鋁合金焊縫超聲檢測(cè)方法、儀器校準(zhǔn)
鋁合金與鋼對(duì)接焊縫并非我們想象中那么簡(jiǎn)單，并不僅因聲速的不一樣，引起的檢測(cè)方法有所不一樣。確實(shí)，鋁合金的橫波聲速與鋼的聲速存在一定的差別，其選用探頭的方式也有所不一樣。除此之外，還有一個(gè)重要的原因——鋁合金的晶粒組織并非像鋼中那樣均勻分布，并且不一樣的生產(chǎn)工藝和元素成分，造就了鋁合金擁有特殊的組織形態(tài)。
鋁合金金相組織
從圖中可以看出
1、鋁合金的組織形態(tài)和鋼區(qū)別很大，鋁合金金相組織分布不均，超聲波聲束入射發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)。
2、鋁合金的聲衰減系數(shù)小于鋼，制作的DAC曲線趨近于直線，同深度的橫孔所對(duì)應(yīng)的增益值也小于鋼。
我們現(xiàn)在正式開(kāi)始分析鋁合金對(duì)接焊縫超聲檢測(cè)的方法。
一、如何選擇合適的探頭
在NB/T47013.3-2015標(biāo)準(zhǔn)附錄H中用了一句話詳細(xì)描述了探頭的選擇方式，“探頭的選擇按6.3.6的規(guī)定執(zhí)行”。你理解了這句話的真正內(nèi)涵嗎？
如果選用的鋁合金專用探頭，應(yīng)參照該規(guī)定執(zhí)行，否則就不能完全參照該規(guī)定執(zhí)行。
比如你采用的是K2的非鋁合金專用斜探頭，該K2值一般指鋼中的標(biāo)稱值，應(yīng)換算成鋁合金中的K值后才能參照該規(guī)定。
根據(jù)鋁合金中橫波傳播聲速（3100m/s）和鋼中橫波傳播聲速（3240m/s），再利用SNELL計(jì)算公式，可以將鋼中K值換算成鋁合金中K值，再按6.3.6表中的要求執(zhí)行即可。
例如：鋼中K2的斜探頭，換算成鋁合金的K值為1.65。
鋁合金的聲衰減系數(shù)小于鋼，探頭頻率可以參考6.3.6的規(guī)定執(zhí)行。
二、對(duì)比試塊選擇
在NB/T4713.3-2015標(biāo)準(zhǔn)的附錄H中給出了對(duì)比對(duì)比試塊尺寸和形狀參數(shù)，如“1號(hào)對(duì)比對(duì)比試塊”和“2號(hào)對(duì)比對(duì)比試塊”，對(duì)比對(duì)比試塊材質(zhì)應(yīng)與被檢工件聲學(xué)性能相同或相近。
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鋁合金超聲檢測(cè)1號(hào)對(duì)比試塊
因?yàn)殇X合金材質(zhì)質(zhì)地較軟，某些廠家生產(chǎn)的對(duì)比試塊不能滿足檢測(cè)要求，比如鉆的橫孔不是圓的，而是成橢圓形狀，制作出來(lái)的DAC曲線不光滑，影響檢測(cè)效果。因此，找一家合格的對(duì)比試塊生產(chǎn)廠家購(gòu)買十分必要。
標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比試塊可以采用與被檢工件聲學(xué)性能相同或相近材質(zhì)制作的CSK-IA對(duì)比試塊，另外推薦采用鑄鋁制作的CSK-IA對(duì)比試塊，至于為何推薦采用鑄鋁，后續(xù)將揭露答案。
三、儀器校準(zhǔn)
接觸過(guò)鋁合金焊縫超聲檢測(cè)的同行應(yīng)該了解，鋁合金焊縫超聲檢測(cè)儀器校準(zhǔn)是所有檢測(cè)過(guò)程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。
為什么說(shuō)儀器校準(zhǔn)是重點(diǎn)、難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)？
