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第八章锻件与铸件超声检测第一节锻件超声检测1.锻件的制造方法和主要缺陷

锻件是由热态钢锭锻造而成，锻造过程包括加热、形变、成型和冷却。锻造工艺可分为：镦粗、拔长和滚压。

为了改变钢材的组织和改善钢的性能，锻件往往要经热处理。锻件的热处理方法主要有：退火、正火和调质。

锻件缺陷可分为原材料缺陷（即锻坯中存在的缺陷，主要是铸造缺陷），锻造缺陷和热处理缺陷。铸造缺陷主要有：缩孔残余、疏松、夹杂、裂纹。锻造缺陷主要有：裂纹、白点、折叠等。热处理缺陷主要有：裂纹等。

按时机锻件检测可有原材料或在制过程中检测，产品检验及在役检验。

一般要求锻件检测应在热处理后进行，因为热处理可以细化晶粒、减少衰减，此外还可以发现热处理过程中产生的缺陷。

对于带孔、槽和台阶的锻件，检测应在孔、槽和台阶加工前进行。因为孔、槽和台阶对检测不利，容易产生各种非缺陷信号。

锻件检测中采用的探头类型和探测方向是根据所要检测的主要缺陷的分布、形状和取向而定的。（1）轴类锻件检测

轴类锻件在锻造时主要承受拔长，因而缺陷主要沿轴向分布，所以直探头径向检测是主要的检验方式。另外还可有直探头轴向检测（主要探测与轴垂直的横向缺陷）；斜探头周向检测（探测辐射状分布的平面型缺陷）和斜探头轴向检测（探测直探头轴向探测所未能探测到或灵敏度不足的区域）。见图3-69图3-69轴类锻件超声探测方向。（a）直探头径向探测（b）直探头轴向探测（c）斜探头周向探测（d）斜探头轴向探测。（2）饼类锻件检测

饼类锻件主要经受镦粗工艺，因而缺陷分布主要平行于端面。所以用直探头在端面检测是最主要的检测方法。（3）筒形锻件检测

由于铸锭中质量最差的中心部分已被冲孔时去除，因而锻件质量一般较好。筒形锻件一般在端面及外圆作直探头检测。但对于壁厚较薄的筒形锻件，须加用斜探头探测3检测条件的选择1、探头的选择碳钢或低合金钢：单晶直探头：2~5M

Φ14mm~

Φ25mm奥氏体钢：0.5~2M

Φ14mm~

Φ25mm双晶直探头：补充检测直探头盲区和近场区横波检测：一般选择K12、耦合方式注意曲面工件曲率的影响JB/T4730.3-2005规定

检测方法：锻件应进行纵波检测，对筒形和环形锻件还应增加横波检测。

探头：双晶直探头的公称频率应选用5MHz。探头晶片面积不小于150mm2；单晶直探头的公称频率应选用2～5MHz，探头晶片一般为φ14～φ25mm。

扫查方法，原则上应在探测面上从两个相互垂直的方向全面扫查。锻件厚度超过400mm时，应从相对两端面进行100%的扫查。耦合：表面粗糙度R≤6.3um。工件材质衰减系数的测定

在工件无缺陷完好区域，选取三处检测面与底面平行且有代表性的部位，调节仪器使第一次底面回波幅度（B1或Bn）为满刻度的50%，记录此时衰减器的读数，再调节衰减器，使第二次底面回波幅度（B2或Bm）为满刻度的50%，两次衰减器读数之差即为（B1-B2）或（Bn-Bm）的dB差值（不考虑底面反射损失）。

