第八章鍛件與鑄件超聲檢測(cè)第一節(jié)鍛件超聲檢測(cè)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(guò)程包括加熱、形變、成型和冷卻。鍛造工藝可分為：鐓粗、拔長(zhǎng)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(diǎn)、折疊等。熱處理缺陷主要有：裂紋等。

按時(shí)機(jī)鍛件檢測(cè)可有原材料或在制過(guò)程中檢測(cè)，產(chǎn)品檢驗(yàn)及在役檢驗(yàn)。

一般要求鍛件檢測(cè)應(yīng)在熱處理后進(jìn)行，因?yàn)闊崽幚砜梢约?xì)化晶粒、減少衰減，此外還可以發(fā)現(xiàn)熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷。

對(duì)于帶孔、槽和臺(tái)階的鍛件，檢測(cè)應(yīng)在孔、槽和臺(tái)階加工前進(jìn)行。因?yàn)榭?、槽和臺(tái)階對(duì)檢測(cè)不利，容易產(chǎn)生各種非缺陷信號(hào)。

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

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

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(cè)是最主要的檢測(cè)方法。（3）筒形鍛件檢測(cè)

由于鑄錠中質(zhì)量最差的中心部分已被沖孔時(shí)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(cè)。但對(duì)于壁厚較薄的筒形鍛件，須加用斜探頭探測(cè)3檢測(cè)條件的選擇1、探頭的選擇碳鋼或低合金鋼：?jiǎn)尉е碧筋^：2~5M

Φ14mm~

Φ25mm奧氏體鋼：0.5~2M

Φ14mm~

Φ25mm雙晶直探頭：補(bǔ)充檢測(cè)直探頭盲區(qū)和近場(chǎng)區(qū)橫波檢測(cè)：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(cè)方法：鍛件應(yīng)進(jìn)行縱波檢測(cè)，對(duì)筒形和環(huán)形鍛件還應(yīng)增加橫波檢測(cè)。

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(cè)面上從兩個(gè)相互垂直的方向全面掃查。鍛件厚度超過(guò)400mm時(shí)，應(yīng)從相對(duì)兩端面進(jìn)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(cè)定

在工件無(wú)缺陷完好區(qū)域，選取三處檢測(cè)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(shí)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(jì)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(jì)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(cè)厚度，mm；N——單直探頭近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度，mm；m、n——底波反射次數(shù)。試塊序號(hào)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(cè)距離小于45mm時(shí)，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(hào)孔徑檢測(cè)距離L123456789CSⅡ-1φ251015202530354045CSⅡ-2φ3CSⅡ-3φ4CSⅡ-4φ6

檢測(cè)面是曲面時(shí)，應(yīng)采用CSⅢ標(biāo)準(zhǔn)試塊來(lái)測(cè)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(cè)范圍來(lái)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(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度，且探測(cè)面與底面平行時(shí)，原則上可采用底波計(jì)算法確定基準(zhǔn)靈敏度。對(duì)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(chǎng)區(qū)時(shí)，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(cè)試一組不同檢測(cè)距離的φ3平底孔（至少三個(gè)）。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(cè)距離處的φ2mm平底孔當(dāng)量直徑。

計(jì)算缺陷當(dāng)量時(shí)，若材質(zhì)衰減系數(shù)超過(guò)

4dB/m，應(yīng)考慮修正。

當(dāng)被檢部位厚度x≥3N時(shí)，且鍛件具有平行底面或圓柱曲底面時(shí)，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(cè)定1、缺陷位置的測(cè)定

2、缺陷大小的測(cè)定：被檢缺陷的深度大于或等于探頭的三倍近場(chǎng)區(qū)時(shí)，采用AVG曲線及計(jì)算法確定缺陷當(dāng)量。對(duì)于三倍近場(chǎng)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(lái)確定缺陷當(dāng)量。也可采用其他等效方法來(lái)確定。當(dāng)量計(jì)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(píng)級(jí)。

步驟1：計(jì)算掃查靈敏度(Φ2)，△1=20lg[λT/(2π)]步驟2：△=40lg(Df1x2/Df2x1)=40lg(Df1T/2T實(shí)際操作時(shí)：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(cè)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(jì)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(diǎn)6dBFB6dB缺陷測(cè)長(zhǎng)法

圓形鍛件：Lf=L(R-xf)/R(外圓檢測(cè))

Lf=L(r+xf)/r(內(nèi)圓檢測(cè))LfLLf缺陷回波的判別1）單個(gè)缺陷回波它可能是單個(gè)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(shí)有5個(gè)或5個(gè)以上的缺陷反射信號(hào)；或

是在50mm×50mm的檢測(cè)面上發(fā)現(xiàn)在同一深度范圍內(nèi)有5個(gè)或5個(gè)以上的缺陷反射信號(hào)。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(diǎn)或成群的裂紋。

鍛件不允許存在白點(diǎn)。通常白點(diǎn)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(diǎn)有時(shí)甚至?xí)沟酌婊夭ㄍ耆?。這

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

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

缺陷回波的游動(dòng)表明在探頭移動(dòng)過(guò)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(shuō)明鍛件中存在平行檢測(cè)面的大面積缺陷。

缺陷波和底波都很低甚至消失，說(shuō)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(shuō)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(xì)長(zhǎng)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(guò)φ4mm的單個(gè)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(jí)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(jí)>1評(píng)4定~20>2d0B~26>26注：本表僅適用于聲程大于近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度的缺陷。等級(jí)ⅠⅡⅢⅣⅤ缺陷當(dāng)量直徑≤φ4表φ4+（>0

dB7~8單dB個(gè)）缺φ4+（>8

dB~陷12的dB質(zhì)B質(zhì)）量φ4+（>12

dB~等16級(jí)6級(jí)d評(píng)B）定＞φ4+16dBmm表8

密集區(qū)缺陷的質(zhì)量等級(jí)評(píng)定等級(jí)ⅠⅡⅢⅣⅤ密集區(qū)缺陷占檢測(cè)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(jiàn)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(shí)體積收縮時(shí)得不到補(bǔ)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(diǎn) 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(cè)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