ICS 49.025.01 V 10
HB 8697-2023
超声检测用铝合金平底孔标准试块
制作与评价
Standard practice for fabrication and control of aluminum alloy standard
flat-bottom hole reference blocks for ultrasonic inspection
2023-12-29 发布 2024-07-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本文件按 GB/T 1.1-2020《标准化工作导则第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件由中国航空综合技术研究所归口。
本文件起草单位：中国航发北京航空材料研究院。
本文件主要起草人：韩波、梁菁、史亦韦、刘骁。
超声检测用铝合金平底孔标准试块制作与评价
1 范围
本文件规定了超声检测用铝合金平底孔标准试块的规格和类型、材料要求、制作程序和要求、试块的检测与评价。
本文件适用于超声检测用铝合金平底孔标准试块的制作与评价。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 12604.1 无损检测术语超声检测
HB 20159 变形金属超声检测
3 术语和定义
GB/T 12604.1 界定的术语和定义适用于本文件。
4 概述
4.1 用超声检测方法评价铝合金棒材以保证无明显的缺陷，然后制成规定高度的圆柱体。在圆柱体的底面中心加工规定直径和深度的平底孔，组成一套距离幅度试块或面积幅度试块。
4.2 在规定的检测频率下，采用已校验合格的超声检测系统，测量各套试块中每一平底孔反射幅度，把同一套试块的测试结果，绘制成距离幅度曲线或面积幅度曲线。
4.3 该种试块用于校验超声检测设备的性能。采用纵波脉冲反射技术对铝合金制品进行超声检测时，也可作为对比试块使用。
5 试块规格和类型
5.1 试块规格
标准试块的形状和尺寸见图 1。
5.2 试块类型
5.2.1 距离幅度试块组
距离幅度试块组规格尺寸见表 1。试块直径 D 为(50±0.5)mm，高度不大于 165mm。每套距离幅度试块至少应包括 12 块试块。
单位：mm
供堵孔用由加工造成的毛刺均应去除，上下面的外边应磨圆。
超声波入射面粗糙度 Ra 值应不大于 0.8μm;其他面粗糙度 Ra 值应不大于 1.6μm。
平底孔的中心线与以圆柱体中心线为基准的同轴度公差不大于0.1mm，平底孔孔底的表面粗糙度Ra值应不大于3.2μm。
编号规则为：材料牌号(7A09)―平底孔直径(Φ)―埋深(B)，如材料牌号为 7A09、平底孔直径为 1.2mm、埋深为50mm 的试块编号表示为 7A09-Φ1.2-50。试块序列号的字号尺寸和间隔与试块编号相同。
图 1 铝合金平底孔标准试块的形状和尺寸
表 1 距离幅度组标准试块尺寸
单位：mm
5.2.2 面积幅度试块组
面积幅度试块组规格尺寸见表 2。
表 2 面积幅度试块组标准试块的尺寸
单位：mm
6 材料要求
6.1 材料状态
用于制作标准试块的材料应为 7A09-T6 铝合金轧制或挤压棒材。为使超声传播特性均匀一致，制作标准试块前，棒材应重新经过热处理。推荐的热处理制度为：(465±5)℃条件下，保温(60±5)min后，在室温下垂直浸于水中淬火，室温下空气时效(96±1)h，再在(120±5)℃的空气中时效(24±1)h。为使淬火时产生的变形最小，热处理的棒材长度推荐为 500mm。
6.2 材料规格
试块直径为 50mm，试块坯料直径在(51～57)mm 范围内。
6.3 内部质量
采用 5MHz 纵波直声束沿棒材直径方向入射，进行内部质量检测，接触法或水浸法均可。检测灵敏度为 Φ0.8mm 当量平底孔。将平底孔反射幅度调整到满刻度的 80%，在该灵敏度下，杂波不超过 10%，无异常显示信号的材料为内部质量合格材料。
