钛合金超声波检测

目录
1 引言 .............................................. 1 .................................... 1选题的依据及意义1.1 ...................................... 2国内外研究现状1.
2 ........................... 3钛合金超声检测相关标准简介1.
3 .................................... 4课题主要研究内容1.
4 ............................. 5研究策略及论文的结构安排1.
5 2 超声检测原理及钛合金的超声检测 ....................
6 ....................................... 6超声检测原理2.1 .................................... 6钛合金的超声检测2.2 ........................................... 6本章小结2.3 3 不同标准下钛合金的超声检测 ........................
7 .................................. 7检测工艺参数的选择3.1 ................................ 12钛合金超声检测工艺卡3.2 ................................. 15钛合金超声检测结果3.3 ................................. 17钛合金超声检测报告3.4 .......................................... 20本章小结3.5 4 钛合金工件超声检测的探讨 .........................
21 .......................................... 21适用范围4.1 .......................................... 21设备要求4.2 .......................................... 22试块要求4.3 ........................................... 23耦合剂4.4 ...................................... 23受检件的要求4.5 .......................................... 23检验检测4.6 ..................................... 25缺陷验收的规定4.7 .......................................... 27本章小结4.8
5 结论与展望 (28)
参考文献 (30)
致谢 (31)
南昌航空大学学士学位论文无损检测技能训练中钛合金工件超声检测的探讨引言1
选题的依据及意义1.1
钛及钛合金广泛用于航空、航天、军工、化工、石油、冶金等行业并在各行故先本课题主要对钛及钛合金的超声检测进行探讨，业中起着不可替代的作用。

钛合金工件超声检测的必要性以及研究钛对钛合金工件在现代工业中的重要性、合金工件超声检测对无损检测技能训练的重要意义进行研究。

钛合金工件在现代工业中的重要性1.1.1
耐热等耐腐蚀、钛合金具有高强度、钛是现代工业中一种重要的金属材料，优点，所以钛合金在现代社会的工业领域受到了广泛的应用。

主要用于航空飞行器的发钛及钛合金工件的用量最大。

在航空航天领域中，化工、冶金、火箭和导弹等；钛合金还广泛用于石油、动机、起落架、主体结构、电力、核工业等领域。

如发电中使用的蒸汽涡轮发电机、叶片等；石油工业中输油管道和钻井平台等；汽车工业中发动机气门、轴承座、连杆等；核工业中核废料储备罐等；除此之外钛还用于造船业，制造海上平台、潜水装置等。

由此可见，钛及钛合金在现代工业的各个领域都具有不可替代的重要作用，在科技飞速发展的今天，相信钛及其合金的重要作用会更加明显，因此，研究钛及合金的相关性能对现代工业的发展具有重要意义。

1.1.2 钛合金工件超声检测的必要性
合金因其具有各种优点而被广泛用于各个领域，并且在一些特殊的领域中，钛合金的作用是无可替代的。

然而，也是由于它本身的性质，导致钛合金工件的加工十分困难，工作难度也相当大。

钛合金在切削加工时，由于自身硬度的原因，会出现粘刀或切削困难的现象，另外钛合金还具有变形系数小、切削温度高、单位面积上的切削力大、冷硬现象严重和刀具磨损严重等切削特点：另外，由于钛合金的导热系数很低，因此在铣削加工中，会大大缩短刀具的寿命。

正是因为钛合金的切削加工和铣削加工的工艺性能较差，因此保证钛合金坯料的质量，降低切削过程中的报废率尤为重要。

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钛合金零部件使用条件的日益苛刻以及随着钛合金用量的与日俱增，另外，由钛合金零部件钛合金及其零部件的损伤与失效在所难免，其结构的日趋复杂，的失效与断裂导致的灾难性事故已发生多起。

对于钛合金材料中可能存在超声检测是无损检测质量控制的一种重要手段。

、工艺缺陷（如过热、变形不足、裂纹等）和组织缺陷，的冶金缺陷（如夹杂）可以及时淘汰生产厂和航空厂都用超声探伤检测进行质量控制，通过超声检测，不合格的原始坯料，防止不合格坯料进入加工工序，降低生产过程中的工作量。

