管材轧制送料量对涡流探伤的影响

摘　要: 对不同轧制送料量的铝合金薄壁管材进行涡流探伤试验, 分析轧制送料量对涡流探伤的影响及 原因。根据探伤记录曲线, 做相位与幅值的关系曲线图。研究发现, 随轧制送料量增加, 相位幅值曲线变窄, 探伤参数选择范围减小, 检测效率降低, 管材本底噪声加大, 信噪比减小。沧州欧谱因此, 送料量大时难以保证军品质 量精度要求。

关键词: 铝合金管材; 轧制送料量; 涡流探伤

中图分类号: T G115. 28　文献标识码: A 　文章编号: 167124423 (2004) 04222203 　　

铝及铝合金薄壁管材广泛应用于航天、航空、军 工和重要民用领域, 在用涡流检测方法对其进行探 伤时发现, 有的批次管材探伤效果非常好, 探伤参数 选择容易, 信噪比高, 速度快, 成品率高; 有的批次管 材探伤参数选择困难, 检测速度慢, 成品率低。本文 研究了管材轧制送料量对检测结果的影响。

1　冷轧管的送料量及涡流检测 当轧管机架处于最后端位置时, 送料机构将毛 料向前送进的距离称为轧制送料量。送料量的大小 与轧制管材的质量和轧制效率有密切关系。送料量 较小时, 金属变形较轻微, 轧出的管材质量好, 但是 生产效率低; 送料量较大时, 由于金属变形加剧, 容 易产生一些圆环、裂纹、裂口、飞边、棱子、壁厚不均 等轧制缺陷。管材减径拉伸后, 涡流检测对这些缺陷 反应非常灵敏。 涡流检测对金属材料中的多种参数反应敏感。 在探伤中, 与检测目的无关的因素也引起明显的信 号变化, 影响检测的正常进行。为了消除干扰信号产 生的不良影响, 探伤仪对干扰信号进行多种方法的 处理, 如利用探头输出信号的幅度、相位两个参数进 行不同信号区分, 当检测信号发生变化时, 这两个参 数也随之变动。阻抗分析就是用伤信号与干扰信号 在相位上的不同进行分析的方法, 但这种方法一般 只对一种或两种因素的干扰起主要抑制作用, 而不 能同时抑制各种因素的干扰。利用伤信号和干扰信 号引起的调制频率、幅度、宽度、时间等不同进行区 分, 因为有些干扰信号与伤信号在相位、幅值等参数 上难以区别, 给涡流探伤带来很大困难。

2　试验 试验仪器选V F- 2 型涡流探伤仪, 其技术参数范 围为: 激励频率分5 档, 分别为4、8、16、32、64 kH z; 滤 波频率分5 档, 分别为20、35、55、100、200 H z, 增益量 粗调分3 档, 分别为20、40、60 dB, 细调范围为1 dB～ 20 dB; 相位范围0°～ 360°; 探伤速度连续可调; 探头结 构为自比差动穿过式; 填充系数为0. 76。

2. 1　激励频率选择 试验料是L F2Á 16 mm×1 mm 管材, 电导率为 20M Söm。沧州欧谱为了对内外表面质量同时检测, 涡流标 准渗透深度应接近管材壁厚。 涡流标准渗透深度: D= (Põ f õ Lõ R) - 1ö2 则 　f = (Põ D 2 õ Lõ R) - 1 = (3. 14×1 2×4×3. 14×10 - 7 ×20) - 1 = 13 kH z 式中　 D—涡流标准渗透深度,mm f —激励频率, H z L—磁导率, Höm R—试件电导率,M Söm 经理论计算, 在阻抗图上分析, 根据仪器激励频 率使用范围, 频率选为 16 kH z。

