摩擦焊焊縫超聲檢測(cè)技術(shù)分析

（哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150066）

摩擦焊焊縫超聲檢測(cè)技術(shù)分析

孫國(guó)榮

（哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150066）

本文對(duì)比介紹了兩種檢測(cè)摩擦焊焊縫的超聲波檢測(cè)技術(shù)。

摩擦焊；焊縫；超聲波檢測(cè)

摩擦焊屬壓焊的一種，是利用焊接接觸端面的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中相互摩擦產(chǎn)生熱量，使端部達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛而完成焊接的一種方法。此方法熱影響區(qū)小，接頭強(qiáng)度與母材強(qiáng)度一樣高，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，是工業(yè)中廣泛應(yīng)用的焊接方法。焊接產(chǎn)生的主要缺陷有氣孔、裂紋和未熔合等,其中氣孔為立體型缺陷，用射線檢測(cè)比較理想，而未融合和裂紋為平面型缺陷，利用超聲檢測(cè)較為理想。

1 檢測(cè)方法簡(jiǎn)介

1.1 橫波脈沖反射法

焊縫中的主要內(nèi)部缺陷為氣孔、裂紋和未熔合，從危害程度來(lái)說(shuō)，裂紋和未熔合是平面型缺陷，危害性較大。未融合產(chǎn)生的方向主要是沿坡口面，當(dāng)零件為環(huán)形對(duì)接焊縫時(shí)，未熔合應(yīng)為垂直于零件軸線方向，此類(lèi)缺陷可用橫波脈沖反射法在焊縫兩側(cè)或一側(cè)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)由于零件結(jié)構(gòu)原因，無(wú)法從兩側(cè)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可在一側(cè)進(jìn)行。利用斯涅爾定律可以很容易的計(jì)算出指定橫波折射角對(duì)應(yīng)的入射角。

按照耦合方式的不同，橫波脈沖反射法又可分為水浸法和接觸法。

（1）接觸式橫波脈沖反射法。接觸法是將探頭與試件表面直接接觸進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)。通常在探頭與檢測(cè)面之間涂有一層很薄的耦合劑，多為手動(dòng)操作，操作方便，設(shè)備簡(jiǎn)單，由于是直接入射，入射聲能損失小，可提供較大的厚度穿透能力。（2）水浸式橫波脈沖反射法。水浸法是將探頭與試件全部或部分浸于水中，以水作為耦合劑，聲波通過(guò)水進(jìn)入試件進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)。由于探頭與試件不接觸，超聲波的發(fā)射與接收都比較穩(wěn)定，通過(guò)調(diào)節(jié)探頭，可方便地改變探頭發(fā)射的超聲束的方向，從而容易實(shí)現(xiàn)斜射聲束檢測(cè)；另外，檢測(cè)盲區(qū)小，可檢測(cè)較薄的試件；便于實(shí)現(xiàn)聚焦聲束檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高分辨率檢測(cè)需要；同時(shí)便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，減少了人為因素對(duì)檢測(cè)可靠性的影響。

1.2 Delta shuttle法

Delta shuttle檢測(cè)技術(shù)屬于一種特殊的穿透法，常規(guī)穿透法檢測(cè)靈敏度低，操作復(fù)雜，但Delta shuttle檢測(cè)技術(shù)不同于常規(guī)的穿透法檢測(cè)，它是專(zhuān)門(mén)為焊縫檢驗(yàn)而發(fā)展的一種特殊超聲波無(wú)損檢測(cè)方法，它所應(yīng)用的原理是發(fā)散現(xiàn)象，這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有：

（1）能夠檢測(cè)傳統(tǒng)脈沖反射技術(shù)無(wú)法檢測(cè)的微小缺陷；

（2）能夠檢測(cè)零件內(nèi)部靠近外表面的缺陷；

（3）不受缺陷方位的影響。

這項(xiàng)技術(shù)的缺點(diǎn)：

（1）相對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜；

（2）信號(hào)/噪聲比低。

2 檢測(cè)

超聲檢測(cè)時(shí)，需根據(jù)零件成型特點(diǎn)和加工工藝，設(shè)計(jì)含有不同直徑、不同埋深的人工缺陷對(duì)比試塊，用以驗(yàn)證設(shè)備性能。

