供應(yīng)鍛件無(wú)損探傷檢測(cè)，鍛件探傷檢測(cè)

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鍛件探傷的一些方法和常見(jiàn)缺陷
超聲波探傷作為一種常用、簡(jiǎn)便的無(wú)損檢測(cè)手段，可以用于各種金屬鑄件、焊縫、管以及板材等的探傷，是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中不可或缺的質(zhì)量控制手段。
鋼鍛件在現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)尤其是汽車制造業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，與普通鑄件相比，經(jīng)過(guò)熱處理后的鋼鍛件具有更均勻、致密的金屬組織，強(qiáng)韌性均得到提高，具有更好的綜合機(jī)械性能。
無(wú)損探傷是在不損壞工件或原材料工作狀態(tài)的前提下，對(duì)被檢驗(yàn)部件的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查的一種測(cè)試手段。超聲波探傷作為其中一種無(wú)損檢測(cè)手段，具有較高的探傷靈敏度、周期短、成本低、靈活方便、效率高以及對(duì)人體無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)。
鋼鍛件中的常見(jiàn)缺陷
鋼鍛件中的缺陷大致可分為原材料缺陷和加工過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷，其中原材料缺陷種類較多。常見(jiàn)缺陷主要有：
1．縮孔
常見(jiàn)于鋼錠的頭部（冒口端）。鍛造時(shí)切頭量不足，則此類縮孔將殘留于鍛件端頭，如軸類端頭?？s孔一般位于橫截面中心，且具有較大的體積和軸向延伸長(zhǎng)度。
2．疏松
疏松以原鋼錠中心及頭部出現(xiàn)居多，單個(gè)尺寸較小，但往往呈區(qū)域性彌散分布。
3．夾雜物
（1）非金屬夾雜物。主要為鋼中脫氧劑、合金元素等與氣體生成反應(yīng)物，一般尺寸較小，飄浮于鋼錠中，最后擠至凝固最晚的鋼錠中心區(qū)及頭部聚積。在冶煉、澆注過(guò)程中混入的耐火材料或夾雜，?；祀s于鋼錠下部。偶然落入的非金屬夾雜物，其分布無(wú)一定規(guī)律。
（2）金屬夾雜物。由于冶煉時(shí)外加鐵合金過(guò)多或尺寸較大所致，或者澆注時(shí)金屬飛濺或異性金屬落入鑄模未被熔合而形成。
4．裂紋
裂紋種類很多，形成原因不一。軸心晶間裂紋多見(jiàn)于奧氏體鋼、高合金鋼的鋼錠中心，裂紋沿晶界分布，呈彎曲線，尺寸大于夾雜物，且具有一定方向性。鍛造或熱處理不當(dāng)，工件內(nèi)外溫差過(guò)大、截面尺寸變化劇烈均會(huì)產(chǎn)生裂紋，常見(jiàn)于鍛件心部或截面變化處。
過(guò)熱和過(guò)燒產(chǎn)生的粗大組織和脆性開(kāi)裂，大多始于工件表面。鍛造時(shí)將鋼錠表面氧化皮或凸出部位壓入鋼中形成的折疊，也是變形不當(dāng)形成的裂紋之一。
淬火后若不及時(shí)回火或回火不當(dāng)，則熱處理殘余應(yīng)力仍然很大，易產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)自行炸裂。
5．白點(diǎn)
常見(jiàn)于合金鋼中。其本質(zhì)上是由于氫脆造成的微細(xì)裂紋，其單個(gè)尺寸較大，分布較廣。鍛造截面變化大，鍛后冷卻快易形成白點(diǎn)。
