摩擦焊焊縫的超聲檢測技術(shù)應(yīng)用

孫國榮

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

摩擦焊焊縫的超聲檢測技術(shù)應(yīng)用

孫國榮

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

本文對比介紹了兩種檢測摩擦焊焊縫的超聲波檢測技術(shù)。

摩擦焊；焊縫；超聲波檢測

摩擦焊屬壓焊的一種，是利用焊接接觸端面的相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中相互摩擦產(chǎn)生熱量，從而使端部達(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。因此為工業(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，用射線檢測比較理想，而未熔合和裂紋為平面型缺陷，利用超聲檢測較為理想。

1 檢測方法簡介

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，從危害程度來說，裂紋和未熔合是平面型缺陷，危害性較大。未熔合產(chǎn)生的方向主要是沿坡口面，當(dāng)零件為環(huán)形對接焊縫時(shí)，未熔合應(yīng)為垂直于零件軸線方向，此類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，當(dāng)由于零件結(jié)構(gòu)原因，無法從兩側(cè)進(jìn)行檢測時(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。

1.1.1 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)行檢測的技術(shù)。通常在探頭與檢測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。

1.1.2 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，聲波通過水進(jìn)入試件進(jìn)行檢測的技術(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；另外，檢測盲區(qū)小，可檢測較薄的試件；便于實(shí)現(xiàn)聚焦聲束檢測，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高分辨率檢測需要；同時(shí)便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測，減少了人為因素對檢測可靠性的影響。

1.2 Delta shuttle法

Delta shuttle檢測技術(shù)屬于一種特殊的穿透法，常規(guī)穿透法檢測靈敏度低，操作復(fù)雜，但 Delta shuttle檢測技術(shù)不同于常規(guī)的穿透法檢測，它是專門為焊縫檢驗(yàn)而發(fā)展的一種特殊超聲波無損檢測方法，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)如下。

（1）能檢測傳統(tǒng)脈沖反射技術(shù)無法檢測的微小缺陷。

（2）能夠檢測零件內(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)如下。

（1）相對傳統(tǒng)技術(shù)來說比較復(fù)雜。

（2）有低的信號 /噪聲比。

2 檢測

超聲檢測時(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、不同埋深人工缺陷的對比試塊，用以驗(yàn)證設(shè)備性能。

2.1 檢測

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)尺寸滿足此要求，則可以進(jìn)行接觸式脈沖回波法檢測。

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，可實(shí)現(xiàn)高靈敏度檢測，根據(jù)零件厚度可采用高頻點(diǎn)聚焦探頭對零件進(jìn)行檢測。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)備對某摩擦焊焊縫進(jìn)行了檢測。

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，檢測可采取手動(dòng)方式，也可采取半自動(dòng)方式。通過調(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。該方法操作簡便，但檢測可靠性低。

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、環(huán)類零件的檢測，也可進(jìn)行平板類零件的檢測，該設(shè)備具有7個(gè)軸，可實(shí)現(xiàn)不同角度的斜入射檢測，因此可用于焊縫類零件的橫波脈沖反射法檢測。試驗(yàn)過程中，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°折射角對其他缺陷不靈敏，65°折射角也只能發(fā)現(xiàn)對比試塊中的 2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，對試塊進(jìn)行檢測，可發(fā)現(xiàn)所有缺陷。

3 結(jié)果對比

我們對原來經(jīng) MD-400型半自動(dòng)水浸 A掃描設(shè)備檢測 報(bào) 廢 的零 件 用 LS-200和 delta shuttle設(shè) 備進(jìn) 行 檢測對比，檢測數(shù)據(jù)對比見表1。

4 分析

增益（dB）值的不同說明 Delta shuttle檢測技術(shù)聲程短、衰減小，剩余靈敏度高；入射次數(shù)不同可以看出檢測的準(zhǔn)備過程時(shí)間不同，體現(xiàn)在方法的可操作性上，Delta shuttle檢測技術(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，無幻像顯示，檢測效率高。

5 結(jié)語

綜上所述，橫波脈沖反射技術(shù)和 delta shuttle檢測技術(shù)均可對摩擦焊焊縫進(jìn)行有效檢測，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]無損檢測綜合知識 [M].機(jī)械工業(yè)出版社，154-155.

[2]航空制造工程手冊 [M].工藝檢測 .航空工業(yè)出版社 .

TG441.7

A

1671-0711（2017）07（下）-0102-02