鋁合金焊縫應(yīng)力腐蝕無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究

王長(zhǎng)亮　原文波　黃茜

摘 要：本文介紹了鋁合金產(chǎn)品應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理，闡述了影響應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的主要因素。討論服役鋁合金產(chǎn)品應(yīng)力腐蝕裂紋無(wú)損檢測(cè)方法的選擇。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析表明，采用滲透檢測(cè)能使缺陷檢出率、靈敏度和效率達(dá)到最佳檢測(cè)效果，確保產(chǎn)品質(zhì)量和使用性能。

關(guān)鍵詞：應(yīng)力腐蝕；鋁合金焊縫；滲透檢測(cè)

1 前言

高強(qiáng)度鋁合金由于其耐腐蝕穩(wěn)定性和良好的焊接性能，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域和航空航天產(chǎn)品中。在對(duì)某產(chǎn)品返廠檢修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品鋁合金對(duì)接焊縫處發(fā)現(xiàn)多處表面開(kāi)裂現(xiàn)象，對(duì)產(chǎn)品的使用性能和安全性造成嚴(yán)重威脅。由于應(yīng)力腐蝕具有普遍性和極強(qiáng)的隱蔽性，筆者通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比總結(jié)了服役鋁合金材料產(chǎn)品焊縫無(wú)損檢測(cè)技術(shù)方法的選擇及可行性分析。

2 應(yīng)力腐蝕裂紋產(chǎn)生機(jī)理及因素

2.1 應(yīng)力腐蝕裂紋產(chǎn)生機(jī)理

由于應(yīng)力腐蝕裂紋的產(chǎn)生過(guò)程極其復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋁合金材料的應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生機(jī)理做了大量研究，雖取得了一定進(jìn)展，但由于腐蝕裂紋產(chǎn)生的過(guò)程復(fù)雜，其腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理也未達(dá)成一致，其中氫致破裂和陽(yáng)極溶解理論較為廣大學(xué)者接受。

氫致破裂理論認(rèn)為鋁合金材料在腐蝕過(guò)程中，受各種應(yīng)力的影響加上環(huán)境因素的作用，在金屬表面形成化學(xué)或者電化學(xué)反應(yīng)，由于陰極產(chǎn)生氫，一部分氫擴(kuò)散、吸附進(jìn)入金屬材料導(dǎo)致材料晶格弱化導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋的產(chǎn)生。

陽(yáng)極溶解理論則認(rèn)為高強(qiáng)鋁合金的腐蝕機(jī)理是電化學(xué)的， 合金在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)相互作用下， 使金屬表面氧化膜被破壞， 而破損處相對(duì)其他有膜覆蓋的表面來(lái)說(shuō)是陽(yáng)極， 金屬原子溶解成為離子， 形成帶有尖端的裂紋，在尖端附近區(qū)域發(fā)生塑性變化，加快了陽(yáng)極溶解，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)，最終導(dǎo)致鋁合金材料開(kāi)裂。

2.2 影響應(yīng)力腐蝕的因素

影響鋁合金材料應(yīng)力腐蝕的因素有很多，這些因素有時(shí)單一作用有時(shí)則共同作用引起應(yīng)力腐蝕。任何一種金屬材料在特定的腐蝕性介質(zhì)中，當(dāng)受到應(yīng)力作用尤其是受到拉應(yīng)力的作用時(shí)才會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，材料和環(huán)境是相匹配的，使用環(huán)境的改變可能導(dǎo)致明顯的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，概括總結(jié)影響應(yīng)力腐蝕的主要因素有環(huán)境因素、冶金因素、熱處理因素、焊接因素、應(yīng)力集中因素等。

