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锻件超声波探伤中的几个问题听
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锻件超声波探伤中的几个问题听
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单项选择题某钢锻件毛坯厚度30mm，后续机械加工的表面加工余量为4mm，超声波探伤时应考虑选用下述哪种探头为宜？（）
A、2.5MHz，&P20mm
B、5MHz，&P14mm
C、5MHz，&P14mm，窄脉冲探头
D、组合双晶直探头
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A、三角反射波
B、61&反射波
C、轮廓回波
A、工件中有小而密集缺陷
B、工件材料中有局部晶粒粗大区域
C、工件中有疏松缺陷
D、以上都有可能
A、下表面局部有凹坑造成厚度有变化
B、有缺陷存在
C、以上两种情况都有可能来源：《大型铸锻件》2001年第01期 作者：李兆劲
大型轴类锻件产生小当量超声波探伤密集缺陷的原因及改善途径
1 前言 轴类锻件在生产过程中超声波探伤检查时,常出现小当量密集缺陷超标而报废,其原因过去认为主要是在冶炼和浇注、凝固过程中带来的夹杂物和气体积聚于钢锭的上部偏析区或下部沉积堆区所造成。但是在冶炼方面采用了LF—VD真空精炼、ESR重熔和钢锭模底部吹氩等精炼手段后.锻制的大型轴类锻件仍然大量产生上述缺陷。例如发电机转子锻件中直径较大的120MW转子本体部分(直径疹780mm),仍经常有超标的当量为万2～j2f3的密集缺陷,比较太重厂历年来转子锻件探伤合格率可以看出:90年代在采用精炼手段后,与60年代到80年代未采用精炼手段时期相比,钢水中的含氢量虽由3,38ppm～4.54ppm下降为1.78ppm～3.42ppm。[H]含量的减少,应该说产生白点的敏感性大为降低,但是轴类锻件的探伤合格率并未见提高,相反有的锻件如3MW转子的废品率反而增加了。在比较了前后工艺和操作后得出,原因是90年代随意将3MW转子改变为用18t大锭型,锻制3MW转子的工艺参数Ⅳ/H和B/H都改变了,使锻件内部轴向拉应力和横向拉应力增大。2有缺陷轴类锻件的解剖试验 为进一步弄清此类超......(本文共计3页)
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大型铸锻件
主办：中国重型机械大型铸锻件行业协会;中国二重集团公司大型铸锻件研究所
出版：大型铸锻件杂志编辑部
出版周期：双月
出版地：四川省德阳市其回波比内孔回波低12dB，求此缺陷的当量大小？；解：由已知得，λ=C/f=5.9/2.5=2.3；由（6.6）式得：；答：此缺陷的当量平底孔直径为φ2.8mm；此外，锻件探伤中，还可利用当量AVG曲线法来定量；在平面探伤中，用6dB法测定缺陷的长度时，探头的；外圆周向探伤测长时，缺陷的指示长度Lf为：；内孔周向探伤测长时，缺陷的指示长度Lf为：；（6.8）
其回波比内孔回波低12dB，求此缺陷的当量大小？
解：由已知得，λ=C/f=5.9/2.5=2.36（mm），D=1000mm。D=100mm，x=（D-d）/2=（）/2=450mm，xf=200mm，α=0.005dB/mm，ΔBf=12dB。
由（6.6）式得：
