[信息与通信]铸件和锻件的超声波探伤方法应用

1、第六章第六章 锻件与铸件超声波探伤锻件与铸件超声波探伤 第一节第一节 锻件超声波探伤锻件超声波探伤 一、锻件加工及常见缺陷：一、锻件加工及常见缺陷： 加工：由热态钢锭经锻压而成。加工：由热态钢锭经锻压而成。 为改善锻件组织性能，锻后要进行正火，为改善锻件组织性能，锻后要进行正火，退火或调质等热处理。退火或调质等热处理。 缺陷：铸造缺陷：缩孔残余、疏松、夹杂、缺陷：铸造缺陷：缩孔残余、疏松、夹杂、裂纹等。裂纹等。 缩孔和缩管是锻锭时，因冒口切除不当，缩孔和缩管是锻锭时，因冒口切除不当，铸模设计不良以及锻造条件（温度、浇注铸模设计不良以及锻造条件（温度、浇注速度、浇注方法、熔炼方法等）不良所产速度

2、、浇注方法、熔炼方法等）不良所产生的缩孔没有被锻合而遗留下来的缺陷，生的缩孔没有被锻合而遗留下来的缺陷，是由于锻造时切头留量不足残留下来的，是由于锻造时切头留量不足残留下来的，多见于锻件端部，故也称缩孔残余。多见于锻件端部，故也称缩孔残余。 非金属夹杂物是由熔烧不良及铸锭不良，非金属夹杂物是由熔烧不良及铸锭不良，混进硫化物和氧化物等非金属夹杂物，或混进硫化物和氧化物等非金属夹杂物，或者混进耐火材料等造成的缺陷。者混进耐火材料等造成的缺陷。 疏松是由钢锭凝固时形成的不致密和孔穴，疏松是由钢锭凝固时形成的不致密和孔穴，锻造时锻压比不够未全熔合造成，主要存锻造时锻压比不够未全熔合造成，主要存在于钢锭

3、中心及头部。铸造引起裂纹主要在于钢锭中心及头部。铸造引起裂纹主要是指锻钢件表面上出现的较浅的龟状表面是指锻钢件表面上出现的较浅的龟状表面缺陷也称龟裂，是由于原材料成份不当，缺陷也称龟裂，是由于原材料成份不当，表面状况不好，加热温度和加热时间不合表面状况不好，加热温度和加热时间不合适等原因产生。适等原因产生。 锻造缺陷：折叠、白点、裂纹等。锻造缺陷：折叠、白点、裂纹等。 锻造裂纹可出现在工件中不同位置，可由缩孔残锻造裂纹可出现在工件中不同位置，可由缩孔残余在锻造时扩大产生，表面下气泡锻造产生，柱余在锻造时扩大产生，表面下气泡锻造产生，柱状晶粗大引起，轴芯晶间裂纹锻造时引起，非金状晶粗大引起，轴芯

4、晶间裂纹锻造时引起，非金属夹杂物引起，锻造加热不当引起，锻造变形不属夹杂物引起，锻造加热不当引起，锻造变形不当引起，经锻温度过低等原因引起。当引起，经锻温度过低等原因引起。 白点是因钢中含氢量较高时由锻造过程中白点是因钢中含氢量较高时由锻造过程中残余应力热加工后的相变应力和热应力等残余应力热加工后的相变应力和热应力等原因产生，是一种细微的氢裂纹，在白点原因产生，是一种细微的氢裂纹，在白点纵向断口上呈银白色的园点或椭圆形斑点，纵向断口上呈银白色的园点或椭圆形斑点，故称白点。故称白点。 热处理缺陷：裂纹。由热处理工艺参数热处理缺陷：裂纹。由热处理工艺参数不良引起。不良引起。 二、探伤方法概述二、探

5、伤方法概述 轴类锻件探伤轴类锻件探伤纵波（直探头）可在轴的园周方向和轴端部探纵波（直探头）可在轴的园周方向和轴端部探测。测。 当轴很长时在轴端部方向一般不查只在轴当轴很长时在轴端部方向一般不查只在轴园周方向查。园周方向查。 带中心孔锻件只在轴园周方向探。带中心孔锻件只在轴园周方向探。横波斜探头：横波斜探头：不般周向不查。不般周向不查。周向检测应顺、逆时针二个方向探。周向检测应顺、逆时针二个方向探。但但只能探外表面附近部分内部探测不到。只能探外表面附近部分内部探测不到。轴向检测应正、反二个方向检测可探测锻轴向检测应正、反二个方向检测可探测锻件全体，且至少探测园周方向件全体，且至少探测园周方向18

6、0范围。范围。2.具有平行平面和园盘形饼类锻件。具有平行平面和园盘形饼类锻件。具有平行平面锻件和饼型锻件采用纵波在具有平行平面锻件和饼型锻件采用纵波在两个平行面探测，当厚度较大时也可在锻两个平行面探测，当厚度较大时也可在锻件厚度方向侧面探测。件厚度方向侧面探测。3.碗型锻件：采用纵波检验，探头可置于碗型锻件：采用纵波检验，探头可置于碗形锻件内部或外部探测。碗形锻件内部或外部探测。4.筒型锻件。筒型锻件。纵波：纵波：单探头探测时，探头置于筒形锻件外园面、单探头探测时，探头置于筒形锻件外园面、内园面和端部探测。内园面和端部探测。 三、探测条件选择三、探测条件选择 1.探头选择：探头选择： 频率：双