超聲波探傷
超聲波和聲波一樣，具有在介質(zhì)中傳播的特性。同時(shí)，由于超聲波頻率比可聞聲波高得多，其波長(zhǎng)更短，加上它在固體中傳播時(shí)傳遞能量較大，使得超聲波傳播時(shí)具有某些與光波類似的特性。首先將工件被檢測(cè)部位處于一個(gè)超聲場(chǎng)中，工件若無(wú)不連續(xù)分布（即無(wú)缺陷），則超聲場(chǎng)在連續(xù)介質(zhì)中的分布是正常的。若工件中存在不連續(xù)分布（即有缺陷），則超聲波在異質(zhì)界面上產(chǎn)生反射、折射和透射，使超聲波的正常分布受到干擾。使用一定的方法測(cè)出這種異常分布相對(duì)于正常分布的變化，并找出它們之間變化規(guī)律，是超聲波探傷的任務(wù)。
1．超聲波探傷的分類
按探傷工作原理分為脈沖反射法（圖1）和透射法（圖2）。
（1）透射法：以測(cè)定缺陷對(duì)超聲波正常傳播的遮擋所造成的聲影大小來(lái)確定缺陷的量值。
（2）脈沖反射法：由反射定理我們知道，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質(zhì)的交界面上將會(huì)發(fā)生反射，反射回來(lái)的能量的大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關(guān)。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。
目前便攜式脈沖反射式超聲波探傷儀大部分是A掃描方式，即顯示器的橫坐標(biāo)是超聲波在被檢測(cè)材料中的傳播時(shí)間或者傳播距離，縱坐標(biāo)是超聲波反射波的幅值。譬如，在一個(gè)鋼工件中存在一個(gè)缺陷，由于這個(gè)缺陷的存在，造成了缺陷和鋼材料之間形成了一個(gè)不同介質(zhì)之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當(dāng)發(fā)射的超聲波遇到這個(gè)界面之后，就會(huì)發(fā)生反射（圖1），反射回來(lái)的能量又被探頭接收到，在顯示屏幕中橫坐標(biāo)的一定的位置就會(huì)顯示出一個(gè)反射波的波形，橫坐標(biāo)的這個(gè)位置就是缺陷在被檢測(cè)材料中的深度。這個(gè)反射波的高度和形狀因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性質(zhì)。
鋼鍛件的超聲波探傷
1．使用儀器
目前超聲波探傷使用最廣泛的儀器是Ａ型脈沖反射式超聲波探傷儀，它具有靈敏度高、操作簡(jiǎn)便和誤差較小等優(yōu)點(diǎn)。探頭主要分為直探頭和斜探頭兩種。直探頭用于縱波探傷，一般采用圓形晶片，頻率多為2～5MHz。斜探頭用于橫波探傷，一般采用方形晶片，其頻率范圍為1～2.5MHz，晶片面積為140～400mm2。斜探頭的折射角一般為45°，必要時(shí)可根據(jù)工件形狀選用60°～70°。
2．試塊
超聲波試塊的作用是校驗(yàn)儀器和探頭的性能，確定探傷起始靈敏度，校準(zhǔn)掃描線性等。主要分為標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊兩種。以下主要介紹鋼鍛件探傷用的對(duì)比試塊。
（1）對(duì)比試塊所用的材料，應(yīng)與被檢測(cè)鍛件具有相近的聲學(xué)性能（如聲速、聲衰減等）和相近的規(guī)格尺寸。一般工業(yè)生產(chǎn)中直接使用與被檢測(cè)鍛件相同的材料制造所需規(guī)格的對(duì)比試塊。
