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸超声检测方法，它包括以下步骤：
步骤一：水浸超声检测；
步骤一一：被检套圈的放置：
将被检套圈置于水槽的转台上，旋紧转台三爪螺栓自对中卡紧，外径面入射时采用内装卡方式，内径面入射时采用外装卡方式，当卡爪影响检测结果显示时，将套圈进行一次检测后旋转60°再次检测；
步骤一二：检测前的设备调节及设置调用；
步骤一三：闸门设置；
闸门监控区域包含入射表面盲区到反射面边缘，同时不被反射波所干扰，闸门的位置高度为满屏刻度的20％～30％；
步骤一四：扫查；
按照编制的自动程序，通过被检件转动，探头检测一周并沿轴向步进的方式进行，实现全部待检区域的扫查；
步骤二：数据判读；
检测数据的判读包括缺陷信号的定位及定量，通过A扫描视图和C扫描视图对缺陷进行判读；其中，A扫描视图用于判读缺陷的波幅及埋深，C扫描视图为被检套圈的展开投影图，通过在A扫描视图中改变界面波及底面波之间的闸门宽度对被检套圈中不同深度的缺陷在C扫中的显示进行观察，通过C扫描视图测定缺陷在入射声束方向的投影面积、缺陷距离被检套圈上下两个边的距离以及缺陷反射信号颜色判定其严重程度；
步骤三：缺陷信号定位；
步骤三一：在A扫描视图中将闸门起止点设置在界面波之后及底面波之前的位置，此时C扫描视图中可见相应的色块显示，C扫描视图中被检套圈边缘的连续色块显示是被检套圈边界信号，以该边界信号最高波幅处向边界处降低6dB即为被检套圈的边界，边界内部的色块显示即为疑似缺陷显示，对这些显示作进一步分析；
步骤三二：点击C扫描视图中色块显示的中心位置时，A扫描视图中的界面波及底波之间有相应的波幅显示即为色块的波幅，该波幅距界面波的距离即为该缺陷的埋深，在C扫描视图中，该色块的最高波幅位置距离扫查起始点及被检套圈两侧边缘的距离通过测量标尺测得；
步骤三三：选择C扫描视图的色块，看到C扫描视图色块上对应的波幅高度，在C扫图中对缺陷尺寸通过波幅高度变化进行测量；
步骤三四：通过A扫描视图和C扫描视图信息综合确认，来反映缺陷在检测工件中的相应位置、严重程度及相关数据；
步骤四：缺陷信号评定；
步骤四一：当缺陷在C扫描视图中显示为单个点状时，点击C扫描视图中缺陷颜色最深位置，当A扫描视图中该缺陷的最高波幅超出验收波幅高度时为不合格；
步骤四二：当缺陷在C扫描视图中显示为多个点状且相距小于25mm时按单个缺陷处理，通过移动探头分别找出相邻两个缺陷的最大反射波高，并分别标记两缺陷最大波幅所对应的探头的位置，测量两个标记点之间的距离，并计算出两缺陷之间的空间距离，视为缺陷尺寸；
步骤四三：当缺陷在C扫描视图中显示为长条形时，先找出缺陷回波最高位置，向长度方向一侧移动探头直至反射波高降至最高波幅的一半，然后向相反方向移动探头，通过最高点直至再次降至最高波幅的一半，测量两点之间的距离，视为缺陷长度；
步骤五：验收准则；
轴承套圈中，当单个不连续指示大于φ0.4-10dB平底孔当量为不合格，反之，为合格，至此，完成了对轴承套圈的缺陷超声检测。
进一步地，步骤一二中的检测前的设备调节及设置调用，具体包括如下步骤；
首先：灵敏度校验；
检测前对设备灵敏度进行校验，校验采用埋深1.5mm及埋深覆盖套圈厚度尺寸的平底孔试块进行，在试块平底孔当量及材质对应的TCG曲线下测试，波高为80％，当波高偏离时应通过增益调整进行修正，并保存后使用；
其次：选择检测用10MHz-15MHz的探头，校准探头在平台上的垂直度进行校准，确保探头的在被检件上的垂直扫查；
再次：调用TCG曲线，并关联探头；
最后：编程；
将探头焦点打在入射面表面，选择零件扫查的两个边缘点，在入射面时调整界面反射波高为80％，并将两侧边缘波高降为40％时作为扫查的始末端点，扫查间距0.4mm，重复频率应保证波形中无杂波、鬼波干扰，扫查速度设置应保证与脉冲重复频率的匹配，保证不漏检。
进一步地，步骤一二中的灵敏度校验，在以下情况下应对检测系统进行重新校验：
1)在仪器的机械调整或插接件有任何改变时；
2)至少连续工作每24个小时应对检测灵敏度进行校核；
3)若发现调整存在错误或发现设备运行异常，则应对发现有问题之前和上次调整之后所检验的全部工件重新检验；
4)如发现只是灵敏度发生变化，当灵敏度降低时，则应按照之前的步骤对合格件进行复验；当灵敏度增加时，则对自上次校验合格后所有拒收的被检件进行复验。
