超高強度鋼薄壁旋壓圓筒超聲波檢測方法
2023-09-21 01:30:05 1
專利名稱：超高強度鋼薄壁旋壓圓筒超聲波檢測方法
技術領域：
本發明涉及無損檢測技術領域，特別是涉及一種超高強度鋼薄壁旋壓圓筒超聲波 檢測方法。
背景技術：
超高強度鋼薄壁旋壓圓筒由於其良好的綜合性能，因而替代了板焊圓筒技術來制 造固體火箭發動機殼體，由於超高強度鋼薄壁旋壓圓筒為小壁厚、筒形、長徑比大及表面具 有旋壓波紋等特點，使常規的檢測技術對其檢測均不具備完整的有效性，檢測結果的可靠 性低。超高強度鋼薄壁旋壓圓筒的主要生產工序為鍛件機加一粗旋一中間退火一半精 旋一中間退火一精旋一檢測一退火一檢測；旋壓過程中容易產生摺疊、夾雜和裂紋等內部 缺陷，直接影響固體發動機殼體的使用安全性，為保障產品質量，提高固體發動機殼體的使 用安全性，必須採用有效的檢測技術手段對超高強度鋼薄壁旋壓圓筒進行完整的質量控 制。超聲波檢測原理是利用一個可產生穩定、一定頻率的探頭激發出超聲波，並將超 聲波傳入被檢測物體介質中，超聲波在物體介質中傳播時，當聲波遇異質介面時，聲波將發 生折射和反射，聲波在傳播過程中會發生擴散和衰減；當被檢測物體介質中的組織結構中 存在不連續性(缺陷)時，超聲波會在此處發生反射，採用儀器和探頭採集到這個信號，通 過聲程和聲壓的測試，即可確定缺陷的部位及當量尺寸等，其中，當條件具備激發出板波的 情況下，由於板波是橫波與縱波的複合波，可同時檢測到被檢製品表面、近表面及內部組織 情況。按照現有的超聲波檢測方法對超高強度鋼薄壁旋壓圓筒進行檢測，所使用的人工 缺陷對比試樣為槽形，加工難度大使槽的寬度和深度一致性差，導致起始靈敏度校準誤差 大，同時由於環向槽的長度方向與圓筒旋壓波紋方向一致，起始靈敏度校準時受旋壓波紋 影響產生波高大於20%的雜波顯示，起始靈敏度低；檢測時僅使用橫波對圓筒進行掃查， 當缺陷延展方向與橫波入射角度接近或平行時，以及缺陷位於橫波近表面盲區時，缺陷將 難以檢出；發現缺陷後採用聲程法或試樣對比法對缺陷進行定位，即先移動探頭找到缺陷 反射波高最高的位置，再採用聲程比例計算缺陷位置，受圓筒曲率、厚度及表面光潔度等影 響，定位計算誤差大。
發明內容
本發明的目的是為了克服上述背景技術的不足，提供一種檢測靈敏度較高、缺陷 定位準確的超高強度鋼薄壁旋壓圓筒超聲波檢測方法。本發明提供的超高強度鋼薄壁旋壓圓筒超聲波檢測方法，包括下列步驟(1)人 工缺陷對比試樣加工分別將超高強度鋼薄壁旋壓圓筒的軸向和環向加工通孔，製作人工 缺陷對比試樣；(2)起始靈敏度校準將橫波探頭和板波探頭分別放置在人工缺陷對比試樣上，按超高強度鋼薄壁旋壓圓筒的軸向和環向，在掃查聲程內調節超聲波儀，使通孔的橫 波反射波高和板波反射波高達到超聲波儀示波屏高度的60% 80%，此時所確定的檢測 參數即為起始靈敏度；(3)超高強度鋼薄壁旋壓圓筒掃查檢測將橫波探頭和板波探頭放 置在待測超高強度鋼薄壁旋壓圓筒外表面，將外表面塗上耦合劑液體，分別採用橫波和板 波對待測超高強度鋼薄壁旋壓圓筒外表面按軸向和環向的正、反方向進行掃查檢測，當超 聲波儀的示波屏上反射波形高度達到或超過起始靈敏度時，判定質量不合格；當超聲波儀 示波屏上反射波形高度達到或超過起始靈敏度的50%而低於起始靈敏度時，若僅採用板波 檢測時確定有表面劃傷或凹坑，判定質量合格；以下情況判定質量不合格若在軸向和環 向均有板波和橫波反射，且板波反射波高於橫波反射波時，確定為摺疊缺陷；若在軸向和環 向均僅有板波反射，確定為摺疊缺陷；若僅在軸向或環向單一方向上，有板波或橫波反射， 且通過12分貝測長法確定為裂紋類線性缺陷；(4)缺陷定位經檢測發現缺陷後，將檢測時 使用的耦合劑液體滴到起始靈敏度有效聲程距探頭前沿的最遠端超高強度鋼薄壁旋壓圓 筒的外表面，然後用沾有耦合劑液體的手指在超聲波傳遞方向上由聲程最遠端朝探頭前沿 方向移動，觀察超聲波儀示波屏波形顯示情況，當缺陷反射波出現閃動或缺陷反射波高度 降低時，此時手指所觸及到的位置下方即為缺陷在超高強度鋼薄壁旋壓圓筒表面上的平面 位置。