答：此缺陷的当量平底孔直径为φ2.8mm。
此外，锻件探伤中，还可利用当量AVG曲线法来定量，具体方法见第四章第六节。 2.6dB测长法
在平面探伤中，用6dB法测定缺陷的长度时，探头的移动距离就是缺陷的指示长度，如图6.8所示。然而在对圆柱形锻件进行周向探伤时，探头的移动距离不再是缺陷的指示长度了，这时要按几何关系来确定缺陷的指示长度，如图6.9所示。
外圆周向探伤测长时，缺陷的指示长度Lf为：
内孔周向探伤测长时，缺陷的指示长度Lf为：
六、缺陷回波的判别
在锻件探伤中，不同性质的缺陷回波是不同的，实际探伤时，可根据示波屏上的缺陷回波情况来分析缺陷的性质和类型 1、单个缺陷回波
锻件探伤中，示波屏上单独出现的缺陷回波称为单个缺陷回波。一般单个缺陷的指与邻近缺陷间距大于50mm、回波高不小于φ2mm的缺陷。如锻件中单个的夹层、裂纹等。探伤中遇到单个缺陷时，要测定缺陷的位置和大小。当缺陷较小时，用当量法定量，当缺陷较大时，用6dB法测定其面积范围。
2.分散缺陷回波
锻件探伤时，工件中的缺陷较多且较分散，缺陷彼此间距较大，这种缺陷回波称为分散缺陷回波。一般在边长为50mm的立方体内少于5个，不小于φ2mm。如分散性的夹层。分散缺陷一般不太大，因此常用当量定量，同时还要测定分散缺陷的位置。
3、密集缺陷回波
锻件探伤中，示波屏上同时显示的缺陷回波甚多，波与波之间的间隔距离甚小，有时波的下沿连成一片，这种缺陷回波称密集缺陷回波。
密集缺陷的划分，根据不同的验收标准有不完全相同的意义。
（1）以缺陷的间距划分，规定相邻缺陷间的间距小于某一值时为密集缺陷。
（2）以单位长度时基线内显示的缺陷回波数量划分，规定在相当与工件厚度值的基线内，当探头不动或稍微移动时，一定数量的缺陷回波连续或断续出现时为密集缺陷。
（3）以单位面积中的缺陷回波划分，规定在一定探测面积下，探出的缺陷回波数量超过某一值时定为密集缺陷。 （4）以单位面积内缺陷回波数量划分，规定在一定体积内缺陷回波数量多于规定值时定为密集缺陷。
实际探伤中，以单位体积内缺陷回波数量划分较多。一般规定在边长50mm的立方体内，数量不少于5个，当量直径不小于φ2mm的缺陷为密集缺陷。
密集缺陷可能是疏松、非金属夹杂物、白点或成群的裂纹等。
锻件内不允许有白点缺陷存在，这种缺陷的危险性很大。通常白点的分布范围较大，且基本集中于锻件的中心部位，它的回波清晰、尖锐，成群的白点有时会使底波严重下降或完全消失。这些特点是判断锻件中白点的主要依据，如图6.10
4、游动回波
在圆柱形轴类锻件探伤过程中，当探头沿着轴的外圆移动时，示波屏上的缺陷会随着该缺陷探测声程的变化而游动，这种游动的动态波形称为游动回波。
游动回波的产生是由于不同波束射至缺陷产生放射引起的。波束轴线射至缺陷时，缺陷声程小，回波高。左右移动探头，扩散波束射至缺陷时，缺陷声程大，回波低。这样同一缺陷回波的位置和高度随探头移动发生移动，如图6.11。
不同的探测灵敏度，同一缺陷回波的游动情况不同。一般可根据探测灵敏度和回波的游动距离来鉴别游动回波。一般规定游动范围达20mm时，才算游动回波。
根据缺陷游动回波包络线的形状，可粗略地判别缺陷的形状。 5、底面回波
在锻件探伤中，有时还可根据底波变化情况来判别锻件中的缺陷情况。
当缺陷回波很高，并有多次重复回波，而底波严重下降甚至消失时，说明锻件中存在平行于探测面的大面积缺陷。
当缺陷回波和底波都很低甚至消失时，说明锻件中存在大面积但倾斜的缺陷或在探测面附近有大缺陷。
