鍛件和鑄件超聲波探傷詳細教程附實例解析講解

第六章鍛件與鑄件超聲波探傷第六章

鍛件與鑄件超聲波探傷

鍛件和鑄件是多個機械設備及鍋爐壓力容器的重要毛坯件。它們在生產(chǎn)加工過程中常會產(chǎn)生某些缺點，影響設備的安全使用。某些原則規(guī)定對某些鍛件和鑄件必須進行超聲波探傷。由于鑄件晶粒粗大、透聲性差，信噪比低，探傷困難大，因此本章重點計論鍛件探傷問題，對鑄件探傷只做簡樸介紹。

第一節(jié)

鍛件超聲波探傷

一、鍛件加工及常見缺點

鍛件是由熱態(tài)鋼錠經(jīng)鍛壓變形而成。鍛壓過程涉及加熱、形變和冷卻。鍛件的方式大致分為鐓粗、拔長和滾壓。鐓粗是鍛壓力施加于坯料的兩端，形變發(fā)生在橫截面上。拔長是鍛壓力施加于坯料的外圓，形變發(fā)生在長度方向。滾壓是先鐓粗坯料，然后沖孔再插入芯棒并在外圓施加鍛壓力。滾壓現(xiàn)有縱向形變，又有橫向形變。其中鐓粗重要用于餅類鍛件。拔長重要用于軸類鍛件，而簡類鍛件普通先鐓粗，后沖孔，再鐓壓。

為了改善鍛件的紹織性能，鍛后還要進行正火、退火或調質等熱解決。

鍛件缺點可分為鍛造缺點、鍛造缺點和熱解決缺點。鍛造缺點重要有：縮孔殘存、疏松、夾雜、裂紋等。鍛造缺點重要有：折疊、白點、裂紋等。熱解決缺點重要有：裂紋等。

縮孔殘存是鑄錠中的縮孔在鍛造時切頭量局限性殘留下來的，多見于鍛件的端部。

疏松是鋼錠在凝固收縮時形成的不致密和孔穴，鍛造時因鍛造比局限性而末全焊合，重要存在于鋼錠中心及頭部。

夾雜有內在夾雜、外來菲金屬夾雜栩金屬夾雜。內在夾雜重要集中于鋼錠中心及頭部。

裂紋有鍛造裂紋、鍛造裂紋和熱解決裂紋等。奧氏體鋼軸心晶間裂紋就是鍛造引發(fā)的裂紋。鍛造和熱解決不當，會在鍛件表面或心部形成裂紋。

白點是鍛件含氫最較高，鍛后冷卻過快，鋼中溶解的氫來不及逸出，造成應力過大引發(fā)的開裂，白點重要集中于鍛件大截面中心。合金總量超出3.5～4.0%和Cr、Ni、Mn的合金鋼大型鍛件容易產(chǎn)生白點。白點在鋼中總是成群出現(xiàn)。

二、探傷辦法概述

按探傷時間分類，鍛件探傷可分為原材料探傷和制造過程中的探傷，產(chǎn)品檢查及在役檢查。原材料探傷和制造過程中探傷的目的是及早發(fā)現(xiàn)缺點，方便及時采用方法避免缺點發(fā)展擴大造成報廢。產(chǎn)品檢查的目的是確保產(chǎn)品質量。在役檢查的目的是監(jiān)督運行后可能產(chǎn)生或發(fā)展的缺點，重要是疲勞裂紋。

1.軸類鍛件的探傷

軸類鍛件的鍛造工藝重要以撥長為主，因而大部分缺點的取向與軸線平行。這類缺點的探測以縱波直探頭從徑向探測效果最佳?？紤]到缺陪會有其它的分布及取向，因此輔類鍛件探傷，還應輔以直探頭軸向探測和斜探頭周向探測及袖向探測。

(1)直探頭徑向和軸向探測：如圖6.1所示，直探作徑向探測時將探頭置于軸的外緣，沿外緣作全方面掃查，以發(fā)現(xiàn)軸類鍛件中常見的縱向缺點。

直探頭作軸向探測時，探頭置于軸的端頭，并在軸端作全方面掃查，以檢出與軸線相垂直的橫向缺點。但當軸的長度太長或軸有多個直徑不等的軸段時，會有聲束掃查不到的死區(qū)，因而此辦法有一定的局限性。

(2)斜探頭周向及軸向探測：鍛件中若在片狀軸向及徑同缺點或軸上有幾個不同直徑的軸段，用直探頭徑向或軸向探測都難以檢出的，則必須使用斜探頭在軸的外圓作周向及軸向探測?？紤]到缺點的取向，探測時探頭應作正、反兩個方向的全方面掃查，如圖6.2所示。

