除了一般鍛件超聲探傷方法中應(yīng)當(dāng)注意的問題外，鈦合金鍛件的超聲探傷還有以下幾個(gè)需要注意的問題。
一、原材料的冶金質(zhì)量
鈦材料缺陷大部分是在原材料上就存在的，結(jié)合考慮我國(guó)鈦工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況（原材料、工藝等），加上鈦合金價(jià)格昂貴，加工困難，并且鍛件的形狀一般都比較復(fù)雜，使得鍛件的超聲探傷存在一定的困難（例如死角、盲區(qū)、探測(cè)方向不利等），為了將質(zhì)量隱患盡早阻絕在初始階段，應(yīng)該嚴(yán)格把好原材料的冶金質(zhì)量關(guān)，其超聲驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該從嚴(yán)要求，其方法也應(yīng)該更為詳細(xì)。
例如，對(duì)鈦合金圓棒，除了按一般周面360°的徑向入射縱波探傷外，還應(yīng)作周面360°的弦向橫波探傷（折射角一般為45°），以保證發(fā)現(xiàn)直探頭無法發(fā)現(xiàn)的表面和近表面缺陷（例如徑向裂紋）。對(duì)于鈦合金方坯、餅坯、環(huán)坯等除了作垂直入射的縱波探傷外，考慮到可能存在沿鍛造變形應(yīng)變線產(chǎn)生的裂紋（在橫截面上多為近似45°取向）及某些傾斜取向的缺陷，還應(yīng)作折射角45°的徑向橫波探傷（國(guó)外有些標(biāo)準(zhǔn)還要求作水中5°入射縱波檢查和折射角60°的徑向、弦向橫波檢查，如英國(guó)的RPS705和美國(guó)的DPS4.713）。
由于鈦合金探傷靈敏度要求較高，故縱波探傷宜用5MHz，橫波探傷用2.5MHz（兩者在同一材料中波長(zhǎng)相當(dāng)）的頻率。在評(píng)定、鑒別缺陷時(shí)，有時(shí)還要使用更高的頻率（如蘇聯(lián)資料建議使用20MHz的頻率）。
二、選擇合適的檢測(cè)方法
為了確保鈦合金鍛件的質(zhì)量，除了嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量外，還必須防止在后續(xù)熱加工過程中出現(xiàn)缺陷，應(yīng)該重視鍛件的毛坯及半成品的超聲探傷，以及成品階段的X射線探傷、熒光滲透探傷和陽極化腐蝕等檢查手段，其方法的選用原則上與一般鍛件基本相同。
三、需要評(píng)定的幾個(gè)參數(shù)
1、鈦合金鍛坯與鍛件的超聲波驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)很嚴(yán)格，要求評(píng)定的參數(shù)也較多，目前國(guó)外航空鈦合金鍛件超聲波探傷的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如表1。
表1 國(guó)外航空鈦合金鍛件超聲波探傷驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（最高等級(jí)）一覽表
| 機(jī)構(gòu)名稱 | 美國(guó)格魯曼飛機(jī)公司 | 美國(guó)波音 飛機(jī)公司 | 美國(guó)道格拉斯飛機(jī)公司 | 美國(guó)宇航 材料規(guī)范 | 美國(guó) 軍用規(guī)范 |
| 標(biāo)準(zhǔn)名稱 | 鈦與鈦合金的 超聲質(zhì)量要求 | 超聲檢驗(yàn) | 鍛制金屬的 超聲檢驗(yàn) | 鈦合金的 超聲檢驗(yàn) | 鍛制金屬的 超聲檢驗(yàn) |
| 適用范圍 | 棒材,鍛坯,模鍛件,自由鍛件(厚度≥1英寸)及厚度≥1/2英寸的板材及中間坯,直徑≥2英寸的圓形件 | 鍛坯,棒材,板材,模鍛件,自由鍛件,擠壓件及機(jī)加工零件 | 鍛件,鍛坯,環(huán)形鍛件,軋坯,棒材或板材,擠壓棒及型材,擠壓或拉制管材及其制品 | 橫截面厚度≥13mm(0.5英寸)的鈦合金制品,包括圓棒,圓餅及平面制品(鍛坯,板材,鍛件與擠壓件) | 橫截面厚度≥1/4英寸的鍛制金屬及其制品:鍛坯,鍛件,軋坯或板材,擠壓棒或軋棒及由其制成的擠壓或軋制型材和零件 |