及时监控钛合金工件的状同时，超声检测还可以对在役的钛合金工件进行检测，态，从而减少因钛合金工件失效断裂导致的灾难性事故的发生。

1.1.3 研究钛合金工件超声检测对无损检测技能训练的重要意义无损检测技能训练是我校针对无损检测专业学生设立的专业操作技能培训技能训练的一个重要目的是在学习无损检测理论知识的基础上训练学生的机制。

实际操作能力，学生不仅要通过学习，顺利完成本科教育工作，而且要努力提高专业素质，增强动手能力，为以后的无损检测工作打下良好的基础。

对产品进无损检测技能训练主要是通过设计制定特定工件的检测方法规范，行检测参数的选择、工艺卡的制定、检测的进行、缺陷等级的评定、检测报告的签发等实际检测工作全过程训练。

同时也是具有鲜明航空我校是国内唯一一所开设无损检测本科教学的高校，所以我校无损检测专业的毕业生大部分都在航空系统的单位工国防特色的大学。

我校一届又一届的无损检测毕业生不断壮大航空工业的无损检测力作，多年来，也正量，为航空飞行器的安全运行提供保证，为国家航空工业的发展保驾护航。

因为如此，努力提高我校无损检测专业毕业生的专业素
质和业务水平尤为重要。

也是无损检测工作者检测测钛及钛合金是航空航天工业中应用广泛的结构材料，所以加大无损检测技能训练中钛合金工件检测的研究对我校和评估最多的材料。

同时熟练钛合金工件检测方法有重要意义，无损检测学生了解钛合金工件特点、也可以为学生毕业后的实际工作打下坚实的基础。

1.2 国内外研究现状无损检测技术水平的优劣却是国家的工业技无损检测
技术已发展了近百年，德国科学无损检测技术所能带来的经济效益十分明显。

术水平高低的具体表现。

“没:无损检测验技术是机械工业的四大支柱之一。

家认为，美国前总统里根曾说2
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有先进的无损检测技术，美国就不可能享有在众多领域的领先地位”。

可见现代工业确实是是建立在无损检测基础上。

世界各国都对超声无损检测给予了高度的重视。

随着无损检测技术的发展，对钛合金的无损检测方法逐渐增多。

例如TOFD （Time Of Flight Diffraction)超声波衍射时差法、相控阵超声成像检测法等，都可以准确对钛合金工件中的缺陷进行检测，甚至还具备自动化检测和成像检测的功能。

然而，在我国当前的无损检测水平下，考虑到无损检测的成本、时效、验收水平等方面，目前对钛合金工件的无损检测应用最多的还是传统的脉冲反射式超声波检测。

因此，对钛合金常规超声检测的研究仍然具有重要意义。

1.3 钛合金超声检测相关标准简介
随着钛工业的迅速发展和国家对现代工业安全性重视程度的提高，钛及其合金工件的无损检测技术方法也得到了快速的发展。

其中超声检测作为一种高效、快捷、稳定、可靠、无污染的无损检测技术手段，越来越受到各个工业检测部门的重视。

与此同时，各个行业也建立起多项有关钛合金超声检测的标准和规范。

下面就国内的钛合金超声检测标准作简要介绍。

GB/T5193-2007《钛及钛合金加工产品超声波探伤方法》是由中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和国家标准化改革委员会联合发布的针对一般钛及钛合金加工产品的超声检测方法的国家标准。

GB/T12969.1-2007《钛及钛合金管材超声波探伤方法》是由国家质量监督检验检疫总局和国家标准化改革委员会联合发布的针对外径为6-80mm、壁厚为
0.5-4.5mm的钛及钛合金管材的超声检测方法的国家标准。

HB/Z36-1982《变形钛合金棒材超声波检验说明书》是由北京航空材料研究院（621所）起草、航空工业部发布、于1983年5月1日实施，并且沿用至今的变形钛合金棒材超声波检测的航空工业标准。

适用于指导制造航空发动机压气机叶片用的直径16-60mm钛合金棒材的超声波检测。

HB/Z37-1982《变形钛合金园并及盘件超声波检验说明书》中华人民共和国航空工业部指导性技术文件，适用于指导制造航空发动机压气机盘用的钛合金圆饼及盘件的超声波检测。

