鉭鈮鈹加工材中的無損檢測技術及其應用超聲波的論文

鉭鈮鈹加工材中的無損檢測技術及其應用超聲波的論文

　　摘要：無損檢測技術（簡稱NDT）在我廠鉭鈮鈹加工材中有著廣泛的應用和廣闊的前景。NDT不僅用來對鉭鈮鈹加工材進行質量監測，而且可以對材料的缺陷產生原因進行分析，為工藝的改進提供可靠的依據。本文從我們廠應用的角度對超聲波探傷法、著色滲透探傷法、超聲波測厚、滲漏試驗等技術的原理、應用現狀、局限性和發展前景作了簡單的介紹。

　　關鍵詞：鉭鈮鈹加工材,超聲波探傷,著色滲透探傷,超聲波測厚,滲漏試驗

　　1.前言

　　鉭鈮鈹及其合金材料現已被廣泛應用在航空、航天、醫療、石油、化工等行業。隨著應用領域的不斷擴大，對產品的檢測要求越來越高，要穩固占領市場，就要有質量穩定的產品，同時要為用戶提供各種無損檢測報告。國內外用戶已明確提出對訂購的鉭、鈮、鈹加工材進行無損檢測。其中超聲波探傷是無損檢測的一種重要方法，其次還有著色滲透探傷法，超聲波測厚法，耐壓水壓檢測法等。無損檢測是始終與材料質量、安全聯系在一起的一門極其重要的應用技術，對其質量控制和安全使用起著舉足輕重的作用。我分廠鉭鈮鈹及其合金管、棒、板材品種多、規格雜，采用各種無損檢測方法可以檢測材料內部或外部的缺陷，為提高信譽度、穩定生產工藝、控制中間轉料、出廠產品質量提供依據。

　　2各種無損檢測方法原理及應用

　　2.1超聲波探傷原理及應用

　　探傷儀按缺陷顯示方式分類分為：A型、B型、C型、三種顯示，我廠采用的均為A型，A型顯示是一種波形顯示，探傷儀熒光屏的橫坐標代表聲波的傳播時間（或距離），縱坐標代表反射波的幅度。由反射波的位置可以確定缺陷位置，由反射波的幅度可以估算缺陷大小。原理如圖1：

　　超聲波檢測儀工作原理：同步電路產生周期性的同步脈沖信號。一方面它觸發發射電路（或經觸發延遲在時間上做適當延遲后觸發發射電路）產生一個持續時間極端的電脈沖加到探頭內的壓電換能器上，激勵品片產生脈沖超聲波。另一方面，同步脈沖經過掃描延遲，在時間上適當延遲后控制掃描發生器產生線性較好的鋸齒波，經過軸放大器放大后加到示波管Y軸偏轉板上，使光點從左到右隨時間做線性地移動。超聲波透過偶合劑射入試件。在試件內部傳播的超聲波遇到界面或缺陷時即產生反射，這種超聲回波已停止激振的原探頭接收，轉變成電脈沖輸入高頻放大器。經檢波電路再由祝頻放大器進一步放大后加到示波管的Y軸偏轉板上，這是光點不僅在水平線上按時間作線性移動而且還要受Y軸偏轉板上電壓的影響做垂直運動，從而在掃描線上就出現波形。根據反射回波在掃描線上的位置可確定試件中界面或缺陷與換能器間的距離，熒光屏上顯示的波高一般與換能器接收到的超聲波聲壓成正比，故可據以評定反射回波的聲壓大小。

　　1－時基電路2－掃描延遲3－掃描發生器4－X軸放大5－接收電路6－高頻放大及衰減器7－檢測電路8－視頻放大器9－同步電路10－發射電路11－示波管12－示波管熒光屏13－換能器14－試件

