鍛件與鑄件超聲波探傷應用技巧

鍛件和鑄件是各種機械設備及鍋爐壓力容器的重要毛坯件。

一.鑄件超聲波探傷

由于鑄件晶粒粗大、透聲性差，信噪比低，所以探傷困難大，它是利用具有高頻聲能的聲束在鑄件內部的傳播中,碰到內部表面或缺陷時產生反射而發現缺陷。反射聲能的大小是內表面或缺陷的指向性和性質以及這種反射體的聲阻抗的函數,因此可以應用各種缺陷或內表面反射的聲能來檢測缺陷的存在位置、壁厚或者表面下缺陷的深度。超聲檢測作為一種應用比較廣泛的無損檢測手段,其主要優勢表現在:檢測靈敏度高,可以探測細小的裂紋;具有大的穿透能力,可以探測厚截面鑄件。其主要局限性在于:對于輪廓尺寸復雜和指向性不好的斷開性缺陷的反射波形解釋困難;對于不合意的內部結構,例如晶粒大小、組織結構、多孔性、夾雜含量或細小的分散析出物等,同樣妨礙波形解釋;另外,檢測時需要參考標準試塊。。

二.鍛件超聲波探傷

（一）鍛件加工及常見缺陷

鍛件是由熱態鋼錠經鍛壓變形而成。鍛壓過程包括加熱、形變和冷卻。鍛件缺陷可分為鑄造缺陷、鍛造缺陷和熱處理缺陷。鑄造缺陷主要有：縮孔殘余、疏松、夾雜、裂紋等。鍛造缺陷主要有：折疊、白點、裂紋等。熱處理缺陷主要是裂紋。

縮孔殘余是鑄錠中的縮孔在鍛造時切頭量不足殘留下來的，多見于鍛件的端部。
疏松是鋼錠在凝固收縮時形成的不致密和孔穴，鍛造時因鍛造比不足而未全溶合，主要存在于鋼錠中心及頭部。
夾雜有內在夾雜、外來非金屬夾雜和金屬夾雜。內在夾雜主要集中于鋼錠中心及頭部。

裂紋有鑄造裂紋、鍛造裂紋和熱處理裂紋等。奧氏體鋼軸心晶間裂紋就是鑄造引起的裂紋。鍛造和熱處理不當，會在鍛件表面或心部形成裂紋。

白點是鍛件含氫量較高，鍛后冷卻過快，鋼中溶解的氫來不及逸出，造成應力過大引起的開裂。白點主要集中于鍛件大截面中心。白點在鋼中總是成群出現。

（二）探傷方法概述

按探傷時間分類，鍛件探傷可分為原材料探傷和制造過程中的探傷，產品檢驗及在役檢驗。
原材料探傷和制造過程中探傷的目的是及早發現缺陷，以便及時采取措施避免缺陷發展擴大造成報廢。產品檢驗的目的是保證產品質量。在役檢驗的目的是監督運行后可能產生或發展的缺陷，主要是疲勞裂紋。

1．軸類鍛件的探傷
軸類鍛件的鍛造工藝主要是以拔長為主，因而大部分缺陷的取向與軸線平行，此類缺陷的探測以縱波直探頭從徑向探測效果佳。考慮到缺陷會有其它的分布及取向，因此軸類鍛件探傷，還應輔以直探頭軸向探測和斜探頭周向探測及軸向探測。

2．餅類、碗類鍛件的探傷

餅類和碗類鍛件的鍛造工藝主要以鐓粗為主，缺陷的分布主要平行于端面，所以用直探頭在端面探測是檢出缺陷的佳方法。

3．筒類鍛件的探傷

筒類鍛件的鍛造工藝是先鐓粗，后沖孔，再滾壓。因此，缺陷的取向比軸類鍛件和餅類鍛件中的缺陷的取向復雜。但由于鑄錠中質量差的中心部分已被沖孔時去除，因而筒類鍛件的質量一般較好。其缺陷的主要取向仍與筒體外圓表面平行，所以筒類鍛件的探傷仍以直探頭外圓面探測為主，但對于壁較厚的筒類鍛件，須加用斜探頭探測。

（三）探測條件的選擇

1．探頭的選擇
鍛件超聲波探傷時，主要使用縱波直探頭，晶片尺寸為Φ14～Φ28mm，常用Φ20mm。對于較小的鍛件，考慮近場區和耦合損耗原因，一般采用小晶片探頭。有時為了探測與探測面成一定傾角的缺陷，也可采用一定K值的斜探頭進行探測。對于近距離缺陷，由于直探頭的盲區和近場區的影響，常采用雙晶直探頭探測。
鍛件的晶粒一般比較細小，因此可選用較高的探傷頻率，常用2.5～5.0MHz。對于少數材質晶粒粗大衰減嚴重的鍛件，為了避免出現“林狀回波”，提高信噪比，應選用較低的頻率，一般為1.0～2.5MHz。