2.餅類、碗類鍛件的探傷餅類和碗類鍛件的鍛造工藝重要以鐓粗為主，缺點的分布重要平行于端面，因此用直探頭在端面探測是檢出缺點的最佳辦法。

對于上些重要的餅類、碗類鍛件，要從兩個端面進行探傷，另外有時還要從側面進行徑向探傷，如圖6.3所示。

從兩端面探測時，探頭置于鍛件端面進行全方面探測，以探出與端面平行的缺點。從鍛件側面進行徑向探測時，探頭在鍛件側面掃查，以發(fā)現(xiàn)某些軸向缺點。

3.筒類鍛件的探傷

筒類鍛件的鍛造工藝是先鐓粗，后沖孔，再滾壓。因此，缺點的取向比軸類鍛件和餅類鍛件中的缺點的取向復雜。但由于鑄錠中質量最差的中心部分已被沖孔時去除，因而筒類鍛件的質量普通較好。其缺點的重要取向仍與簡體的外圓表面平行，因此筒類鍛件的探傷仍以直探頭外圓面探測為主，但對于壁較厚的筒類鍛件，須加用斜探頭探測。

(1)直探頭探測：如圖6.4所示，用直探頭從筒體外圓面或端面進行探測。外圓探測的目的是發(fā)現(xiàn)與軸線平行的周向缺點。端面探測的目的是發(fā)現(xiàn)與軸線垂直的橫向缺點。

(2)雙晶探頭探測：如圖6.4所示，為了探測筒體近表面缺點，需要采用雙品探頭從外圓面或端面探測。

(3)斜探頭探測：對于某些重要的筒形鍛件還要用斜探頭從外圓進行軸向和周向探測，如圖6.5所示。軸向探測為了發(fā)現(xiàn)與軸線垂直的徑向缺點。周向探測是為了發(fā)現(xiàn)與軸線平行的徑向缺點。周向探測時，缺點定位計算參見第四章第五節(jié)。

三、探測條件的選擇

1.探頭的選擇

鍛件超聲波探傷時，重要使用縱渡直探頭，晶片尺寸為φ14～φ28mm，慣用φ20mm。對于較小的鍛件，考慮近場區(qū)和耦合損耗因素，普通采用小晶片探頭。有時為了探測與探測面成一定傾角的缺點，也可采用一定K值的斜探頭進行探測。對于近距離缺點，由于直探頭的盲區(qū)相近場區(qū)的影響。常采用雙晶直探頭攆測。

鍛件的晶粒普通比較細小，因此可選用較高的探傷頻率，慣用2.5～5.0MHz。對于少數(shù)本才質晶粒粗大衰減嚴重的鍛件，為了避免出現(xiàn)“林狀回波”，提高信噪比，應選用較低的頻率，普通為1.0～2.5MHz。

2.耦合選擇

在鍛件探傷時，為了實現(xiàn)較好的聲耦合，普通規(guī)定探測面的表面粗糙糙R，不高于6.3um，表面平整均勻，無劃傷、油垢、污物、氧化皮、油漆等。

當在試塊上調節(jié)探傷敏捷度時，要注意賠償塊與工件之間因曲率半徑和表面粗糙度不同引發(fā)的耦合損失。鍛件探傷時，慣用機油、漿糊、甘油等作耦合劑。當鍛件表面較粗糙時也可選用水玻璃作耦合劑。

3.掃查辦法的選擇

鍛件探傷時，原則上應在探測面上從兩個互相垂直的方向進行全方面掃查。掃查覆蓋面應為探頭直徑的15%，探頭移動速度不不不大于150mm/s。擋查過程中要注意觀察缺點波的狀況和底波的變化狀況。

4.材質衰減系統(tǒng)的測定

當鍛件尺寸較大時，材質的衰減對缺點定量百一定的影響。特別是材質衰減嚴重時，影響更明顯。因此，在鍛件探傷中有時要測定材質的衰減系數(shù)a。衰減系數(shù)可運用下式來計算：

(6.1)式中：[B]1一[B]2——無缺點處第一、二次底波高的分貝差：

X——底波聲程(單程)。

值得注意的是：測定衰減系數(shù)時，探頭所對鍛件底面應光潔干凈，底面形狀為大平底或圓柱面，χ≥3N，測試處無缺點。普通選用三處進行測試，最后取平均值。

5.試塊選擇

鍛件探傷中，要根據(jù)探頭和探測面的狀況選擇試塊。

采用縱波直探頭探傷時，常選用CS—1和CS一2試塊來調節(jié)探傷敏捷和對缺點定量。采用縱波雙晶直探頭傷時常選用圖6.6所示的試塊來調節(jié)探傷敏捷度和對缺點定量。該試塊的人工缺點為平底孔，孔徑有有φ2、φ3、φ4、φ6等四種，距離L分別為5、10、15、20、25、30、35、40、45mm

當探測面為曲面時，應采用曲面對比試塊來測定由于曲率不同引發(fā)的耦合損失。對比試塊如圖6.7所示

6.探傷時機

鍛件超聲波探傷應在熱解決后進行，由于熱解決能夠細化晶粒，減少衰減。另外，還能夠發(fā)現(xiàn)熱解決過程中產(chǎn)生的缺點。對于帶孔、槽和臺階的鍛件，超聲波探傷應在孔、槽、臺階加工邁進行。由于孔、槽、臺階對探傷不利，容易產(chǎn)生多個非缺點回波。