| 超聲驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)： |
| 單個(gè)缺陷顯示平底孔當(dāng)量直徑 mm | ≯1.2(3/64英寸) | ≯1.2 | ≯1.2 | ≯0.8 | ≯0.4* |
| 多個(gè)缺陷顯示 |
| 平底孔當(dāng)量直徑mm | ＞0.4(1/64英寸) | ≥0.8(2/64英寸) | ＞0.8 | --- | ＞0.8 |
| 中心指示間距mm | ≮25.4(1英寸) | ≮25.4 | ≮25.4 | --- | ≮3.18(1/8英寸) |
| 長(zhǎng)條形缺陷顯示 |
| 平底孔當(dāng)量直徑mm | ＞0.4(1/64英寸) | ＞0.8 | ＞0.8 | --- | ＞0.4 |
| 指示長(zhǎng)度mm | ≯2.38(6/64英寸) | ≯12.7 | ≯25.4 | --- | ≯3.18 |
| 雜波水平 | ≯0.4mm直徑平底孔當(dāng)量(1/64英寸) | --- | 見備注 | 不高于基準(zhǔn)參考 平底孔波高的70% | --- |
| 底波損失 % | ≯50 | --- | ≯50 | ≯50 | ≯50 |
| 備注 | 飛機(jī)用鈦合金AA級(jí) 長(zhǎng)條形缺陷的長(zhǎng)度確定：在大于Φ0.4mm平底孔當(dāng)量的缺陷上移動(dòng)探頭至缺陷回波消失時(shí)兩端的長(zhǎng)度減去在同深度的Φ0.8mm平底孔試塊上以相同方法移動(dòng)測(cè)得的長(zhǎng)度，所得差值不應(yīng)大于2.38mm(6/64英寸) 底波損失的確定：在有大于Φ0.4mm平底孔當(dāng)量顯示的區(qū)域上進(jìn)行，以第一次底波與同聲程的標(biāo)準(zhǔn)參考試塊的第一次底波比較，其底波損失不應(yīng)大于50% | 飛機(jī)用鈦合金AA級(jí) 起始靈敏度：最大聲程的Φ0.8mm平底孔波高至少為30%熒光屏滿刻度 長(zhǎng)條形缺陷指示長(zhǎng)度的確定：以試塊上Φ0.8mm平底孔波高為80%滿刻度，向兩端移動(dòng)探頭至波高降為10%滿刻度時(shí)兩點(diǎn)間距離為感受直徑，在此靈敏度下測(cè)定缺陷長(zhǎng)度，以缺陷波高降到10%滿刻度的兩端點(diǎn)間距離為測(cè)量長(zhǎng)度，則指示長(zhǎng)度=測(cè)量長(zhǎng)度-感受直徑 | 飛機(jī)用鈦合金AI級(jí) 長(zhǎng)條形缺陷長(zhǎng)度以最大缺陷回波振幅下降到50%滿刻度的兩端點(diǎn)間距離確定 當(dāng)與正常材料相比的底反射損失大于50%并結(jié)合在材料中的雜波有兩倍增加時(shí)，材料拒收 | 飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)用優(yōu)質(zhì)鈦合金AA級(jí) 與正常材料相比的底反射損失大于50%，并伴隨有上下底面之間任何信號(hào)的增加（至少兩倍于正常本底噪音信號(hào)）時(shí)，產(chǎn)品拒收 | 飛機(jī)用鈦合金AAA級(jí) * 原文如此 |
| 機(jī)構(gòu)名稱 | 英國(guó) IMI公司 | 英國(guó) 羅-羅公司 | 加拿大普惠 飛機(jī)公司 | 法國(guó)Tm 發(fā)動(dòng)機(jī)公司 |
