中小鍛件UT檢測(cè)技術(shù)介紹質(zhì)量管理處鍛件加工及常見缺陷各種常用檢測(cè)方法原理常用無損檢測(cè)設(shè)備和器材常用無損檢測(cè)方法的適用范圍和局限性無損檢測(cè)人員和設(shè)備要求無損檢測(cè)對(duì)設(shè)計(jì)、工藝要求無損檢測(cè)新技術(shù)介紹鍛件是由熱態(tài)鋼錠經(jīng)鍛壓變形而成。鍛壓過程包括加熱、形變和冷卻，鍛件的方式大致分為鐓粗、拔長和滾壓。鐓粗是鍛壓施加于坯料的兩端、形變發(fā)生在橫截面上。拔長是鍛壓力施加于坯料的外園、形變發(fā)生在長度方向。滾壓是先鐓粗坯料，然后沖孔再插入芯棒并在外圓施加壓力。滾壓即有縱向形變，又有橫向形變。其中鐓粗主要用于餅類鍛件，拔長主要用于軸類鍛件，而簡(jiǎn)類鍛件一般先鐓粗后沖孔再滾壓。為了改善鍛件和組織性能，鍛后還要進(jìn)行正火、退火或調(diào)質(zhì)等熱處理。鍛件中的缺陷按缺陷形成的時(shí)期可分為鑄造缺陷、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(diǎn)、裂紋等。熱處理缺陷主要有：裂紋、白點(diǎn)等。

鍛件加工及常見缺陷按探傷時(shí)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(chǎn)品檢驗(yàn)及在役檢驗(yàn)。原材料探傷和制造過程中探傷的目的是及早發(fā)現(xiàn)缺陷，以便及時(shí)采取措施避免缺陷發(fā)展擴(kuò)大造成報(bào)廢。產(chǎn)品檢驗(yàn)的目的是保證產(chǎn)品質(zhì)量。在役檢驗(yàn)的目的是監(jiān)督運(yùn)行后可能產(chǎn)生或發(fā)展的缺陷，主要是疲勞裂紋。經(jīng)過鍛造的工件中的缺陷具有一定的方向性。通常缺陷的分布和方向與鍛造流線方向有關(guān)，為了得到最好的檢測(cè)效果，應(yīng)盡可能使超聲波聲束與鍛造流線方向垂直。探傷方法概述探傷方法概述

例如：軸類鍛件的鍛造工藝主要以拔長為主，因而大部分缺陷的取向與軸線平行。此類工件的探傷以縱波直探頭從徑向探測(cè)效果最佳?？紤]到缺陷會(huì)有其它的分布及取向。因此軸類鍛件探傷，還應(yīng)輔以直探頭軸向探測(cè)和斜探頭周向探測(cè)及軸向探測(cè)。

摸鍛件的變形流線是與外表平行的，檢測(cè)時(shí)要盡量使聲束與外表面垂直，采用水浸法比較容易實(shí)現(xiàn)。鍛件的探傷需對(duì)表面和外形加工具有光滑的表面，滿足入射面的要求，以提高靈敏度。水浸法對(duì)工件表面的要求低與接觸法。

探傷方法概述1.軸類鍛件的探傷直探頭徑向和軸向探測(cè)：如圖8.1所示，直探頭作徑向探測(cè)時(shí)將探頭置于軸的外緣，沿外緣作全面掃查。以發(fā)現(xiàn)軸類鍛件中常見的縱向缺陷。直探頭作軸向探測(cè)時(shí)，探頭置于軸的端頭，并在軸端作全面掃查，以檢出與軸線相垂直的橫向缺陷。但當(dāng)軸的長度太長或軸的多個(gè)直徑不等的軸段時(shí)，會(huì)有聲束掃查不到的死區(qū)，因而此方法有一定的局限性。斜探頭周向及軸向探測(cè)：鍛件中若在軸向及徑向缺陷或軸上有幾個(gè)不同的直徑，用直探頭探測(cè)徑向或軸向缺陷都難以檢出，此時(shí)則必須使用斜探頭在軸外圓作周向及軸向探測(cè)?？紤]到缺陷的取向，探測(cè)時(shí)探頭應(yīng)作正反兩個(gè)方向的全面掃查，如右圖所示。

