鉭及鉭合金管超聲波檢測技術研究

任 曉,李軍義

(1.寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司,寧夏石嘴山 753000; 2.西北稀有金屬材料研究院,寧夏石嘴山 753000)

鉭及鉭合金管超聲波檢測技術研究

任 曉1,李軍義2

(1.寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司,寧夏石嘴山 753000; 2.西北稀有金屬材料研究院,寧夏石嘴山 753000)

文章介紹了鉭及其合金管材的超聲波探傷方法檢測的研究過程、結論及方法,對小徑薄壁管材進行超聲波檢測,對其檢測數(shù)據(jù)進行分析、處理;通過相關試驗并結合大量的剖解缺陷分析,確定了不同規(guī)格鉭及其合金管材的超聲波檢測評判方法,對質量改進提供了實踐可行的依據(jù)。

超聲波檢測方法;水浸;缺陷;對比試塊

鉭及其合金管材現(xiàn)已被廣泛應用在航空、航天、醫(yī)療、石油、化工等行業(yè),隨著市場需求不斷擴大,產品要求的質量也不斷提高,要穩(wěn)固占領市場,就要有質量穩(wěn)定的產品。國內外用戶訂購的鉭管已提出進行超聲波檢測[1]。超聲波檢測是無損檢測的一種方法,無損檢測是始終與材料質量、安全聯(lián)系在一起的一門極其重要的應用技術,對其質量控制和安全使用起著舉足輕重的作用。加工管材包括鍛造、擠壓、軋制和冷拔幾種。管材在加工過程中易發(fā)生多種不同情況的缺陷,常見的缺陷有裂紋、折疊起皮、夾雜、氣孔、砂眼、渣眼等。砂眼、渣眼在管材中的位置不定,裂紋則產生在應力集中的部位,有的在內部,有的在表面及近表面。因此,探傷中常根據(jù)缺陷的特征產生的位置,缺陷波形和底波情況來分析、判斷缺陷的性質。任何一種情況,都會使產品在加工過程中出現(xiàn)不同程度的質量問題。目前鉭及其合金管品種多、規(guī)格雜,采用縱波或橫波超聲探傷方法可以檢測材料內部或表面、近表面的缺陷,為穩(wěn)定生產工藝、控制中間轉料、出廠產品質量提供依據(jù),超聲波探傷作為一種檢測手段,是有效控制產品質量的重要環(huán)節(jié)。為了確保管材的質量,研究管材內部或表面、近表面的形成、形態(tài)和產生因素,所以開展了管材超聲波探傷方法的研究[2]。

1 鉭及鉭合金管材超聲波探傷研究

1.1 探傷原理

小直徑管材由于曲率大、壁薄,采用直接接觸法探傷難以實現(xiàn),所以一般采用水浸聚焦法,利用折射波進行探傷,原理如圖1所示。

圖1 管材水浸聚焦橫波探傷原理圖

由超聲波理論可知,當水中入射的超聲縱波射入管材時,管材內就可能產生縱波L和橫波S,其折射角可由折射定律給出[3]:

式中CL1為水中聲速;CL2、CS為管材中縱、橫波的聲速;α為入射角;βL、βΓ為縱、橫波的折射角。

從上式可知,要進行純橫波探傷,入射角須大于第一臨界角而小于第二臨界角,即入射角θ滿足:

試驗證實,小徑薄壁管材探傷折射角為45°,3dB聲束的寬度＜1/2T(壁厚)時可以避免干擾,在管內激發(fā)純橫波。

1.2 實驗方法

探傷中選擇晶片直徑為Φ6～14 mm,頻率為5 MHz的點聚焦水浸探頭。探傷時,則應根據(jù)晶片的大小及所探管材的尺寸選擇適宜的焦距以保證進入管材后的聲束是集中的[4]。內外傷靈敏度相差越小越好。掃查速度不宜過快,應有足夠的覆蓋,以避免漏檢,影響探頭與管材接觸的穩(wěn)定性、探頭掃查入射的方向性。