7、晶直探头为频率：双晶直探头为5mhz，单晶直探头为，单晶直探头为2mhz5mhz，对晶粒粗大锻件可适当降，对晶粒粗大锻件可适当降低频率，可用低频率，可用12.5mhz。 晶片尺寸：晶片尺寸：1425mm，常用，常用20mm。 双晶直探头双晶直探头检测近表面缺陷。探头晶检测近表面缺陷。探头晶片面积不小于片面积不小于150mm2。 斜探头斜探头晶片面积为晶片面积为140mm2400mm2，频率为，频率为2.5mhz。探测与表面垂。探测与表面垂直缺陷宜用直缺陷宜用k1（45），必要时用），必要时用6070相当于相当于k2。2.表面要求与耦合剂：表面要求与耦合剂：表面要求：检测面表面要求平整，最好经表

8、面要求：检测面表面要求平整，最好经机加工，表面粗糙度机加工，表面粗糙度ra应小于应小于6.3m，工件表面应去除氧化皮、污物等附着物。工件表面应去除氧化皮、污物等附着物。耦合剂：机油、浆糊、甘油等。耦合剂：机油、浆糊、甘油等。3.扫查方式：扫查方式：互相垂直两个方向互相垂直两个方向100%扫查扫查直探头直探头 双晶直探头双晶直探头斜探头：周向、轴向各正、反二个方向。斜探头：周向、轴向各正、反二个方向。扫查复盖面积探头直径尺寸扫查复盖面积探头直径尺寸15%。扫查速度扫查速度150mm/s。互相垂直两 个方向4.材质衰减测定材质衰减测定在锻件上选定三处有代表性部位（完好部在锻件上选定三处有代表性部位

9、（完好部位）测出第一次底波位）测出第一次底波b1和第二次底波和第二次底波b2的波高分界值。的波高分界值。则则 这里这里x3n，为单程声程（厚度或直径），为单程声程（厚度或直径）这里这里x3n，且满足，且满足)/(2621mmdbxbb)/()(26mmdbxnmbbmnnmtnn2,35.试块试块纵波直探头：纵波直探头：jb/t4730-2005标准规标准规定定cs型标准试块。型标准试块。双晶直探头试块：双晶直探头试块：jb/t4730-2005标准标准规定规定cs型标准试块。型标准试块。适用距离为深度小于适用距离为深度小于45mm。 探测曲面工件时，应使用曲面试块，曲探测曲面工件时，应使用曲

10、面试块，曲面试块为面试块为jb/t4730-2005标准规定的标准规定的cs型试块曲率型试块曲率r与工件曲率关系为：与工件曲率关系为： jb/t4730-2005规定试块曲率半径规定试块曲率半径r为工件为工件曲率半径的曲率半径的0.91.5倍。倍。 gb/t6420-91标准规定工件曲率半径为试标准规定工件曲率半径为试块曲率半径块曲率半径r的的0.71.1倍。倍。 6.探伤时机：探伤时机： 热处理后，槽、孔、台阶等机加工前。热处理后，槽、孔、台阶等机加工前。 如热处理前检验（对锻件形状不合适热处如热处理前检验（对锻件形状不合适热处理后检验的），则在热处理后仍要再进行理后检验的），则在热处理后仍

11、要再进行检测。检测。 四、扫描速度和灵敏度调节四、扫描速度和灵敏度调节 (一一)扫描线比例调节扫描线比例调节 纵波直探头：纵波直探头：试块上调节：要求试块材质和工件相同或相近。试块上调节：要求试块材质和工件相同或相近。 扫描比例要求第一次工件底波在水平满刻扫描比例要求第一次工件底波在水平满刻度度80%左右。左右。利用工件调节：利用工件调节：可利用工件上二个已知厚度值部位调节。可利用工件上二个已知厚度值部位调节。如某实心轴直径如某实心轴直径400mm，轴劲部位直径，轴劲部位直径为为200mm，则分别将轴身和轴劲部位底，则分别将轴身和轴劲部位底波调在波调在4格和格和8格，每格水平距离代表格，每格水

12、平距离代表50mm。 也可用二次底波也可用二次底波b1和和b2调。工件只有一调。工件只有一个厚度，如某饼型锻件厚个厚度，如某饼型锻件厚300mm，直径很，直径很大，可利用始波大，可利用始波t和和b1调（但不太准）因调（但不太准）因t对零，对零，b1对某刻度，如对某刻度，如8格，此时忽略了探格，此时忽略了探头中引起混响和保护膜引起的延迟，严格头中引起混响和保护膜引起的延迟，严格说调好后始波不在零位，而是略后左移。说调好后始波不在零位，而是略后左移。 双晶直探头：双晶直探头： 可在可在jb/t4730-2005双晶直探头标准试块双晶直探头标准试块上调节，使始波对零，深上调节，使始波对零，深45mm

13、平底孔在平底孔在第第8格以内。格以内。 横波斜探头：横波斜探头： 以横孔试块按深度比例调节。以横孔试块按深度比例调节。 （二）探伤灵敏度（二）探伤灵敏度 jb/t4730-2005：不低于最大检测距离：不低于最大检测距离2mm平平底孔当量直径。底孔当量直径。 gb/t6402-91标准标准1级级2mm平底孔当量直径。平底孔当量直径。 gb/t6402-91标准标准2级级4mm平底孔当量直径。平底孔当量直径。 gb/t6402-91标准标准3级级8mm平底孔当量直径。平底孔当量直径。 gb/t6402-91标准标准4级级16mm平底孔当量直径。平底孔当量直径。 具体根据检验要求定。具体根据检验要

