铸造铝合金针孔缺陷的超声无损评价

摘要

铸造铝合金性能优异，广泛应用于汽车、航空航天、建筑、电力等多个领域。但铸造铝合金在熔炼过程中容易产生缺陷，针孔是铸造铝合金中最为常见的缺陷之一，是由于合金在熔炼过程中的气体没能完全逸出而形成。针孔的存在，会导致材料的强度、塑性下降，气密性、耐腐蚀性和阳极氧化性能也有所降低，故易引起构件的破坏。因此，在铸造铝合金的验收标准中，都明确提出对铸件的针孔级别进行限制。 根据GB/T8733-2000及JB/T7946.3-1999等标准，我国现行的铸造铝合金针孔检验方法为：随机抽取并制做样品，与标准中提供的图片做目视比较，进行评级。此过程复杂，效率低下，并且由于标准中并未对针孔的大小、数量和形状等一些参量做具体说明，在目测对比时易受人为主观因素的影响。 本课题讨论使用超声无损检测与评价技术，研究针孔缺陷对超声参量的影响规律，并对实验现象的原因加以讨论分析。 实验发现： (1)超声波的纵波声速与横波声速均随着针孔等级的提高而下降。 (2)超声波的衰减系数随着针孔等级的提高而增大。 (3)利用傅里叶变换得到超声反射回波信号的功率谱，发现针孔等级越高的试样，其能量损失也越严重。 对以上的实验现象及规律，分析其原因如下： (1)超声声速的变化与针孔造成铸造铝合金的密度、弹性模量等性能参数下降有关，也与针孔使超声波在材料中的能量衰减增多有关。 (2)造成超声波能量衰减的原因主要包括散射和吸收两方面。散射主要属于瑞利散射范围，是超声波衰减的主要原因；吸收包括热传导吸收和粘滞吸收。散射和吸收均与针孔缺陷密切相关，针孔等级的提高是造成超声波衰减系数增大的主要原因。 本论文经过研究发现，超声参量与铸造铝合金中的针孔缺陷有着较好的相关性，因此，利用超声无损方法检测与评价铸造铝合金中的针孔缺陷是可行的，并且与现行的标准相比，具有快速客观准确等优点。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 无损检测

1.1.1无损检测的定义

1.1.2无损检测的方法

1.1.3无损检测的发展

1.2超声检测

1.2.1超声检测概述

1.2.2超声检测在金属材料中的应用

1.3铸造铝合金和针孔

1.3.1铸造铝合金

1.3.2针孔

1.3.3 铸造铝合金针孔缺陷的现行检测方法

1.4本课题的引入

1.4.1 国内外研究概况及发展趋势

1.4.2研究工作路线及主要内容

2实验原理

2.1超声波理论基础

2.1.1超声波的基本概念

2.1.2超声波的波型

2.1.3超声波的传播速度

2.1.4 声阻抗率与介质的特性阻抗

2.1.5超声波垂直入射到平界面上的反射和透射

2.1.6超声波的传播衰减

2.2超声检测技术

2.2.1超声检测技术分类

2.2.2声速的测量

2.2.3衰减系数的测量

2.2.4特性阻抗的测量

2.3弹性模量的测量原理

2.3.1密度的测量

2.3.2 弹性模量简介

2.3.3 弹性模量的测量

2.4超声波频谱分析技术

2.4.1傅里叶变换

2.4.2频谱分析的应用

3 实验过程

3.1 实验装置

3.1.1超声检测装置

3.1.2其它装置

3.2常规方法评定针孔等级

3.2.1 根据国家标准评定针孔等级

3.2.2根据国际标准修正针孔等级

3.2.3利用计算机图像处理软件修正针孔等级

3.2.4选择不同针孔等级的实验试样

3.3试样的声速测量

3.3.1 直接接触法测量试样的纵波与横波声速

3.3.2水浸法测量试样的纵波声速

3.4试样的衰减系数测量

3.5试样的功率谱测试

4实验结果与误差分析

4.1实验结果分析

4.1.1材料性能参数的变化

4.1.2针孔对超声波的散射

4.1.3针孔对超声波的吸收

4.1.4超声波在试样的界面行为

4.1.5超声波能量损耗对声速的影响

4.2实验中的误差分析

4.2.1试样造成的误差

4.2.2超声信号采集时的误差

4.2.3其它误差

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