探傷方法概述

3.筒類或環(huán)形鍛件的探傷茼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(fù)雜。但由于鑄錠中質(zhì)量最差的中心部分已被沖孔時(shí)去除，因而簡(jiǎn)類鍛件的質(zhì)量一般較好。其缺陷的主要取向仍與簡(jiǎn)體的外圓表面平行，所以簡(jiǎn)類鍛件的探傷仍以直探頭外圓探側(cè)為主，但對(duì)于壁較厚的簡(jiǎn)類鍛件，須加用斜探頭探測(cè)。（1）直探頭探測(cè)：如圖8.４所示，用直探頭從簡(jiǎn)體外圓面面探測(cè)。外圓探測(cè)的目的是發(fā)現(xiàn)與軸線平等的周向缺陷。端面探測(cè)的目的是發(fā)現(xiàn)與軸線垂直的橫向缺陷。（2）雙晶探頭探測(cè)：如圖8.4所示，為了探測(cè)簡(jiǎn)體近表面缺陷，而要采用雙晶探頭從外圓面或端面探測(cè)。

探測(cè)條件的選擇

探測(cè)條件的選擇1.探頭的選擇鍛件超聲波探傷時(shí)，主要使用縱波直探頭，晶片尺寸直徑為14～28mm，常用20mm。對(duì)于較小的鍛件，考慮近場(chǎng)區(qū)和耦合損耗原因，一般采用小晶片探頭。有時(shí)為了探測(cè)與探測(cè)面成一定傾角的缺陷，也可采用一定Ｋ值的探頭進(jìn)行探測(cè)。對(duì)于近距離缺陷，由于直探頭的盲區(qū)和近場(chǎng)區(qū)的影響，常采用雙晶直探頭探測(cè)。鍛件的晶粒一般細(xì)小，因此可選用較高的探傷頻率，常用2.5～5.0MZHｚ。對(duì)于少數(shù)材質(zhì)晶粒粗大衰減嚴(yán)重的鍛件，為了避免出現(xiàn)“林狀回波”，提高信噪比，應(yīng)選用較低的頻率，一般為1.0～2.5MHｚ。JB/T4730-2005.34.2.2對(duì)于探頭晶片直徑的要求：雙晶探頭的公稱頻率應(yīng)選用5MHz,晶片面積≮150mm2;單晶直探頭的公稱頻率應(yīng)選用2～5MHz，晶片面積φ14mm～φ25mm。

2.耦合的選擇在鍛件探傷時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)較好的聲耦合，一般要求探測(cè)面的表面粗糙度Ｒa不高于6.3μm，表面平整均勻，無劃傷、油垢、污物、氧化皮、油漆等。當(dāng)在試塊上調(diào)節(jié)探傷靈敏度時(shí)，要注意補(bǔ)償塊與工件之間因曲率和表面粗糙度不同引起的耦合損失。鍛件探傷時(shí)，常用機(jī)油、漿糊、甘油等作耦合劑。當(dāng)鍛件表面較粗糙時(shí)也可選用水玻璃作耦合劑。

3.掃查面的選擇鍛件探傷時(shí)，原則上應(yīng)在探測(cè)面上從兩個(gè)相互垂直的方向進(jìn)行全面掃查，掃查面積盡可能100%覆蓋工件的表面。在掃查時(shí)每條掃查軌跡的寬度應(yīng)互相有重疊覆蓋，大致應(yīng)為探頭直徑的15%，探頭掃查的移動(dòng)速度不大于150mm/S。掃查過程中要注意觀察缺陷波的情況和底波的變化情況。探測(cè)厚度大于400mm時(shí)應(yīng)從相對(duì)的表面進(jìn)行100%的掃查。探測(cè)條件的選擇

CS-Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)試塊

采用縱波雙晶直探頭探傷時(shí)常選用圖6.6所示CSⅡ的試塊來調(diào)節(jié)探傷靈敏度和對(duì)缺陷定量。該試塊的人工缺陷為平底孔。基準(zhǔn)靈敏度：測(cè)試一組不同距離的φ3mm平底孔（至少3個(gè)）。調(diào)節(jié)衰減器，作出雙晶直探頭的距離——波幅曲線，此即為基準(zhǔn)靈敏度。掃查靈敏度一般不得低于最大檢測(cè)距離處φ2mm平底孔當(dāng)量直徑。

試塊序號(hào)