14、求定。 调节方法：调节方法： 1.底波调节法：底波调节法： 实心园柱体，上、下底面平实心园柱体，上、下底面平行（锻件）行（锻件） （空心园锻件）（空心园锻件）22lg20xdbrrxdblg102lg202 要求：要求：x3n “+”外园径向探测内孔凸柱面外园径向探测内孔凸柱面反射，反射，“-”内孔径向探测外园内孔径向探测外园 凹柱面反射。实际调节时，将探头置于工凹柱面反射。实际调节时，将探头置于工件表面，使底面回波调至基准波高，再提件表面，使底面回波调至基准波高，再提高按上述相应公式计算得到高按上述相应公式计算得到db数，即调数，即调好了检测灵敏度。好了检测灵敏度。 2.试块调节法：试块调节

15、法： 用于用于x3n远场的计算公式为：远场的计算公式为： 对平行平面工件及实心园柱体，缺陷当量。对平行平面工件及实心园柱体，缺陷当量。 空心园柱体工件缺陷当量：空心园柱体工件缺陷当量： “+”外向内探测，外向内探测，“-”内向外探测。内向外探测。bfbfffxxxxb22lg2022bfbfffxxddxxb2lg102lg2022 当量曲线法：当量曲线法： a.面板曲线法面板曲线法 将不同直径，不同声程将不同直径，不同声程平底孔波高绘制曲平底孔波高绘制曲线放在面板上，当缺陷波高与某平底孔回线放在面板上，当缺陷波高与某平底孔回波高一致时，即为该缺陷当量。波高一致时，即为该缺陷当量。 b.相对曲

16、线相对曲线 db当量缺陷当量缺陷 利用衰减器，将某孔（平底孔）作出距利用衰减器，将某孔（平底孔）作出距离离波幅曲线，探伤时将所有缺陷波均波幅曲线，探伤时将所有缺陷波均调到基准波。然后根据衰减器得出读数，调到基准波。然后根据衰减器得出读数，再在再在db当量曲线上查出缺陷当量。当量曲线上查出缺陷当量。 avg曲线定量法（第二章中已介绍）曲线定量法（第二章中已介绍） 2.缺陷长度测量法缺陷长度测量法 6db（半波高）测长法，对平板工件、（半波高）测长法，对平板工件、探头移动长度即为缺陷指示长度，对园形探头移动长度即为缺陷指示长度，对园形锻件，进行周向探测时，探头移动长度比锻件，进行周向探测时，探头移

17、动长度比缺陷指示长度大，要进行修正。缺陷指示长度大，要进行修正。 全波消失法。全波消失法。 平面工件指示长度平面工件指示长度lf： lf=l-2xftg 为探头半扩散角。为探头半扩散角。 园柱空心工件：外面探测缺陷长园柱空心工件：外面探测缺陷长lf为：为： lf= 内园探，缺陷长内园探，缺陷长lf为：为： lf= xf缺陷声程，缺陷声程，r外半径，外半径，r内内半径。半径。tgxxrrlff2tgxxrrlff2 3.比例作图法比例作图法 在超声波探伤时，有时会遇到较大的，形在超声波探伤时，有时会遇到较大的，形状复杂的各类缺陷，用当量法很难全面而状复杂的各类缺陷，用当量法很难全面而完整地测定缺

18、陷的大小，更难以判别缺陷完整地测定缺陷的大小，更难以判别缺陷的性质和状态。对此问题作图法将显示出的性质和状态。对此问题作图法将显示出一定的优点，它能将缺陷形象而直观地显一定的优点，它能将缺陷形象而直观地显露出来，以便于确定缺陷的大小和估判的露出来，以便于确定缺陷的大小和估判的性质。现以轴类探伤为例，说明作图法的性质。现以轴类探伤为例，说明作图法的应用。应用。 （一）比例作图法简介（一）比例作图法简介 在超声波探伤中，探头在工件表面上移动，如果在超声波探伤中，探头在工件表面上移动，如果一段较长距离内荧光屏上一直出现连续不断的缺一段较长距离内荧光屏上一直出现连续不断的缺陷信号进，这时可将探头以一定

19、的间隔在工件表陷信号进，这时可将探头以一定的间隔在工件表面上作逐点探测，并详细记录各探测点的缺陷深面上作逐点探测，并详细记录各探测点的缺陷深度，缺陷波的大小以及对底波的影响等参量变化度，缺陷波的大小以及对底波的影响等参量变化情况。把这些参量绘制在与实际工件大小成比例情况。把这些参量绘制在与实际工件大小成比例的图纸上，最后便能显示出缺陷的大小、形状和的图纸上，最后便能显示出缺陷的大小、形状和状态。这种测量缺陷的方法叫作比例作图法。状态。这种测量缺陷的方法叫作比例作图法。 （二）比例作图法的进行步骤（二）比例作图法的进行步骤 1.起始测定点的选择起始测定点的选择 如果探头在工件的某一部位发现了缺陷

20、则如果探头在工件的某一部位发现了缺陷则左右移动探头，若缺陷信号均由最高趋向左右移动探头，若缺陷信号均由最高趋向消失，这时就取缺陷消失的某一点为起始消失，这时就取缺陷消失的某一点为起始测定点。如果探测对象为实心轴，当探头测定点。如果探测对象为实心轴，当探头沿整个圆周移动时，缺陷波均不消失，那沿整个圆周移动时，缺陷波均不消失，那就任选一点作起始测定点。就任选一点作起始测定点。 2.逐点测量逐点测量 从起始测定点开始，沿着出现缺陷波方向，从起始测定点开始，沿着出现缺陷波方向，以一间隔选择测量点，进行逐点测量。间以一间隔选择测量点，进行逐点测量。间隔选取越小，测定点越多，准确性越高。隔选取越小，测定点

