《超声检测应》ppt课件

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1、2-2-4 超声检测应用 (1) 锻件检测 锻件中缺陷大致分为由铸锭中缺陷引起的和锻造过程中所产生的两种类型，常见缺陷如下。 A 缩孔 铸锭冷却收缩时形成的孔洞，锻造前切头量不足而残留下来，常见于轴类锻件一端、并位于横截面中心，具有较大的体积和轴向长度。,B 缩松 铸锭冷却收缩时形成不致密和小孔穴，单个尺寸很小，呈弥散分布，当锻件锻压比不足时未能焊合，这种缺陷一般也在锻件中心。 C 夹杂物 根据其来源和牲质可分为：内在非金属夹杂物、外来非金属夹杂物和金属夹杂物。内在非金属夹杂物尺寸较小，常被钢液漂浮、位于钢锭的最后凝固区域。外来非金属夹杂物尺寸较大，位置不固定。,D 裂纹 裂纹种类甚多，形成的

2、原因不一，有的是缩孔残余在锻造时扩大而形成的裂纹，有的是锻造加热不当或工艺不当(如加热温度过高，加热速度过快，变形不均匀等)而形成的裂纹。 有的是热处理过程中形成的裂纹，如淬火时加热温度过高，使钢的组织粗大，淬火时可能产生裂纹。冷却不当也容易引起开裂，淬火后不及时回火或回火不妥也产生裂纹，甚至在严重时会自行炸裂。,锻件的超声波检测，可分为早期检测、验收检测和维护性检测3种。 早期检测，是在锻坯经粗加工后，全面或在容易产生缺陷的部位上进行。 验收性检测，是在加工、热处理后全面进行。 维护性检测，是工件使用运行一定时间后，定期在应力最大部位上进行。 出于锻件在使用过程中一般所承担的负荷都很高，因此

3、对探伤要求比较严格。,为了确保探头和工件表面接触良好，被探表面最好经过机械加工，使表面粗糙度达到要求。 如不能进行机械加工，工件的被检表面也应该用砂轮或其它工具打磨，除掉表面的氧化皮、油污、锈蚀和斑痕等不利于超声检测的障碍物。 在锻件超声检测中，发现缺陷的能力与缺陷在工件中的取向关系极大，在检测前必须熟悉锻件的加工艺，分析缺陷在锻件中存在的形式，并选取最佳探测面。,一般锻件中的缺陷方向与锻压方向垂直，对于轴类锻件主要以圆周方向探测为主，必要时也可从两端面探测。对于方形锻件，必须在互为90o的两个面上进行探测。大型锻件的最佳探测面与锻压方向的关系如图所示。,大型锻件在热处理前由于晶粒粗大，只能采

4、用频率为0.51MHz的探头检测，而淬火、回火后则可用25MHz频率。 国内常用的检测频率是2.5MHz，国外常用的为22.5MHz。用得最广泛的探伤方法是纵波脉冲反射法，必要时对径向缺陷也可用斜探头作横波检测。,对于加工中的锻件，应在尚为简单形状时进行主要的检测工作，也即在切削出轮廓、沟槽加工和多道加工等工序前进行检测。 锻件中最常见的缺陷是非金属夹杂与裂纹，这两种缺陷在检测中仅用反射波高度和缺陷深度指示比较难以区分，还必须从移动探头时得到的图形变化来补充。,夹杂物一般位于锻件中心部位或环状部位，其波型大多表现为数量很多、大小不一的密集反射波。裂纹一般更规则、更分散，其大小比非金属夹杂物均匀

5、，而且与锻造方向有关。 与夹杂物相比，裂纹反射波间的基线明显地分开。裂纹区的反射波衰减显著，为了使差异更明显，有时采用5MHz频率。,轴类锻件、运转时转速很高，承受较大载荷的如发动机主轴、汽轮机及发电机的转子轴以及柴油机曲轴等。 为保证轴类锻能正常工作，必须用超声检测其内部缺陷，所用频率通常为2.5MHz，用直探头在轴的圆周上进行检测，可有效地检测轴的内部缺陷。,当用斜探头在圆周方向检测时，可以有效地发现径向缺陷，特别是接近轴表面的裂纹。 为了便于维护检测，常用直探头在轴的端面探测，但有时要配合小角度纵波探头，可以取得较满意的结果。,大型锻件生产工序多，周期长，如能用毛面探伤判定其成废，则可节

6、约大量机加工工时和及早重新投料。 若能查明其规律和性质，及时采取措施，以便在以后的加工中去掉这些缺陷，及时挽救有缺陷的产品，则有很大意义。 锻件毛面探伤的困难在于表面有较厚的氧化皮和表面粗糙度已超过声波波长，造成超声散射。 解决的办法是采用非接触的电磁超声检测或采用低频和大直径聚焦声束法。,(2) 铸件检测 铸件缺陷大多是在凝固过程不同阶段产生，在凝固时从金属液中排出的气体以及从铸型中发生的气体进入铸件形成针孔和气孔。 针孔和气孔一般都发生在其吸附物或发生源附近，也有是因浇注不善引起的。 金属凝固时，由于收缩会形成缩孔和缩松，缩孔是因金属液不能充分补充而产生的。,缩松是分散的缩孔，在工件中表现

