圖 1 渦流檢測出現(xiàn)異常雜波棒材宏觀形貌
分享：銅合金渦流檢測異常雜波產(chǎn)生原因
某復(fù)雜銅合金棒材在渦流檢測過程中出現(xiàn)規(guī)律性異常雜波。該銅合金棒材的生產(chǎn)工藝為鑄造→熱擠壓→冷拔→退火→矯直。針對此問題，筆者采用一系列理化檢驗方法對該批次棒材渦流檢測異常雜波的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)預(yù)防措施，以避免同類問題再次發(fā)生。
1. 理化檢驗
1.1 宏觀觀察
渦流檢測出現(xiàn)異常雜波棒材的宏觀形貌如圖1所示。棒材在長度方向上的異常雜波高度及間距均具有較明顯的規(guī)律性。由圖1可知：長度方向上存在規(guī)律分布的螺旋狀痕跡，結(jié)合棒材生產(chǎn)工藝分析，該螺旋狀痕跡產(chǎn)生于矯直工序。
1.2 化學(xué)成分分析
從渦流檢測出現(xiàn)異常雜波的棒材上取樣，對試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示。由表1可知：其化學(xué)成分符合GB/T 5231—2022《加工銅及銅合金牌號和化學(xué)成分》對HMn58-3-2-0.8銅合金的要求。
Table 1. 渦流檢測出現(xiàn)異常雜波棒材的化學(xué)成分分析結(jié)果
| 項目 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cu | Al | Si | Mn | Fe | Pb | Zn | |
| 標(biāo)準(zhǔn)值 | 57~60 | 1.5~2.0 | 0.6~0.9 | 2.0~4.0 | ≤0.25 | 0.3~0.6 | 余量 |
| 實測值 | 58.31 | 1.66 | 0.69 | 2.49 | 0.13 | 0.41 | 余量 |
1.3 殘余應(yīng)力測試
按照GB/T 31310—2014《金屬材料 殘余應(yīng)力測定 鉆孔應(yīng)變法》，對渦流檢測異常雜波的棒材進(jìn)行殘余應(yīng)力測試。試樣直徑為12 mm、長度為150 mm，在棒材外表面距端部1/3處沿對側(cè)位置（共4個測點）粘貼應(yīng)變片，測試結(jié)果如表2所示。由表2可知：該棒材的殘余應(yīng)力分布波動較大，其中兩個測點存在較大壓應(yīng)力，另外兩個測點的應(yīng)力較小。
Table 2. 渦流檢測出現(xiàn)異常雜波棒材的殘余應(yīng)力測試結(jié)果
| 檢測位置 | 主應(yīng)力 | 次應(yīng)力 |
|---|---|---|
| 部位1 | +9 | -20 |
| 部位2 | -69 | -153 |
| 部位3 | -5 | -16 |
| 部位4 | -70 | -135 |
1.4 金相檢驗
從渦流檢測出現(xiàn)異常雜波的棒材上截取并制備金相試樣，采用三氯化鐵鹽酸水溶液腐蝕后，將試樣置于光學(xué)顯微鏡下觀察，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知：該棒材的顯微組織由均勻分布的β相基體組成，β相晶界及晶內(nèi)分布著針狀和顆粒狀的α相，并可見沿塑性加工變形方向分布的淺藍(lán)色棒狀錳硅相，未見明顯缺陷及組織不均勻現(xiàn)象。
圖 2 渦流檢測出現(xiàn)異常雜波棒材的顯微組織形貌
1.5 硬度測試
按照GB/T 4340.1—2024《金屬材料 維氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》，對渦流檢測出現(xiàn)異常雜波的棒材進(jìn)行硬度測試。在棒材橫截面1/2半徑處，采用9.8 N的試驗載荷進(jìn)行測試，結(jié)果如表3所示。由表3可知：該棒材的硬度分布較為均勻，符合產(chǎn)品技術(shù)要求。