21、越多，准确性越高。 3.记录内容记录内容 应记录各测定点的间隔大小，缺陷反射信应记录各测定点的间隔大小，缺陷反射信号的高度，相对应的缺陷深度以及对底波号的高度，相对应的缺陷深度以及对底波的影响情况等。的影响情况等。 4.绘制截面图绘制截面图 按一定比例在座标纸上画出工件有缺陷部按一定比例在座标纸上画出工件有缺陷部位的截面图。位的截面图。 5.描出缺陷描出缺陷 把工件表面上的测定点标在比例截面图上，把工件表面上的测定点标在比例截面图上，并以各测定点为圆心，以各测定点所对应并以各测定点为圆心，以各测定点所对应的缺陷深度为半径划弧。由各测定点所划的缺陷深度为半径划弧。由各测定点所划弧线的交点，即可显

22、示缺陷轮廓。弧线的交点，即可显示缺陷轮廓。 图图6-1是在轴类工件上利用作图法描绘缺陷是在轴类工件上利用作图法描绘缺陷的示意图。的示意图。)探头缺陷图6-1 比例作图法示意图 六、缺陷回波判别六、缺陷回波判别 1. 单个缺陷回波单个缺陷回波-如单个夹层，裂纹等。如单个夹层，裂纹等。 定义：间隔大于定义：间隔大于50mm，波高大于，波高大于2当量。当量。 测：位置、当量，用测：位置、当量，用6db测长。测长。 2. 分散回波：工件中分布面广，缺陷间距分散回波：工件中分布面广，缺陷间距大，在大，在505050mm3立体内少于立体内少于5个，个，波高大于波高大于2。 测：当量、位置。如分散性夹层、夹

23、杂等。测：当量、位置。如分散性夹层、夹杂等。 3. 密集缺陷密集缺陷-可能是疏松、非金属夹杂、可能是疏松、非金属夹杂、白点或成群小裂纹。白点或成群小裂纹。 定义：定义：jb/t4730-2005标准术语和定义第标准术语和定义第3.16条规定。条规定。 在荧光屏扫描线上相当于在荧光屏扫描线上相当于50mm声程范围声程范围内有内有5个或个或5个以上缺陷反射信号，或在个以上缺陷反射信号，或在50mm50mm检测面上发现在同一深度范检测面上发现在同一深度范围内有围内有5个或个或5个以上缺陷反射信号。其反个以上缺陷反射信号。其反射波幅均大于某一特当量基准反射波幅射波幅均大于某一特当量基准反射波幅（如均大

24、于（如均大于2平底孔当量）。平底孔当量）。 gb/t6402-91钢锻件超声波检验方法（国钢锻件超声波检验方法（国标）定义为：在边长标）定义为：在边长50mm立方体内，有立方体内，有5个以上缺陷波高，超过产品技术条件规定个以上缺陷波高，超过产品技术条件规定值的值的-6db。 4. 游动回波游动回波 定义：当探头在工件表面探测移动时，荧定义：当探头在工件表面探测移动时，荧光屏扫描线上缺陷波会随之游动，这说明光屏扫描线上缺陷波会随之游动，这说明缺陷波相对于检测点至缺陷反射面位置缺陷波相对于检测点至缺陷反射面位置（即深度或声程）在不断变化，这种波称（即深度或声程）在不断变化，这种波称游动回波，在轴类

25、工件中常见。游动回波，在轴类工件中常见。 游动波产生原因：（当出现游动回波，可游动波产生原因：（当出现游动回波，可考虑中心附近危险性缺陷）考虑中心附近危险性缺陷） 随探头移动，不同波束射至缺陷，中心波随探头移动，不同波束射至缺陷，中心波束射至缺陷，回波高，声程小，边缘波束束射至缺陷，回波高，声程小，边缘波束射至缺陷，回波低，声程大，在扫描线上射至缺陷，回波低，声程大，在扫描线上游动范围达游动范围达25mm，利用游动波的包络线，利用游动波的包络线，可判断缺陷形状。可判断缺陷形状。 游动波形及缺陷的定性分析游动波形及缺陷的定性分析 超声波探伤是通过对荧光屏所显示的波形的观察，超声波探伤是通过对荧光

26、屏所显示的波形的观察，分析来确定缺陷的位置、大小和性质的。尤其是分析来确定缺陷的位置、大小和性质的。尤其是对缺陷的定性分析，更依赖于对波形变化的观察。对缺陷的定性分析，更依赖于对波形变化的观察。在超声波探伤中，常常会遇到这样的情况：当探在超声波探伤中，常常会遇到这样的情况：当探头沿着某一方向连续移动时，荧光屏上的缺陷波头沿着某一方向连续移动时，荧光屏上的缺陷波会随之移动，通常我们称它为会随之移动，通常我们称它为“游动波形游动波形”。出。出现这种游动的波形的原因是由于荧光屏上水平扫现这种游动的波形的原因是由于荧光屏上水平扫描线是一个与时间有关的座标，因而它对应着被描线是一个与时间有关的座标，因而

