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鋁合金鍛件的渦流檢測

2008-5-9 11:19:08
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作者：夏紀真
關鍵詞：渦流導電率測定,鋁合金鍛件質量,
文獻摘要： 本文簡單敘述對鋁合金鍛件進行渦流導電率測定以綜合反映鋁合金鍛件質量的設想，并介紹了實驗結果。

眾所周知，渦流檢測是一種無損檢測技術，它以電磁感應為基礎，利用試驗線圈產生的交變磁場使導電材料產生渦電流，形成渦流磁場，再與線圈磁場相互作用而影響線圈的阻抗。不同材料或不同狀態下產生的影響是不同的，因此可以通過電子儀表測出在這些影響下的阻抗變化，從而檢測這些材料的物理性能、結構和冶金情況等的差異。

渦流檢測對材料的電導率、磁導率是敏感的，而它們又與材料的合金成分、硬度及機械性能、熱處理狀態、冶金結構、晶粒大小、內應力等有關。本實驗方案的目的就是試圖對熱處理后的鋁合金鍛件進行渦流導電率的測定，以對鋁合金鍛件的牌號、硬度和熱處理質量等作間接的綜合評價。

現時的鋁合金鍛件是經鍛壓成形、熱處理（淬火時效）、酸洗后，經過硬度檢查和分光（便攜式看譜鏡）檢查，對于重要零件還需抽樣做金相、機械性能檢查。這些檢查工序不僅費時費力，效率較低，而且不可避免地對成品零件有破壞（如打硬度的壓坑、分光檢查的電火花燒灼痕跡，而金相、機械性能試驗則更是對試樣完全破壞）。如果能夠采用渦流檢測技術，不但對零件毫無損壞，而且檢測效率非常高（據現場測試，以渦流導電率檢測代替硬度、分光檢查，可提高工效10倍以上）。國內外已經有不少采用渦流導電率檢測來檢查材料硬度、機械性能、材料分選、過燒鑒別等的報道，有些已列入了正常的生產工序檢驗（例如美國道格拉斯飛機公司在鋁合金鍛件的原材料檢驗、鍛件熱處理質量檢驗中已采用了渦流導電率檢查）。

我們的實驗方法如下：

使用廈門產7501型渦流導電儀，按儀器說明書調整校對儀器，在鋁合金鍛件上選擇面積大于探頭面積兩倍左右的平面上探測（避免邊緣效應）。

測試結果見附表（均是在已經過硬度、分光檢查和金相、機械性能抽樣檢查，認為檢驗合格的成品件上進行測試）。經過對8種牌號、151項11992件鋁鍛件（其中還包括1項鎂合金鍛件），得出了有一定規律的數據，同時也得到以下幾點看法：

（1）鍛件上的檢測面應平整（

6左右）、清潔，以利于探頭平穩放置，防止接觸不穩（提離效應影響）及砂土等損壞探頭。

（2）可以看出，實測電導率值的范圍波動越小，反映材質越均勻。

（3）對同一牌號的材料，盡管爐批號不同，但基本上在中心值正負1的范圍內波動。

（4）渦流導電率測定的干擾因素很多，歸結起來可包括以下三個方面：

①檢測時探頭放置的位置要正確平穩、統一；

②由于是在車間現場測試，環境溫度的影響很大，因此儀器拿到現場后應開機穩定一段時間（一般為15分鐘到半小時）后再開始測試，并保證標樣、鍛件與儀器的溫度一致。

附表的測試結果中有一些數據波動較大，或者與預定控制范圍出入較大就主要是這個原因，例如冬天測試時，靠近暖氣片的鍛件與遠離暖氣片的鍛件，剛剛酸洗并經熱水沖洗過的鍛件與已經冷卻下來的鍛件，它們的電導率測試數據會有明顯的差異，以及儀器一開機就工作時的測量值容易偏高或偏低，過一段時間后測量值才逐步穩定下來。

③儀器的校準應經常進行，在正常情況下最好每半小時校準一次，或者在有異常數值出現、探頭摔碰以后、儀器搬動以后等，均應用儀器隨帶的標樣對儀器進行校準，否則由于原先校準的平衡值漂移而造成測量誤差。

（5）根據實際測試的結果，可以看出LD5的電導率范圍與其他牌號區別最大，可直接通過電導率測定來間接判斷其硬度、牌號是否正常，而LD7、LC4、LY11、LY16等牌號的鋁合金電導率范圍相互覆蓋區較大，從鑒別牌號的角度來看尚需作進一步的工作，但從評定硬度及熱處理質量均勻性來說是可行的。

