专利名称：一种用于大型复杂锻件的超声检测方法
技术领域：
本发明属于无损检测领域，涉及一种用于大型复杂锻件的超声检测方法。
背景技术：
超声检测作为工件缺陷检测的有效手段，以其可靠、灵敏度高等优点，在现代无损检测领域占有重要地位。在超声检测过程中，关键问题是要兼顾盲区和检测灵敏度，即在检测灵敏度达到技术要求的同时，也应尽量扩大检测范围，以最大限度地暴露工件中可能存在的缺陷，避免隐患。 大型复杂锻件通常包含有圆棒、台阶、工字型等多种型面，检测方法主要包括接触法和水浸法。其中，接触法是使声波透过较薄的耦合剂进入工件，这样做的优点是耦合剂薄，声波进入工件时衰减量小，因此对于工件内部有较高的检测灵敏度。但接触法也有表面盲区大(有时高达几十毫米，远大于工件加工余量)、对拐角部位及其它曲率较大部位耦合效果差等缺点，因此只适合检测锻件较规则型面(如圆棒型面)部位的缺陷，以及通过适当选择耦合表面检测复杂型面(如台阶、工字型、拐角部位等)部位的内部缺陷。水浸法是将声波通过几十毫米的水程再进入工件，它的优点是表面盲区小，仅为几个毫米，且对型面曲率、表面光洁度不敏感，因此可对锻件近表面(包括复杂型面部分的近表面)进行检测，但同时也具有声波衰减速度快，对大型工件内部检测灵敏度不足的缺点。 可见，接触法和水浸法各有优缺点，成互补关系。传统的锻件超声检测只采用接触法或水浸法的一种方式进行，由于检测方式单一，无法兼顾表面盲区和检测灵敏度，因此不能对大型复杂锻件进行全面检测。
发明内容
本发明的目的是提出一种能够对大型复杂锻件进行全面检测的一种用于大型复杂锻件的超声检测方法。本发明的技术解决方案是， 1)用纵波底波接触法或纵波试块接触法检测锻件，纵波声波入射方向应与锻造流线尽可能垂直，同时确定表面盲区； 2)用纵波试块水浸法对纵波底波接触法或纵波试块接触法检测时的表面盲区缺陷做补充检测，利用含两个平底孔的材料和表面状态与被检锻件相同，形状与被检锻件上对应的检测部位相近的对比试块A调整仪器灵敏度，使对比试块A中两个平底孔的反射波高均至少达到基准波高，对比试块A中两个平底孔的埋深应分别等于纵波底波接触法或纵波试块接触法检测时的表面盲区的大小D和锻件加工余量的大小d，使用表面补偿后的灵敏度进行扫查，扫查时纵波声波入射方向应与锻造流线尽可能垂直。 所述的纵波试块接触法利用含一个平底孔的表面状态与被检锻件相同，形状与被检锻件上对应的检测部位相近的对比试块B调整仪器灵敏度，使对比试块B中平底孔的反射波高至少达到基准波高，然后再进行检测，对比试块B中平底孔的埋深应大于等于锻件上对应检测部位的最大厚度L。
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本发明具有的优点和有益效果是 1.本发明是将接触法和水浸法采用适当方式有机组合。通过确定接触法检测时的表面盲区，并使水浸法检测时调整仪器灵敏度采用的对比试块中的两个平底孔的埋深分别等于接触法检测时的表面盲区的大小D和锻件加工余量的大小d，保证两种方法在检测范围和灵敏度方面能够形成互补关系； 2.本发明相对于单一采用接触法的情况而言，具有对型面曲率不敏感且表面盲区小的优点，能够弥补接触法对大型复杂锻件近表面检测能力的不足；相对于单一采用水浸法的情况而言，具有可探测深度大，对大型复杂锻件内部检测灵敏度高的优点；
3.有利于实现对大型复杂锻件的全面检测。 本发明是将接触法检测方式和水浸法检测方式相组合。利用接触法对材料内部检测灵敏度高的特点，解决锻件距表面较深部位的检测；利用水浸法表面盲区小的特点，弥补接触法近表面检测能力的不足，对锻件近表面实施有效的补充检测，尤其利用水浸法对型面曲率不敏感的特点，还可在锻件型面复杂部位对接触法不能有效覆盖的近表面区域(包括拐角部位及其它大曲率部位)进行检测。本发明可用于形状复杂系数达S4级的大型复杂锻件，对材料近表面和内部的检测灵敏度可达到①1.2-6dB以上，可检测深度可达400mm，表面盲区小至5mm 8mm。