27、它对应着被探工件的不同深度，探工件的不同深度， 所以所以“游动波形游动波形”的出现即说明有一个相对于检的出现即说明有一个相对于检测点的深度在不断变化的缺陷。这种特殊的波形测点的深度在不断变化的缺陷。这种特殊的波形信号，尤以在轴类工件的探测中，当探头沿周向信号，尤以在轴类工件的探测中，当探头沿周向移动时最常见。在带有中心孔的轴上，这种波形移动时最常见。在带有中心孔的轴上，这种波形出现得更为奇特，往往会从出现得更为奇特，往往会从“底波底波”（即中心孔（即中心孔的反射波）前出现，穿过的反射波）前出现，穿过“底波底波”游动到底波的游动到底波的后面。这种现象初看起来似乎不可理解，因此，后面。这种现象初看

28、起来似乎不可理解，因此，为能较清楚地介绍锻件中缺陷的存在形式与缺陷为能较清楚地介绍锻件中缺陷的存在形式与缺陷波形之间的联系，下面将通过一些游动波形图来波形之间的联系，下面将通过一些游动波形图来加以说明：加以说明： 1.对有中心孔的轴类，中心孔壁上的径向缺对有中心孔的轴类，中心孔壁上的径向缺陷以图陷以图6-2所示。此种缺陷波的游动规律一所示。此种缺陷波的游动规律一般表现为：般表现为： （1）随着探头在工件表面上沿周向移动，）随着探头在工件表面上沿周向移动，缺陷波在缺陷波在“底波底波”前后连续游动。前后连续游动。 （2）当缺陷波与）当缺陷波与“底波底波”重合时，探头声重合时，探头声束轴向与缺陷取向

29、之间的夹角一般在束轴向与缺陷取向之间的夹角一般在55左右。左右。 （3）缺陷波在）缺陷波在“底波底波”之后将逐渐增大，之后将逐渐增大，其波幅达最大值的位置常处于探头声束轴其波幅达最大值的位置常处于探头声束轴向与缺陷取向有向与缺陷取向有80左右夹角的位置。左右夹角的位置。图6-2 中心孔壁上的径向缺陷和缺陷波的流动规律人为径向缺陷05 5.8bft50tb,f506.2tbf 2.在有中心孔的轴类中，距中心孔一定距离在有中心孔的轴类中，距中心孔一定距离的体积型缺陷如图的体积型缺陷如图6-3所示。此种缺陷波的所示。此种缺陷波的游动规律一般表现为：游动规律一般表现为： （1）随着探头在工件表面上沿周

30、向移动，）随着探头在工件表面上沿周向移动，缺陷波在缺陷波在“底波底波”前后连续游动。前后连续游动。 （2）最大缺陷波出现的位置无一定规律，）最大缺陷波出现的位置无一定规律，它取决于缺陷表面的反射条件。如果缺陷它取决于缺陷表面的反射条件。如果缺陷表面的反射条件各向同性，则最大缺陷波表面的反射条件各向同性，则最大缺陷波常出现在常出现在“底波底波”前深度最小的位置上。前深度最小的位置上。 （3）当探头从最大缺陷波的位置沿着工件）当探头从最大缺陷波的位置沿着工件表面作周向移动时，缺陷波向表面作周向移动时，缺陷波向“底波底波”靠靠近，并穿过近，并穿过“底波底波”，缺陷波的高度随之，缺陷波的高度随之下降直

31、至消失。下降直至消失。 3.实心轴类中体积型缺陷的波形游动规律：实心轴类中体积型缺陷的波形游动规律： （1）实心轴中，当缺陷距中心的距离为）实心轴中，当缺陷距中心的距离为0drtg时，如图时，如图6-5所示。此种缺陷波的游所示。此种缺陷波的游动规律一般表现为：动规律一般表现为： 1）缺陷波游动的范围有两个，相互间相差）缺陷波游动的范围有两个，相互间相差180。如图。如图6-4所示的所示的a区和区和b区。区。 2）探头在）探头在a、b两区内检测时，缺陷波的两区内检测时，缺陷波的动态情况很相似，都有一最大值。而当探动态情况很相似，都有一最大值。而当探头沿周向左右移动时，缺陷波均逐渐降低，头沿周向左

32、右移动时，缺陷波均逐渐降低，直至消失。一般情况下直至消失。一般情况下b区波幅要比区波幅要比a区稍区稍低些。低些。图6-5 当drtg体积型缺陷的波形流动规律 ?10人工孔atbfbb区a区tfb 无论是无论是0drtg的情的情况，由缺陷波所表明的深度可以估计体积况，由缺陷波所表明的深度可以估计体积性缺陷沿径向的厚度。例如：在性缺陷沿径向的厚度。例如：在drtg的的情况下，如果缺陷波具有最大深度和最小情况下，如果缺陷波具有最大深度和最小深度时的探头位置处在实心轴圆周的两个深度时的探头位置处在实心轴圆周的两个相对位置上，即相差相对位置上，即相差 180，而且两缺陷，而且两缺陷波所显示的深度之和又恰

33、恰等于被检轴直波所显示的深度之和又恰恰等于被检轴直径的大小，此时即表明：径的大小，此时即表明： 缺陷本身的厚度不大；如果两缺陷波所显缺陷本身的厚度不大；如果两缺陷波所显示的深度之和小于被检轴的直径，那末期示的深度之和小于被检轴的直径，那末期差值即可被认为是缺陷本身的厚度。在实差值即可被认为是缺陷本身的厚度。在实际探伤过程中，一个正确的结论还应根据际探伤过程中，一个正确的结论还应根据波形的变化，波形的数量，判定是单个缺波形的变化，波形的数量，判定是单个缺陷还是多个缺陷以后才能作出上述决定。陷还是多个缺陷以后才能作出上述决定。 通过上述对图示的分析，可以定性地理解通过上述对图示的分析，可以定性地理

