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《航空发动机钎焊件超声波C扫描检测与探头选择》

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摘要：本文采用了2种不同的水浸聚焦探头分别对金属真空钎焊件进行试验,并从理论上推导了探头对缺陷最佳检测能力的计算方法.

关键词：超声波 C扫描;真空钎焊;聚焦探头

1前言

随着当今航空、航天等尖端科技的发展,人们对材料的要求越来越高.目前,无论从经济角度还是从使用性角度来说,单一材料都很难满足现代生产技术对材料的综合性能要求,发展新材料及异种材料连接技术,综合不同材料的优异性能以满足工业生产的各种要求是材料连接科学发展的必然趋势.钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作为钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点,低于母材熔化温度,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊接的方法.现代航空发动机零部件中,越来越多的薄壁结构采用钎焊.如何准确地检验钎焊质量,这是钎焊技术实际应用中必须解决的问题.

本文针对异种薄板金属钎焊界面,对其进行理论分析和常规超声波C扫描纵波检测,探讨检测的可行性及检测精度,同时进行了选择不同探头及检测参数的探讨.

2试验

2.1对比试块

对比试块与零件材料及外形一致.为保证人工缺陷合格率,制作了2组孔,其直径由大到小依次为：φ6.35mm,φ3.18mm,φ1.60mm,φ1.19mm.

2.2检测系统

选用以色列Scan Master公司生产的LS-200型水浸超声波C扫检测系统对零件进行检测.

2.3探头及水距

超声波对缺陷的最大检测能力是指在保证系统的信噪比≥10dB时,能够检测出缺陷的最小当量尺寸.在纵波探伤中,对小于声束尺寸的缺陷,经常以平底孔当量模式对缺陷尺寸进行评定.但聚焦探头的声场与普通探头不同,对普通探头,经常以压电晶片辐射声束的中心轴线上的声压来代表轴线附近的声压.对聚焦探头,焦点处一个小范围内声压起伏就比较大,所以聚焦探头不同于普通探头.根据近似理论,聚焦探头焦平面上的声压分布为公式1：

当具有这一焦平面声压分布的声波入射到以a为半径的反射体上时,返回到探头上的声压P2（r）实际上又可以看作是一个以a为半径的声源发射具有Pf（p）分布的声波,通过透镜到达压电晶片上.

理论上分析,加工处半径为a的平底孔作为基准,调节信号幅度至80%满屏波高,此时灵敏度为dB1,提高灵敏度,使噪声回波低于20%满屏波高,此时灵敏度为dB2,则公式2：

该零件的被检区域外圆直径为173mm,壁厚只有8.5mm,因此对超声检测系统的分辨率要求较高,超声波的分辨率与探头的频率及焦点尺寸密切相关,考虑使用较高检测频率、小焦点聚焦探头进行检测.在此选用HGE-5827A（探头频率10MHz,焦点尺寸为1.58mm）和IS1506R（探头频率15MHz,焦点尺寸为1.08mm）两种探头,对该钎焊件的对比试块进行检测.通过扫查结果对比,可以发现IS1506R探头由于焦点尺寸较小,可以更好地保证检测的精度,且信噪比更高.用IS1506R的C扫图见图1.因此,选用IS1506R探头进行试验.为了保证界面波的后沿和缺陷波的前沿相交处小于20%屏幕高度,选择了三种不同的水距进行试验,分别为38mm、、60mm,如表1所示.通过表1可以发现,在探头的标称水距38mm处灵敏度最高,因此检测该零件所选用的水距为38mm.

3结果与讨论

采用选定的超声探头、声束焦距等检测参数对该零件进行检测,扫查结果如图2.根据标准,图2缺陷面积超标.采用系统自带软件对图2中最大面積的缺陷尺寸进行了测量,缺陷面积为53.6×19.7mm2.由此可见,选用合适的探头及正确的参数能有效地发现钎焊缝中的不连续性.

4结论

4.1超声波水浸C扫描检测能有效地记录钎着率,是保证组件钎焊质量的可靠手段;

4.2检测时应按照技术要求,选择合适的探头,正确设置仪器灵敏度及闸门等参数,以达到最佳检测效果.

4.3超声波水浸聚焦探头对于检测结果具有决定性因素.

参考文献：

[1]朱思义.超声C扫描检验钎焊质量的可靠性[M]. 《无损检测》编辑部,1997.

[2]冯占英.蜂窝结构的超声和声无损检测技术.无损探伤,2007,3（6）：1-4.

[3]李克明.聚焦探头检测几种规则反射体回波声压的计算和实验.无损检测,1998,10（10）：287-289

第一作者简介：

郑斯宇男汉族本科中国航发航空科技股份有限公司工程师主要从事超声波检测技术研究