　　在我們廠超聲波探傷法應用幾乎涉及了鉭、鈮、鈹及其合金的管、棒、板材，貫穿了整個工藝流程，超聲波探傷可以檢測出料中的氣孔、夾渣、裂紋及組織的不連續。我們廠從原料鑄錠的領取到成品發貨均需要超聲波檢測。鉭鈮鑄錠在電弧熔煉過程中會產生封頂縮尾缺陷，如果鋸切不干凈，那么在以后壓力加工中將越裂越大，導致整節鑄錠的報廢，超聲波可發現封頂縮尾缺陷，可以及時切除。鉭、鈮及其合金棒材在加工過程中，由于前期很多是鍛造的，會出現裂，用超聲波探傷可以檢測出來，并且可以分析裂的產生原因及狀態，根據實際情況，判斷物料是切除還是改做它用。鉭、鈮及其合金管材也是我們的主要產品，它們主要應用于化工防腐行業，對超聲波探傷這方面要求也比較嚴格，我們用超聲波自動水浸探傷可以大批量的對管材進行內壁和外壁的掃查，可以迅速檢測出內壁和外壁的凹坑、夾渣、溝槽、裂紋等等缺陷，并自動剔除。海藍公司是我們鈹銅的最大客戶，曾經因為產品的內部缺陷而退貨，現在我們在超聲波檢驗鈹銅管棒的技術已經比較成熟，海藍、7103廠、西安煤院等客戶對我們的超聲波技術也比較認可。

　　2.2著色滲透探傷法原理及應用

　　著色滲透探傷法是在測試材料表面使用一種液態染料，涂上該有色液體染料后，并使其在體表保留至預設時限，然后再涂上顯影劑，在正常光照下觀察即能辨認的有色液體。可廣泛應用于檢測大部分的非吸收性物料的表面開口缺陷，無需額外設備，便于現場使用。

　　著色滲透探傷法的優點是靈敏度較高，檢測成本低，使用設備與材料簡單，操作輕便簡易，顯示結果直觀并可進一步作直觀驗證，其結果也容易判斷和解釋，檢測效率較高。缺點是受試件表面狀態影響很大并只能適用于檢查表面開口型缺陷，如果缺陷中填塞有較多雜質時，不容易檢出。

　　目前我們的鉭、鈮、鈹及其合金的φ14.4以下的小規格拉制棒材在修料中是工人用肉眼判斷表面是否有缺陷，這種目視檢測法效率很低并且失誤率很高，如果料表面的缺陷沒有被發現，沒有及時修理干凈，那么遺留到后序的繼續加工中，缺陷將越來越多，越來越大，如果投入到拉絲工序中，拉出的絲將會斷掉，這不僅是人力物力的浪費，成材率也很難上去。目前我們滲透檢測應用于鉭鈮鈹φ14.4以下的拉制棒材，檢驗各種裂紋、麻坑、粘料等開口型缺陷，這就大大減少了工人的勞動強度，并且可以很快很準確的檢測出缺陷，及時修理，效率很高。

　　2.3超聲波測厚原理

　　測量超聲波在工件上下底面之間往返一次傳播的時間來求得工件的厚度。

　　數字超聲測厚儀內部有計算電路，可以計算出來時間，再換算成工件厚度顯示出來。如圖2

　　圖2超聲波測厚原理示意圖

　　我們的壁厚儀范圍在0.102mm~254.00mm之間,精度達±0.025mm。目前我們應用它來檢測各種規格材質的管材壁厚，如在調軋過程中，需要時時監控管材的壁厚，原來是調一段，切下來有尺子量，這樣效率低浪費材料準確度還差，用超聲波測厚效率很高而且可以整根測量。管材和板材的中間部位或是很厚的材料，壁厚尺根本量不到，用壁厚儀就很輕松的量到任何一個需要控制的點。

　　2.4滲漏試驗的原理及應用

　　滲漏試驗是專門檢驗液體或氣體從承壓容器中漏出或從外面滲入真空容器中的無損檢測技術。滲漏試驗分為不用示蹤氣體的壓力系統和利用示蹤氣體檢測器的壓力系統。我們所選的是不用示蹤氣體的壓力系統的氣密性試驗。

　　下面介紹我們所用的三種壓力系統檢測法：水壓測試、氣壓檢測和氦質譜檢漏法。

　　2.4.1水壓測試的原理及應用

　　如圖，盛放在密閉容器內的液體，其外加壓強p0發生變化時，只要液體仍保持其原來的靜止狀態不變，液體中任一點的壓強均將發生同樣大小的變化。即帕斯卡定律（在密閉容器內，施加于靜止液體上的壓強將以等值同時傳到各點p=p0+gh），利用水為工作介質靜壓力傳遞進行工作如圖3。該方法主要是檢驗料的強度。

