張亞林

(洛陽(yáng)欣隆工程檢測(cè)有限公司 ， 河南 洛陽(yáng) 471012)

0 引言

鎂合金具有密度低、耐蝕性和減震阻尼性好、熱成型性優(yōu)異、易回收等一系列優(yōu)點(diǎn)，但是由于鎂合金化學(xué)性質(zhì)比較活潑，導(dǎo)致鎂合金的夾雜物含量高，這不僅限制鎂合金材料潛力的發(fā)揮，而且大大降低了鎂合金的成型性及抗腐蝕能力[1-2]。因此，鎂合金中氧化物和熔劑夾雜，坯料的微觀組織以及宏觀凝固缺陷是鎂合金坯料的主要質(zhì)量控制點(diǎn)[3]。含稀土鑄造鎂合金是目前在航空航天等尖端領(lǐng)域內(nèi)獲得應(yīng)用的典型的高強(qiáng)耐熱稀土鎂合金[4]。目前該合金主要采用鑄件方式使用，合金中主要相是Mg41Nd5、Mg12Nd、Mg24Y5等相，在鑄態(tài)下，這些合金相鑄態(tài)主要分布在晶界和枝晶網(wǎng)胞間。在鑄態(tài)下經(jīng)過T6熱處理，大量化合物已固溶到基體中，并且在隨后人工時(shí)效過程中的基體中析出，在晶內(nèi)形成密集析出相，加入稀土元素后會(huì)優(yōu)化鎂合金的耐腐蝕性以及力學(xué)性能，有時(shí)會(huì)形成針狀β相，這種第二相會(huì)導(dǎo)致組織中形成以 O、Mg、Y、Al 元素為主的針狀片狀分布的富釔氧化夾雜，導(dǎo)致鑄件強(qiáng)度和壽命降低。

有關(guān)鎂合金中缺陷超聲檢測(cè)裂紋、氣孔等缺陷檢測(cè)，有學(xué)者進(jìn)行研究，針對(duì)超聲檢測(cè)回波信號(hào)中不止有一個(gè)缺陷回波的情況，以及缺陷回波信號(hào)與下表面尾隨回波發(fā)生重疊的情況，提出采用樣條插值法求得超聲回波信號(hào)包絡(luò)線，并取第一個(gè)缺陷回波信號(hào)包絡(luò)線極大值點(diǎn)為特征進(jìn)行缺陷定位，成功地避免了后面有較大幅值缺陷回波對(duì)第一個(gè)缺陷回波準(zhǔn)確特征提取的影響，同時(shí)也很好地解決了超聲檢測(cè)盲區(qū)中特征提取的問題[5-7]。針對(duì)超聲檢測(cè)回波信號(hào)中包含異?；夭ㄐ盘?hào)的情況，采用自適應(yīng)噪聲抵消的特征提取技術(shù)，有效地排除了異?；夭ㄐ盘?hào)對(duì)缺陷回波信號(hào)特征準(zhǔn)確提取的干擾?？梢詸z測(cè)出3 mm長(zhǎng)的裂紋，且裂紋取向與超聲檢測(cè)平面不平行。陳振華等[8]提出了一種基于相關(guān)增強(qiáng)與小波閾值相結(jié)合的超聲信號(hào)去噪方法，用于AZ91鎂合金的超聲檢測(cè)能夠有效去除由粗晶散射引起的結(jié)構(gòu)噪聲，提高檢測(cè)精度，由于富釔的氧化夾雜與基體融合良好，導(dǎo)致常規(guī)超聲檢測(cè)難以檢出，在國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)檢索中，沒有富釔的氧化夾雜檢出報(bào)道。

1 試樣及超聲檢測(cè)

