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)。
例如，對鈦合金圓棒，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，如英國的RPS705和美國的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相當(dāng)）的頻率。在評定、鑒別缺陷時，有時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。
三、需要評定的幾個參數(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，要求評定的參數(shù)也較多，目前國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 國外航空鈦合金鍛件超聲波探傷驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（最高等級）一覽表
| 機(jī)構(gòu)名稱 | 美國格魯曼飛機(jī)公司 | 美國波音 飛機(jī)公司 | 美國道格拉斯飛機(jī)公司 | 美國宇航 材料規(guī)范 | 美國 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 長條形缺陷的長度確定：在大于Φ0.4mm平底孔當(dāng)量的缺陷上移動探頭至缺陷回波消失時兩端的長度減去在同深度的Φ0.8mm平底孔試塊上以相同方法移動測得的長度，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 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 長條形缺陷指示長度的確定：以試塊上Φ0.8mm平底孔波高為80%滿刻度，向兩端移動探頭至波高降為10%滿刻度時兩點(diǎn)間距離為感受直徑，在此靈敏度下測定缺陷長度，以缺陷波高降到10%滿刻度的兩端點(diǎn)間距離為測量長度，則指示長度=測量長度-感受直徑 | 飛機(jī)用鈦合金AI級 長條形缺陷長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，材料拒收 | 飛機(jī)、發(fā)動機(jī)用優(yōu)質(zhì)鈦合金AA級 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的增加（至少兩倍于正常本底噪音信號）時，產(chǎn)品拒收 | 飛機(jī)用鈦合金AAA級 * 原文如此 |
| 機(jī)構(gòu)名稱 | 英國 IMI公司 | 英國 羅-羅公司 | 加拿大普惠 飛機(jī)公司 | 法國Tm 發(fā)動機(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)動機(jī) Ti-6Al-4V與Ti685鍛件 | 斯貝MK202發(fā)動機(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 | --- | --- |
| 長條形缺陷顯示 | |||||
| 平底孔當(dāng)量直徑mm | --- | --- | --- | --- | --- |
| 指示長度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)動機(jī)用鈦合金坯料 | 發(fā)動機(jī)用鈦合金鍛件 缺陷顯示總數(shù)不得多于10個(單件) | 發(fā)動機(jī)用鈦合金坯料與鍛件，缺陷顯示總數(shù)不得多于10個(單件) | 發(fā)動機(jī)用鈦合金鍛坯 | 發(fā)動機(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其機(jī)械性能有較顯著的影響，對超聲探傷中的雜波水平及底波損失的評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應(yīng)關(guān)系。根據(jù)這兩項(xiàng)參數(shù)的評定，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，盡管這樣的組織是不好的，甚至從顯微組織評定是不合格的，其雜波水平卻不一定偏高，說明雜波水平的評定目前還存在較大的局限性。
在底波損失的評定中，某些魏氏組織對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)行檢測上存在一定的實(shí)際困難。
應(yīng)當(dāng)說明的是，目前對鈦合金內(nèi)部偏析也尚無可靠有效的超聲檢測方法。
總之，如何利用超聲波對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定仍然是兩項(xiàng)很有價值的指標(biāo)。
3、鈦合金材料的超聲探傷中，有時由于單個大晶粒或者局部的組織不均勻造成的組織反射會以單個反射信號的形式出現(xiàn)，容易和真正的冶金缺陷（如高密度夾雜物、裂紋、孔洞等）的反射信號相混淆，通過試驗(yàn)分析認(rèn)為，這種反射信號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，以相同的探測靈敏度（平底孔直徑相同的試塊）重新評定時，會發(fā)現(xiàn)其反射信號幅度明顯下降，有時甚至消失，而真正的冶金缺陷的反射信號在這種情況下不會有明顯變化。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的參數(shù)為依據(jù)。
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