进一步地，在步骤一的水浸超声检测之前，首选需要选定超声系统，然后确定检测工艺及参数。
进一步地，选定超声系统包括以下步骤：
S11：设备的选择：
超声系统的入射面分辨力至少达到1.5mm，超声系统的频率特性应与所用探头相匹配，针对特定检测对象，仪器与探头配用的灵敏度和信噪比应能满足检测要求。
S12：探头的选择：
探头在投入使用前对其距离-波幅特性进行测量并保留测试曲线结果，并应每六个月检查一次距离-幅度特性，并与原始曲线比较，幅度最大偏差不超过20％，超出的探头不应使用；
S13：对比试块；
采用与被检材料相同的材料制成，制作前试块所用材料应用直探头做全面检验，对于直径大于120mm的套圈直接采用试块绘制TCG曲线，当直径小于120mm时，根据曲面的声损失进行增益的补偿；
S13：耦合剂；
耦合剂采用去离子水，槽中的水完全浸没检测工件及探头端部；水温应控制在10～30℃，保持水的清洁，水中无气泡及其它妨碍超声检验的外来物。
进一步地，步骤一至四中的被检套圈的加工余量要求：
车工件尺寸应为锻件去除氧化皮保留的最大尺寸，至少保证去除氧化皮后入射面尺寸距成品状态尺寸的加工余量不小于1.5mm，反射面加工余量至少为0.8mm，端面作为辅助检测时余量应为1.5mm。
进一步地，步骤一至四中的被检套圈的受检件表面要求：
不得存在干扰检测的物质，超声入射面车削加工时应采用圆头刀具，入射面粗糙度应不低于Ra0.8μm，反射面粗糙度不低于Ra1.6μm；受检件中的噪声信号幅度应比要求检出的最小不连续性显示的信号幅度至少低6dB。
进一步地，确定检测工艺及参数包括以下步骤：
S21：声束入射方向和入射面的选择；
轴承套圈检测时主选外径面垂直入射，外径面为整个扫查面，当外径尺寸上加工余量不足1.5mm时，增加内径面垂直入射检验；
S22：当受检件横截面的长边和短边长度之比小于3:1时，应沿长边与短边所在的两个面进行扫查，当长边和短边之比大于等于3:1时，只在长边所在的面进行扫查；
S22：水距及聚焦点设置；
聚焦点位置设置为入射面表面聚焦，此时的水距为焦距。
进一步地，确定检测工艺及参数还包括声速、检测灵敏度及TCG校准：
S31：声速及检测灵敏度校准；
利用已知厚度的平底孔试块进行测试，将探头放置试块非平底孔区域上方，通过底波及任意二次或以上底波反射波，通过声程与声速关系进行测试，通过平均值方法获得更加准确的声速值；
使用与验收级别相同当量的，盲区以外能分辨的埋深最浅的平底孔及埋深相当于工件厚度的平底孔对比试块进行检测灵敏度校准，钢制轴承套圈类环型件的检测灵敏度按照Ф0.4mm当量进行校准，校准完成后将整体的增益增加10dB并设定为检测灵敏度，即φ0.4mm-10dB灵敏度；
S32：TCG校准；
使用一套对比试块完成TCG校准，依次使用不同埋深的平底孔对比试块进行TCG取点，孔直径为0.4mm，使不同深度的一定当量尺寸的平底孔反射波高都达到80％并记录各点，形成TCG曲线。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明针对轴承套圈锻件类环形件，结合套圈缺陷类型，成型特点、待检测精度、检测效率等要求，通过自动机械扫查保证，采用水浸纵波聚焦直探头垂直入射法检测，运用聚焦探头，声波发射接收稳定，表面粗糙度影响小，检测盲区小等优点，能够检测轴承套圈锻件类盘环件，有效的检测出轴承零件内部微小原材料及锻造缺陷，提高轴承内部质量。保证了航空发动机中的轴承的使用寿命，以及航空发动机的安全性问题。
2、本发明形成了轴承零件水浸超声检测方法，控制缺陷级别达到领先水平。检测效果定位准确、重复性好、灵敏度高。确定了轴承材料检测表面的处理要求，针对薄壁件检测应用高频探头，提高了局部区域的检测灵敏度与信噪比以及横向分辨力。形成了适用于套圈的超声检测试块制作方法。
附图说明
图1是本发明轴承套圈的示意图；图2是平底孔试块的示意图；图3是套圈超声检测常规入射方式示意图，为套圈内外径面为规格形状时采用，当受检件横截面的长边和短边长度之比小于3:1时，应沿长边与短边所在的两个面进行扫查，当长边和短边之比大于等于3:1时，只在长边所在的面进行扫查；图4是套圈超声检测特殊时的示意图，当外径面与声束方向不垂直时，或为非规格的形状时，采用内径入射方式。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸超声检测方法包括以下步骤：
步骤一：水浸超声检测；