HB5265-1983《航空发动机TC11钛合金压气机盘用并（环）坯及锻件超声波检验说明书》是由北京航空材料研究院（621所）提出、TC11钛合金盘及饼（环）3
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坯探伤标准编写组起草、国家航空工业部发布的航空标准。

该标准与HB/Z59-81《航空金属材料及零件超声纵波探伤说明书》同时使用，并且与HB5265-1983《航空发动机TC11钛合金压气机盘用并（环）坯及锻件超声波检验验收标准》配套使用。

该标准主要用于指导制造航空发动机涡喷13压气机TC11钛合金盘及饼（环）坯的超声波检测，也适用于其他机种的类似规格。

YB 950-80《专用TC4钛合金锻制并材超声波探伤方法》是由原冶金部颁发的冶金行业标准，具体内容涉及保密法律法规，所以未得到具体的标准内容。

GJB1580-2004《变形金属超声检验方法》是由中国航空工业第一集团公司提出，中国航空综合技术研究所、北京航空材料研究院归口，中国航空工业第一集团公司北京航空材料研究院、航天 703 所、航空 430 厂联合起草的国家军用标准。

适用于指导锻坯、锻件、轧制件、板材、挤压或轧制棒材、型材，以及由其经机加工制成零件的超声检验。

JB/T4730-2005《承压设备无损检测》是由国家发展和改革委员会发布的行业推荐标准。

用于指导承压设备无损检测及验收方法。

该标准分为6部分，其中第三部分超声检测规定了承压设备采用A型脉冲反射式超声波探伤仪器检测工件缺
陷的超声检测方法和质量分级要求。

该部分适用于金属材料制承压设备用原材料、零部件、和焊接接头的超声检测，也适用于金属材料制在用承压设备的超声检测。

其中在4.3节介绍了钛及钛合金板材的超声检测和质量分级，用于指导钛及钛合金承压部件的超声检测。

本课题主要针对GB/T5193-2007《钛及钛合金加工产品超声波探伤方法》、
GJB1580-2004《变形金属超声检验方法》和JB/T4730-2005《承压设备无损检测》三个标准进行对比研究探讨，其中JB/T4730-2005并非钛合金工件的检测标准，但由于该标准较完善，故应用了锻件检测部分对钛合金进行检测，以便对比找出不同的标准对无损检测技能训练的不同作用，从而得到最佳的训练计划。

1.4 课题主要研究内容
本课题是基于无损检测技能训练，对不同标准中关于超声检测的要求和规定进行研究，并重点对关超声检测方法的标准与规范中关于钛合金检测的内容与规定进行分析。

通过分析比较，了解各标准在钛合金超声检测验收标准与钛合金检测方法上的异同，总结各个标准在钛合金超声检测中的优缺点，为本专业学生的无损检测技能训练提供更加完善和有效的训练方法，同时也希望能为今后钛合金4
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超声检测标准的制订、修订提供参考。

主要有如下研究内容：
1）摸索不同标准中钛合金工件的检测工艺，确定最佳检测工艺参数;
2）通过对各钛合金工件的超声检测，比较不同标准下，钛合金超声检测的异同; 3）对比较结果进行分析，为今后钛合金超声检验标准的制、修订提供参考。

1.5 研究策略及论文的结构安排
本论文主要包括以下几个部分：
第一章：为绪论，首先概述了本学位论文课题的来源和意义。

综合介绍了国内外超声检测的发展情况，介绍了钛合金超声检测的相关标准，并对本文作者所做的工作进行了简述。

第二章：介绍超声检测的原理以及钛合金超声检测的特点。

通过分析超声检测的原理和了解钛合金工件超声检测的特点，为钛合金工件超声检测的探讨提供了相应的理论基础。

第三章：通过参照钛合金超声检测不同的标准，编制钛合金超声检测工艺卡。

对多个工件应用不同标准进行检测，得出实验结果，编制检测报告，为钛合金超声检测探讨提供实验依据。

第四章：对钛合金超声检测进行探讨，内容涉及各个标准的应用范围、一般要求、检测人员、环境、方法、验收等各个方面，通过不同标准之间对比，结合对实验结果的分析，得出相关结论。