從某鑄件上切取試樣，切取的試樣如圖1所示。試樣為22 mm×22 mm的條狀，用10 MHz晶片尺寸Φ6 mm、焦距為30 mm水浸聚焦探頭，掃查系統(tǒng)采用自制的超聲C掃描系統(tǒng)，系統(tǒng)由奧林巴斯5077脈沖發(fā)射器、Pico Scope信號(hào)采集卡、掃描架組成。掃描1 200 mm/min，步距0.2 mm。信號(hào)增益要保證高靈敏度又不能噪聲過大影響成像效果，通過調(diào)節(jié)不同的增益情況比較分析，當(dāng)試樣超聲波信號(hào)一次底波達(dá)到80%(18 dB)以后，在增加14 dB時(shí)成像效果相對(duì)最好，相當(dāng)于試塊20 mm處檢測(cè)靈敏度當(dāng)量為Φ1.2+18 dB，根據(jù)HB/Z59-1997得到檢測(cè)級(jí)別為AAA級(jí)，原始檢測(cè)波形見圖2a，沒有發(fā)現(xiàn)缺陷信號(hào)，截取表面波至一次底波的距離，采用基于高斯基波的連續(xù)小波變換后得到圖2b的波形，通過此信號(hào)處理以后噪聲信號(hào)降低，奇異突變信號(hào)比較明顯。

圖2 檢測(cè)波形變換前后得到的圖形

對(duì)圖2b所標(biāo)的信號(hào)突變點(diǎn)(埋深2 mm)，用金相砂紙磨到此位置，金相組織如圖3所示，用掃描電鏡觀察并做能譜分析，分析結(jié)果見表 1，表明此缺陷為含氧量高的針狀β相。

圖3 WE43A鎂合金鑄件中形成針狀β相(T6 狀態(tài))

表1 WE43A 鎂合金鑄件能譜分析

2 試樣的超聲特征成像檢測(cè)

將圖1b中的FL4用Φ1.2+18 dB檢測(cè)靈敏度C掃描成像，截取2 mm位置層析成像結(jié)果見圖3，幅度直接成像結(jié)果表明信噪比較低，難以發(fā)現(xiàn)缺陷。

將圖1b 中的FL4、FL6、FL5、用Φ1.2+18 dB檢測(cè)靈敏度C掃描成像，截取關(guān)心的區(qū)域，用小波分析去噪聲后重建的特征成像圖見圖4。FL4層析分析層埋深2 mm，F(xiàn)L6層析分析層埋深2.5 mm，F(xiàn)L5層析分析層埋深3 mm。將小波分析后重建圖像作圖像處理，結(jié)果見圖5。將試樣小心磨削到對(duì)應(yīng)厚度，拋光腐蝕后用金相顯微鏡觀察，典型缺陷和層析圖像的對(duì)應(yīng)關(guān)系見圖5，分析結(jié)果見表2。FL4試樣的單個(gè)缺陷邊界相對(duì)缺陷中心下降3.4 dB，F(xiàn)L6試樣的單個(gè)缺陷邊界相對(duì)缺陷中心下降3.3dB，F(xiàn)L5試樣的單個(gè)缺陷邊界相對(duì)缺陷中心下降3.5 dB。

圖4 WE43A鎂合金鑄件試塊Φ1.2+18 dB檢測(cè)靈敏度C埋深2 mm特征成像

表2 超聲檢測(cè)個(gè)數(shù)與實(shí)際夾雜缺陷分布個(gè)數(shù)比較

圖5 鑄造鎂合金試塊普通層析成像和小波層析成像對(duì)比

圖6 鑄造鎂合金試塊小波層析成像和缺陷對(duì)應(yīng)關(guān)系

3 討論及結(jié)論

本文研究的含稀土鎂合金鑄件夾雜缺陷屬于與基體融合性較好的缺陷種類，且平均晶粒尺寸約為50 μm，缺陷信號(hào)幅度低且粗晶粒的晶界散射導(dǎo)致噪聲高，需要采用水浸聚焦和高靈敏度(Φ1.2+18 dB)條件檢測(cè)，用基于高斯基的小波變換信號(hào)處理得到C掃描層析特征成像，采用降低3 dB法可以有效確定檢測(cè)夾雜缺陷的邊界，經(jīng)過金相實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可以得到超聲檢測(cè)缺陷數(shù)目和金相檢測(cè)缺陷數(shù)目誤差個(gè)數(shù)<5個(gè)，能夠檢出的最小缺陷尺寸100 μm左右。