孔徑檢測(cè)距離L123456789CSⅡ-1φ251015202530355045CSⅡ-2φ3CSⅡ-3φ4CSⅡ-4φ6探測(cè)條件的選擇

5.探傷時(shí)機(jī)鍛件超聲波探傷應(yīng)在熱處理后進(jìn)行，因?yàn)闊崽幚砜梢约?xì)化晶粒，減少衰減。此外，還可以發(fā)現(xiàn)熱處理過程中產(chǎn)生的缺陷。對(duì)于帶孔、槽和臺(tái)階的鍛件，超聲波應(yīng)在孔、槽和臺(tái)階加工前進(jìn)行。因?yàn)榭住⒉?、臺(tái)階對(duì)探傷不利，容易產(chǎn)生各種非缺陷回波。表面粗糙度Ｒa不高于6.3μm。當(dāng)熱處理后材質(zhì)衰減仍較大且對(duì)于探測(cè)結(jié)果有較大影響時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行熱處理。探測(cè)條件的選擇掃描速度和靈敏度的調(diào)節(jié)1.掃描速度的調(diào)節(jié)鍛件探傷前，一般根據(jù)鍛件要求的探測(cè)范圍來調(diào)節(jié)掃描速度，以便發(fā)現(xiàn)缺陷后對(duì)缺陷定位。掃描速度的調(diào)節(jié)可在試塊上進(jìn)行，也可在鍛件上尺寸已知的部位上進(jìn)行。在試塊上調(diào)節(jié)掃描速度時(shí)，試塊的聲速應(yīng)盡可能與工件相同或相近。調(diào)節(jié)掃描速度時(shí)，一般要求第一次底波前沿位置不超過水平刻度極限的80%，以利觀察一次底波之后的某些信號(hào)情況。

2.檢測(cè)靈敏度的調(diào)節(jié)鍛件探傷起始靈敏度是由鍛件技術(shù)要求或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定的。一般不低于Φ2平底孔當(dāng)量直徑。調(diào)節(jié)鍛件探傷起始靈敏度的方法有兩種，一種是利用鍛件底波來調(diào)節(jié)，另一種是利用試塊來調(diào)節(jié)。

⑴底波調(diào)節(jié)法當(dāng)鍛件被探部位厚度X≥３N，且鍛件具有平行底面或圓柱曲底面時(shí)，常用底波來調(diào)節(jié)探傷靈敏度。掃描速度和靈敏度的調(diào)節(jié)

對(duì)于一個(gè)有固定系列產(chǎn)品的制造廠來說,要求探傷的零部件相對(duì)固定,標(biāo)準(zhǔn)要求的參數(shù)也相對(duì)固定,在公式中就是波長λ固定，要求發(fā)現(xiàn)的最小缺陷固定，只有探測(cè)厚度是變化的。如此靈敏度的計(jì)算就可以簡(jiǎn)化。公式表示為：ΔdB=20㏒PB/Pf=20㏒2λX/πDf2

若λ=2.36Df=2時(shí)則ΔdB=20㏒X-8.5

如探測(cè)中心有孔的軸類工件,在上面的基礎(chǔ)上減去中心孔的差即可:

ΔdB=20㏒PB/Pf=20㏒2λX/πDf2=20㏒X-8.5±10㏒d/D

②調(diào)節(jié)：探頭對(duì)準(zhǔn)完好區(qū)的底面，衰減(Δ＋5～10)dB，調(diào)“增益”使底波Ｂ１達(dá)基準(zhǔn)高，然后用“衰減器”增益ΔdB，這時(shí)靈敏度就調(diào)好了。為了方便于發(fā)現(xiàn)缺陷可再增益5～10dB作為搜索靈敏度，即掃查靈敏度。掃描速度和靈敏度的調(diào)節(jié)

例1.用2.5P20Z探頭徑向探傷D500mm的實(shí)心圓柱體鍛件，ＣＬ=5900m/S,問如何利用底波調(diào)節(jié)500／Φ2靈敏度？解：由題意得：

C5.9

λ=——=——=2.36(mm)f2.5①計(jì)算：500mm處底波與Φ２平底孔回波分貝差為：

PB2λX

ΔdB=20㏒——=20㏒———=45.5(dB)Pf

ΠDf2②調(diào)節(jié)：探頭對(duì)準(zhǔn)完好區(qū)圓柱體底面，衰減55dB，調(diào)“增益”使底波Ｂ１最高達(dá)基準(zhǔn)80%高，然后用“衰減器”增益46dB，即去掉46dB，保留９dB，這時(shí)Φ２靈敏度就調(diào)好了。必要時(shí)再增益6dB作為掃查靈敏度。掃描速度和靈敏度的調(diào)節(jié)

例2，用2.5Ｐ20Ｚ探頭徑向探傷外徑為Φ1000mm?,內(nèi)徑為Φ100mm的空心圓柱體鍛件，ＣＬ=5900m/S,問如何利用內(nèi)孔徑回波調(diào)節(jié)

450／Φ2靈敏度？解：由題意得：

C5.9

λ=——=——=2.36(mm)f2.5PB2λXd

ΔdB=20㏒——=20㏒———－10㏒——=35(dB)Pf

ΠDf2D①計(jì)算：450mm處內(nèi)孔回波與Φ2回波的分貝差為②調(diào)節(jié)：探頭對(duì)準(zhǔn)完好探頭對(duì)準(zhǔn)完好區(qū)的內(nèi)孔，衰減45Db，調(diào)“增益”使底波Ｂ１最高達(dá)基準(zhǔn)60%高，然后用“衰減器”增益35dB作為探傷靈敏度，再增益6dB作為掃查靈敏度。掃描速度和靈敏度的調(diào)節(jié)