第五章：对全文进行了总结。

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2超声检测原理及钛合金的超声检测
2.1超声检测原理
超声检测根据超声波在材料中的传播特性检测材料内部缺陷的一种无损检测方法。

主要通过超声波进入材料后，在材料中传播同时与材料中的缺陷相互作用，从而其传播方向或声学特性发生改变，通过一定的设备接收改变后的超声波，并对其分析处理，从而评估材料中的缺陷及其特性，达到无损检测的目的。

2.2 钛合金的超声检测
钛合金材料具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于航空航天等领域。

但是因为钛合金具有切削加工困难，生产工艺复杂等特点，所以在钛合金材料制备、机械加工和设备服役过程中，往往会产生各种缺陷。

目前，针对钛合金材料的无损检测，主要是应用超声检测的方法。

钛合金工件中常见的缺陷种类有夹杂、裂纹、气孔等。

针对钛合金的这些缺陷，通过选用合适特超声波检测仪，结合相应的探头，使用正确的方法进行扫查就可以得到各种缺陷的回波信号。

从而可以检测出钛合金工件中存在的缺陷，防止有缺陷的工件投入使用。

2.3 本章小结
根据超声波的检测原理，结合钛及钛合金工件中缺陷形式及超声波反射信号的特点，可以通过超声波，检测出钛合金工件中的各种缺陷。

在工业应用中，各行业根据自身的特点，制定了不同的钛合金超声检测标准，通过标准的要求和规定来指导钛合金工件超声检测的人员、设备、方法等环节，从而达到对钛合金工件进行良好质量控制的目的。

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3不同标准下钛合金的超声检测
3.1 检测工艺参数的选择
3.1.1 GJB1580-2004标准钛合金工件检测工艺参数的选择
3.1.1.1 仪器与探头的选择
GJB1580-2004要求脉冲发生器和接收器的频率特性应与所用探头相匹配。

超声
检验仪在经过修理后投入使用前，或每年应至少校验一次使用性能，以确认其仍满足要求。

本实验根据标准要求选择的超声检测仪器型号为CTS-8008plus。

标准规定频率为2.25MHz～10MHz 的探头，其回波频率与标称值的偏差应小于等于±10%。

纵波探头的换能器直径一般应在6mm～25mm 之间。

在评定所发现的不连续性尺
寸时，应采用换能器直径不大于20mm 的平圆探头。

本实验根据标准的要求，结合实验室现有设备，选择的超声检测探头型号为
2.5Z14N。

3.1.1.2 试块的选用
本实验选用的试块为成套的钛合金平底孔试块，反射体孔径为Φ1.2mm的平底孔，孔深15mm，埋藏深度为5-75mm。

3.1.1.3 耦合剂的选用
GJB1580-2004要求所用的耦合剂不应有损于探头和受检件。

常用的耦合剂有水、油类、脂类、水溶性凝胶等。

耦合剂的粘度及表面润湿性应根据受检件的表面粗糙度来选择，应保证声的能量能很好地传入受检件。

本实验所选择的耦合剂为
30#机油。

3.1.1.4 检测面的选择
标准规定受检件表面不允许存在影响超声检验的松动的氧化皮、折叠、毛刺、油污等。

若个别部位不可能清除，应在受检件上作出标记，供评定时参考。

表面粗糙度的要求见下表：
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表3-1： GJB1580-2004超声检测表面状态要求
验收级别表面粗糙度要求
R a≤1.6μm AAA
R a≤AA 3.2μm
R a≤A 3.2μm
R a≤6.3B
μm
本实验选用的工件为钛合金锻件，表面状态基本符合标准要求。

3.1.1.5 检测灵敏度的调整
标准要求使用平底孔试块调节检测灵敏度，根据GJB1580-2004验收要求，应选择Φ0.8mm平底孔作为起始灵敏度，由于实验室条件限制，故选择Φ1.2mm平底孔调节灵敏度，并在调整好后增加7dB，以达到Φ0.8mm的灵敏度。

