第8章 锻件与铸件超声检测

20lg Pf Pj 40lg xj xf df dj
– 计算值为负值提高仪器增益，计算值为正值降低仪器增益。
• 考虑试块与受检件表面状态和材质衰减的差异，需预先测定 传输修正值 。
8.1.5 缺陷位置和大小的测定
1. 缺陷位置的测定 • 平面位臵为探头中心处 • 缺陷深度x f 为： x f ＝ nτf 2. 缺陷大小的测定
3. 筒形或环形锻件的检测 • 锻造工艺：先镦粗，后冲孔，再滚压。缺陷的取向复杂。 • 检测方法： （1）直探头检测：从筒体外圆面或端面检测，探测与轴线平 行的周向缺陷或与轴线垂直的横向缺陷； （2）双晶直探头检测：从筒体外圆面或端面检测，探测近表 面缺陷； （3）斜探头检测：轴向检测，探测与轴线垂直的径向缺陷； 周向检测，探测与轴线平行的径向缺陷。
• 双晶直探头检测用试块 – 工件检测距离＜45mm， 采用CSⅡ标准试块。 – CSⅡ形状和尺寸
表8—2 试块序号 CSⅡ-1 孔径 Φ2 检测距离L 1 2 3 4 5 6 7 8 9
CSⅡ-2
CSⅡ-3 CSⅡ-4
Φ3
Φ4 Φ6
5
10
15
20
25
ห้องสมุดไป่ตู้
30
35
40
45
• 曲面检测面用试块 –采用CSⅢ标准试块测定因曲率不同引起的耦合损失。 –CSⅢ形状和尺寸
8.1.3 检测条件的选择 1. 探头的选择 • 单晶直探头： – 低碳钢或低合金钢：可选用较高检测频率。 – 奥氏体钢：选择较低的检测频率和较大的探头晶片尺寸， 以提高信噪比。 • 双晶探头：检测小锻件或为检出近表面缺陷。频率5MHz。 • 横波斜探头：折射角K=1.0。 2. • • • • 耦合选择 检测面要求 耦合损失补偿 耦合剂 水浸法检测，对表面粗糙度的要求低于接触法。
mm
Ⅴ ＞Φ4＋16
表8 密集区缺陷的质量分级
等 级 Ⅰ 0 Ⅱ ＞0～5 Ⅲ ＞5～10 Ⅳ ＞15～20 Ⅴ ＞20 密集区缺陷占检测总面积的百分比，%
3. 纵波直入射法检测面的选择 • 原则上应从两个相互垂直的方向进行检测。并尽可能地检测 到锻件的全体积。 •锻件厚度超过 400mm时，应从 相对两端面进行 100%扫查。 • 系统确定检测灵敏 度后，表面分辨力 大于表面盲区的允 许值时，应从相对 两端面进行扫查， 或增加双晶直探头 对近表面的检测。
a. 大平底或实心圆柱体底面，同距离处底波与平底孔回波 的分贝差公式为： PB 2x 20lg 20lg 2 Pf D f
b. 空心圆柱体，同距离处圆柱曲底面与平底孔回波分贝 差公式为： P 2x d 20 lg B 20 lg 2 10 lg Pf D f D 2）调节：探头对准完好区的底面，调“增益”使底波B1达 到基准高，然后用“衰减器”增益ΔdB。 • 扫查灵敏度:在检测灵敏度的基础上提高5～10dB。
• JB/T 4730-2005规定：在边长50mm的立方体内，数量不 少于5个，当量直径不小于Φ2mm的缺陷为密集缺陷。 • 密集缺陷类型： 疏松、非金属夹杂、白点、 成群的裂纹等。
• 锻件内不允许存在白点缺陷。
4. 游动回波
