第八章鍛件與鑄件超聲檢測詳解

第八章鍛件與鑄件超聲檢測第一節(jié)鍛件超聲檢測1.鍛件的制造方法和主要缺陷

鍛件是由熱態(tài)鋼錠鍛造而成，鍛造過程包括加熱、形變、成型和冷卻。鍛造工藝可分為：鐓粗、拔長和滾壓。

為了改變鋼材的組織和改善鋼的性能，鍛件往往要經(jīng)熱處理。鍛件的熱處理方法主要有：退火、正火和調(diào)質(zhì)。

鍛件缺陷可分為原材料缺陷（即鍛坯中存在的缺陷，主要是鑄造缺陷），鍛造缺陷和熱處理缺陷。鑄造缺陷主要有：縮孔殘余、疏松、夾雜、裂紋。鍛造缺陷主要有：裂紋、白點、折疊等。熱處理缺陷主要有：裂紋等。

按時機鍛件檢測可有原材料或在制過程中檢測，產(chǎn)品檢驗及在役檢驗。

一般要求鍛件檢測應(yīng)在熱處理后進行，因為熱處理可以細化晶粒、減少衰減，此外還可以發(fā)現(xiàn)熱處理過程中產(chǎn)生的缺陷。

對于帶孔、槽和臺階的鍛件，檢測應(yīng)在孔、槽和臺階加工前進行。因為孔、槽和臺階對檢測不利，容易產(chǎn)生各種非缺陷信號。

鍛件檢測中采用的探頭類型和探測方向是根據(jù)所要檢測的主要缺陷的分布、形狀和取向而定的。（1）軸類鍛件檢測

軸類鍛件在鍛造時主要承受拔長，因而缺陷主要沿軸向分布，所以直探頭徑向檢測是主要的檢驗方式。另外還可有直探頭軸向檢測（主要探測與軸垂直的橫向缺陷）；斜探頭周向檢測（探測輻射狀分布的平面型缺陷）和斜探頭軸向檢測（探測直探頭軸向探測所未能探測到或靈敏度不足的區(qū)域）。見圖3-69圖3-69軸類鍛件超聲探測方向。（a）直探頭徑向探測（b）直探頭軸向探測（c）斜探頭周向探測（d）斜探頭軸向探測。（2）餅類鍛件檢測

餅類鍛件主要經(jīng)受鐓粗工藝，因而缺陷分布主要平行于端面。所以用直探頭在端面檢測是最主要的檢測方法。（3）筒形鍛件檢測

由于鑄錠中質(zhì)量最差的中心部分已被沖孔時去除，因而鍛件質(zhì)量一般較好。筒形鍛件一般在端面及外圓作直探頭檢測。但對于壁厚較薄的筒形鍛件，須加用斜探頭探測3檢測條件的選擇1、探頭的選擇碳鋼或低合金鋼：單晶直探頭：2~5M

Φ14mm~

Φ25mm奧氏體鋼：0.5~2M

Φ14mm~

Φ25mm雙晶直探頭：補充檢測直探頭盲區(qū)和近場區(qū)橫波檢測：一般選擇K12、耦合方式注意曲面工件曲率的影響JB/T4730.3-2005規(guī)定

檢測方法：鍛件應(yīng)進行縱波檢測，對筒形和環(huán)形鍛件還應(yīng)增加橫波檢測。

探頭：雙晶直探頭的公稱頻率應(yīng)選用5MHz。探頭晶片面積不小于150mm2；單晶直探頭的公稱頻率應(yīng)選用2～5MHz，探頭晶片一般為φ14～φ25mm。

掃查方法，原則上應(yīng)在探測面上從兩個相互垂直的方向全面掃查。鍛件厚度超過400mm時，應(yīng)從相對兩端面進行100%的掃查。耦合：表面粗糙度R≤6.3um。工件材質(zhì)衰減系數(shù)的測定

在工件無缺陷完好區(qū)域，選取三處檢測面與底面平行且有代表性的部位，調(diào)節(jié)儀器使第一次底面回波幅度（B1或Bn）為滿刻度的50%，記錄此時衰減器的讀數(shù)，再調(diào)節(jié)衰減器，使第二次底面回波幅度（B2或Bm）為滿刻度的50%，兩次衰減器讀數(shù)之差即為（B1-B2）或（Bn-Bm）的dB差值（不考慮底面反射損失）。