| 標(biāo)準(zhǔn)名稱 | IMI盤件用 優(yōu)質(zhì)鈦合金鍛坯 通用技術(shù)條件 | 主軸、壓氣機(jī) 轉(zhuǎn)子盤、渦輪盤 及有關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)件的 超聲驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn) | IMI679 鈦合金壓氣機(jī)盤 | 鈦合金棒材與鍛坯 的超聲檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) | 制造I組零件用 優(yōu)質(zhì)TA6V自由鍛件或模鍛件的 驗(yàn)收技術(shù)條件 |
| 適用范圍 | Ti-6Al-4V與IMI550鍛坯，直徑(1)Φ100~255mm (2)＞Φ255~305mm | 斯貝發(fā)動(dòng)機(jī) Ti-6Al-4V與Ti685鍛件 | 斯貝MK202發(fā)動(dòng)機(jī),IMI679 (1)供應(yīng)廠檢驗(yàn)要求 (2)中間階段檢驗(yàn)要求 | 用于制造盤件、輪轂、隔套、葉片等直徑或厚度在0.5英寸以上的圓形、方形或矩形鍛坯 直徑或厚度： (1)0.5~4英寸(12.7~101.6mm) (2)＞4~9英寸(101.9~228.6mm) | Ti-6Al-4V直徑100~250mm的半成品及由其加工的鍛件 (1)棒材直徑100~250mm (2)模鍛件 |
| 超聲驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)： |
| 單個(gè)缺陷顯示平底孔當(dāng)量直徑 mm | (1)≯1.2 (2)≯1.6 | ≯Φ1.27-12dB(0.05英寸-12dB) | (1)≯Φ1.27 (2)≯Φ1.27-12dB | (1)≯0.8 (2)≯1.2 | (1)≯1.2 (2)≯0.5 |
| 多個(gè)缺陷顯示 |
| 平底孔當(dāng)量直徑mm | --- | ＜Φ1.27-12dB | (1)＜Φ1.27 (2)＜Φ1.27-12dB | --- | --- |
| 中心指示間距mm | --- | ≮7.62(0.3英寸) | ≮7.62 | --- | --- |
| 長(zhǎng)條形缺陷顯示 |
| 平底孔當(dāng)量直徑mm | --- | --- | --- | --- | --- |
| 指示長(zhǎng)度mm | --- | --- | --- | --- | --- |
| 雜波水平 | --- | ≯Φ1.27-18dB | (1)≯Φ1.27-6dB (2)≯Φ1.27-18dB | 不應(yīng)有明顯較高的 雜波顯示 | --- |
| 底波損失 % | --- | --- | --- | --- | --- |
| 備注 | 發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金坯料 | 發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金鍛件 缺陷顯示總數(shù)不得多于10個(gè)(單件) | 發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金坯料與鍛件，缺陷顯示總數(shù)不得多于10個(gè)(單件) | 發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金鍛坯 | 發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金 |
由表1可見，要達(dá)到這樣高的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，不僅對(duì)探傷人員的技術(shù)水平有較高要求，而且還要有性能良好的超聲探傷儀及探頭，如靈敏度要高，信噪比和動(dòng)態(tài)范圍要大，線性要好，電噪聲電平要低，分辨率要高等。
2、鈦合金鍛件的顯微組織變化對(duì)其機(jī)械性能有較顯著的影響，對(duì)超聲探傷中的雜波水平及底波損失的評(píng)定起到檢查鈦合金組織均勻性的作用，應(yīng)予以充分的重視。