图1是本发明实施例一大型复杂锻件带方形台阶的圆棒型面部位检测示意 图2是本发明实施例二大型复杂锻件拐角型面部位检测示意图。
具体实施例方式
1)用纵波底波接触法或纵波试块接触法检测锻件，纵波声波入射方向应与锻造流线尽可能垂直，同时确定表面盲区1 ; 2)用纵波试块水浸法对纵波底波接触法或纵波试块接触法检测时的表面盲区1
缺陷做补充检测，利用含两个平底孔的材料和表面状态与被检锻件相同，形状与被检锻件
上对应的检测部位相近的对比试块A调整仪器灵敏度，使对比试块A中两个平底孔的反射
波高均至少达到基准波高，对比试块A中两个平底孔的埋深应分别等于纵波底波接触法或
纵波试块接触法检测时的表面盲区1的大小D和锻件加工余量2的大小d，使用表面补偿后
的灵敏度进行扫查，扫查时纵波声波入射方向应与锻造流线尽可能垂直。 所述的纵波试块接触法利用含一个平底孔的表面状态与被检锻件相同，形状与被
检锻件上对应的检测部位相近的对比试块B调整仪器灵敏度，使对比试块B中平底孔的反
射波高至少达到基准波高，然后再进行检测，对比试块B中平底孔的埋深应大于等于锻件
上对应检测部位的最大厚度L。 下面做详细说明。 对大型复杂锻件实施检测，采用以下方法和步骤 1)用纵波底波接触法或纵波试块接触法检测锻件。其中，对于具备底波法检测条件的部位(如一些大尺寸圆棒部位)，可以采用纵波底波接触法进行检测，方法是首先用底波法调整仪器灵敏度，使锻件被检部位的第一次底波反射信号波高达到基准波高，再提高
4AdB，按此灵敏度进行扫查。根据底波法要求，上述A值可按下式计算
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式中 A —起始灵敏度，单位为分贝；
①——验收当量平底孔直径，单位为毫米；
A —被检件中波长，单位为毫米；
F——被检件深度，单位为毫米。 而对于锻件上不具备底波法检测条件的部位应采用纵波试块接触法进行检测，首 先选择适当耦合面，即能与接触法探头较好贴合的表面，利用含一个平底孔的表面状态与 被检锻件相同，形状与被检锻件上对应检测部位相近的对比试块B调整仪器灵敏度，使对 比试块B中平底孔的反射波高至少达到基准波高，然后再进行检测，对比试块B中平底孔的 埋深应大于等于锻件上对应的检测部位的最大厚度L。 纵波底波接触法或纵波试块接触法检测过程中，纵波声波入射方向应与锻造流线 尽可能垂直，在调整好仪器灵敏度情况下，确定表面盲区。 2)纵波底波接触法或纵波试块接触法扫查后，采用纵波试块水浸法对纵波底波接 触法或纵波试块接触法无法有效覆盖的表面盲区部位(包括拐角部位、其它大曲率部位以 及接触法无法有效检测的其它近表面部位)进行补充检测。方法是利用含两个平底孔的表 面状态与被检锻件相同，形状与被检锻件上对应检测部位相近的对比试块A调整仪器灵敏 度，使对比试块A中两个平底孔的反射波高均至少达到基准波高，对比试块A中两个平底孔 的埋深应分别等于纵波底波接触法或纵波试块接触法检验时的表面盲区的大小D和锻件 加工余量的大小d。使用表面补偿后的灵敏度对检测部位进行扫查，扫查时纵波声波入射方 向应与锻造流线尽可能垂直。 锻件检测超声波型适宜采用纵波。由于锻件缺陷多延流线分布，因此纵波声波入 射方向应与锻造流线尽可能垂直。检测实施过程中，灵敏度参数的调整和可探测区域的确 认可利用底波法和对比试块法进行。其中，底波法适用于锻件上具备底波法检测条件(厚 度大于3倍近场且上下表面平行)的部位(如一些大尺寸圆棒部位)内部缺陷的接触法检 测，这样做的优点是不用制作对比试块，也不用进行表面补偿，便于操作；对比试块法适用 于锻件上近表面缺陷的水浸法检测，也适用于锻件上不具备底波法检测条件的部位内部缺 陷的接触法检测。对比试块法采用的对比试块应采用与锻件本身相同材料制作，对比试块 的表面状态应与被检锻件相同，形状与被检锻件上对应的检测部位形状相近，以保证灵敏 度调节结果的可靠性。
