第8章_锻件与铸件超声检测

第8章锻件与铸件超声检测8.1锻件超声检测8.1.1锻件加工及常见缺陷锻压过程：加热、形变、冷却。锻造方式：镦粗、拔长、滚压。热处理：正火、退火或调质。缺陷来源：铸锭中缺陷引起的缺陷；锻造过程及热处理中产生的缺陷。常见缺陷：缩孔、缩松、夹杂物、裂纹、折叠、白点。缺陷特点：与形成过程有关。除裂纹外，多数缺陷常常是沿金属流线方向分布。锻件金相低倍图锻件金相低倍图8.1.2检测方法概述检测方法：采用接触法或水浸法。可应用较高的检测频率，以满足高分辨力检测要求和实现对较小尺寸缺陷检测的目的。声束入射面和入射方向选择：考虑锻造变形工艺和流线方向，应尽可能使超声声束方向与锻造流线方向垂直。检测时机：原则上应选择在热处理后，冲孔、开槽等精加工之前进行。检测技术：纵波直入射检测、纵波斜入射检测、横波检测。1.轴类锻件的检测方法锻造工艺以拔长为主，缺陷取向大部分与轴线平行，并会有其他的分布及取向。检测方法：（1）直探头径向和轴向检测；（2）斜探头周向及轴向检测。2.饼类、碗类锻件的检测锻造工艺以镦粗为主，缺陷取向以平行于端面分布为主。检测方法：用直探头在端面检测。对于重要件或厚度大的锻件，应从两个端面进行检测，有时需从外圆面进行径向检测。3.筒形或环形锻件的检测锻造工艺是先镦粗，后冲孔，再滚压。缺陷的取向复杂。检测方法：（1）直探头从筒体外圆面或端面检测；（2）双晶探头从筒体外圆面或端面检测；（3）斜探头轴向和周向检测。8.1.3检测条件的选择1.探头的选择纵波直入射法选用单晶直探头，频率和晶片尺寸与被检材料有关。单晶直探头：a.低碳钢或低合金钢：检测频率2～5MHz，晶片尺寸Φ14mm～Φ25mm。b.奥氏体钢：检测频率0.2～2MHz，晶片尺寸Φ14mm～Φ30mm。双晶探头：频率5MHz。横波斜探头：折射角K=1.0。2.耦合选择检测面要求：表面粗糙度Ra≤６.３μm，表面平整均匀，无划伤、油垢、污物、氧化皮、油漆等。耦合损失补偿：在试块上调节检测灵敏度时，注意补偿试块与工件之间因曲率半径和表面粗糙度不同引起的耦合损失。耦合剂：常用机油、糨糊、甘油等，表面较粗糙时选用黏度更大的水玻璃。水浸法检测，对表面粗糙度的要求低于接触法。３.纵波直入射法检测面的选择原则上应从两个相互垂直的方向进行检测。并尽可能地检测到锻件的全体积。４.材质衰减系数的测定参见６.４.１节４.５.试块选择根据探头和检测面的情况选择试块。单晶直探头检测：采用CSⅠ标准试块；双晶直探头检测：工件检测距离小于45mm时，采用CSⅡ标准试块。曲面检测面：采用CSⅢ标准试块测定因曲率不同引起的耦合损失。8.1.4扫描速度和灵敏度的调节1.扫描速度的调节在试块上或在锻件上已知尺寸的部位上调节扫描速度。2.检测灵敏度的调节扫查灵敏度不低于最大检测距离处的Φ2mm平底孔当量直径。（1）底波调节法应用条件:锻件的被探部位厚度x≥3N，且具有平行底面或圆柱曲底面。1）计算：a.大平底或实心圆柱体底面，同距离处底波与平底孔回波的分贝差为：b.空心圆柱体，同距离处圆柱曲底面与平底孔回波分贝差为：2）基准灵敏度的调节：探头对准完好区的底面，调“增益”使底波B1达到基准高，然后用“衰减器”增益ΔdB。扫查灵敏度:在基准灵敏度的基础上提高5～10dB。ffBDxPP22lg20lg20DdDxPPffBlg102lg20lg202（2）试块调试法1）单直探头检测当锻件的厚度x＜3N或由于几何形状所限或底面粗糙时，根据检测要求选择相应的平底孔试块（CSⅠ、CSⅡ）调节检测灵敏度。调节“增益”将试块平底孔的最大回波达到基准高。注意：当试块表面形状、粗糙度与锻件不同时，需进行耦合补偿。当试块与工件的材质相差较大时，还应考虑介质衰减补偿。2）双晶直探头检测根据检测要求选择相应的平底孔试块（CSⅡ），测试一组距离不同直径相同的平底孔距离——波幅曲线，作为检测灵敏度。8.1.5缺陷位置和大小的测定1.缺陷位置的测定平面位置为探头中心处，缺陷深度xf为：xf＝nτf2.缺陷大小的测定（1）当量法：缺陷尺寸小于声束截面。a.当量计算法、当量AVG曲线法：缺陷位于x≥3N区域内；b.试块比较法：缺陷位于x＜3N区域内。（2）测长法：缺陷尺寸大于声束截面。a.6dB法：扫查过程中缺陷反射波只有一个高点情况；b.端点6dB法：扫查过程中缺陷反射波有多个高点情况。缺陷的指示长度:平面工件检测中，缺陷测长时，探头移动距离。圆柱体工件的周向检测：外圆周向测长时，缺陷的指示长度Lf为：内孔周向测长时，缺陷的指示长度Lf为：（3）底波高度法：确定缺陷的相对大小。1ffxRRLL2'ffxRrLL8.1.6缺陷回波的判断1.单个缺陷单个缺陷：指与邻近缺陷间距大于50mm，回波高不小于Φ2mm的缺陷。