在上述技術方案中，步驟(1)中所述人工缺陷對比試樣為通孔型，沿超高強度 鋼薄壁旋壓圓筒的軸向和環向各加工三個通孔，三個通孔直徑分別為Φ2.0士0. 1mm、 Φ 1. 2 士 0. 06mm、Φ0. 8 士 0. 04mm。在上述技術方案中，步驟(2)中所述掃查聲程為探頭前沿距與當前所選當量對應 的通孔IOOmm 300mm，優選IOOmm 200mm，當前所選當量為Φ 2. 0mm、Φ 1. 2mm、Φ 0. 8mm 中的一種。在上述技術方案中，步驟(2)中所述起始靈敏度採用人工缺陷對比試樣通孔反射 波波高的80%。在上述技術方案中，步驟(3)中進行所述掃查檢測時，探頭在軸向和環向移動過 程中以主聲束為中心線左右擺動士30°。在上述技術方案中，步驟(3)中所述耦合劑液體為機油或水，優選機油。本發明的檢測方法具體通過以下步驟實現(1)人工缺陷對比試樣加工根據被檢測超高強度鋼薄壁旋壓圓筒的實際情況， 選取與被檢圓筒曲率、厚度、聲速、聲阻抗、表面及熱處理狀態相同的材料製作對比試樣，並 分別按超高強度鋼薄壁旋壓圓筒的軸向和環向加工通孔，通孔直徑分別為Φ2.0士0. 1mm、 Φ 1. 2 士0. 06mm、Φ0. 8 士0. 04mm，改變人工缺陷的加工方式，將切槽方式改為通孔方式。(2)起始靈敏度校準將橫波探頭和板波探頭放置在對比試樣上，分別按超高強 度鋼薄壁旋壓圓筒的軸向和環向，以探頭前沿距通孔IOOmm 200mm為掃查聲程(所選用 的通孔直徑按旋壓圓筒質量控制要求確定)，調節超聲波儀器使通孔的橫波和板波反射波 高達到儀器示波屏的80%，此時所確定的檢測參數即為起始靈敏度。(3)選擇檢測方法採用橫波法加板波法對旋壓圓筒分別按軸向和環向進行檢 測，改變原有只採用橫波法檢測，檢測時，探頭在軸向和環向移動過程中以主聲束為中心線 左右擺動士30°，檢測時發現有反射波形高度達到或超過起始靈敏度(波高80% )缺陷時，判定超高強度鋼薄壁旋壓圓筒質量不合格；發現反射波形高度達到或超過40%而低於 80%時，如僅為板波發現且確定為表面劃傷或凹坑時，確定為超高強度鋼薄壁旋壓圓筒質 量合格，如在軸向和環向板波和橫波均有反射(或橫波無反射)，且板波反射波明顯高於橫 波時，應確定為摺疊缺陷，判定超高強度鋼薄壁旋壓圓筒質量不合格，如僅在軸向或環向單 一方向上，板波或橫波有反射，且通過12分貝測長法確定為裂紋類線性缺陷，則判定超高 強度鋼薄壁旋壓圓筒質量不合格。(4)缺陷定位薄壁旋壓圓筒厚度方向後續沒有加工餘量，不需要對缺陷在厚度 方向上的定位，只需要平面定位，這裡採用液體幹擾法。檢測發現缺陷時，將檢測所使用的 耦合劑液體滴到起始靈敏度有效聲程的最遠端(距探頭前沿)超高強度鋼薄壁圓筒外表 面，然後用沾有液體的手指在超聲波傳遞方向上由聲程最遠端朝探頭前沿方向移動，觀察 超聲波儀示波屏波形顯示情況，當缺陷反射波出現閃動或缺陷反射波高度明顯降低時，此 時手指所觸及到的位置下方即為缺陷在超高強度鋼薄壁旋壓圓筒表面上的平面位置。本發明與現有檢測方法相比，具有人工缺陷對比試樣加工精度高、起始靈敏度校 準誤差小、板波可同時對超高強度鋼薄壁旋壓圓筒進行表面、近表面及內部質量檢測，缺陷 檢出率高、定位快速準確等優點，本發明適用於固體發動機殼體的大批量生產檢測，極大的 提高了固體發動機殼體的質量可靠性和使用安全性。
