[發(fā)明專利]在金屬材料內(nèi)部制備尺寸及位置可控的夾雜缺陷的方法

在審

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• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113109439A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 關(guān)雪飛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京領(lǐng)示科技有限公司
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/30
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11474
• 代理人: 王冬杰

本發(fā)明涉及一種在金屬材料內(nèi)部制備尺寸及位置可控的夾雜缺陷的方法，其包括如下步驟：將毛坯料切分成兩塊或多塊毛坯料單元；選取一個毛坯料截面，加工夾雜物安裝的夾雜孔洞；在加工的孔洞中加入夾雜物，能夠模擬不同類型的夾雜缺陷；在固定夾雜物后通過摩擦焊接將截面接合，實(shí)現(xiàn)帶有人工缺陷的試件的制備。通過該方法，能夠準(zhǔn)確模擬在金屬冶煉過程中自然形成的夾雜類缺陷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料缺陷檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在金屬材料內(nèi)部制備尺寸及位置可控的夾雜缺陷的方法。

背景技術(shù)

材料制造過程中導(dǎo)致的材料內(nèi)部缺陷，如孔隙、夾雜、裂紋等，已經(jīng)成為制約復(fù)雜裝備可靠性和健康服役的瓶頸。對材料內(nèi)部缺陷的定量通常有兩種方式，一類是有損物理定量，但構(gòu)件被破壞無法繼續(xù)使用，且過程繁瑣耗時(shí)。另一類是無損檢測定量，主要有射線檢測和超聲檢測。射線法需要安全防護(hù)，不易外場靈活部署，且穿透能力有限，檢測大型構(gòu)件困難。超聲檢測是目前最靈活、最廣泛應(yīng)用的檢測內(nèi)部缺陷的方法。

超聲檢測通常利用缺陷反射產(chǎn)生的回波信號對缺陷定量。定量方法有掃描邊界法和等效反射體尺寸法。掃描邊界法通過確定缺陷邊界進(jìn)行幾何定量，無法檢測材料中小于聲束直徑的缺陷。等效反射體尺寸法也稱為距離-增益-尺寸法(Distance-Gain-Sizing,DGS)，通過缺陷的回波波幅與位于相同深度、已標(biāo)定大小的平底孔回波波幅之間的等效關(guān)系定量。

超聲定量和材料內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)、制造工藝、過程控制均直接相關(guān)。對缺陷超聲定量的不確定性量化研究，需要包含缺陷的物理尺寸(a)和定量尺寸的數(shù)據(jù)。并建立二者之間的關(guān)聯(lián)模型關(guān)系。這樣，當(dāng)對目標(biāo)材料檢測時(shí)，就可以從設(shè)備信號的定量尺寸推斷出材料內(nèi)部缺陷的物理尺寸(a)。構(gòu)建這一關(guān)聯(lián)關(guān)系，需要大量的獨(dú)立缺陷的物理尺寸(a)和定量尺寸數(shù)據(jù)集，才能建立有效可信的關(guān)聯(lián)模型。

通過積累偶然發(fā)現(xiàn)的自然缺陷，通常需要10-20年的積累才能完成統(tǒng)計(jì)上充分的缺陷數(shù)量。

現(xiàn)有模擬內(nèi)部缺陷的制備方法，包括兩類：

一是標(biāo)塊類缺陷制備，如圖10a所示的平底孔試塊和圖10b所示的橫通孔試塊。在圖10a中平底孔102設(shè)置在試塊的底部超聲波探頭101設(shè)置在試塊的上表面這類標(biāo)塊主要用于各類校準(zhǔn)需求，對孔的加工和認(rèn)定也有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。通過在截面鉆孔，利用孔的底面或側(cè)面形成聲波反射體，來模擬一定深度位置的“缺陷”。

平底孔102用于模擬標(biāo)準(zhǔn)反射體缺陷，因此對平底孔底面的平面度、光滑度、平行度有嚴(yán)苛的要求。利用平底孔底面來反射超聲波，主要用于超聲定量的校準(zhǔn)。

橫通孔103用于模擬標(biāo)準(zhǔn)線性反射體，對孔的垂直度、光滑度等都有相關(guān)要求。利用橫通孔側(cè)壁來反射超聲波，用于不同角度超聲波的增益校準(zhǔn)和距離-波幅曲線校準(zhǔn)。依照ASTM E2491或各國相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)來制備。

除上述標(biāo)塊制備方法外，專利申請名稱為【一種用于超聲波無損檢測能力驗(yàn)證的樣品的制備方法】，利用傳統(tǒng)焊接的方式，將給定材料加工成板材，將夾雜放入V型槽，再用焊料填充V型槽將兩個板面接合，也能模擬內(nèi)部缺陷。但該方法形成的焊接區(qū)材料和基體材料本身不同，引入的缺陷位于焊接區(qū)內(nèi)，且尺寸和聲程均受到焊接V槽大小的限制，屬于僅能用于模擬焊接部位的專用技術(shù)。無法模擬冶煉過程中的自然夾雜缺陷，例如(1)自然夾雜缺陷位于單一基體材料中，該方法制造的人工缺陷是位于和基體材料相異的焊接材料中、(2)焊接區(qū)的材料性能和主體材料不同，將影響超聲波聲波特征、如聲速、衰減，最終影響缺陷的回波幅值，因此，難以代表單一材料中含有的夾雜缺陷的回波特性、(3)這種方案在尺寸上也受到限制，只能在30mmx30mm的區(qū)域內(nèi)制備缺陷，難以模擬真實(shí)構(gòu)件、如更大深度范圍處的缺陷。

專利申請名稱為【一種焊縫相控陣超聲波探傷工藝驗(yàn)證試塊的制作方法】，在原始試塊上進(jìn)行切割，得到母試塊和若干與母試塊分離的子試塊，然后在若干子試塊的不同部位上設(shè)置人工缺陷，人工缺陷均由子試塊的表面向其內(nèi)部延伸，最后將若干子試塊重新裝配到母試塊上，得到驗(yàn)證試塊。該方法只能制備表面裂紋型缺陷，缺陷位于材料表面而非材料體內(nèi)部。