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寶雞西工鈦合金制品有限公司 Baoji Xigong Titanium Alloy Products Co.,Ltd
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鈦合金鍛件超聲探傷的相關(guān)問題及航空驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

發(fā)布時(shí)間 :2020-06-08 05:47:39 瀏覽次數(shù) :

除了一般鍛件超聲探傷方法中應(yīng)當(dāng)注意的問題外,鈦合金鍛件的超聲探傷還有以下幾個(gè)需要注意的問題。

一、原材料的冶金質(zhì)量

鈦材料缺陷大部分是在原材料上就存在的,結(jié)合考慮我國(guó)鈦工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況(原材料、工藝等),加上鈦合金價(jià)格昂貴,加工困難,并且鍛件的形狀一般都比較復(fù)雜,使得鍛件的超聲探傷存在一定的困難(例如死角、盲區(qū)、探測(cè)方向不利等),為了將質(zhì)量隱患盡早阻絕在初始階段,應(yīng)該嚴(yán)格把好原材料的冶金質(zhì)量關(guān),其超聲驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該從嚴(yán)要求,其方法也應(yīng)該更為詳細(xì)。

鈦合金鍛件

例如,對(duì)鈦合金圓棒,除了按一般周面360°的徑向入射縱波探傷外,還應(yīng)作周面360°的弦向橫波探傷(折射角一般為45°),以保證發(fā)現(xiàn)直探頭無法發(fā)現(xiàn)的表面和近表面缺陷(例如徑向裂紋)。對(duì)于鈦合金方坯、餅坯、環(huán)坯等除了作垂直入射的縱波探傷外,考慮到可能存在沿鍛造變形應(yīng)變線產(chǎn)生的裂紋(在橫截面上多為近似45°取向)及某些傾斜取向的缺陷,還應(yīng)作折射角45°的徑向橫波探傷(國(guó)外有些標(biāo)準(zhǔn)還要求作水中5°入射縱波檢查和折射角60°的徑向、弦向橫波檢查,如英國(guó)的RPS705和美國(guó)的DPS4.713)。

由于鈦合金探傷靈敏度要求較高,故縱波探傷宜用5MHz,橫波探傷用2.5MHz(兩者在同一材料中波長(zhǎng)相當(dāng))的頻率。在評(píng)定、鑒別缺陷時(shí),有時(shí)還要使用更高的頻率(如蘇聯(lián)資料建議使用20MHz的頻率)。

二、選擇合適的檢測(cè)方法

為了確保鈦合金鍛件的質(zhì)量,除了嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量外,還必須防止在后續(xù)熱加工過程中出現(xiàn)缺陷,應(yīng)該重視鍛件的毛坯及半成品的超聲探傷,以及成品階段的X射線探傷、熒光滲透探傷和陽極化腐蝕等檢查手段,其方法的選用原則上與一般鍛件基本相同。

鈦餅

三、需要評(píng)定的幾個(gè)參數(shù)

1、鈦合金鍛坯與鍛件的超聲波驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)很嚴(yán)格,要求評(píng)定的參數(shù)也較多,目前國(guó)外航空鈦合金鍛件超聲波探傷的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 國(guó)外航空鈦合金鍛件超聲波探傷驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(最高等級(jí))一覽表

