《超声波检测第六章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超声波检测第六章（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、锻件与铸件超声波探伤 梁 国 利 电 话：13676930185 E-mail:LGL 河 南 第 二 火 电 建 设 公 司,第六章 锻件与铸件超声波探伤 锻件和铸件是制造各种机械设备及锅炉、压力容器的重要毛坯件，特别是锻件，在高参数大型容器中和受压元件制造中应有非常广泛。它们在生产加工过程中常会产生一些缺陷，影响设备的安全使用，因此有必要对其进行超声检测。本章重点讨论锻件检测问题，对铸件检测也将作简单介绍。,6.1 锻件超声探伤6.1.1 锻件加工及常见缺陷 锻件是将铸锭或锻坯在锻锤或模具的压力下变形制成一定形状和尺寸的零件毛坯。锻压过程包括加热、变形和冷却。锻造的方式大致分为镦粗、拔长和
2、滚压，镦粗是锻压力施加于坯料的两端，形变发生在横截面上，拔长是锻压力施加于坯料的外圆，形变发生在长度方向。滚压是先镦粗坯料，然后冲孔，再插入芯棒并在外圆施加锻压力。滚压既有纵向变形，又有横向变形。其中镦粗主要用于饼类锻件，拔长主要用于轴类锻件，而筒形锻件一般先镦粗，后冲孔，再滚压。,为了改善锻件的组织性能，锻后还要进行正火、退火或调质等热处理，因此锻件的晶粒一般都很细，有良好的透声性。 锻件中的缺陷主要有两个来源：一种是由铸锭中缺陷引起的缺陷；另一种是锻造过程及热处理中产生的缺陷。常见的缺陷类型有：1.缩孔缩孔是铸锭冷却收缩时在头部形成的缺陷，锻造时因切头量不足而残留下来，多见于轴类锻件的头部
3、，具有较大的体积，并位于横截面中心，在轴向具有较大的延伸长度。,2.缩松 缩松是在铸锭凝固收缩时形成的孔隙和孔穴，在锻造过程中因变形量不足而未被消除。缩松多出现在大型锻件中。3.夹杂物 根据其来源或性质，夹杂物分为内在夹杂物、外来非金属夹杂物和金属夹杂物。内在非金属夹杂物是铸锭中包含的脱氧剂、合金元素与气体的反应物尺寸较小，常漂浮于熔液上，最后集结在铸锭中心及头部。 外来非金属夹杂物是冶炼、浇注过程中混入的耐火材料或杂质，尺寸较大，故常混杂于铸锭下部。偶然落入的非金属夹杂则无确定位置。,金属夹杂物是冶炼时加入合金较多且尺寸较大，或者浇注时飞溅小颗粒或异种金属落入后未被完全熔化而形成的缺陷。4.
4、裂纹 锻件裂纹的形成原因很多。按形成原因，裂纹的种类可大致分为以下几种：因冶金缺陷（如缩孔残余）在锻造时扩大形成的裂纹。因锻造工艺不当（如加热温度过高、加热速度过快、变形不均匀、变形量过大、冷却速度过快等）而形成的裂纹。 热处理过程中形成的裂纹。如淬火时加热温度较高，是锻件组织粗大，淬火时可能产生裂纹；冷却不当引起的开裂，回火不及时或不当，由锻件内部残余应力引起的裂纹。,5.折叠（新教材内容） 热金属的突出部位被压折并嵌入锻件表面形成的缺陷称为折叠，多发生在锻件的内圆角和尖角处。折叠表面上的氧化层，能使该部位的金属无法连接。6.白点 白点是锻件含氢较高，锻后冷却过快，钢中溶解的氢来不及逸出，造
5、成应力过大引起的开裂。白点主要集中在锻件大截面中心。合金总含量超过3.54.0和含Cr、Ni、Mn的合金钢大型锻件容易产生白点。白点在钢中总是成群出现。,(钢锻件中由于氢的存在所产生的小裂纹称为白点。白点对钢材的力学性能影响很大，当白点平面垂直方向受应力作用时，会导致钢件突然断裂。因此，钢材不允许白点存在。白点多在高碳钢、马氏体钢和贝氏体钢中出现。奥氏体钢和低碳铁素体钢一般不出现白点)。 锻件中缺陷所具有的特点与其形成过程有关。铸锭组织在锻造过程中沿金属延伸方向被拉长，由此形成的纤维状组织通常被称为金属流线。金属流线方向一般代表锻造过程中金属延伸的主要方向。除裂纹外，锻件中的多数缺陷，尤其是由