在对比试块与受检件之间存在有声传输特性的差异时，应考虑进行声传输修正。

修正值一般可通过比较试块的底面反射幅度值与受检件等厚度部位的底面反射幅度值的分贝差来确定。

本实验经测定传输修正值为+3dB。

3.1.1.6 扫查
采用的扫查速度，应保证在所要求检测的金属声程处，规定等级的最小尺寸不连续性能得到可重复的显示，在自动记录时能可靠地启动调定的报警或记录装置。

在一般情况下，目视监测时的扫查速度不宜超过50mm/s。

扫查间距不应大于其中较小有效声束宽度的二分之一。

3.1.2 GB/T5193-2007标准钛合金工件检测工艺参数的选择
3.1.2.1 仪器与探头的选择
GB/T5193-2007标准要求对于A型脉冲反射式超声波探伤仪，应满足
JB/T10061-1999《A型脉冲反射式超声探伤仪通用技术条件》的要求，本实验所用的CTS-8008plus超声波探伤仪满足该标准的要求。

标准规定直径为12mm~32mm工作频率为2.55MHz~5MHz的直探头，推荐用于
20mm~230mm厚的平面产品的接触法探伤。

本实验所用的探头为2.5Z14N，实验用的工件厚度为55mm~75mm，均符合标准的要求。

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3.1.2.2 试块的选用
GB/T5193-2007要求对比试块用采用与被检验产品的声学性能和表面状态相同
或类似的钛及钛合金材料制备。

本实验选用的上述试块符合该标准的要求。

3.1.2.3 耦合剂的选用
GB/T5193-2007要求接触法探伤时，可采用水、机油、甘油、变压器油、水玻璃等作耦合剂。

本实验所选择的耦合剂为30#机油。

3.1.2.4 检测面的选择
GB/T5193-2007标准要求被检产品的表面，其粗糙度Ra＜3.2μm。

本实验所选用的工件为钛合金锻件，表面状态基本符合标准要求。

3.1.2.5 检测灵敏度的调整
标准规定，探伤前，应采用适当的对比试块来校准仪器，使试块中人工缺陷的反射信号幅度在满屏高度的20%~90%范围内。

本实验选用钛合金平底孔试块校准灵敏度，并保证平底孔的反射回波在满屏高度80%的位置，满足了标准的要求。

3.1.2.6 扫查
探伤时的扫描速度应不大于分辨出对比试块中的平底孔的扫描速度。

对于无报警系统的手动扫描，推荐扫描速度应不大于127mm/s。

对于有报警系统的手动或自动扫描，推荐扫描速度应不大于500mm/s。

接触法探伤时，探伤间距应不大于探头晶片直径的1/2或有效声束直径的1/2，在二者中选取较小的一个。

3.1.3 JB/T4730-2005标准钛合金工件检测工艺参数的选择
3.1.3.1 仪器与探头的选择
JB/T4730-2005标准规定采用A型脉冲反射式超声波探伤仪，其工作频率范围为0.5MHz～10MHz，仪器至少在荧光屏满刻度的80%范围内呈线性显示。

探伤仪应具有80dB以上的连续可调衰减器，步进级每档不大于2dB，其精度为任意相邻12dB误差在±1dB以内，最大累计误差不超过1dB。

水平线性误差不大于1%，垂直线性误差不大于5%。

其余指标应符合JB/T10061的规定。

本实验所用仪器CTS-8008plus均符合上述标准要求。

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2～，单晶直探头的公称频率应选用2标准规定晶片面积一般不应大于500mm，符合标准。

本实验所用的探头为2.5Z14N～Φ25mm5MHz，探头晶片一般为Φ14 的
要求。

3.1.3.2 超声探伤仪和探头的系统性能 JB/T4730.3-2005规定：。

仪10dB 在达到所探工件的最大检测声程时，其有效灵敏度余量应不小于。

仪器和直探头组合的始脉10%器和探头的组合频率与公称频率误差不得大于±；直15mm：对于频率为2.5MHz的探头，宽度不大于冲宽度（在基准灵敏度下）和JB/T 9214 仪器和探头的系统性能应按；探头的远场分辨力应不小于30dB 的规定进行测试。

