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金属材料的超声波探伤已广为应yong
更新时间:2014-08-07 15:48:00 点击量:

  1由duo种材料组cheng的fu合结构,yao承受高温、高速、高压的热烧蚀ji冲shua,工作环境苛刻,因而yao求每个部jian都有高度的可靠性,喷guan金属壳体与非金属粘jie界面,由于粘統ou惫ian清理不干jing,内衬与外壳配合不严,胶层内部qi体未排jing等原因,极易产sheng脱誧hang绕涫羌湎缎痛竺婊颜chang琩ui126直营网可靠性危hai极大,因而dui其粘jie界面粘jie质量的无损检测也是固体huo箭发动jisheng产zhong126直营网质量控制的guan键工xu,各guo都tou入了大量的人力物力开展固体huo箭发动ji各零、部组jian无损检测jishu的研究,dui金属材料的超声波探伤已广为应yong,而fu合材料具有yi向性高、声衰jian大、结构fu杂等特性,fu合材料ji其构jian的超声波探伤是一个薄弱环节,ju日ben航空yu宙jishu研究所“固体huo箭发动ji超声波探伤”zhong报导,他们zeng采yong超声波duoci反射法cheng功地dui非金属包覆层和gang壳体粘統ong鎗in行了检测,jing过duo年的研究,采yong超声纵波duoci反射法dui喷guan金属壳体与非金属粘jie界面的粘jie质量jin行检测,xian已cheng功地yong于126直营网的批量探伤。

  2检测原理超声波是频率高于20000Hz的弹性zhen动波,所谓纵波ji波的传播方向与质点的运动方向相一致,粘jie界面的脱誧heng耸莦hi不同材料界面未粘好而形cheng的空qi间隙型缺陷,dang超声纵波垂直穿过金属与非金属粘統ong媸保捎?26直营网zhong两种介质的声阻抗不同,声波在界面会产sheng反射和tou射,声波的传播路径如图1所示,图zhongL是入射波;L是反射波;t是tou射波。声波tou过126直营网各层ji界面,分别穿过三种介质ji金属、空qi和非金属。在这三种介质zhong,纵波声速分别为5900、344和2200m/s;声阻抗分粘jie界面存在脱誧heng保郿ang于超声纵波垂直入射到金属与空qi界面,ci时界面的声压反射率为式zhongP为入射波声压;P为脱粘界面反射波声为金属介质的声阻抗;Z为空qi介质的声阻抗。

  代入声阻抗shuju计算表明,R≈1,ji存在脱粘固体huo箭jishu时,声压反射率qu于1,tou射率qu于0,声波在ci近hu100%反射。dan粘jie良好时,界面的声压反射率不为0,计算式如下:式zhongr为良好粘jie界面的声压反射率;P为良好粘jie界面反射波声压;Z为非金属介质的声阻抗。

  计算得到ji反射波声压占入射波声压的86%,tou射波声压占14%,声波除反射外,还有一部分tou射。

  dui于放大线性良好的超声波探伤yi,yi器荧屏shang波高与声压cheng正比,ji任意相lin两波高之比等于相应的声压之比,er者的分贝差为tong过一ci脉冲反射后,脱粘区与良好粘jie区波高相差1dB,采yongduoci反射法,dang超声波垂直入射到126直营网zhong时,******ci反射回来的声压为第erci反射回来的声压为第nci反射回来的声压为式zhongP为到达金属层表面的声压;P为nci反射后被探头統ou盏纳梗籖为A界面的声压反射为面(粘jie界面)的声压反射率;T为金属jian的衰jian系shu;t为金属jian厚度。

  dui于给定的金属材料,其厚度是襤uanǖ模蚨鳷、t是不变的,在选ze了固定的耦合剂后,R也为chang量,duoci反射后的声压P只与R有guan,ji只与金属层与非金属层的粘jie情况有guan,则n脱n好n=10时,ΔdB=13dB,ji超声纵波jing过10ci反射后,脱粘区与良好粘jie区的反射波幅相差13dB以shang,反映在yi器荧屏shang,脱粘区比良好粘jie区波幅增高、波ci增duo,juci可很容易地将脱粘区与良好粘jie区分辨开来,jin而评价粘jie质量。

  3dui比shi块3.1设计与制做超声波探伤秊i莟ong过guan察探伤yi荧光屏shang反射回波的位置、波幅等特征来评判被探jian质量的优劣,考虑到实jizhong形cheng的缺陷形zhuang各yi,声学guan系fu杂,难以定量计算分析,因而实ji探伤时只能借zhu于已知特定形zhuang的人工缺陷来调节探伤ling敏度,并以ci为尺度评价缺陷,保证检验结果的再xian,运yongshi块作为参縥ia纉ujin行比较是超声波探伤的一个特点。

  为了避免shi块与被探126直营网声学性能的差yi,所研制的Ⅰ号shi块(图2)与被探126直营网的材料类型、厚度、曲率、表面光jie度相同,并且yong与被探126直营网相同的胶粘剂在金属粘統ong鎠hang作chu形zhuang、大小不同的脱誧heng恕M?zhongA为圆形脱誧hang?4mm为椭圆形)。Ⅱ号dui比shi块是磞ou匝楹蟮?26直营网shang切割下来的han自然缺陷的shi块(图3)。

  赵huirong:固体huo箭发动ji喷guan粘jie界面的超声检测3.2shi块的检测3.2.1扫描速度的调节探伤所yongyi器型号为CTS-22型,探头型号为探伤前应根ju探测范围调节扫描速度,shiyi器示波屏shang时基扫描线的水ping刻度值与实ji声程cheng襤uanǖ谋壤齡uan系。被探喷guan金属jian厚4mm,采yong汕头超声yi器研究所sheng产的biao准shen度shi块调节扫描速度,调节yi器面板shang的水ping旋钮jishen度细调旋钮,扩大扫描量程,时基扫描线比例1∶2.5,統ou盏絛uoci反射回波。

  3.2.2shi块的检测结果ji分析shi块检测结果的照片见图4.shi块检测结果的波形分析见表1.

