試塊平底孔的加工、檢驗(yàn)及超聲檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

孟倩倩，王 冰，李繼素

(山東瑞祥模具有限公司，濟(jì)寧 272400)

試塊平底孔的加工、檢驗(yàn)及超聲檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

孟倩倩，王 冰，李繼素

(山東瑞祥模具有限公司，濟(jì)寧 272400)

利用覆型膜及光學(xué)影像測(cè)量方法，評(píng)定平底孔的質(zhì)量參數(shù)，解決了平底孔內(nèi)部形態(tài)測(cè)量困難的技術(shù)難題；使用超聲檢測(cè)方法，檢測(cè)孔底平面度及平底孔孔徑、孔深、孔底面與檢測(cè)面平行度等質(zhì)量情況，保證了受檢產(chǎn)品超聲檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

試塊；超聲檢測(cè)；平底孔；覆型模

超聲檢測(cè)的參考試塊中，作為標(biāo)準(zhǔn)人工反射體的平底孔，其主要作用是確定超聲檢測(cè)的靈敏度及當(dāng)量評(píng)定被檢工件中的缺陷大小；因此，平底孔幾何尺寸的標(biāo)準(zhǔn)性，直接決定了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

標(biāo)準(zhǔn)平底孔的主要參數(shù)有：孔徑、孔深(或平底孔底面埋藏深度)、孔底面的平面度、表面粗糙度、底面與孔軸線的垂直度以及與檢測(cè)面的平行度(或者說孔軸線與檢測(cè)面的垂直度)等。為了得到標(biāo)準(zhǔn)的平底孔，必須有嚴(yán)格精密的加工工藝、檢驗(yàn)工藝及精密的設(shè)備。

筆者利用覆型膜及光學(xué)影像測(cè)量方法，評(píng)定平底孔的質(zhì)量參數(shù)，解決了平底孔內(nèi)部形態(tài)測(cè)量困難的技術(shù)難題；使用超聲檢測(cè)方法，檢測(cè)孔底平面度及平底孔孔徑、孔深、孔底面與檢測(cè)面平行度等質(zhì)量情況，保證了受檢產(chǎn)品超聲檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 平底孔精度的加工要求

按照美國(guó)ASTM E 428-08《超聲檢測(cè)用金屬參考試塊的制作與控制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)要求：平底孔直徑不大于1/16英寸(1.60 mm)時(shí)，公差為±0.000 5英寸(0.013 mm)，孔徑大于1/16英寸(1.6 mm)時(shí)，公差為±0.001英寸(0.03 mm)?？紫鄬?duì)于檢測(cè)面的垂直度必須在0°20′以內(nèi)。平底孔底面的表面平面度應(yīng)在0.001英寸每1/8英寸(1/125 mm)以內(nèi)，與縱軸偏離應(yīng)在0.015英寸(0.38 mm)以內(nèi)。孔底表面粗糙度Ra=0.4 μm。

按照國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8428-2015 《無損檢測(cè) 超聲試塊通用規(guī)范》 標(biāo)準(zhǔn)要求：平底孔底面應(yīng)與檢測(cè)面平行，平底孔底面的平面度誤差不應(yīng)超過±0.03 mm，表面粗糙度Ra不應(yīng)大于3.2 μm。平底孔孔徑的極限偏差為±0.05 mm。

2 平底孔加工工藝要點(diǎn)

以φ2.0 mm平底孔為例，介紹平底孔的加工工藝。

鉆孔：在保證檢測(cè)面與鉆頭軸線角度垂直的情況下，先選用修磨后φ1.8 mm的鉆頭，依據(jù)不同材料選擇合適的轉(zhuǎn)速與進(jìn)給力，將孔深鉆至距離要求深度約2.0 mm位置，孔的各尺寸預(yù)留精加工余量。

擴(kuò)孔：在保證完成上述工作以后，選擇直徑遞增的鉆頭分3～5次進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔時(shí)應(yīng)保證每次擴(kuò)孔的劃痕深度不得大于0.05 mm，并且每次擴(kuò)孔后需經(jīng)微孔測(cè)量?jī)x檢驗(yàn)或提取覆膜檢驗(yàn)。最終將孔擴(kuò)至直徑1.90～1.95 mm，孔深應(yīng)距標(biāo)稱深度0.10 mm左右。在保證幾何尺寸的同時(shí)，還需保證孔壁與孔底不得有深度大于0.05 mm的劃痕，防止粗加工時(shí)孔的變形，達(dá)到尺寸精度要求。