步骤一一：被检套圈的放置：
将被检套圈置于水槽的转台上，旋紧转台三爪螺栓自对中卡紧，外径面入射时采用内装卡方式，内径面入射时采用外装卡方式，当卡爪影响检测结果显示时，将套圈进行一次检测后旋转60°再次检测；
步骤一二：检测前的设备调节及设置调用；
步骤一三：闸门设置；
闸门监控区域包含入射表面盲区到反射面边缘，同时不被反射波所干扰，闸门的位置高度为满屏刻度的20％～30％；
步骤一四：扫查；
按照编制的自动程序，通过被检件转动，探头检测一周并沿轴向步进的方式进行，实现全部待检区域的扫查；
步骤二：数据判读；
检测数据的判读包括缺陷信号的定位及定量，通过A扫描视图和C扫描视图对缺陷进行判读；其中，A扫描视图用于判读缺陷的波幅及埋深，C扫描视图为被检套圈的展开投影图，通过在A扫描视图中改变界面波及底面波之间的闸门宽度对被检套圈中不同深度的缺陷在C扫中的显示进行观察，通过C扫描视图测定缺陷在入射声束方向的投影面积、缺陷距离被检套圈上下两个边的距离以及缺陷反射信号颜色判定其严重程度；
步骤三：缺陷信号定位；
步骤三一：在A扫描视图中将闸门起止点设置在界面波之后及底面波之前的位置，此时C扫描视图中可见相应的色块显示，C扫描视图中被检套圈边缘的连续色块显示是被检套圈边界信号，以该边界信号最高波幅处向边界处降低6dB即为被检套圈的边界，边界内部的色块显示即为疑似缺陷显示，对这些显示作进一步分析；
步骤三二：点击C扫描视图中色块显示的中心位置时，A扫描视图中的界面波及底波之间有相应的波幅显示即为色块的波幅，该波幅距界面波的距离即为该缺陷的埋深，在C扫描视图中，该色块的最高波幅位置距离扫查起始点及被检套圈两侧边缘的距离通过测量标尺测得；
步骤三三：选择C扫描视图的色块，看到C扫描视图色块上对应的波幅高度，在C扫图中对缺陷尺寸通过波幅高度变化进行测量；
步骤三四：通过A扫描视图和C扫描视图信息综合确认，来反映缺陷在检测工件中的相应位置、严重程度及相关数据；
步骤四：缺陷信号评定；
步骤四一：当缺陷在C扫描视图中显示为单个点状时，点击C扫描视图中缺陷颜色最深位置，当A扫描视图中该缺陷的最高波幅超出验收波幅高度时为不合格；
步骤四二：当缺陷在C扫描视图中显示为多个点状且相距小于25mm时按单个缺陷处理，通过移动探头分别找出相邻两个缺陷的最大反射波高，并分别标记两缺陷最大波幅所对应的探头的位置，测量两个标记点之间的距离，并计算出两缺陷之间的空间距离，视为缺陷尺寸；
步骤四三：当缺陷在C扫描视图中显示为长条形时，先找出缺陷回波最高位置，向长度方向一侧移动探头直至反射波高降至最高波幅的一半，然后向相反方向移动探头，通过最高点直至再次降至最高波幅的一半，测量两点之间的距离，视为缺陷长度；
步骤五：验收准则；
轴承套圈中，当单个不连续指示大于φ0.4-10dB平底孔当量为不合格，反之，为合格，至此，完成了对轴承套圈的缺陷超声检测。
具体实施方式二：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式步骤一二中的检测前的设备调节及设置调用，具体包括如下步骤；
首先：灵敏度校验；
检测前对设备灵敏度进行校验，校验采用埋深1.5mm及埋深覆盖套圈厚度尺寸的平底孔试块进行，在试块平底孔当量及材质对应的TCG曲线下测试，波高为80％，当波高偏离时应通过增益调整进行修正，并保存后使用；
其次：选择检测用10MHz-15MHz的探头，校准探头在平台上的垂直度，确保探头的在被检件上的垂直扫查；
再次：调用TCG曲线，并关联探头；
最后：编程；
将探头焦点打在入射面表面，选择零件扫查的两个边缘点，在入射面时调整界面反射波高为80％，并将两侧边缘波高降为40％时作为扫查的始末端点，扫查间距0.4mm，重复频率应保证波形中无杂波、鬼波干扰，扫查速度设置应保证与脉冲重复频率的匹配，保证不漏检。
如此设置，焦点打在入射面表面，可利于准确评定缺陷的埋深位置，波高的判定有助于找到套圈检测的两个边界，统一检测起终点标准，扫查间距设置保证检测灵敏度下不漏检，重复频率设置判断可排除非缺陷异常波的干扰。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的步骤一二中的灵敏度校验，在以下情况下应对检测系统进行重新校验：
1)在仪器的机械调整或插接件有任何改变时；
2)至少连续工作每24个小时应对检测灵敏度进行校核；
