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铝合金产品如何选择超声检测方法?相关检测设备应具备什么功能?_拜恩检测-专业第三方检测机构

发表时间:2022-01-17   来源:

 

超声检测是铝合金产品进行无损缺陷分析的重要手段之一。近些年来铝合金产品的品种逐渐增多,规格也有了明显扩增提升,尤其是航空航天,高铁运输等行业的发展,对其质量都提出了较高的要求。江西某铝业公司是国内重点铝加工产品的企业,主要从事铝、镁合金管、棒、型、线、带、锻件、板材、箔材等产品生产及新合金的产品研制开发。由于涉及到新品质量检测,该公司负责人找到我们想委托我们制定一份针对各种铝合金产品的超声检测方案。

铝合金铸锭

 

一、需求背景

目前,有关铝合金产品的超声波检验方法,主要依据国标GB/T 6519-2013 《       变形铝、镁合金产品超声波检验方法》,此外还有两项行业标准YS/T 1188-2017 变形铝合金铸锭超声检测方法》、YS/T 874-2013 《水浸变形铝合金圆铸锭超声波检验方法》可供参考。但是这些标准主要针对变形铝合金的超声检验。

 

变形铝合金在制造过程中产品内部结构(或组织、晶粒)都会产生 “形变”因此而得名,但是类似铝合金铸锭产品(如实心圆铸锭、空心锭,方锭、扁锭等)的超声检测没有具体规定,这些产品由于在制造过程中,金属由于是自然流动—固化,组织晶粒以“球体”状呈现,所以组织没有发生任何形变,因此不属于“变形铝合金”的范畴。因此,我们需要根据铝合金产品的具体情况来选择超声检测方法及适合的设备。

 

二、需求分析

针对铝合金铸件的超声探伤的空白问题,我们分析如下:铸件产品晶粒相对变形加工后(锻件、加压件、轧制件等)产品的晶粒要粗大(组织致密性差),通过我们的大量试验案例证明,虽然铝合金铸件的晶粒(组织致密性)与变形加工后的产品有所差别,但差别很小。我们在对2024合金、7050合金、5083合金扁定和圆锭进行了接触法和水浸自动化检测试验后,检测的结果基本一致,在“良好”状态下的铸件基体,组织致密性也很好,与锻件、棒6材、管材、型材等没有明显的差别。所以,我们得出在相同(频率、检测灵敏度等)条件的情况下,铝合金铸件的超声波信噪比与变形产品基本一致, 所以检测方法具体可根据铝合金的形态进行选择。

 

三、检测方法选择方案

铝合金超声检测方法主要分为纵波检测法和横波检测法。纵波检测适用于检测缺陷大截面与检测面平行的工件,橫波检测适用于检测缺陷大截面与检测面垂直的工件。具体选择参考如下:

1.对于板材应采用纵波对被检样品进行检测,纵波检测可采用接触法或液浸法,优先采用液浸法。

2.对于锻件、挤压棒材、铸态扁锭、铸态圆铸锭,应采用纵波检测,辅助横波检测。对直径小于40毫米挤压棒材,宜采用液浸法进行检测。

3.对于空心锭、挤压厚壁管,应采用横波检测,辅助纵波检测。

 

四、检测设备功能选择方案

超声检测设备主要分为A型脉冲反射式超声检测仪、相控阵超声检测仪、自动化检测圆棒超声检测仪三种。

1.A型脉冲反射式超声检测仪的测试探头直径一般不大于14mm,仪器在规定的检测频率和所要求的灵敏度下具有对接收反射脉冲进行稳定的线性放大能力,超声检测仪的最低使用性能应该满足下表:

性能要求表

2.相控阵超声检测仪主要可以用来检测铝合金板材的缺陷,具体功能要求主要如下:

a、超声电子平台板卡和相控板卡应提供全数字化系统,支持32-128通道相控阵;

b、超声系统通过电脑进行操作,软件为校准和检测提供相应的功能;

c、扫描数据提供A显波形、C扫描图,闸门宜按如下方法设置:第一个闸门用于界面跟踪和耦合监控,第二个闸门用于缺陷检测,第三个闸门用于监视底波波幅和声程;

d、相控阵超声检测仪的通道数应满足板材深度区域内所使用的探头需要,宜具备32-128个发射通道和32-128个接收通道;

e、相控阵超声检测仪应具备动态深度聚焦功能,该功能应集成在相控阵操作软件中,该功能与超声相控阵探头配合使用可保证在整个板材检测深度范围内的声束宽度大致相同;

f、相控阵超声检测仪应具备TCG功能;

g、动态深度聚焦发射时聚焦位置,应于被检试样的近场区内。

 

