铸钢件超声波探伤中应注意的几个问题

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铸钢件超声波探伤中应注意的几个问题

万升云

)华中科技大学-湖北武汉./0012+

摘要!结合探伤实践-对铸钢件超声波探伤时探头频率选择和缺陷波形定性等几个相关的问题

作了详细的分析3

关键词!铸钢4超声波4探伤4频率

中图分类号!52607/.文献标识码!8

超声波检测是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98:2// ;<:=铸钢件超声波探伤及质量评级方法>3由于铸钢件存在着晶粒粗大-内部金属分布不均匀-其外形几何形状复杂-表面粗糙等原因-给超声波检测带来了许多困难3根据多年的探伤实践认为!目前铸钢件超声波探伤过程中存在以下几个值得注意的问题3

"探伤频率的选择原则

铸钢件探伤困难的根本原因是其晶粒粗大-内部组织分布极不均匀-加之外形复杂-表面粗糙等3在98:2//;<:中-对频率的选择规定也比较抽象-不易掌握-因而探伤时的探测频率的选择就显得非常重要3众所周知-一旦被探测的工件确定-则声波在其中的传播速度也一定-由关系式?@A B C

式中!?DD波长4

E DD波速4

C DD波的频率3

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?B2-这是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对最小缺陷的检测能力3当缺陷尺寸小于?B2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3所以-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3但频率过高时-铸钢件本身存在着晶粒粗大的问题-这样一来-工件对声波的吸收衰减和散射

收稿日期4200/%0F%21

作者简介!万升云)1G66%+-男-1G

英国学者H I J K L I M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3当壁厚小于::N N时-探头的最佳选择频率为F OP Q4当壁厚超过::N N时-探头的最佳选择频率为272F OP Q-且探头的直径都不应超过127F N N3

因此-在实际的探测频率选择中-可根据本单位现有仪器R设备情况-参照理论与原则进行3厚度不大-且又经过热处理消除应力和细化晶粒的工艺-宜选用2SF OP Q的高探测频率4厚度较厚)大于/00 N N+或未经热处理的铸钢件-宜选用07F S1OP Q 的低探测频率3探头则应选用T20N N以下的直探头或U@2左右的斜探头)小焊区域+3这样做的目的是保证在有足够的信噪比的基础上-尽可能选择高一些的探测频率-这样既保证了探伤灵敏度的要求-又可防止漏检3

*缺陷波形的定性分析

虽然98:2//;<:在对缺陷的质量等级划分中-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-但也明确指出!凡检测区域内存在裂纹的铸钢件-均评为F级3因此-对缺陷波形的定性分析-有助于探伤人员做到心中有数-杜绝对裂纹这类危害性缺陷的漏检3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!

*7"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R散射系数与基体组织无大的变化3由于曲面对声波的散射作用-反射法探伤时-

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现场经验机车车辆工艺第F期200/年10月

须在实际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!且在大多数情况下!波与波的界线较清晰!并且对底波影响不太大#

夹砂$含夹渣"夹杂异物%的形状基本上都具有一定棱角!此类缺陷反射波形状大多数是主峰的旁边有很多较矮的次峰!回波高度也不太高!它与气孔反射波不同的是!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#

缩孔的外形一般不太规则!超声波探伤时!这类缺陷反射波成簇状!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#

&’&声能量衰减型

按照超声波的基础理论!声波能量的衰减主要是声吸收和散射#这一类缺陷是铸钢件中常有的!这类缺陷有缩松"疏松等#当缩松严重时!将会产生大的缩孔!往往影响工件使用时的机械强度#这种对声能量的衰减还会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#

&’(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"翻皮"大块夹杂物等#

裂纹的反射波在一般情况下较为单一!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#但在大多数情况下!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#

()一个缺陷*含意的探讨

在+,-.//01-中!有缺陷质量等级的划分一项!在内层缺陷中提出了)一个缺陷*的提法!在实际运用中!容易产生不同的理解#然而!标准没有提出严格的定义!特别是在计算内层缺陷的面积时!标准完全没有涉及!在此有必要对)一个缺陷*的含义进行探讨#

$2%经验告诉我们!在铸钢件超声波无损检测中!材料中既存在有游离状态的缺陷!例如3单个气孔"点状夹渣"裂纹等!同时也存在有区域状态的缺陷!如疏松"条形夹渣"密集气孔等#同时!+,-.//0 1-同样也适用于铸钢件的补焊区域!而补焊区域却容易产生未溶合和未焊透等焊接所特有的缺陷#因此!标准中所提出的)一个缺陷*应包括上述的游离状态的缺陷!同时还应包括上述的区域状态的缺陷!即为两种缺陷的总和!而非特指某一部分#

$.%+,-.//01-中的某些系数及附注!其实也佐证了)一个缺陷*的含意#该标准表/的附注4就较为明确#附注4的内容是3位于外层的间距小于.566的两个或多个缺陷!在计算一个缺陷的面积时视为一个缺陷!其中一个缺陷的面积等于这些缺陷的面积之和#虽然此附注强调的是外层间的缺陷问题!并且是作为计算缺陷面积时的算法!但仍然可以给操作者启迪!以便准确理解)一个缺陷*的含意!即指一个区域性的缺陷#

7结束语

由于铸钢件与锻钢件及焊缝的探伤相比!有它一定的特殊性!+,-.//01-中在对某些条款上的阐述!给探伤人员实际运用时的理解造成歧义#因此!只要对基本理论正确理解同时注意文中所提及的几个方面!是可以达到标准所规定的检测要求的#

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$编辑3杨向明%

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铸钢件超声波探伤中应注意的几个问题