圖1為本發明實施例的人工缺陷對比試樣示意圖。圖2為本發明實施例的橫波、板波掃查示意圖。圖3為本發明實施例的缺陷定位示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細描述。本發明實施例提供一種超高強度鋼薄壁旋壓圓筒超聲波檢測方法，在做好探頭選 配這個準備工作的前提下，包括人工缺陷對比試樣加工、起始靈敏度校準、超高強度鋼薄壁 圓筒掃查檢測、缺陷定位等步驟，下面依次詳細描述。準備工作探頭選配，需考慮以下幾個方面(1)探頭的檢測頻率。通常探頭的檢測頻率應為每個探頭固定頻率，根據被檢測超 高強度鋼薄壁旋壓圓筒的材料、狀態所具有的聲速、聲阻抗等聲衰減特性確定，一般不小於 2. 5MHz。(2)探頭的聲波入射角。根據被檢測超高強度鋼薄壁旋壓圓筒的厚度來確定探頭 的聲波入射角，其中，橫波探頭的入射角應儘可能覆蓋被檢厚度值的檢測，且具有較好的信 噪比，板波探頭的入射角應能在被檢厚度值中激發出板波，且具有較好的信噪比。例如當檢測某壁厚3. Omm的30Si2MnCrMoVE超高強度鋼薄壁旋壓圓筒時，按照 所檢壁厚及材料的聲衰減特性，則可選用頻率為5MHz、橫波入射角為K3的橫波探頭和在 0° 90°範圍內可調節激發出板波的板波探頭即可。探頭選定以後，依次進行下述步驟步驟一人工缺陷對比試樣加工。
選取與被檢測超高強度鋼薄壁旋壓圓筒曲率、厚度、聲速、聲阻抗、表面及熱處理 狀態相同的一塊材料製作人工缺陷對比試樣，所選取的材料表面不得有劃傷和凹坑，且材 料的內部組織均勻(可通過其它無損檢測方法進行驗證)，不得有影響超聲波檢測的缺陷 存在，參見圖1所示，分別按超高強度鋼薄壁旋壓圓筒的軸向和環向加工通孔，通孔直徑分 別為 Φ2. 0士0. 1mm、Φ 1. 2士0. 06mm、Φ0. 8士0. 04mm。步驟二 起始靈敏度校準。將橫波探頭和板波探頭分別放置在人工缺陷對比試樣上，按超高強度鋼薄壁旋壓 圓筒的軸向和環向，以探頭前沿距通孔IOOmm 300mm為掃查聲程(所選用的通孔直徑按 超高強度鋼薄壁旋壓圓筒質量控制要求確定)，本實施例中掃查聲程為IOOmm 200mm，調 節超聲波儀器使通孔的橫波反射波和板波反射波高達到儀器示波屏的60% 80%，實際 生產中根據具體情況選擇，本實施例優選80%，此時所確定的檢測參數即為起始靈敏度。例如當檢測某壁厚2. 8mm、直徑為Φ 880的30Si2MnCrMoVE超高強度鋼薄壁旋壓 圓筒時，技術文件規定超高強度鋼薄壁旋壓圓筒內部不得有大於Φ 1.2當量的缺陷；此時 起始靈敏度校準方法為①橫波起始靈敏度校準將選用的橫波探頭對準人工缺陷對比試樣上的Φ 1. 2通 孔，探頭前沿與通孔的距離為100mm，前後、左右輕微移動探頭，使通孔在超聲波儀器示波屏 上的反射波高最高，再調節超聲波儀器使通孔的反射波高達到示波屏滿屏的80%，此為橫 波起始靈敏度。②板波起始靈敏度校準將選用的板波探頭對準人工缺陷對比試樣上的Φ 1. 2通 孔，探頭前沿與通孔的距離為200mm，在0° 90°範圍內調節探頭的聲波入射角，使探頭 激發出板波，然後前後、左右輕微移動探頭，使通孔在超聲波儀器示波屏上的反射波高最 高，再調節超聲波儀器使通孔的反射波高達到示波屏滿屏的80%，此為板波起始靈敏度。步驟三超高強度鋼薄壁旋壓圓筒掃查檢測。