3 鋁合金焊縫應(yīng)力腐蝕裂紋無(wú)損檢測(cè)方法

裂紋類型的缺陷由于其破壞性和擴(kuò)展性，是無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中需要嚴(yán)格控制剔除的缺陷，隨著現(xiàn)代新興無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，裂紋檢測(cè)方法發(fā)展迅猛，主要有磁粉，滲透，超聲，漏磁法，渦流法，射線檢測(cè)；應(yīng)力腐蝕裂紋主要形成在工件表面或近表面、擴(kuò)展甚至貫穿工件，由于磁粉檢測(cè)主要針對(duì)鐵磁性的材料，故不適應(yīng)鋁合金零件的檢測(cè)，針對(duì)服役鋁合金產(chǎn)品的特殊要求、檢測(cè)效率及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等影響，采用的檢測(cè)方法主要為滲透檢測(cè)。

3.1 滲透檢測(cè)

（1）檢測(cè)器材及試塊。采用核安級(jí)D-T5型滲透劑，鋁合金淬火裂紋參考試塊JB/T6064-A型，自制鋁合金裂紋對(duì)比試塊采用氬弧焊鋁合金焊接試板弧坑收縮裂紋處缺陷，機(jī)加后作為對(duì)比試件用。

（2）實(shí)驗(yàn)步驟。分別對(duì)檢測(cè)用的試塊和自制試件進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程如下：1）對(duì)試塊和對(duì)比試件預(yù)清洗：表面采用清洗劑清洗干凈，無(wú)影響檢測(cè)結(jié)果的雜質(zhì)；2）滲透：將滲透劑搖勻后，均勻噴涂待檢件表面，時(shí)間10-15分鐘；3）清洗滲透劑：采用清洗劑或水將試件表面滲透液清洗干凈，注意避免過(guò)清洗，影響檢測(cè)結(jié)果；4）干燥工件表面，干燥時(shí)間應(yīng)為工件充分干燥最短時(shí)間；5）顯像：將顯像劑搖勻，均勻噴涂待檢件表面，顯像時(shí)間10-20分鐘。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如表1，試驗(yàn)表明，采用滲透檢測(cè)方法顯像15分鐘過(guò)后缺陷數(shù)量已達(dá)到穩(wěn)定值， 缺陷顯示顯示更為清晰，便于缺陷評(píng)級(jí)和定性，適合用于鋁合金應(yīng)力腐蝕裂紋的檢測(cè)。

4 服役產(chǎn)品檢測(cè)方法的選擇與應(yīng)用

針對(duì)服役產(chǎn)品本身特點(diǎn)，采用其他檢測(cè)方法對(duì)大批量工件而言工作量較大，且效率較低，而滲透檢測(cè)能提高檢測(cè)效率，缺陷顯示更直觀，靈敏度高，但由于滲透檢測(cè)過(guò)程中需噴涂滲透劑和顯像劑，所以檢測(cè)后應(yīng)及時(shí)清理檢測(cè)工件，以免影響產(chǎn)品正常使用。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)及對(duì)產(chǎn)品實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用分析，透檢測(cè)方法明顯優(yōu)于其他檢測(cè)方法，檢測(cè)結(jié)果更具直觀性，如圖1、2所示，易區(qū)分缺陷的類型，給缺陷定性，適用于服役產(chǎn)品復(fù)雜產(chǎn)品外形及結(jié)構(gòu)的檢修檢測(cè)，在滲透檢測(cè)過(guò)程中不能判定缺陷時(shí)，可以采用其他無(wú)損檢測(cè)方法輔助加以復(fù)查以確保產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

采用滲透檢測(cè)方法對(duì)多批次產(chǎn)品焊縫表面進(jìn)行檢測(cè)，缺陷檢出率和靈敏度均達(dá)到理想水平，大幅度提高應(yīng)力腐蝕裂紋檢測(cè)效率，降低檢測(cè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于服役鋁合金零件焊縫及產(chǎn)品應(yīng)力腐蝕裂紋的檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：王長(zhǎng)亮（1982-），男，黑龍江五常人，研究方向：航天產(chǎn)品零部件無(wú)損檢測(cè)技術(shù)工作。endprint