2.1 檢測(cè)

2.1.1 接觸式橫波脈沖反射法

采用適當(dāng)K值的接觸法探頭，利用公式計(jì)算探頭所需的掃描距離1.25P，如果零件結(jié)構(gòu)尺寸滿(mǎn)足此要求，則可以進(jìn)行接觸式脈沖回波法檢測(cè)。

2.1.2 水浸式橫波脈沖反射法

由于聚焦探頭所具有的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)高靈敏度檢測(cè)，根據(jù)零件厚度可采用高頻點(diǎn)聚焦探頭對(duì)零件進(jìn)行檢測(cè)。我們分別采用了MD-400型半自動(dòng)水浸A掃描設(shè)備和LS-200型自動(dòng)水浸C掃描設(shè)備對(duì)某摩擦焊焊縫進(jìn)行了檢測(cè)。

2.1.2.1 MD-400型半自動(dòng)水浸A掃描設(shè)備

該設(shè)備為A掃描顯示，檢測(cè)可采取手動(dòng)方式，也可采取半自動(dòng)方式。通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)械部分的水距使探頭焦點(diǎn)落在焊道上，將通孔反射波高調(diào)到80%，并記錄其余缺陷反射波高，然后手動(dòng)旋轉(zhuǎn)零件進(jìn)行檢測(cè)。該方法操作簡(jiǎn)便，但檢測(cè)可靠性低。

2.1.2.2 LS-200型自動(dòng)水浸C掃描設(shè)備

LS-200型自動(dòng)水浸C掃描設(shè)備主要用于盤(pán)、環(huán)類(lèi)零件的檢測(cè)，也可進(jìn)行平板類(lèi)零件的檢測(cè)，該設(shè)備具有七個(gè)軸，可實(shí)現(xiàn)不同角度的斜入射檢測(cè)，因此可用于焊縫類(lèi)零件的橫波脈沖反射法檢測(cè)。試驗(yàn)過(guò)程中，選取了幾個(gè)典型的橫波折射角，主要如下：

入射角：18.5°，折射角：45°；

入射角：24°，折射角：65°；

入射角：25.5°折射角：73.7°。

在相同增益情況下，使用折射角為45°（入射角為18.5°）時(shí)通孔反射波高于65°折射角。但45°折射角對(duì)其他缺陷不靈敏，65°折射角也只能發(fā)現(xiàn)對(duì)比試塊中的兩個(gè)缺陷。使用25.5°入射角時(shí)，可發(fā)現(xiàn)所有缺陷。

2.1.3 Delta shuttle檢測(cè)法

由于零件為回轉(zhuǎn)體，采用了發(fā)射探頭從零件內(nèi)部入射，接收探頭從零件外部接收的探頭布置方式，對(duì)試塊進(jìn)行檢測(cè)，可發(fā)現(xiàn)所有缺陷。

3 結(jié)果對(duì)比

我們對(duì)原來(lái)經(jīng)MD-400型半自動(dòng)水浸A掃描設(shè)備檢測(cè)報(bào)廢的零件用LS-200和delta shuttle設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比，檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。

4 分析

表1

增益（dB）值的不同說(shuō)明Delta shuttle檢測(cè)技術(shù)聲程短、衰減小，剩余靈敏度高；入射次數(shù)不同可以看出檢測(cè)的準(zhǔn)備過(guò)程時(shí)間不同，體現(xiàn)在方法的可操作性上，Delta shuttle檢測(cè)技術(shù)可操作性強(qiáng)；缺陷直觀度充分證明了上述兩點(diǎn)，靈敏度高，無(wú)幻像顯示，檢測(cè)效率高。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橫波脈沖反射技術(shù)和delta shuttle檢測(cè)技術(shù)均可對(duì)摩擦焊焊縫進(jìn)行有效檢測(cè)，在實(shí)際使用時(shí)需結(jié)合零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適當(dāng)選擇。

[1]無(wú)損檢測(cè)綜合知識(shí)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]航空制造工程手冊(cè)[M].工藝檢測(cè).航空工業(yè)出版社.

TG441.7

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