將橫波探頭和板波探頭放置在超高強度鋼薄壁旋壓圓筒外表面，將外表面塗上耦 合劑液體(機油或水)，本實施例以機油為耦合劑液體，採用橫波和板波對超高強度鋼薄壁 旋壓圓筒分別按軸向和環向的正、反方向進行掃查檢測，參見圖2所示，圖2中箭頭方向為 聲束入射方向，檢測時，探頭在軸向和環向移動過程中以主聲束為中心線左右擺動士30°， 檢測時有以下5種情況(1)發現超聲波儀示波屏上有反射波形高度達到或超過起始靈敏度(波高80% ) 缺陷時，判定超高強度鋼薄壁旋壓圓筒質量不合格；發現超聲波儀示波屏上反射波形高度達到或超過40%而低於起始靈敏度80% 時，(2)如果僅採用板波檢測時，確定表面劃傷或凹坑，則判定超高強度鋼薄壁旋壓圓 筒質量合格；(3)如果在軸向和環向均有板波和橫波反射(或橫波無反射)，且板波反射波明顯 高於橫波時，應確定為摺疊缺陷，判定超高強度鋼薄壁旋壓圓筒質量不合格；(4)如果在軸向和環向僅有板波反射，無橫波反射，確定為摺疊缺陷，判定超高強 度鋼薄壁旋壓圓筒質量不合格；(5)如果僅在軸向或環向單一方向上，有板波或橫波反射，且通過12分貝測長法
6確定為裂紋類線性缺陷，則判定超高強度鋼薄壁旋壓圓筒質量不合格。技術人員對傳統採用單一橫波法檢測和本發明採用橫波加板波法檢測兩種檢測 方法的結果進行對比如下對某壁厚2. 8mm、直徑為Φ 880的30Si2MnCrMoVE旋壓圓筒進行掃查檢測，技術文 件規定超高強度鋼薄壁旋壓圓筒內部不得有大於Φ 1. 2當量的缺陷；採用的超聲波檢測設 備型號為USD-15S超聲波儀，先採用單一橫波法檢測，記錄檢測結果，再採用橫波加板波法 檢測，記錄檢測結果，共檢測了 10件樣件，檢測結果統計表如表1所示。表1、某型號旋壓圓筒掃查檢測數據對比 步驟四缺陷定位。對超高強度鋼薄壁旋壓圓筒在掃查檢測過程中發現缺陷時，參見圖3所示，將檢 測所使用的耦合劑液體機油滴到起始靈敏度有效聲程的最遠端(距探頭前沿)超高強度鋼 薄壁圓筒外表面，然後用沾有機油的手指在超聲波傳遞方向上由聲程最遠端朝探頭前沿方 向移動，觀察超聲波儀示波屏波形顯示情況，當缺陷反射波出現閃動或缺陷反射波高度明 顯降低時，此時手指所觸及到的位置下方即為缺陷在超高強度鋼薄壁旋壓圓筒表面上的平 面位置。如檢測某壁厚2. 8mm、直徑為Φ880的30Si2MnCrMoVE超高強度鋼薄壁旋壓圓筒 時，在軸向方向上發現一處反射波高為60%的缺陷波；此時對缺陷進行軸向定位的具體方 法為在距探頭前沿的聲波傳播方向(軸向)200mm處滴下二至三滴機油，觀察超聲波儀 器示波屏的最大聲程處會出現一個反射波，此時的缺陷反射波應位於探頭起始波和機油滴 反射波之間，然後，用手指沾上機油在探頭與機油滴的軸線上，由所確定的200mm處向探頭 前沿處點擊移動，同時觀察超聲波儀示波屏的缺陷波變化情況，當手指點擊超高強度鋼薄 壁旋壓圓筒表面某處發現超聲波儀示波屏的缺陷波發生閃動或波高明顯降低時，即可確定 手指點擊的該處為缺陷所在部位。本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
權利要求