6、铸锭中缺陷引起的锻件缺陷常常是沿金属流线方向分布的，这是锻件中缺陷的重要特征之一。,6.1.2 探伤方法概述 按探伤时间分类，锻件探伤可分为原材料探伤和制造工程中的探伤，产品检验及在役检验。锻件可采用接触法或水浸法进行检测。随着计算机技术的发展，以及人们对于水浸法便于实现自动检测、人为因素少、检测可靠性高的特点的认识不断加深，那些要求高分别力、高灵敏度和高可靠性检测的重要锻件，越来越多地采用水浸法进行检测。锻件的组织很细，由此引起的声波衰减和散射影响相对较小，因此，锻件上有时可以用较高的检测频率（如10MHz以上），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。,由于经过锻造变形，锻件
7、中的缺陷一般具有方向性。通常冶金缺陷的分布和方向与锻造流线方向有关。因此，为了得到最好的检测效果，锻件检测时声束入射面和入射方向的选择需要考虑锻造变形工艺和流线方向，并应尽可能使声束方向与锻造流线方向垂直。以模锻为例，模锻件的变形流线是与外表面平行的，因此检测时一般要求超声声束方向应与外表面垂直入射，扫查需沿外表面形状进行，通常需要采用水浸法或水套探头方可实现。 锻件常用于使用安全要求较高的关健部件，因此，通常需要对其表面和外形进行加工，以保证锻件具有光滑的声入射面满足高灵敏度检测的需要，同时使其外形尽可能为超声波覆盖整个锻件区域提供方便的入射面。,锻件检测的时机，原则上应选择在热处理后，冲孔
8、、开槽等精加工之前进行。因为孔、槽、台阶等复杂形状会形成超声声束无法到达的区域，增加检测的盲区，同时可能产生应形状引起的非缺陷干扰波，影响缺陷的检测和判别。而在热处理后进行检测，有利于发现热处理过程产生的缺陷，如热处理裂纹等。锻件超声检测常用技术有：纵波直入射检测、纵波斜入射检测、横波检测。由于锻件外形可能很复杂，有时为了发现不同取向的缺陷，在同一个锻件上需同时采用纵波和横波检测。其中纵波直入射检测是最基本的检测方式。,1.轴类锻件的检测方法 轴类锻件的锻造工艺主要以拔长为主，因而大部分缺陷的取向与轴线平行，此类缺陷的检测以纵波直探头从径向检测效果最佳。考虑到缺陷会有其他的分布及取向。因此轴类
9、锻件检测，还应辅以直探头在端面的轴向检测，必要是还应附以斜探头的径向检测及轴向检测。 （1）直探头径向和轴向检测 如图6.1所示，用直探头作径向检测时也将探头置于轴的外圆作全面扫查，以发现轴类锻件中常见的纵向缺陷。用直探头作轴向检测时，探头置于轴的端面，并在轴端作全面扫查，以检出与轴线垂直的横向缺陷。但当轴的长度太长或轴有多个直径不等的轴段时，会有声束扫查不到的死区，因而此方法有一定的局限性。,图 6.1 轴类锻件直探头径向、轴向探伤（2）斜探头周向及轴向检测 当缺陷呈径向且为单片状时，或轴上有几个不同直径的轴段，直探头径向或轴向检测都很难发现。此时，需要使用适当折射角的斜探头作周向及轴向检测
10、。考虑到缺陷的取向，检测时探头应作正、分两个方向的全面扫查，如图6.2所示。,图 6.2 轴类锻件斜探头周向、轴向探伤,2.饼类、碗类锻件的检测 饼类和碗类锻件的锻造工艺主要以敦促为主，缺陷以平行端面分布为主，所以用直探头在端面检测是检出缺陷的最佳方法。 对于某些重要的饼类、碗类锻件或厚度大的锻件，应从两个端面进行检测，此外有时还需从外园面径向检测，如图6.3所示。 从端面检测时，探头置于锻件端面进行全面检测，以检出与端面平行的缺陷。从锻件侧面进行径向检测时，探头在锻件侧面扫查，以发现某些轴向缺陷。,3.筒形或环形锻件的检测 筒形或环形锻件的锻造工艺是先镦粗，后冲孔，再滚压。因此，缺陷的取向比
11、轴类锻件和饼类锻件中的缺陷取向复杂，所以该类锻件的检测既需要进行纵波直入射检测，还应进行横波斜探头检测。由于铸锭中质量较差的中心孔部分已被冲孔时去除，因而筒形或环形锻件的质量一般较好。（1）直探头检测 如图6.4所示，用直探头从筒体外圆面或端面进行检测。外圆检测的目的是为了发现与轴线平行的周向缺陷，端面检测的目的是发现与轴线垂直的横向缺陷。,图 6.4筒类锻件直探头探伤 图 6.5 筒类锻件斜探头探伤,（2）双晶直探头检测 是为了检测筒体近表面缺陷，可采用双晶直探头从外圆面或端面检测，如图6.4所示。（3）斜探头检测 如图6.5所示，轴向缺陷检测是为了发现与轴线垂直的径向缺陷，周向检测是为了发
