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鉭鈮鈹加工材中的無損檢測技術(shù)及其應(yīng)用超聲波的論文
摘要：無損檢測技術(shù)（簡稱NDT）在我廠鉭鈮鈹加工材中有著廣泛的應(yīng)用和廣闊的前景。NDT不僅用來對(duì)鉭鈮鈹加工材進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測，而且可以對(duì)材料的缺陷產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，為工藝的改進(jìn)提供可靠的依據(jù)。本文從我們廠應(yīng)用的角度對(duì)超聲波探傷法、著色滲透探傷法、超聲波測厚、滲漏試驗(yàn)等技術(shù)的原理、應(yīng)用現(xiàn)狀、局限性和發(fā)展前景作了簡單的介紹。
關(guān)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(yàn)
1.前言
鉭鈮鈹及其合金材料現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用在航空、航天、醫(yī)療、石油、化工等行業(yè)。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)產(chǎn)品的檢測要求越來越高，要穩(wěn)固占領(lǐng)市場，就要有質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品，同時(shí)要為用戶提供各種無損檢測報(bào)告。國內(nèi)外用戶已明確提出對(duì)訂購的鉭、鈮、鈹加工材進(jìn)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(zhì)量、安全聯(lián)系在一起的一門極其重要的應(yīng)用技術(shù)，對(duì)其質(zhì)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(guī)格雜，采用各種無損檢測方法可以檢測材料內(nèi)部或外部的缺陷，為提高信譽(yù)度、穩(wěn)定生產(chǎn)工藝、控制中間轉(zhuǎn)料、出廠產(chǎn)品質(zhì)量提供依據(jù)。
2各種無損檢測方法原理及應(yīng)用
2.1超聲波探傷原理及應(yīng)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(biāo)代表聲波的傳播時(shí)間（或距離），縱坐標(biāo)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(chǎn)生周期性的同步脈沖信號(hào)。一方面它觸發(fā)發(fā)射電路（或經(jīng)觸發(fā)延遲在時(shí)間上做適當(dāng)延遲后觸發(fā)發(fā)射電路）產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)時(shí)間極端的電脈沖加到探頭內(nèi)的壓電換能器上，激勵(lì)品片產(chǎn)生脈沖超聲波。另一方面，同步脈沖經(jīng)過掃描延遲，在時(shí)間上適當(dāng)延遲后控制掃描發(fā)生器產(chǎn)生線性較好的鋸齒波，經(jīng)過軸放大器放大后加到示波管Y軸偏轉(zhuǎn)板上，使光點(diǎn)從左到右隨時(shí)間做線性地移動(dòng)。超聲波透過偶合劑射入試件。在試件內(nèi)部傳播的超聲波遇到界面或缺陷時(shí)即產(chǎn)生反射，這種超聲回波已停止激振的原探頭接收，轉(zhuǎn)變成電脈沖輸入高頻放大器。經(jīng)檢波電路再由祝頻放大器進(jìn)一步放大后加到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上，這是光點(diǎn)不僅在水平線上按時(shí)間作線性移動(dòng)而且還要受Y軸偏轉(zhuǎn)板上電壓的影響做垂直運(yùn)動(dòng)，從而在掃描線上就出現(xiàn)波形。根據(jù)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(jù)以評(píng)定反射回波的聲壓大小。
1－時(shí)基電路2－掃描延遲3－掃描發(fā)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(fā)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(yīng)用幾乎涉及了鉭、鈮、鈹及其合金的管、棒、板材，貫穿了整個(gè)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(xù)。我們廠從原料鑄錠的領(lǐng)取到成品發(fā)貨均需要超聲波檢測。