機(jī)構(gòu)名稱美國(guó)格魯曼飛機(jī)公司美國(guó)波音      飛機(jī)公司美國(guó)道格拉斯飛機(jī)公司美國(guó)宇航      材料規(guī)范美國(guó)      軍用規(guī)范
標(biāo)準(zhǔn)名稱鈦與鈦合金的      超聲質(zhì)量要求超聲檢驗(yàn)鍛制金屬的      超聲檢驗(yàn)鈦合金的      超聲檢驗(yàn)鍛制金屬的      超聲檢驗(yàn)
適用范圍棒材,鍛坯,模鍛件,自由鍛件(厚度≥1英寸)及厚度≥1/2英寸的板材及中間坯,直徑≥2英寸的圓形件鍛坯,棒材,板材,模鍛件,自由鍛件,擠壓件及機(jī)加工零件鍛件,鍛坯,環(huán)形鍛件,軋坯,棒材或板材,擠壓棒及型材,擠壓或拉制管材及其制品橫截面厚度≥13mm(0.5英寸)的鈦合金制品,包括圓棒,圓餅及平面制品(鍛坯,板材,鍛件與擠壓件)橫截面厚度≥1/4英寸的鍛制金屬及其制品:鍛坯,鍛件,軋坯或板材,擠壓棒或軋棒及由其制成的擠壓或軋制型材和零件
超聲驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn):
單個(gè)缺陷顯示平底孔當(dāng)量直徑 mm≯1.2(3/64英寸)≯1.2≯1.2≯0.8≯0.4*
多個(gè)缺陷顯示
平底孔當(dāng)量直徑mm>0.4(1/64英寸)≥0.8(2/64英寸)>0.8--->0.8
中心指示間距mm≮25.4(1英寸)≮25.4≮25.4---≮3.18(1/8英寸)
長(zhǎng)條形缺陷顯示
平底孔當(dāng)量直徑mm>0.4(1/64英寸)>0.8>0.8--->0.4
指示長(zhǎng)度mm≯2.38(6/64英寸)≯12.7≯25.4---≯3.18
雜波水平≯0.4mm直徑平底孔當(dāng)量(1/64英寸)---見備注不高于基準(zhǔn)參考      平底孔波高的70%---
底波損失 %≯50---≯50≯50≯50
備注飛機(jī)用鈦合金AA級(jí)      長(zhǎng)條形缺陷的長(zhǎng)度確定:在大于Φ0.4mm平底孔當(dāng)量的缺陷上移動(dòng)探頭至缺陷回波消失時(shí)兩端的長(zhǎng)度減去在同深度的Φ0.8mm平底孔試塊上以相同方法移動(dòng)測(cè)得的長(zhǎng)度,所得差值不應(yīng)大于2.38mm(6/64英寸)      底波損失的確定:在有大于Φ0.4mm平底孔當(dāng)量顯示的區(qū)域上進(jìn)行,以第一次底波與同聲程的標(biāo)準(zhǔn)參考試塊的第一次底波比較,其底波損失不應(yīng)大于50%飛機(jī)用鈦合金AA級(jí)      起始靈敏度:最大聲程的Φ0.8mm平底孔波高至少為30%熒光屏滿刻度      長(zhǎng)條形缺陷指示長(zhǎng)度的確定:以試塊上Φ0.8mm平底孔波高為80%滿刻度,向兩端移動(dòng)探頭至波高降為10%滿刻度時(shí)兩點(diǎn)間距離為感受直徑,在此靈敏度下測(cè)定缺陷長(zhǎng)度,以缺陷波高降到10%滿刻度的兩端點(diǎn)間距離為測(cè)量長(zhǎng)度,則指示長(zhǎng)度=測(cè)量長(zhǎng)度-感受直徑飛機(jī)用鈦合金AI級(jí)      長(zhǎng)條形缺陷長(zhǎng)度以最大缺陷回波振幅下降到50%滿刻度的兩端點(diǎn)間距離確定      當(dāng)與正常材料相比的底反射損失大于50%并結(jié)合在材料中的雜波有兩倍增加時(shí),材料拒收飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)用優(yōu)質(zhì)鈦合金AA級(jí)      與正常材料相比的底反射損失大于50%,并伴隨有上下底面之間任何信號(hào)的增加(至少兩倍于正常本底噪音信號(hào))時(shí),產(chǎn)品拒收飛機(jī)用鈦合金AAA級(jí)      * 原文如此
機(jī)構(gòu)名稱英國(guó)    IMI公司英國(guó)    羅-羅公司加拿大普惠    飛機(jī)公司法國(guó)Tm    發(fā)動(dòng)機(jī)公司
標(biāo)準(zhǔn)名稱IMI盤件用      優(yōu)質(zhì)鈦合金鍛坯    通用技術(shù)條件主軸、壓氣機(jī)      轉(zhuǎn)子盤、渦輪盤      及有關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)件的    超聲驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)IMI679    鈦合金壓氣機(jī)盤鈦合金棒材與鍛坯    的超聲檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制造I組零件用      優(yōu)質(zhì)TA6V自由鍛件或模鍛件的    驗(yàn)收技術(shù)條件
適用范圍Ti-6Al-4V與IMI550鍛坯,直徑(1)Φ100~255mm    (2)>Φ255~305mm斯貝發(fā)動(dòng)機(jī)    Ti-6Al-4V與Ti685鍛件斯貝MK202發(fā)動(dòng)機(jī),IMI679      (1)供應(yīng)廠檢驗(yàn)要求    (2)中間階段檢驗(yàn)要求用于制造盤件、輪轂、隔套、葉片等直徑或厚度在0.5英寸以上的圓形、方形或矩形鍛坯      直徑或厚度:      (1)0.5~4英寸(12.7~101.6mm)    (2)>4~9英寸(101.9~228.6mm)Ti-6Al-4V直徑100~250mm的半成品及由其加工的鍛件      (1)棒材直徑100~250mm    (2)模鍛件
超聲驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn):
單個(gè)缺陷顯示平底孔當(dāng)量直徑 mm(1)≯1.2    (2)≯1.6≯Φ1.27-12dB(0.05英寸-12dB)(1)≯Φ1.27    (2)≯Φ1.27-12dB(1)≯0.8    (2)≯1.2(1)≯1.2    (2)≯0.5
多個(gè)缺陷顯示
平底孔當(dāng)量直徑mm---<Φ1.27-12dB(1)<Φ1.27    (2)<Φ1.27-12dB------
中心指示間距mm---≮7.62(0.3英寸)≮7.62------
長(zhǎng)條形缺陷顯示
平底孔當(dāng)量直徑mm---------------
指示長(zhǎng)度mm---------------
雜波水平---≯Φ1.27-18dB(1)≯Φ1.27-6dB    (2)≯Φ1.27-18dB不應(yīng)有明顯較高的    雜波顯示---
底波損失 %---------------
備注發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金坯料發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金鍛件    缺陷顯示總數(shù)不得多于10個(gè)(單件)發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金坯料與鍛件,缺陷顯示總數(shù)不得多于10個(gè)(單件)發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金鍛坯發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金