超聲波在晶界及晶內(nèi)相組織上的散射可能在熒光屏上以雜波顯示，也可能表現(xiàn)為聲能衰減引起底波高度的降低（底波損失），這兩者與顯微組織有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)這兩項(xiàng)參數(shù)的評(píng)定，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)過粗晶、并列α組織（能造成低周循環(huán)疲勞性能下降的魏氏組織）等。
就目前所作的工作來看，雜波水平高的鈦合金顯微組織，多表現(xiàn)為有完整明顯的原始β晶界和平直細(xì)長(zhǎng)的魏氏α組織（未變形的典型魏氏組織），或顯現(xiàn)有多且大的條塊狀α相，這類組織在機(jī)械性能上表現(xiàn)為強(qiáng)度指標(biāo)下降。此外，某些鑄造組織殘留也可能造成雜波水平較高。但就一般的過熱魏氏組織，如果其原始β晶界及晶內(nèi)相組織取向較紊亂無規(guī)則時(shí)，盡管這樣的組織是不好的，甚至從顯微組織評(píng)定是不合格的，其雜波水平卻不一定偏高，說明雜波水平的評(píng)定目前還存在較大的局限性。
在底波損失的評(píng)定中，某些魏氏組織對(duì)超聲脈沖的高頻分量有較明顯的衰減（如并列α組織），這在頻譜儀上較易觀察到（北京航空材料研究所錢鑫源等），但對(duì)工業(yè)生產(chǎn)上的大批量檢查如何使用普通超聲探傷儀，選用最佳響應(yīng)頻率的探頭進(jìn)行檢測(cè)上存在一定的實(shí)際困難。
應(yīng)當(dāng)說明的是，目前對(duì)鈦合金內(nèi)部偏析也尚無可靠有效的超聲檢測(cè)方法。
總之，如何利用超聲波對(duì)各種不同顯微組織的響應(yīng)達(dá)到控制鈦合金的性能質(zhì)量，是目前需要深入研究的課題（例如采用更高的、甚至上百兆赫的頻率，以及使用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理等）。盡管如此，在目前鈦合金鍛件及材料的超聲探傷中，雜波水平與底波損失的評(píng)定仍然是兩項(xiàng)很有價(jià)值的指標(biāo)。
3、鈦合金材料的超聲探傷中，有時(shí)由于單個(gè)大晶粒或者局部的組織不均勻造成的組織反射會(huì)以單個(gè)反射信號(hào)的形式出現(xiàn)，容易和真正的冶金缺陷（如高密度夾雜物、裂紋、孔洞等）的反射信號(hào)相混淆，通過試驗(yàn)分析認(rèn)為，這種反射信號(hào)可能是由于超聲反射波的相位疊加所致。在這種情況下，采用小直徑探頭或聚焦探頭（縮小波束直徑），提高超聲頻率，以相同的探測(cè)靈敏度（平底孔直徑相同的試塊）重新評(píng)定時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)其反射信號(hào)幅度明顯下降，有時(shí)甚至消失，而真正的冶金缺陷的反射信號(hào)在這種情況下不會(huì)有明顯變化。這種方法可以鑒別鈦合金中真正的冶金缺陷與組織反射。
當(dāng)然，在鈦合金的超聲探傷中，也和其他材料的超聲探傷一樣，企圖僅以A型顯示的反射脈沖信號(hào)判斷缺陷的性質(zhì)顯然是不可能的，必須結(jié)合具體探傷對(duì)象的材料成分特點(diǎn)、冶煉及鍛造加工工藝，以及輔以其他無損檢測(cè)手段（如X射線照相、滲透、超聲C掃描等等），加上探傷人員自身的經(jīng)驗(yàn)水平等進(jìn)行綜合分析判斷，必要時(shí)還要進(jìn)行解剖驗(yàn)證（包括宏觀、高倍，甚至電子顯微鏡、電子探針等手段）。因此，目前在鈦合金鍛件及原材料超聲探傷中，其質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)基本上仍以回波信號(hào)的參數(shù)為依據(jù)。
相關(guān)鏈接
