钛合金超声波检测

1、南昌航空大学学士学位论文目 录1 引言11.1 选题的依据及意义11.2 国内外研究现状21.3 钛合金超声检测相关标准简介31.4 课题主要研究内容41.5 研究策略及论文的结构安排52 超声检测原理及钛合金的超声检测62.1 超声检测原理62.2 钛合金的超声检测62.3 本章小结63 不同标准下钛合金的超声检测73.1 检测工艺参数的选择73.2 钛合金超声检测工艺卡123.3 钛合金超声检测结果153.4 钛合金超声检测报告173.5 本章小结204 钛合金工件超声检测的探讨214.1 适用范围214.2 设备要求214.3 试块要求224.4 耦合剂234.5 受检件的要求234.6

2、 检验检测234.7 缺陷验收的规定254.8 本章小结275 结论与展望28参考文献30致谢31无损检测技能训练中钛合金工件超声检测的探讨1 引言1.1 选题的依据及意义钛及钛合金广泛用于航空、航天、军工、化工、石油、冶金等行业并在各行业中起着不可替代的作用。本课题主要对钛及钛合金的超声检测进行探讨，故先对钛合金工件在现代工业中的重要性、钛合金工件超声检测的必要性以及研究钛合金工件超声检测对无损检测技能训练的重要意义进行研究。1.1.1 钛合金工件在现代工业中的重要性钛是现代工业中一种重要的金属材料，钛合金具有高强度、耐腐蚀、耐热等优点，所以钛合金在现代社会的工业领域受到了广泛的应用。在航空

3、航天领域中，钛及钛合金工件的用量最大。主要用于航空飞行器的发动机、起落架、主体结构、火箭和导弹等；钛合金还广泛用于石油、冶金、化工、电力、核工业等领域。如发电中使用的蒸汽涡轮发电机、叶片等；石油工业中输油管道和钻井平台等；汽车工业中发动机气门、轴承座、连杆等；核工业中核废料储备罐等；除此之外钛还用于造船业，制造海上平台、潜水装置等。由此可见，钛及钛合金在现代工业的各个领域都具有不可替代的重要作用，在科技飞速发展的今天，相信钛及其合金的重要作用会更加明显，因此，研究钛及合金的相关性能对现代工业的发展具有重要意义。1.1.2 钛合金工件超声检测的必要性合金因其具有各种优点而被广泛用于各个领域，并且

4、在一些特殊的领域中，钛合金的作用是无可替代的。然而，也是由于它本身的性质，导致钛合金工件的加工十分困难，工作难度也相当大。钛合金在切削加工时，由于自身硬度的原因，会出现粘刀或切削困难的现象，另外钛合金还具有变形系数小、切削温度高、单位面积上的切削力大、冷硬现象严重和刀具磨损严重等切削特点：另外，由于钛合金的导热系数很低，因此在铣削加工中，会大大缩短刀具的寿命。正是因为钛合金的切削加工和铣削加工的工艺性能较差，因此保证钛合金坯料的质量，降低切削过程中的报废率尤为重要。另外，随着钛合金用量的与日俱增，钛合金零部件使用条件的日益苛刻以及其结构的日趋复杂，钛合金及其零部件的损伤与失效在所难免，由钛合金

5、零部件的失效与断裂导致的灾难性事故已发生多起。超声检测是无损检测质量控制的一种重要手段。对于钛合金材料中可能存在的冶金缺陷（如夹杂）、工艺缺陷（如过热、变形不足、裂纹等）和组织缺陷，生产厂和航空厂都用超声探伤检测进行质量控制，通过超声检测，可以及时淘汰不合格的原始坯料，防止不合格坯料进入加工工序，降低生产过程中的工作量。同时，超声检测还可以对在役的钛合金工件进行检测，及时监控钛合金工件的状态，从而减少因钛合金工件失效断裂导致的灾难性事故的发生。1.1.3 研究钛合金工件超声检测对无损检测技能训练的重要意义无损检测技能训练是我校针对无损检测专业学生设立的专业操作技能培训机制。技能训练的一个重要目

6、的是在学习无损检测理论知识的基础上训练学生的实际操作能力，学生不仅要通过学习，顺利完成本科教育工作，而且要努力提高专业素质，增强动手能力，为以后的无损检测工作打下良好的基础。无损检测技能训练主要是通过设计制定特定工件的检测方法规范，对产品进行检测参数的选择、工艺卡的制定、检测的进行、缺陷等级的评定、检测报告的签发等实际检测工作全过程训练。我校是国内唯一一所开设无损检测本科教学的高校，同时也是具有鲜明航空国防特色的大学。所以我校无损检测专业的毕业生大部分都在航空系统的单位工作，多年来，我校一届又一届的无损检测毕业生不断壮大航空工业的无损检测力量，为航空飞行器的安全运行提供保证，为国家航空工业的发