当示波屏上出现密集的互相彼连的缺陷回波，底波明显下降或消失时，说明锻件中存在密集缺陷。
六、非缺陷回波分析
锻件探伤中还会出现一些非缺陷回波影响对缺陷波的判别。常见的非缺陷波有以下几种。
1、三角反射波
周向探测圆柱形锻件时，由于探头与圆柱面耦合不好，波束严重扩散，在示波屏上出现两个三角反射波，这两个三角反射波的声程分别为1.3d和1.67d（d为圆柱直径），据此可以鉴别三角反射波。由于三角反射波总是位于底波B1之后，而缺陷波一般位于底波B1之前，因此三角反射波不会干扰对缺陷的判别。
轴向探测细长类锻件时，由于波型转换，在示波屏上出现迟到波。迟到波的声程是特定的，而且可能出现多次。第一次迟到波位于底波B1之后0.76d处（d为轴类锻件的直径），以后各次迟到波间距为0.76d。由于迟到波总在B1之后，而缺陷波一般在B1之前，因此迟到波也不会影响对缺陷波的判别。
另外从扁平方向探测扁平锻件时，也会出现迟到波，探伤中应注意判别。
3、61o反射波
当锻件中存在与探测面成61o倾角的缺陷时，示波屏上会出现61o反射波，61o反射波是变型横波垂直入射到侧面引起的，如图6.12所示。图中F为缺陷直接波，M为61o反射波，
61o放射波的声程也是特定的，总是等于61o角所对垂直边的边长。产生61o放射时缺陷直接放射回波较低。而61o反射波较高。
另外在探测如图6.13所示的锻件时，也会出现61o反射波，同时还会产生45o反射波。探伤时可根据放射波的声程通过计算来判别。
xA=d1+1.82d2-2R（61°反射） xB=d1+d2-1.414R（45°反射）
4、轮廓回波
锻件探伤中，锻件的台阶、凹槽等外形轮廓也会引起一些非缺陷回波，探伤中要注意判别。
此外在锻件探伤中还可能产生一些其他的非缺陷回波，这时应根据锻件的结构形状、材质和锻造工艺应用超声波放射、折射和波型转换理论进行分析判别。
七、锻件质量级别的评定（见JB4730―94标准）
锻件探伤中常见缺陷有单个缺陷和密集缺陷两大类，实际探伤中单个缺陷的当量尺寸，底波的降低情况和密集缺陷面积占探伤面积的百分比不同将锻件质量分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V等五种，其中Ⅰ级最高，V级最低，单个缺陷等级见表6―1，底波降低等级见表6―2，密集性缺陷等级见表6―3.
底波降低量的等级
密集缺陷等级
注：①表6-2中[B]c／[B]r，表示无缺陷处底波与缺陷处底波分贝差。
②以上三表的等级应作为独立的等级分别使用。
如果某缺陷被检测人员判为危害性缺陷，那么可以不受上述条件的限制，一律评为最低级，不合格。
下面举例说明锻件的评级方法。
例1 用2.5P20Z探头探测400mm厚的钢锻件，钢中CL=5900m/s。衰减系数α=0.005dB、mm ，探伤灵敏度为400mm处Φ4为0dB。探伤中在250mm处出现一缺陷，其波高比据准波高20dB,试根据JB4730-94标准评定该锻件的质量级别。
解：（1）条件判定
λ=c/f=5.9/2.5=2.36
N=Ds/4λ=20/(4×2.36)=42.4
3N=3×42.4=127&250
∴符合当量计算的条件。
（2）求250mm处Φ4当量的dB值
Δ18=20lgpf1/p f2=40lgx2/x1+2α(x2- x1)
=40lg400/250+2×0.005×(400-250)
(3)求该缺陷的当量病评级