例2.用2.5Ｐ14Ｚ探頭探測(cè)底面粗糙厚為400mm的鍛件，問如何利用100／Φ4平底孔試塊調(diào)節(jié)400mm／Φ2靈敏度？試塊與工件表面耦合差6dB。解：①計(jì)算：100／Φ4與400／Φ2回波分貝差：

Pf1

Φ1X24×400

ΔdB=20㏒——=40㏒———=40㏒———=36(dB)Pf2

Φ2X12×100

②調(diào)節(jié)：探頭對(duì)準(zhǔn)100／Φ4平底孔試塊的平底孔，衰減50dB，調(diào)“增益”使Φ4平底孔回波達(dá)基準(zhǔn)高，然后用“衰減器”增益42dB，這時(shí)400／Φ2靈敏度就調(diào)好了。這時(shí)工件上400／Φ2平底孔缺陷回波正好達(dá)基準(zhǔn)高。掃描速度和靈敏度的調(diào)節(jié)

②雙晶直探頭探傷：采用雙晶直探頭探傷時(shí)，要利用圖6.6所示的雙晶探頭平底孔試塊來調(diào)節(jié)探傷靈敏度。先根據(jù)需要選擇相應(yīng)的平底孔試塊，并測(cè)試一組距離不同直徑相同的平底孔的回波，使其中最高回波達(dá)滿刻度的80%，在此靈敏度條件下測(cè)出其它平底孔的回波最高點(diǎn)，并標(biāo)記在顯示屏上，然后連接這些回波最高點(diǎn)，從而得到一條平底孔距離——波幅曲線（DAC），并以此作為探傷靈敏度。實(shí)際探測(cè)時(shí)還要考慮試塊和工件之間的表面粗糙度帶來的dB差。缺陷大小的測(cè)定2.缺陷大小的測(cè)定在鍛件探傷中，對(duì)于尺寸小于聲束截面的缺陷一般用當(dāng)量法定量。若缺陷位于X≥３N區(qū)域內(nèi)時(shí)常用當(dāng)量計(jì)算法和當(dāng)量ＡＶＧ曲線法定量，若缺陷位于X＜3N區(qū)域內(nèi)時(shí)常用試塊比較法定量。對(duì)于尺寸大于聲束截面的缺陷一般采用測(cè)長法，常用的測(cè)長法有6dB法和端點(diǎn)6dB法。必要時(shí)還可以采用底波高度法來確定缺陷的相對(duì)大小。缺陷大小的測(cè)定示例：

有一厚度為400mm的餅形鍛件，要求探傷靈敏度為Φ2mm平底孔，當(dāng)用底波調(diào)節(jié)靈敏度時(shí)，①如何調(diào)節(jié)檢測(cè)靈敏度？②若在200mm處發(fā)現(xiàn)一缺陷波比基準(zhǔn)波高24dB，該缺陷的當(dāng)量直徑為多大？（使用2.5MHz、Φ20mm的直探頭）（①底波應(yīng)調(diào)至31.4dB。②該缺陷的當(dāng)量直徑為Φ4mm）

解、由題已知：λ=C/f=5.9×106/2.5×106=2.36mm，N=D2/4λ=202/4×2.36=42.4mmX1=400mm，X2=200mm，Φ1=2mm因X1和X2均大于3N=127mm所以可以采用計(jì)算法：用底波調(diào)節(jié)靈敏度應(yīng)增益：△=20lg(2λ·X1/πΦ12=43.5dB②已知△21=24dB

△21=40lg[（X1Ф2）/（X2Ф1）]

即

24dB=40lg[（400×Ф2）/（200×2）]

得：Ф2=4mm缺陷大小的測(cè)定⑵6dB測(cè)長法在平面探傷中，用6dB法測(cè)定缺陷的長度時(shí)，探頭的移動(dòng)距離就是缺陷的指示長度，如圖6.8所示。然而在對(duì)圓柱形鍛件進(jìn)行周向探傷時(shí)，探頭的移動(dòng)距離不再是缺陷的指示長度了。這時(shí)要按幾何關(guān)系來確定缺陷的指示長度，如圖6.9所示。外圓周向探傷測(cè)長時(shí)，缺陷的指示長度Lf為：

LLf=——（R－Xf）

R式中L—探頭移動(dòng)的外圓弧長；

R—圓柱體外半徑；

Xf—缺陷的聲程內(nèi)孔周向探傷測(cè)長時(shí)，缺陷的指示長度Lf為：

LLf=——（r－Xf）