當熱解決后材質衰減仍較大且對于探測成果有較大影響時，應重新進行熱解決。

四、掃描速度和敏捷度的調節(jié)

(一)掃描速度的調節(jié)

鍛件探傷前，普通根據(jù)鍛件規(guī)定的探測范疇來調節(jié)掃描速度，方便發(fā)現(xiàn)缺點，并對缺點定位。

掃描速度的調節(jié)可在試塊上進行，也可在鍛件上尺寸已知的部位上進行，在試塊上調節(jié)掃描速度時，試塊上的聲速應盡量與工件相似或相近。

調節(jié)掃描速度時，普通規(guī)定第一次底波前沿位置不超出水平刻度極限的80%，以利觀察一次底波之后的某些信號狀況。

(二)探傷敏捷度的調節(jié)

鍛件探傷敏捷度是由鍛件技術規(guī)定或有關標精擬定的。普通不低于φ2平底孔當量直徑。

調節(jié)鍛件探傷敏捷度的辦法有兩種，一種是運用鍛件底波來調節(jié)，另一種是運用試塊來調節(jié)。

1.底波調節(jié)法

當鍛件被探部位厚度χ≥3N，且鍛件含有平行底面或圓柱曲底面時，慣用底波來調節(jié)探傷敏捷度。

底波調節(jié)法，首先要計算或查AVG曲線求得底面回波與某平底孔回波的分貝差，然后再調節(jié)。

(1)計算：對于平底面或實心圓柱體底面，同距離處平底波與平底孔回波的分貝差為：

(6.2)式中

λ——波長；

X——被探部泣的厚度；

Df——平底孔直徑。

對于空心圓柱體，同距離處圓柱曲底面與平底孔回波分貝差為：

(6.3)式中

d——空心圓柱體內徑；

D——空心圓柱體外徑；

“+“——外圓徑向探測，內孔凸柱面反射；

“－”——內孔徑向探測，外圓凹柱面反射。

(2)調節(jié)：探頭對準完好區(qū)的底面。衰減(△+5～10)dB，調“增益”使底波B1達基準高，然后用“衰減器”增益△dB，這時敏捷度就調好了。為了便于發(fā)現(xiàn)缺點可再增益5～10dB作為搜索敏捷度，即掃查敏捷度。

例1，用2.5P20Z探頭徑向探傷φ500mm的實心圓柱鍛件，CL=5900m/S，問如何運用底波調節(jié)500/φ2敏捷度？

解：由題意得:

①計算：50Gmm處底波與φ2平底孔回波分貝差為：

②調節(jié)；探頭對準完好區(qū)圓柱底面，衰減55dB，調“增益”使底波B1最高達基準60%高，然后用“衰減器”增益46dB，即去掉46dB，保存9dB，這時φ2敏捷度就調好了。必要時再增益6dB作為掃查敏捷度。

例2，用2.5P20Z探頭徑向探傷外徑為φ1000mm，內徑為φ100mm的空心圓柱體鍛件，CL=5900m/s，問如何運用內孔回波調節(jié)450/φ2敏捷度?

解：由題意得:

①計算：450mm處內孔回波與φ2回波的分貝差為：

②調節(jié)：探頭對準完好區(qū)的內孔，衰減45dB，調“增益”使底波B1達基準60%高。然后用“衰減器”增益35dB作為探傷敏捷度，再增益6dB作為掃查敏捷度。

2.實驗塊調節(jié)法

(1)單直探頭探傷：當鍛件的厚度χ<3N或出于幾何形狀所限或底面粗糙時，應運用品有人工缺點的試塊來調節(jié)探傷敏捷度，如CS一1和CS一2試塊。調節(jié)時將探頭對準所需試塊的平底孔，調“增益”使平底孔回波達基準離即可。

值得注意是，當試塊表面形狀、粗糙度與鍛件不同時，要進行耦合賠償。當試塊與工件的材質衰減相差較大時，還要考慮介質衰減賠償。

例1，用2.5P20Z探頭探傷厚度為50mm的小鍛件，采用CS—1試塊調節(jié)50/φ2敏捷度，試塊與鍛件表面耦合差3dB，問如何調節(jié)敏捷度?