鉭鈮鑄錠在電弧熔煉過程中會(huì)產(chǎn)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(dǎo)致整節(jié)鑄錠的報(bào)廢，超聲波可發(fā)現(xiàn)封頂縮尾缺陷，可以及時(shí)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(huì)出現(xiàn)裂，用超聲波探傷可以檢測出來，并且可以分析裂的產(chǎn)生原因及狀態(tài)，根據(jù)實(shí)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(chǎn)品，它們主要應(yīng)用于化工防腐行業(yè)，對(duì)超聲波探傷這方面要求也比較嚴(yán)格，我們用超聲波自動(dòng)水浸探傷可以大批量的對(duì)管材進(jìn)行內(nèi)壁和外壁的掃查，可以迅速檢測出內(nèi)壁和外壁的凹坑、夾渣、溝槽、裂紋等等缺陷，并自動(dòng)剔除。海藍(lán)公司是我們鈹銅的最大客戶，曾經(jīng)因?yàn)楫a(chǎn)品的內(nèi)部缺陷而退貨，現(xiàn)在我們?cè)诔暡z驗(yàn)鈹銅管棒的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，海藍(lán)、7103廠、西安煤院等客戶對(duì)我們的超聲波技術(shù)也比較認(rèn)可。
2.2著色滲透探傷法原理及應(yīng)用
著色滲透探傷法是在測試材料表面使用一種液態(tài)染料，涂上該有色液體染料后，并使其在體表保留至預(yù)設(shè)時(shí)限，然后再涂上顯影劑，在正常光照下觀察即能辨認(rèn)的有色液體�？蓮V泛應(yīng)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(shè)備，便于現(xiàn)場使用。
著色滲透探傷法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度較高，檢測成本低，使用設(shè)備與材料簡單，操作輕便簡易，顯示結(jié)果直觀并可進(jìn)一步作直觀驗(yàn)證，其結(jié)果也容易判斷和解釋，檢測效率較高。缺點(diǎn)是受試件表面狀態(tài)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(zhì)時(shí)，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(guī)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(fā)現(xiàn)，沒有及時(shí)修理干凈，那么遺留到后序的繼續(xù)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(huì)斷掉，這不僅是人力物力的浪費(fèi)，成材率也很難上去。目前我們滲透檢測應(yīng)用于鉭鈮鈹φ14.4以下的拉制棒材，檢驗(yàn)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(dòng)強(qiáng)度，并且可以很快很準(zhǔn)確的檢測出缺陷，及時(shí)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(shí)間來求得工件的厚度。
數(shù)字超聲測厚儀內(nèi)部有計(jì)算電路，可以計(jì)算出來時(shí)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(dá)±0.025mm。目前我們應(yīng)用它來檢測各種規(guī)格材質(zhì)的管材壁厚，如在調(diào)軋過程中，需要時(shí)時(shí)監(jiān)控管材的壁厚，原來是調(diào)一段，切下來有尺子量，這樣效率低浪費(fèi)材料準(zhǔn)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(gè)需要控制的點(diǎn)。
2.4滲漏試驗(yàn)的原理及應(yīng)用
滲漏試驗(yàn)是專門檢驗(yàn)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(shù)。滲漏試驗(yàn)分為不用示蹤氣體的壓力系統(tǒng)和利用示蹤氣體檢測器的壓力系統(tǒng)。我們所選的是不用示蹤氣體的壓力系統(tǒng)的氣密性試驗(yàn)。
下面介紹我們所用的三種壓力系統(tǒng)檢測法：水壓測試、氣壓檢測和氦質(zhì)譜檢漏法。
2.4.1水壓測試的原理及應(yīng)用
如圖，盛放在密閉容器內(nèi)的液體，其外加壓強(qiáng)p0發(fā)生變化時(shí)，只要液體仍保持其原來的靜止?fàn)顟B(tài)不變，液體中任一點(diǎn)的壓強(qiáng)均將發(fā)生同樣大小的變化。即帕斯卡定律（在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓強(qiáng)將以等值同時(shí)傳到各點(diǎn)p=p0+gh），利用水為工作介質(zhì)靜壓力傳遞進(jìn)行工作如圖3。該方法主要是檢驗(yàn)料的強(qiáng)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(yàn)壓力2.0Mpa,工作試驗(yàn)壓力10Mpa。我們用泵把壓力加到8Mpa-10Mpa時(shí)，保持10S，當(dāng)發(fā)現(xiàn)管材表面有滲水或管材破裂扭曲時(shí)，說明它的強(qiáng)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，將判該管材不合格。