（2）縱波檢測(cè)用的對(duì)比試塊，其平底孔直徑分別為2mm、4mm、8mm和16mm，平底孔深度為25mm，檢測(cè)面到平底孔的金屬聲程推薦為20mm、30mm、50mm、80mm、100mm、120mm、150mm和200mm。
（3）檢測(cè)面是平面時(shí)，選用平面對(duì)比試塊（圖3）；檢測(cè)面是曲面時(shí)，選擇與鍛件大致相同曲率半徑（0.7～1.1倍的曲率半徑）的曲面對(duì)比試塊（圖4）。
（4）橫波檢驗(yàn)用的對(duì)比試塊其人工缺陷可在內(nèi)外表面，分別沿軸向加工成平行的矩形槽，矩形槽的軸向長(zhǎng)度為25mm，深度可取被檢鍛件壁厚的3%或6mm（取其中小的值）。
3．超聲波探傷檢驗(yàn)過(guò)程
（1）檢驗(yàn)條件。鍛件檢驗(yàn)一般應(yīng)在鍛件熱處理之后和鉆孔、開(kāi)槽等加工工序之前進(jìn)行。采用接觸法檢驗(yàn)時(shí)，工件表面粗糙度應(yīng)小于3.2mm。
（2）耦合劑。采用接觸法檢驗(yàn)，在探頭與檢驗(yàn)面之間應(yīng)使用合適的耦合劑。在工業(yè)生產(chǎn)中如無(wú)特殊要求一般采用機(jī)油。
（3）檢驗(yàn)方法。根據(jù)鍛件加工工藝，選擇最易發(fā)現(xiàn)缺陷的檢測(cè)面，一般應(yīng)從2個(gè)相互垂直的方向進(jìn)行檢驗(yàn)。掃查時(shí)，探頭在檢測(cè)面的掃查間距應(yīng)保證有15%的聲束覆蓋。掃查速度即探頭相對(duì)鍛件的移動(dòng)速度應(yīng)保持在150mm/s以下。
橫波檢驗(yàn)時(shí)，一般應(yīng)從外表面按順時(shí)針及逆時(shí)針?lè)较蜃鳈z驗(yàn)。圖5所示為幾種典型零件的常用探測(cè)方向。
4．操作步驟
（1）調(diào)整儀器參數(shù)。根據(jù)被探測(cè)工件，在儀器上設(shè)置相應(yīng)的探測(cè)范圍、聲速，并使用標(biāo)準(zhǔn)試塊調(diào)節(jié)探頭零點(diǎn)。
（2）靈敏度的調(diào)整。調(diào)整超聲波探傷儀的靈敏度主要有對(duì)比試塊法及底波反射法。
① 對(duì)比試塊法。所用的對(duì)比試塊平底孔直徑應(yīng)與被探測(cè)工件的探傷技術(shù)條件要求相對(duì)應(yīng)。如技術(shù)條件要求該厚度（聲程）為H（Xf）的鍛件不允許≥φf(shuō)當(dāng)量缺陷，則所選用的對(duì)比試塊平底孔直徑φB應(yīng)等于φf(shuō)，試塊金屬聲程XB應(yīng)等于或大于鍛件厚度H（Xf），注意使用直探頭時(shí)，聲程等于厚度。
用直探頭探測(cè)對(duì)比試塊，將上述對(duì)比試塊中的平底孔回波高度調(diào)整至滿刻度的40%～80%（實(shí)際生產(chǎn)中常用80%），此時(shí)的探傷儀增益數(shù)值△dB即為檢驗(yàn)靈敏度。
橫波檢驗(yàn)時(shí)，靈敏度的調(diào)整需要繪出距離——振幅曲線。
若條件受限，所用的對(duì)比試塊與被探測(cè)工件的探傷技術(shù)條件要求不相對(duì)應(yīng)，即φB不等于φf(shuō)，Xf不等于XB。則需要通過(guò)聲壓反射系數(shù)公式先計(jì)算靈敏度調(diào)整量。計(jì)算公式如下：，式中：Pφ為被測(cè)鋼鍛件反射聲壓；Pf為對(duì)比試塊反射聲壓。
調(diào)節(jié)時(shí)將探頭置于試塊探測(cè)面上，使基準(zhǔn)發(fā)射體回波達(dá)到80%高度。然后用衰減器增益|△dB|（當(dāng)△dB＜0時(shí)），或衰減△dB（當(dāng)△dB＞0時(shí)）。
