钨合金壳体的超声检测及缺陷分析

　　钨基合金是一种以钨为基体(质量分数为90%~99%)、铁族元素为主体并添加少量其它元素为粘接相组成的合金。钨基合金以其密度大、强度和硬度高,热膨胀系数小,导电和导热性能好,抗腐蚀和抗氧化性能好等优异性能,在国防工业和民用工业得到了广泛应用^[1]。

　　钨基合金制备工艺流程为混料→压制成型→烧结→机械加工。从制备工艺来看,毛坯在压制和烧结工序不可避免地会在工件内随机出现如孔洞、密集气孔、裂纹和“鸟巢”等缺陷。钨基合金内部出现裂纹和孔洞等缺陷,将导致产品报废,所以建立行之有效的无损检测方法,对提高生产效率和产品性能显得尤为重要和迫切。目前,现有标准规定的方法只适用于棒坯类检测,国内外对钨合金的检测方法也都是基于规则反射体的试验研究,如用超声波声速评定FGH95粉末材料的内部孔隙率^[2],以及用超声回波法和底波衰减法对粉末冶金制件内部缺陷的检测^[3,4]。受制备工艺、工件形状及定位因素的影响,这些研究都不适合壳体工件的检测。

　　如只采用纵波探头进行检测,会导致与声束不垂直的缺陷漏检,因此为准确有效地检测出钨合金壳体内部缺陷的特征和位置,不仅采用了纵波直探头,还采用了横波斜探头对其进行超声检测。而目前市售的普通横波探头对壳体部件检测时,存在耦合不良以及探头不稳等因素,势必造成漏检误判,因此采用自磨制经校准的斜探头,用于壳体工件的检测分析。因研制的工件结构多为壳体与筒体的复合体,对其周向横波检测时与对规则工件检测时的定位有很大差异。为此采用特殊定位方法,解决了定位难题,并对典型缺陷及其回波进行了研究。

　　1　斜探头超声波探伤法

　　1.1　待测工件

　　密度为17.0 g/cm³的钨基合金壳体部件采用混料、压制、烧结及机加工成型。工件形状见图1,上部为壳体,下部为筒体;壁厚为15~25 mm,内径为140~240 mm。

　　1.2　检测方法

　　采用Masterscan340超声波探伤仪对工件所有部位进行纵波、横波周向和横波轴向超声检测;钨合金部件的晶粒尺寸相对较小,选用5 MHz的纵波探头和横波探头。用超声波测厚仪对工件声速进行测定,纵波声速VL=5 200 m/s,又因为VL≈1.8VS,从而得到钨合金中的横波声速VS=2 890 m/s。

　　1.3　横波斜探头

　　普通横波探头对壳体部件检测时,探头耦合不良等因素都可能造成漏检。为此设计了横波探头斜楔。在纵波直探头前加斜楔,使其在斜楔与工件界面处折射产生横波,对其进行重新测定后用于检测。为了实现良好的耦合,将斜楔磨成曲面,曲率半径为工件曲率半径的1~1.5倍。检测不同部位的斜楔曲面形状不一样。