高频超声波在非金属夹杂物检测中的应用

　　高频超声波具有波长短、方向性好及分辨率高等特点,可对微小非金属夹杂物(以下简称夹杂物)进行探测,10和80MHz频率下分别可发现0.1和0.03mm当量尺寸的夹杂物,分别相当于ISO 4967:1998标准[1]单颗粒球状夹杂3级和1.5级的水平。下面采用以上两种频率的探头用水浸法对钢块进行扫查,利用A扫描中缺陷波的深度置及C扫描中缺陷距试样边界距离进行定位,同时,C扫描图形可再现单个大颗粒夹杂物或小夹杂物团重叠的形貌。

　　1　试验装置

　　选用10MHz水浸聚焦直探头,焦距208mm,焦点直径1.23mm,焦柱长度40.89mm(理论计算值)[2];80MHz水浸聚焦直探头,焦距7.5mm,焦点直径0.028mm,焦柱长度0.17mm(理论计算值)。

　　试验设备有高频探伤仪、用于数据采集和处理的计算机以及能精确控制位置的计算机系统(精度0.01mm)。

　　试验试样为GCr15长方形钢块(45mm×150mm×150mm)三块,正火处理,表面磨光。扫描参数为,10MHz时扫描步进量0.10mm,速度100mm/s;80MHz时扫描步进量0.05mm,速度50mm/s。探伤增益68dB。

　　2　试验步骤

　　将试样放入水槽,安装10MHz探头,调整好探伤仪,设定灵敏度,定零位开始自动扫查,扫查完毕得到C扫描图像。在分析软件中将探头光标指向缺陷,则探头回到缺陷位置,探伤仪自动显示缺陷回波高度及位置。以缺陷为中心将试样切成长和宽为25mm,高为缺陷显示深度加2mm的小方块。因80MHz探头的焦距短,透进钢中的距离只有3mm,需将含缺陷的切面朝上,用80MHz探头重复上述步骤对同一缺陷进行扫查和定位,最后切取试样在金相显微镜下观察比较,然后用扫描电镜及能谱仪分析,进行定量和定性验证。将三块试样分别进行上述试验,试验编号为1~3。

　　3　试验结果及评价

　　3.1　试验1

　　10MHz探头扫描时发现两处异常区(图1),其中一处形状为椭圆,水平坐标为(153. 4mm,84.6mm),长轴长约2mm,有强烈缺陷波出现,定位深度23.67mm。又经80MHz探头扫描出现一长条缺陷,长2.2mm,深1.02mm,缺陷波很高(图2)。经磨制发现了长约1.5mm的长条形夹杂物,扫描电镜图像如图3所示,能谱曲线如图4所示,鉴别出氧化物夹杂主要为氧化铝类夹杂物。

　　3.2　试验2

　　10MHz探头扫描时发现一处异常区,形状为椭圆形,有强烈缺陷波出现,定位深度23.70mm,水平坐标为(142.8mm,67.3mm)。又经80MHz探头扫描出现一椭圆状缺陷(图5),长度为130μm,深度为0.7mm,缺陷波很高。经磨制发现了长约130μm的椭圆形夹杂物,扫描电镜图像如图6所示,能谱曲线如图7所示,鉴别出氧化物夹杂主要为铝酸钙类夹杂物,椭圆两尖头为硫化钙类夹杂物。