2. 2　试验方法 试样中伤形的出现是随机的, 对于伤的深度、形 状、类别等综合影响所产生的缺陷效应无法进行理 论计算。由于是做管材噪声试验, 参考国标GB 5126 《 铝及铝合金冷拉薄壁管材涡流探伤方法》, 以3个 Á 0. 4 mm 贯通孔为校准仪器检测起始灵敏度, 作 为这次试验的依据, 图 1 是试验样管示意图。 1、2、3—Á 0. 4 mm 贯通孔; 4、5、6—Á 0. 6 mm 贯通孔 图 1　试验样管示意图 　　试验分 3 个步骤进行, 第一步, 根据以往的探伤 经验, 选择适当的探伤速度和增益, 其他参数选为最 佳状态, 改变移相器相位值, 每隔 30°做一次标记记 录曲线, 以 3 个Á 0. 4 mm 孔记录曲线幅值叠加除 以 3, 再减去最大噪声幅值, 做相位幅值曲线图。最 佳探伤参数为 3 个Á 0. 4 mm 孔记录曲线幅值近似 相等, 噪声幅值抑制接近为零。图2 是轧制送料量为 4 mm、探伤速度 0. 4 mös、滤波频率 35 H z、相位分 别为 0°、30°、60°、90°探伤记录曲线。 1—头信号; 2—3 个Á 0. 6 mm 通孔; 3—3 个Á 0. 4 mm 通孔; 4—尾信号 图 2　探伤记录曲线 　　

第二步试验是在第一步的基础上, 使用同一根 标样管, 提高探伤速度, 滤波频率 55 H z, 做相位幅 值曲线图, 图 3 是轧制送料量为 4 mm , 探伤速度 017 mmös, 相位是 30°最佳探伤记录曲线。 1—头信号; 2—3 个Á 0. 6 mm 通孔; 3—3 个Á 0. 4 mm 通孔; 4—尾信号 图 3　探伤记录曲线 　　第三步, 在第一步试验参数基础上, 提高增益量 而其它参数不变, 做相位幅值曲线图。

2. 3　试验结果 对Á 16 mm ×1 mm L F2 铝合金管材在 32# 冷 轧机上做不同轧制送料量试验, 进行涡流检测结果 分析, 其它加工工艺完全相同。表1 为每次试验选择 的参数, 图 4 是根据试验参数制做的相位幅值曲线 图, 图中序号为试验序号。 表 1　每次试验选择的试验参数 试验 序号 轧制送料量 (mm ) 探伤速度 (mös) 增益量 (dB) 滤波频率 (H z) 1 2 0. 4 50 35 2 2 0. 7 50 55 3 2 0. 4 55 35 4 4 0. 4 50 35 5 4 0. 7 50 55 6 4 0. 4 55 35 7 5. 4 0. 4 50 35 8 5. 4 0. 7 50 55 9 5. 4 0. 4 55 35 10 7. 8 0. 4 50 35 11 7. 8 0. 7 50 55 图 4　每次试验制做的相位幅值曲线图(从下至上依次为 1～ 10 号) 在第 11 次试验中, 观察各条记录曲线, 找不到 最佳探伤曲线。 提高增益量, 虽然在 180°相位上, 3 个 0. 4 mm 孔都有信号显示, 但是噪声信号也很大, 所以信噪比 低。

3　试验结果分析 从 12 次试验中, 找出了每次试验最佳探伤相位 区间, 见表 2。 表 2　每次试验最佳探伤相位区间 探伤 速度 (mös) 滤波 频率 (H z) 增益量 (dB) 送　　料　　量(mm ) 2 4 5. 4 7. 8 0. 4 35 50 150°～ 270° (180°) 150°～ 240° (180°) 180°～ 210° (190°) 180°～ 210° 0. 7 55 70 150°～ 210° (180°) 150°～ 210° (180°) 180° 0. 4 35 55 150°～ 270° (180°) 150°～ 240° (180°) 180°～ 210° (190°) 　　从相位幅值曲线中观察, 轧制送料量越小, 相位 选择范围越宽, 在送料量较小的情况下, 即使提高探 伤速度或加大增益量, 管材涡流探伤本底噪声仍然 较低, 探伤记录曲线清晰, 分辨力好, 信噪比高, 检测 精度高, 参数选择范围宽。随着轧制送料量的增加, 相位幅值曲线变窄, 探伤速度降低, 增益量受到限 制, 信噪比变小, 最佳探伤参数选择困难。