工件上三处衰减系数的平均值即作为该工件的衰减系数。衰减系数的计算公式（T＜3N，且满足n＞3N/T，m=2n，α=［（Bn-Bm）-6］/2（m-n）T衰减系数的计算公式（T≥3N）α=［（B1-B2）-6］/2Tα——衰减系数，dB/m（单程）；（Bn-Bm）——两次衰减器的读数之差，dB；T——工件检测厚度，mm；N——单直探头近场区长度，mm；m、n——底波反射次数。试块序号CSⅠ-1单直探CSⅠ-2头标CSⅠ-3准试CSⅠ-4块L50100150200D50608080CSⅠ标准试块双晶直探头试块a)工件检测距离小于45mm时，应采用CSⅡ标准试块。b)CSⅡ试块的形状和尺寸应符合图5和表5的规定。图5

CSⅡ标准试块试块序号孔径检测距离L123456789CSⅡ-1φ251015202530354045CSⅡ-2φ3CSⅡ-3φ4CSⅡ-4φ6

检测面是曲面时，应采用CSⅢ标准试块来测定由于曲率同而引起的声能损失，其形状和尺寸按图6所示。图6

CSⅢ标准试块4扫描速度和灵敏度的调节扫描速度的调节根据锻件的检测范围来确定调节扫描速度。可以在试块上或锻件上调节。一般B1位于屏幕水平

80%位置。单直探头基准灵敏度的确定当被检部位的厚度大于或等于探头的三倍近场区长度，且探测面与底面平行时，原则上可采用底波计算法确定基准灵敏度。对由于几何形状所限，不能获得底波或壁厚小于探头的三倍近场区时，可直接采用CSⅠ标准试块确定基准灵敏度。双晶直探头基准灵敏度的确定使用CSⅡ试块，依次测试一组不同检测距离的φ3平底孔（至少三个）。调节衰减器，作出双晶直探头的距离-波幅曲线，并以此作为基准灵敏度。

扫查灵敏度一般不得低于最大检测距离处的φ2mm平底孔当量直径。

计算缺陷当量时，若材质衰减系数超过

4dB/m，应考虑修正。

当被检部位厚度x≥3N时，且锻件具有平行底面或圆柱曲底面时，常用底波调节法。大平底：△=20lgPB/Pf=20lg[2λx/(πDf2)]

空心圆柱体：△=20lgPB/Pf=20lg[2λx/(πDf210lg(d/D)缺陷位置和大小的测定1、缺陷位置的测定

2、缺陷大小的测定：被检缺陷的深度大于或等于探头的三倍近场区时，采用AVG曲线及计算法确定缺陷当量。对于三倍近场区内的缺陷，可采用单直探头或双晶直探头的距离-波幅曲线来确定缺陷当量。也可采用其他等效方法来确定。当量计算法

1、平底面或实心圆柱体：2、空心圆柱体：外+内－大平底回波声压：△=20lg(x2/x1)平底孔回波声压：△=40lg(Df1x2/Df2x1)

平底孔与大平底回波声压：△=20lg[2λx/(πDf2)]

例：有一厚度T的平底锻件，探伤中在T1处发现一缺陷，比扫查灵敏度高△dB，要求评级。

步骤1：计算扫查灵敏度(Φ2)，△1=20lg[λT/(2π)]步骤2：△=40lg(Df1x2/Df2x1)=40lg(Df1T/2T实际操作时：1、将底面回波调到60%屏高，记下dB1，

2、发现缺陷后将缺陷波调到60%屏高，记下dB2，缺陷深度，利用公式△=dB2

-dB1=20lg[2λx/(πDf2)]就可以求缺陷当量值。6缺陷位置和大小的测定1、缺陷位置根据缺陷刻度和扫描速度1：n确定2、缺陷大小X≥3N当量计算或AVGX<3N试块比较法

缺陷尺寸大于声束截面直径：6dB和端点6dBFB6dB缺陷测长法

圆形锻件：Lf=L(R-xf)/R(外圆检测)

Lf=L(r+xf)/r(内圆检测)LfLLf缺陷回波的判别1）单个缺陷回波它可能是单个的杂质或裂纹所引起。2)密集缺陷在荧光屏扫描线相当于50mm声程范围内同时有5个或5个以上的缺陷反射信号；或

