机械齿轮电子束环焊缝超声波C扫描成像检测技术

机械齿轮电子束环焊缝超声波C扫描成像检测技术

电子束焊接
Electron Beam Welding（简称EBW焊接）
电子束焊接是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。

图1  高真空电子束焊接设备

电子束焊接技术的特点：
功率密度极高但是焊接的热量输入却反而可以很小，这就使得零件的的变形也极小，焊接以后几乎没有残余应力，焊缝的深宽比也较大，与传统的焊接技术相比神奇的是焊接的接头部分无氧化。

电子束焊接技术的应用领域：
在航空领域，应用于军用战斗机的制造中。例如：发动机压气机转子、燃烧室等核心机部件焊接，飞机起落架、钛合金承力框、钛合金壁板、机身承力梁等的焊接以及机载精密零部件的焊接。
应用于大飞机发动机的制造中，例如：钛合金低压风扇转子、钛合金高压压气机转子、高温合金高压压气机转子、高温合金燃烧室组件以及燃烧室外套等核心机零部件均可以采用电子束焊接技术。
采用电子束焊接技术制造飞机零部件，突出的特点是减重、精度高、强度好、构件的整体化制造水平高等。
在民用工业领域， 燃汽轮机的大型转子结构，直径近3米，重约20吨，采用电子束焊接可大大提高焊缝性能，节约加工经费，缩短加工周期，并可提高整机性能。还有应用到重载设备的传动齿轮的制造中，下面将给出齿轮电子束焊缝的超声波无损检测手段。

电子束焊接零部件的检测方法：
国内、外一直在开展电子束焊缝的各种检测技术研究工作。目前，灵敏度最高的无损检测手段是超声波检测技术，如果零件几何形状比较规则，最适合的检测设备是超声波C扫描成像检测系统。下面将具体给出一个齿轮电子束环焊缝的超声波C扫描成像检测案例，供国内同行参考。

图2  4轴超声波扫描成像系统的旋转轴

下面给出案例中齿轮电子束焊缝的位置和焊缝尺寸：
1） 下图是齿轮样品部件的俯视图，其中2个红色圆圈限定的区域就是本次要检测的电子束焊缝的位置，采用超声波C扫描成像系统的第4轴即旋转轴作为主扫描轴，步进轴采用0.2mm步长。

图3 齿轮样品的俯视图

2） 下图是齿轮样品部件的侧视图，其中红色方框限定的区域就是本次要检测的电子束焊缝的位置。

图4 齿轮样品的侧视图

3） 下图是齿轮样品部件的电子束焊缝的实物解剖，同时给出焊缝的位置尺寸。

图5 齿轮样品的电子束焊缝实物解剖

采用4轴超声波C扫描成像系统的检测结果：

图6  超声波扫描成像结果

检测结果说明：
由于是同种材料通过电子束焊接到一起，闭合缺陷反射率非常低，很难检出，所以需要采用较高增益。
对于气孔和未焊合缺陷反射率高，可以很灵敏地检出。
内部的根部气隙可以作为焊缝根部边界参考。
本次检测，可以非常灵敏地检出电子束焊缝中的3个气孔和2个根部未焊透缺陷。


对于齿轮电子束焊接质量的无损检测手段中，超声波C扫描成像检测是最直观、最灵敏的方法，希望这个方法可以给我国装备制造业提供一个最好、最合适的质量控制手段，也可以给无损检测同行提供有益帮助。