7、展保驾护航。也正因为如此，努力提高我校无损检测专业毕业生的专业素质和业务水平尤为重要。钛及钛合金是航空航天工业中应用广泛的结构材料，也是无损检测工作者检测测和评估最多的材料。所以加大无损检测技能训练中钛合金工件检测的研究对我校无损检测学生了解钛合金工件特点、熟练钛合金工件检测方法有重要意义，同时也可以为学生毕业后的实际工作打下坚实的基础。1.2 国内外研究现状无损检测技术已发展了近百年，无损检测技术水平的优劣却是国家的工业技术水平高低的具体表现。无损检测技术所能带来的经济效益十分明显。德国科学家认为，无损检测验技术是机械工业的四大支柱之一。美国前总统里根曾说:“没有先进的无损检测技术，美国就不

8、可能享有在众多领域的领先地位”。可见现代工业确实是是建立在无损检测基础上。世界各国都对超声无损检测给予了高度的重视。随着无损检测技术的发展，对钛合金的无损检测方法逐渐增多。例如TOFD （Time Of Flight Diffraction)超声波衍射时差法、相控阵超声成像检测法等，都可以准确对钛合金工件中的缺陷进行检测，甚至还具备自动化检测和成像检测的功能。然而，在我国当前的无损检测水平下，考虑到无损检测的成本、时效、验收水平等方面，目前对钛合金工件的无损检测应用最多的还是传统的脉冲反射式超声波检测。因此，对钛合金常规超声检测的研究仍然具有重要意义。1.3 钛合金超声检测相关标准简介随着钛工

9、业的迅速发展和国家对现代工业安全性重视程度的提高，钛及其合金工件的无损检测技术方法也得到了快速的发展。其中超声检测作为一种高效、快捷、稳定、可靠、无污染的无损检测技术手段，越来越受到各个工业检测部门的重视。与此同时，各个行业也建立起多项有关钛合金超声检测的标准和规范。下面就国内的钛合金超声检测标准作简要介绍。GB/T5193-2007钛及钛合金加工产品超声波探伤方法是由中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和国家标准化改革委员会联合发布的针对一般钛及钛合金加工产品的超声检测方法的国家标准。GB/T12969.1-2007钛及钛合金管材超声波探伤方法是由国家质量监督检验检疫总局和国家标准化改革委

10、员会联合发布的针对外径为6-80mm、壁厚为0.5-4.5mm的钛及钛合金管材的超声检测方法的国家标准。HB/Z36-1982变形钛合金棒材超声波检验说明书是由北京航空材料研究院（621所）起草、航空工业部发布、于1983年5月1日实施，并且沿用至今的变形钛合金棒材超声波检测的航空工业标准。适用于指导制造航空发动机压气机叶片用的直径16-60mm钛合金棒材的超声波检测。HB/Z37-1982变形钛合金园并及盘件超声波检验说明书中华人民共和国航空工业部指导性技术文件，适用于指导制造航空发动机压气机盘用的钛合金圆饼及盘件的超声波检测。HB5265-1983航空发动机TC11钛合金压气机盘用并（环）

11、坯及锻件超声波检验说明书是由北京航空材料研究院（621所）提出、TC11钛合金盘及饼（环）坯探伤标准编写组起草、国家航空工业部发布的航空标准。该标准与HB/Z59-81航空金属材料及零件超声纵波探伤说明书同时使用，并且与HB5265-1983航空发动机TC11钛合金压气机盘用并（环）坯及锻件超声波检验验收标准配套使用。该标准主要用于指导制造航空发动机涡喷13压气机TC11钛合金盘及饼（环）坯的超声波检测，也适用于其他机种的类似规格。YB 950-80专用TC4钛合金锻制并材超声波探伤方法是由原冶金部颁发的冶金行业标准，具体内容涉及保密法律法规，所以未得到具体的标准内容。GJB1580-2004

12、变形金属超声检验方法是由中国航空工业第一集团公司提出，中国航空综合技术研究所、北京航空材料研究院归口，中国航空工业第一集团公司北京航空材料研究院、航天 703 所、航空 430 厂联合起草的国家军用标准。适用于指导锻坯、锻件、轧制件、板材、挤压或轧制棒材、型材，以及由其经机加工制成零件的超声检验。JB/T4730-2005承压设备无损检测是由国家发展和改革委员会发布的行业推荐标准。用于指导承压设备无损检测及验收方法。该标准分为6部分，其中第三部分超声检测规定了承压设备采用A型脉冲反射式超声波探伤仪器检测工件缺陷的超声检测方法和质量分级要求。该部分适用于金属材料制承压设备用原材料、零部件、和焊接

13、接头的超声检测，也适用于金属材料制在用承压设备的超声检测。其中在4.3节介绍了钛及钛合金板材的超声检测和质量分级，用于指导钛及钛合金承压部件的超声检测。本课题主要针对GB/T5193-2007钛及钛合金加工产品超声波探伤方法、GJB1580-2004变形金属超声检验方法和JB/T4730-2005承压设备无损检测三个标准进行对比研究探讨，其中JB/T4730-2005并非钛合金工件的检测标准，但由于该标准较完善，故应用了锻件检测部分对钛合金进行检测，以便对比找出不同的标准对无损检测技能训练的不同作用，从而得到最佳的训练计划。1.4 课题主要研究内容本课题是基于无损检测技能训练，对不同标准中关于

