第8章锻件与铸件超声检测

第8章锻件与铸件超声检测•锻压过程：加热、形变、冷却。•锻造方式：自由锻：镦粗、拔长、滚压。模锻•热处理：正火、退火或调质。•组织性能：锻件晶粒一般较细，具有良好的透声性。8.1锻件超声检测8.1.1锻件加工及常见缺陷•缺陷特点：除裂纹外，多数缺陷常常是沿金属流线方向分布。•金属流线：铸锭组织在锻造过程中沿金属延伸方向被拉长，形成的纤维组织。一般代表锻造过程中金属延伸的主要方向。•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。8.1.2检测方法概述•检测方法：接触法或水浸法。•检测频率：应用较高检测频率，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缺陷具有一定方向性，分布和方向与锻造流线方向有关。选择入射面和入射方向应考虑锻造变形工艺和流线方向，并应尽可能使超声声束方向与锻造流线方向垂直。•表面状态：对于具有高检测灵敏度要求的关键部件，需对其表面和外形进行加工，使声入射面的粗糙度满足检测要求。•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。2.轴类锻件的超声检测•锻造工艺：以拔长为主•缺陷分布：大部分缺陷的取向与轴线平行。（1）直探头径向和轴向检测径向检测（主要方法）：探头置于轴的外圆作全面扫查，以发现纵向缺陷。轴向检测：探头置于轴的端面作全面扫查，以发现与轴线相垂直的横向缺陷。–当轴的长度太长或有多个直径不等的轴段时，有声束扫查不到的死区。（2）斜探头周向及轴向检测•周向检测：探头置于轴的外圆作周向扫查。•轴向检测：探头置于轴的外圆作轴向扫查。•考虑到缺陷的取向，检测时斜探头应作正、反两个方向的全面扫查。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：直探头检测。端面检测，探测与端面平行的缺陷。对于重要件或厚度大的锻件，应从两个端面进行检测。对于重要件，有时需增加在外圆面上的径向检测，以发现轴向缺陷。3.筒形或环形锻件的检测•锻造工艺：先镦粗，后冲孔，再滚压。缺陷的取向复杂。•检测方法：（1）直探头检测：从筒体外圆面或端面检测，探测与轴线平行的周向缺陷或与轴线垂直的横向缺陷；（2）双晶直探头检测：从筒体外圆面或端面检测，探测近表面缺陷；（3）斜探头检测：轴向检测，探测与轴线垂直的径向缺陷；周向检测，探测与轴线平行的径向缺陷。8.1.3检测条件的选择1.探头的选择•单晶直探头：低碳钢或低合金钢：可选用较高检测频率。奥氏体钢：选择较低的检测频率和较大的探头晶片尺寸，以提高信噪比。•双晶探头：检测小锻件或为检出近表面缺陷。频率5MHz。•横波斜探头：折射角K=1.0。2.耦合选择•检测面要求•耦合损失补偿•耦合剂•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。•锻件厚度超过400mm时，应从相对两端面进行100%扫查。4.材质衰减系数的测定•考虑材质衰减对缺陷定量的影响，需测定材质衰减系数。•测定方法测定第一次底面回波（B1或Bn）幅度和第二次底面回波（B2或Bm）幅度为同一基准高度时的衰减器读数的dB差值，按下列公式计算衰减系数。当x≤3N时：当x≥3N时：)nm(x/)mnlgBB(mn220x/)BB(26215.试块选择•根据探头和检测面的情况选择试块。•单晶直探头检测用试块CSⅠ试块形状和尺寸试块序号CSⅠ-1CSⅠ-2CSⅠ-3CSⅠ-4L50100150200D50608080检测距离＜45mm，采用CSⅡ标准试块。CSⅡ形状和尺寸•双晶直探头检测用试块试块序号孔径检测距离L123456789CSⅡ-1Φ251015202530354045CSⅡ-2Φ3CSⅡ-3Φ4CSⅡ-4Φ6•曲面检测面用试块采用CSⅢ标准试块测定因曲率不同引起的耦合损失。CSⅢ形状和尺寸8.1.4扫描速度和灵敏度的调节1.扫描速度的调节•应根据锻件的检测范围调节扫描速度。•试块的声速应与工件相同或接近。•调整方法：根据检测范围，利用已知尺寸的试块或工件上的两次不同反射波，通过调节仪器的扫描范围和延迟旋钮，使两个信号的前沿分别位相应的水平刻度处。•一般要求：第一次底波前沿位置不超过水平刻度极限的80%。（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。•底波法不需要试块，不需要考虑传输修正问题。•调节步骤：1）计算：底波与同距离处Φ2mm平底孔回波的分贝差。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公式为：ffBDxlgPPlg2220202.检测灵敏度的调节•检测灵敏度：不低于最大检测距离处的Φ2mm平底孔当量直径。（JB/T4730.3-2005规定）2）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：在检测灵敏度的基础上提高5～10dB。DdlgDxlgPPlgffB10220202b.