解：運用CS—1試塊調節(jié)敏捷度的辦法以下：

將探頭對準CS—1試塊中l(wèi)號試塊的φ2平底孔距離為50mm，衰減10dB，調“增益”使φ52回波達60%高，然后再用“衰減器”增益3dB，這時50/φ2敏捷度就調好了。

例2，用2.5P14Z探頭探測底面粗糙厚為400mm的鍛件，問如何運用100/φ4平底孔試塊調節(jié)400/φ2敏捷度?試塊與工件表面耦合差6dB。

解：①計算：100/φ4與400/φ2回波分貝差：

②調節(jié)：探頭對準100/φ4平底孔試塊的平底孔、衰減50dB，調“增益”使φ4平底孔回波達基準高，然后用“衰減器”增益42dB，這時400/φ2敏捷度就調好了。這時工件上400φ2平底孔缺點回波正好達基準高。

(2)雙晶直探頭探傷：采用雙晶直探頭探傷時，要運用圖6.6所示的雙晶探頭平底孔試塊來調節(jié)探傷敏捷度。先根據(jù)需要選擇榴應的平底孔實驗塊，并測實驗一組距離不同直徑相似的平底孔的回波，使其中最高回波達滿刻度的80%，在此敏捷條件下測出其它平底孔的回波最高點，并標在示波屏上，然后連接這些回波最高點，從而得到一條平底孔距離——波幅曲線，并以此作為探傷敏捷度。

五、缺點位置和大小的測定

(一)缺點位置的測定在鍛件探傷中，重要采用縱波直探頭探傷，因此可根據(jù)示波屏上缺點波前沿所對的水平刻度值τf和掃描速度1:n來擬定缺點在鍛件中的位置。缺點至探頭的距離χf為：

χf＝nτf

(6.4)

(二)缺點大小的測定

在鍛件探傷中，對于尺寸不大于聲束截面的缺點普通用量法定量。若缺點位于χ>3N區(qū)域內時，慣用當量計算法和當量AVG曲線法定量：若缺點位于x<3N區(qū)域內，慣用試塊比較法定量。對于尺寸不不大于聲束截面的缺點普通采用測長法，慣用的測長法有6dB法和端點6dB法。必要時還可采用底波高度法來擬定缺點的相對大小。下面重點分紹當量訂算法和6dB法在鍛件探傷中的應用。

1.當量計算法

當量計算法運用多個規(guī)則反射體的回波聲壓公式和實際探傷中測得的成果(缺點的位置和波高)來計算缺點的當量大小。當量計算法當是現(xiàn)在鍛件探傷中應用最廣的一種定量辦法。用當量計算法定量時，要考慮調節(jié)探傷敏捷度的基準。

當用平底面和實心圓柱體曲底面調節(jié)敏捷度時，當量計算公式為：

(6.5)式中

χf——平底孔缺點至探測面的距離；

χB——鍛件底面至探測面的距離；

α——材質衰減系數(shù)；

λ——波長；

Df——平面孔缺點的當量直徑；

△Bf——底波與平底孔缺點的回波分貝差。

當用空心圓柱體內孔或外圓曲底面調節(jié)敏捷度時，當量計算分式為：

(6.6)式中

d——空心圓柱體內徑；

D——空心圓柱體外徑；

“+”——外圓徑向探測，內孔凸柱面反射；

“－”——內孔徑向探測，外圓凹柱面反射；

△Bf——圓柱曲底面與平底孔缺點的回波分貝差。

例1.用2.5P20Z探頭探傷φ600的實心圓柱體鍛件，CL=5900m/s，a=0.005dB/mm，運用鍛件底波調節(jié)600/φ2敏捷度，底波達基準高時衰減讀數(shù)為50dB，探傷中在400mm處發(fā)現(xiàn)一缺點，缺點波達基準高時衰減器讀數(shù)為30dB，求此缺點的當量平底孔直徑為多少?

解：由已知得：

答：此缺點的當量平底孔直徑為φ5.6mm。

例2，用2.5P20Z探頭探傷外徑為1000mm的空心圓柱體鍛件，CL=5900mm/s，a=0.005dB/mm，探傷中在200mm處發(fā)現(xiàn)一缺點，其回波比內孔回波低12dB，求此缺點的當量大小?

解：由已知得：

答：此缺點的當量平底孔直徑為φ2.8mm。

另外，鍛件探傷中，還可運用當量AVG曲線法來定量，具體辦法見第四章第六節(jié)。

2.6dB測長法

在平面探傷中，用6dB法測定缺點的長度時，探頭的移動距離就是缺點的批示長度，如圖6.8所示。然而在對圓柱形鍛件進行周向探傷時，探頭的移動不再是缺點的批示長度了，這時要按幾何關系來擬定缺點的批示長度，如圖6.9所示。

外圓周向探傷測長時，缺點的批示長度Lf為：

(6.7)式中

L——探頭移動的外圓弧長；

R——圓柱體外半徑；

χf——缺點的聲程。

內孔周向探傷測長時，缺點的批示長度Lf為：

(6.8)式中

L——探頭移動的內圓弧長；

r——圓柱體內半徑；

χf——缺點的聲程。

六、缺點回波的鑒別

在鍛件探傷中，不同性質的缺點回波是不同的，實際探傷時，可根據(jù)示波屏上的缺點回波狀況來分析缺點的性質和類型

1.單個缺點回波

鍛件探傷中，示波屏上單獨出現(xiàn)的缺點回波稱為單個缺點回波。普通單個缺點是指與鄰近缺點間距不不大于50mm、回波高不不大于φ2mm的缺點。如鍛件中單個的夾層、裂紋等。探傷中碰到單個缺點時，要測定缺點的位置和大小。當缺點較小時，用當量法定量，當缺點較大時，用6dB法測定其面積范疇。

