锻件超声检测

锻件的超声检测开封空分集团有限公司姜海一、锻件加工及常见缺陷锻件是将铸锭或锻坯在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、形变和冷却锻造方式大致分为镦粗、拔长和滚压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滚压既有纵向形变，又有横向形变镦粗主要用于饼类锻件拔长主要用于轴类锻件筒形锻件一般先镦粗，后冲孔，再滚压锻件锻后需进行正火、退火或调质等热处理，以改善锻件的组织性能一、锻件加工及常见缺陷锻件中的缺陷主要有两个来源：一是铸锭中缺陷引起的；另一种是锻造、热处理及加工过程中产生的铸锭原材料缺陷主要有：缩孔、疏松、夹杂、白点、裂纹等，其在锻造过程中不可能消除，但会产生变形和延伸。经锻造后往往压成平面状分布，且一般与锻压方向垂直，当锻压比不足时，也会以体积型存在锻造及热处理中产生的缺陷主要有折叠、裂纹等加工过程中产生的主要缺陷为裂纹，磨削加工中因磨削工艺不完善或操作不当，易在锻件表面产生磨削裂纹，一般采用磁粉检测方法进行检测一、锻件加工及常见缺陷1、缩孔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，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探伤时，缩孔常常是各向表面相近的空洞，分布在工件的中心区，沿轴线连续或断续的分布，内壁凹凸不平超声波形的特点：①其波形开叉；②波的根部较宽并伴有小波；③影响底波的大小；④有连续指示长度一、锻件加工及常见缺陷图1缩孔残余的波形，位于中心偏前一、锻件加工及常见缺陷2、疏松（缩松）在铸锭凝固收缩时形成的孔隙和空穴，在锻造过程中因变形量不足而未被消除，多出现在大型锻件中低灵敏度时伤波很低或无伤波，提高灵敏度后才呈现典型的疏松波形中心疏松多出现心部，一般疏松出现在始波与底波之间对底波有一定影响但影响不大，随着灵敏度提高，底波次数有明显增加；铸件中的疏松对声波有显著的吸收和散射作用，常使底波显著减少，甚至使底波消失严重的疏松既无底波又无伤波，探头移动时会出现波峰很低的蠕动波形。一、锻件加工及常见缺陷图2中心疏松超声波探伤的波形一、锻件加工及常见缺陷3、夹杂物分为内在金属夹杂物、外来金属夹杂物、金属夹杂物内在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产物，尺寸较小，常飘浮于溶液上，最后集结在铸锭中心及头部外来金属夹杂物是冶炼、浇注过程中混入的耐火材料或杂质，尺寸较大，常混杂于铸锭的下部，偶然落入的非金属夹杂则无法确定其位置金属夹杂物是冶炼时加入合金较多且尺寸较大，或者浇注时飞溅小粒或异种金属落入后未被全部熔化形成的一、锻件加工及常见缺陷3、夹杂物夹杂波形的一般特征：夹杂的静态波形有波峰分枝，波头圆钝，波根宽不清动态波此起彼伏，移动探头时变化迅速，伤波的变化比白点为快夹杂的反射方向性不强，灵敏度改变，伤波数量与波幅也改变但对底波影响不大一、锻件加工及常见缺陷图3密集夹杂的草波波峰开叉波根不清晰一、锻件加工及常见缺陷4、裂纹铸件中的热裂纹经常在高温下形成，沿晶界产生与发展。裂口外形曲折，常发生在缩孔附近的后凝固部位热处理裂纹通常是热处理过程中因温度控制不当或冷却速度过快造成的，热处理裂纹大多在表层锻造与热处理过程产生的裂纹，其方向虽然规律性不强，但基本上是平行或垂直于锻压方向裂纹的回波成束状，波根宽，波峰分叉，波形锐而清晰；降低探伤灵敏度时伤波幅度下降的速度缓慢一、锻件加工及常见缺陷对于横向裂纹，纵波直探头沿工件的表面扫查时不易发现裂纹；横波斜探头很容易检测，左右对称均能发现裂纹；受裂纹尺寸的影响，其动态波形可沿着荧光屏的水平线线游动一定的距离对于纵向裂纹，当探头的超声波束垂直于裂纹时回波幅度最高，波的根部