研磨：采用φ1.9 mm的專用研磨頭，同樣需根據(jù)不同材料選擇合適的研磨速度及進(jìn)給力。研磨以研磨孔底為主，需保證研磨鉆頭的平面度及研磨面與孔壁的垂直度，以免造成喇叭口，最終將平底孔直徑研磨至φ2.0 mm。

3 平底孔各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)方法

3.1 百分表測(cè)深裝置測(cè)量孔深

百分表測(cè)深裝置是筆者在實(shí)踐中自主設(shè)計(jì)制造的接觸式測(cè)量的工裝裝置，其可用于測(cè)量深度尺寸，實(shí)物圖片見圖1。該裝置經(jīng)山東省計(jì)量科學(xué)研究院測(cè)試檢定，符合《中華人民共和國(guó)計(jì)量法》量值傳遞要求。使用時(shí)，更換不同的測(cè)頭，可以測(cè)量不同孔徑的深度。百分表測(cè)量時(shí)，測(cè)量精度為0.01 mm，千分表測(cè)量時(shí)，測(cè)量精度為0.001 mm。

圖1 百分表測(cè)深裝置外觀

3.2 微孔測(cè)量?jī)x測(cè)量孔徑及孔壁平行度

微孔測(cè)量?jī)x是一種可以接觸式測(cè)量，直接讀數(shù)的計(jì)量器具。微孔測(cè)量?jī)x測(cè)量孔徑的工作原理與內(nèi)徑測(cè)量表基本相同，但微孔測(cè)量?jī)x只用做測(cè)量0.5～8 mm的孔徑。更換百分表測(cè)量時(shí)，測(cè)量精度為0.01 mm，千分表測(cè)量時(shí)，測(cè)量精度為0.001 mm。微孔測(cè)量?jī)x實(shí)物照片及操作示意如圖2所示。

圖2 微孔測(cè)量?jī)x實(shí)物照片及操作示意

3.3 平底孔的覆型膜檢驗(yàn)

覆型膜檢驗(yàn)技術(shù)是新的試塊標(biāo)準(zhǔn)反射體幾何量的檢測(cè)技術(shù),是利用有機(jī)覆型材料制成的平底孔覆型膜的幾何尺寸進(jìn)行光學(xué)影像測(cè)量的一種計(jì)量方法，是一種簡(jiǎn)便、適用及精確的標(biāo)準(zhǔn)反射體的檢測(cè)方法。

檢測(cè)過程可分為覆型膜的制作和光學(xué)影像測(cè)量?jī)蓚€(gè)步驟。

3.3.1 塑性覆型膜的制作

(1) 平底孔的清洗和干燥：首先用無油、無腐蝕性的溶劑清洗平底孔，然后用過濾的干燥空氣將其吹干。

(2) 覆型材料的配制：使用有機(jī)硅凝膠混合液等其他材料按照一定比例混合配制。

(3) 覆型材料的注入、成型及提取：根據(jù)孔徑選擇適當(dāng)大小的醫(yī)用針頭及注射器，將混合液注入孔中(從孔底開始逐漸填充至外面,確保沒有氣泡產(chǎn)生)；同時(shí)孔中插入一根金屬絲以便于拔出覆型膜；待固化后，用金屬絲將覆型膜慢慢取出即可。覆型膜反映了平底孔幾何尺寸的特征[1-2]。覆型膜的制作過程示意如圖3所示。

3.3.2 覆型膜的光學(xué)影像測(cè)量

平底孔覆型體取出后，可在光學(xué)影像測(cè)量?jī)x上測(cè)量反射體的孔徑尺寸、孔底與孔壁的垂直度、孔壁的直線度、孔底平面的平面度；以及相互的垂直度、平行度等幾何參數(shù)(按ASTM E 428標(biāo)準(zhǔn))。覆型膜反映平底孔特征的示例如圖4所示。

圖3 覆型膜的制作過程

圖4 覆型膜反映平底孔特征的示例

4 非標(biāo)準(zhǔn)平底孔的超聲檢測(cè)

正常平底孔孔底見圖5(a),常見平底孔孔底不規(guī)則形態(tài)見圖5(b)～(f)。

選擇存在以上問題的多組φ2.0 mm平底孔的20優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼試塊，對(duì)其進(jìn)行加工,保證平底孔埋深均為50 mm;在相同試驗(yàn)條件下，對(duì)以上各種不合格的平底孔進(jìn)行超聲檢測(cè)。