7、为多孔性疏松部分。 砂眼与渣眼大多是由于浇注系统设计不当形成的，砂型不均匀、浇注时除渣不够、操作不当等也都可能形成砂眼或渣眼。 铸件各部分冷却速度不同，其热应力超过材料强度时铸件产生裂纹，裂纹发生在应力最大的部位，可能在表面，也可能在内部。,与锻件相比，铸件内部晶粒一般比较粗大，组织不均匀、不致密。 所以超声波在铸件中传播时衰减比较大，穿透性能较差。 由于粗大晶粒对超声波的散射作用，在荧光屏上会出观很多杂乱的晶界反射。 铸件的铸态表面比较粗糙，不容易得到良好的声耦合，因此铸件的检测灵敏度比较低，难以检出比较小的缺陷。,而生产中往往要求铸件处于毛面状态就进行探伤，因此比较困难。 铸件的晶粒粗大和

8、组织不致密造成声能的极大衰减，因此，与其它工件不同的是必须特别注意材料的衰减系数。 随着晶粒粗大，金属结晶方向上的弹性各向异性变得明显，使不同方向上的声速造成差异，最大甚至可达5.5%。 而且，铸件内不同位置上组织的致密性也不一致，使铸件超声检测时定位困难。,另外与锻件相比，铸件中存在缺陷种类和形状也更为多样。 尽管如此，随着科学技术的不断发展，对铸件的质量要求也愈来愈高。 为提高铸件超声检测的可靠性，研究超声波在铸件粗大晶粒组织中的传播机理和铸造缺陷的检测方法，已经成为热门的研究课题。,铸件中铸钢件的超声检测相对比较容易，这是因为一般铸钢件中的衰减不是特别大，因此声的穿透性还是可以的。 由于

9、铸钢件的生产工艺较锻件简单，因而由缺陷波形来判断缺陷的性质也比较容易，可以根据对缺陷波形和加工工艺所作的综合分析来判断缺陷的性质。,用超声波检测奥氏体铸钢件比较困难，因为它的晶粒粗大，晶界反射出现的林状回波使缺陷的反射波受到干涉。目前比较有效的办法是采用窄脉冲探头和聚焦探头。 与铸钢件相比，超声波对铸铁工件的穿透性较差，容易产生林状回波，探伤比较困难。 不过不同铸铁件对超声波的穿透性的影响不一样，灰口铸铁由于有粗大的片状石墨，超声的穿透性极差，探伤非常困难。,球墨铸铁的球状石墨对超声穿透性的影响就小一些，白口铁的超声穿透性相对最好，甚至频率高一些也能探伤。 目前球墨铸铁的超声检测比普遍，而且可

10、以评定其内部组织状况。,有色金属铸件种类繁多，其缺陷存在的情况也就更为多样，与铸钢件相比，探伤困难较大。 特别是被检材料与内部缺陷之间，特性阻抗的差别小，缺陷反射率较低，检测更为困难。 铝合金铸件的各向异性很小，因此尽管有时晶粒很粗大，但仍能进行超声检测。,在试铸时可用超声来确定有规则重复发生缺陷的位置，以此来确定浇注系统的位置与数量。 对于重要的铸件，设计时应在关键处准备有平坦的接触面，用于超声检测。 铸件探伤的效果与所用探头密切相关，在不同情况下应选用不同类型的探头。,另外对不同铸造合金来说，超声波的衰减情况也相差很大。 评价结晶组织对衰减的影响比较困难，除晶粒度和各向异性的影响外，还有很

11、多其它因素。 不同材料衰减排列为Mg、Al、Fe、Cu、Pb、黄铜、黄铜， 衰减依次增大。 铸造组织经冷加工或热加工后，例如锻造、轧制和挤压等，声的衰减就显著减小。,以球墨铸铁连杆为例，采用频率为2.5MHz，直径为12mm探头，进行超声检测。 该连杆质量可按探伤结果分为7个等级，6级质量最好，0级最差。,0 级：无背面回波、缺陷(缩松和夹杂物)面积大于等于3015(mm)。 1级：只有一次背面超声回波，此时的缺陷面积在1010(mm)左右。,2级：只有2次背面超声回波，此时的缺陷面积在510(mm)左右。 3级：只有3次背面超声回波、此时的缺陷面积呈分散分布。,4级：有4次背面回波，有45个