Table 3. 渦流檢測出現(xiàn)異常雜波棒材的硬度測試結(jié)果
| 檢測位置 | 硬度 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 實測值1 | 實測值2 | 實測值3 | 平均值 | 標(biāo)準(zhǔn)值 | |
| 部位1 | 185 | 187 | 184 | 185 | >150 |
| 部位2 | 186 | 186 | 185 | 186 | |
2. 綜合分析
綜合檢測結(jié)果表明，該批次渦流檢測出現(xiàn)異常雜波棒材的化學(xué)成分、硬度和顯微組織均符合技術(shù)要求，但其表面殘余應(yīng)力測試結(jié)果出現(xiàn)顯著波動。根據(jù)渦流檢測原理[1-2]，殘余應(yīng)力通過改變原子間距和晶格畸變影響了材料的電導(dǎo)率[3]，進(jìn)而干擾了渦流信號。棒材表面呈現(xiàn)規(guī)律性螺旋狀矯直痕跡，殘余應(yīng)力檢測結(jié)果呈交替變化特征，這與異常雜波的規(guī)律性高度吻合[4-6]。經(jīng)工藝排查發(fā)現(xiàn)，該異常源于矯直前棒材外徑偏大、矯直機(jī)輥縫設(shè)置不當(dāng)及壓下量過大等工藝參數(shù)偏差，導(dǎo)致棒材表面形成周期性應(yīng)力分布，最終引發(fā)渦流檢測異常。這一發(fā)現(xiàn)為后續(xù)工藝優(yōu)化提供了明確方向。
3. 驗證試驗
3.1 去應(yīng)力驗證試驗
將渦流檢測出現(xiàn)異常雜波的棒材進(jìn)行去應(yīng)力退火，退火后再次對其進(jìn)行渦流檢測，規(guī)律性異常雜波高度顯著降低，但仍然存在（見圖3）。
圖 3 渦流檢測出現(xiàn)異常雜波棒材去應(yīng)力退火前后的渦流檢測信號
3.2 調(diào)整工藝參數(shù)驗證試驗
通過調(diào)整矯直工藝參數(shù)（根據(jù)棒材實際外徑重新設(shè)定矯直輥輥縫）后，再次對渦流檢測出現(xiàn)異常雜波棒材的同批次產(chǎn)品進(jìn)行矯直處理。渦流檢測結(jié)果顯示：棒材表面無規(guī)律性異常雜波，檢測波形如圖4所示，驗證了工藝調(diào)整的有效性。
圖 4 渦流檢測出現(xiàn)異常雜波的同批次棒材調(diào)整工藝參數(shù)后的渦流檢測信號
4. 結(jié)語和建議
（1）渦流檢測出現(xiàn)異常雜波棒材的初始外徑偏大且矯直輥縫設(shè)置過小，導(dǎo)致矯直時壓下量過大，在棒材表面形成明顯的規(guī)律性矯直痕跡，并產(chǎn)生殘余應(yīng)力，從而在渦流檢測時出現(xiàn)規(guī)律性異常雜波信號。
（2）對異常雜波棒材進(jìn)行去應(yīng)力退火處理后再次檢測，發(fā)現(xiàn)異常雜波信號幅值有所降低但仍未完全消除，表明退火處理可緩解矯直產(chǎn)生的部分殘余應(yīng)力，但無法徹底消除其影響。
（3）針對同批次棒材，通過優(yōu)化矯直工藝參數(shù)后重新矯直，經(jīng)渦流檢測確認(rèn)該批次棒材的異常雜波信號完全消失。
（4）建議在生產(chǎn)過程中，根據(jù)每批次產(chǎn)品的實際尺寸情況動態(tài)調(diào)整矯直工藝參數(shù)，嚴(yán)格控制矯直壓下量，以避免因工藝參數(shù)不當(dāng)導(dǎo)致殘余應(yīng)力增大和渦流檢測異常的現(xiàn)象。
文章來源——材料與測試網(wǎng)
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