水浸超聲技術(shù)在銅合金管材內(nèi)部探傷中的應用試驗

孫慧廣，曲士剛，蘇偉強，張凱勝，馬麗瑤

（1.哈爾濱工程大學 自動化學院，哈爾濱 150001；2.中國航發(fā)哈爾濱軸承有限公司 技術(shù)管理部，哈爾濱 150027）

銅合金管材是軸承保持架的常用材料。保持架制造需經(jīng)過投料、車磨、鉆銑孔和電鍍等復雜工序，除會出現(xiàn)表面缺陷外，還容易出現(xiàn)裂紋、氣泡和縮尾等內(nèi)部缺陷，對軸承的使用造成危害[1]。這些內(nèi)部缺陷一般采用水浸超聲波探傷[2]，現(xiàn)對采用水浸超聲技術(shù)檢測銅合金管材的準確性及應用開展一系列研究。

1 試驗

1.1 銅合金管材水浸超聲檢測

分別以缺陷當量直徑不允許大于0.4，0.8和1.2 mm這3個驗收等級，采用縱波垂直外徑入射法，通過MZ-03水浸超聲設(shè)備上15 MHz的探頭對外徑172 mm、壁厚16 mm、長度300 mm的50根硅青銅管進行檢測。

1.2 水浸超聲檢測準確性驗證

首先使用保持架切斷機將已定位好缺陷的硅青銅管切割成3個圓環(huán)，然后采用線切割將缺陷所在附近部位切割成適合磨拋的樣塊，再使用MPJ-型金相試樣磨平機將3個樣塊從內(nèi)徑方向粗磨至距定位缺陷1 mm處，最后采用MP-2A型金相試樣磨拋機進行細磨。為防止磨屑堵塞缺陷，配制含20% ～26%硝酸、20%～26%硫酸和0.2%～0.4%鹽酸的酸洗液，將樣塊每磨約0.2 mm后酸洗1 min觀察是否出現(xiàn)缺陷。

對已出現(xiàn)的缺陷標注后采用理化方法進行分析，并與水浸超聲檢測結(jié)果進行對比。

對一直無缺陷出現(xiàn)的已定位處，根據(jù)YS／T 448—2002《銅及銅合金鑄造和加工制品宏觀組織檢驗方法》的規(guī)定，采用50%硝酸酸洗10 min，以進一步判斷缺陷是否在其內(nèi)部。

2 結(jié)果與分析

2.1 銅合金管材水浸超聲檢測結(jié)果

經(jīng)水浸超聲檢測，每根銅管中當量直徑大于0.4 mm的缺陷已經(jīng)用油漆筆標注。17根銅管的不連續(xù)性缺陷當量直徑不小于0.8 mm，均配有C掃描圖；另外33根銅管的不連續(xù)性缺陷當量直徑小于0.8 mm。根據(jù)水浸超聲檢測報告，選取缺陷當量直徑和缺陷面積分布較廣且具有代表性的1＃和26＃硅青銅管，其缺陷當量直徑均大于0.4 mm，故不允許驗收，同時進行詳細標注。1＃硅青銅管存在8處缺陷，26＃硅青銅管存在18處缺陷，具體參數(shù)分別見表1和表2。

表1 1＃硅青銅管水浸超聲檢測結(jié)果Tab.1 Water immersion ultrasonic inspection results for silicon bronze tube 1＃

表2 26＃硅青銅管水浸超聲檢測結(jié)果Tab.2 Water immersion ultrasonic inspection results for silicon bronze tube 26＃

由表1和表2可知，缺陷當量直徑為0.4～0.8 mm時，缺陷面積為0.216～2.546 mm2；缺陷當量直徑為0.8～1.2mm時，缺陷面積為2.172～22.531 mm2；缺陷當量直徑大于1.2 mm時，缺陷面積為54.520 mm2。

2.2 水浸超聲檢測結(jié)果與理化分析結(jié)果對比

考慮缺陷當量直徑、缺陷面積的全面性及缺陷位置分布情況，將1＃硅青銅管上標注的缺陷C1，C4和C5處以及26＃硅青銅管標注的缺陷D3，D9和D10處磨拋、酸洗后進行理化分析，發(fā)現(xiàn)C1和D9處存在缺陷，其他標注處并未發(fā)現(xiàn)缺陷，具體見表3。

表3 標注缺陷的硅青銅管的試驗驗證結(jié)果比較Tab.3 Comparison of verification test results of silicon bronze tubes labeled by defects

采用體視顯微鏡放大觀察可知，C1缺陷長0.59 mm，寬0.28 mm，缺陷埋深8.55 mm，形貌如圖1所示。D9缺陷呈線形，與軋制方向一致，長約1.00 mm，寬約0.05 mm，形貌如圖2所示。

圖1 C1缺陷形貌 （10×）Fig.1 Morphology of defect C1（10×）

圖2 D9缺陷形貌 （63×）Fig.2 Morphology of defect D9（63×）

缺陷C1和D9的位置與水浸超聲檢測報告中的缺陷位置相符。依據(jù)YS／T 662—2007《銅及銅合金擠制管》可知，缺陷C1為氣孔，缺陷D9為發(fā)紋。D3，C4，C5，D10處一直無缺陷出現(xiàn)，為進一步判斷缺陷是否在其內(nèi)部，根據(jù)YS／T 448—2002規(guī)定，采用50%硝酸酸洗10 min后脫水烘干，通過外觀檢查難以觀察到缺陷，原因是磨拋方向選擇不當導致磨拋面缺陷尺寸過小。對于當量直徑大于0.8 mm且面積不小于4.599 mm2的缺陷，銅合金管材水浸超聲檢測結(jié)果準確。