铝合金薄板异型结构的超声波检测技术

　　随着航天、航空、国防和汽车等行业的高速发展,对2A12和5A06两种铝合金板材的需求量日益增多。由于板材是经过多道轧制工艺和大变形量而成形的,因而使铸锭内部的缺陷,如气孔和夹杂等变形为与母材结合紧密的线状或层状缺陷,只有采用特殊的检测方法才能进行检测和质量控制[1]。对于经过模具冲制的各种薄板异型结构件,由于结构形状的复杂性和厚度较薄(一般<6 mm),以及使用场合的特殊性,对其检测的要求更高,难度更大,采用通常的无损检测方法难以实施和达到检测效果。笔者通过宏观低倍断口试验与无损检测试验进行对比,最终获得了兰姆波检测异型结构件的技术,并在一定程度上取得了推广应用。

　　1　检测原理

　　兰姆波又称板波,是超声纵波倾斜入射到薄板中引起共振而形成的波。如图1所示,可推导出

　　头兼作发射和接收探头。换能器(探头)发出的超声波在板中激发的板波在传播过程中遇到缺陷或端面而产生反射波,被传感器接收后在示波屏上显示出缺陷波和底波的位置和幅度。

　　2　检测条件的选择

　　检测条件是根据检测的对象和检测的方法来确定的。由于受到铝合金薄板异型结构件外观和检测空间的限制,因此常规的传感器以及技术性能指标是无法达到的,特别是对于检测夹杂类分层缺陷,需要高的分辨率和灵敏度。为了达到检测的目的以及激发出所需的兰姆波模式,对检测设备、传感器、入射角度和扫查方式等都须提出较高的要求。只有满足如下条件才可实施检测,①仪器的功率较大,频率范围宽而且可调。②传感器的角度可调,并且波束要集中。③传感器不引起检测对象产生新的缺陷。④扫查方式要平稳,不引起干扰波。⑤信噪比高,端面反射波幅高而清晰。⑥激发的波形单一,衰减小。⑦群速度快,使反射波位于主波之后,便于识别。⑧能检测出缺陷性质。

　　为了达到上述要求,采用了USIP11型高功率和频率可调式超声波检测仪,传感器采用聚焦式水浸探头并带有三维调整装置,扫查方式采用试件相对传感器移动式,试样采取模拟分层缺陷。

　　3　检测试样的制备

　　由于铝合金薄板异型结构件在试验时所出现的问题主要是在受力较大的应力集中部位,即折弯处通过低倍分析发现常发生夹渣类分层缺陷。为此试样的人工缺陷主要在受力点处进行钻制和模拟(图5)。为了保证试验具有代表性和可靠性以及高效率,采取了综合的方式制作试样。试样的厚度为3 mm,材料成份及状态为5A062O,几何尺寸见图5。将试样分成A,B和C三个区,分别制作不同尺寸的人工缺陷,其尺寸和自然缺陷的波幅列于表1。