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摘要：針對鎢滲銅材料在燒結(jié)成型、熔滲等過程中可能出現(xiàn)的孔洞、夾雜、滲銅不均等缺陷，采用水浸超聲波檢測方法對其進行內(nèi)部質(zhì)量檢測，并分析檢測結(jié)果；在此基礎(chǔ)之上，將部分典型缺陷C掃描檢測結(jié)果同射線檢測結(jié)果進行對比，從而驗證水浸超聲檢測方法的可行性與適用性，達到快速、便捷檢測的目的。同時，水浸超聲檢測方法還能夠?qū)崿F(xiàn)對缺陷位置和尺寸的定量，為后續(xù)強度分析、壽命預(yù)測提供數(shù)據(jù)參考。

鎢滲銅；水浸超聲檢測；C掃描圖像；射線檢測；缺陷定量

1引言

鎢銅合金材料是僅次于硬質(zhì)合金的第二大類鎢的深加工制品[1]。鎢銅合金中鎢滲銅材料是通過高溫?zé)Y(jié)加熔滲工藝制成，首先，鎢粉經(jīng)等靜壓成型，并在還原氣氛中燒結(jié)成具有多孔結(jié)構(gòu)的鎢骨架；其次，經(jīng)過毛細(xì)原理將液態(tài)金屬銅滲入上述多孔結(jié)構(gòu)鎢骨架；最終，形成鎢滲銅原材料制品，作為一種軍用耐高溫復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航天、兵器等關(guān)鍵領(lǐng)域[2～4]。

2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

鎢滲銅產(chǎn)品主要包括噴管喉襯、燃?xì)舛妗⑶岸婷娴龋a(chǎn)品材料質(zhì)量直接決定產(chǎn)品使用性能，如：戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)固體火箭發(fā)動機中使用的噴管喉襯在點火啟動時，工作環(huán)境十分惡劣，燃燒溫度甚至達到3000℃以上，而裂紋、滲銅不均等自然缺陷將直接導(dǎo)致噴管燒穿，引起飛行事故[5]；燃?xì)舛媸酵剖秆b置應(yīng)用在多型號空空導(dǎo)彈上，燃?xì)舛娴男阅苤苯尤Q于原材料質(zhì)量，自然缺陷的存在將直接導(dǎo)致空空導(dǎo)彈變向失敗，使得導(dǎo)彈飛行路徑達不到預(yù)定目標(biāo)[6]；導(dǎo)彈前舵面，作為方向控制關(guān)鍵部件，承受高溫沖刷，材料的內(nèi)部缺陷將直接導(dǎo)致飛行偏離預(yù)定目標(biāo)。因此，利用無損檢測方法對鎢滲銅產(chǎn)品檢測具有十分重要意義。由于鎢滲銅產(chǎn)品大多應(yīng)用于武器裝備關(guān)鍵構(gòu)件之上，國外幾乎沒有對于該類型產(chǎn)品檢測相關(guān)研究報道。國內(nèi)對于鎢銅合金產(chǎn)品檢測相關(guān)研究報道也較少，針對鎢銅合金產(chǎn)品的無損檢測方法主要集中于射線檢測和超聲檢測兩種方法。目前，射線檢測[6]根據(jù)不同產(chǎn)品類型采用的檢測標(biāo)準(zhǔn)主要依照GJB6488—2008、GJB2299A—2005，而對于超聲檢測沒有統(tǒng)一的檢測方法規(guī)定。中國工程物理研究院王增勇等[7，8]針對鎢銅合金法蘭部件進行常規(guī)超聲縱波+橫波互補檢測，設(shè)計了專用對比試塊，并在此基礎(chǔ)之上，調(diào)整檢測靈敏度，最終實現(xiàn)了對部件內(nèi)部孔隙類缺陷的有效檢出及定位，但常規(guī)超聲波檢測缺陷顯示判讀困難，不直觀。西安理工大學(xué)陳等[9]利用超聲波對鎢銅合金零件內(nèi)部質(zhì)量進行初步評價，結(jié)果表明，超聲波散射波的波形在一定程度上反應(yīng)零件中孔隙的數(shù)量和狀態(tài)，且超聲波聲速和孔隙率存在一定的線性關(guān)系，可為材料質(zhì)量評價提供一定參考。本文針對典型鎢滲銅產(chǎn)品進行水浸超聲波檢測，并將典型缺陷C掃描檢測結(jié)果同射線檢測底片結(jié)果進行對比分析，進而對水浸超聲檢測方法的可行性及檢測結(jié)果的可靠性進行了有效驗證。同時，該方法實現(xiàn)了對孔洞類缺陷位置和尺寸的定量表征。

3水浸超聲檢測系統(tǒng)