2.分散缺點回波

鍛件探傷時，工件中的缺點較多且較分散，缺點彼此間距較大．這種缺點回波稱為分散缺點回波。普通在邊長為50rnm的立方體內少于5個，不不大于φ2mm。如分散性的夾層。分散缺點普通不太大，因此慣用當量法定量，同時還要測定分散缺點的位置。

3.密集缺點回波鍛件探傷中，示波屏上同時顯示的缺點回波甚多，波與波之間的間隔距離甚小，有時波的下沿連成一片，這種缺點回波稱為密集缺點回波。

密集缺點的劃分，根據(jù)不同的驗收原則有不完全相似的定義。

(1)以缺點的聞距劃分，規(guī)定相鄰缺點間的間距不大于某一值時為密集缺點。

(2)以單位長度時基線內顯示的缺點回波數(shù)量劃分，規(guī)定在相稱于工件厚度值的基線內，當探頭不動或稍作移動時，一定數(shù)量的缺點回波持續(xù)或斷續(xù)出現(xiàn)時為密集缺點。

(3)以單位面積中的缺點回波劃分，規(guī)定在一定探淵面積下，探出的缺點回波數(shù)量超出某一值時定為密集缺點。

(4)以單位體積內缺點回波數(shù)量劃分，規(guī)定在一定體積內缺點回波數(shù)量多于規(guī)定值時定為密集缺點。

實際探傷中，以單位體積內缺點回波數(shù)量劃分較多。普通規(guī)定在邊長50mm的立方體內。數(shù)量不少于5個。當量直徑不不大于φ2mm的缺點為密集缺點。

密集缺點可能是疏松、非金屬夾雜物、白點或成群的裂紋等。鍛件內不允許有自點缺點存在，這種缺點的危險性很大。普通自點的分布范疇較大，且基本集中于鍛件的中心部位，它的回波清晰、鋒利，成群的白點有時會使底波嚴重下降或完全消失。這些特點是判斷鍛件中白點的重要根據(jù)，如圖6.10。

4.游動回波

在圓柱形軸類鍛件探傷過程中，當探頭沿著軸的外圓移動時，示波屏上的缺點波會隨著該缺點探測聲程的變化而游動，這種游動的動態(tài)波形稱為游動回波。

游動回波的產(chǎn)生是由于不同波柬射至缺點產(chǎn)生反射引發(fā)的。波束軸線射至缺點時，缺點聲程小，回波高。左右移動探頭，擴散波束射至缺點時，缺點聲程大回波低。這樣同一缺點回波的位置和高度隨探頭移動發(fā)生游動，如圖6.11。

不同的探測敏捷度，同一缺點圓波的游動狀況不同。普通可根據(jù)探測敏捷度和回波的游動距離來鑒別游動回波。普通規(guī)定游動范疇達25mm時，才算游動回波。

根據(jù)缺點游動回波包絡線的形狀，可粗略地鑒別缺點的形狀。

5.底面回波

在鍛件探傷中，有時還可根據(jù)底波變化狀況來鑒別鍛件中的缺點狀況。

當缺點回波很高，并有多次重復回波，而底波嚴重下降甚至消失時，闡明鍛件中存在平行于探測面的大面積缺點。

當缺點回波和底波都很低甚至消失時，闡明鍛件中存在大面積但傾斜的缺點或在探測面附近有大缺點。

當示波屏上出現(xiàn)密集的互相彼連的缺點四波，底波明顯下降或消失時，闡明明鍛件中存在密集性缺點。

六、非缺點回波分析

鍛件探傷中還會出現(xiàn)一非缺點回波影響對缺點波的鑒別。常見的非缺點畫波有下列幾個。

1.三角反射波

周向探測圓柱形鍛件時，由于探頭與圓柱面耦合不好，波束嚴重擴散，在示波屏上出現(xiàn)兩個三角反射波，這兩個三角反射波的聲程分別為1.3d和1.67d(d為圓柱直徑)，據(jù)此能夠鑒別三角反射波。由于三角反射波總是位于底波B1之后，而缺點波普通位于底波B1之前，因此三角反射波不會干擾對缺點的鑒別。

2.遲到波

軸向探測細長軸類鍛件時，由于波型轉抉，在示波屏上出現(xiàn)遲到波：遲到波的聲程是特定的，并且可能出現(xiàn)多次。第一次遲到波位予底波B1之后0.76d處(d為輔類鍛件的直徑)，后來各次遲到波間距均為0.76d。由于遲到波總在B1之后，而缺點波普通在B1之前，因此遲到波也不會影響對缺點波的鑒別。