34、解锻件中缺陷存在的形式与探伤时缺陷波表锻件中缺陷存在的形式与探伤时缺陷波表现形式之间的一些联系。一般认为：探伤现形式之间的一些联系。一般认为：探伤时荧光屏上出现了游动波形，则表明锻件时荧光屏上出现了游动波形，则表明锻件中可能存在有危险性缺陷，例如中心孔上中可能存在有危险性缺陷，例如中心孔上的径向裂纹，因此必须引起重视。然而，的径向裂纹，因此必须引起重视。然而，在判定时，还必须认真分析波形的变化规在判定时，还必须认真分析波形的变化规律，游动的距离，与底波的关系以及最大律，游动的距离，与底波的关系以及最大缺陷波显示的位置等等，综合考虑后才能缺陷波显示的位置等等，综合考虑后才能得出正确的结论。得出正

35、确的结论。 5. 底面回波底面回波 1.底波消失，缺陷很高或缺陷波出现多次反底波消失，缺陷很高或缺陷波出现多次反射，大多为与探测面平行的大面积缺陷，射，大多为与探测面平行的大面积缺陷，如缩孔、夹层、大裂纹等。如缩孔、夹层、大裂纹等。 2.底波消失或很低，缺陷波很低或无缺陷，底波消失或很低，缺陷波很低或无缺陷，可能是靠近探测面很近的大面积缺陷，或可能是靠近探测面很近的大面积缺陷，或与探测面倾斜的大缺陷。与探测面倾斜的大缺陷。 3.出现密集的互相此起彼落的缺陷回波。底出现密集的互相此起彼落的缺陷回波。底波明显下降或消失为密集缺陷，如缺陷面波明显下降或消失为密集缺陷，如缺陷面积远大于声束截面，当量非

36、常小，底波降积远大于声束截面，当量非常小，底波降低不多，大多为金属夹杂物。低不多，大多为金属夹杂物。 如缺陷波密集，面积成片，缺陷波当量较如缺陷波密集，面积成片，缺陷波当量较大，底波下降很快，大多为白点。大，底波下降很快，大多为白点。 4.jb/t4730-2005中，底面回波订到标准中，中，底面回波订到标准中，术语和定义第术语和定义第3.17条规定：靠近缺陷处的条规定：靠近缺陷处的无缺陷完好区内第一次底波幅度无缺陷完好区内第一次底波幅度bg与缺陷与缺陷区域内的第一次底波幅度区域内的第一次底波幅度bf之比用声压级之比用声压级（db）值表示，即）值表示，即bg/bf（db）来评定锻）来评定锻件质

37、量等级。件质量等级。 6. 几种典型缺陷波型几种典型缺陷波型 缩孔和缩管缩孔和缩管 缩孔和缩管都是在浇注钢锭的过程中形成缩孔和缩管都是在浇注钢锭的过程中形成的。当液体金属注入钢锭模后，其凝固过的。当液体金属注入钢锭模后，其凝固过程是从四周向中心，由底部向上部逐渐进程是从四周向中心，由底部向上部逐渐进行的，同时发生体积收缩。行的，同时发生体积收缩。 如果在冷却过程中不能随时补充液体金属，如果在冷却过程中不能随时补充液体金属，那么将在最后凝固的钢锭上部冒口部位形那么将在最后凝固的钢锭上部冒口部位形成空洞，空洞一般呈嗽叭口状，此空洞即成空洞，空洞一般呈嗽叭口状，此空洞即称缩孔。当缩孔比较严重，具有较

38、大的长称缩孔。当缩孔比较严重，具有较大的长度时，又称为缩管。度时，又称为缩管。 用超声波检查锻件中的缩孔，已不是它的用超声波检查锻件中的缩孔，已不是它的原始形态，而是在锻造后未完全切除的残原始形态，而是在锻造后未完全切除的残余缩孔。因此位置都处于冒口端的锻件中余缩孔。因此位置都处于冒口端的锻件中心部位，从一端向锻件内部延伸。在锻造心部位，从一端向锻件内部延伸。在锻造时随着金属的延伸而被拉长，有时在锻件时随着金属的延伸而被拉长，有时在锻件中可长达中可长达2米之多。米之多。 用超声波检查时，反射信号很强，并且轴用超声波检查时，反射信号很强，并且轴向连续存在。当缩孔较大时，底波有严重向连续存在。当缩

39、孔较大时，底波有严重的衰减甚至消失。的衰减甚至消失。 疏松疏松 疏松形成的机理和缩孔相同，也是由于金疏松形成的机理和缩孔相同，也是由于金属在凝固过程中因体积的收缩而造成的。属在凝固过程中因体积的收缩而造成的。所谓疏松，其本质就是固态金属的多孔或所谓疏松，其本质就是固态金属的多孔或不致密。与形成缩孔原因所不同的就是冷不致密。与形成缩孔原因所不同的就是冷凝速度的差别。当冷凝速度快时，金属便凝速度的差别。当冷凝速度快时，金属便不能产生集中的体积收缩，因而形成了弥不能产生集中的体积收缩，因而形成了弥散的多孔性。在铸造过程中，往往疏松伴散的多孔性。在铸造过程中，往往疏松伴随缩孔同时存在。随缩孔同时存在。