14、超声检测的要求和规定进行研究，并重点对关超声检测方法的标准与规范中关于钛合金检测的内容与规定进行分析。通过分析比较，了解各标准在钛合金超声检测验收标准与钛合金检测方法上的异同，总结各个标准在钛合金超声检测中的优缺点，为本专业学生的无损检测技能训练提供更加完善和有效的训练方法，同时也希望能为今后钛合金超声检测标准的制订、修订提供参考。主要有如下研究内容：1）摸索不同标准中钛合金工件的检测工艺，确定最佳检测工艺参数;2）通过对各钛合金工件的超声检测，比较不同标准下，钛合金超声检测的异同;3）对比较结果进行分析，为今后钛合金超声检验标准的制、修订提供参考。1.5 研究策略及论文的结构安排 本论文主要

15、包括以下几个部分：第一章：为绪论，首先概述了本学位论文课题的来源和意义。综合介绍了国内外超声检测的发展情况，介绍了钛合金超声检测的相关标准，并对本文作者所做的工作进行了简述。 第二章：介绍超声检测的原理以及钛合金超声检测的特点。通过分析超声检测的原理和了解钛合金工件超声检测的特点，为钛合金工件超声检测的探讨提供了相应的理论基础。 第三章：通过参照钛合金超声检测不同的标准，编制钛合金超声检测工艺卡。对多个工件应用不同标准进行检测，得出实验结果，编制检测报告，为钛合金超声检测探讨提供实验依据。第四章：对钛合金超声检测进行探讨，内容涉及各个标准的应用范围、一般要求、检测人员、环境、方法、验收等各个方

16、面，通过不同标准之间对比，结合对实验结果的分析，得出相关结论。第五章：对全文进行了总结。2超声检测原理及钛合金的超声检测2.1超声检测原理超声检测根据超声波在材料中的传播特性检测材料内部缺陷的一种无损检测方法。主要通过超声波进入材料后，在材料中传播同时与材料中的缺陷相互作用，从而其传播方向或声学特性发生改变，通过一定的设备接收改变后的超声波，并对其分析处理，从而评估材料中的缺陷及其特性，达到无损检测的目的。2.2 钛合金的超声检测 钛合金材料具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于航空航天等领域。但是因为钛合金具有切削加工困难，生产工艺复杂等特点，所以在钛合金材料制备、机械加工和设备

17、服役过程中，往往会产生各种缺陷。目前，针对钛合金材料的无损检测，主要是应用超声检测的方法。钛合金工件中常见的缺陷种类有夹杂、裂纹、气孔等。针对钛合金的这些缺陷，通过选用合适特超声波检测仪，结合相应的探头，使用正确的方法进行扫查就可以得到各种缺陷的回波信号。从而可以检测出钛合金工件中存在的缺陷，防止有缺陷的工件投入使用。2.3 本章小结根据超声波的检测原理，结合钛及钛合金工件中缺陷形式及超声波反射信号的特点，可以通过超声波，检测出钛合金工件中的各种缺陷。在工业应用中，各行业根据自身的特点，制定了不同的钛合金超声检测标准，通过标准的要求和规定来指导钛合金工件超声检测的人员、设备、方法等环节，从而达

18、到对钛合金工件进行良好质量控制的目的。3不同标准下钛合金的超声检测3.1 检测工艺参数的选择3.1.1 GJB1580-2004标准钛合金工件检测工艺参数的选择3.1.1.1 仪器与探头的选择GJB1580-2004要求脉冲发生器和接收器的频率特性应与所用探头相匹配。超声检验仪在经过修理后投入使用前，或每年应至少校验一次使用性能，以确认其仍满足要求。本实验根据标准要求选择的超声检测仪器型号为CTS-8008plus。标准规定频率为2.25MHz10MHz 的探头，其回波频率与标称值的偏差应小于等于±10%。纵波探头的换能器直径一般应在6mm25mm 之间。在评定所发现的不连续性尺寸时

19、，应采用换能器直径不大于20mm 的平圆探头。本实验根据标准的要求，结合实验室现有设备，选择的超声检测探头型号为2.5Z14N。3.1.1.2 试块的选用本实验选用的试块为成套的钛合金平底孔试块，反射体孔径为1.2mm的平底孔，孔深15mm，埋藏深度为5-75mm。3.1.1.3 耦合剂的选用GJB1580-2004要求所用的耦合剂不应有损于探头和受检件。常用的耦合剂有水、油类、脂类、水溶性凝胶等。耦合剂的粘度及表面润湿性应根据受检件的表面粗糙度来选择，应保证声的能量能很好地传入受检件。本实验所选择的耦合剂为30#机油。3.1.1.4 检测面的选择标准规定受检件表面不允许存在影响超声检验的松动

