水浸式超聲波探傷在鋁合金中厚板檢測(cè)中的應(yīng)用

摘 要：隨著中國科技的進(jìn)步，大飛機(jī)戰(zhàn)略和汽車輕量化的實(shí)施，高性能的鋁合金中厚板材越來越多的被應(yīng)用于航空、航天、汽車等高技術(shù)領(lǐng)域，水浸式超聲波探傷機(jī)組在鋁合金中厚板生產(chǎn)過程中的重要性也越來越被眾多鋁加工企業(yè)所重視。文章介紹了水浸式超聲波探傷在鋁合金中厚板檢測(cè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鋁合金中厚板；水浸式超聲波探傷；檢測(cè)；缺陷

引言

隨著我國科技的進(jìn)步，有色金屬加工行業(yè)的快速發(fā)展，大飛機(jī)戰(zhàn)略和汽車輕量化的實(shí)施，國內(nèi)鋁加工企業(yè)不斷地更新設(shè)備和創(chuàng)新工藝，高性能的鋁合金中厚板越來越多的被應(yīng)用于航空、航天、汽車等高技術(shù)領(lǐng)域，需求量也越來越大。其中的7XXX系、2XXX系以及6XXX系中厚板廣泛應(yīng)用于航空航天和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。航空航天及交通運(yùn)輸領(lǐng)域，對(duì)鋁合金中厚板的要求非常嚴(yán)格，中厚板中任何微小的缺陷都可能造成整體機(jī)械性能的大大降低，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重事故。由于我國鋁加工設(shè)備和加工工藝存在不穩(wěn)定性，鋁合金中厚板在生產(chǎn)過程中難免會(huì)出現(xiàn)各種缺陷，為確保這些重要用途鋁合金中厚板材的性能，在中厚板生產(chǎn)過程中必須進(jìn)行超聲波探傷。

1 鋁合金中厚板超聲波探傷

探傷方法主要分直接接觸法和水浸探傷法。脈沖反射式接觸探傷是鋁合金板材探傷最基本的方法，在探頭和被探測(cè)板材表面涂一層耦合劑（機(jī)油、甘油等）作為傳聲介質(zhì)，用探頭直接接觸板材進(jìn)行探傷。這種方法多為手動(dòng)檢測(cè)，操作方便，適合現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，成本較低。其缺點(diǎn)是操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)探傷人員的主觀依賴性大，如探傷人員的經(jīng)驗(yàn)、手法和責(zé)任心等，不利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；探傷結(jié)果無有效的圖像化記錄，工作效率低；因耦合劑為油脂的緣故，板材在后續(xù)加工時(shí)，需要對(duì)表面進(jìn)行油污清理，不利于環(huán)境衛(wèi)生的保護(hù)。

脈沖反射式水浸探傷是鋁合金板材探傷中最常見的方法，此法以水作為耦合劑，使探頭發(fā)射的聲波經(jīng)過一段水后再進(jìn)入工件探傷。水浸法的優(yōu)點(diǎn)是探頭與板材不接觸，超聲波的發(fā)射與接收都比較穩(wěn)定，靈敏度高；被檢測(cè)板材的界面回波信號(hào)比發(fā)射脈沖信號(hào)窄得多，能量弱得多，就檢測(cè)板材而言，這大大縮小了盲區(qū)，從而與非液浸法相比，能探測(cè)比較薄的板材；容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，可以檢測(cè)大規(guī)格的板材。其不足是因?yàn)槁暿赶蛐圆睿瑢?duì)探傷不利。水浸探傷法根據(jù)板材和探頭浸沒方式分為全沒液浸法、局部液浸法和噴流式液浸法。實(shí)際鋁板材檢測(cè)中只使用第一種方法，主要因?yàn)槠渌鼉煞N方法的精度不高。