• 游动回波：圆柱体轴类锻 件检测中，探头沿轴的外 圆移动时，示波屏上的缺 陷波会随该缺陷检测声程 的变化而游动。 • 游动回波产生原因：由波束的不同部位（波束轴线、扩散波 束）射至缺陷时，反射回波声程和幅度的变化引起的。 5. 底面回波 • 根据底波变化情况，结合缺陷回波来判断锻件中的缺陷情况。 – 平行于检测面的大缺陷； – 大面积且倾斜的缺陷或在检测面附近有大缺陷； – 密集性缺陷。
（2）斜探头周向及轴向检测 – 周向检测 探头臵于轴的外圆作周向扫查。 – 轴向检测 探头臵于轴的外圆作轴向扫查。 • 考虑到缺陷的取向，检测时斜探头应作正、反两个方向的 全面扫查。
2. 饼类、碗类锻件的检测 • 锻造工艺：以镦粗为主，缺陷取向以平行于端面分布为主。 • 检测方法：直探头检测。
– 端面检测，探测与端面平行的缺陷。对于重要件或厚度 大的锻件，应从两个端面进行检测。 – 对于重要件，有时需增加在外圆面上的径向检测，以发 现轴向缺陷。
• 缺陷指示长度：在平面工件检测中，按规定方法对缺陷进 行测长时探头移动的距离。 • 圆柱体工件的周向检测： –外圆周向测长，缺陷的指示长度L 为： L f
f
L R x f 1 R
–内孔周向测长，缺陷的指示长度L 为： L f
f
L' R x f 2 r
8.1.6 缺陷回波的判断 1. 单个缺陷
8.1.4 扫描速度和灵敏度的调节 1. 扫描速度的调节 • 应根据锻件的检测范围调节扫描速度。 • 试块的声速应与工件相同或接近。 • 调整方法：根据检测范围，利用已知尺寸的试块或工件上 的两次不同反射波，通过调节仪器的扫描范围和延迟旋钮， 使两个信号的前沿分别位相应的水平刻度处。 • 一般要求：第一次底波前沿位臵不超过水平刻度极限的 80%。
铸锭组织在锻造过程中沿金属延伸方 向被拉长，形成的纤维组织。一般代 表锻造过程中金属延伸的主要方向。
8.1.2 检测方法概述 • 检测方法 接触法或水浸法。 • 声束入射面和入射方向选择 –缺陷具有一定方向性，分布和方向与锻造流线方向有关。 –选择入射面和入射方向应考虑锻造变形工艺和流线方向， 并应尽可能使超声声束方向与锻造流线方向垂直 。 • 表面状态要求 对于具有高检测灵敏度要求的关键部件，需对其表面和外 形进行加工 ，使声入射面的粗糙度满足检测要求。 • 检测时机 原则上应选择在热处理后，冲孔、开槽等精加工之前进行。 • 检测技术 纵波直入射检测、纵波斜入射检测、横波检测。
2. 检测灵敏度的调节
• 检测灵敏度：不低于最大检测距离处的Φ2mm平底孔当量直 径。（JB/T4730.3-2005规定） （1）底波调节法 • 应用条件: 锻件的被探部位厚度x ≥3N，且具有平行底面或 圆柱曲底面。 • 底波法不需要试块，不需要考虑传输修正问题。 • 调节步骤： 1）计算：底波与同距离处Φ2mm平底孔回波的分贝差。
– 当试块与工件的材质相差较大时，应考虑介质衰减补偿。
1）单直探头检测 • 使用CSⅠ 或CSⅡ试块进行调节检测灵敏度。 • 距离幅度特性曲线：两种情况。 • 平底孔试块的选用：根据要求检测的深度范围以及探头的 距离幅度特性选择恰当埋深的试块 – 在要求的检测
深度范围内平
底孔反射幅度 最低的相应埋
4．航空锻件的超声检测
• 常见类型：自由锻件、模锻件 • 检测规范：GJB1580A-2004 （1）自由锻件超声检测
检测面的选择应考虑锻件的锻压比和加工余量以及系统的 检测灵敏度、盲区、近表面分辨率等性能。
（2）模锻件检测
