7075-T6包鋁材料電導(dǎo)率測(cè)試分析和處理

鐘麗英，張亞榮，薛　磊，張敬彤，楊書(shū)勤

(陜西飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司， 漢中 723215)

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7075-T6包鋁材料電導(dǎo)率測(cè)試分析和處理

鐘麗英，張亞榮，薛磊，張敬彤，楊書(shū)勤

(陜西飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司， 漢中 723215)

摘要：鋁合金熱處理質(zhì)量的檢驗(yàn)一般是通過(guò)測(cè)量其電導(dǎo)率來(lái)進(jìn)行間接評(píng)價(jià)的。使用Sigmatest 2.069渦流電導(dǎo)率儀，測(cè)量厚度為0.04英寸7075-T6包鋁材料的電導(dǎo)率時(shí)，發(fā)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果始終不符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)此,進(jìn)行了原因分析和驗(yàn)證試驗(yàn)，重新確定了儀器制造商提供的Sigmatest 2.069修正表中厚度為0.04英寸包鋁材料的電導(dǎo)率修正值。

關(guān)鍵詞：鋁合金；電導(dǎo)率；驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；修正值

鋁合金材料的硬度和熱處理狀況會(huì)影響其在生產(chǎn)中的使用。硬度檢驗(yàn)采用的是破壞性測(cè)量方法，熱處理質(zhì)量評(píng)價(jià)一般通過(guò)測(cè)試其電導(dǎo)率間接進(jìn)行。

利用量值準(zhǔn)確的電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)試塊[1]校準(zhǔn)性能合格的電導(dǎo)儀，并測(cè)試鋁合金電導(dǎo)率。只要試件的厚度、大小、表面狀態(tài)等滿(mǎn)足測(cè)試條件要求，就可以直接測(cè)試出材料和零件的電導(dǎo)率[2]，并按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電導(dǎo)率進(jìn)行鋁合金牌號(hào)、狀態(tài)的識(shí)別或分選。

17075-T6包鋁材料電導(dǎo)率測(cè)試

1.1波音鋁合金電導(dǎo)率測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

波音企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)BAC 5946AA《鋁合金狀態(tài)檢驗(yàn)》給出了厚度在0.063英寸(1 in=25.4 mm,此處為與所討論的電導(dǎo)率修正表中單位一致,采用英寸單位)以上的非包鋁(裸鋁)材料的電導(dǎo)率驗(yàn)收范圍。

BSS 7351E《渦流電導(dǎo)率檢驗(yàn)——直接讀數(shù)法》標(biāo)準(zhǔn)給出了薄規(guī)格材料、包鋁材料、曲面材料、 表面涂層在一些特殊檢測(cè)條件而需要修正的部分儀器的修正數(shù)值。未列在BSS 7351E中的儀器，則使用儀器制造商提供的修正數(shù)值。

BAC 5651A《渦流電導(dǎo)率檢驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用渦流方法測(cè)試非鐵磁性材料電導(dǎo)率的要求。

1.2測(cè)試對(duì)象與條件

包鋁合金7075，熱處理后狀態(tài)T6，厚度0.04英寸。采用Sigmatest 2.069渦流電導(dǎo)率儀和Sigmatest D 2.068渦流電導(dǎo)率儀。測(cè)試頻率選用60 kHz。

1.3測(cè)試步驟

嚴(yán)格按照BSS 7351E中5.1的步驟進(jìn)行測(cè)試。

(1) 檢驗(yàn)人員從BAC 5946AA中(見(jiàn)表1)獲得被檢零件7075-T6的電導(dǎo)率驗(yàn)收限(未修正的)，數(shù)值為30.0%～35.0%IACS(1%IACS=5.8×105S·m-1)。

(2) 包鋁薄規(guī)格零件的電導(dǎo)率修正值見(jiàn)儀器供應(yīng)商提供的Sigmatest 2.069修正表(見(jiàn)表2)。30.0%～35.0%IACS對(duì)應(yīng)厚度0.04英寸，修正后的驗(yàn)收范圍是35.5%～37.5%IACS。

表1　電導(dǎo)率和硬度驗(yàn)收極限

表2　Sigmatest 2.069-2024，7075，7079，7178包鋁材料經(jīng)修正的電導(dǎo)率(60 kHz)　%IACS

(3) 測(cè)試結(jié)果記錄在相應(yīng)的書(shū)面記錄上，并修整到精確度0.5%。此批次測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3(合格數(shù)為0,不合格數(shù)為3)。電導(dǎo)率測(cè)試值在33.5%～34.5%IACS間，低于35.5%～37.5%IACS的驗(yàn)收要求。之后又有幾批次同類(lèi)材料在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，存在同樣的問(wèn)題。

