铸钢件超声波探伤频率的选择及缺陷波形分析

《铸造技术》5/2003经验交流

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铸钢件超声波探伤频率的选择及缺陷波形分析

万升云

(华中科技大学,湖北武汉430074)

S e l e c t i o no fU l t r a s o n i c S o u n d i n g F r e q u e n c y a n dA n a l y s i s o fD e f e c tR i p p l e o fC a s t i n g S t e e l P a r t

WA NS h e n g-y u n

(H u a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,W u h a n430074,C h i n a)

中图分类号:T G247文献标识码:B文章编号:1000-8365(2003)05-0441-01

超声波检测是5种常规的无损检测方法之一,在探测铸钢件及其补焊区域时所应用的标准为G B7233-87《铸钢件超声波探伤及质量评级方法》。由于铸钢件晶粒粗大,形状复杂,表面粗糙等原因给超声波检测带来许多困难。根据探伤实践,铸钢件超声波探伤中几个问题值得注意。

7探伤频率的选择原则

在G B7233-87标准中,对频率的选择规定比较抽象。当被探测的工件确定,则声波在其中的传播速度也一定,由关系式:

λ=c/f

式中λ-波长;C-波速;f-波的频率。

由上式可知,频率越高,波长越短,而脉冲反射法超声波探伤的最大检测能力为λ/2,因为声波具有绕过障碍物传播的绕射现象,绕射现象的存在限制了脉冲反射法超声波探伤的最小缺陷的检测能力。当缺陷尺寸小于λ/2时,绕射占主导地位,该缺陷就不具备产生反射回波的条件,反射法探伤就无法检测出此缺陷。对于同一工件而言,采用高的探测频率,可以提高小缺陷的检测能力,防止漏检。铸钢件本身存在着晶粒粗大的问题,频率过高工件对声波的吸收衰减和散射衰减均很显著,降低了超声波的穿透能力;因晶界反射等原因,使示波屏上的草状回波增多,倍噪比下降,降低了检测的灵敏度。

英国学者E d w a r d s认为:铸钢件超声波探伤的效果,取决于探头及频率的正确选择。当壁厚小于7.7c m时,探头的最佳选择频率为5MH z,当壁厚超过7.7c m时,探头的最佳选择频率为2.25MH z,探头的直径不应超过1.25c m。

厚度不大,经过热处理消除应力和细化晶粒的工艺,宜选用2～5MH z的高探测频率;厚度较大(大于300m m)或未经热处理的铸钢件,宜选用0.5～1MH z的低探测频率。探头则应选用φ20m m以下的直探头或K=2左右的斜探头(小焊区域)。在保证有

足够信噪比的基础上,尽可能选择高一些的探测频率,既保证探伤灵敏度的要求,又防止漏检。

8缺陷波形的定性分析

虽然G B7233-87标准在对缺陷的品质等级划分中,强调了缺陷的总面积及缺陷在厚度方向的尺寸占钢铸件整个截面厚度的百分数,但同时也明确指出:凡检测区域内存在裂纹的铸钢件,则评为5级。根据有关的资料介绍及实物解剖分析,铸钢件的常见缺陷按反射特征和波形分类,大致有如下几种类型:

(1)曲面反射型此类缺陷相对入射波的反射面呈任意曲面,缺陷附近组织的声吸收,散射系数与基体组织无大的变化,由于曲面对声波的散射作用,反射法探伤时,在操作时适当提高仪器增益,才能接收到反射波,这类缺陷主要有气孔、夹砂、缩孔等。

气孔(含砂眼)的形状,一般趋近圆形,超声波探伤时,回波波幅较低,反射波波峰形状单一,当探头移动时,此起彼伏,大多数情况下,波与波的界线较清晰,对底波影响不太大。

夹砂(含夹渣、夹杂异物)的形状基本上都具有一定棱角,反射波形状大多数是主峰的旁边有很多较矮的次峰,回波高度不太高,当探头移动时,回波高度变化较大,主波峰与次波峰交错变换迅速,对底波反射的高度有一定影响。

缩孔的外形不太规则,超声波探伤时,反射波成簇状,一般在扫描线上占宽较大,波与波粘边,波幅有时高低交错,往往在一主峰旁边有很多小峰,且小峰波幅相应较低,对底波影响很大,有的时候,底波完全消失,严重时,既无底波,又无缺陷波。

(2)声能量衰减型由超声波的基本理论可知,声波能量的衰减主要是声吸收和散射。当缩松严重时,会产生大的缩孔,往往影响工件使用时的机械强度。这种对声能量的衰减还在粗大晶粒的其它铸件探伤中产生。

