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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問題及航空驗收標準

          發布時間 :2020-06-08 05:47:39 瀏覽次數 :

          除了一般鍛件超聲探傷方法中應當注意的問題外,鈦合金鍛件的超聲探傷還有以下幾個需要注意的問題。

          一、原材料的冶金質量

          鈦材料缺陷大部分是在原材料上就存在的,結合考慮我國鈦工業生產的實際情況(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雜,使得鍛件的超聲探傷存在一定的困難(例如死角、盲區、探測方向不利等),為了將質量隱患盡早阻絕在初始階段,應該嚴格把好原材料的冶金質量關,其超聲驗收標準應該從嚴要求,其方法也應該更為詳細。

          鈦合金鍛件

          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,還應作周面360°的弦向橫波探傷(折射角一般為45°),以保證發現直探頭無法發現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變線產生的裂紋(在橫截面上多為近似45°取向)及某些傾斜取向的缺陷,還應作折射角45°的徑向橫波探傷(國外有些標準還要求作水中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)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量,除了嚴格控制原材料質量外,還必須防止在后續熱加工過程中出現缺陷,應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、需要評定的幾個參數

          1、鈦合金鍛坯與鍛件的超聲波驗收標準很嚴格,要求評定的參數也較多,目前國外航空鈦合金鍛件超聲波探傷的驗收標準如表1。

          表1 國外航空鈦合金鍛件超聲波探傷驗收標準(最高等級)一覽表

          機構名稱美國格魯曼飛機公司美國波音      飛機公司美國道格拉斯飛機公司美國宇航      材料規范美國      軍用規范
          標準名稱鈦與鈦合金的      超聲質量要求超聲檢驗鍛制金屬的      超聲檢驗鈦合金的      超聲檢驗鍛制金屬的      超聲檢驗
          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,擠壓件及機加工零件鍛件,鍛坯,環形鍛件,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
          超聲驗收標準:
          單個缺陷顯示平底孔當量直徑 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直徑平底孔當量(1/64英寸)---見備注不高于基準參考      平底孔波高的70%---
          底波損失 %≯50---≯50≯50≯50
          備注飛機用鈦合金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平底孔當量顯示的區域上進行,以第一次底波與同聲程的標準參考試塊的第一次底波比較,其底波損失不應大于50%飛機用鈦合金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%滿刻度的兩端點間距離為測量長度,則指示長度=測量長度-感受直徑飛機用鈦合金AI級      長條形缺陷長度以最大缺陷回波振幅下降到50%滿刻度的兩端點間距離確定      當與正常材料相比的底反射損失大于50%并結合在材料中的雜波有兩倍增加時,材料拒收飛機、發動機用優質鈦合金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,產品拒收飛機用鈦合金AAA級      * 原文如此
          機構名稱英國    IMI公司英國    羅-羅公司加拿大普惠    飛機公司法國Tm    發動機公司
          標準名稱IMI盤件用      優質鈦合金鍛坯    通用技術條件主軸、壓氣機      轉子盤、渦輪盤      及有關轉動件的    超聲驗收標準IMI679    鈦合金壓氣機盤鈦合金棒材與鍛坯    的超聲檢驗標準制造I組零件用      優質TA6V自由鍛件或模鍛件的    驗收技術條件
          適用范圍Ti-6Al-4V與IMI550鍛坯,直徑(1)Φ100~255mm    (2)>Φ255~305mm斯貝發動機    Ti-6Al-4V與Ti685鍛件斯貝MK202發動機,IMI679      (1)供應廠檢驗要求    (2)中間階段檢驗要求用于制造盤件、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
          超聲驗收標準:
          單個缺陷顯示平底孔當量直徑 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不應有明顯較高的    雜波顯示---
          底波損失 %---------------
          備注發動機用鈦合金坯料發動機用鈦合金鍛件    缺陷顯示總數不得多于10個(單件)發動機用鈦合金坯料與鍛件,缺陷顯示總數不得多于10個(單件)發動機用鈦合金鍛坯發動機用鈦合金

          由表1可見,要達到這樣高的驗收標準,不僅對探傷人員的技術水平有較高要求,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,應予以充分的重視。

          超聲波在晶界及晶內相組織上的散射可能在熒光屏上以雜波顯示,也可能表現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關系。根據這兩項參數的評定,已經發現過粗晶、并列α組織(能造成低周循環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,多表現為有完整明顯的原始β晶界和平直細長的魏氏α組織(未變形的典型魏氏組織),或顯現有多且大的條塊狀α相,這類組織在機械性能上表現為強度指標下降。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晶界及晶內相組織取向較紊亂無規則時,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),但對工業生產上的大批量檢查如何使用普通超聲探傷儀,選用最佳響應頻率的探頭進行檢測上存在一定的實際困難。

          應當說明的是,目前對鈦合金內部偏析也尚無可靠有效的超聲檢測方法。

          鈦合金環

          總之,如何利用超聲波對各種不同顯微組織的響應達到控制鈦合金的性能質量,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,以及使用電子計算機進行信息處理等)。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很有價值的指標。

          3、鈦合金材料的超聲探傷中,有時由于單個大晶?;蛘呔植康慕M織不均勻造成的組織反射會以單個反射信號的形式出現,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,通過試驗分析認為,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,會發現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顯然是不可能的,必須結合具體探傷對象的材料成分特點、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驗水平等進行綜合分析判斷,必要時還要進行解剖驗證(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,其質量驗收標準基本上仍以回波信號的參數為依據。

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