在用机炮身管的超声检测

　　机炮身管工作在高温环境,承受交变应力作用,严重影响机炮身管的寿命。同时机炮身管的工作性质决定其工作时故障发生概率极低。如果仅以发射次数配合破坏检测来决定其寿命的话,安全系数太大,则会造成材料、维修费用和维修时间的浪费;安全系数太小,工作中发生危险的概率就大。发射次数与无损检测的有机结合可以减少这种浪费。

　　1　在用机炮身管简介及检测方法选择

　　在用机炮身管属大壁厚小径管,身管的破坏主要是内壁疲劳裂纹引起的疲劳破坏。机炮身管内壁附有膛线,膛线处由于变形大,是应力集中的地方,而且弹丸发射时弹丸与身管处的配合为过渡配合,其互相挤压应力很大,因此,应力引起的疲劳裂纹主要出现在应力集中的膛线附近。如果采用100%射线检测,检测周期很长、费用很大,且检测效果不理想。磁粉检测则需使用硅胶注到身管内壁待其凝固后取出观察检测结果,且检测灵敏度较低。超声检测可以在机炮上进行,检测速度快,亦可以在地面上进行大批量的自动检测,成本较低、速度较快。

　　2　机炮身管的超声波检测方法

　　机炮身管规格为50mm×10mm,外形结构见图1。工件曲率较大探头耦合困难,如果将斜探头磨成曲面,加工精度不高、探头磨损快、探头K值与声束入射点测定麻烦且不准确。由此带来的问题是回波的准确定位与判断。为此作者采用补偿的方法补偿工件形体,加工曲率半径为R25mm的滑块,其材料与工件相同,外形示于图2。补偿后的工件一面为平面,另一面为凹曲面。

　　2.1　探头

　　根据工件特点如选择单晶斜探头可达到检测效果且扫查方向全面,但定位计算工作量大、检测效率低;如果选用单晶直探头扫查方向单一、定位简单、检测效率高,因此选用直探头。疲劳裂纹主要产生在内壁且垂直于内壁。探头频率f=5MHz,晶片直径20mm,其波长λ= 1. 18 mm,近场区N=84mm。

　　检测时将探头与滑块间涂上耦合剂并固定(图3),形成一个外形特殊的探头。

　　2.2　扫查方式

　　采用螺旋扫查方式,扫查螺距与内膛线螺距相同,扫查声束在检测面上要有>10%的重叠。

　　2.3　检测灵敏度

　　检测灵敏度调整采用图4所示平底孔试块。图中1~7号孔径均为2mm,L分别为40,45,50,55,60,65和70mm。

　　2.4　耦合损失

　　滑块与工件的耦合损失测定试块示于图5。将探头置于图4平底孔试块上大平底处,将一次回波调至荧光屏80%处,记录衰减器读数N ₁,然后将探头置于耦合损失测定试块上与工件检测相同位置处,将一次回波调至荧光屏80%处,记录衰减器读数N ₂,则滑块与工件的耦合损失为N ₂-N ₁。