TA1/Q345R爆炸复合板结合界面超声波成像试验

刘燕平，赵 惠，张 磊，王礼营

(1.西安天力金属复合材料有限公司， 西安 710201;2.陕西省层状金属复合材料工程研究中心， 西安 710201;3.国地联合工程研究中心， 西安 710201)

爆炸复合板因兼具基体金属组元各自的优点，可获得单一金属所不具有的物理和化学性能，节约大量的有色金属、稀有金属。目前已被广泛应用于石油化工、火电核电、航空航天等领域。

层状金属复合板的爆炸复合过程瞬间完成，其整体性能主要依赖于复合板波形界面的结合强度，而材料缺陷、板面板型、间隙、排气等因素都可能使其出现局部冲刷条、熔化等弱结合现象，导致复合板在后续机加工过程中开裂。目前常规的非破坏性检测[1-6]方法确定这些弱结合区域的存在非常困难，因此，检测复合板界面的弱结合区对于爆炸复合工艺的改进及产品性能的提高尤为迫切。

文章以钛钢爆炸复合板为研究对象，利用超声波技术检测复合板的界面形貌，其检测结果有助于对复合板的结合强度做出初步判断，也为爆炸复合工艺的改善提供了依据。

1 试验材料和试验设备

试验材料选用规格为2.5/85×150×100 mm的TA1/Q345R爆炸复合板试块，实物见图1。

采用的多通道超声波自动检测设备主机型号为Omniscan ix，探头选用GE的15M点聚焦式水浸超声探头(如图2所示)。采用不同的扫描参数对钛钢复合板进行超声C扫描(以下简称C扫)，试验方案如表1所示。

表1 三组扫描试验参数

2 超声扫描试验结果与分析

图3为不同试验参数下的钛/钢复合板界面C扫图像，图4为复合板基复层分离后，复层侧界面的真实形貌。可以看出：对爆炸焊接钛/钢复合板试块进行超声波无损检测，可以实现界面成像，界面具有的波形及熔化等不同状态的形貌均清晰的呈现，且与撕开后复层一侧的实际形貌具有极高的吻合度；对比三组参数试验结果可以看出：采用试验1中参数进行扫描，所得C扫图像较试验2、试验3更为清晰，这主要受扫描参数步长大小的影响，扫描速度的影响不大。这点在后续试验中也可以看出(如图5、图6所示)。

作者又分别选取复层厚度为3 mm、4 mm的钛/钢复合板(SB265 Gr.1/SA516 Gr.70)进行C扫成像，其中，复层3 mm钛/钢复合板试板设置的步长为0.2 mm，速度为6 m/min，复层4 mm钛/钢复合板试板设置的步长为0.2 mm，速度12 m/min，试验结果如图5、图6所示。

从扫描结果可以看出：复层厚度为3 mm和4 mm的钛/钢复合板，均成功实现了界面的C扫成像，且在扫描速度增大至两倍时，对扫描效果几乎没有任何影响。与复层2.5 mm的钛/钢复合板的试验1结果相比，可以得出：在试验所采用的复合板范围内，复层越厚，扫描效果越好，越清晰。这是因为复层越厚，复合板A扫波中水/钛的界面波和钛/钢界面波更易区分。

3 结论

1) 采用超声波C扫描技术可以实现钛/钢爆炸复合板的界面成像；同一规格的钛/钢复合板，步进越小，成像效果越佳。

2) 在试验所采用的复合板范围内，复层越厚，扫描效果越好，越清晰；扫描速度的变化对扫描效果的影响不大。