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高温合金的无损检测

高温合金的无损检测

             作为高端装备的关键部件,高温合金的应用从原材料、坯料到成品的各个阶段,均需要进行无损检测,由于超声检测具有方便、安全、快捷和可靠性的特点,超声检测在高温合金领域得到了广泛使用。高温合金的无损检测在高端设备检测上占有重要的地位,无损检测贯穿着结构件制备的全工程, 从原材料到制造过程再到在役检测。常用的无损检测方法有超声检测和荧光检测两种。

             我们将以涡轮盘为例来介绍粉末高温合金的无损检测方法:

             粉末高温合金特点为晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、合金化程度高、屈服强度高、疲劳性好是制造高推比新型发动机涡轮盘、篦齿盘最佳材料,我国某型号发动机就用到了粉末材料。涡轮盘是飞机发动机的关键件,在高温工作环境下承受更高的载荷,工作条件十分苛刻,同时粉末盘的特点是导致疲劳断裂的临界缺陷尺寸微小,也就是说微小缺陷也将严重影响零件的使用性能,甚至造成灾难性的后果。因此采用新建的无损检测技术尤为的重要。

             粉末高温合金中的缺陷有三种,原始颗粒边界、热诱导孔洞和非金属夹杂物,其中原始颗粒边界和热诱导孔洞可通过改进工艺得到解决,但夹杂物通过现有的粉末制造和处理工艺不能完全消除,因此需要采用无损检测方法进行控制,即要求无损检测技术将验收标准规定的缺陷可靠地检测出来。验收标准是建立在损伤容限理论基础上,损伤容限理论认为任何结构都存在缺陷,只要这些缺陷不超过某一容许尺寸,结构就是安全的。

             1.超声检测:

             超声检测是无损检测的常规方法之一,具有穿透能力强,灵敏度和分辨率高是利用超声波穿透材料时的变化检测、可定位和定量检测等优点。

             超声检测方法按照原理分主要有:脉冲反射法、衍射时差法、穿透法和共振法等,应用最广泛的是脉冲反射法。脉冲发射法通过探头产生脉冲到工件,根据来自工件的反射波情况来检测缺陷。

             超声波探伤仪是超声检测的主要设备,通过发射电路产生高压电脉冲,激励晶片产生振动,藕合到工件中产生发射超声波动,接收来自工件的反射波,经过放大、检波等处理后进行显示。显示方式有A, B, C, D等,A型显示是一种波形显示,横坐标一般代表的是声波的传播时间(或距离),纵坐标代表反射波的幅度。根据波形的形状来确定材料中是否有缺陷,缺陷的大小及形状。B, C, D显示都是表示的某一截面的灰度图。

                    

             对待检工件进行扫查时,如工件内有界面或者存在缺陷时,在始波和底波之间便会存在界面波或者缺陷波,如图就是对巴氏合金的A扫波形图,在始波和底波之间的就是复合层界面波。

             粉末零件缺陷特点是尺寸小。为了检测粉末零件中的微小缺陷,关键是提高小缺陷超声反射信号幅度和信噪比。如何实现既能提高小缺陷反射幅度,同时又能提高信噪比?采用水浸聚焦探头、高的检测频率是途径之一。这是因为聚焦声束在焦区能量高度集中,声压明显提高,因而小缺陷反射幅度高;声束穿过的基体材料体积较小,相应引起的散射噪声也较小,使得信噪比较好。但不同聚焦探头参数不同,为了保证零件全厚度范围的检测灵敏度,超声检测工艺参数的制订至关重要。

             传统高温合金超声波检测采用的是单个水浸聚焦探头,将探头焦点落在零件表面或某一深度区域,而粉末盘的超声检测采用的是多个探头分区检测,即使每一个探头焦柱区落在零件的不同深度,这样零件全厚度范围超声检测均具有较高的检测灵敏度。

             2.荧光检测:

             低周疲劳试验数据表明,粉末零件裂纹起始于表面缺陷的约占25%,起始于近表面缺陷的约占30%,其余起始于内部,但近表面缺陷的危害更大。荧光检测是检测零件的表面开口缺陷,针对粉末零件产生的缺陷小的特点,荧光检测的关键是确定发现微小缺陷的工艺参数。

             荧光渗透液:   

             超高灵敏度后乳化荧光渗透方法对小缺陷具有最高的检测灵敏度,因此荧光检测方案确定采用超高灵敏度后乳化荧光渗透工艺。

             要保证粉末盘中0.2mm的缺陷采用荧光方法能够可靠地检测出来,后乳化荧光渗透液的选择及工艺参数至关重要。具体选用的荧光渗透剂需要根据结构件的具体材质和损伤情况而定。

             依据选择的荧光渗透剂的类型,选择合适的显像方法,依据渗透探伤的标准进行探伤测试,然后依据荧光检测的显示,采用20倍的双目放大镜进行观察。

             结束语

             虽然高温合金的无损检测很重要,但是关于高温合金的无损检测研究报道非常少,关于高温合金的研究大多集中在制造工艺阶段和原材料的研究,无损检测相对滞后。虽然,超声检测和荧光检测也取得了一定的结果,但是由于种种原因,检测步骤繁琐,和检测准确度相对不高,无损检测仍需要研究。我们还需要投入更多的时间和精力在高温合金的检测方面。

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