剛接觸鋁合金焊縫超聲檢測(cè)，很多人就過(guò)不了儀器校準(zhǔn)這關(guān)。最初接觸鋁合金超聲檢測(cè)時(shí)，在校準(zhǔn)儀器過(guò)程中遇到了許多難題，比如測(cè)量探頭的前沿值嚴(yán)重大于實(shí)際值、校準(zhǔn)的聲速與理論值偏差較大、K值測(cè)量不準(zhǔn)，最終導(dǎo)致無(wú)法對(duì)缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位，這就腦袋大了。
若將儀器校準(zhǔn)的問(wèn)題一一解決，鋁合金焊縫超聲檢測(cè)的難點(diǎn)也將一一攻破。
為什么鋁合金焊縫超聲檢測(cè)不能準(zhǔn)確的校準(zhǔn)儀器？
當(dāng)探頭在鋁合金質(zhì)CSK-IA對(duì)比試塊上找到R100圓弧的最高反射波后，測(cè)量探頭前沿值，發(fā)現(xiàn)探頭前沿測(cè)量值與實(shí)際值偏差太大。比如：一個(gè)探頭在鋼質(zhì)CSK-IA對(duì)比試塊上測(cè)的前沿值是12mm，但是在鋁合金質(zhì)CSK-IA對(duì)比試塊上測(cè)的前沿值是19mm，兩者相差甚大。如果繼續(xù)采用該19mm前沿值測(cè)量聲速和零偏，發(fā)現(xiàn)聲速和零偏也是不準(zhǔn)的，最終導(dǎo)致缺陷定位不準(zhǔn)。
不能準(zhǔn)確的校準(zhǔn)儀器的原因
鋁合金晶粒組織不均勻，超聲波入射至鋁合金材質(zhì)對(duì)比試塊聲束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，R100圓弧的入射和反射聲束均發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最高反射回波的接收點(diǎn)發(fā)生偏移。因此，探頭的測(cè)量前沿值發(fā)生改變，聲束路徑也發(fā)生改變，超聲波發(fā)射和接收的路徑不再是2×100mm。
如何準(zhǔn)確快速的校準(zhǔn)儀器呢？這是我們要探討的重點(diǎn)！
要快速準(zhǔn)確的校準(zhǔn)儀器，就必須掌握鋁合金超聲檢測(cè)的特點(diǎn)。雖然在鋁合金CSK-IA對(duì)比試塊上測(cè)量探頭的前沿值偏差太大，但實(shí)際上該探頭的真實(shí)前沿值幾乎不發(fā)生變化。因此，可以利用該特點(diǎn)探索如何準(zhǔn)確校準(zhǔn)儀器的方式方法。
推薦兩種方法校準(zhǔn)儀器，擇其一用之。雖然這兩種方法看似邪門，但都親測(cè)有效，值得推薦。
方法一：鋼質(zhì)對(duì)比試塊上測(cè)量探頭前沿，鋁合金質(zhì)對(duì)比試塊上測(cè)聲速和零偏
設(shè)備：源創(chuàng)力超聲波探傷儀、探頭、鋼質(zhì)CSK-IA對(duì)比試塊、鋁合金質(zhì)CSK-IA對(duì)比試塊、鋁合金質(zhì)1號(hào)對(duì)比試塊或2號(hào)對(duì)比試塊。
CSK-IA對(duì)比試塊、鋁合金質(zhì)CSK-IA對(duì)比試塊、鋁合金質(zhì)1號(hào)對(duì)比試塊或2號(hào)對(duì)比試塊.jpg)
鋁合金焊縫超聲檢測(cè)儀器調(diào)校
1、將選用的探頭在鋼質(zhì)CSK-IA對(duì)比試塊上找到R100圓弧的最高回波，測(cè)量此時(shí)的探頭前沿至對(duì)比試塊端部距離L值，探頭前沿值則為100-L，并將測(cè)量的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。
