钽及钽合金管超声波检测技术研究

任 晓,李军义

(1.宁夏东方钽业股份有限公司,宁夏石嘴山 753000; 2.西北稀有金属材料研究院,宁夏石嘴山 753000)

钽及钽合金管超声波检测技术研究

任 晓1,李军义2

(1.宁夏东方钽业股份有限公司,宁夏石嘴山 753000; 2.西北稀有金属材料研究院,宁夏石嘴山 753000)

文章介绍了钽及其合金管材的超声波探伤方法检测的研究过程、结论及方法,对小径薄壁管材进行超声波检测,对其检测数据进行分析、处理;通过相关试验并结合大量的剖解缺陷分析,确定了不同规格钽及其合金管材的超声波检测评判方法,对质量改进提供了实践可行的依据。

超声波检测方法;水浸;缺陷;对比试块

钽及其合金管材现已被广泛应用在航空、航天、医疗、石油、化工等行业,随着市场需求不断扩大,产品要求的质量也不断提高,要稳固占领市场,就要有质量稳定的产品。国内外用户订购的钽管已提出进行超声波检测[1]。超声波检测是无损检测的一种方法,无损检测是始终与材料质量、安全联系在一起的一门极其重要的应用技术,对其质量控制和安全使用起着举足轻重的作用。加工管材包括锻造、挤压、轧制和冷拔几种。管材在加工过程中易发生多种不同情况的缺陷,常见的缺陷有裂纹、折叠起皮、夹杂、气孔、砂眼、渣眼等。砂眼、渣眼在管材中的位置不定,裂纹则产生在应力集中的部位,有的在内部,有的在表面及近表面。因此,探伤中常根据缺陷的特征产生的位置,缺陷波形和底波情况来分析、判断缺陷的性质。任何一种情况,都会使产品在加工过程中出现不同程度的质量问题。目前钽及其合金管品种多、规格杂,采用纵波或横波超声探伤方法可以检测材料内部或表面、近表面的缺陷,为稳定生产工艺、控制中间转料、出厂产品质量提供依据,超声波探伤作为一种检测手段,是有效控制产品质量的重要环节。为了确保管材的质量,研究管材内部或表面、近表面的形成、形态和产生因素,所以开展了管材超声波探伤方法的研究[2]。

1 钽及钽合金管材超声波探伤研究

1.1 探伤原理

小直径管材由于曲率大、壁薄,采用直接接触法探伤难以实现,所以一般采用水浸聚焦法,利用折射波进行探伤,原理如图1所示。

图1 管材水浸聚焦横波探伤原理图

由超声波理论可知,当水中入射的超声纵波射入管材时,管材内就可能产生纵波L和横波S,其折射角可由折射定律给出[3]:

式中CL1为水中声速;CL2、CS为管材中纵、横波的声速;α为入射角;βL、βΓ为纵、横波的折射角。

从上式可知,要进行纯横波探伤,入射角须大于第一临界角而小于第二临界角,即入射角θ满足:

试验证实,小径薄壁管材探伤折射角为45°,3dB声束的宽度＜1/2T(壁厚)时可以避免干扰,在管内激发纯横波。

1.2 实验方法

探伤中选择晶片直径为Φ6～14 mm,频率为5 MHz的点聚焦水浸探头。探伤时,则应根据晶片的大小及所探管材的尺寸选择适宜的焦距以保证进入管材后的声束是集中的[4]。内外伤灵敏度相差越小越好。扫查速度不宜过快,应有足够的覆盖,以避免漏检,影响探头与管材接触的稳定性、探头扫查入射的方向性。

1.3 对比试块的设计与制作

对比试块是调节探伤灵敏度、评定缺陷大小的依据。由于管材的外径、壁厚不同,曲率半径不同,因此,设计制作不同外径的管材内、外伤对比试块。对比试块的有关数值列于表1。

1.4 管材试块试验及缺陷剖解

小规格薄壁管材曲率大,选择水浸法,纵波聚焦探头检测效果最佳。加装自制探头架,探头架与被检管材接触,探头或管材作相对旋转,以发现管材中的常见缺陷。选Ta2.5WGΦ13×0.4 mm进行对比试块人工缺陷调试,其刻伤为内壁外壁纵向槽伤,槽伤尺寸为3×0.1×0.05 mm,调试结果如图2所示(表1中其它对比试块的调试类似 Ta2.5WGΦ13× 0.4 mm);Ta2.5WGΦ13×0.4 mm管材典型缺陷波形图对应的实物照片如图3所示;Ta2.5WGΦ13× 0.4 mm条形缺陷的电子探针照片如图4所示。

表1 对比试块的有关数值 mm

图2 Ta2.5WGΦ13×0.4 mm试块的调试波形图

图3 Ta2.5WGΦ13×0.4 mm典型缺陷波形对应的实物照片

图4 T a2.5WGΦ13×0.4 mm电子探针条形缺陷

通过试块调试试验,超声水浸探伤方法,能检出管材内部起皮、裂纹、凹坑等缺陷。在调试管材试块过程中,需要按要求设定报警电平,该方法报警电平设定为满屏的30%～60%。

2 管材的超声波检测评判方法

1.整根管材经检验未产生缺陷信号或信号幅度低于预先设定的报警电平,则认为此管材检验合格。

2.整根管材经检验如产生等于或大于预先设定的报警电平的信号,则认为管材是可疑的可针对可疑管材进行评判:(1)重复检验整根管材,如产生缺陷信号或信号幅度高,则认为此管材不合格;(2)对可疑部位的可见缺陷清除后,重复检验该管材,如产生缺陷信号或信号幅度高,则认为此管材不合格。

3 探伤结论

1.对于钽及钽合金管材超声波探伤,现场测试证明,对小径薄壁管材采用水浸聚焦方式探伤是可行的。

2.聚焦探头在试块上测试结果表明,探头在聚焦范围内声速被聚敛,灵敏度显著提高。

3.实际探伤与剖解缺陷对应良好,准确率高。利用该技术已对大量管材进行了水浸探伤,效果良好。

[1] 李家伟,陈积懋.无损检测手册[M].北京:机械工业出版社, 2002.

[2] 中国标准出版社第五编辑室.金属材料无损检测方法标准汇编[M].北京:中国标准出版社,2007.

[3] 中国机械工程学会无损检测学会.超声波检测(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2000.

[4] 《超声波探伤》编写组.超声波探伤[M].北京:电力工业出版社,1980.

Study of Ultrasonic Inspection Techniques for Tantalum and Tantalum Alloy

REN Xiao1,LI Jun-yi2
(1.Ningxia Orient Tantalum Industry Co,Ltd.,Shizuishan753000,China;2.Northwest Rare Metal Materials Research Institute,Shizuishan753000,China)

The paper introduces the research process,conclusions and method of the tantalum and its alloy tube ultrasonic flaw detection,then it did the ultrasonic testing to the thin-walled tube,and analyzed and handled the test data.Through the relevant testing and a lot of dissection defect analysis,it determined the evaluation method of ultrasonic testing for different specifications of tantalum and its alloy,which provided a viable basis for the quality improvement.

ultrasonic testing method;water-leaching;defect;reference block

TG146.2+3

A

1003-5540(2011)02-0040-03

任 晓(1983-),女,助理工程师,主要从事有色金属的无损检测工作。

2011-03-02