CN111323484B - 制作吻接缺陷对比试块的方法及利用该试块检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于加工和检测技术领域，具体涉及制作吻接缺陷对比试块的方法及利用该试块检测的方法。所述对比试块为搅拌摩擦焊吻接缺陷对比试块，其特征在于，制作吻接缺陷对比试块的方法包括：制作毛坯试块并在毛坯试块上加工人工缺陷；对毛坯试块上的人工缺陷，进行冷喷涂修理；对经冷喷涂修理后的毛坯试块进行外表面光洁度处理获得对比试块。制作吻接缺陷对比试块的方法实现了可用于吻接缺陷检测的超声检测用的已知缺陷尺寸大小等性质可控的对比试块制作。

Description

制作吻接缺陷对比试块的方法及利用该试块检测的方法

技术领域

本发明属于加工和检测技术领域，具体涉及制作吻接缺陷对比试块的方法及利用该试块检测的方法。

背景技术

1991年英国焊接研究所发明的一种用于低熔点合金板材焊接的固态连接技术——搅拌摩擦焊。与常见的熔化焊接技术相比，搅拌摩擦焊具有焊接过程中无需气体保护、填充焊丝、无烟尘、无飞溅等焊接工艺优点，更值得一提的是搅拌摩擦焊在金属材料固相线温度以下进行的，因此不会发生液－固相变，也就不会产生气孔、疏松、成分偏析以及缩孔等凝固时常见的缺陷。因此在搅拌摩擦焊发明的几十年间，搅拌摩擦焊在航空航天领域、船舶制造与海洋工业、交通运输行业中得到了充分的发展和应用。

搅拌摩擦焊作为一种新型焊接技术在抛弃掉一些传统焊接技术焊接缺陷的同时也带来了其特有的一些缺陷，如吻接。

超声检测作为材料质量检测中的一种检测手段，在焊缝检测中广为应用。超声检测作为一种对比性检测，在检测过程中很大程度上依赖于对比试块；从超声检测初期的利用对比试块进行灵敏度调节到检测最终缺陷当量评定，都需要对比试块来完成，因此超声检测用对比试块在超声检测中的重要性不言而喻。而现有人工缺陷对比试块无法作为吻接缺陷对比试块使用；直接采用搅拌摩擦焊接制作的焊接件无法准确判断焊接接头中是否含有吻接缺陷及吻接缺陷反射面尺寸大小。

发明内容

发明目的：提供制作吻接缺陷对比试块的方法及利用该试块检测的方法，以为搅拌摩擦焊接吻接缺陷提供的一种已知缺陷尺寸大小等性质可控的检测用对比试块。

本发明的技术方案：

第一方面，提供了一种制作对比试块的方法，所述对比试块为搅拌摩擦焊吻接缺陷对比试块，所述方法包括：

制作毛坯试块并在毛坯试块上加工人工缺陷；

对毛坯试块上的人工缺陷，进行冷喷涂修理；

对经冷喷涂修理后的毛坯试块进行外表面光洁度处理获得对比试块。

进一步地，制作毛坯试块并在毛坯试块上加工人工缺陷，具体包括：

确定对比试块的结构外形尺寸；

制作与确定的对比试块的结构外形尺寸相同的毛坯试块；

确定吻接缺陷尺寸大小信息；

在毛坯试块上加工与确定的吻接缺陷尺寸大小信息相同的人工缺陷。

进一步地，确定对比试块的结构外形尺寸，具体包括：

按搅拌摩擦焊在试验件上的分布特点，结合超声检测探头摆放考量，确定含吻接缺陷对比试块结构外形、外形尺寸。

进一步地，确定吻接缺陷尺寸大小信息，具体包括：

根据试验件检测要求确定吻接缺陷尺寸大小信息；

进一步地，在毛坯试块上加工与确定的吻接缺陷尺寸大小信息相同的人工缺陷，具体包括：

在毛坯试块上，通过电化学腐蚀或电火花刻伤等人工加工方法，加工与确定的吻接缺陷尺寸大小信息相同的人工缺陷。

进一步地，在毛坯试块上加工与确定的吻接缺陷尺寸大小信息相同的人工缺陷，具体包括：

在毛坯试块上加工一系列不同反射尺寸的人工缺陷。

进一步地，在毛坯试块上加工一系列不同反射尺寸的人工缺陷，具体包括：

在毛坯试块的不同位置，加工一系列不同反射尺寸的人工缺陷，所述人工缺陷的反射面的形状包括圆弧、凹槽和圆孔。

进一步地，对毛坯试块上的人工缺陷，进行冷喷涂修理，具体包括：以气压为1.0Mpa至2.0Mpa的压缩空气为喷涂气体，按照喷涂粒子大小大于50μm，喷涂距离为25mm至30mm，喷涂角度为70°至80°的工艺参数进行冷喷涂修理。