目前鋁合金中厚板檢測(cè)中使用的水浸式超聲波探傷是全沒液浸法的升級(jí)，裝備有相控陣聚焦探頭，使用超聲相控陣。它是通過壓電換能元件規(guī)則排列以及對(duì)每個(gè)元件的發(fā)射時(shí)間和相位加以控制，達(dá)到不更換探頭即可動(dòng)態(tài)改變波束位置和方向。實(shí)際生產(chǎn)中水浸式超聲波探傷使用固定焦點(diǎn)聚焦技術(shù)，在自動(dòng)模式下覆蓋全部鋁板表面，同時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷標(biāo)注，掃查速度可達(dá)300mm/s。當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)再進(jìn)行缺陷評(píng)估再掃查，使用多個(gè)閘門和相控陣聚焦技術(shù)，對(duì)缺陷進(jìn)行精確掃查。其具有探傷時(shí)間短、探傷效率高、探頭不易磨損、自動(dòng)化程度高、檢測(cè)覆蓋率達(dá)100%等優(yōu)點(diǎn)。

2 水浸式超聲波探傷的工藝過程

（1）對(duì)每個(gè)探頭進(jìn)行探傷參數(shù)設(shè)置，作TCG曲線，設(shè)置探傷靈敏度。

（2）天車使用真空吸盤（或?qū)ｉT吊具）將板材吊放到上料裝置，運(yùn)輸裝置自動(dòng)運(yùn)送板材到超聲波探傷儀的升降臺(tái)上。

（3）放置結(jié)束后，主傳動(dòng)電機(jī)（或液壓缸）啟動(dòng)，升降臺(tái)同步下降并進(jìn)行預(yù)噴淋。

（4）板材傾斜入水，底部會(huì)和水接觸以進(jìn)行潤濕，因此可以避免板底聚積氣泡，板材完全入水后應(yīng)水平放置。

（5）當(dāng)鋁板材表面到達(dá)水面以下的下限位置時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)斷開（或液壓缸控制閥關(guān)閉），然后探傷檢測(cè)開始進(jìn)行全方位系統(tǒng)掃描。

（6）板材自動(dòng)標(biāo)記、記錄缺陷。

（7）探傷結(jié)束后，升降臺(tái)將板材提升至水面以上，板材應(yīng)傾斜出水，由水槽輸送輥道將板材輸送至卸料輥道臺(tái)。

（8）進(jìn)行烘干，板材經(jīng)烘干后由天車吊離下線。

3 水浸式超聲波探傷在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用

水浸式超聲波探傷機(jī)列是我司中厚板生產(chǎn)線上必不可少的檢測(cè)設(shè)備，且考慮未來大型飛機(jī)等用材的發(fā)展需求，板材最大規(guī)格（長×寬×厚）為38600mm×4350mm×250mm，而通常情況下需生產(chǎn)檢測(cè)板材尺寸為中小規(guī)格居多。所以要求該水浸式超聲波探傷儀采用雙橋架檢測(cè)，在對(duì)窄尺寸板材進(jìn)行探傷時(shí)需采用雙橋架同時(shí)對(duì)并排放置的兩塊板進(jìn)行檢測(cè)；在對(duì)大規(guī)格板材探傷時(shí)需雙橋架同時(shí)對(duì)一塊板材進(jìn)行檢測(cè)。為了提高生產(chǎn)時(shí)檢測(cè)效率，還進(jìn)行了系列技術(shù)優(yōu)化。在雙橋架同時(shí)對(duì)一塊板材進(jìn)行檢測(cè)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)“無縫拼接”，生成一個(gè)檢測(cè)報(bào)告；在雙橋架同時(shí)對(duì)并排放置的兩塊板材進(jìn)行檢測(cè)時(shí)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)與板材對(duì)應(yīng)分拆拼接問題，一塊板材對(duì)應(yīng)生成一個(gè)檢測(cè)報(bào)告。

采用雙橋架結(jié)構(gòu)方式，可使一條水浸式超聲波探傷機(jī)列年檢測(cè)通過量達(dá)到約3萬噸，相對(duì)于一條單橋架水浸式超聲波機(jī)列年檢測(cè)能力提高一倍，相對(duì)于兩條單橋架水探機(jī)列設(shè)備投資節(jié)約上千萬元。

4 結(jié)束語

水浸式超聲波探傷在鋁合金中厚板檢測(cè)中扮演的角色越來越重要，通過更新?lián)Q代和技術(shù)改造，極大地提高了檢測(cè)能力、檢測(cè)效率及檢測(cè)精度，徹底擺脫了人工探傷，滿足客戶對(duì)探傷的高標(biāo)準(zhǔn)要求，提升了探傷中厚板材在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

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