表3　轉(zhuǎn)包原材料電導(dǎo)率測(cè)試記錄　%IACS

2測(cè)試結(jié)果分析及驗(yàn)證試驗(yàn)

2.1測(cè)試結(jié)果分析

測(cè)試結(jié)果與要求不符，經(jīng)過(guò)分析,可能有下列原因：

(1) 測(cè)試方法及設(shè)備的調(diào)試不符合標(biāo)準(zhǔn)要求：未嚴(yán)格按Sigmatest 2.069儀器操作程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，測(cè)試的頻率未按要求采用60 kHz。

(2) 測(cè)試人員：人員不同導(dǎo)致施加探頭的壓力可能不同，而引起渦流響應(yīng)有差異。

(3) 材料牌號(hào)及狀態(tài)：材料牌號(hào)選用不正確。

(4) 熱處理時(shí)效時(shí)間不夠。

(5) 零件/材料厚度：由于零件的厚度不同導(dǎo)致電導(dǎo)率的修正數(shù)值不同，需要確認(rèn)零件厚度有無(wú)偏差。在拒收厚度小于1.50 mm的零件前，應(yīng)用千分尺或等效量具確定檢驗(yàn)區(qū)厚度，并證實(shí)該電導(dǎo)率測(cè)試值是在此零件薄規(guī)格厚度基礎(chǔ)上得出的數(shù)值。

2.2驗(yàn)證試驗(yàn)

(1) 按照BSS7351E要求，為了保證電導(dǎo)儀、探頭、標(biāo)準(zhǔn)塊、測(cè)試零件和測(cè)試地點(diǎn)的環(huán)境溫度之間的溫度差最小，零件和檢驗(yàn)設(shè)備要求在同一檢驗(yàn)條件下放置至少1 h。

(2) 嚴(yán)格按Sigmatest 2.069儀器操作程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，測(cè)試的頻率采用60 kHz。

(3) 分別由持有渦流轉(zhuǎn)包資格證的4位人員獨(dú)立操作，測(cè)試結(jié)果幾乎沒(méi)有差異，仍然不合格。

(4) 通過(guò)化學(xué)分析，證明材料牌號(hào)為7050。

(5) 當(dāng)電導(dǎo)率數(shù)值低于驗(yàn)收范圍時(shí)，一般通過(guò)延長(zhǎng)時(shí)效時(shí)間來(lái)提高電導(dǎo)率數(shù)值。因此，將被檢材料的時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)2 h后測(cè)試，結(jié)果還是不符合驗(yàn)收要求；再將時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)到4 h后測(cè)試，電導(dǎo)率提高了0.5%IACS左右，但仍然低于驗(yàn)收值，不符合驗(yàn)收要求。

(6) 用千分尺測(cè)量這三件材料的厚度，在0.04英寸公差范圍之內(nèi)，說(shuō)明通過(guò)表2查的修正值沒(méi)有錯(cuò)誤。

通過(guò)以上驗(yàn)證試驗(yàn)(針對(duì)Sigmatest 2.069儀器)，排除了2.1中所述的可能影響檢測(cè)結(jié)果的因素。分析之后，決定采取下列試驗(yàn)判定該批包鋁零件是否可以驗(yàn)收。

2.3使用Sigmatest D 2.068渦流電導(dǎo)率儀

考慮到不同型號(hào)的渦流電導(dǎo)率儀，由于受線(xiàn)圈尺寸、結(jié)構(gòu)及儀器信號(hào)處理電路等因素的影響，即使采用的測(cè)試頻率相同，其對(duì)于上述各項(xiàng)影響因素的響應(yīng)也并不相同，甚至可能存在較大的差異；因此在實(shí)際測(cè)試時(shí)，必須針對(duì)具體的儀器建立或制定適用的修正關(guān)系或修正系數(shù)，以消除或補(bǔ)償相關(guān)的影響。

通過(guò)對(duì)不同儀器進(jìn)行測(cè)試，實(shí)測(cè)值會(huì)有一些變化，但對(duì)于測(cè)量結(jié)果是無(wú)影響的。因此決定更換儀器進(jìn)行測(cè)試。

使用Sigmatest D 2.068渦流電導(dǎo)率儀，通過(guò)查找BSS 7351E中該材料的包鋁修正值(見(jiàn)表4)進(jìn)行修正，其修正后的驗(yàn)收范圍應(yīng)在33.0%～37.5%IACS。實(shí)際測(cè)量值見(jiàn)表5，可見(jiàn)這些零件的電導(dǎo)率值都在驗(yàn)收合格范圍之內(nèi)(合格數(shù)為3，不合格數(shù)為0)。則，該批零件可以驗(yàn)收。

表4　Sigmatest D 2.068-2024, 2524, 7075, 7079, 7178包鋁材料經(jīng)修正的電導(dǎo)率(60 kHZ)　%IACS

