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鑄件的超聲檢測

 1.鑄件的特點及常見缺陷


鑄件是將金屬或合金熔化後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

液態金屬注入鑄模後,與模壁首先接觸的液態金屬因溫度下降更快且模壁有大量固態微粒形成晶核,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。顯然,鑄件的組織是不均勻的。並且一般來說,晶粒比較粗大。

(2)組織不致密

液態金屬的結晶是以樹枝狀生長方式進行的,樹枝間的液態金屬*後會凝固,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,也可形成疏鬆或縮孔。

(3)表麵粗糙,形狀複雜

鑄件是一次澆鑄成型的,形狀往往比較複雜且不規則,表麵常常難以加工。

(4)缺陷的種類和形狀複雜

鑄件中主要的缺陷類型有:孔洞類缺陷(包括縮孔、縮鬆、疏鬆、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。由於應力的原因,裂紋多出現於冷卻速度快、幾何形狀複雜、截麵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、粗糙的表麵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。另外粗糙的表麵使耦合變差,也是造成鑄件檢測靈敏度低的原因。

(2)雜波幹擾嚴重

鑄件中的組織不致密和不均勻,以及晶粒粗大,都會使超聲波產生嚴重的散射,被探頭接收後,在熒光屏上將顯示為較強的草狀雜波信號;粗糙的鑄造表麵對聲波的散射也會形成雜波信號;另外,鑄件形狀複雜,也非常容易產生外輪廓反射回波以及遲到回波。這些幹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,數量較多,特別是工藝的檢測,有的隻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

對於厚度較大,表麵較光滑的鑄件,可采用縱波直探頭,通過觀察一次底麵回波之前是否出現缺陷信號進行檢測。如需要檢測裂紋,或由於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。要檢測近表麵缺陷,可采用雙晶探頭。

(2)二次缺陷反射波法

對於厚度不大,表麵較粗糙的鑄件,可采用縱波直探頭檢測,通過觀察一次底麵和二次底麵回波之間是否出現缺陷信號進行判斷。

(3)多次回波法

對於厚度減薄,材質均勻,檢測麵與底麵平行的鑄件,可采用縱波直探頭,通過底麵多次回波法檢測

(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,根據超聲波的衰減特性,這樣勢必造成靠近表麵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,則缺陷信號將混於雜波信號中,無法分辨。因此對於厚度特別大的鑄件,一般采用分層法檢測,即檢測時將鑄件厚度分為若幹層,每一層分別采用該層的深度調整靈敏度進行檢測。對於近表麵層,由於該層厚度小,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幹擾的一種有效措施。

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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。對於厚度不大經過熱處理的鑄鋼件,可選用2.0~2.5MHz;對於厚度較大和未經過熱處理的鑄鋼件,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。

關於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係列平底孔對比試塊。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。試塊用於測試距離—波幅曲線和調整檢測靈敏度。

(3)檢測表麵和耦合劑

鑄鋼件表麵粗糙,耦合條件差,檢測前應對其表麵進行打磨清理,要求粗糙度Ra不大於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。將探頭對準工件底麵,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



根據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。將探頭置於厚度與工件相近的試塊上,對準平底孔,調節儀器使平底孔*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(即麵板曲線)。用衰減器增益△dB,這是靈敏度就調好了。為了便於發現缺陷,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。掃查中根據缺陷波高和底波降低情況來判別工件內部是否存在缺陷。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》中的相應規定進行。

 

粵公網安備 44011302001378號