7075-T6包鋁材料電導率測試分析和處理

鐘麗英，張亞榮，薛　磊，張敬彤，楊書勤

(陜西飛機工業(集團)有限公司， 漢中 723215)

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7075-T6包鋁材料電導率測試分析和處理

鐘麗英，張亞榮，薛磊，張敬彤，楊書勤

(陜西飛機工業(集團)有限公司， 漢中 723215)

摘要：鋁合金熱處理質量的檢驗一般是通過測量其電導率來進行間接評價的。使用Sigmatest 2.069渦流電導率儀，測量厚度為0.04英寸7075-T6包鋁材料的電導率時，發現測量結果始終不符合驗收標準。對此,進行了原因分析和驗證試驗，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率修正值。

關鍵詞：鋁合金；電導率；驗收標準；修正值

鋁合金材料的硬度和熱處理狀況會影響其在生產中的使用。硬度檢驗采用的是破壞性測量方法，熱處理質量評價一般通過測試其電導率間接進行。

利用量值準確的電導率標準試塊[1]校準性能合格的電導儀，并測試鋁合金電導率。只要試件的厚度、大小、表面狀態等滿足測試條件要求，就可以直接測試出材料和零件的電導率[2]，并按相關標準規定的電導率進行鋁合金牌號、狀態的識別或分選。

17075-T6包鋁材料電導率測試

1.1波音鋁合金電導率測試標準

波音企業標準BAC 5946AA《鋁合金狀態檢驗》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)材料的電導率驗收范圍。

BSS 7351E《渦流電導率檢驗——直接讀數法》標準給出了薄規格材料、包鋁材料、曲面材料、 表面涂層在一些特殊檢測條件而需要修正的部分儀器的修正數值。未列在BSS 7351E中的儀器，則使用儀器制造商提供的修正數值。

BAC 5651A《渦流電導率檢驗》標準規定了用渦流方法測試非鐵磁性材料電導率的要求。

1.2測試對象與條件

包鋁合金7075，熱處理后狀態T6，厚度0.04英寸。采用Sigmatest 2.069渦流電導率儀和Sigmatest D 2.068渦流電導率儀。測試頻率選用60 kHz。

1.3測試步驟

嚴格按照BSS 7351E中5.1的步驟進行測試。

(1) 檢驗人員從BAC 5946AA中(見表1)獲得被檢零件7075-T6的電導率驗收限(未修正的)，數值為30.0%～35.0%IACS(1%IACS=5.8×105S·m-1)。

(2) 包鋁薄規格零件的電導率修正值見儀器供應商提供的Sigmatest 2.069修正表(見表2)。30.0%～35.0%IACS對應厚度0.04英寸，修正后的驗收范圍是35.5%～37.5%IACS。

表1　電導率和硬度驗收極限

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

(3) 測試結果記錄在相應的書面記錄上，并修整到精確度0.5%。此批次測試結果見表3(合格數為0,不合格數為3)。電導率測試值在33.5%～34.5%IACS間，低于35.5%～37.5%IACS的驗收要求。之后又有幾批次同類材料在進行測試時，存在同樣的問題。

表3　轉包原材料電導率測試記錄　%IACS

2測試結果分析及驗證試驗

2.1測試結果分析

測試結果與要求不符，經過分析,可能有下列原因：

(1) 測試方法及設備的調試不符合標準要求：未嚴格按Sigmatest 2.069儀器操作程序對設備進行校準，測試的頻率未按要求采用60 kHz。

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

(3) 材料牌號及狀態：材料牌號選用不正確。

(4) 熱處理時效時間不夠。

(5) 零件/材料厚度：由于零件的厚度不同導致電導率的修正數值不同，需要確認零件厚度有無偏差。在拒收厚度小于1.50 mm的零件前，應用千分尺或等效量具確定檢驗區厚度，并證實該電導率測試值是在此零件薄規格厚度基礎上得出的數值。

2.2驗證試驗

(1) 按照BSS7351E要求，為了保證電導儀、探頭、標準塊、測試零件和測試地點的環境溫度之間的溫度差最小，零件和檢驗設備要求在同一檢驗條件下放置至少1 h。

(2) 嚴格按Sigmatest 2.069儀器操作程序對設備進行校準，測試的頻率采用60 kHz。

(3) 分別由持有渦流轉包資格證的4位人員獨立操作，測試結果幾乎沒有差異，仍然不合格。

(4) 通過化學分析，證明材料牌號為7050。

(5) 當電導率數值低于驗收范圍時，一般通過延長時效時間來提高電導率數值。因此，將被檢材料的時效時間延長2 h后測試，結果還是不符合驗收要求；再將時效時間延長到4 h后測試，電導率提高了0.5%IACS左右，但仍然低于驗收值，不符合驗收要求。

(6) 用千分尺測量這三件材料的厚度，在0.04英寸公差范圍之內，說明通過表2查的修正值沒有錯誤。

通過以上驗證試驗(針對Sigmatest 2.069儀器)，排除了2.1中所述的可能影響檢測結果的因素。分析之后，決定采取下列試驗判定該批包鋁零件是否可以驗收。

2.3使用Sigmatest D 2.068渦流電導率儀

考慮到不同型號的渦流電導率儀，由于受線圈尺寸、結構及儀器信號處理電路等因素的影響，即使采用的測試頻率相同，其對于上述各項影響因素的響應也并不相同，甚至可能存在較大的差異；因此在實際測試時，必須針對具體的儀器建立或制定適用的修正關系或修正系數，以消除或補償相關的影響。