② 底波反射法。當(dāng)工件檢測(cè)面與底面平行，且厚度大于探頭近場(chǎng)區(qū)的3倍時(shí)，可使用底波反射法調(diào)整靈敏度，或者直接使用大平底試塊進(jìn)行調(diào)整。
當(dāng)直接使用工件底面或者使用厚度與被測(cè)工件厚度相等的大平底試塊（即探測(cè)靈敏度所要求的聲程Xf等于校正基準(zhǔn)面聲程XB）進(jìn)行靈敏度調(diào)整時(shí)，需要提高的增益數(shù)值為：
式中：λ為超聲波波長(zhǎng)。
若使用的大平底試塊厚度與被測(cè)工件厚度不等（Xf≠XB）時(shí)，則需要提高的增益數(shù)值為：

將探頭置于靈敏度校正基準(zhǔn)的探測(cè)面上，并使試塊或工件底面回波達(dá)到基準(zhǔn)高度（一般為80%），然后用衰減器增益|△dB|，此時(shí)，儀器與探頭就具有在Xf聲程上發(fā)現(xiàn)φf(shuō)當(dāng)量缺陷的探測(cè)靈敏度。
（3）掃描探測(cè)工件。
利用調(diào)整好的探測(cè)靈敏度按3.3掃描探測(cè)缺陷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)一處缺陷回波時(shí)，需將其回波高度調(diào)節(jié)至基準(zhǔn)高度（80%），記錄此時(shí)的衰減器增益值。
5．缺陷的評(píng)定
（1）單個(gè)缺陷回波。對(duì)于單個(gè)分散的缺陷回波，可以利用當(dāng)量法和半波高法進(jìn)行評(píng)定。
① 當(dāng)量法。掃描到一處缺陷回波，聲程為X，將回波高度調(diào)節(jié)至基準(zhǔn)高度（80%）時(shí)，記錄下其增益值△dB，即可利用聲壓反射率公式計(jì)算缺陷的當(dāng)量值φ。公式如下：
② 半波高法。對(duì)于大于探頭直徑的線狀缺陷及其他缺陷，可以用半波高法，沿鍛件的周向和軸向，測(cè)定缺陷的指示長(zhǎng)度，計(jì)算缺陷的大?。▓D6）。具體操作如下：
以調(diào)節(jié)好的探測(cè)靈敏度探測(cè)工件，發(fā)現(xiàn)缺陷后，移動(dòng)探頭，找到缺陷回波達(dá)到的點(diǎn)，然后調(diào)節(jié)衰減器，使回波達(dá)到基準(zhǔn)高度（50%垂直幅度），再用衰減器增益6dB，使其升高到滿幅。此時(shí)，即以獲得缺陷回波的探頭位置為起始點(diǎn)，向缺陷兩邊移動(dòng)，直至缺陷回波回至基準(zhǔn)高度為止，則此探頭中心線移動(dòng)長(zhǎng)度即為缺陷的指示長(zhǎng)度。
（2）密集缺陷回波。對(duì)于密集性缺陷回波，可進(jìn)行如下評(píng)定：
在被檢件中邊長(zhǎng)50mm的立方體內(nèi)，有5個(gè)以上缺陷回波高度超過(guò)產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定值的－6dB，稱為密集性缺陷，并予以記錄：利用缺陷回波出現(xiàn)在掃描線上的位置測(cè)定密集性缺陷的深度范圍：利用探頭移動(dòng)過(guò)程中掃查到缺陷的分布范圍，測(cè)定密集性缺陷的平面分布區(qū)域。
6．質(zhì)量等級(jí)的判定
對(duì)于被測(cè)工件質(zhì)量等級(jí)的判定，可參照GB/T6402-2008《鋼鍛件超聲波檢驗(yàn)方法》中的相關(guān)規(guī)定，必要時(shí)雙方可自行商定。
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