對于未經熱處理的，其電導率顯著偏高（例如LD5在未熱處理時的電導率高達25以上，LC4也是如此），從而也可以利用電導率來鑒別其是否經過熱處理。

除了LD5以外，其他牌號的鋁合金鍛件積累數據尚不夠多，還需進一步積累總結。

以上僅是我們初步試驗的結果，還有待進一步的完善和改進，不足之處懇請批評指正。

實驗結果見附表。

（1984.2）

附表：鋁合金鍛件渦流電導率測試結果

表1 牌號：LD5 熱處理：淬火+人工時效硬度要求：HB≥100
零件序號	件數	實測電導率范圍	占預定控制范圍(22~24) 數量%	備注	零件序號	件數	實測電導率范圍	占預定控制范圍(22~24) 數量%	備注
1	114	22.6~24.0	100	HRB74~80	48	91	22.8~23.8	100
2	92	22.4~23.9	100	HRB69~80	49	146	23.0~24.0	100
3	40	22.4~23.7	100	HRB74~80	50	113	22.2~23.5	100
4	89	22.0~23.0	100		51	43	22.3~23.4	100
5	90	22.3~23.9	100		52	50	22.3~23.2	100
6	49	22.6~23.3	100		53	36	23.2~23.5	100
7	101	22.8~23.7	100		54	146	22.5~23.5	100
8	97	22.0~23.0	100		55	61	---	100
9	84	22.0~22.8	100	其中22.3對應HRB78	56	181	21.6~23.4	98
10	61	22.2~23.0	100		57	101	21.5~22.7	94	HRB71~78
11	139	22.5~23.6	100		58	127	21.4~23.0	94
12	43	22.2~23.9	100		59	39	23.8~24.3	90
13	90	22.4~24.0	100		60	199	22.6~24.1	98
14	84	23.0~23.6	100		61	147	22.5~24.3	99
15	20	22.7~23.9	100		62	104	22.5~24.3	99
16	90	23.0~23.9	100		63	21	23.3~24.1	95
17	21	23.0~23.6	100		64	35	23.5~24.2	94
18	21	22.9~23.8	100		65	72	---	97	超上差2件，最大24.3
19	5	22.9~23.2	100		66	59	---	98	超上差1件(24.1)
20	14	22.6~23.1	100		67	66	---	91	超上差6件，最大24.5
21	20	22.4~23.0	100		68	63	---	81	超上差12件，最大24.4
22	25	22.5~23.5	100		69	62	---	81	超上差12件，最大24.4
23	26	22.3~23.1	100		70	165	23.5~24.5	86	超上差23件，最大24.5
24	61	22.4~23.5	100		71	9	23.4~24.1	89	超上差1件(24.1)
25	12	23.3~23.7	100		72	61	23.5~24.2	84
26	11	22.5~23.2	100		73	45	23.3~24.3	80
27	64	22.4~24.0	100		74	100	21.2~23.0	82	HRB64~80
28	53	22.8~23.8	100		75	54	21.2~22.5	74
29	49	22.6~23.5	100		76	79	23.0~24.5	77	超上差18件，最大24.5
30	79	22.5~23.6	100		77	37	---	70	超上差11件，最大24.7
31	20	22.5~23.2	100		78	45	---	62	超上差17件，最大24.7
32	46	22.6~23.0	100		79	89	---	64	超上差32件，最大24.8
33	21	23.0~23.5	100		80	118	---	68	超上差38件，最大24.9
34	22	23.1~23.6	100		81	25	23.7~24.5	60	超上差10件，最大24.5
35	66	22.5~23.8	100		82	84	23.5~24.4	64
36	62	23.1~23.5	100	注1	83	49	23.7~24.3	67
37	69	22.0~22.9	100		84	99	21.1~23.0	55	HRB70~77,其中21.7對應HRB74
38	65	22.2~23.8	100		85	58	21.7~22.9	33
39	119	22.4~23.6	100		86	37	21.3~21.9	0
40	2	22.0	100		87	101	21.5~22.2	46
41	97	22.8~23.7	100		88	85	23.3~24.9	7
42	12	23.0~23.6	100		89	10	23.8~24.4	20	超上差8件，最大24.4
43	1	24.0	100		90	63	19.8~22.5	13	超上差55件，最小19.8
44	1	24.0	100		91	120	---	22	超上差94件，最大25.5
45	2	24.0	100		92	111	---	55	超上差50件，最大24.8
46	21	23.0~24.0	100		93	35	---	49	超上差18件，最大24.4
47	158	22.1~23.5	100