通過對不同儀器進行測試，實測值會有一些變化，但對于測量結果是無影響的。因此決定更換儀器進行測試。

使用Sigmatest D 2.068渦流電導率儀，通過查找BSS 7351E中該材料的包鋁修正值(見表4)進行修正，其修正后的驗收范圍應在33.0%～37.5%IACS。實際測量值見表5，可見這些零件的電導率值都在驗收合格范圍之內(合格數為3，不合格數為0)。則，該批零件可以驗收。

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

表5　轉包原材料電導率測試記錄　%IACS

2.4去除包鋁層測試

因為包鋁是在鋁合金的表面鍍上純鋁后，電導率值發生變化的，故可通過試驗后對裸鋁的電導率值進行修正,也可通過查表直接進行修正。

對于包鋁材料，若電導率實測值不符合驗收范圍的要求時，可在征得工程部門同意后在檢驗區或隨爐試樣上去除包鋁層后進行檢驗，按裸鋁驗收范圍進行驗收。由于儀器供應商提供的Sigmatest 2.069修正表(見表2)修正出來的測試結果不符合要求,故只好通過去除包鋁層來判定該批零件是否合格。

包鋁層的去除，筆者遵循BSS 7351E標準第5.1.3.2條款中 2)(b)條“對于厚度小于0.063英寸的零件/材料，應去除材料兩側包鋁層，應用千分尺或等效量具測量確定檢測區厚度，并使用與裸鋁厚度規格相同的修正系數。僅在去除部分測量電導率”的規定。

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

通過查找儀器供應商提供的Sigmatest 2.069修正表(見表6)中該材料的裸鋁修正值，即對應厚度為0.025英寸的7075-T6裸鋁材料，修正后的驗收范圍為29.0%～35.0%IACS。檢測結果見表7(合格數為2,不合格數為0)。電導率測量值在30.5%～32.0%IACS之間，符合29.0%～35.0%IACS的驗收要求。該批零件可以驗收。

2.5測量硬度

各種牌號的鋁合金的電導率值與其硬度、熱處理狀態之間并不是簡單的一一對應關系。因此對于不同牌號和熱處理狀態的鋁及鋁合金，如果測得的電導率值在規定的驗收范圍內，可推斷其硬度合格；反之，測得的數值超出驗收范圍內的，決不能由電導率值判定該試件為不合格品，而需要對其作補充硬度試驗，并對硬度試驗結果作進一步的分析和判定。

如測量硬度的結果也符合要求,則該批零件可以驗收。

2.6驗證試驗分析

通過更換儀器使用Sigmatest D 2.068渦流電導率儀，去除包鋁層后按裸鋁驗收范圍進行驗收，以及測量硬度，該批零件都屬于可以驗收的合格零件。只有使用Sigmatest 2.069渦流電導率儀測試才會出現驗收不合格的問題。

觀察表4發現，用Sigmatest D 2.068儀器測試厚度為0.04英寸的7050-T6包鋁材料時，對應于30.0%IACS的修正值為33.0%IACS，無論橫比表中數值33.5、32.5，還是縱比表中數值32.0、34.0，該數值都比較符合插入法規律。但是對于表2，發現用Sigmatest 2.069儀器測試厚度為0.04英寸的7050-T6包鋁材料時，對應于30.0%IACS的修正值為35.5%IACS，無論橫比表中數值33.5、32.5，還是縱比表中數值33.5、35.0，該數值都屬于拐點。

表6　Sigmatest 2.069薄規格裸鋁材料經修正的電導率(60 kHz)　%IACS

表7　 轉包原材料電導率測試記錄　　%IACS

筆者就該問題詢問別的航空廠家，他們也存在同樣的問題。通過上述分析，筆者認為使用Sigmatest 2.069儀檢測厚度為0.04英寸的7075-T6包鋁材料，其修正值不正確。接下來，筆者將通過試驗找出Sigmatest 2.069儀器測試厚度為0.04英寸的7050-T6包鋁材料的電導率修正值。

2.7確定修正值

對不同批次同類材料進行了大量測試并記錄測試結果，厚度為0.04英寸的7050-T6包鋁材料，測量的電導率最小值修整后在33.5%～ 34.0%IACS間。筆者認為對應于30.0%IACS的0.04英寸7075-T6包鋁材料的電導率修正值應為33.5%IACS。

3問題處理

將Sigmatest 2.069儀器測試厚度為0.04英寸的7050-T6包鋁材料中出現的問題，測試結果分析和驗證試驗分析，以及經試驗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對2024，7075，7079，7178系列材料重新進行試驗，并對表格里提供的所有修正值反復進行試驗及驗證，半年后，對全球用戶提供更新后的版本。新版本中使用Sigmatest 2.069測試厚度為0.04英寸的7050-T6包鋁材料，對應于30.0%IACS的修正值更新為33.5%IACS(見表8)。

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

4結論

針對測試薄規格包鋁材料電導率出現的問題，可按如下步驟解決：首先確保測試設備的調試符合標準要求，接下來通過延長時效、化學分析材料的成分確定材料及熱處理工藝沒有問題;然后,通過不同儀器測量，對測試的結果進行對比；最后,通過去除包鋁層及測量硬度來驗證測試結果的正確性。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率修正值，具有一定的實用價值。

參考文獻:

[1]國防科技工業無損檢測人員資格鑒定與認證培訓教材編審委員會編.渦流檢測[M].北京：機械工業出版社2004.

[2]任吉林,林俊明.電磁無損檢測[M].北京：科學出版社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

中圖分類號：TG115.28

文獻標志碼：A

文章編號：1000-6656(2016)04-0041-04

DOI:10.11973/wsjc201604011

作者簡介：鐘麗英(1969-)，女，工程師，本科， 主要從事無損檢測工作。通信作者：楊書勤(1984-)，男，工程師，碩士，主要從事理化檢驗及無損檢測工作， E-mail: 330107601@qq.com。

收稿日期：2015-08-09