进一步地，对经冷喷涂修理后的毛坯试块进行外表面光洁度处理获得对比试块，具体包括：

对经冷喷涂修理后的毛坯试块进行外表面打磨，去除非人工缺陷内部的表面多余冷喷涂层，并使外表面平整光滑达到对比试块光洁度的要求，获得对比试块。

第二方面，提供了一种超声检测搅拌摩擦焊吻接缺陷的方法，该方法利用上述方法制作的对比试块来超声检测搅拌摩擦焊吻接缺陷。

有益效果：本发明利用冷喷涂修理毛坯试块人工缺陷，以冷喷涂修理毛坯试块人工缺陷反射面模拟搅拌摩擦焊吻接缺陷反射面，以修理后的毛坯试块人工缺陷大小作为搅拌摩擦焊接吻接缺陷尺寸定量大小，解决了现有人工缺陷对比试块缺陷反射面与吻接缺陷反射面朝上传播特性差异大，而无法作为吻接缺陷对比试块使用；直接采用搅拌摩擦焊接制作的焊接件，因无可供用于检测评判的对比试块，不通过对焊接接头进行破坏性解剖无法准确判断焊接接头中是否含有吻接缺陷及吻接缺陷反射面尺寸大小可控的难题，实现了可用于吻接缺陷检测的超声检测用的已知缺陷尺寸大小等性质可控的对比试块制作。

附图说明

图1为人工凹槽缺陷示意图；

图2为吻接缺陷示意图。

具体实施方式

在超声检测中，作为对比试块，其应具有试块上的缺陷形式能代表被检件上的缺陷并且其缺陷尺寸大小可控的特点。现有的超声检测用对比试块,无论其是通过机械加工得到的圆孔、凹槽，还是电化学或电火花刻伤得到的人工缺陷，其缺陷界面均为金属-空气界面(如图1所示)，无法代表吻接缺陷界面为塑性弱金属粘接的界面(如图2所示)；直接通过控制焊接热量输入制作吻接缺陷，又难以实现吻接缺陷反射面尺寸大小可控。因此，需要制作一种新的用于吻接缺陷的对比试块。

针对上述现有人工缺陷对比试块缺陷反射面与吻接缺陷反射面朝上传播特性差异大，而无法作为吻接缺陷对比试块使用；直接采用搅拌摩擦焊接制作的焊接件，因无可供用于检测评判的对比试块，不通过对焊接接头进行破坏性解剖无法准确判断焊接接头中是否含有吻接缺陷及吻接缺陷反射面尺寸大小的难题，研究针对搅拌摩擦焊吻接缺陷对比试块制作的方法，其目的是为搅拌摩擦焊接吻接缺陷提供的一种已知缺陷尺寸大小等性质可控的检测用对比试块。

吻接也称为弱连接，是焊接接头界面未形成有效的塑性挤压、扩散和连接，仅形成紧密贴合性的缺陷。研究发现吻接其成因是焊接热输入量不是很充分，焊缝底部的塑性金属受到挤压和搅拌作流动不充分，使塑性金属在向上流动过程中，不能与上部分的塑性金属很好结合，只是由于塑性变形而紧紧贴合在一起。吻接没有实现真正的原子间结合，只是由于塑性变形而紧紧贴合在一起，因此吻接缺陷在拉力的作用下会形成裂纹，降低了焊接接头的抗拉强度。

研究发现冷喷涂修理原理与吻接缺陷形成过程有一定的相似度。

冷喷涂修理是金属粉末与加热的高压气体混合后，在一种特制喷枪中加速，形成一种超音速混合粉末气流。粉末气流对基体进行撞击，在撞击的过程中粒子的动能会使粒子与已形成的涂层或基体产生较大的塑性变形，并在压力的作用下产生各自的塑性流，从而机械咬合在一起。这种结合方式与吻接(因焊接热输入量不足导致金属塑性流动不足，出现藕断式塑性贴合而形成)原理类似。因此冷喷涂修理面可近似看作为吻接缺陷的类似表现形式。

因此，本发明通过利用冷喷涂修理技术对毛坯试块上的缺陷进行处理，从而模拟吻接缺陷。

本发明利用冷喷涂修理毛坯试块人工缺陷，以冷喷涂修理毛坯试块人工缺陷反射面模拟搅拌摩擦焊吻接缺陷反射面，以修理后的毛坯试块人工缺陷大小作为搅拌摩擦焊接吻接缺陷尺寸定量大小，实现可用于吻接缺陷检测的超声检测用对比试块制作。

