锻件超声波探伤资料

《锻件超声波探伤资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锻件超声波探伤资料（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 1 / 46 锻件超声波探伤锻件超声波探伤 姚志忠姚志忠 1. 锻件加工及常见缺陷： 加工：由热态钢锭经锻压而成。 为改善锻件组织性能，锻后要进行正火，退火或调质等 热处理。 缺陷：铸造缺陷：缩孔残余、疏松、夹杂、裂纹等。 缩孔和缩管是锻锭时，因冒口切除不当，铸模设计不良以及锻 造条件（温度、浇注速度、浇注方法、熔炼方法等）不良所产 生的缩孔没有被锻合而遗留下来的缺陷，是由于锻造时切头留 量不足残留下来的，多见于锻件端部，故也称缩孔残余。 非金属夹杂物是由熔烧不良及铸锭不良，混进硫化物和氧化物 等非金属夹杂物，或者混进耐火材料等造成的缺陷。 疏松是由钢锭凝固时形成的不致密和孔穴，锻造时锻压比

2、不够 未全熔合造成，主要存在于钢锭中心及头部。铸造引起裂纹主 要是指锻钢件表面上出现的较浅的龟状表面缺陷也称龟裂，是 由于原材料成份不当，表面状况不好，加热温度和加热时间不 合适等原因产生。 锻造缺陷：折叠、白点、裂纹等。 锻造裂纹可出现在工件中不同位置，可由缩孔残余在锻造时扩 2 / 46 大产生，表面下气泡锻造产生，柱状晶粗大引起，轴芯晶间裂 纹锻造时引起，非金属夹杂物引起，锻造加热不当，加热温度 过高或加热速度过快等引起，锻造变形不当（锻件中各部位变 形不均匀）引起，经锻温度过低或冷却速度过快等原因引起。 白点是因钢中含氢量较高时由锻造过程中残余应力热加工后的 相变应力和热应力等原因产生

3、，是一种细微的氢裂纹，在白点 纵向断口上呈银白色的园点或椭圆形斑点，故称白点。一般在 高碳钢、马氏体钢和贝氏体钢的锻件中可能产生白点，在奥氏 体钢和低碳铁素体钢的锻件中一般不出现白点。 热处理缺陷：裂纹。由热处理工艺参数不良引起。如淬火加热 温度偏高，使晶粒粗大产生裂纹冷却速度过快产生裂纹，回火 不及时或回火温度、速度不当，锻件内存在残余应力引起裂纹。 锻件中缺陷除裂纹外，大多沿锻造时金属延伸方向发展。 2 探伤方法概述 2.1 轴类锻件探伤 纵波（直探头）可在轴的园周方向和轴端部探测。 当轴很长时在轴端部方向一般不查或只查端部一部分区域，主 要在轴园周方向查。 带中心孔锻件只在轴园周方向探测

4、。 横波斜探头： 3 / 46 一般周向不查。 如采用周向检测，则应进行顺、逆时针二个方向探测。但只能 探测声波能扫查到的外表面附近区域内缺陷，内部区域内缺陷 探测不到。 轴向检测应正、反二个方向检测可探测锻件全体，且至少探测 园周方向不少于圆周面的180范围。 2.2 具有平行平面和园盘形饼类锻件。 具有平行平面锻件和饼型锻件采用纵波在两个平行面探测，当 厚度较大时也可在锻件厚度方向侧面探测。见 JB/T4730.3 图 7 中 c. 2.3 碗型锻件：采用纵波检验，探头可置于碗形锻件内部或外部探 测。见 JB/T4730.3 图 7 中 d. 2.4 筒型锻件。 纵波： 单探头探测时，探头

5、置于筒形锻件外园面、内园面和端部探测。 在端部探测时， 探测长根据灵敏度确定， 一般控制在 500800mm 内。 双晶直探头探测时，探头置于筒形锻件外园面和内园面探测。 在筒形锻件很长时一般不采用在端部探测。见 JB/T4730.3 图 7 中 a 和 b。 4 / 46 横波： 轴向探测，一般正、反两方向各探测。 周向探测，逆、顺时针各探测一次。见 JB/T4730.3 附录 C 中图 C1。 但对 T/D0.226 筒型锻件中 T/D0.226 的部份不适于用外周向探 测，因此时纯横波探测不到。 3 探测条件选择 3.1 探头选择： 频率：双晶直探头为 5MHZ，单晶直探头为 2MHZ5