　　我們所檢測直徑φ4－φ60、長度≤6米鉭、鈮及其合金管，鈹青銅管材，水壓額定試驗壓力2.0Mpa,工作試驗壓力10Mpa。我們用泵把壓力加到8Mpa-10Mpa時，保持10S，當發現管材表面有滲水或管材破裂扭曲時，說明它的強度達不到標準，將判該管材不合格。

　　2.4.2氣壓檢測原理及應用

　　氣壓檢測是來自空壓機產生的高壓氣源，經控制系統測控后，經高壓軟管輸送給試樣，當漏孔的兩側存在壓差時，氣體就通過漏孔從高壓側向低壓側流動，如果在低壓側施加適當液體后，漏孔處將會吹起一個個氣泡，從而可以發現漏孔的存在。類似于自行車補車胎。

　　我們所檢測直徑φ4－φ60、長度≤6米鉭、鈮及其合金管，鈹青銅管材的氣壓額定試驗壓力1Mpa,工作試驗壓力0.7Mpa。該方法主要是檢驗料的氣密性，它簡單可靠、使用方便、能定出漏孔的位置，成本低。

　　需要強調的是：水壓試驗千萬不能用氣壓試驗代替！！！水壓試驗為強度試驗，氣壓試驗為密封試驗。一般氣體容器先強度試驗而后氣密試驗。若反之，一旦容器強度失誤，它的爆炸威力“一個壓力”在一平方厘米的面積上的壓力是1公斤。也是現在說的一個大氣壓。

　　2.4.3氦質譜檢漏法原理及應用

　　該方法是通過質譜室是用來檢測氦的分壓強。當質譜室內的總壓強(真空度)低于10Mpa時，電離室中由鎢絲制成的燈絲啟動，加熱后產生高速電子轟擊離子源中的氣體分子，使分子電離。大部分的氣體分子都能變成離子，離子在電場中被(加速電壓)加速，從而進入與其垂直的偏轉磁場，不同質量數的離子其偏轉半徑不同。加速電壓使得氦離子可以打到放大器的入口(電子倍增器)，從而檢測出氦離子流的強度，氦離子流與容器內的氦分壓成正比，因此對氦離子的測量可以確定被檢件的漏率。氮質譜檢漏儀是用氦氣為示漏氣體的專門用于檢漏的儀器，它具有性能穩定、靈敏度高的特點。是真空檢漏技術中靈敏度最高，用得最普遍的檢漏儀器。其靈敏可達10～10Pa.m／s。如圖4。由于氦氣的分子直徑很小，本身是惰性氣體，很安全，用它可以檢測出很小的漏點，該方法在我廠常用于φ10---φ60mm鉭、鈮及其合金管材的漏點。

　　3展望

　　近幾年NDT技術無論是在聲學、電學還是磁學方面都有很大的進步，NDT技術有廣泛的應用，應用NDT可以用較少的勞力和開支對鉭鈮鈹加工材的質量進行動態或靜態，長期或短期的測量和監控，目前我們廠在加工材方面的無損檢測技術起步較晚比較薄弱，主要表現在人員素質還不是很高，數量偏少，設備陳舊落后，資金欠缺，技術不成熟，還未形成規模化系統化檢測流水線。隨著科技的不斷發展，客戶對NDT技術提出了更高更嚴的要求，由于我們的技術達不到，很多客戶因此流失，在產值和聲譽方面受到了很大的損失。因此我要努力向同行學習，多做實驗多看資料，提高我們的技術水平和人員素質，我們的NDT技術現在仍有很多問題極具挑戰性，鼓勵我們要投入更大的熱情和人力物力來促進它的發展。

　　參考文獻

　　1 中國機械工程學會無損檢測學會編.超聲波檢測.第2版.北京:機械工業出版社,2000

　　2 超聲波探傷》編寫組編著.超聲波探傷.北京:電力工業出版社,1980

　　3 郭成彬等。認識數字超聲探傷儀.無損檢測,2004,26(3):149-154

　　4 國防科技工業無損檢測人員資格鑒定與認證培訓教材.超聲檢測,機械工業出版社,2008

　　5 國防科技工業無損檢測人員資格鑒定與認證培訓教材.滲透檢測,機械工業出版社,2008

　　6 國防科技工業無損檢測人員資格鑒定與認證培訓教材.泄漏檢測,機械工業出版社,2008

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