6.4 透声特性的一致性
从端面中心部位测量每一厚度的试块材料，将一次底面反射信号幅度提高到显示屏满刻度的 80%记录所需的增益，将结果绘制分贝值与材料厚度的最佳拟合线。不应有任何数据点与此拟合线相差大于±1dB。
7 制作程序和要求
7.1 试块外形尺寸加工
按图 1 要求进行试块外形加工。
7.2 平底孔的制作
按图 1 要求进行平底孔制作。孔底的加工应采用平头钻或平头刀具使孔底平直。平头钻或平头刀具端刃平面度应优于 0.03mm，并应垂直于纵轴。
7.3 平底孔的清洗和干燥
钻孔和扩孔完成后，应采用合适的清洗液清洗孔底，并使其干燥。清洗液推荐采用丙酮或 90% 的工业酒精。
7.4 平底孔的硅橡胶覆型检验
参照 HB 20159 中规定的方法，对平底孔的尺寸和形状特征进行硅橡胶覆型检验。
7.5 清除毛刺
清除机加工过程产生的毛刺。试块入射面和底面外侧棱角倒圆。
7.6 封塞前超声反射信号幅度的测量
试块封塞前应按第 8 章规定的方法进行超声反射信号幅度测量。检测前应保证试块孔底和入射面的清洁。用适当的清洗液对孔底作进一步清洗，并使其干燥。应采用临时性的密封措施(如粘贴防水胶带)保护孔。
7.7 永久性封塞
对机械尺寸和超声反射信号幅度均合格的标准试块，应作永久性封塞。封塞方法为： 采用过盈配合方式，用同种合金(7A09)的铝塞，塞入扩孔中。封塞前应在扩孔和封塞配合面涂上永久性不透水的橡胶基粘合剂。封塞面不得高出试块表面。
7.8 表面阳极化处理
经过永久性封塞的试块应进行阳极化处理，以增加抗腐蚀能力。
7.9 试块标识
每一标准试块均应进行永久性标识。标识内容应包括：材料牌号、平底孔尺寸和埋藏深度(见表 1和表 2)及本套试块出厂序列号。在标识过程中，应保护试块，尤其是入射面应避免擦伤或产生划痕。若有必要，试块上还可印刻附加印记，以指明制造厂商及说明试块是按本标准制作的，附加印记位置至少与试块标识号在圆周上相距 90˚ ,且字号的尺寸和间隔不应大于试块标识号的字尺寸和间隔。
8 试块的检测与评价
8.1 检测系统
应采用附录 A 规定的检测系统进行试块检测。
8.2 超声反射信号幅度的检测和评价
8.2.1 检测方法
在水中将探头对准试块，调节水程为 N(近场长度)±3mm。调节探头垂直于试块入射面。横移探头，使孔底反射信号幅度最大。用这种方法检测面积幅度或距离幅度组的每一试块，并绘制各试块组的曲线。
8.2.2 距离幅度试块组的检测和评价
8.2.2.1 按 8.2.1 规定的方法调节水程，并使声束与试块表面垂直。
8.2.2.2 调节仪器增益，使一与待检试块平底孔孔径相同、埋深 70mm 合格试块中的平底孔反射波最大幅度达到仪器显示屏满刻度的 17%(或将埋深 3in.的合格试块中平底孔反射波最大幅度调至仪器显示屏满刻度的 15%)，以此来确定图 2 所示的距离幅度曲线的 A 线检测灵敏度。
8.2.2.3 保持该灵敏度，测定各试块平底孔反射波最大幅度值。当埋藏深度增大到所测平底孔反射波最大幅度降至满刻度的 20% 或以下时，应将上述埋深 70mm 的试块中平底孔反射波最大幅度调整到仪器显示屏满刻度的 46%(或将埋深 3in.的合格试块中平底孔反射波最大幅度调至仪器显示屏满刻度的42%)，作为 B 线检测灵敏度。保持该灵敏度，测定其余被检试块平底孔反射最大幅度值。
8.2.2.4 根据检测数据进行反射幅度与平底孔埋藏深度关系曲线拟合，计算各试块实测平底孔反射最大幅度与拟合线上同埋藏深度点相差的幅度值。各试块偏差均应在±1dB 范围内。
8.2.2.5 在规定的 5MHz 检测频率下，通常难以分辨埋藏深度 10mm 之内的平底孔反射信号，埋藏深度小于 10mm 的试块可不按 8.2.2.2 规定的方法检测。
8.2.3 面积幅度试块组的检测和评价
