钛合金超声波检测中杂波产生原因分析

　　钛合金以其高比强度、耐腐蚀、能在高温下长期工作等特点而被广泛应用在航空和航天领域。由于其用途特殊,因此质量要求十分严格。对其的超声波检测,部分技术标准提出了十分苛刻的要求。如GJB 494标准要求转子叶片用TC11棒材杂波水平≯0.8 mm-12 dB,但实际探伤时,杂波水平超标现象时有发生,而此时金相组织和性能检验却合格。

　　笔者通过现场试验,针对钛合金产品中出现的杂波问题从以下三方面进行了讨论,初步分析了钛合金产品中产生杂波的原因,为相关检测和生产工艺提供一定借鉴。

　　1　表面粗糙度对探伤杂波的影响

　　影响超声波探伤杂波水平的因素较多。从探伤方法本身来说,探伤频率、不同形状工件探伤时探头晶片尺寸以及工件表面粗糙度等都会影响探伤杂波水平。低频探头探伤时杂波水平一般较高频探头低,但探伤灵敏度也低,技术标准一般对此进行了严格规定。探头晶片尺寸对圆形产品探伤时有影响,对平面型产品影响较小。工件表面粗糙度怎样影响探伤时的杂波水平,对此问题,特针对板、棒材表面粗糙度对探伤杂波水平的影响进行了测试试验。表1给出了大直径150mm钛合金棒材不同表面粗

　　糙度Ra水浸法探伤时杂波水平的变化情况。仪器为SONIC2138/VFD,探头为5P14 mm。

　　由表1可以看出,表面状态的差异导致杂波水平差别较大。究其原因,水浸法探伤时由于平探头声束经水耦合进入棒材表面时,边缘扩散声束在棒材表面可能形成其它变形波,这些变形波在车刀痕(或粗糙度较差)处多次反射,在示波屏上形成了较高的杂波水平。此现象在表面状态差的饼、环材探伤时也时有发生。

　　表2给出了厚度为55 mm钛合金板材探伤时不同点的杂波水平记录。仪器为CTS222型超声波探伤仪,探头为5P14 mm,耦合剂为水。

　　由表2可知,平板超声探伤时,其表面状态对探伤结果也有一定的影响。这主要是因为板材探伤时,表面补偿是通过测试几个点后取平均得来的,而实际探伤时各点表面状态不一定相同,这就导致了测试结果有一定差异。当然,上述测试及结果分析是假设同一材料各点材质衰减基本相同。

　　图1给出了表面粗糙度对探伤耦合效果的影响[1]。由图1可知,随着表面粗糙度的增大,回波高度呈衰减趋势,这与试验结果相吻合。

2　探头频谱对杂波水平的影响

　　棒材水浸法试验时,采用国产5P14 mm和美国产5P14(V109)探头探测同一棒材时的全声程杂波水平分别为2.0 mm-(0~2) dB和2.0 mm-(6~8) dB,半声程杂波水平分别为2.0 mm-　　(6~8) dB和2.0 mm-12 dB。结果发现标称频率相同的两种探头,在探测同一试样棒时产生的杂波水平不同。棒材探伤时,无论采用全声程法还是半声程法,进口V109探头杂波水平均比国　　5P14 mm探头低5 dB左右。