JB/T 10062仪器和探头，经测定，探头为2.5Z14N本实验选用的仪器为
CTS-8008plus，的综合性能基本符合标准的规定。

3.1.3.3 耦合剂的使用要求应采用透声性好，且不损伤检测表面的耦合剂，如机JB/T4730.3-2005 30#机油。

油、浆糊、甘油和水等。

本实验所选择的耦合剂为 3.1.3.4 检测面的选择标准检测原则上应安排在热处理后，孔、台等结构机加工JB/T4730.3-2005。

本实验所选用的工件为钛合金锻件，m≤6.3μRa前进行，检测面的表面粗糙度表面状态基本符合标准要求。

检测灵敏度的调整3.1.3.5
且探测面倍近场区长度，当被检部位的厚度大于或等于探头的3标准规定，本实
验中利用工件的与底面平行时，原则上可采用底波计算法确定基准灵敏度。

底波调整灵敏度。

2.0平底孔的回波分贝差：利用理论计算公式计算大平地与Φ
?x220log3-1）（2?D f调整仪器时，将探头置于待检工件
完好部位，调节第一次底波高度为荧光
，在此基础上增加相应的分贝差，以此作为基准灵敏度。

屏满刻度的80%10
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3.1.3.6 扫查
标准要求探头的扫查速度不应超过150mm/s。

并且为确保检测时超声声束能扫查到工件的整个被检区域，探头的每次扫查覆盖率应大于探头直径的15%。

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3.2钛合金超声检测工艺卡
3.2.1 GJB1580-2004标准钛饼坯检测工艺卡
表3-2：GJB1580-2004标准钛饼坯检测工艺卡
Φ283厚55~70mm TC11
试件规格钛饼坯试件名称材料牌号加工余量10mm
纵波垂直入射法检测标准 GJB1580-2004 检测技术+3dB
检测灵敏度传输修正Φ0.8mm平底孔
1:1 时基线调节
CTS-8008plus 30#机油2.5Z14N 探头型号耦合剂仪器型圆周面沿轴向最大最大50mm/s
不大端面沿径向5mm
扫查方查间查速对比试成套钛合金距离幅度试孔径1.2m，埋75
GJB1580-2004 A级
1.单个不连续性指示的幅度超1.2m平底孔当量，为不符合要求
2.多个不连续性指示，其中任何两个指示的中间距离小25m而指示幅度超0.验收标平底孔幅度，为不符合要求
3.任何长条形不连续性指示的幅度超0.平底孔幅度，长度超13m，为不符要
备注：间距指任何两个指示的中心间
检测面和检测方: ↓入射方检测区:直283mm深度10~6mm
记录与标记
1任何幅度大0.8m平底孔当量的不连续指示均应记录其幅度、埋深、指示长度和平面位置
2合格件和不合格件均应作出明显标记并分开存放
备注
编审批
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标准钛饼坯检测工艺卡3.2.2 GB/T5193-2007标准钛饼坯检测工艺卡：GB/T5193-2007表3-3
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标准钛饼坯检测工艺卡3.2.3 JB/T4730.3-2005标准钛饼坯检测工艺卡：
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3.3 钛合金超声检测结果标准钛饼坯检测结果 3.3.1 GJB1580-2004
52.5dB 2：灵敏度：工件工件1：灵敏度：52.5dB 1.2+3dB
当量尺寸：Φ当量尺寸：Φ2.0+1dB
A
评定级别：评定级别：B
52.5dB 工件4：灵敏度：工件3：灵敏度：52.5dB
1.2+2dB
当量尺寸：Φ当量尺寸：Φ0.8+6dB
A
评定级别：评定级别：C
52.5dB
：灵敏度：工件50.8+5dB
Φ2Φ：0.8+6.4dB 当量尺寸：1当量尺寸AA 评定级别：标准钛饼坯检测波形图3-1:图GJB1580-2004
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标准钛饼坯检测结果3.3.2 GB/T5193-2007标准相同，故检测
GJB1580-2004GB/T5193-2007标准进行检测时，由于灵敏度与采用。

、A1A、A1、A结果相同。

但级别不相同，五个工件的级别分别为：B、标准钛饼坯检测结果3.3.3
JB/T4730.3-2005。