较宽，波峰銳起有分叉，如果裂纹尺寸较大，还可以看到二次或三次裂纹的反射波并且无底波多数为倾斜裂纹，当探头的超声波束平行于裂纹时底波很低或者消失，偏离平行状态时底波出现，探头扫查时，裂纹反射波在荧光屏的水平线上有一定的游动区（游动信号）一、锻件加工及常见缺陷图4铸钢中的热裂纹一、锻件加工及常见缺陷图5裂纹的波形特征一、锻件加工及常见缺陷5、白点对镍铬钼钢、铬钢、镍钢，锰钢等合金钢，因材料中含氢量较高，锻造或热处理过程中冷却速度过快，易产生微细开裂，其断面发亮，故称之为白点白点主要集中在锻件大截面的中心部位，在钢中总是成群出现。一、锻件加工及常见缺陷白点波形的一般特征：探头移动时，各缺陷波此起彼伏，但变化速度慢有面积感。即使提高灵敏度也无密集夹杂波连成一片的现象。白点对底波幅度及反射次数有明显影响。提高探伤灵敏度，底波也无明显改善降低探伤灵敏度，波幅下降速度慢，有延缓特性。波幅下降到≤15%屏高时，伤波迟迟不消失白点远离表面与端面，大部分白点基本平行于工件的某一表面，并呈现出反射的方向性斜探头探伤对白点很灵敏一、锻件加工及常见缺陷图6白点林状波尖锐波根清晰一、锻件加工及常见缺陷6、折叠热金属的凸出部位被压折并嵌入锻件表面形成的缺陷多发生在锻件的圆角和尖角处折叠表面上的氧化层使该部位金属无法连接一、锻件加工及常见缺陷7、偏析锻造过程中，因操作不当或锻造比不足时，会在锻件表面及心部形成裂纹或形成局部组织不紧密，形成组织偏析缺陷疏松和偏析波形的一般特点：正常探伤灵敏度（φ2平底孔波高80%）难以发现，有反射波也是同一波阵面上个反射点的叠加结果灵敏度提高20—30dB后出现典型的缺陷草波波形，各波间密接难分，探头移动波形变化一、锻件加工及常见缺陷8、缺陷的分布特点•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，特别是由铸锭中缺陷引起的锻件缺陷常常是沿着金属流线方向分布的一、锻件加工及常见缺陷1、检测方法锻件可以采用接触法或水浸法检测水浸法具有便于实现自动检测、人为因素少，可靠性高等特点在锻件检测上得到广泛的应用2、频率的选择锻件的组织很细，可使用较高的频率以满足高分辨力和实现对较小缺陷检测的目的检测方法概述二、检测方法概述3、方向的选择以纵波直入射为主，有时需要纵波斜入射和横波入射根据锻件中缺陷分布和方向的特点，检测时声束入射面和入射方向的选择锻造工艺和流线方向，并尽可能使声束方向与锻造流线方向垂直例如：模锻时的变形流线与外表面平行，超声声束方向应沿外表面垂直入射，扫查须沿着外表面形状进行，常采用水浸或水套探头方可实现二、检测方法概述4、检测时机锻件常用于使用安全较高的关键部件，因此通常需要对其外表面和外形进行加工检测时机常选在热处理后，冲孔、开槽等精加工工序之前孔、槽、台阶等复杂的几何形状会形成检测盲区，并产生非缺陷干扰波热处理后检测，有利于发现热处理过程中产生的缺陷，如热处理裂纹等二、检测方法概述5、轴类锻件轴类锻件的锻造工艺以拔长为主，大部分缺陷与轴线平行检测时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，辅助直探头在端面的轴向检测有时还应增加斜探头的径向和轴向检测二、检测方法概述1）直探头径向和轴向检测•径向检测时，直探头置于轴的外圆做全面扫查，以发现轴类锻件中常见的纵向缺陷•轴向检测时，直探头置于轴的端面，以发现与轴线垂直的横向缺陷•轴的长度太大或有台阶时，存在扫查盲区二、检测方法概述2）斜探头周向及轴向检测当缺陷曾径向且为片状时，或轴上有几个不同直径的轴段时，直探头轴向或径向检测都很难发现使用适当角度的斜探头从正反两个方向做周向及轴向扫查二、检测方法概述6、饼类、碗类锻件锻造工艺以镦粗为主，缺陷以平行于端面分布为主直探头在端面检测是检出缺陷的最佳方法二、检测方法概述对于重要的饼类、碗类或厚度大的锻件，从两个端面检测从两个端面