对比试块具体制作步骤如下：

步骤一：根据试验件检测要求设计吻接缺陷尺寸大小等信息；按搅拌摩擦焊在试验件上的分布特点，结合超声检测探头摆放考量，设计含吻接缺陷对比试块结构外形、外形尺寸；

步骤二：按设计好的吻接缺陷对比试块，机械加工出与其具有相同结构外形及尺寸的毛坯试块；

最终制作的模拟吻接缺陷尺寸大小等性质是通过在毛坯试块上加工人工缺陷控制的，制作的毛坯试块应具有以下特点：

1)毛坯试块的外形结构及尺寸应与所设计的吻接缺陷对比试块一致；

2)毛坯试块上应加工一系列不同反射面尺寸的人工缺陷；

3)人工缺陷分布在毛坯试块的不同位置，其反射面形状可为圆弧、凹槽或圆孔等类型人工缺陷。

步骤三：按设计好的吻接缺陷在毛坯试块上，通过电化学腐蚀或电火花刻伤等人工加工方法，制作出带有规定缺陷形状及尺寸大小的人工缺陷；

步骤四：对毛坯试块上的人工缺陷，以气压为1.0Mpa至2.0Mpa的压缩空气为喷涂气体，按照喷涂粒子大小大于50μm，喷涂距离为25mm至30mm，喷涂角度为70°至80°的工艺参数进行喷涂，进行冷喷涂修理；

按步骤四所列参数，进行冷喷涂所得的冷喷涂结合强度效果较差，更能表现出类粘结界面效果，制作的对比试块效果较好。

其中，利用冷喷涂修理获得的喷涂层修理面与被修理面所形成的界面与吻接缺陷界面类似。

步骤五：对经冷喷涂修理后的毛坯试块进行外表面打磨等工艺，去除非人工缺陷内部的表面多余冷喷涂层，并使外表面平整光滑达到对比试块光洁度的要求，获得对比试块。

即带人工缺陷的毛坯试块经冷喷涂修理后，经打磨等工艺去除非人工缺陷内部的冷喷涂层后变为模拟的搅拌摩擦焊吻接缺陷对比试块。

在毛坯试块上加工人工缺陷会导致毛坯试块不完整，如凹槽缺陷就会在毛坯试块上形成一条凹槽缝隙，冷喷涂修理时，就是利用冷喷涂粒子去修好这条缝隙，冷喷涂在修理这条缝隙的时候一些喷涂粒子填补在缝隙内部，一部分喷涂到缝隙的外面去形成露在试块外侧的余高多余物，这种余高多余物是需要被去除掉的。

上述搅拌摩擦焊对比试块的制作方法是一种组合制作方法。毛坯试块上的人工缺陷决定了最终吻接对比试块缺陷的尺寸大小等关键信息；冷喷涂修理实现了，修理缺陷超声检测反射面反射特性与吻接反射面类似。该方法巧妙的将修理后特性与检测特性融合，最终实现了缺陷尺寸大小等性质人为调控，缺陷检测特性不变。

Claims (9)

1.一种制作对比试块的方法，所述对比试块为搅拌摩擦焊吻接缺陷对比试块，其特征在于，所述方法包括：

制作毛坯试块并在毛坯试块上加工人工缺陷；

对毛坯试块上的人工缺陷，进行冷喷涂修理，具体包括：以气压为1.0 Mpa至2.0 Mpa的压缩空气为喷涂气体，按照喷涂粒子大小大于50µm，喷涂距离为25mm至30mm，喷涂角度为70°至80°的工艺参数进行冷喷涂修理；

对经冷喷涂修理后的毛坯试块进行外表面光洁度处理获得对比试块。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制作毛坯试块并在毛坯试块上加工人工缺陷，具体包括：

确定对比试块的结构外形尺寸；

制作与确定的对比试块的结构外形尺寸相同的毛坯试块；

确定吻接缺陷尺寸大小信息；

在毛坯试块上加工与确定的吻接缺陷尺寸大小信息相同的人工缺陷。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定对比试块的结构外形尺寸，具体包括：

按搅拌摩擦焊在试验件上的分布特点，结合超声检测探头摆放考量，确定含吻接缺陷对比试块结构外形、外形尺寸。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定吻接缺陷尺寸大小信息，具体包括：

根据试验件检测要求确定吻接缺陷尺寸大小信息。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在毛坯试块上加工与确定的吻接缺陷尺寸大小信息相同的人工缺陷，具体包括：

在毛坯试块上，通过电化学腐蚀或电火花刻伤人工加工方法，加工与确定的吻接缺陷尺寸大小信息相同的人工缺陷。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在毛坯试块上加工与确定的吻接缺陷尺寸大小信息相同的人工缺陷，具体包括：

在毛坯试块上加工一系列不同反射尺寸的人工缺陷。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在毛坯试块上加工一系列不同反射尺寸的人工缺陷，具体包括：

在毛坯试块的不同位置，加工一系列不同反射尺寸的人工缺陷，所述人工缺陷的反射面的形状包括圆弧、凹槽和圆孔。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对经冷喷涂修理后的毛坯试块进行外表面光洁度处理获得对比试块，具体包括：

对经冷喷涂修理后的毛坯试块进行外表面打磨，去除非人工缺陷内部的表面多余冷喷涂层，并使外表面平整光滑达到对比试块光洁度的要求，获得对比试块。

9.一种超声检测搅拌摩擦焊吻接缺陷的方法，其特征在于，利用权利要求1至8中任一项的方法制作的对比试块来超声检测搅拌摩擦焊吻接缺陷。

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