表5　轉(zhuǎn)包原材料電導(dǎo)率測(cè)試記錄　%IACS

2.4去除包鋁層測(cè)試

因?yàn)榘X是在鋁合金的表面鍍上純鋁后，電導(dǎo)率值發(fā)生變化的，故可通過(guò)試驗(yàn)后對(duì)裸鋁的電導(dǎo)率值進(jìn)行修正,也可通過(guò)查表直接進(jìn)行修正。

對(duì)于包鋁材料，若電導(dǎo)率實(shí)測(cè)值不符合驗(yàn)收范圍的要求時(shí)，可在征得工程部門(mén)同意后在檢驗(yàn)區(qū)或隨爐試樣上去除包鋁層后進(jìn)行檢驗(yàn)，按裸鋁驗(yàn)收范圍進(jìn)行驗(yàn)收。由于儀器供應(yīng)商提供的Sigmatest 2.069修正表(見(jiàn)表2)修正出來(lái)的測(cè)試結(jié)果不符合要求,故只好通過(guò)去除包鋁層來(lái)判定該批零件是否合格。

包鋁層的去除，筆者遵循BSS 7351E標(biāo)準(zhǔn)第5.1.3.2條款中 2)(b)條“對(duì)于厚度小于0.063英寸的零件/材料，應(yīng)去除材料兩側(cè)包鋁層，應(yīng)用千分尺或等效量具測(cè)量確定檢測(cè)區(qū)厚度，并使用與裸鋁厚度規(guī)格相同的修正系數(shù)。僅在去除部分測(cè)量電導(dǎo)率”的規(guī)定。

按此規(guī)定，厚度為0.04英寸的包鋁零件需要除去兩側(cè)包鋁層。在此批次中挑出電導(dǎo)率最小值和最大值的兩件(1號(hào)件和3號(hào)件)，千分尺測(cè)量其厚度分別為0.62,0.66 mm，平均厚度約為0.025英寸。

通過(guò)查找儀器供應(yīng)商提供的Sigmatest 2.069修正表(見(jiàn)表6)中該材料的裸鋁修正值，即對(duì)應(yīng)厚度為0.025英寸的7075-T6裸鋁材料，修正后的驗(yàn)收范圍為29.0%～35.0%IACS。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表7(合格數(shù)為2,不合格數(shù)為0)。電導(dǎo)率測(cè)量值在30.5%～32.0%IACS之間，符合29.0%～35.0%IACS的驗(yàn)收要求。該批零件可以驗(yàn)收。

2.5測(cè)量硬度

各種牌號(hào)的鋁合金的電導(dǎo)率值與其硬度、熱處理狀態(tài)之間并不是簡(jiǎn)單的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此對(duì)于不同牌號(hào)和熱處理狀態(tài)的鋁及鋁合金，如果測(cè)得的電導(dǎo)率值在規(guī)定的驗(yàn)收范圍內(nèi)，可推斷其硬度合格；反之，測(cè)得的數(shù)值超出驗(yàn)收范圍內(nèi)的，決不能由電導(dǎo)率值判定該試件為不合格品，而需要對(duì)其作補(bǔ)充硬度試驗(yàn)，并對(duì)硬度試驗(yàn)結(jié)果作進(jìn)一步的分析和判定。

如測(cè)量硬度的結(jié)果也符合要求,則該批零件可以驗(yàn)收。

2.6驗(yàn)證試驗(yàn)分析

通過(guò)更換儀器使用Sigmatest D 2.068渦流電導(dǎo)率儀，去除包鋁層后按裸鋁驗(yàn)收范圍進(jìn)行驗(yàn)收，以及測(cè)量硬度，該批零件都屬于可以驗(yàn)收的合格零件。只有使用Sigmatest 2.069渦流電導(dǎo)率儀測(cè)試才會(huì)出現(xiàn)驗(yàn)收不合格的問(wèn)題。

觀(guān)察表4發(fā)現(xiàn)，用Sigmatest D 2.068儀器測(cè)試厚度為0.04英寸的7050-T6包鋁材料時(shí)，對(duì)應(yīng)于30.0%IACS的修正值為33.0%IACS，無(wú)論橫比表中數(shù)值33.5、32.5，還是縱比表中數(shù)值32.0、34.0，該數(shù)值都比較符合插入法規(guī)律。但是對(duì)于表2，發(fā)現(xiàn)用Sigmatest 2.069儀器測(cè)試厚度為0.04英寸的7050-T6包鋁材料時(shí)，對(duì)應(yīng)于30.0%IACS的修正值為35.5%IACS，無(wú)論橫比表中數(shù)值33.5、32.5，還是縱比表中數(shù)值33.5、35.0，該數(shù)值都屬于拐點(diǎn)。