40、 经锻造之后，往往疏松情况能够得到不同经锻造之后，往往疏松情况能够得到不同程度的改善。图程度的改善。图6-6示出了锻件中的疏松及示出了锻件中的疏松及探伤波形。探伤波形。 夹杂物夹杂物 材料中的夹杂物种类很多，但按其来源大材料中的夹杂物种类很多，但按其来源大体上可分为两类体上可分为两类 内在夹杂物内在夹杂物材料在冶炼、浇铸过程中，由于内部各材料在冶炼、浇铸过程中，由于内部各成分间或金属与炉气、容器等接触所引成分间或金属与炉气、容器等接触所引起的化学反应而形成的产物。这类夹杂起的化学反应而形成的产物。这类夹杂物颗粒非常小，而且呈弥散分布，一般物颗粒非常小，而且呈弥散分布，一般超声波较难发现。但在浇

41、注时由于这类超声波较难发现。但在浇注时由于这类夹杂物和金属的熔点不同，在冷凝过程夹杂物和金属的熔点不同，在冷凝过程中将集中于钢锭中心或钢锭的某些区域中将集中于钢锭中心或钢锭的某些区域内，这种现象称为区域偏析。内，这种现象称为区域偏析。b图6-6 锻件中疏松及波形 在锻件中最常见的偏析区有两种：一种是在锻件中最常见的偏析区有两种：一种是密集于锻件中心部位，称为中心夹杂物；密集于锻件中心部位，称为中心夹杂物；一种是离开锻件的中心部位，而呈方锥形，一种是离开锻件的中心部位，而呈方锥形，称方形偏析。称方形偏析。 按偏析区出现的部位不同，从钢锭的纵剖按偏析区出现的部位不同，从钢锭的纵剖面看又可分为：（面

42、看又可分为：（1）出现在钢锭上部的）出现在钢锭上部的“v型偏析型偏析”；（；（2）出现在钢锭下部的）出现在钢锭下部的“型偏析型偏析”。 在偏析区中由于夹杂物过于集中，颗粒较在偏析区中由于夹杂物过于集中，颗粒较大，对于这类缺陷超声波探伤有时是能够大，对于这类缺陷超声波探伤有时是能够发现的。发现的。 对于中心夹杂物，缺陷反射信号在荧光屏对于中心夹杂物，缺陷反射信号在荧光屏上相对于锻件的中心位置呈丛状波形，如上相对于锻件的中心位置呈丛状波形，如图图6-7所示。缺陷当量一般均不太大，最大所示。缺陷当量一般均不太大，最大约为约为3、4左右。左右。 对于方形偏析，缺陷的反射信号在荧光屏对于方形偏析，缺陷的

43、反射信号在荧光屏上将出现以中心对称的两丛波形，如图上将出现以中心对称的两丛波形，如图6-8所示。所示。外来夹杂物外来夹杂物这种夹杂物一般是从炼钢炉、钢包或其它设备这种夹杂物一般是从炼钢炉、钢包或其它设备上掉下来的耐火材料。这种夹杂物体积较大，上掉下来的耐火材料。这种夹杂物体积较大，虽然在锻造时，有可能被粉碎成较小颗粒或压虽然在锻造时，有可能被粉碎成较小颗粒或压成薄片状。但这类缺陷仍很容易被超声波探伤成薄片状。但这类缺陷仍很容易被超声波探伤所发现。这种缺陷的出现和分布无一定规律，所发现。这种缺陷的出现和分布无一定规律，所以探伤时缺陷出现的位置也无规律可寻，缺所以探伤时缺陷出现的位置也无规律可寻，

44、缺陷反射信号大小也不一样。如果在某一区域发陷反射信号大小也不一样。如果在某一区域发现了缺陷，往往不只是一个，而是多个群集。现了缺陷，往往不只是一个，而是多个群集。图6-7 锻件中的中心夹杂物及其波形b图6-8 锻件中的方形偏析及其波形b 裂纹裂纹 金属在锻造和热处理等加工过程中，由于金属在锻造和热处理等加工过程中，由于锻造温度不适当，加热温度不均匀；加热、锻造温度不适当，加热温度不均匀；加热、冷却的速度不适宜，以及施加的压力不适冷却的速度不适宜，以及施加的压力不适当或不均匀都将引起金属的局当或不均匀都将引起金属的局 部破裂，形成裂纹。部破裂，形成裂纹。 裂纹的种类很多，在工件中的分布位置也裂纹

45、的种类很多，在工件中的分布位置也很广。例如在工件表面、近表面及内部都很广。例如在工件表面、近表面及内部都可能产生。现将锻件中最典型的中心锻造可能产生。现将锻件中最典型的中心锻造裂纹叙述如下：裂纹叙述如下： 这种裂纹的产生主要有三个方面的原因：这种裂纹的产生主要有三个方面的原因： （1）锻造前工件加热不均匀或不足，俗称）锻造前工件加热不均匀或不足，俗称没有烧透；没有烧透； （2）停锻温度过底，工件外部冷却快，心）停锻温度过底，工件外部冷却快，心部冷却慢，温差过大；部冷却慢，温差过大； （3）由于高熔点或低熔点的夹杂物在晶界）由于高熔点或低熔点的夹杂物在晶界上密集析出。在上述三种情况下，金属在上密

46、集析出。在上述三种情况下，金属在承受压力加工时，由于各种塑性变形不同，承受压力加工时，由于各种塑性变形不同，在其交界面上将产生滑移甚至撕裂。最典在其交界面上将产生滑移甚至撕裂。最典型的中心锻造幅度变化很大，而且波形在型的中心锻造幅度变化很大，而且波形在荧光屏上游动。荧光屏上游动。 白点白点 在某些金属断口上，有时会发现圆形和椭在某些金属断口上，有时会发现圆形和椭圆形，表面光滑呈银白色的斑点，直径大圆形，表面光滑呈银白色的斑点，直径大小不等，从零点几毫米到十几毫米。这种小不等，从零点几毫米到十几毫米。这种缺陷称为白点，如图缺陷称为白点，如图6-9所示。所示。图6-9 中心锻造裂纹 实质上白点就是