20、的氧化皮、折叠、毛刺、油污等。若个别部位不可能清除，应在受检件上作出标记，供评定时参考。表面粗糙度的要求见下表：表3-1： GJB1580-2004超声检测表面状态要求验收级别表面粗糙度要求AAARa1.6mAARa3.2mARa3.2mBRa6.3m本实验选用的工件为钛合金锻件，表面状态基本符合标准要求。3.1.1.5 检测灵敏度的调整标准要求使用平底孔试块调节检测灵敏度，根据GJB1580-2004验收要求，应选择0.8mm平底孔作为起始灵敏度，由于实验室条件限制，故选择1.2mm平底孔调节灵敏度，并在调整好后增加7dB，以达到0.8mm的灵敏度。在对比试块与受检件之间存在有声传输特性的差

21、异时，应考虑进行声传输修正。修正值一般可通过比较试块的底面反射幅度值与受检件等厚度部位的底面反射幅度值的分贝差来确定。本实验经测定传输修正值为+3dB。3.1.1.6 扫查采用的扫查速度，应保证在所要求检测的金属声程处，规定等级的最小尺寸不连续性能得到可重复的显示，在自动记录时能可靠地启动调定的报警或记录装置。在一般情况下，目视监测时的扫查速度不宜超过50mm/s。扫查间距不应大于其中较小有效声束宽度的二分之一。3.1.2 GB/T5193-2007标准钛合金工件检测工艺参数的选择3.1.2.1 仪器与探头的选择GB/T5193-2007标准要求对于A型脉冲反射式超声波探伤仪，应满足JB/T1

22、0061-1999A型脉冲反射式超声探伤仪通用技术条件的要求，本实验所用的CTS-8008plus超声波探伤仪满足该标准的要求。标准规定直径为12mm32mm工作频率为2.55MHz5MHz的直探头，推荐用于20mm230mm厚的平面产品的接触法探伤。本实验所用的探头为2.5Z14N，实验用的工件厚度为55mm75mm，均符合标准的要求。3.1.2.2 试块的选用GB/T5193-2007要求对比试块用采用与被检验产品的声学性能和表面状态相同或类似的钛及钛合金材料制备。本实验选用的上述试块符合该标准的要求。3.1.2.3 耦合剂的选用GB/T5193-2007要求接触法探伤时，可采用水、机油、

23、甘油、变压器油、水玻璃等作耦合剂。本实验所选择的耦合剂为30#机油。3.1.2.4 检测面的选择GB/T5193-2007标准要求被检产品的表面，其粗糙度Ra3.2m。本实验所选用的工件为钛合金锻件，表面状态基本符合标准要求。3.1.2.5 检测灵敏度的调整标准规定，探伤前，应采用适当的对比试块来校准仪器，使试块中人工缺陷的反射信号幅度在满屏高度的20%90%范围内。本实验选用钛合金平底孔试块校准灵敏度，并保证平底孔的反射回波在满屏高度80%的位置，满足了标准的要求。3.1.2.6 扫查探伤时的扫描速度应不大于分辨出对比试块中的平底孔的扫描速度。对于无报警系统的手动扫描，推荐扫描速度应不大于1

24、27mm/s。对于有报警系统的手动或自动扫描，推荐扫描速度应不大于500mm/s。接触法探伤时，探伤间距应不大于探头晶片直径的1/2或有效声束直径的1/2，在二者中选取较小的一个。3.1.3 JB/T4730-2005标准钛合金工件检测工艺参数的选择3.1.3.1 仪器与探头的选择JB/T4730-2005标准规定采用A型脉冲反射式超声波探伤仪，其工作频率范围为0.5MHz10MHz，仪器至少在荧光屏满刻度的80%范围内呈线性显示。探伤仪应具有80dB以上的连续可调衰减器，步进级每档不大于2dB，其精度为任意相邻12dB误差在±1dB以内，最大累计误差不超过1dB。水平线性误差不大于

25、1%，垂直线性误差不大于5%。其余指标应符合JB/T10061的规定。本实验所用仪器CTS-8008plus均符合上述标准要求。标准规定晶片面积一般不应大于500mm2，单晶直探头的公称频率应选用25MHz，探头晶片一般为1425mm。本实验所用的探头为2.5Z14N，符合标准的要求。3.1.3.2 超声探伤仪和探头的系统性能JB/T4730.3-2005规定：在达到所探工件的最大检测声程时，其有效灵敏度余量应不小于10dB。仪器和探头的组合频率与公称频率误差不得大于±10%。仪器和直探头组合的始脉冲宽度（在基准灵敏度下）：对于频率为2.5MHz的探头，宽度不大于15mm；直探头的远

26、场分辨力应不小于30dB； 仪器和探头的系统性能应按JB/T 9214和JB/T 10062的规定进行测试。本实验选用的仪器为CTS-8008plus，探头为2.5Z14N，经测定，仪器和探头的综合性能基本符合标准的规定。3.1.3.3 耦合剂的使用JB/T4730.3-2005要求应采用透声性好，且不损伤检测表面的耦合剂，如机油、浆糊、甘油和水等。本实验所选择的耦合剂为30#机油。3.1.3.4 检测面的选择JB/T4730.3-2005标准检测原则上应安排在热处理后，孔、台等结构机加工前进行，检测面的表面粗糙度Ra6.3m。本实验所选用的工件为钛合金锻件，表面状态基本符合标准要求。3.1.

