细铜棒内部缺陷超声自动检测系统设计

　　细铜棒是火工品生产常用的原材料之一,主要用来加工起微传动作用的螺母、螺杆、活塞等微小构件,其质量的好坏直接影响整个火工品的性能;但因构件尺寸太小且复杂,对其实施检测较难,只能通过检测加工前的原材料,从中挑选出优质棒材来保证加工出的构件的质量和性能.目前,棒料检测主要分两个阶段进行,一个是铜厂在生产过程中的抽检(在一定范围内进行,不能满足军品质量要求);一个是使用方在加工产品前对棒料进行断口抽检,既造成太大浪费,又容易漏检,经常在加工过程中出现因缺陷引起工件破裂,工件在使用过程中出现故障引发事故的恶性事件.因此,严格而有效地对棒料进行无损检测,成为保证火工品质量的重要手段.

　　1　细铜棒内部缺陷特征及检测方法

　　1.1　细铜棒内部缺陷特征

　　细铜棒的生产工艺主要包括两个过程,铜液形成粗铜棒,粗铜棒经过拉伸形成细铜棒;在这两个过程中会在细铜棒中产生主要缺陷如图1.

　　(1)缩管:熔化的金属注入棒模时,在其底部和侧面开始,逐步向上和向中心进行结晶而凝固,固化金属的体积稍小于液态金属,因此在凝固时产生收缩,由于铜棒中心是金属最后凝固之处,收缩最大,在金属液不足以继续充满棒模的情况下,便缩沉或形成空腔,经拉伸后形成缩管,成为影响铜棒性能的潜在致命缺陷.

　　(2)裂纹:铜液在凝固和冷却期间因收缩而产生巨大的表面应力和内部应力,可能产生开裂.假如裂纹处于内部,且未进入空气,一般拉伸时可将其焊合,不会由此形成不连续;如果裂纹开口于空气中或者已被氧化,则无法将其焊合而存在于工件中,成为铜棒加工破裂或构件故障的主要因素.

　　(3)气孔:熔化的铜液注入棒模和开始凝固时,将会释放出气体,当气体以气泡的形式被铜棒俘获,在铜棒中形成气孔同时气孔表面被氧化而具有氧化膜,在拉伸过程中可能形成扁孔或分层,影响铜棒机械性能.

　　1.2　超声检测原理

　　超声波在金属材料中传播时,材料中的不连续会对超声波产生影响,这种影响主要体现为阻挡超声波的传播,最直观地表现为透射后波形幅度降低同时产生反射波,其实质为材料特性对超声波进行调制.因而,对透射波和反射波进行解调即可得到材料内部不连续的特性.

　　根据细铜棒内部缺陷的特征,采用纵波穿透、横波反射、表面波反射补检的方法,可以较好地检测出细铜棒内部的微小缺陷.检测原理如图2所示.

　　纵波探头采用双探头垂直入射、接受,对点状缺陷、横向面状缺陷进行检测; 30°角入射表面波探头和15°角入射横波探头相互补充对点状缺陷、纵向面状缺陷进行检测.同时采用周向转动扫描方式和轴向步进扫描方式完成整个铜棒的全面检测.