另外從扁平方向探測扁平鍛件時，也會出現(xiàn)遲到波，探傷中應注意鑒別。

3.61°反射波

當鍛件中存在與探測面成61°傾角的缺點時，示波屏上會出現(xiàn)61°反射波。61°反射波是變型橫波垂直入射到側面引發(fā)的，如圖6.12所示。圖中F為缺點直接波，M為61°反射波。

61°反射波的聲程也是特定的，總是等于61°角所對直角邊的邊長。產(chǎn)生61°反射時缺點直接反射回波較低，而61°反射波較高。

另外在探測如圖6.13所示的鍛件時，也會出現(xiàn)61°反射波，同時還會產(chǎn)生45°反射波。探傷時可根據(jù)反射波的聲程通過計算來鑒別。

4.輪廓回波

鍛件探傷中，鍛件的臺階、凹槽等外形輪廓也會引發(fā)某些非缺點回波，探傷中要注意鑒別。另外在鍛件探傷中還可能產(chǎn)生某些其它的非缺點回波，這時應根據(jù)鍛件的構造形狀、材質和鍛造工藝應用超聲波反射、折射和波型轉換理論進和分析鑒別。

七、鍛件質量級別的評頂(見JB4730一94原則)

鍛件探傷中常見缺點有單個缺點和密集缺點兩大類，實際探傷中根據(jù)鍛件中單個缺點的當量尺寸，底波的減少狀況和密集缺點面積占探傷面積的比例不同將鍛件質量分為I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等五種，其中I級最高，V級最低。單個缺點等級見表6—1，底波減少等級見表6—2，密集性缺點等級見表6—3。

注：①表6—2中[B]c/[B]F表達無缺點處底波與缺點處底波分貝差。

②以上三表的等級應作為獨立的等級分別使用。

如果某缺點被檢測人員判為危害性缺點，那么能夠不受上述條件的限制，一律評為最低檔，不合格。

下面舉例闡明鍛件的評級辦法。

例1用2.5P20Z探頭探測400mm厚的鋼鍛件，鋼中CL=5900m/s，衰減系數(shù)a=0.005dB/mm，探傷敏捷度為400mm處φ4為0dB。探傷中在250mm處發(fā)現(xiàn)一缺點，其波高比基準波高20dB，試根據(jù)JB4730—94原則評定該鍛件的質量級別。

解：(1)條件鑒別

∴符合當量計算的條件。

(2)求250mm處φ4當量的dB值

(3)求該缺點的當量并評級

缺點當量：φ4+20一9.5=φ4+10.5dB

缺點評級：該鍛件評為Ⅲ級。

例2用2.5P20Z探頭探測面積為400cm2的鍛件，探傷中發(fā)現(xiàn)一密集缺點，其面積為24cm2，缺點處底波為30dB，無缺點處底波為44dB。試根據(jù)JB4730—94原則評定該鍛件的質量級別。

解：(1)據(jù)密集性缺點評級

∵24÷400×100%=6%>5%

∴評為Ⅲ級。

(2)據(jù)底波減少量評級

∵[B]G一[B]F=44一30=14dB

∴評為Ⅱ級。

第二節(jié)

鑄件超聲波探傷

一、鑄件中常見缺點

鑄件是金屬液注入鑄模中冷卻凝固而成的，鑄件中常見缺點有氣孔、縮孔、夾雜和裂紋等。

1.氣

孔

氣孔是由于金屬液臺氣量過多，模型潮濕及透氣性不佳而形成的空洞。鑄件中的氣孔分為單個分散氣孔和密集氣孔。

2.縮

孔

縮孔是由于金屬液冷卻凝固時體積收縮得不到補縮而形成的缺點?？s孔多位于澆冒口附近和截面最大部位或截面突變處。

3.夾

雜

夾雜分為非金屬夾雜和金屬夾雜兩類。非金屬夾雜是冶煉時金屬與氣體發(fā)生化學反映形成的產(chǎn)物或澆注時耐火材料、型砂等混入鋼液形成的夾雜物。金屬夾雜是異種金屬偶然落入鋼液中未能溶化麗形成的夾雜物。

4.裂

紋

裂紋是指鋼液冷卻過程中由于內應力(熱應力和組織應力)過大使鑄件局部裂開而形成的缺點。鑄件截面尺寸突變處，應力集中嚴重處，容易出現(xiàn)裂紋。裂紋是最危險的缺點。

二、鑄件探傷的特點

1.透聲性差

鑄件重要特點是組織不致密、不均勻和晶粒粗大，透聲性差。

鑄件不均勻是由于鑄件各部分冷卻速度不同引發(fā)的。模壁冷卻快，且常有大量固態(tài)生核微粒，因此模壁晶粒細。當模壁濕度升高后，冷卻速度減饅，于是在垂直模壁方向上形成柱狀晶區(qū)。當模壁溫度進一步升高，金屬液溫度下降。溫差減少，冷卻速度緩慢，結晶方向性消失，形成等軸晶區(qū)。這種鑄件截面上不同取向的晶粒構成了鑄件的不均勻性。另外鑄件中以片狀、球狀或其它形態(tài)存在的石墨也可視為一種組織不均勻性。

