航空發(fā)動機(jī)釬焊件超聲波C掃描檢測及探頭選擇的探討

鄭斯宇 李玲 張倩蘭 譚龍

摘 要：本文采用了2種不同的水浸聚焦探頭分別對金屬真空釬焊件進(jìn)行試驗，并從理論上推導(dǎo)了探頭對缺陷最佳檢測能力的計算方法。

關(guān)鍵詞：超聲波 C掃描;真空釬焊;聚焦探頭

1前言

隨著當(dāng)今航空、航天等尖端科技的發(fā)展，人們對材料的要求越來越高。目前，無論從經(jīng)濟(jì)角度還是從使用性角度來說，單一材料都很難滿足現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)對材料的綜合性能要求，發(fā)展新材料及異種材料連接技術(shù)，綜合不同材料的優(yōu)異性能以滿足工業(yè)生產(chǎn)的各種要求是材料連接科學(xué)發(fā)展的必然趨勢。釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作為釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點，低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實現(xiàn)連接焊接的方法。現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)零部件中，越來越多的薄壁結(jié)構(gòu)采用釬焊。如何準(zhǔn)確地檢驗釬焊質(zhì)量，這是釬焊技術(shù)實際應(yīng)用中必須解決的問題。

本文針對異種薄板金屬釬焊界面，對其進(jìn)行理論分析和常規(guī)超聲波C掃描縱波檢測，探討檢測的可行性及檢測精度，同時進(jìn)行了選擇不同探頭及檢測參數(shù)的探討。

2試驗

2.1對比試塊

對比試塊與零件材料及外形一致。為保證人工缺陷合格率，制作了2組孔，其直徑由大到小依次為：φ6.35mm，φ3.18mm，φ1.60mm，φ1.19mm。

2.2檢測系統(tǒng)

選用以色列Scan Master公司生產(chǎn)的LS-200型水浸超聲波C掃檢測系統(tǒng)對零件進(jìn)行檢測。

2.3探頭及水距

超聲波對缺陷的最大檢測能力是指在保證系統(tǒng)的信噪比≥10dB時，能夠檢測出缺陷的最小當(dāng)量尺寸。在縱波探傷中，對小于聲束尺寸的缺陷，經(jīng)常以平底孔當(dāng)量模式對缺陷尺寸進(jìn)行評定。但聚焦探頭的聲場與普通探頭不同，對普通探頭，經(jīng)常以壓電晶片輻射聲束的中心軸線上的聲壓來代表軸線附近的聲壓。對聚焦探頭，焦點處一個小范圍內(nèi)聲壓起伏就比較大，所以聚焦探頭不同于普通探頭。根據(jù)近似理論，聚焦探頭焦平面上的聲壓分布為公式1：

當(dāng)具有這一焦平面聲壓分布的聲波入射到以a為半徑的反射體上時，返回到探頭上的聲壓P2（r）實際上又可以看作是一個以a為半徑的聲源發(fā)射具有Pf（p）分布的聲波，通過透鏡到達(dá)壓電晶片上。

理論上分析，加工處半徑為a的平底孔作為基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)信號幅度至80%滿屏波高，此時靈敏度為dB1，提高靈敏度，使噪聲回波低于20%滿屏波高，此時靈敏度為dB2，則公式2：

該零件的被檢區(qū)域外圓直徑為173mm，壁厚只有8.5mm，因此對超聲檢測系統(tǒng)的分辨率要求較高，超聲波的分辨率與探頭的頻率及焦點尺寸密切相關(guān)，考慮使用較高檢測頻率、小焦點聚焦探頭進(jìn)行檢測。在此選用HGE-5827A（探頭頻率10MHz，焦點尺寸為1.58mm）和IS1506R（探頭頻率15MHz，焦點尺寸為1.08mm）兩種探頭，對該釬焊件的對比試塊進(jìn)行檢測。通過掃查結(jié)果對比，可以發(fā)現(xiàn)IS1506R探頭由于焦點尺寸較小，可以更好地保證檢測的精度，且信噪比更高。用IS1506R的C掃圖見圖1。因此，選用IS1506R探頭進(jìn)行試驗。為了保證界面波的后沿和缺陷波的前沿相交處小于20%屏幕高度，選擇了三種不同的水距進(jìn)行試驗，分別為38mm、55mm、60mm，如表1所示。通過表1可以發(fā)現(xiàn)，在探頭的標(biāo)稱水距38mm處靈敏度最高，因此檢測該零件所選用的水距為38mm。

3結(jié)果與討論

采用選定的超聲探頭、聲束焦距等檢測參數(shù)對該零件進(jìn)行檢測，掃查結(jié)果如圖2。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，圖2缺陷面積超標(biāo)。采用系統(tǒng)自帶軟件對圖2中最大面積的缺陷尺寸進(jìn)行了測量，缺陷面積為53.6×19.7mm2。由此可見，選用合適的探頭及正確的參數(shù)能有效地發(fā)現(xiàn)釬焊縫中的不連續(xù)性。

4結(jié)論

4.1超聲波水浸C掃描檢測能有效地記錄釬著率，是保證組件釬焊質(zhì)量的可靠手段;

4.2檢測時應(yīng)按照技術(shù)要求，選擇合適的探頭，正確設(shè)置儀器靈敏度及閘門等參數(shù)，以達(dá)到最佳檢測效果。

4.3超聲波水浸聚焦探頭對于檢測結(jié)果具有決定性因素。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱思義.超聲C掃描檢驗釬焊質(zhì)量的可靠性[M]. 《無損檢測》編輯部，1997.

[2]馮占英.蜂窩結(jié)構(gòu)的超聲和聲無損檢測技術(shù).無損探傷，2007，3（6）：1-4.

[3]李克明.聚焦探頭檢測幾種規(guī)則反射體回波聲壓的計算和實驗.無損檢測，1998，10（10）：287-289

第一作者簡介：

鄭斯宇 男 漢族 本科 中國航發(fā)航空科技股份有限公司? 工程師 主要從事超聲波檢測技術(shù)研究