夹杂物的超声波检测方法及应用技术

高性能粉末冶金的主要缺点是导致疲劳断裂的临界缺陷尺寸微小。夹杂物的存在对粉末冶金制件的使用性能有很大影响，图11.6-17所示为在粉末盘中的夹杂示例。

图11.6-17 粉末盘中的夹杂示例

用超声波法检测粉末冶金件时，要建立夹杂物尺寸和相应回波幅度间的关系是很复杂的。因为这涉及很多因素，如夹杂物的性质、形态，相对于入射声束的取向、埋藏深度，和基体构成界面上的声特性阻抗相差程度、与基体杯粘着的程度，以及基体的晶粒尺寸和微孔隙含量等。

夹杂物和基体所构成界面上的声特性阻抗相差程度是基本的，因为这决定着声的反射系数R

式中 ρ₁C₁，ρ₂C₂——基体和夹杂物的密度、声速相乘积（即声特性阻抗）。

由表11.6-3可以看出，对于特定的基体As-troloy，其与Al₂O₃声特性阻抗（ρC）的差是不大的，在不存在脱粘时，这种夹杂物实际上是较难探出的。脱粘可由热机械处理的方法（如锻造、挤压）起作用，也可通过与最终热处理有关的应力来起作用，脱粘的程度取决于变形量及其在零件中所处的位置。应该说，热机械处理对缺陷的可探性有强烈的影响。如果其后的热机械处理和热处理不改变原先的细小晶粒尺寸，就可检出更小些的缺陷。

表11.6-3 对于不同夹杂物计算R所需的物理参数

由表11.6-3还可以看出，用与夹杂物埋深相同、反射幅度相同的当量平底孔直径来评价夹杂物是没有多大意义的。未脱粘的夹杂物与基体的声特性阻抗差远小于空气与基体的声特性阻抗差；夹杂物并不具有平底孔试样孔底的形状而更接近球体，其反射（当尺寸小于500μm、频率为10MHz的情况下）更确切地说应基于散射理论。

夹杂物的超声波检测应遵循以下几点：

1）需作整体检测，故应采用水浸法。(www.xing528.com)

2）因50μm的夹杂物即可对起始裂纹的出现产生影响，故所用频率至少在10MHz以上，常用25MHz。

3）需确定夹杂物的空间位置，故需采用脉冲反射法。

4）高频下耦合剂及试件的声衰减增大，为获得所需的入射声能，声束应聚焦。

5）为了更易发现与入射声束并非完全正交的缺陷，也必须采用聚焦声束。

6）为检出不同取向的内部及表面、近表面缺陷，需考虑采用纵波、横波及瑞利波。

7）必要时，应对所接收信号进行处理，以提高信噪比，如采用裂谱处理技术。

用超声波检测粉末盘件内部夹杂物的常用装置如图11.6-18所示。在Rene′95高温合金粉末涡轮盘中，用超声频率为25MHz、焦柱断面直径（-6dB）约300μm的聚焦超声波束发现内部夹杂物的示例如图11.6-19所示。在晶粒尺寸为10μm的盘件中，50μm陶瓷夹杂物的检出概率约为70%。

图11.6-18 用超声波检测粉末盘件内部夹杂物的常用装置

图11.6-19 在Rene′95高温合金粉末涡轮盘中，用聚焦超声波束发现内部夹杂物的示例图（夹杂物：Al₂O₃，尺寸：44～53μm，超声波频率：25MHz，焦柱断面直径：约300μm）