鋁合金熔焊縫的陣列渦流檢測工藝

金翠娥,周建平,范晨潔

(上海航天精密機(jī)械研究所，上海 201600)

鋁合金熔焊縫的陣列渦流檢測工藝

金翠娥,周建平,范晨潔

(上海航天精密機(jī)械研究所，上海 201600)

由于滲透檢測中的滲透劑具有較強(qiáng)的滲透性，需考慮殘留的滲透劑與產(chǎn)品的相容性問題，且滲透劑噴灌中的氟利昂對環(huán)境有污染，開展了鋁合金熔焊縫渦流陣列檢測技術(shù)的研究工作。結(jié)果表明，鋁合金熔焊縫表面缺陷渦流陣列檢測工藝可替代原有的著色滲透檢測工藝。

鋁合金熔焊縫；滲透檢測；陣列渦流檢測

某航天型號產(chǎn)品鋁合金熔焊縫表面缺陷檢測一直采用著色滲透檢測法，滲透檢測工藝有清洗、滲透、顯像、干燥、后處理等步驟，但該檢測工藝存在以下問題：① 檢測速度慢，檢測人員勞動(dòng)強(qiáng)度高，難以滿足產(chǎn)品研制進(jìn)度要求；② 滲透檢測結(jié)果受檢測部位表面情況與預(yù)清洗影響較大，若預(yù)清洗不好，缺陷易被污染，從而過清洗滲透劑時(shí)會導(dǎo)致缺陷漏檢，檢測結(jié)果可靠性受人為因素影響較大；③ 由于著色滲透檢測劑含氟利昂，對大氣臭氧層有危害，不利于環(huán)保；④ 滲透劑具有很強(qiáng)的滲透性，經(jīng)檢測后滲透劑會部分殘留于焊縫中，對焊縫造成腐蝕;⑤ 檢測部位經(jīng)檢測存在超標(biāo)缺陷并需要補(bǔ)焊時(shí)，殘留的滲透劑會導(dǎo)致大量氣孔缺陷，影響焊縫質(zhì)量，同時(shí)會涉及滲透劑與產(chǎn)品不相容的問題,需使用新的檢測方法進(jìn)行替代。

隨著無損檢測技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，近年來，陣列渦流檢測技術(shù)得到了快速發(fā)展，并開始應(yīng)用于熔焊縫表面質(zhì)量檢測中。筆者開展了鋁合金熔焊縫的渦流陣列技術(shù)研究，結(jié)果表明，該技術(shù)可取代現(xiàn)有的著色滲透檢測，能保證焊縫表面質(zhì)量，提高試件的質(zhì)量可靠性。

圖1 陣列渦流檢測原理及其與常規(guī)渦流檢測原理比較

1 陣列渦流檢測方法

渦流檢測是以研究渦流與試件的相互關(guān)系為基礎(chǔ)的一種常規(guī)無損檢測方法，其原理是基于導(dǎo)電材料的成分和組織結(jié)構(gòu)，缺陷通過影響材料的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，進(jìn)而影響渦流探頭激發(fā)的導(dǎo)體中渦流場的強(qiáng)度及分布，探頭和渦流場綜合作用造成探頭電特性變化，通過該變化判別材料的成分、組織結(jié)構(gòu)和缺陷類型。陣列渦流(Eddy Current Array，ECA) 檢測技術(shù)是渦流檢測技術(shù)中新興的分支，其原理及其與常規(guī)渦流檢測比較如圖1所示。該技術(shù)無需機(jī)械掃描裝置即可對試件進(jìn)行展開的或封閉的受檢面的大面積高速掃描檢測，其探頭由多個(gè)獨(dú)立工作的線圈單元構(gòu)成，這些線圈單元按照特殊的方式排布，且激勵(lì)與檢測線圈之間形成兩種方向相互垂直的電磁場傳遞方式，有利于發(fā)現(xiàn)不同方向的缺陷，大大提高了檢測效率、檢測靈敏度和抗干擾能力[1]。

陣列渦流檢測技術(shù)在熔焊縫表面及近表面缺陷檢測方面，相比原有滲透檢測技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)[2]：