按 8.2.1 规定的方法，调节水程，并使声束与试块表面垂直。调节仪器增益，使来自 Φ 3.2mm 平底孔的最大反射幅度小于或等于线性上限，以此作为检测灵敏度，测量各试块平底孔最大反射幅度，并绘制反射幅度与平底孔面积的拟合直线，见图 3。各试块偏差均应在±1dB 范围内。
图 2 距离-幅度曲线
注：平底孔相对面积为平底孔实际面积的 8 倍。
图 3 面积-幅度曲线
9 检测报告
按本标准加工制作的试块经原材料检验和平底孔覆型合格后，应提供超声检测报告，报告中应包括材料牌号和状态、试块序列号、实测的平底孔距离幅度曲线或面积幅度曲线以及顾客要求的其他信息。
附录 A
(规范性)
超声反射信号幅度的检测系统要求
A.1 检测系统
A.1.1 概述
检测系统由检测设备、水槽、角度调整装置和桥架、耦合剂以及探头组成。
A.1.2 检测设备
可提供 5MHz 检测频率，并便于采用水浸法检测的脉冲回波型超声仪器都可用于检测标准试块。仪器应按 HB 20159 规定的方法校验，并满足其规定的要求。若仪器内部未提供电源稳压器， 则应使用适当的电源稳压器以保证电压稳定。
A.1.3 水槽
应便于准确放置试块，并满足探头调节要求。
A.1.4 角度调整装置和桥架
探头角度调整装置应能在两个相互正交的垂直平面内提供角度调整，最小步进量不大于 0.1˚。桥架应有足够强度，可支撑探头角度调整装置，并能使探头在 X、Y、Z 方向平滑、准确地移动，移动范围满足测试要求，其中X、Y 方向最小步进量应不大于 0.1mm。
A.1.5 耦合剂
使用清洁的水作为耦合剂。水中应无气泡及其他妨碍超声检测的外来物，可使用防腐剂或润湿剂。
A.1.6 探头
采用 5MHz 频率的水浸平探头，其晶片直径应能使探头近场长度在 76mm～90mm 范围内，并满足 A.2 的相关要求。
A.2 探头特性的检测
A.2.1 概述
应对探头的特性进行检验。探头的特性包括：中心频率、距离幅度曲线和声束特性。
A.2.2 探头检测设备
用于探头超声特性检测的设备应符合 HB 20159 的相关要求。反射体应采用轴承级的钢球， 且应无表面腐蚀伤痕。
A.2.3 中心频率
探头应按 HB 20159 的相关要求进行频谱检测，实测中心频率应为 5MHz，偏差不超过±0.5MHz。
A.2.4 探头距离幅度特性的测定
进行探头距离幅度特性测定时，采用直径 13mm 的钢球作为反射体，水程选择为略大于理论近场
( Y0+ 点)，水程在(76～90)mm 范围内调节，使来自钢球的反射信号达到最大。然后调节仪器增益，使该反射信号幅度达到仪器线性上限，从 6mm 到 Y0+ 点，以不大于 3mm 的增量来改变水程;从 Y0+ 点直至150mm，以不大于 10mm 的增量改变水程。增加水程时，应保持钢球中心位置位于声束中心轴线上。绘制钢球的反射信号幅度与水程的关系图。合格探头的反射信号幅度与水程的关系曲线如图 A.1 所示。测得的探头 Y0+ 点应在(76～90)mm 范围内。
A.2.5 探头声束特性的测定
按以下方法测定探头声束特性：
a) 采用直径 13mm 的钢球作为反射体，水程为图 A.1 中标出的 Y0+ 值，测试声束特性。当探头通过钢球直径部位时，测量反射信号幅度，从而获得声束图形。应沿相隔 45˚ 的四个方向测量。一个合格探头的声束截面应无明显的副瓣，且只有一个峰值，最小声束直径与最大声束直径(-6dB 点)之比不应小于 0.75，如图 A.2 所示;
b) 水程为 Y0- 值时，测定声束截面图。当探头通过钢球直径部位时，测量反射信号幅度。应在仪器显示屏上可观察到如图 A.3 所示的两个明显的副瓣，两个副瓣峰值的差值不应大于较大峰值的 15%。沿相隔 45˚ 的四个方向测量。一个合格探头在 4 个方向的测量结果，均应满足上述要求。
图 A.1 检测用探头的距离幅度曲线
图 A.2 检测用探头Y处的声束特性
图 A.3 检验用探头Y处的声束特性
