金屬薄板超聲噴霧穿透檢測(cè)技術(shù)研究

1金屬薄板無(wú)損檢測(cè)方法厚度6mm的金屬薄板是用于工業(yè)生產(chǎn)的重要原材料。金屬薄板的生產(chǎn)工藝決定了其內(nèi)部最易存在的缺陷類型為平行于材料表面的分層性缺陷。雖然超聲縱波脈沖反射無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)該類型缺陷具有很高的檢測(cè)靈敏度,但由于采用超聲縱波反射法檢測(cè)時(shí),在材料的上、下表面存在檢測(cè)盲區(qū)。因此,超聲縱波脈沖反射無(wú)損檢測(cè)方法不適用于金屬薄板的無(wú)損檢測(cè)。目前,國(guó)內(nèi)外各工業(yè)部門對(duì)金屬薄板內(nèi)部質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè),均采用超聲蘭姆波方法或超聲橫波脈沖反射方法。超聲蘭姆波方法檢測(cè)速度快,但存在嚴(yán)重的缺陷漏檢。因此,歐美國(guó)家基本不使用該方法,只有日本的金屬薄板生產(chǎn)廠家廣泛采用了該方法。國(guó)外宇航工業(yè)部門對(duì)金屬薄板的無(wú)損檢測(cè)主要采用超聲橫波脈沖反射方法,由于該方法是利用材料內(nèi)部分層性缺陷前沿的超聲散射信號(hào)對(duì)缺陷進(jìn)行檢測(cè),而金屬薄板內(nèi)部缺陷的前沿非常窄,該方法檢測(cè)時(shí)亦存在較嚴(yán)重的缺陷漏檢。國(guó)內(nèi)外至今仍未建立具有高可靠性的金屬薄板無(wú)損檢測(cè)方法。為此,本文開(kāi)展了金屬薄板的超聲噴水穿透檢測(cè)技術(shù)研究。2超聲檢測(cè)對(duì)象金屬薄板由板坯軋制而成,而板坯可用連續(xù)澆鑄法或由鋼錠軋制而成。金屬薄板的主要缺陷可分為表面缺陷和內(nèi)部缺陷。表面缺陷主要有裂紋、重皮和折迭;內(nèi)部缺陷主要有分層和白點(diǎn),但白點(diǎn)出現(xiàn)在中厚板中。超聲檢測(cè)的對(duì)象主要是內(nèi)部缺陷。板材中的分層主要由板坯中的縮孔殘余、開(kāi)口氣泡和夾雜物等在軋制過(guò)程中被軋扁而形成的。這類缺陷大都是與板面平行或基本平行的扁平狀缺陷。當(dāng)板材受到垂直于表面的拉應(yīng)力時(shí),分層會(huì)嚴(yán)重影響板材的強(qiáng)度,如圖1所示。若焊接坡口處有分層存在,它會(huì)促使焊縫產(chǎn)生缺陷。如果焊接應(yīng)力與分層的平面垂直,即使分層并不在坡口處開(kāi)口,也會(huì)在焊接過(guò)程中被撕裂。因此,分層性缺陷為金屬薄板中最危險(xiǎn)的缺陷。3分層性缺陷國(guó)內(nèi)外金屬薄板檢測(cè)常用方法有超聲脈沖反射法、超聲蘭姆波、超聲橫波檢測(cè)法(表1)。金屬薄板由板坯軋制而成,板材內(nèi)部的缺陷由于受壓延而變形,多為平行于板面的分層性缺陷。由表1可知上述三種超聲檢測(cè)方法均在金屬薄板檢測(cè)時(shí)存在一定的技術(shù)問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外對(duì)中厚板材采用超聲縱波穿透無(wú)損檢測(cè)方法。但由于探頭選用和水耦合等因素穿透法檢測(cè)靈敏度低,無(wú)法對(duì)薄板進(jìn)行檢測(cè)。本文以金屬薄板對(duì)比試塊為對(duì)象,開(kāi)展金屬薄板超聲縱波脈沖噴水穿透方法的研究工作。通過(guò)提高探頭頻率、改善水耦合條件和優(yōu)化檢測(cè)參數(shù),提高了超聲縱波脈沖噴水穿透檢測(cè)方法的靈敏度,使其滿足金屬薄板檢測(cè)的要求。4超聲波噴霧檢測(cè)系統(tǒng)4.1測(cè)系統(tǒng)研制工作根據(jù)已有的研究結(jié)果,開(kāi)展工程化應(yīng)用的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)研制工作。編制自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)控制軟件,使其具有探頭和產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)控制、檢測(cè)信號(hào)采集、存貯與顯示的功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬薄板的自動(dòng)檢測(cè)。4.1.1檢測(cè)系統(tǒng)的原理檢測(cè)系統(tǒng)原理框圖見(jiàn)圖2。4.1.2系統(tǒng)技術(shù)要求(1)測(cè)量對(duì)象金屬薄板尺寸為1800mm×3000mm,厚度為0.6~6mm。