检测时，探头置于锻件端面进行全面检测，以发现与端面平行的缺陷有时从外园进行径向检测，以发现某些轴向缺陷二、检测方法概述7、筒形或环形锻件筒形锻件的锻造工艺是先镦粗，后冲孔再滚压缺陷的取向比轴类锻件和饼类锻件复杂检测时既需要纵波直入射，还应进行横波斜探头检测由于铸锭中质量最差的中心部分已被冲孔时去除，因此锻件的质量一般较好二、检测方法概述二、检测方法概述1、探头直探头检测•从筒体外圆或端面进行检测，外园检测是发现与轴线平行的周向缺陷，端面检测是发现与轴线垂直的横向缺陷双晶直探头检测•发现近表面缺陷，应从端面检测（外圆？）斜探头检测、•轴向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二、检测方法概述1、探头纵波直入射，可选择单晶直探头若材料为低碳钢或低合金钢，可选用较高的频率，常用2.5~5MHz，晶片尺寸为φ14~25mm的探头若材料为奥氏体钢，为避免草状回波，常用0.5~2MHz，晶片尺寸为φ14~30mm的探头对于较小的锻件或为了检出近表面缺陷，考虑探头的盲区和近场区的影响，可选用双晶直探头，频率为5MHz横波检测一般选折K=1.0的斜探头三、检测条件的选择2、耦合选择接触法时，表面粗糙度不于高6.3μm表面平整均匀，无划伤、油污、污物、氧化皮、油漆在试块上调整灵敏度时，考虑曲率和表面粗糙度补偿常用机油、糨糊、甘油作耦合剂特殊情况下考虑有害元素含量的控制水浸法检测时，对检测表面的要求低于接触法三、检测条件的选择3、纵波直入射检测面的选择从两个相互垂直的方向进行检测，尽可能地检测到锻件的全体积锻件厚度超过400mm时，应从相对两端进行100%扫查三、检测条件的选择三、检测条件的选择4、材质衰减系数的测定当锻件尺寸较大时，材质的衰减系数对缺陷定量有一定的影响特别是材质衰减严重时影响更明显锻件检测中有时要测定材质衰减系数大平底定灵敏度对中间缺陷定量时，需不需要考虑衰减？三、检测条件的选择5、试块选择根据标准要求选择单晶直探头常选用CSⅠ型标准试块当检测距离小于45mm时，应采用双晶直探头和CSⅡ型标准试块当检测面为曲面时，应采用CSⅢ标准试块来测定由于曲率不同引起的耦合损失三、检测条件的选择5、扫描速度调节根据检测范围调节扫描速度，以便发现缺陷并定位扫描速度可在试块上进行，也可在锻件已知尺寸的的部位上进行在试块上调节扫描速度时，试块与工件的声速尽可能接近调节扫描速度时，第一次底波前沿位置不超过水平刻度极限的80%，以利于观察一次底波之后的某些信号三、检测条件的选择6、检测灵敏度的调节检测灵敏度一般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•被检工件厚度x≥3N,且具有平行底面或圆柱曲底面•调解时将探头对准完好区的底面，调节增益使底波B1达到基准波高，然后用衰减器增益ΔdB•扫查灵敏度：基准灵敏度再增加5~10dB三、检测条件的选择•计算公式DDdlg10x2lg20PfPBlg20f2πλ△d：空心圆柱体内径，mmD：空心圆柱体外径，mm“+”：三、检测条件的选择例1：用2.5P20Z探头径向检测φ500mm的实心圆柱体锻件，CL=5900m/s，问如何利用底波调节500/φ2灵敏度？解：λ=c/f=5.9/2.9=2.36mm计算500mm处底孔分贝差为dBD5.45214.350036.22lg20x2lg20PfPBlg202f2πλ△调节：将探头对准完好区圆柱体底面，调增益使底波B1达基准60%波高，然后用衰减器增益（提高）46dB，这时500/φ2灵敏度就调好了必要时再提高6dB作为扫查灵敏度三、检测条件的选择例2：用2.5P20Z探头径向检测外径为φ1000mm、内径为φ100mm的空心圆柱体锻件，CL=5900m/s，问如何利用底波调节450/φ2灵敏度？解：λ=c/f=5.9/2.9=2.36mm计算450mm