连接螺管的超声波检测

　　飞机某型发动机连接螺管在服役运行期间,受力较大,易产生疲劳裂纹缺陷,缺陷部位在图1 A处。为防止飞行事故发生,决定在发动机大修时对其依次实施磁粉探伤、荧光渗透探伤以及超声波探伤,本文介绍超声横波对其探伤的技术方法。该件的内部结构如图2所示。

　　1　标准缺陷样件制做

　　连接螺管的材料是30CrMnSiA,制做标准缺陷样件时,先从没有缺陷的连接螺管上切下含有需超声波探伤部位的1段,然后在其上易产生疲劳裂纹缺陷处,用直径为0.12钼丝割出3.6±0.2mm深的线状人工缺陷槽,作为检测波束的反射体。如图3示。

　　2　波型及扫查线和入射角的选择

　　2.1　波型选择

　　由图1、图2、图3知,探伤部位若用瑞利波从外表面或内表面检测,效果会不好,因为外表面属变截面,瑞利波在变截面处会一部分返回,另一部分继续向前传播,结果会在荧屏上出现多个截面波或棱边波,影响探伤人员对缺陷的判断;如果用瑞利波从内表面检测,则因内表面有一圈套齿,会产生严重的杂波,同样导致探伤人员难以判断。由于连接螺管的外形和内部结构,超声纵波也难以实施,实验之后,超声横波是最佳选择。

　　2.2　扫查线选择

　　由图1知,该件外径变化的外表面是光滑的,探头置外表面扫查不易稳定,因此用横波检测,探头只能置内表面衬套里端处扫查、以此处为扫查线是合适的。为使探头能伸至扫查线,在探头上装了操作杆。探头在扫查线处的位置见图4。

　　2.3　入射角选择

　　超声波横波入射角应在第Ⅰ临界角与第Ⅱ临界角之间选择,只有这样,才能最大限度地剔除纵波在被检件中传播,让被检件中尽可能地只有横波检测缺陷,从而减少探伤人员对缺陷回波判断的干扰。超声横波斜探头检测时的纵波入射角α的范围由下式计算得出:

　　由以上计算可知,所选择的探头入射角α在27.8°～57.7°之间,即27.8°<α< 57.7°,为了更确切地知道入射角α的具体参数,可通过做图法与试验结合寻找。由图5可以看出,折射角为45°、56°、68°、72°的波束与标准缺陷样件内的反射体无缘接触,即,不能发现反射体,因此制做探头时,这些角度将不予考虑。由图6可以看出,折射角为43°、63°、80°的横波束都能穿过反射体,即都能发现反射体,由折射定律CL1sinα=CS2sinβ可分别求出它们的入射角A：

　　通过计算求出的3个不同的α值正好都在第Ⅰ临界角与第Ⅱ临界角之间,结合图6,说明由此3个不同α值入射的纵波在样件内所产生的折射横波,都有能力发现标准缺陷样件内的反射体。然而从图6还可以看出,3个折射波束与反射体的触点不同,63°折射波束触点距零件表面近,43°折射波束触点距零件表面稍近,而80°折射波束触点距零件表面最远,触点不同,说明灵敏度有差异,因此63°折射波束检测缺陷的能力最好,因为被检测的疲劳缺陷一般是从表面开始向表面下开裂发展,当疲劳缺陷的尺寸很小时,63°折射波束检测能力的优越性就会显示出来。