缺陷当量：Φ4+20-9.5=Φ4+10.5dB
缺陷评级：该锻件评为III级。
例2用2.5P20Z探头探测面积为400cm的锻件，探伤中发现一密集缺陷，其面积为24 cm，缺陷处底波为30dB，无缺陷处底波为44dB。是根据JB4730-94标准评定该锻件的质量级别。
解：（1）据密集性缺陷评级
∵24÷400×100%=6%&5%
∴评为III级。
（2）据底波降低量评级
∵[B]G-[B] F=44-30=14dB
∴评为II级
铸件超声波探伤
一、铸件中常见缺陷
铸件是金属液注入铸模中冷却凝固而成的，铸件中常见缺陷有气孔、缩孔、夹杂和裂纹等。 1. 气 孔
气孔是由于金属液含气量过多，模型潮湿及透气性不佳而形成的空洞。铸件中的气孔分为单个分散气孔和密集气孔。 2. 缩 孔
缩孔是由于金属液冷去凝固时体积收缩得不到补缩而形成的缺陷。缩孔多位于浇冒口附近和截面最大部位或截面突变处。 3. 夹 杂
夹杂分为非金属夹杂和金属夹杂两类。非金属夹杂是冶金时金属与空气发生化学反应形成的产物或浇注时耐火材料、型砂等混入钢液形成的夹杂物。金属夹杂是异种金属偶尔落入钢液中未能融化而形成的夹杂物。
裂纹是指钢液冷却过程中由于内应力（热应力和组织应力）过大使铸件局部裂开而形成的缺陷。铸件截面尺寸突变处，应力集中严重处，容易出现裂纹。裂纹时最危险的缺陷。
二、铸件探伤的特点 1. 透声性差
铸件重要特点是组织不致密、不均匀和晶粒粗大，透声性差。
铸件不均匀是由于铸件各部分冷却速度不同引起的。模壁冷却快，且常有大量固态生核微粒，因此模壁晶粒细。当模壁温度升高后，冷却速度减慢，于是在垂直模壁方向上形成柱状晶区。当模壁温度进一步升高，金属液温度下降，温差减少，冷却速度缓慢，晶粒方向消失，形成等轴晶区。这种铸件截面上不同取向的晶粒构成了铸件的不均匀性，此外铸件中以片状，球状或其他形态存在的石墨也可视为一种组织不均匀性。
铸件的致密性是由于树枝结晶方式引起的。铸件结晶时，先形成主干，然后在垂直于主干方向长出支干。再在支干垂直方向长出分支，就像树枝一样生长。各支干间最后结晶凝固，
冷却收缩形成的空隙难以充满金属，从而使铸件的致密性变差。
铸件晶粒大是由于高温冷却凝固过程缓慢，生核、长核时间长、使晶粒面粗。
铸件的不致密性、不均匀性和晶粒粗大，使超声波散射衰减和吸收衰减明显增加、透声性降低。
2. 声耦合差
铸件表面粗糙，声耦合差，探伤灵敏度低，波束指向性不好，且探头磨损严重。铸件探伤中常采用高粘度耦合剂改善这种不良的耦合条件。 3. 干扰杂波多
铸件探伤干扰杂波多。一是由于晶粒和组织不均匀性引起的散乱反射，形成草状回波，使信噪比下降。特别是频率较高时尤为严重。二是铸件形状复杂，一些轮廓回波和迟到变形波引起的非缺陷信号多。此外铸件粗糙表面也会产生一些反射回波，干扰对缺陷波的正确判定。
以上所述正是铸件探伤的困难所在，致使铸件探伤的应用和发展收到一定的限制。但另一方面由于铸件质量要求较低，允许存在单个缺陷尺寸较大，数量较多，同时铸件探伤出现的部位规律性强，因此铸件探伤还是具有一定的价值，目前国内外不少人正在研究铸件探伤中存在的问题。
铸件分为铸钢与铸铁，二者缺陷状况和材质及表面特点基本相同。因此其探伤方法也大致相同。下面以铸钢件为例说明铸件的一般探伤方法与质量级别的评定。
三、铸钢件探测条件的选择
铸钢件探伤，一般以纵波直探头为主，辅以横波斜探头和纵波双晶探头。