2、再次將探頭放置在鋁合金質(zhì)CSK-IA對(duì)比試塊R100圓弧和R50圓弧中間位置，保持探頭前沿至對(duì)比試塊端部距離也是L值，無(wú)需在鋁合金對(duì)比試塊上找R100圓弧的最高反射波。利用此位置測(cè)量聲速和零偏值。
3、可以在鋁合金質(zhì)CSK-IA對(duì)比試塊上測(cè)量K值，或者利用鋁合金質(zhì)1、2號(hào)對(duì)比試塊的橫孔測(cè)量K值，K值測(cè)量方法和鋼質(zhì)對(duì)比試塊相同。
4、利用鋁合金質(zhì)1、2號(hào)對(duì)比試塊制作DAC曲線，按照標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置靈敏度。
是不是很疑惑為什么可以利用鋼上測(cè)得的前沿值，用于鋁合金質(zhì)對(duì)比試塊上校準(zhǔn)儀器呢？其實(shí)很簡(jiǎn)單。
因?yàn)樵阡X合金質(zhì)對(duì)比試塊上找到的R100的圓弧最高回波，聲束入射點(diǎn)不是在R100的圓心，聲程不等于100mm，而在儀器中輸入的聲程卻是100mm，因此儀器計(jì)算出的聲速和零偏是不準(zhǔn)確的。
而探頭的前沿值（入射點(diǎn)）在不一樣材質(zhì)上的變化值可忽略不計(jì)，又因鋼的晶粒組織較均勻，可忽略聲束偏轉(zhuǎn)的影響。因此，在鋼上測(cè)量的探頭前沿值可近似當(dāng)作探頭的實(shí)際前沿值。
保證在鋁合金質(zhì)對(duì)比試塊上的前沿值與鋼質(zhì)對(duì)比試塊一直，其目的是保證探頭在鋁合金質(zhì)對(duì)比試塊上的入射點(diǎn)是R100圓弧的圓心位置。因此，儀器測(cè)量出來(lái)的聲速和零偏值可認(rèn)為是準(zhǔn)確值。而通過(guò)實(shí)際操作，該方法測(cè)量聲速接近理論值，深度30mm的定位誤差小于1mm。
方法二：利用鑄鋁質(zhì)CSK-IA對(duì)比試塊測(cè)量探頭前沿、校準(zhǔn)聲速和零偏
設(shè)備：源創(chuàng)力超聲波探傷儀、探頭、鑄鋁質(zhì)CSK-IA對(duì)比試塊、鋁合金質(zhì)1號(hào)對(duì)比試塊或2號(hào)對(duì)比試塊。
1、在鑄鋁質(zhì)CSK-IA對(duì)比試塊找到R100圓弧的最高回波，利用該位置測(cè)量探頭的前沿、校準(zhǔn)和零偏，其校準(zhǔn)過(guò)程與鋼質(zhì)對(duì)比試塊相同
2、可以在鑄鋁質(zhì)CSK-IA對(duì)比試塊上測(cè)量K值，或者利用鋁合金質(zhì)1、2號(hào)對(duì)比試塊的橫孔測(cè)量K值，K值測(cè)量方法和鋼質(zhì)對(duì)比試塊相同。
3、利用鋁合金質(zhì)1、2號(hào)對(duì)比試塊制作DAC曲線，按照標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置靈敏度。
為什么采用鑄鋁的CSK-IA對(duì)比試塊校準(zhǔn)儀器？
因?yàn)殍T鋁的晶粒組織相比鋁合金材質(zhì)均勻，可以認(rèn)為近似認(rèn)為是均勻的，忽略聲束偏轉(zhuǎn)造成的影響。實(shí)際上鑄鋁材質(zhì)也是不均勻的，但在檢測(cè)中其影響不大。比如一探頭在鋼質(zhì)對(duì)比試塊上測(cè)量的前沿值為12mm，在鋁合金質(zhì)對(duì)比試塊上測(cè)量的前沿值為19mm，在鑄鋁對(duì)比試塊上測(cè)量的前沿值為14mm，可近似認(rèn)為鑄鋁與鋼相似。
只要攻克了鋁合金質(zhì)對(duì)比試塊的校準(zhǔn)，也就破解了鋁合金超聲檢測(cè)的難點(diǎn)，其他內(nèi)容參照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行即可。
