鈦合金鍛件超聲探傷的幾個(gè)問題

鈦合金存在如下缺點(diǎn)：例如變形抗力大、導(dǎo)熱性差、缺口敏感性較大 (1.5左右)、顯微組織的變化對(duì)機(jī)械性能影響較顯著等，從而導(dǎo)致在冶煉、鍛造加工和熱處理時(shí)的復(fù)雜性。因此，采用無損檢測(cè)技術(shù)以保證鈦合金制品的冶金和加工質(zhì)量，就是一個(gè)很重要的課題。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(gè)需要注意的問題。

一. 原材料的冶金質(zhì)量
前面第二部分所述的缺陷大部分是在原材料上就存在的，結(jié)合考慮我國(guó)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(jià)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(cè)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(duì)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(duì)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(guó)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(guó)的RPS705和美國(guó)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(zhǎng)相當(dāng))的頻率。在評(píng)定、鑒別缺陷時(shí)，有時(shí)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(cè)方法
1.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。
2. 鈦合金鍛件的顯微組織變化對(duì)其機(jī)械性能有較顯著的影響，對(duì)超聲探傷中的雜波水平及底波損失的評(píng)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(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)這兩項(xiàng)參數(shù)的評(píng)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(zhǎng)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(shí)，盡管這樣的組織是不好的，甚至從顯微組織評(píng)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(píng)定目前還存在較大的局限性。
在底波損失的評(píng)定中，某些魏氏組織對(duì)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(duì)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(cè)上存在一定的實(shí)際困難。
應(yīng)當(dāng)說明的是，目前對(duì)鈦合金內(nèi)部偏析也尚無可靠有效的超聲檢測(cè)方法。
總之，如何利用超聲波對(duì)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(píng)定仍然是兩項(xiàng)很有價(jià)值的指標(biāo)。
3.鈦合金材料的超聲探傷中，有時(shí)由于單個(gè)大晶?；蛘呔植康慕M織不均勻造成的組織反射會(huì)以單個(gè)反射信號(hào)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(hào)相混淆，通過試驗(yàn)分析認(rèn)為，這種反射信號(hào)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(cè)靈敏度(平底孔直徑相同的試塊)重新評(píng)定時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)其反射信號(hào)幅度明顯下降，有時(shí)甚至消失，而真正的冶金缺陷的反射信號(hào)在這種情況下不會(huì)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(hào)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(duì)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(cè)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(shí)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(hào)的參數(shù)為依據(jù)。