6、MHZ，对晶 粒粗大锻件可适当降低频率，可用 12.5MHZ。 晶片尺寸：1425mm，常用 20mm。 双晶直探头检测近表面缺陷。 探头晶片面积不小于 150mm2。 斜探头晶片面积为 140mm2400mm2，频率为 2.5MHZ。探 测与表面垂直缺陷宜用 K1（45） ， 必要时用 6070相当于 K2。 3.2 表面要求与耦合剂： 表面要求：检测面表面要求平整，最好经机加工，表面粗糙度 Ra 应小于 6.3m，工件表面应去除氧化皮、污物等附着物。 耦合剂：机油、浆糊、甘油等。 3.2.1 检测面选择应符合 JB/T4730.3 标准图 7 的要求。 5 / 46 3.2.2 扫查方式：

7、 100%扫查 直探头 双晶直探头 斜探头：周向、轴向各正、反二个方向。 扫查复盖面积探头直径尺寸 15%。 扫查速度150mm/s。 4.材质衰减测定 在锻件上选定三处有代表性部位（完好部位）测出第一次底波 B1和第二次底波 B2的波高分界值。 则)/( 2 6 21 mmdB X BB 这里 X3N，为单程声程（厚度或直径） )/( )(2 6 mmdB Xnm BB mn 这里 XRtg的情况 下， 如果缺陷波具有最大深度和最小深度时的探头位置处在实心 轴圆周的两个相对位置上，即相差 180，而且两缺陷波所显示 的深度之和又恰恰等于被检轴直径的大小，此时即表明：缺陷本 身的厚度不大； 如

8、果两缺陷波所显示的深度之和小于被检轴的直 19 / 46 径，那末期差值即可被认为是缺陷本身的厚度。在实际探伤过程 中，一个正确的结论还应根据波形的变化，波形的数量，判定是 单个缺陷还是多个缺陷以后才能作出上述决定。 通过上述对图示的分析，可以定性地理解锻件中缺陷存在的形 式与探伤时缺陷波表现形式之间的一些联系。一般认为：探伤 时荧光屏上出现了游动波形，则表明锻件中可能存在有危险性 缺陷，例如中心孔上的径向裂纹，因此必须引起重视。然而， 在判定时，还必须认真分析波形的变化规律，游动的距离，与 底波的关系以及最大缺陷波显示的位置等等，综合考虑后才能 得出正确的结论。 9.5 底面回波 底波消失，

9、缺陷很高或缺陷波出现多次反射，大多为与探测面平 行的大面积缺陷，如缩孔、夹层、大裂纹等。 底波消失或很低，缺陷波很低或无缺陷，可能是靠近探测面很近 的大面积缺陷，或与探测面倾斜的大缺陷。 出现密集的互相此起彼落的缺陷回波。 底波明显下降或消失为密 集缺陷，如缺陷面积远大于声束截面，当量非常小，底波降低不 多，大多为金属夹杂物。 如缺陷波密集，面积成片，缺陷波当量较大，底波下降很快，大 多为白点。 20 / 46 JB/T4730.3-2005中，底面回波订到标准中，术语和定义第3.17条 规定：靠近缺陷处的无缺陷完好区内第一次底波幅度BG与缺陷 区域内的第一次底波幅度BF之比用声压级 （dB）

10、 值表示， 即BG/BF （dB）来评定锻件质量等级。 9.6 几种典型缺陷波型 缩孔和缩管 缩孔和缩管都是在浇注钢锭的过程中形成的。当液体金属注入钢 锭模后，其凝固过程是从四周向中心，由底部向上部逐渐进行的， 同时发生体积收缩。如果在冷却过程中不能随时补充液体金属， 那么将在最后凝固的钢锭上部冒口部位形成空洞，空洞一般呈嗽 叭口状，此空洞即称缩孔。当缩孔比较严重，具有较大的长度时， 又称为缩管。 用超声波检查锻件中的缩孔，已不是它的原始形态，而是在锻造 后未完全切除的残余缩孔。因此位置都处于冒口端的锻件中心部 位，从一端向锻件内部延伸。在锻造时随着金属的延伸而被拉长， 有时在锻件中可长达2米

11、之多。 用超声波检查时，反射信号很强，并且轴向连续存在。当缩孔较 大时，底波有严重的衰减甚至消失。 疏松 疏松形成的机理和缩孔相同，也是由于金属在凝固过程中因体积 21 / 46 的收缩而造成的。所谓疏松，其本质就是固态金属的多孔或不致 密。与形成缩孔原因所不同的就是冷凝速度的差别。当冷凝速度 快时，金属便不能产生集中的体积收缩，因而形成了弥散的多孔 性。在铸造过程中，往往疏松伴随缩孔同时存在。经锻造之后， 往往疏松情况能够得到不同程度的改善。 图6-6示出了锻件中的疏 松及探伤波形。 由 于 疏 松 也 大 多 存 在 于 冒 口 端 ， 所 以 超 声 波 探 伤 时 底 波 明 显 降