27、3.5 检测灵敏度的调整标准规定，当被检部位的厚度大于或等于探头的3倍近场区长度，且探测面与底面平行时，原则上可采用底波计算法确定基准灵敏度。本实验中利用工件的底波调整灵敏度。利用理论计算公式计算大平地与2.0平底孔的回波分贝差： （3-1） 调整仪器时，将探头置于待检工件完好部位，调节第一次底波高度为荧光屏满刻度的80%，在此基础上增加相应的分贝差，以此作为基准灵敏度。3.1.3.6 扫查标准要求探头的扫查速度不应超过150mm/s。并且为确保检测时超声声束能扫查到工件的整个被检区域，探头的每次扫查覆盖率应大于探头直径的15%。3.2 钛合金超声检测工艺卡3.2.1 GJB1580-2004

28、标准钛饼坯检测工艺卡表3-2： GJB1580-2004标准钛饼坯检测工艺卡试件名称钛饼坯材料牌号TC11试件规格283厚5570mm加工余量10mm检测标准GJB1580-2004检测技术纵波垂直入射法检测灵敏度0.8mm平底孔传输修正+3dB时基线调节1:1仪器型号CTS-8008plus探头型号2.5Z14N耦合剂30#机油扫查方式圆周面沿轴向扫查,端面沿径向扫查最大扫查间距5mm最大扫查速度不大于50mm/s对比试块成套钛合金距离幅度试块,孔径为1.2mm，埋深575验收标准GJB1580-2004 AA级：1. 单个不连续性指示的幅度超过1.2mm平底孔当量，为不符合要求。2. 多个

29、不连续性指示，其中任何两个指示的中间距离小于25mm而指示幅度超过0.8平底孔幅度，为不符合要求。3. 任何长条形不连续性指示的幅度超过0.8平底孔幅度，长度超过13mm，为不符合要求备注：间距指任何两个指示的中心间距检测面和检测方向: 入射方向检测区域: 直径283mm,深度：1060mm记录与标记：1.任何幅度大于0.8mm平底孔当量的不连续指示均应记录其幅度、埋深、指示长度和平面位置。2.合格件和不合格件均应作出明显标记并分开存放。备注：编制审核批准年 月 日年 月 日年 月 日3.2.2 GB/T5193-2007标准钛饼坯检测工艺卡表3-3：GB/T5193-2007标准钛饼坯检测工

30、艺卡试件名称钛饼坯材料牌号TC11试件规格283厚5570mm加工余量10mm检测标准GB/T5193-2007检测技术纵波垂直入射法检测灵敏度0.8mm平底孔传输修正+3dB时基线调节1:1仪器型号CTS-8008plus探头型号2.5Z14N耦合剂30#机油扫查方式沿径向扫查最大扫查间距5mm最大扫查速度不大于127mm/s对比试块成套钛合金距离幅度试块,孔径为1.2mm，埋深575验收标准 GB/T5193-2007 A1级：单个不连续性孔的当量直径超过1.2mm平底孔当量，为不符合要求。检测面和检测方向: 入射方向检测区域: 直径283mm,深度：1060mm 记录与标记：缺陷位置与缺

31、陷指示长度及回波高度合格件和不合格件均应作出明显标记并分开存放。备注：编制审核批准年 月 日年 月 日年 月 日3.2.3 JB/T4730.3-2005标准钛饼坯检测工艺卡表3-4： JB/T4730.3-2005标准钛饼坯检测工艺卡产品名称钛合金工件产品编号D22工件部件名称钛饼坯厚度 64mm部件编号规格 283mm材料牌号TC11检测时机热处理后检测项目锻件坡口形式表面状态锻后退火焊接方法仪器探头参数仪器型号CTS-8008plus仪器编号探头型号2.5Z14N试块种类钛合金试块检测面锻压面扫查方式沿径向扫查耦合剂30#机油表面补偿0dB扫描线调节深度1:1检测灵敏度2.0平底孔一次波

32、高80%技术要求检测标准JB/T4730.3-2005检测比例100%验收标准JB/T4730.3-2005合格级别II级检测部位示意图： 入射方向 编制（资格）审核（资格）日期日期3.3 钛合金超声检测结果3.3.1 GJB1580-2004标准钛饼坯检测结果 工件1：灵敏度：52.5dB 工件2：灵敏度：52.5dB当量尺寸：2.0+1dB 当量尺寸：1.2+3dB评定级别：B 评定级别：A 工件3：灵敏度：52.5dB 工件4：灵敏度：52.5dB当量尺寸：0.8+6dB 当量尺寸：1.2+2dB评定级别：C 评定级别：A 工件5：灵敏度：52.5dB当量尺寸1：0.8+6.4dB 当量