一種超高強度鋼薄壁旋壓圓筒超聲波檢測方法，其特徵在於該方法包括下列步驟(1)人工缺陷對比試樣加工分別將超高強度鋼薄壁旋壓圓筒的軸向和環向加工通孔，製作人工缺陷對比試樣；(2)起始靈敏度校準將橫波探頭和板波探頭分別放置在人工缺陷對比試樣上，按超高強度鋼薄壁旋壓圓筒的軸向和環向，在掃查聲程內調節超聲波儀，使通孔的橫波反射波高和板波反射波高達到超聲波儀示波屏高度的60％～80％，此時所確定的檢測參數即為起始靈敏度；(3)超高強度鋼薄壁旋壓圓筒掃查檢測將橫波探頭和板波探頭放置在待測超高強度鋼薄壁旋壓圓筒外表面，將外表面塗上耦合劑液體，分別採用橫波和板波對待測超高強度鋼薄壁旋壓圓筒外表面按軸向和環向的正、反方向進行掃查檢測，當超聲波儀的示波屏上反射波形高度達到或超過起始靈敏度時，判定質量不合格；當超聲波儀示波屏上反射波形高度達到或超過起始靈敏度的50％而低於起始靈敏度時，若僅採用板波檢測時確定有表面劃傷或凹坑，判定質量合格；以下情況判定質量不合格若在軸向和環向均有板波和橫波反射，且板波反射波高於橫波反射波時，確定為摺疊缺陷；若在軸向和環向均僅有板波反射，確定為摺疊缺陷；若僅在軸向或環向單一方向上，有板波或橫波反射，且通過12分貝測長法確定為裂紋類線性缺陷；(4)缺陷定位經檢測發現缺陷後，將檢測時使用的耦合劑液體滴到起始靈敏度有效聲程距探頭前沿的最遠端超高強度鋼薄壁旋壓圓筒的外表面，然後用沾有耦合劑液體的手指在超聲波傳遞方向上由聲程最遠端朝探頭前沿方向移動，觀察超聲波儀示波屏波形顯示情況，當缺陷反射波出現閃動或缺陷反射波高度降低時，此時手指所觸及到的位置下方即為缺陷在超高強度鋼薄壁旋壓圓筒表面上的平面位置。
2.如權利要求1所述的超高強度鋼薄壁旋壓圓筒超聲波檢測方法，其特徵在於步驟(1)中所述人工缺陷對比試樣加工通孔的方法是沿超高強度鋼薄壁旋壓圓筒的軸向和環 向各加工三個通孔,三個通孔直徑分別為Φ2. 0士0. 1_、Φ1.2±0.06_、Φ0. 8士0. 04_。
3.如權利要求1或2所述的超高強度鋼薄壁旋壓圓筒超聲波檢測方法，其特徵在於 步驟(2)中所述掃查聲程為探頭前沿與當前所選對應當量通孔的距離為IOOmm 300mm，所 選當量為待測超高強度鋼薄壁旋壓圓筒的質量控制要求當量，當量值為Φ 2. 0mm、Φ 1. 2mm、 Φ0. 8mm中的一種。
4.如權利要求3所述的超高強度鋼薄壁旋壓圓筒超聲波檢測方法，其特徵在於步驟(2)中所述掃查聲程為探頭前沿距通孔IOOmm 200mm。
5.如權利要求1所述的超高強度鋼薄壁旋壓圓筒超聲波檢測方法，其特徵在於步驟(2)中所述起始靈敏度範圍採用人工缺陷對比試樣通孔反射波波高的80%。
6.如權利要求1所述的超高強度鋼薄壁旋壓圓筒超聲波檢測方法，其特徵在於步驟(3) 中進行所述掃查檢測時，探頭在軸向和環向移動過程中以主聲束為中心線左右擺動士30°。
7.如權利要求1所述的超高強度鋼薄壁旋壓圓筒超聲波檢測方法，其特徵在於步驟(3)中所述耦合劑液體為機油或水。
8.如權利要求7所述的超高強度鋼薄壁旋壓圓筒超聲波檢測方法，其特徵在於所述 耦合劑液體採用機油。
全文摘要
本發明公開了一種超高強度鋼薄壁旋壓圓筒超聲波檢測方法，步驟為加工通孔型人工缺陷對比試樣，在此基礎上進行起始靈敏度校準，在原有的單一橫波檢測基礎上增加板波檢測，分別按軸向和環向進行檢測，對缺陷的定位採用了液滴幹擾法。本發明與現有檢測方法相比，具有人工缺陷對比試樣加工精度高、起始靈敏度校準誤差小、板波可同時對超高強度鋼薄壁旋壓圓筒進行表面、近表面及內部質量檢測，缺陷檢出率高、定位快速準確等優點，解決了超高強度鋼薄壁旋壓圓筒質量控制難度大，固體發動機鋼殼體質量狀況不穩定的問題，能夠有效保障超高強度鋼薄壁旋壓圓筒的質量，提高固體發動機鋼殼體的使用安全可靠性。
文檔編號G01N29/11GK101923074SQ20101023887
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月29日 優先權日2010年7月29日
發明者熊建平, 王曉勇 申請人:國營江北機械廠