(2)檢測(cè)速度最大速度200mm/s。薄板移動(dòng)速度:探頭掃查一次移動(dòng)1mm,按照掃查1800mm計(jì)算,等于探頭掃查速度的1/1800。(3)設(shè)備部分6K,步進(jìn)電機(jī),工業(yè)PC,采樣卡,機(jī)柜,外配急停按鈕。(4)腳輪、傳送帶主測(cè)試體:WEC060,絲杠1610,尺寸約600mm×2000mm,腳輪,高度750mm,四排滾輪,上下刮水板,水箱,漏斗形水槽。傳送帶:2套,800mm×3000mm,腳輪,高度750mm。水箱要求:溫控25°,30L,500mm×500mm×600mm,過(guò)濾,水泵,220VAC。(5)環(huán)境噴水對(duì)穿。4.1.3設(shè)計(jì)方案(1)y方向的勘探距離為1900年mm,Vy=100mm/s。(2)傳輸模式國(guó)產(chǎn)鋁型材,內(nèi)部安裝滾珠導(dǎo)軌,滾珠絲杠傳動(dòng),步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。(3)支持內(nèi)容金屬架+尼龍滾輪結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖3。所建立的金屬薄板超聲縱波脈沖噴水穿透自動(dòng)無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng),如圖4所示。4.2試驗(yàn)研究的技術(shù)方案在研究金屬薄板自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的過(guò)程中,本文重點(diǎn)解決傳統(tǒng)的超聲穿透法檢測(cè)靈敏度低的問(wèn)題,通過(guò)開(kāi)展檢測(cè)頻率、噴水嘴直徑等檢測(cè)技術(shù)參數(shù)的研究工作,提高薄板分層性缺陷的檢測(cè)靈敏度。在檢測(cè)頻率、水層距離、檢測(cè)面選擇原則與選擇范圍的研究工作中,以理論為基礎(chǔ),采用試驗(yàn)研究的技術(shù)方案。試驗(yàn)結(jié)果充分證明了這些檢測(cè)技術(shù)條件是影響檢測(cè)靈敏度的關(guān)鍵因素。檢測(cè)技術(shù)參數(shù)的選擇原則如下。(1)超聲檢測(cè)的選擇根據(jù)被檢板材的材質(zhì)和板厚,通過(guò)試驗(yàn)方式選擇探頭。在超聲穿透信號(hào)幅度基本穩(wěn)定的前提下,應(yīng)盡可能選擇頻率較高的超聲波探頭。(2)墨水前準(zhǔn)備參數(shù)探頭噴水套的噴水嘴直徑應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)方式選擇。在超聲穿透信號(hào)幅度基本穩(wěn)定的前提下,應(yīng)盡可能選擇較小的噴水嘴。若穿透信號(hào)不穩(wěn)定可加大噴水嘴直徑。(3)主要清潔方向的選擇主掃查方向必須選擇與被檢板材主軋制方向相垂直的方向。無(wú)法確定板材主軋制方向時(shí),需分別以兩個(gè)相互垂直的方向作為主掃查方向進(jìn)行掃查。(4)掃描速度的選擇在自動(dòng)掃查系統(tǒng)所允許的檢測(cè)掃查速度范圍內(nèi),在超聲信號(hào)耦合狀態(tài)基本穩(wěn)定的前提下,應(yīng)盡可能選擇較高的掃查速度。(5)距離選擇掃查間距應(yīng)不大于輔掃查方向上要求檢測(cè)缺陷尺寸的1/2。5金相檢驗(yàn)分析對(duì)1Cr21Ni5Ti厚度1mm的鋼帶采用超聲縱波脈沖噴水穿透無(wú)損檢測(cè)方法及自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果如圖5所示。由圖5可見(jiàn),采用該方法可有效檢測(cè)出鋼帶內(nèi)存在的分層性缺陷,但采用手動(dòng)超聲蘭姆波方法和超聲縱波反射法均無(wú)法檢測(cè)出該分層性缺陷。對(duì)所發(fā)現(xiàn)的分層性缺陷部位解剖后進(jìn)行了金相檢驗(yàn),金相照片如圖6所示。由圖6可知,該缺陷很薄,前沿非常窄,材料內(nèi)部分層性缺陷前沿的超聲散射信號(hào)較弱,采用超聲蘭姆波和超聲橫波均無(wú)法檢測(cè)出此缺陷。檢測(cè)的鋼帶厚度小,僅為1mm,采用超聲縱波反射法存在盲區(qū),也無(wú)法檢測(cè)出此分層性缺陷。利用該系統(tǒng)對(duì)1Cr18Ni9Ti厚4mm的金屬薄板進(jìn)行檢測(cè),其檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖7,可以看出該系統(tǒng)能有效檢測(cè)出分層