空心圆柱体，同距离处圆柱曲底面与平底孔回波分贝差公式为：•“＋”——外圆径向检测，内孔凸柱面反射•“－”——内孔径向检测，外圆凹柱面反射（2）试块调试法1）单直探头检测•试块对比法应用条件：–锻件厚度x＜3N。–锻件几何形状所限或底面粗糙。调节方法：–根据检测对象，选择对应埋藏深度的CSⅠ或CSⅡ试块（Φ2mm平底孔）；–调节“增益”将试块平底孔的最大回波达到基准波高。注意：–试块表面形状、粗糙度与锻件不同时，进行耦合补偿。–试块与工件的材质相差较大时，要考虑介质衰减补偿。•试块计算法应用条件：锻件厚度x≥3N。调节方法：–计算试块基准平底孔与检测灵敏度所要求埋深与孔径的平底孔的回波声压分贝差，将基准平底孔回波调至荧光屏上规定高度以后，再用衰减或增益旋钮调节相应的增益量。–不同直径不同埋深的平底孔反射回波的声压分贝差：–计算值为负值提高仪器增益，计算值为正值降低仪器增益。考虑试块与受检件表面状态和材质衰减的差异，需预先测定传输修正值。jffjjfddxlgx40PP20lg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。•利用距离—波幅曲线调节检测灵敏度。选择曲线中在检测范围内回波幅度最低的平底孔进行调节。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•当量法：缺陷尺寸小于声束截面。当量计算法、当量AVG曲线法：缺陷位于x≥3N区域内；试块比较法：缺陷位于x＜3N区域内。•测长法：缺陷尺寸大于声束截面。6dB法：扫查过程中缺陷反射波只有一个高点情况；端点6dB法：扫查过程中缺陷反射波有多个高点情况。•底波高度法：利用底波的幅度变化来确定缺陷的相对大小。•缺陷指示长度：在平面工件检测中，按规定方法对缺陷进行测长时探头移动的距离。•圆柱体工件的周向检测：外圆周向测长，缺陷的指示长度Lf为：内孔周向测长，缺陷的指示长度Lf为：1ffxRRLL2ffxrr'LL8.1.6缺陷回波的判断1.单个缺陷•示波屏上单独出现的回波。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：小缺陷，用当量法定量；大缺陷，用6dB法测定其边界与面积范围。•缺陷类型：夹杂、裂纹等。2.分散缺陷•工件中缺陷多且分散，缺陷间距较大。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：用当量法定量，并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。•密集缺陷划分方法：以缺陷的间距划分：相邻缺陷间的间距小于某一值。以单位长度时基线内显示的缺陷回波数量划分：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。以单位面积中的缺陷回波划分：在一定检测面积内缺陷回波数量超过某一值。以单位体积中的缺陷回波划分：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。•锻件内不允许存在白点缺陷。•JB/T4730-2005规定：在边长50mm的立方体内，数量不少于5个，当量直径不小于Φ2mm的缺陷为密集缺陷。4.游动回波•游动回波：圆柱体轴类锻件检测中，探头沿轴的外圆移动时，示波屏上的缺陷波会随该缺陷检测声程的变化而游动。•游动回波产生原因：由波束的不同部位（波束轴线、扩散波束）射至缺陷时，反射回波声程和幅度的变化引起的。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。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。平行于检测面的大缺陷；大面积且倾斜的缺陷或在检测面附近有大缺陷；密集性缺陷。8.1.8锻件质量级别的评定（JB/T4730.3-2005标准）表6由缺陷引起底波降低量的质量分级dB表7单个缺陷的质量分级mm表8密集区缺陷的质量分级等级ⅠⅡⅢⅣⅤ密集区缺陷占检测总面积的百分比，%0＞0～5＞5～10＞15～20＞20等级ⅠⅡⅢⅣⅤ底波降低量BG/BF≤8＞8～14＞14～20＞20～26＞26注：本表仅适用于声程大于近场区长度的缺陷•表6、表7和表8等级应作为独立的等级分别使用。•当缺陷被检测人员判定为危害性缺陷时，锻件的质量等级为Ⅴ级。等级ⅠⅡⅢⅣⅤ缺陷当量直径≤Φ4Φ4＋(＞0dB～8dB)Φ4＋(＞8dB～12dB)Φ4＋(＞12dB～16dB)＞Φ4＋168.2铸件超声检测8.2.1铸件的特点及常见缺陷•组织不均匀•组织不致密•表面粗糙，形状复杂•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•超声波穿透性差•杂波干扰严重•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。•检测频率：–厚度不大经过热处理的铸钢件，频率2.0～2.5MHz；–厚度较大和未经热处理的铸钢件，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d