1.3 對比試塊的設計與制作

對比試塊是調節(jié)探傷靈敏度、評定缺陷大小的依據(jù)。由于管材的外徑、壁厚不同,曲率半徑不同,因此,設計制作不同外徑的管材內、外傷對比試塊。對比試塊的有關數(shù)值列于表1。

1.4 管材試塊試驗及缺陷剖解

小規(guī)格薄壁管材曲率大,選擇水浸法,縱波聚焦探頭檢測效果最佳。加裝自制探頭架,探頭架與被檢管材接觸,探頭或管材作相對旋轉,以發(fā)現(xiàn)管材中的常見缺陷。選Ta2.5WGΦ13×0.4 mm進行對比試塊人工缺陷調試,其刻傷為內壁外壁縱向槽傷,槽傷尺寸為3×0.1×0.05 mm,調試結果如圖2所示(表1中其它對比試塊的調試類似 Ta2.5WGΦ13× 0.4 mm);Ta2.5WGΦ13×0.4 mm管材典型缺陷波形圖對應的實物照片如圖3所示;Ta2.5WGΦ13× 0.4 mm條形缺陷的電子探針照片如圖4所示。

表1 對比試塊的有關數(shù)值 mm

圖2 Ta2.5WGΦ13×0.4 mm試塊的調試波形圖

圖3 Ta2.5WGΦ13×0.4 mm典型缺陷波形對應的實物照片

圖4 T a2.5WGΦ13×0.4 mm電子探針條形缺陷

通過試塊調試試驗,超聲水浸探傷方法,能檢出管材內部起皮、裂紋、凹坑等缺陷。在調試管材試塊過程中,需要按要求設定報警電平,該方法報警電平設定為滿屏的30%～60%。

2 管材的超聲波檢測評判方法

1.整根管材經檢驗未產生缺陷信號或信號幅度低于預先設定的報警電平,則認為此管材檢驗合格。

2.整根管材經檢驗如產生等于或大于預先設定的報警電平的信號,則認為管材是可疑的可針對可疑管材進行評判:(1)重復檢驗整根管材,如產生缺陷信號或信號幅度高,則認為此管材不合格;(2)對可疑部位的可見缺陷清除后,重復檢驗該管材,如產生缺陷信號或信號幅度高,則認為此管材不合格。

3 探傷結論

1.對于鉭及鉭合金管材超聲波探傷,現(xiàn)場測試證明,對小徑薄壁管材采用水浸聚焦方式探傷是可行的。

2.聚焦探頭在試塊上測試結果表明,探頭在聚焦范圍內聲速被聚斂,靈敏度顯著提高。

3.實際探傷與剖解缺陷對應良好,準確率高。利用該技術已對大量管材進行了水浸探傷,效果良好。

[1] 李家偉,陳積懋.無損檢測手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2002.

[2] 中國標準出版社第五編輯室.金屬材料無損檢測方法標準匯編[M].北京:中國標準出版社,2007.

[3] 中國機械工程學會無損檢測學會.超聲波檢測(第2版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.

[4] 《超聲波探傷》編寫組.超聲波探傷[M].北京:電力工業(yè)出版社,1980.

Study of Ultrasonic Inspection Techniques for Tantalum and Tantalum Alloy

REN Xiao1,LI Jun-yi2
(1.Ningxia Orient Tantalum Industry Co,Ltd.,Shizuishan753000,China;2.Northwest Rare Metal Materials Research Institute,Shizuishan753000,China)

The paper introduces the research process,conclusions and method of the tantalum and its alloy tube ultrasonic flaw detection,then it did the ultrasonic testing to the thin-walled tube,and analyzed and handled the test data.Through the relevant testing and a lot of dissection defect analysis,it determined the evaluation method of ultrasonic testing for different specifications of tantalum and its alloy,which provided a viable basis for the quality improvement.

ultrasonic testing method;water-leaching;defect;reference block

TG146.2+3

A

1003-5540(2011)02-0040-03

任 曉(1983-),女,助理工程師,主要從事有色金屬的無損檢測工作。

2011-03-02