超聲檢測(cè)時(shí)，分別選用2.5 MHz、φ14 mm,5 MHz、φ14 mm兩種直探頭,采用直接接觸法，檢測(cè)平底孔底面回波，得到孔底平整度差異的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(見表1)。

圖5 正常平底孔孔底與常見平底孔孔底不規(guī)則形態(tài)

項(xiàng)目孔底形狀正常有劃痕凸臺(tái)內(nèi)凹臺(tái)球頭孔內(nèi)凹反射量/dB757270696667

在超聲檢測(cè)試塊的平底孔時(shí)，除發(fā)現(xiàn)孔底平面度不合格以外，還發(fā)現(xiàn)平底孔孔徑差異、平底孔孔深差異、孔底面與檢測(cè)面平行度差異等不合格情況。

針對(duì)以上情況，選擇存在此類問題的多組φ2.0 mm平底孔的20優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼試塊，對(duì)其進(jìn)行加工,保證平底孔埋深均為50 mm;在相同試驗(yàn)條件下對(duì)存在差異的平底孔進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)，分別采用2.5 MHz、φ14 mm,5 MHz、φ14 mm兩種直探頭來測(cè)試平底孔底面回波，得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)(見表2～4)。

表2 孔徑差異試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 孔軸線與檢測(cè)面垂直度差異試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 孔深差異試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)結(jié)論：① 以φ2.0 mm平底孔為基礎(chǔ)，直徑每增加或減少0.10 mm,靈敏度增加或減少1 dB左右。② 當(dāng)平底孔存在喇叭口時(shí)，孔底反射面增大，直徑每增加0.1 mm，反射量增加1 dB左右。③ 平底孔埋藏深度在測(cè)試范圍內(nèi)反射量無差異。④ 孔軸線與檢測(cè)面垂直度差異在0.1°以內(nèi)，埋深在50 mm時(shí)反射量減小2 dB。⑤ 平底孔底平面度差異對(duì)反射量影響較大，不同的不合格形式差別不同，最大差值在10 dB以上。

5 結(jié)語

(1) 標(biāo)準(zhǔn)平底孔各幾何尺寸要求十分嚴(yán)格。平底孔孔底的加工是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。平底孔標(biāo)準(zhǔn)反射體的加工質(zhì)量，不僅需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募庸すに?，而且需要全面的檢驗(yàn)技術(shù)。

(2) 平底孔人工反射體的幾何尺寸必須符合要求，它們直接影響超聲檢測(cè)的靈敏度,直接影響受檢產(chǎn)品的質(zhì)量評(píng)定。

(3) 覆型膜能較好地顯示出標(biāo)準(zhǔn)反射體的幾何尺寸及形態(tài)。利用覆型膜及光學(xué)影像測(cè)量方法，能夠評(píng)定平底孔的質(zhì)量參數(shù)，解決了多年來對(duì)平底孔,尤其是小孔和微孔內(nèi)部形態(tài)不能測(cè)量的難題。

(4) 使用超聲檢測(cè)方法檢測(cè)試塊的平底孔，得到的平底孔底面回波數(shù)據(jù)能反映孔底平面度、平底孔孔徑、孔深、孔底面與檢測(cè)面平行度等幾何指標(biāo)的加工情況。

[1] JJF 1487-2014 超聲波探傷試塊校準(zhǔn)規(guī)范[S].

[2] 陳昌華，董政，徐正茂，等. 超聲波探傷試塊及覆型膜制作分析[C]∥北京：冶金分析, 2012:549-555.

The Manufacturing and Checking of Flat Bottom Hole and Its Comparison of Ultrasonic Testing Results

MENG Qian-qian, WANG Bing, LI Ji-su

(Shandong Ruixiang Mould Co., Ltd., Jining 272400, China)

The coating film and optical image measuring method were employed for the appraisal of the quality parameter of flat bottom hole. The difficult problem of how to test the internal form of flat bottom hole was solved. In order to ensure the accuracy of ultrasonic testing results, the planeness of the bottom and its diameter, depth and parallel degree of flat bottom hole were checked by using ultrasonic testing method.

Test block；Ultrasonic testing；Flat-bottom hole；Covering mould

2016-07-22

孟倩倩(1987-)，男，工程師，主要從事焊縫的無損檢測(cè)技術(shù)及無損檢測(cè)試塊制造工藝的研究。

孟倩倩,E-mail: mengqqbeyoud@163.com。

10.11973/wsjc201702011

TG115.28

A

1000-6656(2017)02-0044-04