2.4.2氣壓檢測原理及應(yīng)用
氣壓檢測是來自空壓機(jī)產(chǎn)生的高壓氣源，經(jīng)控制系統(tǒng)測控后，經(jīng)高壓軟管輸送給試樣，當(dāng)漏孔的兩側(cè)存在壓差時(shí)，氣體就通過漏孔從高壓側(cè)向低壓側(cè)流動(dòng)，如果在低壓側(cè)施加適當(dāng)液體后，漏孔處將會(huì)吹起一個(gè)個(gè)氣泡，從而可以發(fā)現(xiàn)漏孔的存在。類似于自行車補(bǔ)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(yàn)壓力1Mpa,工作試驗(yàn)壓力0.7Mpa。該方法主要是檢驗(yàn)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(qiáng)調(diào)的是：水壓試驗(yàn)千萬不能用氣壓試驗(yàn)代替！�。∷畨涸囼�(yàn)為強(qiáng)度試驗(yàn)，氣壓試驗(yàn)為密封試驗(yàn)。一般氣體容器先強(qiáng)度試驗(yàn)而后氣密試驗(yàn)。若反之，一旦容器強(qiáng)度失誤，它的爆炸威力“一個(gè)壓力”在一平方厘米的面積上的壓力是1公斤。也是現(xiàn)在說的一個(gè)大氣壓。
2.4.3氦質(zhì)譜檢漏法原理及應(yīng)用
該方法是通過質(zhì)譜室是用來檢測氦的分壓強(qiáng)。當(dāng)質(zhì)譜室內(nèi)的總壓強(qiáng)(真空度)低于10Mpa時(shí)，電離室中由鎢絲制成的燈絲啟動(dòng)，加熱后產(chǎn)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(jìn)入與其垂直的偏轉(zhuǎn)磁場，不同質(zhì)量數(shù)的離子其偏轉(zhuǎn)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(qiáng)度，氦離子流與容器內(nèi)的氦分壓成正比，因此對(duì)氦離子的測量可以確定被檢件的漏率。氮質(zhì)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(wěn)定、靈敏度高的特點(diǎn)。是真空檢漏技術(shù)中靈敏度最高，用得最普遍的檢漏儀器。其靈敏可達(dá)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(diǎn)，該方法在我廠常用于φ10---φ60mm鉭、鈮及其合金管材的漏點(diǎn)。
3展望
近幾年NDT技術(shù)無論是在聲學(xué)、電學(xué)還是磁學(xué)方面都有很大的進(jìn)步，NDT技術(shù)有廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用NDT可以用較少的勞力和開支對(duì)鉭鈮鈹加工材的質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)或靜態(tài)，長期或短期的測量和監(jiān)控，目前我們廠在加工材方面的無損檢測技術(shù)起步較晚比較薄弱，主要表現(xiàn)在人員素質(zhì)還不是很高，數(shù)量偏少，設(shè)備陳舊落后，資金欠缺，技術(shù)不成熟，還未形成規(guī)�；到y(tǒng)化檢測流水線。隨著科技的不斷發(fā)展，客戶對(duì)NDT技術(shù)提出了更高更嚴(yán)的要求，由于我們的技術(shù)達(dá)不到，很多客戶因此流失，在產(chǎn)值和聲譽(yù)方面受到了很大的損失。因此我要努力向同行學(xué)習(xí)，多做實(shí)驗(yàn)多看資料，提高我們的技術(shù)水平和人員素質(zhì)，我們的NDT技術(shù)現(xiàn)在仍有很多問題極具挑戰(zhàn)性，鼓勵(lì)我們要投入更大的熱情和人力物力來促進(jìn)它的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
1 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)無損檢測學(xué)會(huì)編.超聲波檢測.第2版.北京:機(jī)械工業(yè)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(yè)出版社,1980
3 郭成彬等。認(rèn)識(shí)數(shù)字超聲探傷儀.無損檢測,2004,26(3):149-154
4 國防科技工業(yè)無損檢測人員資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材.超聲檢測,機(jī)械工業(yè)出版社,2008
5 國防科技工業(yè)無損檢測人員資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材.滲透檢測,機(jī)械工業(yè)出版社,2008
6 國防科技工業(yè)無損檢測人員資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材.泄漏檢測,機(jī)械工業(yè)出版社,2008
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