实施例一 对某大型复杂锻件上带方形台阶的圆棒型面部位进行检测，其中圆棒部分直径为 360mm，方形台阶部分高出圆棒部分表面的高度为40mm。带方形台阶的圆棒型面部位的锻造 流线与该部位截面轮廓平行分布。带方形台阶的圆棒型面部位的加工余量的大小d为5mm。
已知圆棒部分直径为360mm，结合所用的检测仪器(USD15S型超声探伤仪，5Z20N 型探头)的特性，其具备底波法的检测条件，采用纵波底波接触法对圆棒部分进行检测，检 测时将探头垂直放置于圆棒表面，以保持纵波声波入射方向与锻造流线相垂直。纵波底波接触法检测时按照底波法要求调整仪器灵敏度，调整仪器灵敏度时取基准波高为荧光屏满 刻度的80%。按底波法调整仪器灵敏度后，杂波约为荧光屏满刻度的12%，信噪比和检测 灵敏度满足A级Ol. 2mm-6dB当量平底孔的要求，按此灵敏度对圆棒部分沿圆周方向进行 扫查。 在纵波底波接触法检测过程中，方形台阶部分整体和圆棒部分表面和近表面的一 块环扇形区域不可检，将其确定为表面盲区，经测量，方形台阶部分的表面盲区大小D = 40mm，圆棒部分的表面盲区大小D = 30mm。 用纵波试块水浸法对纵波底波接触法检测时的表面盲区缺陷做补充检测，采用的 超声探伤仪为USD15S型，探头为Z5M型(频率为5MHz)，检测时保持纵波声波入射方向与 检测部位截面轮廓的方向即锻造流线的方向相垂直。纵波试块水浸法检测时利用含两个直 径为1.2mm的平底孔的材料和表面状态与被检锻件相同的对比试块调整仪器灵敏度。对 比试块的形状与被检锻件上对应的检测部位相近，其中，对于圆棒部分的检测，采用半径为 180mm的半圆形试块；对于方形台阶部分的检测，采用形状、尺寸与方形台阶相同的方形对 比试块。对比试块中两个平底孔的埋深分别等于所检测部位纵波底波接触法检测时的表面 盲区的大小D(对于圆棒部分D = 30mm，对于方形台阶部分D = 40mm)，和锻件加工余量的 大小d = 5mm。取基准波高为探伤仪荧光屏满刻度的80%，使对比试块中两个平底孔的反 射波高均至少达到基准波高，再按表面补偿方法要求对探伤仪灵敏度进行补偿，其中对于 圆棒部分进行10dB的补偿，对于方形台阶部分进行12dB的补偿。表面补偿后杂波均低于 荧光屏满刻度的10X，信噪比和检测灵敏度满足A级Ol. 2mm-6dB当量平底孔的要求，按表 面补偿后的灵敏度分别对圆棒部分的表面盲区和方形台阶部分的表面盲区进行补充扫查。
实施例二 对某大型复杂锻件上拐角型面部位进行检测。拐角型面部位整体为凹形，由三个 长方体部分和两个尺寸相同的弧形拐角部分组成，其中三个长方体部分的最大厚度L依次 为110mm、90mm、80mm，弧形拐角部分曲率半径为25mm。拐角型面部位的锻造流线与该部位 截面轮廓平行分布。拐角型面部位的加工余量的大小d = 5mm。 结合所用的检测仪器(USD15S型超声探伤仪，5Z20N型探头)的特性，三个长方体 部分的最大厚度L均不具备底波法的检测条件，采用纵波试块接触法对三个长方体部分分 别进行检测，检测时保持纵波声波入射方向与检测部位截面轮廓的方向即锻造流线的方向 相垂直。纵波试块接触法检测时利用含一个直径为1. 2mm的平底孔的材料和表面状态与被 检锻件相同的对比试块调整仪器灵敏度。对比试块的形状、尺寸与被检锻件上对应的检测 部位相近，对于三个长方体部分，分别采用形状、尺寸与其相同的方形对比试块。对比试块 中平底孔的埋深等于对应检测部位的最大厚度L，对于三个长方体部分而言，其对比试块中 平底孔的埋深依次为110mm、90mm、80mm。