铝合金焊缝应力腐蚀无损检测技术研究

王长亮　原文波　黄茜

摘 要：本文介绍了铝合金产品应力腐蚀产生的机理，阐述了影响应力腐蚀开裂的主要因素。讨论服役铝合金产品应力腐蚀裂纹无损检测方法的选择。通过实验分析表明，采用渗透检测能使缺陷检出率、灵敏度和效率达到最佳检测效果，确保产品质量和使用性能。

关键词：应力腐蚀；铝合金焊缝；渗透检测

1 前言

高强度铝合金由于其耐腐蚀稳定性和良好的焊接性能，广泛应用于国民经济领域和航空航天产品中。在对某产品返厂检修过程中，发现产品铝合金对接焊缝处发现多处表面开裂现象，对产品的使用性能和安全性造成严重威胁。由于应力腐蚀具有普遍性和极强的隐蔽性，笔者通过实验对比总结了服役铝合金材料产品焊缝无损检测技术方法的选择及可行性分析。

2 应力腐蚀裂纹产生机理及因素

2.1 应力腐蚀裂纹产生机理

由于应力腐蚀裂纹的产生过程极其复杂，国内外学者对铝合金材料的应力腐蚀产生机理做了大量研究，虽取得了一定进展，但由于腐蚀裂纹产生的过程复杂，其腐蚀产生的机理也未达成一致，其中氢致破裂和阳极溶解理论较为广大学者接受。

氢致破裂理论认为铝合金材料在腐蚀过程中，受各种应力的影响加上环境因素的作用，在金属表面形成化学或者电化学反应，由于阴极产生氢，一部分氢扩散、吸附进入金属材料导致材料晶格弱化导致应力腐蚀裂纹的产生。

阳极溶解理论则认为高强铝合金的腐蚀机理是电化学的， 合金在应力和腐蚀介质相互作用下， 使金属表面氧化膜被破坏， 而破损处相对其他有膜覆盖的表面来说是阳极， 金属原子溶解成为离子， 形成带有尖端的裂纹，在尖端附近区域发生塑性变化，加快了阳极溶解，通过电化学反应，最终导致铝合金材料开裂。

2.2 影响应力腐蚀的因素

影响铝合金材料应力腐蚀的因素有很多，这些因素有时单一作用有时则共同作用引起应力腐蚀。任何一种金属材料在特定的腐蚀性介质中，当受到应力作用尤其是受到拉应力的作用时才会发生应力腐蚀开裂，材料和环境是相匹配的，使用环境的改变可能导致明显的应力腐蚀开裂，概括总结影响应力腐蚀的主要因素有环境因素、冶金因素、热处理因素、焊接因素、应力集中因素等。

3 铝合金焊缝应力腐蚀裂纹无损检测方法

裂纹类型的缺陷由于其破坏性和扩展性，是无损检测过程中需要严格控制剔除的缺陷，随着现代新兴无损检测技术的发展，裂纹检测方法发展迅猛，主要有磁粉，渗透，超声，漏磁法，涡流法，射线检测；应力腐蚀裂纹主要形成在工件表面或近表面、扩展甚至贯穿工件，由于磁粉检测主要针对铁磁性的材料，故不适应铝合金零件的检测，针对服役铝合金产品的特殊要求、检测效率及产品结构等影响，采用的检测方法主要为渗透检测。

3.1 渗透检测

（1）检测器材及试块。采用核安级D-T5型渗透剂，铝合金淬火裂纹参考试块JB/T6064-A型，自制铝合金裂纹对比试块采用氩弧焊铝合金焊接试板弧坑收缩裂纹处缺陷，机加后作为对比试件用。

（2）实验步骤。分别对检测用的试块和自制试件进行检测，检测过程如下：1）对试块和对比试件预清洗：表面采用清洗剂清洗干净，无影响检测结果的杂质；2）渗透：将渗透剂摇匀后，均匀喷涂待检件表面，时间10-15分钟；3）清洗渗透剂：采用清洗剂或水将试件表面渗透液清洗干净，注意避免过清洗，影响检测结果；4）干燥工件表面，干燥时间应为工件充分干燥最短时间；5）显像：将显像剂摇匀，均匀喷涂待检件表面，显像时间10-20分钟。

（3）实验结果。试验对比结果如表1，试验表明，采用渗透检测方法显像15分钟过后缺陷数量已达到稳定值， 缺陷显示显示更为清晰，便于缺陷评级和定性，适合用于铝合金应力腐蚀裂纹的检测。

4 服役产品检测方法的选择与应用

针对服役产品本身特点，采用其他检测方法对大批量工件而言工作量较大，且效率较低，而渗透检测能提高检测效率，缺陷显示更直观，灵敏度高，但由于渗透检测过程中需喷涂渗透剂和显像剂，所以检测后应及时清理检测工件，以免影响产品正常使用。

通过实验及对产品实际检测应用分析，透检测方法明显优于其他检测方法，检测结果更具直观性，如图1、2所示，易区分缺陷的类型，给缺陷定性，适用于服役产品复杂产品外形及结构的检修检测，在渗透检测过程中不能判定缺陷时，可以采用其他无损检测方法辅助加以复查以确保产品质量。

5 结语

采用渗透检测方法对多批次产品焊缝表面进行检测，缺陷检出率和灵敏度均达到理想水平，大幅度提高应力腐蚀裂纹检测效率，降低检测人员劳动强度，广泛应用于服役铝合金零件焊缝及产品应力腐蚀裂纹的检测。

参考文献：

[1]孙殿寿.渗透检测[Z].机械工业出版社，2004.

[2]刘洋.铝合金应力腐蚀开裂的研究进展[J].测绘科学，2007.

[3]杨耀东.航天器用铝合金应力腐蚀及防护技术研究现状与发展趋势分析[Z].工具技术，2002.

作者简介：王长亮（1982-），男，黑龙江五常人，研究方向：航天产品零部件无损检测技术工作。endprint