12、小缺陷。 5级：有5次背面回波，有1 2个小缺陷。 6级：有6次或更多次底面回波，无缺陷。,(3)焊缝检测 常用的焊接接头型式有对接、角接、丁字按和搭接4种，如图所示。,超声检测中最常遇到的是对接接头，其次是角接接头和丁字接接头，搭接接头较少。 焊接前常把连接端面加工成合适的形状，称为坡口形式，如图所示,因焊接不当，焊缝及热影响区产生缺陷。按缺陷分布位置可分为外部缺陷和内部缺陷，如图,外部缺陷，包括未焊透、咬边、焊瘤、表面裂纹、烧穿等。 其中咬边是在焊缝边缘母材上被电弧烧熔的凹槽，焊瘤是正常焊缝外多余的焊着金属。 内部缺陷，包括夹渣、夹杂物、未焊透、未熔合、气孔、裂纹等。 气孔对材料静强度影响

13、不大，但也不允许密集气孔的存在。,焊后残留在焊缝中的熔渣和焊接冶金反应产生的杂质，如氧化物等称为夹渣和夹杂物。其形态无一定规律可循。 焊接时接头根部未完全熔透而残留的原坡口部分叫未焊透。 熔焊时焊道与母材之间或焊道与焊道之间未完全熔化结合的部分叫未熔合。,裂纹的情况复杂比较，生成部位不一，造成开裂的因素很多。 裂纹常产生于低合金高强度钢中，有时在焊后才发生的称为延时裂纹。 裂纹的危害性最大，是超声检测的重要检测对象，超声检测对裂纹和未焊透则非常敏感。,由于焊缝有余高、表面凹凸不平，而且焊缝中的危险性缺陷大多与探测面接近垂直或形成一定角度，故主要用横波对焊缝进行检测。 用横波斜探头在焊缝两侧扫查

14、，探头频率一般采用22.5MHz，为了提高检测分辨力有时也可采用5MHz。 斜探头的角度主要由工件厚度决定，当然也要考虑焊缝形状、缺陷位置和方向，使超声束尽可能与缺陷相垂直。,适用于超声检测的焊缝从材质来看，主要有软钢、低合金钢、镍钢和不锈钢。软钢和低合金钢焊缝的组织一般比较细。 当采用电渣焊时，由于冷却慢晶粒变粗，超声衰减显著，而且出现林状回波，使超声检测变得困难。 若是仅仅为了检出未熔合等显著损害使用性能的缺陷，可采用低频探伤。,奥氏体不锈钢焊缝的晶粒非常粗大，在采用横波斜探头时出现林状反射波，衰减显著，一般情况下很难检出缺陷。 目前比较有效的办法，是采用脉冲宽度窄的宽频带纵波斜探头、分割

15、型探头或聚焦探头，以改善信噪比。,当焊缝具有倾角的缺陷时，即使从一侧检测不能检出的缺陷，多数情况下也能从另一侧检出。 因而一般由于不知道所包含缺陷的形状和是否倾斜，在粗探伤时应尽可能从两侧进行探伤。,检测对接焊缝时主要利用w字形横波，即在内外表面间的多次反射波。扫查必须用直射法0.5跨距以内)和一次反射法(0.5l跨距),如果声程太长，则由于声束扩散，缺陷位置的测定精度很差。为了提高测定的精度，最好尽量用直射法。 为了提高再现性与可靠性，还必须从焊缝的另一侧进行扫查。对指向性高的缺陷，只能从一个方向得到较好的指示。 利用这种扫查方法，除横向裂纹外可以检出一且其它缺陷。探头的扫查前端必须从连接补

16、强的焊缝边界位置开始。,如果焊缝中间有大而平的裂纹与探测表面垂直或有类似状态的未熔合时，仅用一个探头不能充分检出缺陷，此时要采用串列法,工件太厚时，仅从单面探伤时声程过长，因而必须从两面进行探伤，如图,T字型焊缝可采用斜角和垂直探伤相结合法，例如图中的K形坡口与T型对接焊缝,为检测焊缝根部的焊透程度及有无叠层，从位置A用直探头进行探伤。 另从位置B用斜探头对焊缝进行探伤，也可以从位置C进行斜角探伤。,角焊缝超声检测的探头位置与扫查方式，如图,搭接焊缝超声检测的探头位置与扫查方式，如图,由于焊缝的外形复杂，检测时除缺陷回波外，可能产生各种非缺陷干扰信号，例如余高的回波。,在有垫板的单面焊中，如果一侧的底面反射波在一次反射的位置上，而另一侧的反射波在一次反射的位置之后，这有可能是垫板引起的反射,无垫板的单面焊底部有反射波时，若从焊缝两侧测到的当量值相差悬殊，可能是错边引起。焊角和咬边在探伤时，反射波容易与内部缺陷混淆,(4) 管材检测 管材中常见的缺陷有裂纹、夹层、夹杂、折叠及翘皮等。 由于管材在热轧或冷拔过程中沿轴线方向的压延伸长，其受力和变形主要是在厚度方向