以上共計93項6169件，在22~24范圍的占87.5%

注1：其中一件電導率18.5，經光譜分析發現其材料為LD7，即為混料，其硬度HB108(HRB60)。

表2 牌號：LC4 熱處理：淬火+人工時效硬度要求：HB≥140
零件序號	件數	實測電導率范圍	占預定控制范圍(16~18) 數量%	備注	零件序號	件數	實測電導率范圍	占預定控制范圍(16~18) 數量%	備注
1	70	16.2~17.6	100	HRB83~94	13	50	16.6~17.4	100
2	62	16.0~17.9	100	HRB92~96	14	100	15.4~16.5	41	超下差59件,最小15.4
3	52	16.1~17.6	100		15	62	17.1~18.6	74	超上差16件,最大18.6
4	55	16.6~17.2	100		16	43	17.0~18.0	100
5	10	17.1~18.0	100		17	23	17.6~18.0	100
6	52	16.9~17.6	100		18	86	18.0~18.9	6	超上差81件,最大18.9
7	50	17.0~17.6	100		19	85	15.0~15.5	0
8	246	16.8~18.0	100		20	13	17.9~18.4	31
9	38	15.8~17.2	97	超下差1件(15.8)	21	50	18.0~18.6	14
10	85	16.8~18.2	93	超上差6件,最大18.2	22	103	17.3~18.3	94
11	42	17.8~19.2	19	超上差34件,最大18.6	23	112	17.0~18.2	96
12	19	18.2~18.6	0		24	65	17.3~18.7	75

以上共計24項1573件，在16~18范圍的占72.5%。

表3 牌號：LD7 熱處理：淬火+人工時效硬度要求：HB117~148
零件序號	件數	實測電導率范圍	占預定控制范圍(18~20) 數量%	備注	零件序號	件數	實測電導率范圍	占預定控制范圍(18~20) 數量%	備注
1	12	17.7~19.0	75	HRB71~79	9	10	18.8~19.8	100
2	49	18.5~19.9	100		10	11	18.4~21.0	91	超上差1件（21.0）
3	79	18.0~20.5	77		11	12	19.0~20.0	100
4	99	18.7~20.6	63		12	136	17.8~20.0	99	超下差2件,最小17.8
5	44	18.7~20.0	100		13	60	19.2~22.5	85	超上差9件,最大22
6	86	18.0~20.7	77		14	149	---	81	超上差28件,最大21
7	45	17.8~20.0	89	超下差5件,最小17.8	15	34	---	44	超上差19件,最大21
8	10	20.0~21.6	10	超上差9件,最大21.6	16	47	---	87	超上差6件,最大21

以上共計16項883件，在18~20范圍的占79.9%。

表4 牌號：LF21 不經熱處理無硬度要求
零件序號	件數	實測電導率范圍	備注	零件序號	件數	實測電導率范圍	備注
1	52	23.5~25.3		5	194	25.3~27.5
2	106	23.6~25.7		6	304	25.0~27.4
3	21	25.0~26.0		7	126	23.2~28.6
4	199	25.0~27.0

以上共計7項1005件，在25~27范圍的占80%。

表5 牌號：LY11 熱處理：淬火+自然時效硬度要求：HB≥95
零件序號	件數	實測電導率范圍	占預定控制范圍(18~20) 數量%	備注	零件序號	件數	實測電導率范圍	占預定控制范圍(18~20) 數量%	備注
1	99	18.5~18.9	100		4	925	17.8~18.7	100
2	257	18.3~19.8	37		5	81	18.6~19.2	78	超上差18件,最大19.2
3	99	18.0~18.6	100		6	243	---	85	超上差37件,最大19.4

以上共計6項1704件，在17~19范圍的占83.3%。

表6 牌號：LY16 熱處理：淬火+人工時效硬度要求：HB≥100
零件序號	件數	實測電導率范圍	備注	零件序號	件數	實測電導率范圍	備注
1	435	16.0~17.6	HRB75~80	3	45	17.4
2	114	16.0~16.8

以上共計3項594件，在16~18范圍的占100%。

表7 牌號：LF2 不經熱處理無硬度要求

共計1項45件，實測電導率范圍19.9~20.3

表8 牌號：MB15(變形鎂合金) 熱處理：人工時效硬度要求：HB≥60

共計1項19件，實測電導率范圍18.0~18.6，陽極化表面

以上共計8種牌號151項11992件。

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