鑄件的致密性是由于樹枝結晶方式引發(fā)的。鑄件結晶時，先形成主干，然后在垂直于主干方向長出支于。再在支干的垂直方向長出分支，也像樹枝同樣生長。各支干間最后結晶凝固，冷卻收縮形成的空隙難以充滿金屬，從而使鑄件的致密性變差。鑄件晶粒粗大是由于島溫冷卻凝固過程緩慢，生核、長核時間長、使晶粒變粗。

鑄件的不致密性、不均勻性和晶粒粗大，使超聲波散射衰減和吸取衰減明顯增加、透聲性減少。

2.聲耦合差

鑄件表面粗糙，聲耦合差。探傷敏捷度低，波束指向不好。且探頭磨損嚴重。鑄件探傷中常采用高粘度耦合劑改善這種不良的耦合條件。

3.干擾雜波多

鑄件探傷干擾雜波多。一是由于粗晶和組織不均勻性引發(fā)的散亂反射，形成草狀回波，使信噪比下降。特別是頻率較高時尤為嚴重。二是鑄件形狀復雜，某些輪廓回波和遲到變型波引發(fā)的非缺點信號多。另外鑄件粗糙表面也會產(chǎn)生某些反射回波．干擾對缺點波的對的鑒定。

以上所述正是鑄件探傷的困難所在，致使鑄件探傷的應用和發(fā)展受到一定的限制。但另首先由于鑄件質量規(guī)定較低，允許存在單個缺點尺寸較大。數(shù)量較多．同時鑄件缺點出現(xiàn)的部位規(guī)律性強，因此鑄件探傷還是含有一定的價值，現(xiàn)在國內外不少人正在研究鑄件探傷中存在的問題。

鑄件分為鑄鋼與鑄鐵，兩者缺點狀況和材質及表面特點基本相似，因此其探傷辦法也大致相似。下面以鑄鋼件為例闡明鑄件的普通探傷辦法與質量級別的評定。

三、鑄鋼件探測條件的選擇

1.探

頭

鑄鋼件探傷，普通以縱波直探頭為主，輔以橫波斜探頭和縱波雙晶探頭。

鑄鋼件晶粒比較粗大，衰減嚴重，宜選用較低的頻率，普通為0.5～2.5MHz。對于厚度不大又通過熱解決的鑄鋼件?？蛇x用2.O～2.5MHz。對于厚度較大和末熱解決的鑄鋼件，宜選用0.5～2.0MHz?？v波直探頭的直徑普通為φ10～φ30mm，橫波斜探頭的折射角常為45°、60°、70°等。

2.試

塊

鑄鋼件探傷慣用圖6.14所示的ZGZ系列平底孔對比試塊。試塊材質與被探鑄鋼件相似，不允許存在φ2平底孔缺點。試塊平底孔直徑d分別為φ3、φ4、φ6等三種。平底孔聲程l為25、51、75、100、150、200等六種。該試塊用于測試距離——波幅曲線和調節(jié)探傷敏捷度(縱波直探頭)。

3.探測表面與耦合劑

鑄鋼件表面粗糙，耦合條件差，探傷前應對其表面進行打磨清理，粗糙度Ra不不不大于12.5μm。鑄鋼件探傷時，慣用粘度較大的耦合劑，如漿糊、黃油、甘油、水玻璃等。

4.透聲性測試

鑄鋼件晶粒較粗，組織不致密，對聲波吸取和散射嚴重，透聲性差，對探傷成果影響較大。普通探傷前要測試其透聲性。鑄鋼件透聲性可用縱波直探頭來測試。將探頭對準工件底面，用[衰減器]測出底波B1與B2的dB差即可。為了憾少測試誤差，普通測三點取平均值。測得的dB差愈大，闡明透聲性愈差。

5.鑄鋼件內外層劃分鑄鋼件中缺點至表面的距離不同，其危害不同，普通外層比內層大。為此按鑄鋼件厚度劃分為外層、內層外層等三層。當其厚度<90mm時，每層各占1/3，當其厚度≥90mm時，兩外層厚度各為30mm，其它為內層。

四、距離——波幅曲線的測試與敏捷度調節(jié)

根據(jù)探測規(guī)定選定一組平底孔對比試塊(平底孔直徑相似聲徑不同)測出工件與對比試塊的透聲性和耦合損失差△dB，衰減量≥(△十10)dB。將探頭置于厚度與工件相近的試塊上，對準平褒孔，調節(jié)儀器使平底孔最高回波達10%～20%。然后固定備旋鈕，將探頭分別對準不同聲程的平底孔，標記各平底孔回波的最高點，連成曲線，從而得到該平底孔的距離—一波幅曲線(即面板曲線)。用[衰減器]增益△dB，這時敏捷度就調好了。為了便于發(fā)現(xiàn)缺點，有時再增益6dB作為掃查敏捷度。

