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5083铝合金以Mg元素为主要合金元素，属于热处理不可强化铝合金，合金密度小，属于中等强度铝合金，疲劳性能和焊接性能好，耐海洋、大气腐蚀性好。5083铝合金主要用于船舶、汽车和飞机板的焊接结构件，还可应用于压力容器、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹零件和装甲等领域，主要的产品类型包括管材、棒材、型材、锻件、板材。5083铝合金作为高Mg铝合金，容易产生铸造冶金缺陷和变形加工缺陷。在对5083铝合金厚板产品进行探伤时发现密集点缺陷，其严重影响产品成品率，需确定探伤缺陷性质，为工艺改进提供参考。同时考察超声波信号与缺陷的对应关系，为后续通过超声波信号特征判断缺陷类型奠定基础。 选取1块自动水浸探伤时发现整个板面分布有密集探伤缺陷的130 mm 厚5083-H112 铝合金板材，对板材10个不同区域进行了手动探伤，区域分布如图1所示，并对探伤缺陷区域的探伤波形、化学成分、低倍组织、断口组织、显微组织等进行了分析。![]()
图2为板材不同区域探伤波形图，从探伤扫描波形上可见，缺陷均出现在板材厚度方向的中心区域，缺陷波为簇状，随着探头左右轻微移动，波高呈此起彼伏状，最大当量为1.2+6dB，板材中心缺陷当量最小为1.2-8dB。从反射波呈现的情况可确定，缺陷为密集型缺陷。![]()
各区域合金元素成分如表1所示。由表可知，化学成分均符合GB/T 3190要求，且差异不明显。![]()
探伤缺陷处试样低倍组织见图3。由图可知，试样组织均匀，晶粒度为一级，无粗晶，试样厚度中部区域存在较多尺寸不一的不规则孔洞。![]()
在板材低倍试样厚度中部孔洞处打开断口，断口面典型电镜形貌见图4，能谱结果见表2。![]()
由图、表可知，试样断口面较粗糙、干净，未见异物，断口面存在孔洞，孔洞部位表面较光滑，呈未焊合显微疏松形貌特征，孔洞周边存在撕裂现象。 从探伤缺陷区域的板材试样厚度方向不同部位取样磨制纵截面，典型显微组织见图5。由图可知，试样表层组织致密，1/4厚度部位存在少量小尺寸孔洞，孔洞部位晶粒组织存在轻微变形痕迹；试样心部区域组织流线紊乱，存在满面尺寸不一的不规则孔洞，孔洞部位周边晶粒组织接近等轴状，未发生明显轧制变形。结合低倍组织、断口组织观察结果，可知试样探伤缺陷为未焊合的显微疏松在轧制过程中拉裂形成的孔洞。![]()
超声波探伤时，通常缺陷反射波的高度反映了缺陷的当量大小，而不是缺陷实际尺寸，仅仅是缺陷大小的“显示值”或“估计值”，相当于规则的人工缺陷的尺寸，规则人工缺陷有平底孔、横通孔和V槽，铝合金探伤时一般采用一定直径的平底孔作为评判的基础。缺陷反射波高度除受缺陷实际大小影响外，还会受缺陷形状、缺陷性质及缺陷面与检测面的垂直度的影响。当缺陷面与声束垂直时，缺陷的反射波将最大。本文中疏松缺陷最大当量为1.2+6dB，相当于直径为1.7 mm的平底孔，而对应位置发现的疏松最大外形尺寸超过10mm，两者差距较大，其原因就在于疏松最大尺寸面与声束不垂直，且表面粗糙，具体如图6所示。如果孔洞开口长径方向平行于厚度方向，板材探伤时声束就会垂直于板面而平行于厚度方向，因此造成孔洞对声束的反射面为短径，且呈现不规则的尖锥状，造成声束反射面小、散射大而反射到探头的能量大幅降低。在图6中，向下箭头为声束入射方向，向上箭头为反射波方向。图7为缺陷长径面垂直于声束时的反射示意图。如果缺陷长径方向如图7所示，则传播到缺陷的声束反射波将大幅增大，缺陷当量也将更大，反射波通常也是单峰。因此，探伤中判定的缺陷当量大小不能反映缺陷实际尺寸，且无规律。板材中的疏松尺寸、开口拉裂情况及开口与探头晶片表面形成的角度均不相同。缺陷反射波形成多峰，波高此起彼伏，这一形貌特征也可作为在探伤中判定缺陷为疏松的参考依据之一。![]()
疏松是当熔体结晶时，由于枝晶间液体金属补充不足或由于存在未排除的气体（主要为氢气），结晶后在枝晶内形成的微孔。疏松多分布在铸锭中心和尾部等最后凝固部分，可分为收缩疏松和气体疏松。同时熔体凝固时析出的气体也会进入枝晶而影响液体的补充形成气体疏松。疏松形成原因主要包括以下几点：（1） 炉子大修、中修、长期停炉后干燥不彻底。炉体材料中的气体可能进入铝液中，导致铝液在凝固过程中形成疏松。（2） 原辅材料和工具潮湿、有油污。在熔炼过程中，如果产生的气体（主要为氢气） 未能被充分去除，在凝固过程中可能无法完全逸出熔体，从而导致铸锭中产生疏松。（3） 熔体过热或停留时间过长会导致铝合金熔体大量吸气，增加了形成疏松的风险。（4） 覆盖剂覆盖不均匀。如果生产高Mg铝合金时覆盖剂覆盖不均匀，可能会导致气体在铝液中的溶解增加，从而在凝固过程中形成疏松。（5） 除气工艺不当或者设备除气效率偏低，不能最大限度去除熔体中的氢气，从而遗留至铸锭中形成气体疏松。（6） 冷却强度小或铸造速度过快。如果铸造冷却水量偏低或铸造速度过快，可能会导致凝固收缩顺序改变，从而增加形成疏松的风险。（7） 铸造温度过低。过低的铸造温度会降低铝液的流动性和填充能力，同时熔体中的气体逸出困难，从而在凝固过程中形成疏松。（8） 漏斗供流不均匀。如果漏斗供流不均匀，会导致铝液在结晶器中流动不均匀，从而在凝固过程中形成不均匀分布的疏松。 板材热轧工艺参数包括开轧温度、终轧温度、轧制速度、总压下量等，其中总压下量越大，材料组织越均匀，性能越好。可施加的总压下量大小与材料的变形抗力和热塑性有密切关系，铝合金的热塑性以高Mg铝合金为最差，其热轧时容易开裂。 而本文中的5083合金属于高Mg铝合金。当变形量较大时，疏松处形成应力集中，拉应力超过其变形抗力时，则在疏松处形成裂纹，在探伤时显示为密集型缺陷。（1） 本文中5083铝合金厚板探伤缺陷为未焊合的显微疏松在轧制过程中拉裂形成的孔洞。（2） 疏松缺陷的超声反射波呈多峰，波高此起彼伏。这一形貌特征可作为在探伤中判定缺陷为疏松的参考依据之一。免责声明：本文系网络转载，版权归原作者所有。但因转载众多，或无法确认真正原始作者，故仅标明转载来源，如标错来源，涉及作品版权问题，请与我们联系，我们将在第一时间协商版权问题或删除内容！
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