12、现与轴线平行的径向缺陷。周向检测时，缺陷定位应考虑修正。6.1.3 检测条件的选择 1.探头的选择 对于纵波直入射法，可选用单晶直探头，其参数如公称频率和探头晶片与被检材料有关，若材料为低碳钢或低合金钢，可选用较高的检测频率，常用25MHz，探头晶片尺寸为14mm25mm；若材料为奥氏体钢，为了避免出现“草状回波”，提高信噪比，可选择较低,的频率和较大的探头晶片尺寸，频率常为0.52MHz，晶片尺寸为14mm30mm。对于较小锻件或为了检出近表面缺陷，考虑到探头的盲区和近场区的影响，还可选用双晶直探头，常用频率为5MHz。对于横波检测，一般选择的斜探头进行检测。2.耦合选择接触法时，为了实现较
13、好的声耦合，一般要求检测面的表面粗糙度RS不高于6.3m，表面平整均匀，无划伤、油垢、污物、氧化皮、油漆等。当在试块上调节检测灵敏度时，要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，锻件检测时，常用机油、浆糊、甘油等作耦合剂，当锻件表面粗糙时也可选用黏度更大的水玻璃作耦合剂。,水浸法时，对检测表面的要求低于接触法。3.扫查方式的选择 锻件探伤时，原则上应在探测面上从两个相互垂直的方向进行全面扫查，并尽可能地检测到锻件的全体积，若锻件厚度超过400mm时，应从相对两端进行100的扫查。扫查覆盖面应为探头直径的15，探头移动速率不大于150mm/s。扫查过程中要注意观察缺陷波的
14、情况和底波的变化情况。4.材质衰减系统的测定 当锻件尺寸较大时，材质的衰减对缺陷定量有一定的影响。特别是若材质衰减严重时，影响更明显。因此，在锻件检测中有时要测定材质的衰减系数，衰减系数的测定参见6.4.1节。,式中 B1-B2无缺陷处第一。二次底波高的分贝差；X底波声程（单程）。 值得注意的是：测定衰减系数时，探头所对锻件底面应光洁干净，底面形状为大平底或园柱面，x3N，测试处无缺陷。一般选取三处进行测试，最后取平均值。,（dB/mm） (6.1),5.试块选择锻件检测中，要根据探头和检测面的情况选择试块。采用纵波直探头探伤时，常选用CS和CS试块来调节探伤灵敏度和对缺陷定量。采用单晶直探头
15、检测时，常选用CS标准试块，其结构尺寸见JB/T4730.3-2005图4和表4。当工件检测距离小于45mm时，应采用双晶直探头，常选用图6.6所示的CS标准试块来调节探伤灵敏度和对缺陷定量。该试块的人工缺陷为平底孔，孔径有2、3、4、6等四种，距离L分别为5、10、15、20、25、30、35、40、45mm。当探测面为曲面时，应采用曲面底面对比试块来测定由于曲率不同引起的耦合损失。对比试块如图6.7所示。,表81 CS标准试块尺寸,表82 CS标准试块尺寸,6.探伤时机 锻件超声波探伤应在热处理后进行，因为热处理可以细化晶粒，减少衰减，此外，还可以发现热处理过程中产生的缺陷。对于带孔、槽和
16、台阶的锻件，超声波探伤应在孔、槽、台阶加工前进行。因为孔、槽、台阶对探伤不利，容易产生各种非缺陷回波。当热处理后材质衰减仍较大且对于探伤结果有较大影响时，应重新进行热处理。6.1.4 扫描速度和灵敏度的调节1.扫描速度的调节锻件检测前，一般根据锻件要求的检测范围来调节扫描速度，以便发现缺陷，并对缺陷定位。,扫描速度的调节可在试块上进行，也可在锻件上尺寸已知的部位上进行，在试块上调节扫描速度时，试块上的声速应尽可能与工件相同或相近。 调节扫描速度时，一般要求第一次底波前沿位置不超过水平刻度极限的80，以利观察一次底波之后的某些信号情况。PB2.探伤灵敏度的调节 锻件的探伤灵敏度是由锻件技术文件要求或有关标准确定的。一般不低于最大检测距离处的2mm平底孔当量直径。 调节锻件检测灵敏度的方法有两种：一种是利于锻件底波来调节，另一种是利用试块来调节。,
