碳素钢中缺陷的定性分析实验探究

时间：2023-06-20 理论教育 版权反馈

【摘要】：图2-49 MnS夹杂物缺陷的频谱分析图为了从缺陷回波信号中提取有效的特征参数来区分缺陷的类型，对45钢材料内部缺陷进行实验研究，试样尺寸为28mm×25mm×15mm。图2-55所示为对应于三种检测方式下裂纹缺陷信号的频谱分析图。

碳素钢中缺陷的定性分析实验探究

图2-49 MnS夹杂物缺陷的频谱分析图

为了从缺陷回波信号中提取有效的特征参数来区分缺陷的类型，对45钢材料内部缺陷进行实验研究，试样尺寸为28mm×25mm×15mm。在试样1内部采用电火花方法加工一个直径为2mm的人工孔（见图2-50），试样2表面用线切割方法加工出12mm长的人工裂纹（见图2-51）。超声探头采用直径为10mm、频率为5MHz的纵波直探头，进行反射式探测，采样频率为100MHz。在试样表面上沿着图2-50中所示的扫查方向移动探头，移动速度不应超过150mm/s，对试样内部缺陷进行扫查；设置采样系统的增益参数，使数字示波器上显示的第一次接收的底波信号幅值为满屏的80%；观察数字示波器上显示的信号。当出现缺陷回波信号时，利用采样系统中的时间闸门采集缺陷回波信号，并将采集到的信号传输到示波器及信号分析系统中。更换探头，采用小角度纵波探头（纵波入射角度β=6°），按照上述步骤再次将采集到的缺陷回波信号传输到示波器及信号分析系统中。再次更换探头，采用纵波入射角度β=8°的小角度纵波探头继续将采集到的缺陷回波信号传输到示波器及信号分析系统中。

图2-50 圆孔缺陷检测示意图

图2-51 裂纹缺陷检测示意图

图2-52 圆孔缺陷的A扫描信号

a）纵波入射角β=0°时的A扫描信号 b）纵波入射角β=6°时的A扫描信号 c）纵波入射角β=8°时的A扫描信号

图2-53 圆孔缺陷的频谱分析图

a）纵波入射角β=0°时的频谱分析图 b）纵波入射角β=6°时的频谱分析图 c）纵波入射角β=8°时的频谱分析图

图2-52a、b、c所示分别为纵波入射角为0°、6°、8°时采集到的圆孔缺陷的A扫描信号。图2-53所示为对应于三种检测方式下圆孔缺陷信号的频谱分析图。通过对比可以看出，纵波入射角度改变时，圆孔缺陷的时域A扫描信号及其频谱分析图形状基本不变。图2-54a、b、c所示分别为纵波入射角为0°、6°、8°时采集到的裂纹缺陷的A扫描信号。图2-55所示为对应于三种检测方式下裂纹缺陷信号的频谱分析图。通过对比可以看出，纵波入射角度改变时，裂纹缺陷的A扫描信号形状基本不变，只是幅值大小略有差别，但频谱分析图形状变化非常明显。

图2-54 裂纹缺陷的A扫描信号图

a）纵波入射角β=0°时的A扫描信号 b）纵波入射角β=6°时的A扫描信号 c）纵波入射角β=8°时的A扫描信号

图2-55 裂纹缺陷的频谱分析图

a）纵波入射角β=0°时的频谱分析图 b）纵波入射角β=6°时的频谱分析图 c）纵波入射角β=8°时的频谱分析图(www.daowen.com)

为了进一步分析夹杂物缺陷的频谱分析图是否随着超声检测方向的改变而变化，从含有大型夹杂物的06Cr19Ni10不锈钢连铸坯上切取试样进行研究，将试样表面抛光清洗之后，利用德国蔡司公司的EVO50XVP型扫描电子显微镜对夹杂物形貌进行观察。图2-56所示为06Cr19Ni10不锈钢试样夹杂物的形貌图，可以看到该夹杂物为球团状大型夹杂物，直径约为260μm，并且夹杂物表面有微裂纹存在，表明该夹杂物的脆性很大，已经出现了一定程度的破碎。利用美国EDAX公司的Apollo 40型能谱仪对夹杂物成分进行定性和半定量分析。夹杂物的定性和半定量分析结果（质量分数）为O：0.63%，Na：5.08%，Mg：1.33%，Al：8.85%，Si：28.2%，P：3.08%，Ca：31.42%，Ti：1%，Mn：13.09%，Fe：1.31%。由此可见，06Cr19Ni10不锈钢试样中大型夹杂物以CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO为主。

采用直径为10mm、频率为5MHz的纵波直探头进行反射式探测，采样频率为100MHz。采用与前述相同的方法采集缺陷回波信号。图2-57所示为检测示意图，图2-58a、b、c所示分别为纵波入射角0°、6°、8°时采集到夹杂物缺陷的A扫描信号。图2-59所示为对应于三种检测方式下夹杂物缺陷信号的频谱分析图。通过对比可以看出，检测方向改变时，夹杂物缺陷的时域A扫描信号及其频谱分析图形状有幅度很小的变化，另外，相对于孔洞类和裂纹类缺陷，夹杂物缺陷的显著特点就是表面要粗糙很多，因此其频谱分析图轮廓边缘的锯齿形状非常密集。