模锻件的变形流线是是与外表面平行的，检测时要求超 声声束方向应与外表面垂直入射，扫查需沿着外表面形状进 行。 – 接触法，通常只能检测平面部位。 – 水浸法（水套探头），可检测弧面部位。
– 当x≥3N时：
( B1 B2 6 ) / 2 x
5. 试块选择 • 根据探头和检测面的情况选择试块。
• 单晶直探头检测用试块 – CSⅠ试块形状和尺寸
表8—1 试块序号 L D CSⅠ-1 50 50 CSⅠ-2 100 60 CSⅠ-3 150 80 CSⅠ-4 200 80
8.1.8 锻件质量级别的评定（JB/T 4730.3-2005标准）
表6 由缺陷引起底波降低量的质量分级
等 级 底波降低量 BG/BF Ⅰ ≤8 Ⅱ ＞8～14 Ⅲ ＞14～20 Ⅳ ＞20～26
dB
Ⅴ ＞26
注：本表仅适用于声程大于近场区长度的缺陷
表7 单个缺陷的质量分级
等级 缺陷当量直径 Ⅰ ≤Φ4 Ⅱ Φ4＋(＞0dB～8dB) Ⅲ Φ4＋(＞8dB～12dB) Ⅳ Φ4＋(＞12dB～16dB)
• 单个缺陷：示波屏上单独出现的回波。邻近缺陷间距大于 50mm，回波高不小于Φ2mm的缺陷。
• 缺陷的位臵和大小测定：小缺陷，用当量法定量；大缺陷， 用6dB法测定其边界与面积范围。 • 单个缺陷类型：夹杂、裂纹等。 2. 分散缺陷
• 分散缺陷：工件中缺陷多且分散，缺陷间距较大。在边长为 50mm的立方体内少于5个，回波高不小于Φ2mm的缺陷。
2. 轴类锻件的超声检测
• 锻造工艺：以拔长为主 • 缺陷分布：大部分缺陷的取向与轴线平行 。 （1）直探头径向和轴向检测
– 径向检测（主要方法）
探头臵于轴的外圆作全面 扫查，以发现纵向缺陷。
– 轴向检测
探头臵于轴的端面作全面 扫查，以发现与轴线相垂直的 横向缺陷。 当轴的长度太长或有多个直径不等的轴段时，有声 束扫查不到的死区。
• 当量法：缺陷尺寸小于声束截面。
– 当量计算法、当量AVG曲线法：缺陷位于x≥3N区域内； – 试块比较法：缺陷位于x＜3N区域内。 • 测长法：缺陷尺寸大于声束截面。 – 6dB法：扫查过程中缺陷反射波只有一个高点情况； – 端点6dB法：扫查过程中缺陷反射波有多个高点情况。
• 底波高度法：
必要时，可利用 底波的幅度变化 来确定缺陷的相 对大小。
8.1.7 非缺陷回波分析 • 常见的非缺陷回波：
– 周向检测圆柱体锻件时产生的三角形反射波；
– 轴向检测细长轴类锻件时出现的迟到波；
– 锻件中存在与检测面成61°倾角的反射面时61°反射波；
– 锻件的台阶、凹槽等外形轮廓回波等。 • 应根据锻件的结构形状、材质和锻造工艺，应用超声波反射、 折射和波形转换理论分析判断。
• 缺陷的位臵和大小测定：分散缺陷一般不大，常用当量法定 量，同时要测定分散缺陷的位臵。 • 分散缺陷类型：分散性的夹杂。
3. 密集缺陷 • 密集缺陷回波：示波屏上同时显示的缺陷回波很多，缺陷之 间的间隔很小，甚至连成一片。 • 密集缺陷划分方法： – 以缺陷的间距划分：相邻缺陷间的间距小于某一值。 – 以单位长度时基线内显示的缺陷回波数量划分：在相当 于工件厚度值的基线内，探头不动或稍作移动时，一定 数量的缺陷回波连续或断续出现。 – 以单位面积中的缺陷回波划分：在一定检测面积内缺陷 回波数量超过某一值。 – 以单位体积中的缺陷回波划分：在一定检测体积内缺陷 回波数量多于规定值。