铸钢件晶粒比较粗大，衰减严重，宜选用较低的频率，一般为0.5~2.5MHz。对于厚度不大又经过热处理的铸钢件，可选用2.0~2.5MHz ，对于厚度较大和未热处理的铸钢件，宜选用0.5~2.0MHz。
纵波直探头的直径一般为Φ10~Φ30mm ，横波斜探头的折射角常为45°60°70°等
铸钢件探伤常用图6.14所示的ZGZ系列平底孔对比试块。试块材质与被探铸钢件相似，不允许存在Φ2平底孔缺陷。试块平底孔直径d分别为Φ3、Φ4、Φ6等三种。平底孔声程l为25、50、75、100、150、200等六种。该试块用于测试距离――波幅曲线和调整探伤灵敏度（纵波直探头）。
3.探测表面与耦合剂
铸钢件表面粗糙，耦合条件差，探伤前应对其表面进行打磨清理，粗糙度为Ra不大于12.5μm。
铸钢件探伤时，常用年度较大的耦合剂，如浆糊、黄油、甘油、水玻璃等。
4. 透声性测试
铸钢件晶粒较粗、组织不致密，对声波吸收和散射严重，透声性差，对探伤结果影响较大。一般探伤前要测试其透声性。铸钢件透声性可用纵波直探头来测试。将探头对准工件底面，用[衰减器]测出底B1与B2 的dB差即可。为了减少测试误差，一般侧三点取平均值。测得的dB差愈大，说明透声性愈差。
四、距离――波幅曲线的测试与灵敏度调整
根据探测要求选定一组平底孔对比试块（平底孔直径相同声程不同）测出弓箭与对比试块的透声性和耦合损失差ΔdB，衰减量≥（Δ+10）dB。将探头置于厚度与工件相近的试块上，对准平底孔，调节仪器使平底孔最高回波达10%~20%,然后固定各旋钮，将探头分别对准不同声程的平底孔，标记各平底孔回波的最高点，连成曲线，从而得到该平底孔的距离――波幅曲线（即面板曲线）。用[衰减器]增益ΔdB
，这时灵敏度就调好了。为
了便于发现缺陷，有时再增益6dB作为扫查灵敏度。 五、缺陷的判别与测定
探头按选定的方式进行扫查，相邻两次扫查重叠15%；探头移动速度≤150mm/s。扫描中根据缺陷波高与底波降低情况来判别工件内部是否存在缺陷。以下几种情况作为缺陷记录。
（1） 缺陷回波幅度达到距离――波幅曲线者。 （2） 底面回波幅度降低量≥12dB者。
（3） 不论缺陷回波高低，认为是线状或片状缺陷者。 发现缺陷以后，要测定缺陷的位置与大小。
缺陷的位置由示波屏上缺陷前沿对应的水平刻度值来确定。
缺陷的面积大小用下述方法测定：当利用缺陷反射法判定缺陷时，用缺陷6dB法测定缺陷面积的大小。当采用底波降到12dB法判别缺陷时，用底波降低12dB作为缺陷边界来测定缺陷面积。 六、铸钢件质量级别的评定
铸钢件超声波探伤方法及质量评级方法GB7233-87规定铸钢件质量等级，根据平面型缺陷和非平面型缺陷的尺寸，将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等五级，其中Ⅰ为最高，Ⅴ为最低。
评定时，评定区面积为
（317x317或面积相同矩形），尽可能使最严重的缺陷位于评定区内。位于评定区边界上的缺陷，若大部分在外层，则计入外层，反之计入内。若探测面积不足
，则按比例折算允许的缺陷面积。 表
表6-5非平面型缺陷质量等级划分
①单个缺陷尺寸大于320mm者为Ⅴ级。
②单个缺陷面积为缺陷最大尺寸和与其垂直方向最大尺寸之积
③位于外层间距小于25mm的两个或多个缺陷可视为一个缺陷，其面积为各缺陷面积之和。 ④凡监测区存在裂纹的铸钢件，评为Ⅴ级。
⑤某铸钢件的质量级别，系统平面型缺陷和非平面型缺陷均满足该级别的规定。即二者中级别较低的级别为铸钢件的级别。 铸钢件声波探伤详见GB7233-87标准。 复习题
