超声检测应用.

（4）热裂纹：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。 （5）粗晶和树枝晶：与锻件相比，铸件内部晶粒一般比较粗大，并存在组 织的各向异性。 （6）粗糙表面：铸件的铸态表面比较粗糙。
•由于铸件中晶粒粗大和组织不致密，超声波在铸件中传播时衰 减比较大，穿透性能较差。因此，与其它工件相比必须特别注意 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。
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，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。
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。
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。
实例： 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。
2-2-4 超声检测应用
常采用超声波检查的产品形式有锻件、铸件、焊 接件，复合材料和其他材料等。 主要应用有两方面：
•原材料或新构件的生产型检测； •在役设备的检测。
(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。
•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。
•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。
铸钢件：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。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。 铸铁件：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 以评定其内部组织状况。
(2) 铸件检测
铸件中的常见缺陷：
(1)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。 （2）缩孔和缩松：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，在工件中表现为多孔性 疏松部分。
（3）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。
3 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。 4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。
注意事项：
1 频率选择：大型锻件在热处理前由于晶粒粗大，只能采用频 率为0.5～1MHz的探头检测，而淬火、回火后则可用2～5MHz 频率。 国内常用的检测频率是 2.5MHz ，国外常用的为 2 ～ 2.5MHz。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。
2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
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3次 回波
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4级：有4次背面回波，有4～5个小缺陷。 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。
始脉冲
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6次 回波
(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。
0 级：无背面回波、缺陷(缩松和夹杂物 )面积 大于等于30×15(mm)。
1 级：只有一次背面超声回波，此时的缺陷面 积在10×10(mm)左右。
始脉冲
1次 回波
2级：只有2次背面超声回波，此时的缺陷面积 在5×10(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。
始脉冲
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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，形成的原因不一。