12、低，甚至消失，有时出现很小的丛生的缺陷反射信号，有时甚至 没有缺陷反射信号。 夹杂物 材料中的夹杂物种类很多，但按其来源大体上可分为两类： (一） 内在夹杂物 材料在冶炼、浇铸过程中，由于内部各成分间或金属与炉气、 容器等接触所引起的化学反应而形成的产物。这类夹杂物颗 粒非常小，而且呈弥散分布，一般超声波较难发现。但在浇 注时由于这类夹杂物和金属的熔点不同，在冷凝过程中将集 中于钢锭中心或钢锭的某些区域内，这种现象称为区域偏析。 22 / 46 B 图6-6 锻件中疏松及波形 在锻件中最常见的偏析区有两种：一种是密集于锻件中心部 位，称为中心夹杂物；一种是离开锻件的中心部位，而呈方 锥形，称方

13、形偏析。 按偏析区出现的部位不同，从钢锭的纵剖面看又可分为： （1） 出现在钢锭上部的“V型偏析”； （2）出现在钢锭下部的“型偏 析”。 在偏析区中由于夹杂物过于集中，颗粒较大，对于这类缺陷 超声波探伤有时是能够发现的。 对于中心夹杂物， 缺陷反射信号在荧光屏上相对于锻件的中心 位置呈丛状波形，如图6-7所示。缺陷当量一般均不太大，最 大约为3、4左右。 对于方形偏析，缺陷的反射信号在荧光屏上将出现以中心对称 23 / 46 的两丛波形，如图6-8所示。 （二） 外来夹杂物 这种夹杂物一般是从炼钢炉、钢包或其它设备上掉下来的耐火 材料。这种夹杂物体积较大，虽然在锻造时，有可能被粉碎成 较小颗

14、粒或压成薄片状。但这类缺陷仍很容易被超声波探伤所 发现。这种缺陷的出现和分布无一定规律，所以探伤时缺陷出 现的位置也无规律可寻，缺陷反射信号大小也不一样。如果在 某一区域发现了缺陷，往往不只是一个，而是多个群集。 图6-7 锻件中的中心夹杂物及其波形 B 图6-8 锻件中的方形偏析及其波形 B 裂纹 24 / 46 金属在锻造和热处理等加工过程中，由于锻造温度不适当，加热 温度不均匀；加热、冷却的速度不适宜，以及施加的压力不适当 或不均匀都将引起金属的局部破裂，形成裂纹。 裂纹的种类很多，在工件中的分布位置也很广。例如在工件表面、 近表面及内部都可能产生。现将锻件中最典型的中心锻造裂纹叙 述如

15、下： 这种裂纹的产生主要有三个方面的原因： （1）锻造前工件加热不均匀或不足，俗称没有烧透； （2）停锻温度过底，工件外部冷却快，心部冷却慢，温差过大； （3）由于高熔点或低熔点的夹杂物在晶界上密集析出。在上述三种 情况下，金属在承受压力加工时，由于各种塑性变形不同，在 其交界面上将产生滑移甚至撕裂。 最典型的中心锻造裂纹回波 幅度变化很大，而且波形在荧光屏上游动。 白点 在某些金属断口上，有时会发现圆形和椭圆形，表面光滑呈银白 色的斑点，直径大小不等，从零点几毫米到十几毫米。这种缺陷 称为白点，如图6-10所示。 25 / 46 图6-9 中心锻造裂纹 实质上白点就是裂纹，它严重的影响金属材

16、料的延伸率、收缩率 及韧性。白点最易产生在以镍铬锰为合金元素的合金结构钢中、 低合金结构钢，碳素结构钢有时也会产生白点，但比较少见。在 奥氏体钢及莱氏体钢中没有发现过白点。 关于白点形成的原因，尚未得出更确切的结论。目前都认为氢和 组织应力是形成白点的主要原因。在冶炼和浇铸过程中进入金属 液体中的氢气是以原子状态存在的，在以后的热加工过程中，如 果缓慢冷却，原子氢有从金属内部向外扩散的趋势，如果冷却过 快，原子氢来不及从金属内扩散出去。而在金属内逐渐聚积并结 合成氢分子。氢分子很难从金属中向外扩散，在其聚积的地方将 造成巨大的局部应力，随使金属破裂。 白 点 在 形 成 时 由 于 有 扩 散 现 象 ， 因 此 在 锻 件 中 形 成 的 位 置 有 差 26 / 46 别，对于小截面锻件，冷却快，来不及扩散，所以一般均在中心 部位形成。超声波探伤时，在相对于锻件中心的部位出现林状波。 对于较大截面的锻件，加热后冷却较慢，存在着明显地扩散现象， 白 点 呈 辐 射