水浸超聲檢測是通過水作為耦合介質(zhì)，通過超聲主機激發(fā)水浸聚焦探頭實現(xiàn)聲束發(fā)射和接收，其掃查過程通過自動化運動系統(tǒng)控制[10]，同時采集超聲波檢測信號，最終進行A掃查、B掃描、C掃描成像，其組成示意圖如圖1所示。圖1水浸超聲波檢測系統(tǒng)組成示意圖水浸超聲波檢測優(yōu)勢在于通過機械裝置進行掃查，掃查速度及精度得到了保證，有效克服了手動掃查過程中壓緊力度及速度的問題；同時B掃描、C掃描檢測結(jié)果通過檢測圖像可視化顯示，有利于缺陷的識別與判讀，進一步消除了人為因素帶來的干擾。此外，通過數(shù)據(jù)處理軟件還可實現(xiàn)對于產(chǎn)品內(nèi)部缺陷的定位及定量。

4實驗及分析討論

4.1實驗檢測采用FOCUSLT相控陣超聲檢測儀，5MHz，水浸聚焦探頭，晶片尺寸10mm，焦距50mm，步進間隔為0.2mm。按照GJB1580A—2004要求制作檢測用對比試塊，試塊材質(zhì)為鎢滲銅，其中平底孔直徑為1.2mm。利用上述水浸超檢測系統(tǒng)對標(biāo)準(zhǔn)試樣中平底孔進行檢測，并調(diào)整檢測靈敏度，平底孔檢測結(jié)果如圖2所示。在上述基礎(chǔ)之上，利用水浸超聲檢測系統(tǒng)對鎢滲銅產(chǎn)品燃?xì)舛娌煌婷孢M行檢測，不同產(chǎn)品典型缺陷檢測C掃描圖像如圖3所示。由圖3可知，滲銅不均、夾雜及孔洞等缺陷在C掃描圖像上呈不同形態(tài)分布，通過對檢測圖像的判別可較為準(zhǔn)確的實現(xiàn)缺陷識別。針對部分典型缺陷產(chǎn)品進行了射線檢測，檢測底片如圖4所示，由圖可知，不同類型缺陷在射線底片上黑度及缺陷形貌存在一定差異[6]，利用上述特點可有效識別缺陷。

4.2分析討論孔洞、夾雜類缺陷是鎢滲銅材料中未被鎢和銅填充的區(qū)域，滲銅不均是在熔滲過程中銅的分布不均勻所致。水浸超聲C掃描檢測本質(zhì)上是利用聲波在傳播過程中遇到異質(zhì)界面會發(fā)生不同程度反射，利用水浸聚焦探頭通過機械結(jié)構(gòu)運動采集不同位置數(shù)據(jù)，最終合成多視圖掃描圖像。當(dāng)聲波遇到夾雜、孔洞類缺陷，該類缺陷聲阻抗與鎢滲銅基體存在較大差異，造成檢測回波信號幅值較大，缺陷圖像顯示清晰，缺陷較為容易識別；而對于滲銅不均類缺陷，其聲阻抗與基體相差不大，在檢測信號上表現(xiàn)為底波信號幅值出現(xiàn)不同程度降低，而C掃描檢測的優(yōu)勢則是可通過底波幅值變化對檢測結(jié)果進行分析。同時，通過對深度方向數(shù)據(jù)采集，可合成B掃描圖像，能夠?qū)崿F(xiàn)對于產(chǎn)品內(nèi)部缺陷深度定位需求。通過將水浸超聲C掃描檢測結(jié)果同射線檢測結(jié)果對比可知，兩種方法均能夠?qū)崿F(xiàn)對不同類型缺陷的有效檢出，但射線檢測需要輻射安全防護，底片結(jié)果判讀存在一定困難，而水浸超聲掃描檢測無需防護，操作方便快捷，能夠?qū)崿F(xiàn)對于不同類型缺陷有效識別及定位、定量。在一定程度上其能夠有效代替射線檢測完成實際檢測需求。此外，超聲檢測還能夠?qū)崿F(xiàn)缺陷定量，圖5給出了孔洞類缺陷檢測A掃、B掃和C掃查圖像及定量結(jié)果。利用數(shù)據(jù)分析處理軟件可從圖5中讀取缺陷的尺寸信息，經(jīng)過換算可知，缺陷深度為14.96mm，缺陷尺寸為10.73mm。

5結(jié)束語

本文對鎢滲銅產(chǎn)品缺陷產(chǎn)生機理及水浸超聲波檢測原理進行分析，從理論上論證了水浸超聲波檢測鎢滲銅產(chǎn)品的可行性。在上述基礎(chǔ)之上，利用水浸超聲檢測系統(tǒng)對上鎢滲銅產(chǎn)品燃?xì)舛鎯?nèi)部質(zhì)量進行檢測，實現(xiàn)了產(chǎn)品內(nèi)部孔洞、夾雜、滲銅不均等缺陷的檢出；利用射線底片與水浸超聲C掃描檢測結(jié)果互補驗證，結(jié)果表明，水浸超聲檢測能夠有效識別缺陷，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)對缺陷位置和尺寸的定量評價。

參考文獻

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作者：康達 張宏 馬兆光 李士琦 林珊珊 單位：北京動力機械研究所