摩擦焊焊缝的超声检测技术应用

孙国荣

（哈尔滨东安发动机有限公司，黑龙江 哈尔滨 150066）

摩擦焊焊缝的超声检测技术应用

孙国荣

（哈尔滨东安发动机有限公司，黑龙江 哈尔滨 150066）

本文对比介绍了两种检测摩擦焊焊缝的超声波检测技术。

摩擦焊；焊缝；超声波检测

摩擦焊属压焊的一种，是利用焊接接触端面的相对旋转运动中相互摩擦产生热量，从而使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻而完成焊接的一种方法。此方法热影响区小，接头强度与母材强度一样高，且易于实现自动化。因此为工业中广泛应用的焊接方法。焊接产生的主要缺陷有气孔、裂纹和未熔合等,其中气孔为立体型缺陷，用射线检测比较理想，而未熔合和裂纹为平面型缺陷，利用超声检测较为理想。

1 检测方法简介

1.1 横波脉冲反射法

焊缝中的主要内部缺陷为气孔、裂纹和未熔合，从危害程度来说，裂纹和未熔合是平面型缺陷，危害性较大。未熔合产生的方向主要是沿坡口面，当零件为环形对接焊缝时，未熔合应为垂直于零件轴线方向，此类缺陷可用横波脉冲反射法在焊缝两侧或一侧进行检测，当由于零件结构原因，无法从两侧进行检测时，可在一侧进行。利用斯涅尔定律可以很容易的计算出指定横波折射角对应的入射角。按照耦合方式的不同，横波脉冲反射法又可分为水浸法和接触法。

1.1.1 接触式横波脉冲反射法

接触法是将探头与试件表面直接接触进行检测的技术。通常在探头与检测面之间涂有一层很薄的耦合剂，多为手动操作，操作方便，设备简单，由于是直接入射，入射声能损失小，可提供较大的厚度穿透能力。

1.1.2 水浸式横波脉冲反射法

水浸法是将探头与试件全部或部分浸于水中，以水作为耦合剂，声波通过水进入试件进行检测的技术。由于探头与试件不接触，超声波的发射与接收都比较稳定，通过调节探头，可方便地改变探头发射的超声束的方向，从而容易实现斜射声束检测；另外，检测盲区小，可检测较薄的试件；便于实现聚焦声束检测，从而实现高灵敏度、高分辨率检测需要；同时便于实现自动化检测，减少了人为因素对检测可靠性的影响。

1.2 Delta shuttle法

Delta shuttle检测技术属于一种特殊的穿透法，常规穿透法检测灵敏度低，操作复杂，但 Delta shuttle检测技术不同于常规的穿透法检测，它是专门为焊缝检验而发展的一种特殊超声波无损检测方法，它所应用的原理是发散现象，这项技术的优点如下。

（1）能检测传统脉冲反射技术无法检测的微小缺陷。

（2）能够检测零件内部靠近外表面的缺陷。

（3）不受缺陷方位的影响。

这项技术的缺点如下。

（1）相对传统技术来说比较复杂。

（2）有低的信号 /噪声比。

2 检测

超声检测时，需根据零件成型特点和加工工艺，设计含有不同直径、不同埋深人工缺陷的对比试块，用以验证设备性能。

2.1 检测

2.1.1 接触式横波脉冲反射法

采用适当K值的接触法探头，利用公式计算探头所需的扫描距离 1.25P，如果零件结构尺寸满足此要求，则可以进行接触式脉冲回波法检测。

2.1.2 水浸式横波脉冲反射法

由于聚焦探头所具有的优势，可实现高灵敏度检测，根据零件厚度可采用高频点聚焦探头对零件进行检测。我们分别采用了 MD-400型半自动水浸 A扫描设备和 LS-200型自动水浸 C扫描设备对某摩擦焊焊缝进行了检测。

2.1.2.1 MD-400型半自动水浸A扫描设备

该设备为A扫描显示，检测可采取手动方式，也可采取半自动方式。通过调节机械部分的水距使探头焦点落在焊道上，将通孔反射波高调到 80%，并记录其余缺陷反射波高，然后手动旋转零件进行检测。该方法操作简便，但检测可靠性低。

2.1.2.2 LS-200型自动水浸C扫描设备

LS-200型自动水浸 C扫描设备主要用于盘、环类零件的检测，也可进行平板类零件的检测，该设备具有7个轴，可实现不同角度的斜入射检测，因此可用于焊缝类零件的横波脉冲反射法检测。试验过程中，选取了几个典型的横波折射角，主要如下：

入射角：18.5° 折射角：45°

入射角：24° 折射角：65°

入射角：25.5°折射角：73.7°

在相同增益情况下，使用折射角为 45°（入射角为18.5°）时通孔反射波高于 65°折射角。但 45°折射角对其他缺陷不灵敏，65°折射角也只能发现对比试块中的 2个缺陷。使用 25.5°入射角时，可发现所有缺陷。

2.1.3 Delta shuttle检测法

由于零件为回转体，采用了发射探头从零件内部入射，接收探头从零件外部接收的探头布置方式，对试块进行检测，可发现所有缺陷。

3 结果对比

我们对原来经 MD-400型半自动水浸 A扫描设备检测 报 废 的零 件 用 LS-200和 delta shuttle设 备进 行 检测对比，检测数据对比见表1。

4 分析

增益（dB）值的不同说明 Delta shuttle检测技术声程短、衰减小，剩余灵敏度高；入射次数不同可以看出检测的准备过程时间不同，体现在方法的可操作性上，Delta shuttle检测技术可操作性强；缺陷直观度充分证明了上述两点，灵敏度高，无幻像显示，检测效率高。

5 结语

综上所述，横波脉冲反射技术和 delta shuttle检测技术均可对摩擦焊焊缝进行有效检测，在实际使用时需结合零件结构特点适当选择。

[1]无损检测综合知识 [M].机械工业出版社，154-155.

[2]航空制造工程手册 [M].工艺检测 .航空工业出版社 .

TG441.7

A

1671-0711（2017）07（下）-0102-02