探讨无损检测新技术在钛合金SPF/DB结构检测中的应用

【摘 要】文中笔者对钛合金SPF/DB的结构进行了基本的试验检测，采用的技术为错位散斑技术。通过将常规检测中利用超声C扫描、常规X射线扫描钛合金SPF/DB结构得到的结果同利用错位散斑技术进行检测的结果做出对比，客观地表现出后者在进行钛合金SPF/DB结构检验中存在哪些不足同时又有哪些优势。

【关键词】SPD/DB；钛合金；错位散斑；无损检测

1、SPF/DB结构分析及缺陷讨论

1.1钛合金SPF/DB结构分析

由于钛合金超塑成形/扩散连接形成的（SPF/DB）结构的优点主要是强度高、韧性好、耐热、耐低温，同时能够方便地制作成出外形复杂的强化构件或一体化零件，能够在减小飞行器质量、控制生产成本方面表现出极大的优越性，所以得到航空航天部门的高度重视[1]。自上世纪70年代至今，世界各国都搭理开展对SPF/DB的相关试验研究，并将制作工艺迅速投入大批量工厂生产，取得了高额的经济效益[2]。受限于工艺上的缺陷，只是依赖控制制作规程很难保证SPF/DB构件在实际生产过程中不产生产品瑕疵。构件工艺参数不能得到保证，或者是构件表面被破坏等，都可能引起一系列扩散缺陷出现。所以，国内外的技术人员对构件扩散连接界面质量实施的无损检测表现出越来越多的关注。

从当前来看，SPF/DB主要有以下4种形式的典型结构，具体如图1所示。

如图1a所示的单层加强板的结构是在超塑构件的局部扩散连接部位装配加强板，以提高构件的强度和刚度；如图1b所示的双层结构则将SPF板材同外层板之间需要连接的地方进行良性连接加固，而不要求连接的部分就用隔离剂来涂抹；在上图1c、1d所示多层结构的SPF/DB构件主要由三、四层板组成。在构件成型前，一定要实现板与板之间合适区域隔离剂的涂抹，保证涂抹的隔离剂均匀使用在构件夹层中，三层板或者四层板夹层结构主要是在制造2侧型面都有高要求结构时才会使用，例如飞机导弹翼面、进气管唇口以及发动机叶片等[3]。

1.2SPF/DB结构缺陷讨论

扩散焊接主要是将金属放于保护气体或在真空环境下，保持规定温度和压力下一段时间，使得接触面之间的原子实现对面板。在SPF/DB结构中，按缺陷的间隙分类则可能产生的典型缺陷有两类：一类是板层连接界面的宏观间隙出现层状缺陷；第二类是板件连接区的微观紧贴出现粘接缺陷[4]。以上两类缺陷的产生有如下原因：1）板层连接表面不清洁或被不明物污染；2）加工中各项参数未能严格控制，例如温度、压强、时间等[5]。

2、错位散斑干涉的实现原理及加载方法

错位散斑干涉的实现原理是将待检验物体内部或表面存在的缺陷用激光全息照相。该方法利用外界加载来表现出物体表面以及内部的缺陷，构件表面以及局部的变形能够在激光全息照相得到的图像来观察和分析，之后断定出物体内部存在的缺陷。错位散斑技术能够依靠图像反映出的应变较为汇聚处特征条纹来识别缺陷，至于缺陷的大小和位置需要依据更为细致的特征条纹的尺寸和位置来确定。虽然错位散斑测量会得到构件表面形变，但考虑到构件内部缺陷也会引起表面变形，因此构件表面以及内部的缺陷都应该被检测到。实施检测的过程中，一旦发现构件有质量问题，就可以通过外力作用来改变，接近表面或者内部发生的缺陷会反映到检测结果中，表面形变提示出现异常，所以在利用干涉条纹检测中中构件缺陷会有所反映，从而被准确检测出来。检测中常用加载方法主要为热加载和真空加载两种。热加载会用到电吹风、电热灯或卤素灯等热源。热加载方法的优点是设备简单，便于操作，加载范围容易控制，主要不足就是该加载方法不适用于某些下陷深度较大的构件。

真空加载一般有两种实现途径：一种是将待检测物放在真空箱中。这种操作方法得到的效果最理想，但是要考虑待测物的体积以及是否可拆卸；此外还可以使用真空罩检测方法。具体操作是将真空罩吸附在待测物上。可能会有吸附不均匀问题的出现，导致针孔加载测量效果不准确，得到的数据不如使用真空箱方法。两种真空加载方法都需要配合真空泵产生真空源的装置。

3、在钛合金SPF/DB结构中的检测试验

检测试验中使用的检测设备是LTI-5100HD激光散斑检测仪，选择送检测的构件为四层结构的钛合金SPF/DB，构件芯层结构以及蒙皮使用的材料均为TA15。试验前，要对该构件进行X射线检测，观察内部结构。检测时，要实现构件检验台固定，之后调整光路，使经过扩散的激光能够均匀洒落在待检测部分，转动镜头光圈，调整计算机显示器上的影像，将显示灰度、亮度调节适中，实现清晰图像。设备调整好后，用加热工具持续对构件加热，待自然冷却。利用软件实时保存并分析在被检测试件冷却过程中得到的图像。

如图2、图3所示，通过图像中不均匀条纹了解到该区域存在缺陷。

实际中普遍采用超声技术进行无损检测，不仅能出构件表面的缺陷，也能够检测出内部缺陷。超声C扫描在工作中逐区域检查构件，需要加入偶合剂于换能器和构件间，这将减慢超声检测速度。错位散斑方法无需接触，也不用耦合剂，在对构件施加压力后，就能够将缺陷检测出来，同时其优点还有反应速度快、灵敏度高、适应范围广、直观感强等。

4、结语

作为一种新型无损检测技术，错位散斑技术是基于激光技术、视频处理以及数字图像分析等现代高科技成果。用错位散斑检测方法实现对钛合金SPF/DB构件缺陷的无损检测，能够较为直观地发现构件存在的缺陷。研究过程中还发现，只有深入分析该方法在钛合金SPF/DB构件缺陷检测中的特点，增强数据分析和处理能力，才能将缺陷条纹更清楚地显现。在保持检测速度的条件下，逐步提高检测灵敏度，实现钛合金SPF/DB多层结构检测的工程化应用。

参考文献

[1]邱惠中.扩散焊接及其在航空航天领域的应用[J].宇航材料工艺，1997（4）：27-32.

[2]文九巴.超塑性应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]王向民，乔宦文.钛合金SPF/DB技术在航空工业中的应用[J].钛合金进展，1998（1）：8-11.

[4]刘松平.钛合金扩散焊接中紧贴型缺陷的超声波检测[J].无损检测，2004，26（2）：62-65.

[5]刘松平，郭恩明，宋秀荣.钛合金SPF/DB薄板构件高频超声检测[J].航空制造技术，1993（1）：33-34.