33、尺寸2：0.8+5dB评定级别：AA图3-1: GJB1580-2004标准钛饼坯检测波形图3.3.2 GB/T5193-2007标准钛饼坯检测结果 采用GB/T5193-2007标准进行检测时，由于灵敏度与GJB1580-2004标准相同，故检测结果相同。但级别不相同，五个工件的级别分别为：B、A、A1、A、A1。3.3.3 JB/T4730.3-2005标准钛饼坯检测结果 工件1：灵敏度：49.5dB 工件2：灵敏度：49.5dB当量尺寸：4.0+0.1dB 当量尺寸：2.0-9 dB评定级别：II 评定级别：I 工件3：灵敏度：49.5dB 工件4：灵敏度：49.5dB当量尺寸：2.0-

34、3dB 当量尺寸：2.0 评定级别：I 评定级别：I 工件5：灵敏度：52.5dB当量尺寸1：2.0-1dB 当量尺寸2：2.0-1dB评定级别：I图3-2: JB/T4730.3-2005标准钛饼坯检测波形图3.4 钛合金超声检测报告3.4.1 GJB1580-2004标准钛饼坯检测报告表3-5： GJB1580-2004标准钛饼坯检测报告送检单位报告编号UT-14-01检验单位无损检测实验室检验日期2014.05.25工件编号0105数量5件规格283mm×69工件名称钛饼坯材料编号TC11验收标准GJB1580-2004AA工件状态锻后退火仪器型号CTS-8008plus探头型

35、号2.5Z1.4N耦合剂30#机油试块型号钛合金平底孔试块起始灵敏度52.5dB（含传输修正+3dB）工件编号缺陷编号缺陷位置缺陷指示长度缺陷当量工件等级备注xyZ011-15028.62.0+1dB51.2+3dBA031-5-9243.937mm0.8+6dBC长条形041-6-4332.81.2+2dBA05133-7320.8+6.4dBAA相距40mm2-10-2232.80.8+5dB以下空白检验审核技术负责人3.4.2 GB/T5193-2007标准钛饼坯检测报告表3-6： GB/T5193-2007标准钛饼坯检测报告送检单位报告编号UT-14-01检验

36、单位无损检测实验室检验日期2014.05.28工件编号0105数量5件规格283mm×69工件名称钛饼坯材料编号TC11验收标准GB/T5193-2007A1工件状态锻后退火仪器型号CTS-8008plus探头型号2.5Z1.4N耦合剂30#机油试块型号钛合金平底孔试块起始灵敏度52.5dB（含传输修正+3dB）工件编号缺陷编号缺陷位置缺陷指示长度缺陷当量工件等级备注xyZ011-15028.62.0+1dB51.2+3dBA031-5-9243.937mm0.8+6dBA1041-6-4332.81.2+2dBA05133-7320.8+6.4dBA12-

37、10-2232.80.8+5dB以下空白检验审核技术负责人3.4.3 JB/T4730.3-2005标准钛饼坯检测报告表3-7： JB/T4730.3-2005标准钛饼坯检测报告送检单位报告编号UT-14-01检验单位无损检测实验室检验日期2014.05.31工件编号0105数量5件规格283mm×69工件名称钛饼坯材料编号TC11验收标准JB/T4730.3-2005I工件状态锻后退火仪器型号CTS-8008plus探头型号2.5Z1.4N耦合剂30#机油试块型号钛合金平底孔试块起始灵敏度（含传输修正0dB）工件编号缺陷编号缺陷位置缺陷当量工件等级备注xyZ011-15028.64

38、.0+0.1dBI52.0-9 dBI031-5-9243.92.0-3dBI041-6-4332.82.0I05133-7322.0-1dBI2-10-2232.82.0-1dBI以下空白检验审核技术负责人3.5 本章小结本章通过依据三种不同的标准，分别选取不同的工艺参数，编制相应的无损检测工艺卡，对多个钛饼坯工件进行超声检测，得出检测结果，并且依据各自的标准对工件进行评级，编写检测报告。本章节为超声检测的实验部分，是钛合金工件超声检测探讨的实践基础。4 钛合金工件超声检测的探讨4.1 适用范围由于标准的制定和应用各不相同，在适用范围上也存在一定的差异，具体见下表：

39、表4-1：各标准适用范围比较项目标准方法适用材质适用工件尺寸要求GJB1580-2004超声脉冲反射检测技术变形金属锻坯、锻件、轧制件、板材、挤压或轧制棒材、型材，以及由其经机加工制成零件无JB/T4730-2005A型脉冲反射式超声波检测金属材料金属材料制承压设备用原材料、零部件和焊接接头，金属材料制在用承压设备，与承压设备有关的支承件和结构件。无GB/T5193-2007超声波检测钛及钛合金无具体要求6mm230mm由上表可知，三个标准主要在超声波检测的材质、工件和尺寸要求上存在较大差别：1、材质范围：JB/T4730-2005适用范围最广，GJB1580-2004次之，GB/T5193-

