(山東瑞祥模具有限公司，濟(jì)寧 272400)

在標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.5-2015 《承壓設(shè)備無損檢測 第五部分 滲透檢測》 等國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中均應(yīng)用到了滲透檢測A型試塊(鋁合金淬火裂紋參考試塊)。該試塊的技術(shù)要求、檢驗(yàn)項(xiàng)目及檢驗(yàn)方法等在GB/T 23911-2009 《無損檢測 滲透檢測用試塊》 標(biāo)準(zhǔn)中有明確規(guī)定。

1 A型試塊的技術(shù)要求及制作

1.1 A型試塊的技術(shù)要求

A型試塊材料應(yīng)采用LY12鋁合金或類似鋁合金板材，試塊長度方向應(yīng)與板材軋制方向一致。將試塊一面進(jìn)行機(jī)加工后，其表面粗糙度為1.2 μm～2.5 μm。將試塊進(jìn)行機(jī)加工的一面的中間部位用噴燈或其他適宜方法進(jìn)行局部加熱，達(dá)到一定溫度后進(jìn)行淬火處理，使其產(chǎn)生淬火裂紋。

為方便使用，將試塊分割成兩塊(見圖1)。將分割槽刻為矩形或V形。在兩塊試塊上分別標(biāo)上a和b。在單個(gè)表面上的裂紋總條數(shù)不應(yīng)少于4條。

圖1 A型試塊結(jié)構(gòu)示意

1.2 A型試塊的制作

1.2.1 A型試塊材料

選用LY12鋁合金板材，板材厚度為1215 mm，試塊75 mm長度方向平行于板材軋制方向。鋁合金板材表面粗晶層厚度不得超過1 mm，板材軋制紋理應(yīng)選擇細(xì)紋理。

1.2.2 加熱裝置

對LY12鋁合金板材進(jìn)行淬火處理時(shí)，為產(chǎn)生淬火裂紋，不但要求工件溫度達(dá)到特定值，還要求對板材進(jìn)行非均勻加熱，試塊所處環(huán)境溫度誤差也不可超過±5 ℃。加熱時(shí)，試塊中心溫度高于邊緣溫度，冷卻后試塊中心表面開裂。加熱裝置不但要求能夠?qū)υ噳K進(jìn)行非均勻加熱，還要有一定的保溫作用。

為便于控制試塊加工過程的環(huán)境溫度，還應(yīng)使試塊加熱后能進(jìn)行非均勻冷卻。筆者單位設(shè)計(jì)的加熱裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 試塊加熱裝置結(jié)構(gòu)示意

1.2.3 加熱溫度的控制

利用加熱裝置在中心位置對試塊材料進(jìn)行加熱，使試塊中心表面溫度達(dá)到(510±5) ℃，此時(shí)保溫箱內(nèi)溫度為(490±5) ℃。LY12鋁板淬火裂紋的產(chǎn)生對溫度有嚴(yán)格要求,加熱時(shí)應(yīng)采用爐內(nèi)測溫儀進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度測量，需要檢測試塊表面溫度及保溫箱環(huán)境溫度。測溫儀測溫范圍應(yīng)大于550 ℃。

1.2.4 冷卻處理

圖3 試塊水冷裝置結(jié)構(gòu)示意

當(dāng)試塊表面溫度加熱至(510±5) ℃時(shí)，迅速將試塊受熱面朝上，通過細(xì)孔噴淋裝置將冰水噴灑到試塊表面，試塊水冷裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示。噴淋裝置的水壓達(dá)到2.5 MPa，工作臺設(shè)有前后左右移動(dòng)導(dǎo)軌，使試塊與噴淋頭做平行相對方向運(yùn)動(dòng)，相對運(yùn)動(dòng)速度不小于400 mm·s-1,受熱面先與冰水接觸，使試塊表面非均勻散熱后產(chǎn)生淬火裂紋。

2 A型試塊的質(zhì)量控制

2.1 A型試塊的項(xiàng)目檢驗(yàn)

依據(jù)GB/T 23911-2009標(biāo)準(zhǔn)要求對A型試塊進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)項(xiàng)目為化學(xué)成分、表面粗糙度、表面裂紋寬度、試塊外形尺寸等。

2.2 試塊化學(xué)成分及表面粗糙度的測量

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3190-2020 《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》，采用型號為S1 SORTER的直讀式光譜分析儀對試塊進(jìn)行化學(xué)成分測試，結(jié)果符合LY12鋁合金或類似鋁合金材料，其化學(xué)成分符合GB/T 3090-2020 《不銹鋼小直徑無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。與標(biāo)準(zhǔn)粗糙度對比塊塊進(jìn)行對比，表面粗糙度一般為1.2 μm～2.5 μm。試塊外形尺寸采用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量。

2.3 試塊表面裂紋寬度的測量

采用金相顯微鏡測量試塊表面裂紋寬度，測量時(shí)放大倍數(shù)為100倍。對試塊表面所有裂紋進(jìn)行逐條測量，測量結(jié)果應(yīng)保證試塊表面無規(guī)則分布著寬度小于3 μm，3 μm～5 μm和大于5 μm的開口裂紋，其中應(yīng)至少有兩條裂紋寬度不大于3 μm的開口裂紋。裂紋金相檢驗(yàn)形貌如圖4所示。

圖4 裂紋金相檢驗(yàn)形貌(100×)

3 A型試塊的質(zhì)量對比

筆者單位按照鋁合金相關(guān)淬火工藝，在試塊上加工產(chǎn)生了應(yīng)力(淬火)自然裂紋，裂紋方向平行于板材軋制方向，a和b兩試塊裂紋相似。試塊上缺陷為自然裂紋，因此各試塊的缺陷顯示完全不同，符合滲透檢測標(biāo)準(zhǔn)的要求。

試塊表面裂紋具有不可復(fù)制性，使用時(shí)可參照缺陷顯示進(jìn)行現(xiàn)場對比。

4 A型試塊的使用

ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范(第五卷第六章)

規(guī)定,當(dāng)滲透檢測實(shí)際溫度不為15～50 ℃時(shí)，必須使用A型試塊來完成鑒定。

GB/T 18851.5-2014 《無損檢測 滲透檢測 第5部分：溫度高于50 ℃的滲透檢測》 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：溫度高于50 ℃的滲透檢測使用A型試塊進(jìn)行質(zhì)量評估；A型試塊只能使用一次。A型試塊缺陷顯示如圖5所示。

5 結(jié)語

滲透檢測用A型試塊使用廣泛，對自然缺陷要求嚴(yán)格，裂紋的數(shù)量、寬度及長度難以控制，其生產(chǎn)過程需要嚴(yán)格的工藝技術(shù)支持及完善的質(zhì)量控制體系。

圖5 A型試塊缺陷顯示

文章介紹了A型試塊的制作加工方法及質(zhì)量控制方法。A型試塊在滲透檢測中使用范圍較廣，可用于檢驗(yàn)滲透檢測劑質(zhì)量，比較兩種滲透檢測劑的優(yōu)劣，以及鑒定非標(biāo)準(zhǔn)溫度下的滲透檢測方法。