鄭斯宇 李玲 張倩蘭 譚龍

摘 要：本文采用了2種不同的水浸聚焦探頭分別對(duì)金屬真空釬焊件進(jìn)行試驗(yàn)，并從理論上推導(dǎo)了探頭對(duì)缺陷最佳檢測(cè)能力的計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：超聲波 C掃描;真空釬焊;聚焦探頭

1前言

隨著當(dāng)今航空、航天等尖端科技的發(fā)展，人們對(duì)材料的要求越來(lái)越高。目前，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)角度還是從使用性角度來(lái)說(shuō)，單一材料都很難滿足現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)對(duì)材料的綜合性能要求，發(fā)展新材料及異種材料連接技術(shù)，綜合不同材料的優(yōu)異性能以滿足工業(yè)生產(chǎn)的各種要求是材料連接科學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)。釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作為釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊接的方法。現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件中，越來(lái)越多的薄壁結(jié)構(gòu)采用釬焊。如何準(zhǔn)確地檢驗(yàn)釬焊質(zhì)量，這是釬焊技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中必須解決的問(wèn)題。

本文針對(duì)異種薄板金屬釬焊界面，對(duì)其進(jìn)行理論分析和常規(guī)超聲波C掃描縱波檢測(cè)，探討檢測(cè)的可行性及檢測(cè)精度，同時(shí)進(jìn)行了選擇不同探頭及檢測(cè)參數(shù)的探討。

2試驗(yàn)

2.1對(duì)比試塊

對(duì)比試塊與零件材料及外形一致。為保證人工缺陷合格率，制作了2組孔，其直徑由大到小依次為：φ6.35mm，φ3.18mm，φ1.60mm，φ1.19mm。

2.2檢測(cè)系統(tǒng)

選用以色列Scan Master公司生產(chǎn)的LS-200型水浸超聲波C掃檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)零件進(jìn)行檢測(cè)。

2.3探頭及水距

超聲波對(duì)缺陷的最大檢測(cè)能力是指在保證系統(tǒng)的信噪比≥10dB時(shí)，能夠檢測(cè)出缺陷的最小當(dāng)量尺寸。在縱波探傷中，對(duì)小于聲束尺寸的缺陷，經(jīng)常以平底孔當(dāng)量模式對(duì)缺陷尺寸進(jìn)行評(píng)定。但聚焦探頭的聲場(chǎng)與普通探頭不同，對(duì)普通探頭，經(jīng)常以壓電晶片輻射聲束的中心軸線上的聲壓來(lái)代表軸線附近的聲壓。對(duì)聚焦探頭，焦點(diǎn)處一個(gè)小范圍內(nèi)聲壓起伏就比較大，所以聚焦探頭不同于普通探頭。根據(jù)近似理論，聚焦探頭焦平面上的聲壓分布為公式1：

當(dāng)具有這一焦平面聲壓分布的聲波入射到以a為半徑的反射體上時(shí)，返回到探頭上的聲壓P2（r）實(shí)際上又可以看作是一個(gè)以a為半徑的聲源發(fā)射具有Pf（p）分布的聲波，通過(guò)透鏡到達(dá)壓電晶片上。

理論上分析，加工處半徑為a的平底孔作為基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)信號(hào)幅度至80%滿屏波高，此時(shí)靈敏度為dB1，提高靈敏度，使噪聲回波低于20%滿屏波高，此時(shí)靈敏度為dB2，則公式2：

該零件的被檢區(qū)域外圓直徑為173mm，壁厚只有8.5mm，因此對(duì)超聲檢測(cè)系統(tǒng)的分辨率要求較高，超聲波的分辨率與探頭的頻率及焦點(diǎn)尺寸密切相關(guān)，考慮使用較高檢測(cè)頻率、小焦點(diǎn)聚焦探頭進(jìn)行檢測(cè)。在此選用HGE-5827A（探頭頻率10MHz，焦點(diǎn)尺寸為1.58mm）和IS1506R（探頭頻率15MHz，焦點(diǎn)尺寸為1.08mm）兩種探頭，對(duì)該釬焊件的對(duì)比試塊進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)掃查結(jié)果對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)IS1506R探頭由于焦點(diǎn)尺寸較小，可以更好地保證檢測(cè)的精度，且信噪比更高。用IS1506R的C掃圖見(jiàn)圖1。因此，選用IS1506R探頭進(jìn)行試驗(yàn)。為了保證界面波的后沿和缺陷波的前沿相交處小于20%屏幕高度，選擇了三種不同的水距進(jìn)行試驗(yàn)，分別為38mm、55mm、60mm，如表1所示。通過(guò)表1可以發(fā)現(xiàn)，在探頭的標(biāo)稱水距38mm處?kù)`敏度最高，因此檢測(cè)該零件所選用的水距為38mm。

3結(jié)果與討論

采用選定的超聲探頭、聲束焦距等檢測(cè)參數(shù)對(duì)該零件進(jìn)行檢測(cè)，掃查結(jié)果如圖2。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，圖2缺陷面積超標(biāo)。采用系統(tǒng)自帶軟件對(duì)圖2中最大面積的缺陷尺寸進(jìn)行了測(cè)量，缺陷面積為53.6×19.7mm2。由此可見(jiàn)，選用合適的探頭及正確的參數(shù)能有效地發(fā)現(xiàn)釬焊縫中的不連續(xù)性。

4結(jié)論

4.1超聲波水浸C掃描檢測(cè)能有效地記錄釬著率，是保證組件釬焊質(zhì)量的可靠手段;

4.2檢測(cè)時(shí)應(yīng)按照技術(shù)要求，選擇合適的探頭，正確設(shè)置儀器靈敏度及閘門等參數(shù)，以達(dá)到最佳檢測(cè)效果。

4.3超聲波水浸聚焦探頭對(duì)于檢測(cè)結(jié)果具有決定性因素。

參考文獻(xiàn)：

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第一作者簡(jiǎn)介：

鄭斯宇 男 漢族 本科 中國(guó)航發(fā)航空科技股份有限公司? 工程師 主要從事超聲波檢測(cè)技術(shù)研究