工件上三處衰減系數(shù)的平均值即作為該工件的衰減系數(shù)。衰減系數(shù)的計算公式（T＜3N，且滿足n＞3N/T，m=2n，α=［（Bn-Bm）-6］/2（m-n）T衰減系數(shù)的計算公式（T≥3N）α=［（B1-B2）-6］/2Tα——衰減系數(shù)，dB/m（單程）；（Bn-Bm）——兩次衰減器的讀數(shù)之差，dB；T——工件檢測厚度，mm；N——單直探頭近場區(qū)長度，mm；m、n——底波反射次數(shù)。試塊序號CSⅠ-1單直探CSⅠ-2頭標(biāo)CSⅠ-3準(zhǔn)試CSⅠ-4塊L50100150200D50608080CSⅠ標(biāo)準(zhǔn)試塊雙晶直探頭試塊a)工件檢測距離小于45mm時，應(yīng)采用CSⅡ標(biāo)準(zhǔn)試塊。b)CSⅡ試塊的形狀和尺寸應(yīng)符合圖5和表5的規(guī)定。圖5

CSⅡ標(biāo)準(zhǔn)試塊試塊序號孔徑檢測距離L123456789CSⅡ-1φ251015202530354045CSⅡ-2φ3CSⅡ-3φ4CSⅡ-4φ6

檢測面是曲面時，應(yīng)采用CSⅢ標(biāo)準(zhǔn)試塊來測定由于曲率同而引起的聲能損失，其形狀和尺寸按圖6所示。圖6

CSⅢ標(biāo)準(zhǔn)試塊4掃描速度和靈敏度的調(diào)節(jié)掃描速度的調(diào)節(jié)根據(jù)鍛件的檢測范圍來確定調(diào)節(jié)掃描速度?？梢栽谠噳K上或鍛件上調(diào)節(jié)。一般B1位于屏幕水平

80%位置。單直探頭基準(zhǔn)靈敏度的確定當(dāng)被檢部位的厚度大于或等于探頭的三倍近場區(qū)長度，且探測面與底面平行時，原則上可采用底波計算法確定基準(zhǔn)靈敏度。對由于幾何形狀所限，不能獲得底波或壁厚小于探頭的三倍近場區(qū)時，可直接采用CSⅠ標(biāo)準(zhǔn)試塊確定基準(zhǔn)靈敏度。雙晶直探頭基準(zhǔn)靈敏度的確定使用CSⅡ試塊，依次測試一組不同檢測距離的φ3平底孔（至少三個）。調(diào)節(jié)衰減器，作出雙晶直探頭的距離-波幅曲線，并以此作為基準(zhǔn)靈敏度。

掃查靈敏度一般不得低于最大檢測距離處的φ2mm平底孔當(dāng)量直徑。

計算缺陷當(dāng)量時，若材質(zhì)衰減系數(shù)超過

4dB/m，應(yīng)考慮修正。

當(dāng)被檢部位厚度x≥3N時，且鍛件具有平行底面或圓柱曲底面時，常用底波調(diào)節(jié)法。大平底：△=20lgPB/Pf=20lg[2λx/(πDf2)]

空心圓柱體：△=20lgPB/Pf=20lg[2λx/(πDf210lg(d/D)缺陷位置和大小的測定1、缺陷位置的測定

2、缺陷大小的測定：被檢缺陷的深度大于或等于探頭的三倍近場區(qū)時，采用AVG曲線及計算法確定缺陷當(dāng)量。對于三倍近場區(qū)內(nèi)的缺陷，可采用單直探頭或雙晶直探頭的距離-波幅曲線來確定缺陷當(dāng)量。也可采用其他等效方法來確定。當(dāng)量計算法

1、平底面或?qū)嵭膱A柱體：2、空心圓柱體：外+內(nèi)－大平底回波聲壓：△=20lg(x2/x1)平底孔回波聲壓：△=40lg(Df1x2/Df2x1)

平底孔與大平底回波聲壓：△=20lg[2λx/(πDf2)]

例：有一厚度T的平底鍛件，探傷中在T1處發(fā)現(xiàn)一缺陷，比掃查靈敏度高△dB，要求評級。

步驟1：計算掃查靈敏度(Φ2)，△1=20lg[λT/(2π)]步驟2：△=40lg(Df1x2/Df2x1)=40lg(Df1T/2T實際操作時：1、將底面回波調(diào)到60%屏高，記下dB1，