一、 锻件探伤
1. 锻件中常见缺陷有哪几种？各是怎样形成的？ 2. 锻件一般分哪几类？各采用什么方法探伤？
3. 在锻件超声波探伤中，调节灵敏度的常用方法有哪几种？各适用于什么情况？ 4. 利用锻件底波调灵敏度有何好处？调节时应注意什么？
5. 锻件探伤中，常用哪几种方法对缺陷定量？各适用于什么情况？
6. 锻件探伤中，常见的非缺陷回波有哪几种？各是怎样形成的？如何判别？ 7. 什么是游动回波？游动回波是怎样产生的？如何鉴别游动回波？
8. 锻件探伤中，常用什么方法测定材质的衰减系数？影响测试结果精度的主要因素是什么？ 9. 试制定?500x400饼形锻件超专用波探伤工艺过程。
10. 用2.5P20Z探头探伤厚为400mm的饼形钢锻件，CL=5900m/s。问如何利用底波调节400/?2灵敏度？（Δ=44dB）
11. 用2.5P20Z探头探伤外径D=800mm的实心圆柱体锻件，CL=5900m/s，衰减系数α0.005dB/mm，问如何利用底波来调节800/?2和400/?2灵
敏度？（Δ1=50dB
Δ2=33.5dB）
12. 用2.5P14Z探头探伤外径D=1000mm，内径d=200mm空心圆柱体钢锻件，CL=5900m/s。（1）外径探伤时，如何利用内孔回波调节400/?2灵
敏度？（Δ=37dB）
（2）内孔探伤时，如何利用外圆回波调节400/?2灵敏度？（Δ=51dB） 13. 用2.5P20Z探头探伤厚为400mm的锻件，CL=5900m/s锻件与试块同材质，α=0.01dB/mm。（1）如何利用200/?2的试块（CS-1）来调节400/?2
灵敏度？（Δ=28dB）
（2）如何利用厚为100mm大平底试块来调节400/?2灵敏度？（Δ=61.5dB）
14. 用2.5P20Z探头探伤厚为400mm的锻件，CL=5900m/s，锻件与试块同材质，α=0.005dB/mm，锻件与是块表面耦合损失差为5dB，如何利用
100/?2的试块（CS-1）来调节400/?2灵敏度？（Δ=44dB）
15. 用2.5P20Z探头探伤厚为500mm的饼形钢锻件，CL=5900m/s。利用底波调灵敏度，底波高50dB，探伤中在200mm处发现一缺陷波高26dB，
求此缺陷的当量大小？（Df=2.75mm）
16. 用2.6P14Z探头探伤厚为300mm的锻件，已知300/?2回波为12dB，170mm处缺陷波高为32dB。求此缺陷的当量大小？（Df=3.6mm）
17. 用2.5P20Z探头探伤500mm的锻件，α=0.005dB/mm，CL=5900m/s，探伤中在200mm处发现一缺陷，其回波高度比底波低9dB，求此缺陷
的当量大小？（Df=5.5mm）
18. 用2.6P14Z探头探伤锻件，已知200/?4回波达80%高时，180mm处缺陷波达60%，求此缺陷当量大小？（Df=3.1mm）
19. 用2.5P14Z探头探伤锻件，CL=5900m/s，利用100mm大平底试块调灵度，探伤中在200mm处发现一缺陷，其波高比试块底波低43dB，二者
的材质相同，α=0.005dB/mm，求此缺陷当量大小？（Df=2.2mm）
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铸件与锻件超声波探伤等内容。　
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