3)若发现调整存在错误或发现设备运行异常，则应对发现有问题之前和上次调整之后所检验的全部工件重新检验；
4)如发现只是灵敏度发生变化，当灵敏度降低时，则应按照之前的步骤对合格件进行复验；当灵敏度增加时，则对自上次校验合格后所有拒收的被检件进行复验。如此设置，可确保超声检测结果的可靠性、一致性、稳定性。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式在步骤一的水浸超声检测之前，首选需要选定超声系统，然后确定检测工艺及参数。如此设置，确保检测灵敏度方面的硬件保证，保证检测目标实施的基础。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的选定超声系统包括以下步骤：
S11：设备的选择：
超声系统的入射面分辨力至少达到1.5mm，超声系统的频率特性应与所用探头相匹配，针对特定检测对象，仪器与探头配用的灵敏度和信噪比应能满足检测要求。
S12：探头的选择：
探头在投入使用前对其距离-波幅特性进行测量并保留测试曲线结果，并应每六个月检查一次距离-幅度特性，并与原始曲线比较，幅度最大偏差不超过20％，超出的探头不应使用；
S13：对比试块；
采用与被检材料相同的材料制成，制作前试块所用材料应用直探头做全面检验，对于直径大于120mm的套圈直接采用试块绘制TCG曲线，当直径小于120mm时，根据曲面的声损失进行增益的补偿；
S13：耦合剂；
耦合剂采用去离子水，槽中的水完全浸没检测工件及探头端部；水温应控制在10～30℃，保持水的清洁，水中无气泡及其它妨碍超声检验的外来物。如此设置，确保超声检测盲区在套圈加工成品前余量范围内，确保作为检测的重要关键硬件(探头)的性能满足要求、稳定，试块的材料及规格选择有助于材料声特性的采集以及缺陷的准确定位，耦合剂防止产品锈蚀并保证非相关物质造成异常信号产生，从而保证检测结果。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的步骤一至四中的被检套圈的加工余量要求：
车工件尺寸应为锻件去除氧化皮保留的最大尺寸，至少保证去除氧化皮后入射面尺寸距成品状态尺寸的加工余量不小于1.5mm，反射面加工余量至少为0.8mm，端面作为辅助检测时余量应为1.5mm。如此设置，确保超声检测时不被套圈入射表面质量影响干扰缺陷判断，加工余量则保证超声盲区被后续去掉，从而保证套圈整体内部全部被超声检测过。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式步骤一至四中的被检套圈的受检件表面要求：不得存在干扰检测的物质，超声入射面车削加工时应采用圆头刀具，入射面粗糙度应不低于Ra0.8μm，反射面粗糙度不低于Ra1.6μm；受检件中的噪声信号幅度应比要求检出的最小不连续性显示的信号幅度至少低6dB。如此设置，将排除因套圈入射及反射表面粗糙造成超声盲区增大导致加工余量不足，避免造成漏检。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式确定检测工艺及参数包括以下步骤：
S21：声束入射方向和入射面的选择；
轴承套圈检测时主选外径面垂直入射，外径面为整个扫查面，当外径尺寸上加工余量不足1.5mm时，增加内径面垂直入射检验；
S22：当受检件横截面的长边和短边长度之比小于3:1时，应沿长边与短边所在的两个面进行扫查，当长边和短边之比大于等于3:1时，只在长边所在的面进行扫查；
S22：水距及聚焦点设置；
聚焦点位置设置为入射面表面聚焦，此时的水距为焦距。如此设置，增加内径检测可实现双向检测，变相减少了超声检测盲区，可解决余量不足问题，当套圈厚度过大时通过增加端面检测排除存在于平行于端面的内部缺陷可能，检测采用入射表面作为焦点可直接采用探头焦距值，便于确定水距。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
具体实施方式九：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式确定检测工艺及参数还包括声速、检测灵敏度及TCG校准：
S31：声速及检测灵敏度校准；
利用已知厚度的平底孔试块进行测试，将探头放置试块非平底孔区域上方，通过底波及任意二次或以上底波反射波，通过声程与声速关系进行测试，通过平均值方法获得更加准确的声速值；