缩松、疏松,主要表现在散射,它常在铸钢件截面

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的中心或冒口部位,有较大的体积,实际上是微小孔穴的密集区,对超声波能量的吸收,散射作用是很大的,探伤时缺陷波多而且密,波幅很低,多数情况下无缺陷波,缺陷区对底波影响很大,大多数情况下,底波很低,甚至彻底消失。

(3

)平面反射型:此类缺陷的反射面大且较平整,当条件合适,入射波方向与反射面垂直时,反射波高大。此类缺陷主要有裂纹、夹砂、大块夹杂物等。

裂纹的反射波一般较为单一,在主缺陷反射波附

近有些小的反射波,反射波峰一般较尖锐,而底波严重衰减直至消失,即使是仪器增益较低时,也很容易找到缺陷。在大多数情况下,只有用斜探头探测时,才能发现裂纹波的反射,这是因为多数裂纹的取向与工件表面成垂直分布。

大块夹杂物等的反射波型与裂纹类似。

收稿日期:2003-05-13; 修订日期:

2003-05-21作者简介:万升云(1966- )

,湖北武汉人,博士.研究方向:焊接.水玻璃砂垂直分型生产法兰盘铸钢件

胡建军，轩世成，平向红

(第一拖拉机股份有限公司铸钢厂,河南洛阳471004

)F l a n g e P l a t e C a s t i n g S t e e l P i e c e P r o d u c e d b y M e a n s o fV e r t i c a l P a r t i n g F

a c ew i t h S o d i u mS i l i c a t e S a n d HUJ i a n -j u n ,X U A NS h i -c h e n g ,P I N G X i a n g -h o n g

(C a s t i n g S t e e lW o r k ,F i r s tT r a c t o rC o .,L t d ,L u o y a n g 4

71004,C h i n a )中图分类号:T G 269 文献标识码:B 文章编号:1000-8365(2003)05-0442-01

φ185m m 法兰盘厚30m m 是外贸产品铸钢件,铸件材质为16M n ,

化学成分w 为0.12%～0.19%C ;0.17%～0.37%S i ;0.70%～1.00M n ;0.035%P ;0.035%S ,

外形要求全加工,加工面及加工孔内不允许存在缩孔、渣孔等缺陷。采用水玻璃砂垂直分型工艺,生产出合格铸件。

7 零件的结构特点

φ185m m 法兰盘加工孔尺寸为φ14m m ,数量为12个,沿φ140m m 的圆周均布,

并以该零件的中心相对称,其中6个为台阶形孔。由于加工孔尺寸小且有位置精度要求(公差尺寸为±0.1),不能够采用铸造的方式铸出。

法兰盘外形呈圆盘形,厚度尺寸为30m m ,加上加工余量后,热节尺寸达φ38m m (加工余量按4m m 计算),为保证铸件的致密度,须有足够的钢水对热节部位进行补缩。

8 工艺性能分析

根据零件的结构特点,设计水平分型工艺,潮模砂生产。该工艺采用标准底板和砂箱,流水线生产,生产效率高。但对生产效果进行预测、分析,认为该工艺无法保证铸件品质。首先,潮模砂生产,浇注系统及型腔的湿强度不够高,钢液在充型过程中,易对浇注系统及型腔产生冲刷作用,冲刷掉的砂子可随着钢液流进入型腔。另外,在浇注前,采用人工扒渣方式,流水线生产节奏快,人工扒渣难以将浇注小包内的稀薄渣去除

干净,部分稀薄渣可随着钢液流进入型腔。由于该铸件的总体尺寸偏小,充型过程快,受型壁的激冷作用强,导致型腔中钢液的凝固速度快,进入型腔中的砂子、渣子在凝固过程中不能够全部上浮到型腔的上表面或冒口中,部分滞留在铸件内部,产生砂渣孔缺陷。同时,该工艺采用6个顶冒口对铸件进行补缩,冒口数量多且尺寸较大,须采用气割的方法去除,不仅加大了清理难度,而且铸件的工艺出品率低。

图1 法兰盘生产工艺图

为获得优质铸件和提高工艺出品率,采用见图1的铸造工艺,底注开放式浇注系统,型砂采用水玻璃砂,用活脱箱手工造型,铸型造好后依次垂直叠加在一起,外围用金属框架紧固。直浇口上部放置用水玻璃砂制成的专用浇口杯。

9 生产操作要求

(1)水玻璃砂配方w 为:干石英砂(0.425m m /0.212m m )100%,普通水玻璃(M =2.35,ρ=

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