五、缺點的鑒別與測定

探頭按選定的方式進行掃查，相鄰兩次掃查重疊15%，探頭移動速度≤l50mm/s。掃查中根據(jù)缺點波高與底波減少狀況來鑒別工件內部與否存在缺點。下列幾個狀況作為缺點統(tǒng)計。

(1)缺點回波幅度達成距離——波幅曲線者。

(2)底面回波幅度減少量≥12dB者。

(3)不管缺點回波高低，認為是線狀或片狀缺點者。

發(fā)現(xiàn)缺點后來，要測定缺點的位置與大小。

缺點的位置由示波屏上缺點波前沿對應的水平刻度值來擬定。

缺點的面積大小用下述辦法測定：當運用缺點反射法鑒別缺點時，用缺點6dB法測定缺點面積大小。當采用底波減少12dB法鑒別缺點時，用底波減少12dB作為缺點邊界來測定缺點面積。

六、鑄鋼件質量級別的評定

鑄鋼件超聲波探傷辦法及質量評級辦法GB7233—87規(guī)定鑄鋼件質量等級，根據(jù)平面型缺點和非平面型缺點的尺寸，將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等五級，其中I級最高，V級最低。

評定時，評定區(qū)面積為105mm2(317×317或面積相似矩形)，盡量使最嚴重的缺蹈位于評定區(qū)內。位于評定區(qū)邊界限上的缺點，只計入缺點位于評定區(qū)內的那部分面積。位于內外層界面上的非平面型缺點，若大部分在外層，則計入外層，反之計入內層。若探測面積局限性105mm2，則按比例折算允許的缺點面積。

平面型缺點分級見表6一4，非平面型缺點分級見表6—5。

注：

①單個缺點尺寸不不大于320mm者為V級。

②單個缺點面積為缺點最大尺寸和與其垂直方向最大尺寸之積。

③位于外層間距不大于25mm的兩個或多個缺點可視為一種缺點，其面積為各缺點面積之和。

④凡檢測區(qū)存在裂紋的鑄鋼件，評為V級。

⑤某鑄鋼件的質量級別，系指平面型缺點和非平面型缺點均滿足該級別的規(guī)定。即兩者中級別較低的級別為該鑄鋼件的級別。

鑄鋼件超聲波探傷詳見GB7233—87原則。

復

習

題

一、鍛件探傷

1.鍛件中常見缺點有哪幾個?各是如何形成的?

2.鍛件普通分哪幾類?各采用什么辦法探傷?

3.在鍛件超聲波探傷中，調接敏捷度的慣用辦法有哪幾個?各合用于什么狀況?

4.運用鍛件底波調敏捷度有何好處?調節(jié)時應注意什么?

5.鍛件探傷中，慣用哪幾個辦法對缺點定量?各合用于什么狀況?

6.鍛件探傷中，常見的非缺點回波有哪幾個?各是如何形成的?如何鑒別?

7.什么憩游動圓波?游動回波是怎祥產(chǎn)生的?如何鑒別游動回波?

8.鍛件探傷中，慣用什么辦法測定材質的衰減系數(shù)?影響測試成果精度的重要因素是什么?

9.試制訂φ500×400餅形鍛件超專用波探傷工藝過程。

10.用2.5P20Z探頭探傷厚為400mm的餅形鋼鍛件，CL=5900m/s。問如何運用底波調節(jié)400/φ2敏捷度?(△=44dB)。

11.用2.5P20Z探頭探傷外徑D=800mm的實心圓柱體鍛件，CL=5900m/s。衰減系數(shù)a=0.005dB/mm，問如何運用底波來調節(jié)800/φ2和400/φ2敏捷度?(△1=50dB，△2=33.5dB)

12.用2.5P14Z探頭探傷外徑D=1000mm，內徑d=200mm空心圓柱體鋼鍛件，CL=5900m/s。

(1)外圓探傷時，如何運用內孔回波調節(jié)400/φ2靈數(shù)度?(△=37dB)

(2)內孔探傷時，如何運用外圓回波調節(jié)400φ2敏捷度?(△=51dB)

13.用2.5P14Z探頭探傷厚為400mm的鍛俘，CL=5900m/s鍛件與試塊同材質a=0.01dB/mm。

(1)如何運用200/φ4的試塊(CS—1)不調節(jié)400/φ2敏捷度?(A=28dB)

(2)如何運用厚為100mm大平底試塊來調節(jié)400/φ2敏捷度?(△=61.5dB)

14.用2.5P14Z探頭探傷厚為400mm的鍛件，CL=5900m/s，鍛件與試塊同材質，a=0.005dB/mm，鍛件與試塊表面耦合損失差為5dB．問如何運用100/φ4試塊(CS一1)來調節(jié)00/φ2敏捷度?(△=44Db)

15.用2.5P20Z探頭探傷厚為500mm的餅形鋼鍛件，CL=5900m/s，運用底波調敏捷度，底波高50dB，探傷中在200mm處發(fā)現(xiàn)一缺點波高26dB，求此缺點的當量大小?(