目前,国内针对大规格棒材的超声在线检测研究较多,而小直径棒材的研究内容,主要是探头及其参数选择和手动检测工艺。由于小直径棒材,其圆周曲面的曲率较大,声束发散严重,会产生波形转换,形成表面变形波,加上信号噪声高,信噪比低,对缺陷进行定位、定量、定性较为困难,因此对小直径棒材在线无损检测系统的研究是很有必要的,具有一定的市场价值。

无损检测领域中五大检测技术都有其优点和局限性,单一的检测方式已不能满足案例和设备的全面检测需要。复合式无损检测技术就是将两种或两种以上的无损检测技术以相互佐证、相互补充等各种方式结合起来,从而提高检测的全面性、可靠性和准确性。针对直径为Φ1mm-Φ30mm钛合金棒材,系统中采用了超声与涡流复合式无损检测技术进行检测。超声波有助于发现棒材内部缺陷,而涡流对表面缺陷较为敏感,这两种方式的结合满足了棒材检测的全面性。

超声波检测棒材的超声检测工艺参考《GJB 1580A-2004变形金属超声检验方法》等标准,并结合被测工件的具体情况进行制定。对于Φ16mm以上的棒材可采用“骑马式”探头对其进行检测,而对于更小直径的钛合金棒材适合采用水浸聚焦探头。系统设计时为避免频繁更换探头,选用了四个水浸聚焦探头,选用的晶片尺寸为6mm,频率5MHz,包括一个点聚焦探头,三个线聚焦探头,焦距范围是10-20mm不等,同时采用纵波及横波进行探伤。纵波用于检测标样中的平底孔,调节点聚焦探头声束焦点至棒材底面和中心位置的1/2处。横波由声束经过棒材表面的折射产生,调节好偏心距、角度以及声束焦点,能对棒材表面和近表面缺陷有着很好的检出率。为了避免漏检,将两个探头分布在偏心位置以及角度位置,分别检测棒材内径向缺陷和轴向缺陷。设计时,对偏心距进行了分析计算得到的调节范围是0.69mm-4.14mm。超声检测仪器采用某品牌4通道探伤仪器。其重复频率可达20000Hz,单通道5000Hz,可满足200mm/s的线速度检测。检测软件以A型扫描为主,4个通道同时进行检测,每个通道设置相应的闸门,便可实现报警输出。

涡流检测直径小于5mm的棒材其缺陷存在的深度处于超声检测的“盲区”。由于集肤效应的存在,涡流检测能发现工件的表面或者近表面的缺陷。因此系统中采用了涡流检测作为超声检测有效的补充手段来检测棒材表面和直径小于5mm的棒材。检测工艺参考《GJB 2098-1997涡流检验方法》等标准,涡流检测仪器采用某品牌Vector 22型仪器。涡流检测时,由于涡流密度随检测线圈离被检表面距离的增加而减小,为了检出不同深度的缺陷,需要调整检测频率。分析计算出在频率3KHz-400KHz下的渗透深度为6.82mm-0.6mm。为了提高检测效率,采用了两组内插式检测线圈,固定在传动装置上,保证了工件在检测线圈之间能均匀、平稳地运动,并传送速度可以进行调节。