表6　Sigmatest 2.069薄規(guī)格裸鋁材料經(jīng)修正的電導(dǎo)率(60 kHz)　%IACS

表7　 轉(zhuǎn)包原材料電導(dǎo)率測(cè)試記錄　　%IACS

筆者就該問(wèn)題詢(xún)問(wèn)別的航空廠(chǎng)家，他們也存在同樣的問(wèn)題。通過(guò)上述分析，筆者認(rèn)為使用Sigmatest 2.069儀檢測(cè)厚度為0.04英寸的7075-T6包鋁材料，其修正值不正確。接下來(lái)，筆者將通過(guò)試驗(yàn)找出Sigmatest 2.069儀器測(cè)試厚度為0.04英寸的7050-T6包鋁材料的電導(dǎo)率修正值。

2.7確定修正值

對(duì)不同批次同類(lèi)材料進(jìn)行了大量測(cè)試并記錄測(cè)試結(jié)果，厚度為0.04英寸的7050-T6包鋁材料，測(cè)量的電導(dǎo)率最小值修整后在33.5%～ 34.0%IACS間。筆者認(rèn)為對(duì)應(yīng)于30.0%IACS的0.04英寸7075-T6包鋁材料的電導(dǎo)率修正值應(yīng)為33.5%IACS。

3問(wèn)題處理

將Sigmatest 2.069儀器測(cè)試厚度為0.04英寸的7050-T6包鋁材料中出現(xiàn)的問(wèn)題，測(cè)試結(jié)果分析和驗(yàn)證試驗(yàn)分析，以及經(jīng)試驗(yàn)得出的修正值都反饋給波音代表。儀器制造商福斯特公司通過(guò)對(duì)2024，7075，7079，7178系列材料重新進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)表格里提供的所有修正值反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)及驗(yàn)證，半年后，對(duì)全球用戶(hù)提供更新后的版本。新版本中使用Sigmatest 2.069測(cè)試厚度為0.04英寸的7050-T6包鋁材料，對(duì)應(yīng)于30.0%IACS的修正值更新為33.5%IACS(見(jiàn)表8)。

表8　 Sigmatest 2.069-2024，7075，7079，7178包鋁材料經(jīng)修正的電導(dǎo)率(60 kHz)　%IACS

4結(jié)論

針對(duì)測(cè)試薄規(guī)格包鋁材料電導(dǎo)率出現(xiàn)的問(wèn)題，可按如下步驟解決：首先確保測(cè)試設(shè)備的調(diào)試符合標(biāo)準(zhǔn)要求，接下來(lái)通過(guò)延長(zhǎng)時(shí)效、化學(xué)分析材料的成分確定材料及熱處理工藝沒(méi)有問(wèn)題;然后,通過(guò)不同儀器測(cè)量，對(duì)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；最后,通過(guò)去除包鋁層及測(cè)量硬度來(lái)驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果的正確性。筆者按照此方法，重新確定了儀器制造商提供的Sigmatest 2.069修正表中厚度為0.04英寸包鋁材料的電導(dǎo)率修正值，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn):

[1]國(guó)防科技工業(yè)無(wú)損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材編審委員會(huì)編.渦流檢測(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社2004.

[2]任吉林,林俊明.電磁無(wú)損檢測(cè)[M].北京：科學(xué)出版社2004.

The Analysis and Processing for Electrical Conductivity Test of 7075-T6 Aluminum Material

ZHONG Li-ying, ZHANG Ya-rong, XUE Lei, ZHANG Jing-tong, YANG Shu-qin

(Shanxi Aircraft Industry (group) Co., Ltd., Hanzhong 723215, China)

Abstract：Quality test of aluminum alloy heat treatment is often done by an indirect evaluation of measuring the conductivity. It was found that, when the Sigmatest 2.069 eddy current conductivity instrument was used to measure the electrical conductivity of 7075-T6 aluminum materials of thickness 0.04 inches, the measured results were always not in conformity with the acceptance standard. Detailed analysis and a large number of verification tests were carried out in order to find the cause, and finally the correction values in the Sigmatest 2.069 table for aluminum alloy of thickness 0.04 inches were revised.

Key words:Aluminum alloy; Electrical conductivity; Acceptance standard; Revised value

中圖分類(lèi)號(hào)：TG115.28

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-6656(2016)04-0041-04

DOI:10.11973/wsjc201604011

作者簡(jiǎn)介：鐘麗英(1969-)，女，工程師，本科， 主要從事無(wú)損檢測(cè)工作。通信作者：楊書(shū)勤(1984-)，男，工程師，碩士，主要從事理化檢驗(yàn)及無(wú)損檢測(cè)工作， E-mail: 330107601@qq.com。

收稿日期：2015-08-09