在后续探伤生产中, 经长时间观察发现, 不同批 次, 同种规程、相同合金的管材, 探伤标准相同, 但探 伤成品率相差很大, 有的成品率在 90% 左右, 有的 成品率只能达到 30% , 对超标信号进行定位、剖伤 或蚀洗, 有的伤位并没有找出伤。这是局部应力集中 等物理因素造成的。当轧制送料量增大到一定值后, 即使不产生轧制缺陷, 也会由于金属变形激烈、应力 集中、金属晶格点阵发生畸变, 造成电场的变化, 从 而导致自由电子在移动过程中受碰撞的机会增多, 使管材本身涡流探伤噪声加大。沧州欧谱总之, 凡是能影响材 料导电、电磁性能的因素都会影响金属中涡流的大 小和分布。目前涡流探伤还不能确定缺陷的类型。

4　结束语 为确保产品质量, 对质量要求高的管材和军工 产品必须严格执行操作工艺规程, 避免轧制送料量 过大, 否则微小伤痕难以检测。 此外, 坯料质量、热处理差异、拉伸工艺等都可 能对涡流探伤产生影响。 (上接第 21 页) 国内巴克豪森技术尚未得到开发与应用, 也无相应 的检验规范, 因此我们无法对此区域进行验收。

通过 对零件加工工艺的了解, 我们得知该几项零件的外 筒端头中Á 120F9 处内圆螺纹采用的是滚压强化成 形技术, 结合磁粉、渗透以及巴克豪森检测结果, 我 们可以初步断定, 巴克豪森信号值高的区域是由于 在零件加工时, 工艺选用不当造成局部应力过于集 中, 并在飞机飞行使用过程中, 应力进一步集中加 剧, 从而造成开裂并快速扩展的。 表 2　新加工零件的巴克豪森检测结果 件号 轴向BN 值 周向BN 值 04# 13. 8 13. 7 14. 0 13. 9 12. 9 13. 3 13. 2 13. 4 13. 5 49. 4 38. 0 39. 5 39. 0 48. 2 43. 7 05# 17. 5 18. 4 17. 4 16. 3 18. 4 19. 1 18. 3 17. 3 39. 6 37. 4 31. 9 38. 6 39. 0 37. 3 38. 7 39. 5 06# 16. 1 17. 1 16. 4 14. 5 17. 8 17. 4 16. 9 16. 2 16. 0 16. 5 22. 9 26. 8 21. 6 22. 8 22. 4 23. 6 　　

在之后该零件的加工制造中, 工艺部门根据巴 克豪森检测结果以及对产生原因的分析, 对原螺纹 加工工艺进行了改进, 将外筒端头Á 120F9 处的内 圆螺纹改为采用挤压成形技术, 在对新加工未使用 的起落架外筒采用巴克豪森方法进行检测之后, 我 们发现新加工的零件BN 值较均匀, 残余应力值得 到了明显的控制, 检测结果见表 2。

4　结论 通过以上论述, 认为巴克豪森检测方法对航空 飞行器高强度钢零件的加工制造, 数字超声波探伤仪http://www.shuzichaoshengbotanshangyi.com以及在役使用过 程中的表面完整性质量检测是十分必要与可行的, 它对于提高航空飞行器构件使用寿命、避免失效事 故的发生, 具有独特的作用及意义。国外在此项技术 的应用方面已逐步趋于成熟, 并形成了相对独立的 一套工艺技术体系, 我国在此方面的研究应用尚处 于起步阶段, 迫切需要加大研究开发力度, 以适应航 空飞行器新的设计与工艺技术的发展。

参考文献: [1 ] 庄又青. 利用巴克豪森效应综合评价材料表面 质量. 无损检测, 1994 (16): 41 [ 2 ] 任吉林, 高春法, 林俊明. 电磁检测. 北京机械 工业出版社, 2000: 49～ 51