TA1/Q345R爆炸復(fù)合板結(jié)合界面超聲波成像試驗(yàn)

劉燕平，趙 惠，張 磊，王禮營(yíng)

(1.西安天力金屬?gòu)?fù)合材料有限公司， 西安 710201;2.陜西省層狀金屬?gòu)?fù)合材料工程研究中心， 西安 710201;3.國(guó)地聯(lián)合工程研究中心， 西安 710201)

爆炸復(fù)合板因兼具基體金屬組元各自的優(yōu)點(diǎn)，可獲得單一金屬所不具有的物理和化學(xué)性能，節(jié)約大量的有色金屬、稀有金屬。目前已被廣泛應(yīng)用于石油化工、火電核電、航空航天等領(lǐng)域。

層狀金屬?gòu)?fù)合板的爆炸復(fù)合過(guò)程瞬間完成，其整體性能主要依賴于復(fù)合板波形界面的結(jié)合強(qiáng)度，而材料缺陷、板面板型、間隙、排氣等因素都可能使其出現(xiàn)局部沖刷條、熔化等弱結(jié)合現(xiàn)象，導(dǎo)致復(fù)合板在后續(xù)機(jī)加工過(guò)程中開裂。目前常規(guī)的非破壞性檢測(cè)[1-6]方法確定這些弱結(jié)合區(qū)域的存在非常困難，因此，檢測(cè)復(fù)合板界面的弱結(jié)合區(qū)對(duì)于爆炸復(fù)合工藝的改進(jìn)及產(chǎn)品性能的提高尤為迫切。

文章以鈦鋼爆炸復(fù)合板為研究對(duì)象，利用超聲波技術(shù)檢測(cè)復(fù)合板的界面形貌，其檢測(cè)結(jié)果有助于對(duì)復(fù)合板的結(jié)合強(qiáng)度做出初步判斷，也為爆炸復(fù)合工藝的改善提供了依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)材料選用規(guī)格為2.5/85×150×100 mm的TA1/Q345R爆炸復(fù)合板試塊，實(shí)物見圖1。

采用的多通道超聲波自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備主機(jī)型號(hào)為Omniscan ix，探頭選用GE的15M點(diǎn)聚焦式水浸超聲探頭(如圖2所示)。采用不同的掃描參數(shù)對(duì)鈦鋼復(fù)合板進(jìn)行超聲C掃描(以下簡(jiǎn)稱C掃)，試驗(yàn)方案如表1所示。

表1 三組掃描試驗(yàn)參數(shù)

2 超聲掃描試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖3為不同試驗(yàn)參數(shù)下的鈦/鋼復(fù)合板界面C掃圖像，圖4為復(fù)合板基復(fù)層分離后，復(fù)層側(cè)界面的真實(shí)形貌?？梢钥闯觯簩?duì)爆炸焊接鈦/鋼復(fù)合板試塊進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)界面成像，界面具有的波形及熔化等不同狀態(tài)的形貌均清晰的呈現(xiàn)，且與撕開后復(fù)層一側(cè)的實(shí)際形貌具有極高的吻合度；對(duì)比三組參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果可以看出：采用試驗(yàn)1中參數(shù)進(jìn)行掃描，所得C掃圖像較試驗(yàn)2、試驗(yàn)3更為清晰，這主要受掃描參數(shù)步長(zhǎng)大小的影響，掃描速度的影響不大。這點(diǎn)在后續(xù)試驗(yàn)中也可以看出(如圖5、圖6所示)。

作者又分別選取復(fù)層厚度為3 mm、4 mm的鈦/鋼復(fù)合板(SB265 Gr.1/SA516 Gr.70)進(jìn)行C掃成像，其中，復(fù)層3 mm鈦/鋼復(fù)合板試板設(shè)置的步長(zhǎng)為0.2 mm，速度為6 m/min，復(fù)層4 mm鈦/鋼復(fù)合板試板設(shè)置的步長(zhǎng)為0.2 mm，速度12 m/min，試驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6所示。

從掃描結(jié)果可以看出：復(fù)層厚度為3 mm和4 mm的鈦/鋼復(fù)合板，均成功實(shí)現(xiàn)了界面的C掃成像，且在掃描速度增大至兩倍時(shí)，對(duì)掃描效果幾乎沒(méi)有任何影響。與復(fù)層2.5 mm的鈦/鋼復(fù)合板的試驗(yàn)1結(jié)果相比，可以得出：在試驗(yàn)所采用的復(fù)合板范圍內(nèi)，復(fù)層越厚，掃描效果越好，越清晰。這是因?yàn)閺?fù)層越厚，復(fù)合板A掃波中水/鈦的界面波和鈦/鋼界面波更易區(qū)分。

3 結(jié)論

1) 采用超聲波C掃描技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)鈦/鋼爆炸復(fù)合板的界面成像；同一規(guī)格的鈦/鋼復(fù)合板，步進(jìn)越小，成像效果越佳。

2) 在試驗(yàn)所采用的復(fù)合板范圍內(nèi)，復(fù)層越厚，掃描效果越好，越清晰；掃描速度的變化對(duì)掃描效果的影響不大。