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鑄件的超聲檢測

日期:2024-09-04 14:28
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摘要:轉自與探傷工之家
 1.鑄件的特點及常見缺陷


鑄件是將金屬或合金熔化后注入模中冷卻凝固而成的,鑄件具有如下特點:

   (1)組織不均勻

液態(tài)金屬注入鑄模后,與模壁首先接觸的液態(tài)金屬因溫度下降更快且模壁有大量固態(tài)微粒形成晶核,因此很快凝固成為較細晶粒。隨著模壁距離的增加,模壁影響逐漸減弱,晶體的主軸沿散熱的平均方向生長,即沿與模壁相垂直的方向生長成彼此平行的柱狀晶體。在鑄件的中心,散熱已無顯著的方向性,冷卻凝固緩慢,晶體自由地向各個方向生長,形成等軸晶區(qū)。顯然,鑄件的組織是不均勻的。并且一般來說,晶粒比較粗大。

(2)組織不致密

液態(tài)金屬的結晶是以樹枝狀生長方式進行的,樹枝間的液態(tài)金屬*后會凝固,但樹枝間很難被金屬液體全部填滿,這就造成了鑄件普遍存在的不致密性。另外,液態(tài)金屬在冷卻凝固中體積會收縮,如果得不到及時、足夠的補充,也可形成疏松或縮孔。

(3)表面粗糙,形狀復雜

鑄件是一次澆鑄成型的,形狀往往比較復雜且不規(guī)則,表面常常難以加工。

(4)缺陷的種類和形狀復雜

鑄件中主要的缺陷類型有:孔洞類缺陷(包括縮孔、縮松、疏松、氣孔等)、裂紋冷隔類缺陷(冷裂、熱裂、白點、冷隔和熱處理裂紋)、夾雜類缺陷以及成分類缺陷(如偏析)等。由于應力的原因,裂紋多出現(xiàn)于冷卻速度快、幾何形狀復雜、截面尺寸變化大的鑄件中,是具有危險性的缺陷。



 
2.鑄件超聲檢測特點

上述鑄件的特點,給超聲檢測帶來了不利的影響,形成了鑄件超聲檢測的特

殊性和局限性。

   (1)超聲波穿透性差

鑄件中粗大的晶粒、不均勻的組織、粗糙的表面都會導致超聲散射增大,聲能損失嚴重,與鍛件相比,鑄件的可探厚度減小。另外粗糙的表面使耦合變差,也是造成鑄件檢測靈敏度低的原因。

(2)雜波干擾嚴重

鑄件中的組織不致密和不均勻,以及晶粒粗大,都會使超聲波產(chǎn)生嚴重的散射,被探頭接收后,在熒光屏上將顯示為較強的草狀雜波信號;粗糙的鑄造表面對聲波的散射也會形成雜波信號;另外,鑄件形狀復雜,也非常容易產(chǎn)生外輪廓反射回波以及遲到回波。這些干擾信號可能會妨礙缺陷信號的識別。

(3)缺陷檢測要求較低

鑄件中一般允許存在的缺陷尺寸較大,數(shù)量較多,特別是工藝的檢測,有的只要求檢出危險性的缺陷,以便修補處理。



 
3.鑄件的超聲檢測常用技術

根據(jù)鑄件的不同情況,可選擇相應的檢測技術

      (1)缺陷反射波法

對于厚度較大,表面較光滑的鑄件,可采用縱波直探頭,通過觀察一次底面回波之前是否出現(xiàn)缺陷信號進行檢測。如需要檢測裂紋,或由于形狀和缺陷取向原因無法采用縱波檢測的部位,可采用斜探頭檢測。要檢測近表面缺陷,可采用雙晶探頭。

