TA1/Q345R爆炸復合板結合界面超聲波成像試驗

劉燕平，趙 惠，張 磊，王禮營

(1.西安天力金屬復合材料有限公司， 西安 710201;2.陜西省層狀金屬復合材料工程研究中心， 西安 710201;3.國地聯合工程研究中心， 西安 710201)

爆炸復合板因兼具基體金屬組元各自的優點，可獲得單一金屬所不具有的物理和化學性能，節約大量的有色金屬、稀有金屬。目前已被廣泛應用于石油化工、火電核電、航空航天等領域。

層狀金屬復合板的爆炸復合過程瞬間完成，其整體性能主要依賴于復合板波形界面的結合強度，而材料缺陷、板面板型、間隙、排氣等因素都可能使其出現局部沖刷條、熔化等弱結合現象，導致復合板在后續機加工過程中開裂。目前常規的非破壞性檢測[1-6]方法確定這些弱結合區域的存在非常困難，因此，檢測復合板界面的弱結合區對于爆炸復合工藝的改進及產品性能的提高尤為迫切。

文章以鈦鋼爆炸復合板為研究對象，利用超聲波技術檢測復合板的界面形貌，其檢測結果有助于對復合板的結合強度做出初步判斷，也為爆炸復合工藝的改善提供了依據。

1 試驗材料和試驗設備

試驗材料選用規格為2.5/85×150×100 mm的TA1/Q345R爆炸復合板試塊，實物見圖1。

采用的多通道超聲波自動檢測設備主機型號為Omniscan ix，探頭選用GE的15M點聚焦式水浸超聲探頭(如圖2所示)。采用不同的掃描參數對鈦鋼復合板進行超聲C掃描(以下簡稱C掃)，試驗方案如表1所示。

表1 三組掃描試驗參數

2 超聲掃描試驗結果與分析

圖3為不同試驗參數下的鈦/鋼復合板界面C掃圖像，圖4為復合板基復層分離后，復層側界面的真實形貌。可以看出：對爆炸焊接鈦/鋼復合板試塊進行超聲波無損檢測，可以實現界面成像，界面具有的波形及熔化等不同狀態的形貌均清晰的呈現，且與撕開后復層一側的實際形貌具有極高的吻合度；對比三組參數試驗結果可以看出：采用試驗1中參數進行掃描，所得C掃圖像較試驗2、試驗3更為清晰，這主要受掃描參數步長大小的影響，掃描速度的影響不大。這點在后續試驗中也可以看出(如圖5、圖6所示)。

作者又分別選取復層厚度為3 mm、4 mm的鈦/鋼復合板(SB265 Gr.1/SA516 Gr.70)進行C掃成像，其中，復層3 mm鈦/鋼復合板試板設置的步長為0.2 mm，速度為6 m/min，復層4 mm鈦/鋼復合板試板設置的步長為0.2 mm，速度12 m/min，試驗結果如圖5、圖6所示。

從掃描結果可以看出：復層厚度為3 mm和4 mm的鈦/鋼復合板，均成功實現了界面的C掃成像，且在掃描速度增大至兩倍時，對掃描效果幾乎沒有任何影響。與復層2.5 mm的鈦/鋼復合板的試驗1結果相比，可以得出：在試驗所采用的復合板范圍內，復層越厚，掃描效果越好，越清晰。這是因為復層越厚，復合板A掃波中水/鈦的界面波和鈦/鋼界面波更易區分。

3 結論

1) 采用超聲波C掃描技術可以實現鈦/鋼爆炸復合板的界面成像；同一規格的鈦/鋼復合板，步進越小，成像效果越佳。

2) 在試驗所采用的復合板范圍內，復層越厚，掃描效果越好，越清晰；掃描速度的變化對掃描效果的影響不大。