2、發(fā)現(xiàn)缺陷后將缺陷波調(diào)到60%屏高，記下dB2，缺陷深度，利用公式△=dB2

-dB1=20lg[2λx/(πDf2)]就可以求缺陷當(dāng)量值。6缺陷位置和大小的測定1、缺陷位置根據(jù)缺陷刻度和掃描速度1：n確定2、缺陷大小X≥3N當(dāng)量計算或AVGX<3N試塊比較法

缺陷尺寸大于聲束截面直徑：6dB和端點6dBFB6dB缺陷測長法

圓形鍛件：Lf=L(R-xf)/R(外圓檢測)

Lf=L(r+xf)/r(內(nèi)圓檢測)LfLLf缺陷回波的判別1）單個缺陷回波它可能是單個的雜質(zhì)或裂紋所引起。2)密集缺陷在熒光屏掃描線相當(dāng)于50mm聲程范圍內(nèi)同時有5個或5個以上的缺陷反射信號；或

是在50mm×50mm的檢測面上發(fā)現(xiàn)在同一深度范圍內(nèi)有5個或5個以上的缺陷反射信號。其反射波幅均大于某一特定當(dāng)量缺陷基準(zhǔn)反射波幅。

密集缺陷可以是疏松、非金屬夾雜、白點或成群的裂紋。

鍛件不允許存在白點。通常白點的分布范圍較大，且基本集中在中心部位，它的回波清晰、尖銳，

成群的白點有時甚至?xí)沟酌婊夭ㄍ耆А＿@

些特點是判斷鍛件中白點的依據(jù)。FB3)分散缺陷：缺陷較多且分散，間距較大。4）游動回波

隨探頭在探測面上的移動，缺陷回波也在時基線上隨之移動。當(dāng)回波的移動距離超過一定范圍時（一般大于25mm），稱為游動回波。

缺陷回波的游動表明在探頭移動過程中缺陷與探頭間的聲程在變化。圖3-74和圖3-75是立體型缺陷和內(nèi)孔裂紋的回波包絡(luò)線。圖3-74立體型缺陷的回波包絡(luò)線圖3-75內(nèi)孔裂紋的回波包絡(luò)線5）林狀回波又稱草狀回波它可能由材料晶粒粗大所引起。B6)底面回波

缺陷波很高且多次重復(fù)，底波低甚至消失，說明鍛件中存在平行檢測面的大面積缺陷。

缺陷波和底波都很低甚至消失，說明鍛件中存在大面積但傾斜的缺陷。

缺陷回波密集相連，底波下降明顯或消失，說明鍛件中存在密集性缺陷。非缺陷回波1)三角反射波：圓柱形，1.3d、1.67d2)遲到波：細長軸，B1之后0.76d間距

3)61°反射波：缺陷或結(jié)構(gòu)面成61°特定角。輪廓回波：各種輪廓。JB/T4730.3-2005規(guī)定缺陷記錄1記錄當(dāng)量直徑超過φ4mm的單個缺陷的波幅和位置2密集區(qū)缺陷3底波降低量應(yīng)按表6的要求記錄等級ⅠⅡⅢⅣⅤ底波降表低6量由缺B陷G/引BF起底波≤降8

低量的>8質(zhì)~1量4

等級>1評4定~20>2d0B~26>26注：本表僅適用于聲程大于近場區(qū)長度的缺陷。等級ⅠⅡⅢⅣⅤ缺陷當(dāng)量直徑≤φ4表φ4+（>0

dB7~8單dB個）缺φ4+（>8

dB~陷12的dB質(zhì)B質(zhì)）量φ4+（>12

dB~等16級6級d評B）定＞φ4+16dBmm表8

密集區(qū)缺陷的質(zhì)量等級評定等級ⅠⅡⅢⅣⅤ密集區(qū)缺陷占檢測總面積的百分比，%0>0~5>5~10>10~20>20第二節(jié)鑄件超聲波探傷

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

縮孔：由于金屬液冷卻凝固時體積收縮時得不到補縮而形成的缺陷，多位于澆冒口附近和截面積最大部位或截面積突變處。夾雜：包括非金屬夾雜和金屬夾雜裂紋：鑄件特點 1、透聲性差：組織不致密、不均勻、晶粒粗大、透聲性差2、聲耦合差3、干擾雜波多

由于以上原因，鑄件探傷比較困難，但鑄件質(zhì)量要求比較低。檢測參數(shù)1、探頭：f

0.5~2.5M

Φ10~Φ30

2、試塊：GB7233-87標(biāo)準(zhǔn)ZGZ系列平底