是在50mm×50mm的检测面上发现在同一深度范围内有5个或5个以上的缺陷反射信号。其反射波幅均大于某一特定当量缺陷基准反射波幅。

密集缺陷可以是疏松、非金属夹杂、白点或成群的裂纹。

锻件不允许存在白点。通常白点的分布范围较大，且基本集中在中心部位，它的回波清晰、尖锐，

成群的白点有时甚至会使底面回波完全消失。这

些特点是判断锻件中白点的依据。FB3)分散缺陷：缺陷较多且分散，间距较大。4）游动回波

随探头在探测面上的移动，缺陷回波也在时基线上随之移动。当回波的移动距离超过一定范围时（一般大于25mm），称为游动回波。

缺陷回波的游动表明在探头移动过程中缺陷与探头间的声程在变化。图3-74和图3-75是立体型缺陷和内孔裂纹的回波包络线。图3-74立体型缺陷的回波包络线图3-75内孔裂纹的回波包络线5）林状回波又称草状回波它可能由材料晶粒粗大所引起。B6)底面回波

缺陷波很高且多次重复，底波低甚至消失，说明锻件中存在平行检测面的大面积缺陷。

缺陷波和底波都很低甚至消失，说明锻件中存在大面积但倾斜的缺陷。

缺陷回波密集相连，底波下降明显或消失，说明锻件中存在密集性缺陷。非缺陷回波1)三角反射波：圆柱形，1.3d、1.67d2)迟到波：细长轴，B1之后0.76d间距

3)61°反射波：缺陷或结构面成61°特定角。轮廓回波：各种轮廓。JB/T4730.3-2005规定缺陷记录1记录当量直径超过φ4mm的单个缺陷的波幅和位置2密集区缺陷3底波降低量应按表6的要求记录等级ⅠⅡⅢⅣⅤ底波降表低6量由缺B陷G/引BF起底波≤降8

低量的>8质~1量4

等级>1评4定~20>2d0B~26>26注：本表仅适用于声程大于近场区长度的缺陷。等级ⅠⅡⅢⅣⅤ缺陷当量直径≤φ4表φ4+（>0

dB7~8单dB个）缺φ4+（>8

dB~陷12的dB质B质）量φ4+（>12

dB~等16级6级d评B）定＞φ4+16dBmm表8

密集区缺陷的质量等级评定等级ⅠⅡⅢⅣⅤ密集区缺陷占检测总面积的百分比，%0>0~5>5~10>10~20>20第二节铸件超声波探伤

铸件是金属液注入铸模中冷却凝固而成，铸件中常见缺陷：气孔、缩孔、夹杂和裂纹等。气孔：

缩孔：由于金属液冷却凝固时体积收缩时得不到补缩而形成的缺陷，多位于浇冒口附近和截面积最大部位或截面积突变处。夹杂：包括非金属夹杂和金属夹杂裂纹：铸件特点 1、透声性差：组织不致密、不均匀、晶粒粗大、透声性差2、声耦合差3、干扰杂波多

由于以上原因，铸件探伤比较困难，但铸件质量要求比较低。检测参数1、探头：f

0.5~2.5M

Φ10~Φ30

2、试块：GB7233-87标准ZGZ系列平底孔对比试块3、检测面与耦合剂4、透声性测试

5、铸钢件内外层次划分：T<90mm,1/3壁厚；T≥90mm,内外各30mm,其余为内层。距离波幅曲线灵敏度调节缺陷的判别与测定质量级别评定小结1、锻件的物理特性：晶粒度、缺陷特征等

2、锻件的检测参数：探头、检测方向、试块的选择、灵敏度的确定等3、锻件缺陷的计算：当量法或AVG曲线法

4、锻件缺陷波形识别、伪缺陷波的识别、缺陷性质的估判、质量等级评定等5、铸件的物理特性、检测方法。END