使用与验收级别相同当量的，盲区以外能分辨的埋深最浅的平底孔及埋深相当于工件厚度的平底孔对比试块进行检测灵敏度校准，钢制轴承套圈类环型件的检测灵敏度按照Ф0.4mm当量进行校准，校准完成后将整体的增益增加10dB并设定为检测灵敏度，即φ0.4mm-10dB灵敏度；
S32：TCG校准；
使用一套对比试块完成TCG校准，依次使用不同埋深的平底孔对比试块进行TCG取点，孔直径为0.4mm，使不同深度的一定当量尺寸的平底孔反射波高都达到80％并记录各点，形成TCG曲线。如此设置，通过声速校准可确定材料声特性，为后续缺陷定位提供支撑，灵敏度校准用于确定仪器检测灵敏度和验收评定量级，TCG校准可确定每次检测前设备的检测灵敏度的一致性保证。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
实施例：
1、超声系统
1.1设备
设备应满足GJB1580A规定的超声设备性能要求，入射面分辨力至少达到1.5mm，超声系统的频率特性应与所用探头相匹配，针对特定检测对象，仪器与探头配用的灵敏度和信噪比应能满足检测要求。
1.2探头
探头在投入使用前对其距离-波幅特性进行测量并保留测试曲线结果，并应每六个月检查一次距离-幅度特性，并与原始曲线比较，幅度最大偏差不超过20％，超出的探头不应使用。
1.3对比试块
采用与被检材料相同的材料制成，如采用不同材料应做传递修正。制作前试块所用材料应用直探头做全面检验，不得有干扰人工缺陷的自然伤，外观无影响使用的表面损伤。实际使用时，对于直径大于120mm的套圈可直接采用试块绘制TCG曲线，当直径小于120mm时，应根据曲面的声损失进行增益的补偿，试块图见图2，下表1为各试块尺寸。
表1各试块尺寸表
Figure BDA0002343353260000111
1.4耦合剂
耦合剂采用去离子水，防止零件检测时出现锈蚀，槽中的水应能够完全浸没检测工件及探头端部。水温应控制在10～30℃，保持水的清洁，水中应无气泡及其它妨碍超声检验的外来物。
1.5被检件
1.5.1制造工艺及形状
应为车工状态的金属环型件，两端面应平整并相互平行，端面与侧面应垂直(参考试块的要求)。
1.5.2被检件加工余量
车工件尺寸应为锻件去除氧化皮保留的最大尺寸，至少保证去除氧化皮后入射面尺寸距成品状态尺寸的加工余量不小于1.5mm，反射面加工余量至少为0.8mm，端面作为辅助检测时余量应为1.5mm。
1.5.3受检件表面要求
不得存在干扰检测的物质，超声入射面车削加工时应采用圆头刀具，入射面粗糙度应不低于Ra0.8μm，反射面粗糙度不低于Ra1.6μm。受检件中的噪声信号幅度应比要求检出的最小不连续性显示的信号幅度至少低6dB。
2、检测工艺及参数考虑
2.1探头选择
应选用10MHz或更高频率探头，如果对纵向分辨率要求较高且经过试验材料的信噪比满足要求时，也可使用15MHz或更高频的聚焦探头，探头适用检测的范围可通过试块测试获得。
2.2声束入射方向和入射面选择
2.2.1轴承套圈检测时主选外径面垂直入射，外径面为整个扫查面，当外径尺寸上加工余量不足1.5mm时可增加内径面垂直入射检验。
2.2.2当受检件横截面的长边和短边长度之比小于3:1时，应沿长边与短边所在的两个面进行扫查(图1中B面及A面)，当长边和短边之比大于等于3:1时，只在长边所在的面进行扫查(图1中B面)。
2.3水距及聚焦点设置
聚焦点位置设置为入射面表面聚焦，此时的水距为焦距。
2.4声速、检测灵敏度及TCG校准
2.4.1声速及检测灵敏度校准
利用已知厚度的平底孔试块进行测试，将探头放置试块非平底孔区域上方，通过底波及任意二次或以上底波反射波，通过声程与声速关系进行测试，通过平均值方法获得更加准确的声速值。
表2各材料声速表
序号 材料 声速值
1 Cr4Mo4V/M50 6.06mm/μs
2 W9Cr4V2Mo 6.02mm/μs
3 ZGCr15 5.97mm/μs
4 SG13Cr4Mo4Ni4V 5.92mm/μs
使用与验收级别相同当量的，盲区以外能分辨的埋深最浅的平底孔及埋深相当于工件厚度的平底孔对比试块进行检测灵敏度校准，钢制轴承套圈类环型件的检测灵敏度按照Ф0.4mm当量进行校准，校准完成后将整体的增益增加10dB并设定为检测灵敏度，即φ0.4mm-10dB灵敏度。
2.4.2TCG校准