3.自动化检测圆棒超声检测仪主要用来检测铝合金挤压圆棒、圆铸锭、圆空心锭等产品的缺陷, 仪器应具备如下功能:

a、超声水浸法使用的仪器对于大规格的圆棒需要具备大的发射功率(电压),多通道仪器检测的重复频率应大于10KHz~20KHz,且可以连续可调;

b、仪器至少具备3个闸门,且有界面跟踪和底波衰减监控功能;

c、仪器应具备曲线报警或补偿功能;

d、超声仪器应具备缺陷位置(埋深、长度)记录和显示尺寸功能;

e、在条件允许的情况下,应优先使用具备DAC/TCG曲线功能的多通道-数字型超声检测仪。

五、检测条件要求方案

 

1.超声检测人员

应超声检测人员要求必须只能从事与本人获得的资格证书中产品门类、技术等级相应的工作。

 

2.检测环境

超声检测场所不应有强磁、震动、高频、高温、潮湿、灰尘、腐蚀性气体、电源波动和机械噪声等对人员或设备有害或影响正常操作的因素存在。

 

3.检测时机

超声检测应在工件最终热处理之后、包装前进行。需要机械加工成工件时,超声检测应在加工前进行。

 

4.灵敏度标准化调校

接触法检测,在检测开始、连续工作2小时以上及检测工作完成后,应进行灵敏度校验。自动化检测,在检测开始及连续工作4小时以上,应进行灵敏度校验,校验点不小于三点。

 

5.信噪比

在一定检测条件下,信噪比应>6dB;如果信噪比≤6dB,则说明该检测条件不适合此工件。

 

6.扫查速度

为保证有效观察到缺陷回波显示,手动扫查速度应≤254mm/s。对于水浸-自动化检测,在保证自动跟踪系统对被检工件弯曲等原因引起的(界面波、底波等)波形在荧光屏上大范围(左右)移动可有效跟踪、保证检测可靠性的前提下,可适当提高扫查速度。

 

7.探头调校

a、相控阵探头应符合,线阵列探头中心频率一般为7.5-15MHz,阵元数宜为128。

b、应依据相控阵探头的被动孔径尺寸来确定虚拟探头的主动孔径尺寸即阵元数量。

c、相控阵虚拟探头主动孔径与被动孔径比比宜接近1。

d、阵元相对灵敏度范围:阵元间灵敏度最大差值不大于6dB。

e、虚拟探头中,每相邻10个或更多个阵元中坏阵元个数应不大于1,不足10个阵元的探头,应没有坏晶片.阵元间灵敏度最大差值大于等于12dB定义为坏死点。

f、相控阵虚拟探头应具有一定的声束一致性,同一深度的人工反射体回波幅度的平均值偏差应小于最大振幅的10%。

g、每种探头应建立和记录距离波幅曲线,应选择一组埋深不同的、根据验收等级确定的平底孔纵波标准试块,获得的一组距离波幅曲线。当检测使用这种探头时,若对比试块得到的波幅与原曲线相差10%,则应对此探头的性能重新评定.应不超过90天间隔期对距离波幅曲线所有埋深平底孔对比试块全面校验;检测过程中的曲线校对应在不同的方法中具体规定。

h、在规定的标准试块上测试横波探头距离-波幅曲线,用横波标准试块测埋深不同短横孔波高,记录测试参数,画出距离-波幅曲线。

 

8.被检工件

工件温度被检工件温度应在22℃±15℃范围内。表面状态被检工件表面应光洁、平整,不允许有氧化皮、折叠、金属粘敷、油污等杂物存在,不同验收等级的表面粗糙度应符合下表。

粗糙度要求表

超声检测

 

六、检测方案及反馈

目前,有关铝合金产品超声检测的国外相应标准 ASTM B594-2019 《航空用变形铝合金产品超声波检测方法》、ASTM E127《铝合金超声波文件参考试块制作和检测方法》)、 ASTM E317《不使用电子测量仪的反射式超声波脉冲探伤仪和系统性能特性评估的文件方法》、AMS-STD-2154 《变形金属超声探伤方法》均已更新换版。该检测方案对相关人员、样品、环境、检验参数设定、检测工艺、辅机装备、 探头等方面都提出了明确要求,并且针对产品的形态怎么选择检测方法,相关检测设备应该具备哪些功能都做了明确说明,对于铝合金生产厂商来说极具参考价值,该铝业公司对该方案也表示了认同。

 

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