40、2007范围最小，仅适用于钛及钛合金材料。2、检测部件范围：除国家标准GB/T5193-2007对所检测钛及钛合金的工件无要求外，其他两个标准均对所检测的部位或工件作出明确的要求。3、检测部件尺寸：除国家标准GB/T5193-2007规定了标准适用工件厚度的上下限，其他两个标准均无要求。4.2设备要求4.2.1 超声检测仪关于超声检测仪使用性能的要求，各个标准也存在一定的差异，GB/T5193-2007和JB/T4730-2005均要求超声检测仪符合标准JB/T10061A型脉冲反射式超声探伤仪通用技术条件的规定，除此之外，JB/T4730-2005还做了其他相关规定。而GJB1580-200

41、4则未注明需遵循标准JB/T10061的要求，只在标准内做了详细的规定。通过比较可知，GJB1580-2004对超声检测仪的性能要求最高，其次为JB/T4730-2005，GB/T5193-2007要求最低。4.2.2 探头超声检测探头是决定超声检测能力的主要因素，因此各个标准均有的要求，见下表：表4-2： GJB1580-2004探头性能要求概述频率在2.25MHz10MHz频率偏差±10%。探头幅度最大偏差超过20%的探头不应使用。纵波直探头1、直径：6mm25mm。2、要求最后一个声压极大值处，沿相隔45°的四个方向测量时，不应有明显的副瓣。3、最小波束直径与最大波束

42、直径之比不应小于0.75。 斜探头钢中折射角与标称值相差2°以上的探头应修正，否则不允许使用。表4-3： GB/T5193-2007探头性能要求探头种类探头尺寸工作频率探伤方法适用产品厚度直探头12mm32mm2.555MHz接触法探伤20230mm水浸法探伤70230mm聚焦探头6mm16mm510MHz水浸法探伤670mm双晶探头8mm20mm2.55MHz接触法探伤620mmJB/T4730-2005要求晶片面积500 mm2，边长25mm。单斜探头声束轴线水平偏离角2°，主声束垂直方向不应有明显的双峰。通过比较可知：GJB1580-2004对各种探头的性能均作了明确

43、的规定，对探头性能要求较严格。GB/T5193-2007并未对探头性能做明确要求，但规定了具体探头结合不同的检测方法所检测的工件的尺寸。JB/T4730-2005则只是简单提出一些较基本的性能要求。4.3试块要求4.3.1 标准试块标准试块的主要作用是对超声波检测仪和探头系统的综合性能进行测试校准和检测校准。对于标准试块的规定，各个标准均有所涉及，其中GJB1580-2004和JB/T4730-2005两个标准除根据各自使用条件对材质、尺寸及加工要求等做出要求外，其他均应符合JB/T 100631999 的要求。而GB/T5193-2007则未对标准试块做任何要求。4.3.2 对比试块对比试块

44、是用来检测校准的试块，也用来评估发现缺陷的当量尺寸，或将缺陷信号与人工反射体信号进行对比。三个标准均要求对比试块的各种声学特性要与被检工件相似，并且要根据不同的被检工件选择相应的对比试块。不同之处在于，GJB1580-2004和JB/T4730-2005两个标准均对不同工件所用的对比试块以及相应探头做出了详细具体的规定，并且GJB1580-2004针对具体的受检件材料还规定了相对应对比试块的材料和热处理状态。4.4 耦合剂关于耦合剂的要求，三个标准基本相同，液浸法可采用清洁水作为耦合剂， 接触法常用的耦合剂有水、油类、脂类、水溶性凝胶等。4.5 受检件的要求被检工件的外形、尺寸、表面状态等条件

45、均会对超声检测的结果产生影响，三个标准对受检件的要求也不一而足。GJB1580-2004对受检件的要求十分详细，包括受检件的外形、表面状态、材料状态等。GB/T5193-2007则只对受检件的表面状态和平直度等方面做了较详细的说明。相对来说，JB/T4730-2005对受检件的要求较为宽松，仅规定表面粗糙度应符合检测要求。4.6 检验检测4.6.1 灵敏度与传输修正灵敏度的调节方法通常有试块调整法、底波调整法法等。本研究涉及的三个标准的灵敏度调节方法也不尽相同。具体见下表：表4-4：各标准灵敏度调节对比灵敏度调节标准方法操作传输修正GJB1580-2004试块调整法用两块不同埋深的平底孔试块来