(2)二次缺陷反射波法

對于厚度不大,表面較粗糙的鑄件,可采用縱波直探頭檢測,通過觀察一次底面和二次底面回波之間是否出現(xiàn)缺陷信號進行判斷。

(3)多次回波法

對于厚度減薄,材質均勻,檢測面與底面平行的鑄件,可采用縱波直探頭,通過底面多次回波法檢測

(4)分層檢測法

厚度特大的鑄件,如果用缺陷回波法檢測,通常檢測靈敏度需按*大厚度調整,這就使得儀器增益必須設置的很大,根據(jù)超聲波的衰減特性,這樣勢必造成靠近表面位置的信號幅度過高,散射引起的雜波信號幅度也過高。如果該部位存在缺陷,則缺陷信號將混于雜波信號中,無法分辨。因此對于厚度特別大的鑄件,一般采用分層法檢測,即檢測時將鑄件厚度分為若干層,每一層分別采用該層的深度調整靈敏度進行檢測。對于近表面層,由于該層厚度小,聲衰減較小,需要的儀器增益相對較低,雜波幅度也相應下降,采用一般全厚度檢測的缺陷回波法無法分辨的缺陷,此時有可能被觀測到。這樣既滿足了深層缺陷檢測靈敏度要求,也解決了較小厚度部位的缺陷檢測問題。可見,分層檢測法是解決鑄件檢測時雜波干擾的一種有效措施。

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在實際檢測時,利用儀器的距離幅度補償(DAC)功能,不分層檢測,也可達到與分層檢測同樣的效果。



 
4.鑄件的檢測條件的選擇
   (1)探頭

鑄鋼件檢測,一般以縱波直探頭為主。輔以橫波斜探頭和縱波雙晶探頭。

鑄鋼件晶粒比較粗大,衰減嚴重,宜選用較低的頻率,一般為0.5~2.5MHz。對于厚度不大經(jīng)過熱處理的鑄鋼件,可選用2.0~2.5MHz;對于厚度較大和未經(jīng)過熱處理的鑄鋼件,宜采用0.5~2.0MHz。縱波直探頭的直徑一般為φ10mm~φ30mm,橫波斜探頭的折射角常為45°、60°、70°等。

關于探頭的選擇方式可參照文章《常用超聲波探頭的選擇方法》

     (2)試塊

縱波直探頭檢測常用ZGZ系列平底孔對比試塊。試塊材質與被檢鑄鋼件相似,不允許存在φ2mm平底孔缺陷。試塊平底孔直徑d分別為φ3、φ4、φ6等三種。平底孔聲程l為25、50、75、100、150、200六種。試塊用于測試距離—波幅曲線和調整檢測靈敏度。

(3)檢測表面和耦合劑

鑄鋼件表面粗糙,耦合條件差,檢測前應對其表面進行打磨清理,要求粗糙度Ra不大于12.5μm。

鑄鋼件檢測時,常用黏度大的耦合劑,如漿糊、黃油、甘油、水玻璃等。           (4)透聲性測試

鑄鋼件晶粒較粗,組織不致密,對聲波吸收和散射嚴重,透聲性差,對檢測結果影響較大。一般檢測前要測試其透聲性。鑄鋼件透聲性可用縱波直探頭測試。將探頭對準工件底面,用衰減器測出底波B1與B2的dB差即可。為了減少測試誤差,一般測三點取平均值。測得的dB值越大,說明透聲性越差。



5.距離—波幅曲線測試與靈敏度調節(jié)



根據(jù)檢測要求選定一組平底孔對比試塊(平底孔直徑相同聲程不同),測出工件與對比試塊的透聲性和耦合損失差△dB。將探頭置于厚度與工件相近的試塊上,對準平底孔,調節(jié)儀器使平底孔*高回波達10%~20%,將探頭分別對準不同聲程的平底孔,標記各平底孔回波的*高點,連成曲線,從而得到該平底孔的距離—波幅曲線(即面板曲線)。用衰減器增益△dB,這是靈敏度就調好了。為了便于發(fā)現(xiàn)缺陷,有時再增益6dB作為掃查靈敏度。


 
6.缺陷的判定和測定

探頭按選定的方式進行掃查,相鄰兩次掃查重迭15%,探頭移動速度≤150mm/s。掃查中根據(jù)缺陷波高和底波降低情況來判別工件內(nèi)部是否存在缺陷。以下幾種情況要作為缺陷記錄。



 
7.鑄鋼件質量級別的評定


評定時按照GB/T7233-2009《鑄鋼件超聲檢測》中的相應規(guī)定進行。

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