  (a)shi块良好粘jie区(b)A脱粘区(圆形)(c)B脱粘区(椭圆形)(d)C脱粘区(不规则形)从图4ji表1可看chu:a)反射波前糵u胃叨认嗖钗藜福馐且蛭ㄊ⒉皇谴硬ㄔ纯祭﹕an的,而是在波源附近存在一个不扩san的区域,在未扩san区,ping均声压基ben不变,圆jing片辐射的声场见图5所示;b)良好粘jie区,声波除反射外,还存在jin入非金属的tou射波,喷guan非金属绝热层与金属gangjian相比,结构松san,组织不均匀、jing粒cu大,tadui声能的衰jian比gang褁ian氐膁uo,在5MHz频率下,tong过计算,gang的衰jian系shu小于0.002dB,非金属绝热层达到6dB/mm,这shi得良好粘統ou保琷in入非金属jian的tou射波被累cixi收,能量衰jian大,在yi器示波屏水ping刻度6格以内,反射波包luo线硈hi饣∠呖焖傧陆担籧)在脱粘区,入射波被百分之百反射,反射波的波ci增duo,在yi器示波屏水ping刻度8格处至满屏chu波,比之良好粘jie区,在示波屏同一水ping刻度处,波幅增高,并随脱粘面积的增大,波ci越duo,波幅越高,反射波包luo线cheng锯齿zhuang缓慢下降。

  固体huo箭jishu区域探伤yi显示情况良好粘jie区duoci反射波在示波屏水ping刻度“6”格以内A脱粘区duoci反射波在示波屏水ping刻度“6”格处波幅达30%以shang,在“8”格处波幅脱粘区duoci反射波在示波屏水ping刻度“8”格处波幅达30%,在“10”格处波幅达C脱粘区duoci反射波在示波屏水ping刻度“10”格处波幅达10%到30%3.3shi块法确定探伤ling敏度fu合构jian是利yongshi块jin行dui比检测来确定探伤ling敏度的,根jushi块检测结果,以Ⅰ号shi块A脱粘圆形)为基准,将探头dui准A脱誧hang鹘趛i器衰jianji增益旋钮,shi来自A脱粘的duoci反射波在yi器示波屏水ping刻度“8”格处波幅达10%,以ci时yi器面版shang的衰jian器分眂u底魑缴薼ing敏度,ling敏度调节好后,分眂u倒潭ú槐洹Ⅻbr />
  4喷guan粘jie界面的超声检测4.1检测过程被探126直营网金属jian材料为30CrMnSiA,非金属jian材料采yong高硅yang/fen醛,被探部位曲率Υ284mm,金属jian厚4mm,金属jian与非金属绝热层之间yong944胶粘jie,126直营网验收yao求:脱粘面积不得大于zong探伤面积探伤ling敏度确定后,ji可dui喷guan金属与非金属粘jie界面jin行探伤,以Υ14mm圆形脱粘为基准,ruo发xian某位置的duoci反射波在yi器示波屏水ping刻度8格处波幅达10%以shang,则判为脱誧hang颜趁婊娜范ú蓎ongban波高度法,其原理为:入射声压jing过脱粘的shiduoci百分之百反射,已jie近球面波,可yong简hua式式zhongP为chu始声压;d为jing片謆en叮沪宋ǔぃ籹为ju离;A为jing片面积。

  如果在同一条jian下把ta们的反射看作新的声源,脱粘区等于百分之百A面积发射,ban波时等于A面积发射,则ji在脱粘zhongxin和脱粘bian沿到jing片zhongxin处的声压差为6dB,具体实施方法是:发xian脱粘后,移动探头,shi荧光屏shang的反射脉冲幅度达到******,然后再shang下左右移动探头,dang反射波幅各降为原来的一ban时,探头zhongxin线之间的位置ji为脱粘的面积,yong1∶1比例tou明纸描chu脱誧hang瑈ong求积yi计算chu脱粘的面积。表2给chu了某批ci一些喷guan粘統ong嫣缴说募觳饨峁Ⅻbr />
  4.2检则结果ji分析dui两个实ji喷guan金属与非金属粘jie界面,采yongbenwen介shao的超声纵波duoci反射法jin行检验,都能比较准确地发xian其内部脱粘缺陷。jingdui喷guan解剖dui照,脱粘位置和脱粘面积也与检测结果吻合。

  在以后的应yongzhong,jing过近百tai126直营网的检测,证明ben方法可较准确地发xian下列工jian的内部脱粘缺陷:a.间隙型大面积脱粘。这类脱粘duo是由于工jian清理不jing,内衬与外壳配合不严、工jian变形等原因造cheng,ci时其粘jie强度比良好粘jie强度di,反映在yi器示波屏shang,duoci反射波幅在水ping刻度“10”格处达30%左右。

  b.孔隙型小块脱粘。这类脱粘duo是由于涂胶不固体huo箭发动ji喷guan粘jie界面的超声检测均、胶层内部qi体未排jing和胶粘剂失效等原因造cheng,ci时其粘jie强度也di于良好粘jie强度,反映在yi器示波屏shang,duoci反射波幅在水ping刻度“8”格处达10%以shang。

  6结束语采yong超声波duoci反射法,利yongchang规yi器设备,能较准确地发xian粘jie界面的各种脱粘缺陷。dui固体huo箭发动ji喷guan粘jie界面的实ji检测证明,ben方法适yong于sheng产线shang的xian场检测ji阵地的探伤。