(1) 陣列渦流可檢測表面開口裂紋，也可檢測不開口的近表面缺陷，如裂紋、氣孔等，相比原有滲透檢測工藝，降低了漏檢率。

(2) 陣列渦流檢測可在檢測區(qū)域?qū)崟r(shí)成像，且可保存數(shù)據(jù)，便于缺陷識別。

(3) 陣列渦流檢測不需耦合劑，不需要對焊縫表面進(jìn)行預(yù)處理，且檢測無污染，不會對材料造成腐蝕，也不會有殘留滲透劑與工件中承裝的溶劑不相容的隱患，符合未來綠色環(huán)?；療o損檢測發(fā)展的方向。

2 陣列渦流檢測工藝

對檢測結(jié)果影響的陣列渦流檢測工藝參數(shù)主要包括：探頭激勵(lì)頻率、信號激勵(lì)電壓、增益、平衡及提離校正等[3]。在鋁合金熔焊縫陣列渦流檢測工藝試驗(yàn)中采用Eddyfi公司的Ectane-E64型陣列渦流檢測儀。

2.1 探頭激勵(lì)頻率 為了模擬線性缺陷，分別在試塊的焊縫和熱影響區(qū)刻有橫向、斜向和縱向(從左至右)的槽(長6 mm，寬1 mm，深1 mm)，圖2為刻槽試塊及刻槽部位放大圖。采用不同激勵(lì)頻率對試塊上的刻槽進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如圖3所示。信號激勵(lì)電壓設(shè)定5 V，增益42 dB。

圖2 帶有不同方向刻槽的模擬線性缺陷試塊外觀及刻槽部位放大圖

圖3 不同檢測頻率對檢測結(jié)果的影響

從上述檢測結(jié)果可知：隨著激勵(lì)頻率的增加檢測靈敏度同時(shí)增高，但檢測圖像信噪比降低，為兼顧檢測靈敏度和信噪比，激勵(lì)頻率應(yīng)選擇350 kHz。

圖4 人工模擬裂紋槽試塊外觀

2.2 激勵(lì)電壓

采用如圖4所示人工模擬裂紋槽試塊，裂紋尺寸為(長×寬×深)5 mm×0.2 mm×0.5 mm。將探頭放置于裂紋中心上方，激勵(lì)頻率為350 kHz，當(dāng)激勵(lì)線圈電壓從1 V增加到19 V時(shí)，得到線圈感應(yīng)電動(dòng)勢幅值變化與缺陷擾動(dòng)信號的相對變化量曲線如圖5所示。由圖可知，隨著線圈激勵(lì)電壓逐漸增大，線圈感應(yīng)電動(dòng)勢幅值曲線呈線性增加，而缺陷擾動(dòng)信號相對變化量曲線幾乎保持不變，可見激勵(lì)電壓的大小只改變線圈電動(dòng)勢幅值而不影響缺陷擾動(dòng)信號相對變化量，過大的電壓有可能對線圈的壽命有所影響，試驗(yàn)中統(tǒng)一采用5 V激勵(lì)電壓。

圖5 感應(yīng)電動(dòng)勢幅值變化和擾動(dòng)信號相對變化量曲線

2.3 提離校正

渦流陣列檢測技術(shù)以被檢工件感應(yīng)出的渦流為基礎(chǔ)，通過測量其相應(yīng)的磁場變化得到檢測信號，提離效應(yīng)是指檢測線圈與被檢試件之間因距離變化而引起的檢測線圈阻抗變化[4]。在檢測過程中提離發(fā)生變化時(shí)，渦流產(chǎn)生的磁場在空間中衰減越大，檢測到的磁場就越?。惶犭x變化對檢測結(jié)果影響較大，反應(yīng)在檢測圖像上會產(chǎn)生提離效應(yīng)顯示，提離校正不良產(chǎn)生的提離效應(yīng)顯示如圖6所示。

圖6 提離校正不良產(chǎn)生的提離效應(yīng)顯示

仿真及實(shí)際檢測結(jié)果表明，為消除提離效應(yīng)，檢測探頭應(yīng)盡量緊貼被檢焊縫表面，從而證明采用柔性可變陣列探頭可檢測帶有余高熔焊縫表面缺陷的可行性。