对三个长方体部分依次调整仪器灵敏度，并分别进 行扫查。调整仪器灵敏度时，取基准波高为探伤仪荧光屏满刻度的80% ，使对比试块中平底 孔的反射波高均至少达到基准波高。调整仪器灵敏度后杂波均低于荧光屏满刻度的10%， 信噪比和检测灵敏度满足A级Ol. 2mm-6dB当量平底孔的要求。 在纵波试块接触法检测过程中，两个弧形拐角部分不可检，将其确定为表面盲区， 经测量，两个弧形拐角部分的表面盲区大小D均为30mm。 用纵波试块水浸法对纵波试块接触法检测时的表面盲区(即两个弧形拐角部分)缺陷做补充检测，采用的超声探伤仪为USD15S型，探头为Z5M型(频率为5MHz)，检测时保 持纵波声波入射方向与检测部位截面轮廓的方向即锻造流线的方向相垂直。纵波试块水浸 法检测时利用含两个直径为1. 2mm的平底孔的材料和表面状态与被检锻件相同的对比试 块调整仪器灵敏度。对比试块的形状、尺寸与被检锻件上弧形拐角部分相近，采用含一个弧 形拐角的试块，其中弧形拐角的曲率半径为25mm。对比试块中两个平底孔的埋深分别等于 纵波试块接触法检测时弧形拐角部分的表面盲区的大小D = 30，和锻件加工余量的大小d =5mm。取基准波高为探伤仪荧光屏满刻度的80%，使对比试块中两个平底孔的反射波高 均至少达到基准波高，再按表面补偿方法要求对探伤仪灵敏度进行12dB的补偿。表面补偿 后杂波低于荧光屏满刻度的10X，信噪比和检测灵敏度满足A级Ol. 2mm-6dB当量平底孔 的要求，按表面补偿后的灵敏度分别对弧形拐角部分的表面盲区进行补充扫查。
权利要求
一种用于大型复杂锻件的超声检测方法，其特征在于，1)用纵波底波接触法或纵波试块接触法检测锻件，纵波声波入射方向应与锻造流线尽可能垂直，同时确定表面盲区(1)；2)用纵波试块水浸法对纵波底波接触法或纵波试块接触法检测时的表面盲区(1)缺陷做补充检测，利用含两个平底孔的材料和表面状态与被检锻件相同，形状与被检锻件上对应的检测部位相近的对比试块A调整仪器灵敏度，使对比试块A中两个平底孔的反射波高均至少达到基准波高，对比试块A中两个平底孔的埋深应分别等于纵波底波接触法或纵波试块接触法检测时的表面盲区(1)的大小D和锻件加工余量(2)的大小d，使用表面补偿后的灵敏度进行扫查，扫查时纵波声波入射方向应与锻造流线尽可能垂直。
2. 根据权利要求1所述的一种用于大型复杂锻件的超声检测方法，其特征在于，所述的纵波试块接触法利用含一个平底孔的表面状态与被检锻件相同，形状与被检锻件上对应的检测部位相近的对比试块B调整仪器灵敏度，使对比试块B中平底孔的反射波高至少达到基准波高，然后再进行检测，对比试块B中平底孔的埋深应大于等于锻件上对应检测部位的最大厚度L。
全文摘要
本发明属于无损检测领域，涉及一种用于大型复杂锻件的超声检测方法。本发明是将接触法检测方式和水浸法检测方式相组合。利用接触法对材料内部检测灵敏度高的特点，解决锻件距表面较深部位的检测；利用水浸法表面盲区小的特点，弥补接触法近表面检测能力的不足，对锻件近表面实施有效的补充检测，尤其利用水浸法对型面曲率不敏感的特点，还可在锻件型面复杂部位对接触法不能有效覆盖的近表面区域(包括拐角部位及其它大曲率部位)进行检测。本发明可用于形状复杂系数达S4级的大型复杂锻件，对材料近表面和内部的检测灵敏度可达到Φ1.2-6dB以上，可检测深度可达400mm，表面盲区小至5mm～8mm。
文档编号G01N29/04GK101788532SQ20101010868
公开日2010年7月28日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者何方成, 史亦韦, 梁菁, 韩波 申请人:中国航空工业集团公司北京航空材料研究院