使用一套对比试块完成TCG校准，依次使用不同埋深的平底孔对比试块进行TCG取点(平底孔的埋深范围从盲区外能分辨的埋深最浅的平底孔深度到埋深不小于工件厚度的平底孔深度)，孔直径为0.4mm，使不同深度的一定当量尺寸的平底孔反射波高都达到80％并记录各点，形成TCG曲线。
3、水浸超声检测
3.1被检套圈放置
被检套圈置于水槽的转台上，旋紧转台三爪螺栓自对中卡紧，外径面入射时采用内装卡方式，内径面入射时采用外装卡方式，当卡爪影响检测结果显示时，应考虑将套圈进行一次检测后旋转60°左右再次检测，以排除卡爪影响。
3.2检测前的设备调节及设置调用
3.2.1灵敏度校验
检测前对设备灵敏度进行校验，校验采用埋深1.5mm及埋深覆盖套圈厚度尺寸的平底孔试块进行，在试块平底孔当量及材质对应的TCG曲线下测试，波高应为80％，当波高偏离时应通过增益调整进行修正，并保存后使用。
在以下情况下应对检测系统进行重新校验：
1)在仪器的机械调整或插接件有任何改变时；
2)至少连续工作每24个小时应对检测灵敏度进行校核；
3)若发现调整存在错误或发现设备运行异常，则应对发现有问题之前和上次调整之后所检验的全部工件重新检验；
4)如发现只是灵敏度发生变化，当灵敏度降低时，则应按照之前的步骤对合格件进行复验；当灵敏度增加时，则对自上次校验合格后所有拒收的被检件进行复验。
3.2.2选择检测用10MHz探头(或更高频率)，对探头在平台上的垂直进行校准，确保探头的在被检件上的垂直扫查。
3.2.3调用TCG曲线，并关联探头。
3.2.4编程，将探头焦点打在入射面表面，选择零件扫查的两个边缘点，在入射面时调整界面反射波高为80％，并将两侧边缘波高降为40％时作为扫查的始末端点，扫查间距0.4mm(原则为不大于探头有效声束宽度的50％)，重复频率应保证波形中无杂波、鬼波干扰，扫查速度设置应保证与脉冲重复频率的匹配，保证不漏检。
注：有效声束宽度测定方法
使用埋深较小的平底孔试块调整仪器灵敏度，使孔底的最大反射波高为显示屏满刻度的80％，然后找出探头沿孔径方向移动时反射波高下降6dB的两点间距离，即为有效声束宽度。
3.3闸门设置
闸门监控区域应包含入射表面盲区到反射面边缘，同时不应被反射波所干扰，高度为20％～30％(也可根据所要检测的数据范围自行设定)。
3.4扫查
按照编制的自动程序，通过被检件转动，探头检测一周并沿轴向步进的方式进行，实现全部待检区域的扫查。
4、数据判读
检测数据的判读主要包括缺陷信号的定位及定量，主要通过A、C扫视图对缺陷进行判读。通过A扫视图可以知道缺陷的波幅及埋深，C扫视图相当于检测工件的展开投影图，可以通过在A扫视图中改变界面波及底面波之间的闸门宽度对工件中不同深度的缺陷在C扫中的显示进行观察，通过C扫视图可以测定缺陷的面积及缺陷距离工件两个边的距离以及缺陷的严重程度。
5、缺陷信号定位
5.1在A扫视图中将闸门起止点设置在界面波之后及底面波之前的适当位置，此时C扫图中可见相应的色块显示，C扫图中工件边缘的连续色块显示是工件边界信号，以该边界信号最高波幅处向边界处降低6dB即为工件的边界，边界内部的色块显示即为疑似缺陷显示，可对这些显示作进一步分析。
5.2点击C扫图中色块显示的中心位置时，A扫中可以看到界面波及底波之间有相应的波幅显示即为色块的波幅，该波幅距界面波的距离即为该缺陷的埋深，在C扫图中，该色块的最高波幅位置距离扫查起始点及工件两侧边缘的距离可以通过测量标尺测得。
5.3通过选择C扫图的色块，可以看到C扫图色块上对应的波幅高度，也可在C扫图中对缺陷尺寸进行测量。
5.4通过A、C扫信息综合确认，可以较为全面的反映缺陷在检测工件中的相应位置、严重程度及相关数据。
6、缺陷信号评定
6.1当缺陷在C扫描中显示为单个点状时，点击C扫描视图中缺陷颜色最深位置，当A扫图中该缺陷的最高波幅超出验收波幅高度时为不合格。
6.2当缺陷在C扫描中显示为多个点状且相距小于25mm时按单个缺陷处理，通过移动探头分别找出相邻两个缺陷的最大反射波高，并分别标记两缺陷最大波幅所对应的探头的位置，测量两个标记点之间的距离，并计算出两缺陷之间的空间距离，视为缺陷尺寸。
6.3当缺陷在C扫描中显示为长条形时，先找出缺陷回波最高位置,向长度方向一侧移动探头直至反射波高降至最高波幅的一半，然后向相反方向移动探头，通过最高点直至再次降至最高波幅的一半,测量两点之间的距离,视为缺陷长度。
7、验收准则
7.1轴承套圈中当单个不连续指示大于φ0.4-10dB平底孔当量为不合格。

Claims (9)