由表1可見,要達(dá)到這樣高的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),不僅對(duì)探傷人員的技術(shù)水平有較高要求,而且還要有性能良好的超聲探傷儀及探頭,如靈敏度要高,信噪比和動(dòng)態(tài)范圍要大,線性要好,電噪聲電平要低,分辨率要高等等。

2、鈦合金鍛件的顯微組織變化對(duì)其機(jī)械性能有較顯著的影響,對(duì)超聲探傷中的雜波水平及底波損失的評(píng)定起到檢查鈦合金組織均勻性的作用,應(yīng)予以充分的重視。

超聲波在晶界及晶內(nèi)相組織上的散射可能在熒光屏上以雜波顯示,也可能表現(xiàn)為聲能衰減引起底波高度的降低(底波損失),這兩者與顯微組織有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)這兩項(xiàng)參數(shù)的評(píng)定,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)過粗晶、并列α組織(能造成低周循環(huán)疲勞性能下降的魏氏組織)等。

就目前所作的工作來看,雜波水平高的鈦合金顯微組織,多表現(xiàn)為有完整明顯的原始β晶界和平直細(xì)長(zhǎng)的魏氏α組織(未變形的典型魏氏組織),或顯現(xiàn)有多且大的條塊狀α相,這類組織在機(jī)械性能上表現(xiàn)為強(qiáng)度指標(biāo)下降。此外,某些鑄造組織殘留也可能造成雜波水平較高。但就一般的過熱魏氏組織,如果其原始β晶界及晶內(nèi)相組織取向較紊亂無規(guī)則時(shí),盡管這樣的組織是不好的,甚至從顯微組織評(píng)定是不合格的,其雜波水平卻不一定偏高,說明雜波水平的評(píng)定目前還存在較大的局限性。

在底波損失的評(píng)定中,某些魏氏組織對(duì)超聲脈沖的高頻分量有較明顯的衰減(如并列α組織),這在頻譜儀上較易觀察到(北京航空材料研究所錢鑫源等),但對(duì)工業(yè)生產(chǎn)上的大批量檢查如何使用普通超聲探傷儀,選用最佳響應(yīng)頻率的探頭進(jìn)行檢測(cè)上存在一定的實(shí)際困難。

應(yīng)當(dāng)說明的是,目前對(duì)鈦合金內(nèi)部偏析也尚無可靠有效的超聲檢測(cè)方法。

鈦合金環(huán)

總之,如何利用超聲波對(duì)各種不同顯微組織的響應(yīng)達(dá)到控制鈦合金的性能質(zhì)量,是目前需要深入研究的課題(例如采用更高的、甚至上百兆赫的頻率,以及使用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理等)。盡管如此,在目前鈦合金鍛件及材料的超聲探傷中,雜波水平與底波損失的評(píng)定仍然是兩項(xiàng)很有價(jià)值的指標(biāo)。

3、鈦合金材料的超聲探傷中,有時(shí)由于單個(gè)大晶粒或者局部的組織不均勻造成的組織反射會(huì)以單個(gè)反射信號(hào)的形式出現(xiàn),容易和真正的冶金缺陷(如高密度夾雜物、裂紋、孔洞等)的反射信號(hào)相混淆,通過試驗(yàn)分析認(rèn)為,這種反射信號(hào)可能是由于超聲反射波的相位疊加所致。在這種情況下,采用小直徑探頭或聚焦探頭(縮小波束直徑),提高超聲頻率,以相同的探測(cè)靈敏度(平底孔直徑相同的試塊)重新評(píng)定時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)其反射信號(hào)幅度明顯下降,有時(shí)甚至消失,而真正的冶金缺陷的反射信號(hào)在這種情況下不會(huì)有明顯變化。這種方法可以鑒別鈦合金中真正的冶金缺陷與組織反射。

當(dāng)然,在鈦合金的超聲探傷中,也和其他材料的超聲探傷一樣,企圖僅以A型顯示的反射脈沖信號(hào)判斷缺陷的性質(zhì)顯然是不可能的,必須結(jié)合具體探傷對(duì)象的材料成分特點(diǎn)、冶煉及鍛造加工工藝,以及輔以其他無損檢測(cè)手段(如X射線照相、滲透、超聲C掃描等等),加上探傷人員自身的經(jīng)驗(yàn)水平等進(jìn)行綜合分析判斷,必要時(shí)還要進(jìn)行解剖驗(yàn)證(包括宏觀、高倍,甚至電子顯微鏡、電子探針等手段)。因此,目前在鈦合金鍛件及原材料超聲探傷中,其質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)基本上仍以回波信號(hào)的參數(shù)為依據(jù)。

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