銅及銅合金棒材缺陷分析 超聲波探傷注意事項

　　無損探傷在銅及銅合金棒材的缺陷分析中較為常見。由于我國在航空航天、交通軌道建造工程設(shè)備中對銅及銅合金棒材都有著廣泛需求，所以為了確保其使用時能夠安全可靠，一般都會在其采購貿(mào)易時，服役前或使用維護檢修時，進行無損檢測。

　　銅及銅合金棒材無損檢測一般使用的是超聲探傷的方法，目前執(zhí)行的標準為 GB/T3310-2010《銅及銅合金棒材超聲波探傷方法》。GB/T3310-2010作為十多年前的老標準，最大的缺點之一就是沒有對棒材內(nèi)部缺陷進行質(zhì)量分級。此外標準中的橫孔對比試樣也只是為了探傷擠壓棒材縮尾缺陷而設(shè)定的，如果按照此靈敏度探傷，棒材內(nèi)部其它缺陷如氣孔、疏松和夾雜缺陷就有可能漏檢。這就讓部分對銅及銅合金棒材要求內(nèi)部不允許存在任何缺陷的客戶產(chǎn)生疑惑。

　　根據(jù)德檢工程收集的資料發(fā)現(xiàn)國外沒有銅材超聲波探傷的有關(guān)標準，國內(nèi)參考標準如下

　　GJB 3074-97《航天用鋯無氧銅鍛餅超聲波檢驗方法》

　　YB/T4119-2004《結(jié)晶器銅板超聲波探傷方法》

　　CB 1416-2008《艦船用銅合金鍛件超聲波檢測》

　　YB/T585-2013《銅及銅合金板材超聲波探傷方法》

　　YB/T1000-2014《銅及銅合金管材超聲波縱波探傷方法》

　　YB/T1103-2016《銅及銅合金管材超聲波橫波檢測方法》

　　以GB/T3310-2010為依據(jù)，參考如上標準，我們在使用超聲波探傷時，需要注意的問題如下：

　　一、超聲波探傷的適用范圍注意問題

　　GB/T3310-2010規(guī)定的A 型脈沖縱波反射超聲波探傷適用的銅及銅合金棒材范圍為直徑或?qū)吘酁?0mm-280mm-圓形、方形、矩形和正六邊形的產(chǎn)品，還有直徑或?qū)吘酁?0mm-80mm-圓形、方形、矩形和正六邊形紫銅棒材。

　　該標準做所以以 10mm 為下限，主要是考慮到 A 型脈沖縱波反射超聲波探傷方法存在探傷盲區(qū)，對于直徑小于 10mm 的棒材內(nèi)部缺陷進行探傷很容易漏檢，因此確定棒材直徑檢測下限為 10mm。不過隨著技術(shù)的發(fā)展規(guī)定的探傷靈敏度條件下，只要滿足信噪比大于等于 6dB，被檢棒材均可實施探傷，因此對棒材直徑上限的設(shè)定已經(jīng)沒有意義。

　　考慮到用縱波探傷矩形、方形和正六邊形銅及銅合金棒材，超聲波入射不到邊角處，如果在矩形、方形和正六邊形的邊角處存在缺陷，有可能漏檢，因此我們需要增加橫波進行探傷，所以對于矩形、方形和正六邊形銅及銅合金棒材的超聲波探傷建議增加橫波探傷。

　　二、銅及銅合金棒材信噪比的注意問題

　　上面我們也說了，現(xiàn)在技術(shù)的發(fā)展，讓我們能在規(guī)定的探傷靈敏度條件下，被探棒材的信噪比應(yīng)大于等于 6dB。但是有些銅及銅合金棒材內(nèi)部晶粒較大或第二相組織較粗(例如擠壓紫銅、白銅晶粒較大，復雜鋁錳黃銅存在粗大強化相等)，在探傷時晶粒較大或第二相組織較粗引起的雜亂反射波會干擾或混淆缺陷反射波，無法對缺陷進行正確判定，另外對于較大直徑的棒材如果采用高靈敏度探傷，同樣會出現(xiàn)草狀回波與缺陷波相混淆的情況，因此，保守起見，信噪比應(yīng)大于等于 6dB可采用超聲探傷。

　　三、確定探頭及頻率的注意問題

　　超聲波探傷用探頭的性能測試可以按 JB/T 10062《超聲探傷用探頭性能測試方法》的規(guī)定進行，接觸法探傷的探頭采用單晶直探頭或雙晶直探頭，液浸法探傷的探頭采用縱波線聚焦探頭或點聚焦探頭。