1.一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸超声检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一：水浸超声检测；
步骤一一：被检套圈的放置：
将被检套圈置于水槽的转台上，旋紧转台三爪螺栓自对中卡紧，外径面入射时采用内装卡方式，内径面入射时采用外装卡方式，当卡爪影响检测结果显示时，将套圈进行一次检测后旋转60°再次检测；
步骤一二：检测前的设备调节及设置调用；
步骤一三：闸门设置；
闸门监控区域包含入射表面盲区到反射面边缘，同时不被反射波所干扰，闸门的位置高度为满屏刻度的20％～30％；
步骤一四：扫查；
按照编制的自动程序，通过被检件转动，探头检测一周并沿轴向步进的方式进行，实现全部待检区域的扫查；
步骤二：数据判读；
检测数据的判读包括缺陷信号的定位及定量，通过A扫描视图和C扫描视图对缺陷进行判读；其中，A扫描视图用于判读缺陷的波幅及埋深，C扫描视图为被检套圈的展开投影图，通过在A扫描视图中改变界面波及底面波之间的闸门宽度对被检套圈中不同深度的缺陷在C扫中的显示进行观察，通过C扫描视图测定缺陷在入射声束方向的投影面积、缺陷距离被检套圈上下两个边的距离以及缺陷反射信号颜色判定其严重程度；
步骤三：缺陷信号定位；
步骤三一：在A扫描视图中将闸门起止点设置在界面波之后及底面波之前的位置，此时C扫描视图中可见相应的色块显示，C扫描视图中被检套圈边缘的连续色块显示是被检套圈边界信号，以该边界信号最高波幅处向边界处降低6dB即为被检套圈的边界，边界内部的色块显示即为疑似缺陷显示，对这些显示作进一步分析；
步骤三二：点击C扫描视图中色块显示的中心位置时，A扫描视图中的界面波及底波之间有相应的波幅显示即为色块的波幅，该波幅距界面波的距离即为该缺陷的埋深，在C扫描视图中，该色块的最高波幅位置距离扫查起始点及被检套圈两侧边缘的距离通过测量标尺测得；
步骤三三：选择C扫描视图的色块，看到C扫描视图色块上对应的波幅高度，在C扫图中对缺陷尺寸通过波幅高度变化进行测量；
步骤三四：通过A扫描视图和C扫描视图信息综合确认，来反映缺陷在检测工件中的相应位置、严重程度及相关数据；
步骤四：缺陷信号评定；
步骤四一：当缺陷在C扫描视图中显示为单个点状时，点击C扫描视图中缺陷颜色最深位置，当A扫描视图中该缺陷的最高波幅超出验收波幅高度时为不合格；
步骤四二：当缺陷在C扫描视图中显示为多个点状且相距小于25mm时按单个缺陷处理，通过移动探头分别找出相邻两个缺陷的最大反射波高，并分别标记两缺陷最大波幅所对应的探头的位置，测量两个标记点之间的距离，并计算出两缺陷之间的空间距离，视为缺陷尺寸；
步骤四三：当缺陷在C扫描视图中显示为长条形时，先找出缺陷回波最高位置，向长度方向一侧移动探头直至反射波高降至最高波幅的一半，然后向相反方向移动探头，通过最高点直至再次降至最高波幅的一半，测量两点之间的距离，视为缺陷长度；
步骤五：验收准则；
轴承套圈中，当单个不连续指示大于φ0.4-10dB平底孔当量为不合格，反之，为合格，至此，完成了对轴承套圈的缺陷超声检测。
2.根据权利要求1所述的一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸超声检测方法，其特征在于：步骤一二中的检测前的设备调节及设置调用，具体包括如下步骤；
首先：灵敏度校验；
检测前对设备灵敏度进行校验，校验采用埋深1.5mm及埋深覆盖套圈厚度尺寸的平底孔试块进行，在试块平底孔当量及材质对应的TCG曲线下测试，波高为80％，当波高偏离时应通过增益调整进行修正，并保存后使用；
其次：选择检测用10MHz-15MHz的探头，校准探头在平台上的垂直度，确保探头的在被检件上的垂直扫查；
再次：调用TCG曲线，并关联探头；
最后：编程；
将探头焦点打在入射面表面，选择零件扫查的两个边缘点，在入射面时调整界面反射波高为80％，并将两侧边缘波高降为40％时作为扫查的始末端点，扫查间距0.4mm，重复频率应保证波形中无杂波、鬼波干扰，扫查速度设置应保证与脉冲重复频率的匹配，保证不漏检。
3.根据权利要求2所述的一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸超声检测方法，其特征在于：步骤一二中的灵敏度校验，在以下情况下应对检测系统进行重新校验：
1)在仪器的机械调整或插接件有任何改变时；
