研究铍青铜大规格棒材超声波探伤技术

　　1前言

　　铍铜合金是一种具有良好综合性能的合金，有很高的强度、硬度、弹性，还具有良好的导电性、导热性、耐模性和耐腐蚀性，以及非发火性，铸锻性，非磁性等优良特性，其应用十分广阔。主要应用于电信，计算机，汽车电子元件，电子工业和航空、航天、石油、化工等行业，也可应用于电器连接器，IC插座，开关继电器，手提电脑及天然气钻探设备等，这些行业对其质量要求非常严格，故超声波探伤尤为重要。

　　超声探伤是质量控制的一种重要手段。对于铍铜合金材料中可能存在的冶金缺陷(如夹杂，气孔)、工艺缺陷(如变形不足、起皮，裂纹等)和组织缺陷，许多厂家都用超声探伤检测进行质量控制。本文对铍青铜大规格棒材的超声探伤技术进行了研究。

　　2.探伤原理

　　棒材探伤可采用纵波脉冲反射法，即直探头直接接触法，，该方法是将超声波探头与平滑的工件表面接触或用其它方法耦合后，就能使超声波在在工件中传播，遇到缺陷将引起反射。它易于发现工件与声速方向垂直，具有一定截面积的缺陷。检测时从棒材的压余端开始，检验过程中应沿一个圆周方向进行，超声波束应由棒材的一侧入射，原则上应在探测面上从两个相互垂直的方向进行全面扫查。

　　3实验方法

　　对比试块可以调节探伤灵敏度;测试仪器和探头的性能;调整扫描速度;是评判缺陷大小的依据。为了保证不同直径的棒材的检测的可靠性，制作了阶梯式对比试块，该对比试块原料是电渣铍青铜，为退火态。经超声波检验合格后制作的。在对比试块的1/2D处制作了深度为15mm，φ0.8mm横通孔，其余均为φ2.2mm平底孔，加工尺寸如图1。

　　图1棒材检测对比试块

　　Fig1.DetectionofreferenceblocksBar

　　实验仪器采用汕头超声仪器研究所的CTS-2020A型脉冲反射式超声波探伤仪。探头频率选择为5MHz，晶片直径为10mm。耦合剂为丙三醇。调节探伤灵敏度时，采用缺陷当量横通孔为φ0.8mm、平底孔为φ2.2mm，缺陷波高达仪器满屏的80%作为基准波高，此时的灵敏度确定为探伤灵敏度。

　　4实验结果

　　阶梯试块中1号横通孔和2、3、4号平底孔调试波形见图2。由图2可以看出φ0.8mm横通孔和φ2.2mm平底孔反射回波清晰可见，信噪比高能够满足检测灵敏度要求。

　　(a)

　　(b)

　　(c)

　　(d)

　　图2对比试块调试波形图

　　(a)1号横通孔调试波形(b)2号平底孔调试波形

　　(c)3号平底孔调试波形(d)4号平底孔调试波形

　　Fig2.debugwaveformreferenceblocks

　　实际检测的不同规格棒材缺陷波形如图3，由图3表明采用探头频率为5MHz，晶片直径为10mm纵波直探头接触法对棒材进行检测，能够发现棒材内部缺陷，金相组织观测表明该铍青铜棒材晶粒较细，这与实际探伤时杂波较低相吻合。

　　(a)φ85mm棒材缺陷波形图

　　(b)φ55mm棒材缺陷波形图

　　(c)φ30mm棒材缺陷波形图

　　(d)φ20mm棒材缺陷波形图

　　图3不同规格棒材缺陷波形图

　　Fig3.DefectsofdifferentwaveformsSizeBar

　　(a)φ85mm棒材;(b)φ55mm棒材(c)φ30mm棒材(d)φ20mm棒材

　　图4给出的缺陷剖检图与图3的波形一一对应。图4(a)表明缺陷为裂纹，图4(b)表明缺陷为夹杂点缺陷，图4(c)表明缺陷为近表面浅裂纹，图4(d)表明缺陷为密集型气孔。

图4实际剖检图缺陷

　　(a)φ85mm棒材;(b)φ55mm棒材;(c)φ30mm棒材;(d)φ20mm棒材

　　Fig4.Actualnecropsydefect

　　对超声波检测得到的缺陷进行当量尺寸的评定，并与解剖实验进行对比，其结果见表1。从表1可以看出，有一部分缺陷与计算值接近，有部分缺陷比计算值大。原因是缺陷的当量尺寸评定是根据回波高进行计算的。而影响回波幅度的因素有很多，除缺陷本身的大小外，缺陷的性质，取向，粗糙度和形状都会影响回波的幅度。

　　表1当量计算值与缺陷实际大小评定结果

　　Table1Equivalentcalculatedtheactualsizeofassessmentresultsanddefects

　　NO. 计算值(mm) 实际尺寸(mm)

　　a 1.0 1.2×20

　　b 2.2 3×2.2

　　c 2.4 2×20

　　d 1.7 1.9×1.2

　　4结论

　　1)通过应用超声波纵波直探头直接接触法，可以对铍青铜大规格棒材裂纹、夹杂，气孔等进行检测，并且通过缺陷波形与剖检出的实际缺陷一一对应，总结经验，以便在实际操作中对棒材的缺陷进行分析和判断，有效的控制了产品质量。

　　2)当量的计算值与实际缺陷尺寸有偏差，基本是计算值小于实际尺寸。

　　参考文献

　　1 易均平. 铍合金材料发展报告[R] . 宁夏东方钽业股份有限公司内部资料, 2003. 1.

　　2 中国机械工程学会无损检测学会编.超声波检测.第2版.北京:机械工业出版社,2000

　　3 超声波探伤》编写组编著.超声波探伤.北京:电力工业出版社,1980

　　4 梁 菁, 史亦伟, 韩 波, 等. 粉末材料中微夹杂缺陷的超声波检验[J ]. 材料工程, 1996, 10: 26-28.