2.4 平衡校正

平衡校正是渦流檢測開始前必須的操作步驟，是指將探頭放置于所檢測焊縫表面，按儀器“平衡”按鍵，主要保證檢測狀態(tài)與實(shí)際檢測一致，確保檢測結(jié)果的可靠性。

3 試驗(yàn)過程

采用陣列渦流檢測方法對鋁合金熔焊縫試件表面點(diǎn)狀缺陷及自然裂紋進(jìn)行檢測，再采用著色滲透檢測法對試板進(jìn)行檢測驗(yàn)證。

3.1 點(diǎn)狀缺陷檢測

對編號為21的試件(見圖7)上不同尺寸的點(diǎn)狀缺陷進(jìn)行陣列渦流檢測，其中缺陷1、缺陷2、缺陷3直徑分別約為φ1.5，φ1，φ0.5 mm。檢測圖像可明顯顯示出缺陷情況，陣列渦流檢測圖像如圖8所示。之后用著色滲透檢測方法對試板進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見圖9，可見兩種檢測方法的結(jié)果是一致的。

圖7 點(diǎn)狀缺陷試件外觀

圖8 點(diǎn)狀缺陷陣列渦流檢測圖像

圖9 點(diǎn)狀缺陷著色滲透檢測結(jié)果

3.2 表面裂紋檢測

對編號為22的表面裂紋試件(見圖10)分別進(jìn)行陣列渦流和著色滲透檢測，得到的檢測結(jié)果是一致的，如圖11，12所示。

圖10 表面裂紋試件外觀

圖11 表面裂紋陣列渦流檢測圖像

圖12 表面裂紋著色滲透檢測結(jié)果

由以上對比試驗(yàn)可以看出,陣列渦流方法可檢測出φ0.5 mm的孔洞類缺陷,也可檢測出裂紋缺陷，與滲透檢測結(jié)果基本一致。

4 結(jié)論

經(jīng)過對試件分別采用陣列渦流和著色滲透兩種檢測方法進(jìn)行檢測，得到的檢測結(jié)果基本一致，證明了應(yīng)用陣列渦流檢測方法檢測航天某型號鋁合金熔焊縫表面缺陷是可行的,為實(shí)現(xiàn)陣列渦流檢測工藝替代該系列型號產(chǎn)品的著色滲透檢測工藝打下基礎(chǔ)。

[1] 徐可北.渦流陣列檢測技術(shù)[J].冶金分析，2004，24(S2):645-647.

[2] 周建平.陣列渦流成像技術(shù)數(shù)值仿真及應(yīng)用[J].無損檢測，2014，36(12):42-45.

[3] 高春法，宋凱，唐繼紅.渦流檢測傳感器提離效應(yīng)的抑制[J].無損檢測，2003，25(12):606-608.

[4] 吳少文，付躍文.脈沖渦流檢測提離效應(yīng)的抑制方法[J].無損檢測，2004，36(4):45-48.

The Eddy Current Array Testing Technology of the Aluminum Alloy Welding Seam

JIN Cui-e, ZHOU Jian-ping, FAN Chen-jie

(Research Institute of Precision Machine of Shanghai Spaceflight, Shanghai 201600, China)

Dye-penetrant testing method is used to detect the surface defects of the aluminum alloy welding seam. The penetrant has a strong penetrating ability, and hence the compatibility of the residual penetrant and rocket fuel is needed to be considered. The Freon in penetrant sprinkler irrigation has pollution to the environment. The detection speed of PT is slow,and the detection results are affected by human factors.Aiming at to solve the above problems, the eddy current array testing technology of aluminum alloy welding seam is carried out, and the results showing that eddy current array testing technology of the aluminum alloy welding seam can replace the Dye-penetrant testing method.

Aluminum alloy welding seam；Penetrant testing；Eddy current array testing

2016-07-10

金翠娥(1985-),女,碩士,工程師,主要從事無損檢測技術(shù)研究工作。

金翠娥，E-mail：jincuie006@163.com。

10.11973/wsjc201703012

TG115.28

A

1000-6656(2017)03-0047-04