3-50 3mm厚的铅锑锡合金圆环的检测

王增勇 徐彦霖 李建文

某装置用材料铅锑锡合金为采用砂型铸造，其常见缺陷包括：气孔、冷隔、渣孔等，精加工后其内部质量要求不得有大于Ø0.4mm的渣孔类缺陷。由于材料对射线和超声均具有强衰减性，工业上一般使用中子源或g 射线源对其进行检测，其设备费用、射线防护所需的基建费用和使用维护费用相当昂贵。而最新研究表明，即使采用超声检测方法，对厚约15mm的铅锑锡平板试样也只能检出一定深度范围内的Ø1.0mm平底孔缺陷。

本项目根据不同检测方法的优缺点，分别采用射线检测和超声检测方法，对半精加工后直径约为Ø266mm、厚度约为3mm的铅锑锡合金圆环试样（在该试样内壁中部有3处表面可见的Ø1mm圆孔、1.5mm条孔和2mm弯曲条形孔自然缺陷，编号1，2和3，间距分别约为125mm和130mm）实施了检测。射线检测时，在验证了X射线机穿透能力的基础上，采用散射线屏蔽技术，并优选检测参数和图像处理方法，实现了铅锑锡合金铸件的高灵敏度检测，典型检测缺陷见图1。检测结果表明：对3mm厚的铅锑锡合金铸件，可明显分辨出Ø0.3mm以上的缺陷。另外，根据材料的声学特性参数和工件外形尺寸，超声检测时需首先考虑声能的衰减损失，其检测频率一般不宜超过5MHz。但检测频率越低，越不利于小缺陷的检出。对3mm厚的铅环来说，声能损失有限，可选用高于5MHz的检测频率来提高超声波对小缺陷的检出能力，检测中分别采用超声水浸聚焦检测和直接接触两种方法，通过优选检测频率，研究不同换能器对小缺陷的检出能力，优化检测参数，实现了铅锑锡合金圆环中较大缺陷的检测。

　　根据试验结果可知，对厚度约为3mm的铅锑锡合金试样，在超声检测时，其内部自然缺陷与人工平底孔缺陷相比，由于形状的不规则，对同等大小的缺陷，其声束反射较平底孔的反射弱，再加上材质的衰减和散射损失，使铅锑锡合金内部的小自然缺陷，尤其是约Ø0.4mm的缺陷检出较为困难。另外，由于检测原理的限制，超声检测法对缺陷的定性是极为困难的。与之相对的是，射线检测是对透照方向上检测深度范围内射线能量损失的均匀反映，对渣孔类体积形缺陷，其检测灵敏度较高，对缺陷的定性也非常准确，完全可分辨出铅锑锡合金内部约Ø0.3mm的小自然缺陷。虽然用射线检测也暴露出一些问题，但通过进一步研究，这些问题可以解决。因此，对铅锑锡合金的内部质量检测应综合考虑2种方法的优缺点，对厚度在3.5mm以内的铅锑锡合金试件，射线检测较超声检测方法具有更强的可操作性和优越性；对于厚度大于3.5mm的试件，则由于X射线机透照能力的限制，只能采用超声检测方法。