2)至少连续工作每24个小时应对检测灵敏度进行校核；
3)若发现调整存在错误或发现设备运行异常，则应对发现有问题之前和上次调整之后所检验的全部工件重新检验；
4)如发现只是灵敏度发生变化，当灵敏度降低时，则应按照之前的步骤对合格件进行复验；当灵敏度增加时，则对自上次校验合格后所有拒收的被检件进行复验。
4.根据权利要求3所述的一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸超声检测方法，其特征在于：在步骤一的水浸超声检测之前，首选需要选定超声系统，然后确定检测工艺及参数。
5.根据权利要求4所述的一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸超声检测方法，其特征在于：选定超声系统包括以下步骤：
S11：设备的选择：
超声系统的入射面分辨力至少达到1.5mm，超声系统的频率特性应与所用探头相匹配，针对特定检测对象，仪器与探头配用的灵敏度和信噪比应能满足检测要求。
S12：探头的选择：
探头在投入使用前对其距离-波幅特性进行测量并保留测试曲线结果，并应每六个月检查一次距离-幅度特性，并与原始曲线比较，幅度最大偏差不超过20％，超出的探头不应使用；
S13：对比试块；
采用与被检材料相同的材料制成，制作前试块所用材料应用直探头做全面检验，对于直径大于120mm的套圈直接采用试块绘制TCG曲线，当直径小于120mm时，根据曲面的声损失进行增益的补偿；
S13：耦合剂；
耦合剂采用去离子水，槽中的水完全浸没检测工件及探头端部；水温应控制在10～30℃，保持水的清洁，水中无气泡及其它妨碍超声检验的外来物。
6.根据权利要求5所述的一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸超声检测方法，其特征在于：步骤一至四中的被检套圈的加工余量要求：
车工件尺寸应为锻件去除氧化皮保留的最大尺寸，至少保证去除氧化皮后入射面尺寸距成品状态尺寸的加工余量不小于1.5mm，反射面加工余量至少为0.8mm，端面作为辅助检测时余量应为1.5mm。
7.根据权利要求6所述的一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸超声检测方法，其特征在于：步骤一至四中的被检套圈的受检件表面要求：
不得存在干扰检测的物质，超声入射面车削加工时应采用圆头刀具，入射面粗糙度应不低于Ra0.8μm，反射面粗糙度不低于Ra1.6μm；受检件中的噪声信号幅度应比要求检出的最小不连续性显示的信号幅度至少低6dB。
8.根据权利要求4所述的一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸超声检测方法，其特征在于：确定检测工艺及参数包括以下步骤：
S21：声束入射方向和入射面的选择；
轴承套圈检测时主选外径面垂直入射，外径面为整个扫查面，当外径尺寸上加工余量不足1.5mm时，增加内径面垂直入射检验；
S22：当受检件横截面的长边和短边长度之比小于3:1时，应沿长边与短边所在的两个面进行扫查，当长边和短边之比大于等于3:1时，只在长边所在的面进行扫查；
S22：水距及聚焦点设置；
聚焦点位置设置为入射面表面聚焦，此时的水距为焦距。
9.根据权利要求8所述的一种用于航空轴承套圈锻件内部缺陷的水浸超声检测方法，其特征在于：确定检测工艺及参数还包括声速、检测灵敏度及TCG校准：
S31：声速及检测灵敏度校准；
利用已知厚度的平底孔试块进行测试，将探头放置试块非平底孔区域上方，通过底波及任意二次或以上底波反射波，通过声程与声速关系进行测试，通过平均值方法获得更加准确的声速值；
使用与验收级别相同当量的，盲区以外能分辨的埋深最浅的平底孔及埋深相当于工件厚度的平底孔对比试块进行检测灵敏度校准，钢制轴承套圈类环型件的检测灵敏度按照Ф0.4mm当量进行校准，校准完成后将整体的增益增加10dB并设定为检测灵敏度，即φ0.4mm-10dB灵敏度；
S32：TCG校准；
使用一套对比试块完成TCG校准，依次使用不同埋深的平底孔对比试块进行TCG取点，孔直径为0.4mm，使不同深度的一定当量尺寸的平底孔反射波高都达到80％并记录各点，形成TCG曲线。
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