46、调整仪器灵敏度，使来自任一试块中平底孔的反射波高至少为显示屏满刻度的80%。需要GB/T5193-2007试块调整法利用一定埋深的平底孔试块调节需要JB/T4730-2005底波计算法（d3N）利用理论计算公式算出目标处大平底与平底孔的回波分贝差，将探头对准工件大平底表面，调节增益使底波达到80%波高，然后再增加dB，即为检测灵敏度。不需要试块调整法（d3N）将探头对准标准试块平底孔，调节增益，使波高达到80%，即为起始灵敏度。需要通过上表可知，各个标准的灵敏度调节方法存在较大差异。除JB/T4730-2005在工件厚度大于等于3倍近场区长度时，使用底波计算法调节灵敏度外，其他的标准均使用试块

47、调整法调整。通常我们所说的试块调整法是将平底孔波高调整至某百分比屏高，根据缺陷波与平底孔波的高度值评价缺陷，但是，这样的调节方法会使缺陷波靠近始脉冲和靠近底波的检测灵敏度有很大差异，对评定结果影响很大，而GJB1580-2004则使用两种不同埋深的平底孔试块调节灵敏度，从而有效地改善这种问题。本实验中以一般级别的验收等级调节扫查灵敏度，三个标准的扫查灵敏度分别为52.5dB（含传输修正3dB）、52.5dB（含传输修正3dB）和49.5dB，虽然没有必然的可比性，但是一定程度上反映了各个标准对被检件质量要求得严格程度。4.6.2 液浸法探伤GJB1580-2004 和GB/T5193-2007

48、对液浸法探伤都做了一定的要求。GJB1580-2004要求液程的调整应以达到最佳分辨力和最佳穿透力的组合为原则，且应使受检件的二次前表面反射出现在一次底面反射之后。在纵波直入射检验时，已确定的角度的变化不应超过±0.5°。GB/T5193-2007则要求声束入射角应使入射面反射信号幅度达到最大，纵波直入射检验时，已确定的角度的变化应在±2°以内。JB/T4730-2005则未对液浸法探伤作明确要求。4.6.3 扫查探头移动的方式、扫查速度和扫查间距等对缺陷的检出率有十分重要的影响，各个标准都对此做出了明确的规定，本研究中的三个标准扫查规定见下表：表4-5

49、： 各标准扫查方式对比要求标准扫查方法扫查速度扫查间距GJB1580-2004一般情况下，目视监测时的扫查速度不宜超过50mm/s扫查间距不应大于其中较小有效声束宽度的二分之一GB/T5193-2007无报警系统的手动扫查不大于127mm/s扫查间距应不大于探头晶片直径的1/2或有效声束直径的1/2有报警系统的手动或自动扫描不大于500mm/sJB/T4730-2005手动扫查探头的扫查速度不应超过150mm/s。自动报警装置不受此限。探头扫查覆盖率应大于探头直径的15%。由上表可知，三个标准所要求的扫查速度依次增大，扫查间距依次减小，也说明三个标准对扫查过程中的严格程度是依次降低的。4.7

50、缺陷验收的规定标准对缺陷验收的规定体现了对缺陷性质的理解和对缺陷某些特征参数的重视程度。各个标准对缺陷验收的参量大相径庭，具体特点见下表：表4-6：各标准验收形式的特点项目标准有单个不连续性有多个不连续性有长条形不连续性有噪声水平要求有底波损失要求GJB1580-2004 GB/T5193-2007JB/T4730-2005通过上表对比可知：GJB1580-2004对缺陷的验收包含了单个缺陷当量平底孔直径、多个不连续性当量平底孔直径和缺陷间距、长条形不连续性当量平底孔直径和缺陷长度等参量。GB/T5193-2007则只以单个缺陷当量平底孔直径的大小作为缺陷验收和评级的依据。JB/T4730-2

51、005对缺陷进行评定和分级的依据主要有底波降低量、单个缺陷的平底孔当量和密集缺陷的面积等。其中GJB1580-2004对缺陷的评定和验收要求较为详细，评判也较为规范，但是具体操作难度较大，而且标准中并未注明长条形缺陷应如何界定（如JB/T4730-2005标准规定长宽比大于3的缺陷为条形缺陷），令人费解。GB/T5193-2007评定缺陷较简单，难度不大，但是对缺陷的具体评定和验收过于粗糙，缺乏全面性。JB/T4730-2005则有一套完备的缺陷评级标准，虽然工作量较大，但是对缺陷的评定标准最为合理。本实验中分别依据上述三个不同的标准，对五个钛合金锻件进行超声检测，并比较检测过程和检测结果的异同。具体见下表：表4-7：各标准检测结果评定级别工件号标准12345GJB1580-2004BACAAAGB/T5193-2007BAA1AA1JB/T4730-2005IIIIII根据上表：其中GJB1580-2004的验收等级为AA级，GB/T5193-2007的验收等级为A1级，JB/T4730-2005的验收等级为I级。依据GJB1580-2004标准检测的结果是：5号工件合格，其他4个工件均不合格。依据GB/T5193-2007标准检测的结果是：3号和5号工件合格，其他3个工件均不合格。依据JB/T4730-2005标准检