缺陷的位置和大小测定：当缺陷较小时，用当量法定量，当缺陷较大时，用6dB法测定其边界与面积范围。单个缺陷类型：夹杂、裂纹等2.分散缺陷分散缺陷：工件中缺陷较多且分散，缺陷彼此间距较大。在边长为50mm的立方体内少于5个，回波高不小于Φ2mm的缺陷。缺陷的位置和大小测定：分散缺陷一般不太大，常用当量法定量，同时要测定分散缺陷的位置。分散缺陷类型：分散性的夹杂。3.密集缺陷密集缺陷回波：示波屏上同时显示的缺陷回波很多，缺陷之间的间隔很小，甚至连成一片。密集缺陷划分：a.以缺陷的间距划分：规定相邻缺陷间的间距小于某一值。b.以单位长度时基线内显示的缺陷回波数量划分：规定在相当于工件厚度值的基线内，探头不动或稍作移动时，一定数量的缺陷回波连续或断续出现。c.以单位面积中的缺陷回波划分：规定在一定检测面积内缺陷回波数量超过某一值。d.以单位体积中的缺陷回波划分：规定在一定检测体积内缺陷回波数量多于规定值。密集缺陷类型：疏松、非金属夹杂、白点、成群的裂纹等。4.游动回波在圆柱体轴类锻件检测过程中，当探头沿轴的外圆移动时，示波屏上的缺陷波会随着该缺陷检测声程的变化而游动。这种游动的动态波形为游动回波。游动回波的产生：由于波束的不同部位（波束轴线、扩散波束）射至缺陷时，反射回波声程的变化引起的。5.底面回波根据底波变化情况，结合缺陷回波来判断锻件中的缺陷情况。a.平行于检测面的大缺陷；b.大面积且倾斜的缺陷或在检测面附近有大缺陷；c.密集性缺陷。8.1.7非缺陷回波分析常见的非缺陷回波：周向检测圆柱体锻件时产生的三角形反射波；轴向检测细长轴类锻件时出现的迟到波；锻件中存在与检测面成61°倾角的反射面时的61°反射波；锻件的台阶、凹槽等外形轮廓回波等。应根据锻件的结构形状、材质和锻造工艺，应用超声波反射、折射和波形转换理论分析判断。8.1.8锻件质量级别的评定（见JB/T4730.3-2005标准）8.2铸件超声检测8.2.1铸件的特点及常见缺陷1.组织不均匀2.组织不致密3.表面粗糙，形状复杂4.缺陷的种类和形状复杂缺陷种类：孔洞类（缩孔、缩松、疏松、气孔等）、裂纹冷隔类（冷裂、热裂、白点、冷隔和热处理裂纹）、夹杂类以及成分类（偏析）。8.2.2铸件超声检测特点1.超声波穿透性差2.杂波干扰严重3.缺陷检测要求低8.2.3铸件超声检测常用技术1.检测技术（1）缺陷反射波法纵波直探头：检测厚度较大，表面光滑的铸件，观察一次底面回波之前是否出现缺陷信号进行判断。斜探头：检测无法用纵波检测的部位(因裂纹形状和取向的原因)。双晶探头：检测近表面缺陷。（2）二次缺陷反射波法纵波直探头：检测厚度不大，表面较粗糙的铸件，观察一次底面回波和二次底面回波之间是否出现缺陷信号进行判断。（3）多次回波法纵波直探头：检测厚度较薄，材质均匀，检测面与底面平行的铸件。通过底面多次回波法检测。（4）分层检测法检测厚度特大的铸件。检测时将铸件厚度分成若干层，每一层分别用该层的深度调整灵敏度进行检测。利用仪器的距离幅度补偿（DAC）功能，不分层检测，可达到与分层检测同样的效果。8.2.4铸件的检测条件的选择1.探头以纵波直探头为主，辅以横波斜探头和纵波双晶探头。频率：厚度不大经过热处理的铸钢件，选用频率2.0～2.5MHz；厚度较大和未经热处理的铸钢件，选用频率0.5～2.0MHz。2.试块ZGZ系列平底孔对比试块。试块材质与被检件相似，不允许存在Φ2mm平底孔缺陷。试块平底孔直径分别为Φ3、Φ4、Φ6等三种，平底孔声程l为25、50、75、100、150、200六种。3.检测表面与耦合剂检测表面：检测前对被检件表面进行打磨清理，要求粗糙度Ra不大于12.5μm。耦合剂：常用黏度较大的耦合剂。4.透声性测试用纵波直探头对准工件底面，用衰减器测出底波B1与B2的dB差。测三点取平均值。8.2.5距离—波幅曲线的测试与灵敏度调节基准灵敏度:根据检测要求选定一组平底孔对比试块，测定工件与对比试块的透声性和耦合损失差ΔdB。作出该组试块的距离—波幅曲线（面板曲线），再增益ΔdB。扫查灵敏度:在基准灵敏度的基础上再提高增益6dB。8.2.6缺陷的判别与测定（1）缺陷回波达到距离—波幅曲线者；（2）底面回波幅度降低量≥12dB者；（3）不论缺陷回波高低，认为是线状或片状缺陷者。缺陷位置与大小测定：a.缺陷位置测定：由缺陷波前沿对应的水平刻度值来确定。b.缺陷面积测定：利用缺陷反射法判别缺陷时，用缺陷6dB法测定缺陷面积；采用底波12dB法时，用底波降低12dB作为缺陷边界测定缺陷面积。8.2.7铸钢件质量级别的评定（GB/T7233-87）根据平面型和非平面型缺陷的尺寸，分为五级。评定区面积为105mm2（317mm×317mm的正方形或面积相同的矩形），最严重的缺陷位于评定区内。