　　雙晶直探頭和聚焦探頭主要檢測小規(guī)格棒材，宜采用較高的超聲波頻率，聚焦探頭的頻率應(yīng)采用 5MHZ ～10MHZ，雙晶直探頭應(yīng)采用 2.5MHZ ～5.0MHZ。單晶直探頭探傷時在滿足信噪比大于 6dB 的條件下應(yīng)采用較高頻率探傷，便于發(fā)現(xiàn)小缺陷，否則需采用較低頻率才能實施棒材探傷，對于較大直徑的棒材宜采用較低頻率，單晶直探頭的頻率選擇范圍為 0.5MHZ ～5MHZ。

　　四、對比試塊的選用注意問題

　　超聲波縱波法對產(chǎn)品進行探傷時發(fā)現(xiàn)缺陷后，均是以平底孔當量來確定缺陷的大小，當缺陷處在遠場處時還可以直接用計算法計算出缺陷的平底孔當量直徑，如果還采用短橫孔調(diào)整靈敏度，發(fā)現(xiàn)缺陷后就不能對缺陷的當量大小進行評定，也沒有辦法對缺陷進行等級評定，因此建議將原標準中接觸法探傷用的短橫孔對比試塊改為平底孔對比試塊。

　　五、探傷類型選擇注意問題

　　A 型脈沖縱波反射超聲波探傷方法又可分為液浸縱波法、雙晶直探頭接觸法和單晶直探頭接觸法等探傷方法，根據(jù)每種探傷方法的適用范圍和特點，結(jié)合銅及銅合金棒材對超聲波的反射特性，根據(jù)棒材直徑不同采用不同的探傷方法，具體分類可按以下介紹選擇：

　　(1)直徑為 10mm～25mm 的圓形銅及銅合金棒材應(yīng)采用液浸法探傷。

　　(2)直徑為 25mm～50mm 的圓形銅及銅合金棒材應(yīng)采用雙晶直探頭接觸法或液浸法探傷。

　　(3)直徑大于 50mm 的圓形銅及銅合金棒材應(yīng)采用單晶直探頭接觸法探傷。

　　銅及銅合金棒材的內(nèi)部質(zhì)量缺陷分析

　　我們對銅及銅合金棒材采用超聲波探傷時，需要了解的銅棒內(nèi)部缺陷，主要可以包括為單個缺陷、多個缺陷以及缺陷的位置和缺陷的當量大小、長度等信息，通過對這些信息進行綜合評定，以此來確定棒材的質(zhì)量等級。

　　(1) 缺陷的定位

　　a 缺陷平面位置的確定:將探頭在被檢棒材表面移動即可獲得缺陷最高反射波處的位置，從而確定缺陷的平面位置。

　　b 缺陷埋藏深度的確定:采用對比試塊比較進行確定;或利用棒材的直徑采用比例法進行確定。

　　(2) 缺陷當量的評定

　　被檢缺陷的深度大于或等于三倍的近場區(qū)長度時，采用 AVG 曲線及計算法確定缺陷當量;被檢缺陷的深度小于三倍的近場區(qū)長度時，采用試塊對比法確定缺陷當量。

　　(3) 單個缺陷的評定

　　當單個缺陷小于探頭聲束面積時，將缺陷的反射波高與同聲程對比試塊平底孔的反射波高比較。當單個缺陷大于探頭聲束面積時，可采用 6dB 法進行評定。

　　(4) 多個缺陷的評定

　　對每個缺陷當量的最大反射波高的中心位置進行定位，確定相鄰缺陷的距離，比較任意兩個相鄰缺陷的指示中心間距，以最小的間距根據(jù)表 2 進行評定。

　　(5) 缺陷長度的評定

　　a、用雙晶直探頭確定缺陷邊界或指示長度時，探頭移動方向必須與聲波分割面相垂直，在移動探頭中使缺陷波高下降到熒光屏滿刻度的 25%時，探頭中心移動距離即為缺陷的指示長度。

　　b、用單晶直探頭確定缺陷的指示長度時，移動探頭使缺陷第一次反射波高下降到熒光屏滿刻度的 25%時，探頭中心的移動距離即為缺陷的指示長度。

　　c、液浸縱波線聚焦法探傷時，缺陷報警顯示的長度即為缺陷的指示長度

　　總結(jié)，銅及銅合金棒材探傷的質(zhì)量等級缺陷的評定可參考如下圖

　　這里特別要注意是，我們在做超聲探傷時，探傷場地不能設(shè)在有強磁、震動、高頻、電火花、高溫、潮濕、機械噪聲大的環(huán)境中，以免影響探傷的準確性和探傷的穩(wěn)定性。