47、裂纹，它严重的影响金属实质上白点就是裂纹，它严重的影响金属材料的延伸率、收缩率及韧性。白点最易材料的延伸率、收缩率及韧性。白点最易产生在以镍铬锰为合金元素的合金结构钢产生在以镍铬锰为合金元素的合金结构钢中、低合金结构钢，碳素结构中、低合金结构钢，碳素结构 钢有时也会产生白点，但比较少见。在奥钢有时也会产生白点，但比较少见。在奥氏体钢及莱氏体钢中没有发现过白点。氏体钢及莱氏体钢中没有发现过白点。 关于白点形成的原因，尚未得出更确切的关于白点形成的原因，尚未得出更确切的结论。目前都认为氢和组织应力是形成白结论。目前都认为氢和组织应力是形成白点的主要原因。在冶炼和浇铸过程中进入点的主要原因。在冶炼和

48、浇铸过程中进入金属液体中的氢气是以原子状态存在的，金属液体中的氢气是以原子状态存在的，在以后的热加工过程中，如果在以后的热加工过程中，如果 缓慢冷却，原子氢有从金属内部向外扩散缓慢冷却，原子氢有从金属内部向外扩散的趋势，如果冷却过快，原子氢来不及从的趋势，如果冷却过快，原子氢来不及从金属内扩散出去。而在金属内逐渐聚积并金属内扩散出去。而在金属内逐渐聚积并结合成氢分子。氢分子很难从金属中向外结合成氢分子。氢分子很难从金属中向外扩散，在其聚积的地方将造成巨大的局部扩散，在其聚积的地方将造成巨大的局部应力，随使金属破裂。应力，随使金属破裂。 白点在形成时由于有扩散现象，因此在锻白点在形成时由于有扩散

49、现象，因此在锻件中形成的位置有差别，对于小截面锻件，件中形成的位置有差别，对于小截面锻件，冷却快，来不及扩散，所以一般均在中心冷却快，来不及扩散，所以一般均在中心部位形成。超声波探伤时，在相对于锻件部位形成。超声波探伤时，在相对于锻件中心的部位出现林状波。中心的部位出现林状波。 对于较大截面的锻件，加热后冷却较慢，对于较大截面的锻件，加热后冷却较慢，存在着明显地扩散现象，白点呈辐射状分存在着明显地扩散现象，白点呈辐射状分布在锻件圆周的某一深度范围内。超声波布在锻件圆周的某一深度范围内。超声波探伤时，将出现对称于中心的两处林状波，探伤时，将出现对称于中心的两处林状波，而且较浅的一处缺陷反射幅度高

50、，较深的而且较浅的一处缺陷反射幅度高，较深的一处缺陷反射幅度低。白点缺陷的超声波一处缺陷反射幅度低。白点缺陷的超声波探伤波形见图探伤波形见图6-10。 在超声波探伤中，有时白点波形和中心夹在超声波探伤中，有时白点波形和中心夹杂物、杂物、“v形偏析形偏析”、“方形偏析方形偏析”等缺陷等缺陷信号，在荧光屏上的分布位置容易混淆，信号，在荧光屏上的分布位置容易混淆，这时可按以下三个方面区分：这时可按以下三个方面区分： 白点多出现在锻件的大截面段，而中心白点多出现在锻件的大截面段，而中心夹杂物和各种偏析，只出现在锻件的某一夹杂物和各种偏析，只出现在锻件的某一端。端。白点为清晰的林状波；而中心夹杂物和白点

51、为清晰的林状波；而中心夹杂物和各种偏析则为连续起伏的丛状波。各种偏析则为连续起伏的丛状波。白点对超声波反射强烈，所以对底波影白点对超声波反射强烈，所以对底波影响大；而中心夹杂物和各种偏析，因透声响大；而中心夹杂物和各种偏析，因透声性较好，所以对底波影响小。性较好，所以对底波影响小。图6-10锻件中的白点及其探伤波形图6-11 晶粒粗大的波形 晶粒粗大晶粒粗大 晶粒粗大对超声波的吸收和散射影响甚大，晶粒粗大对超声波的吸收和散射影响甚大，在探伤中将引起超声能量的强烈衰减，而在探伤中将引起超声能量的强烈衰减，而且还会引起很多杂乱的反射信号，图且还会引起很多杂乱的反射信号，图6-11即为晶粒粗大所引起

52、的超声波波形，这对即为晶粒粗大所引起的超声波波形，这对超声波探伤十分不利。超声波探伤十分不利。 此种波形在荧光屏上出现是有一定规律的，此种波形在荧光屏上出现是有一定规律的，不论探头放在工件表面的什么位置上，不论探头放在工件表面的什么位置上， 反反射信号都出现在相对于锻件近表面的一段射信号都出现在相对于锻件近表面的一段区域里，并且波形呈自由衰减形式。区域里，并且波形呈自由衰减形式。 六、非缺陷回波（在通用技术中已讲）此六、非缺陷回波（在通用技术中已讲）此略。略。 七、锻件质量评定七、锻件质量评定按标准评按标准评 1断定为危害性缺陷，如白点、裂纹等一断定为危害性缺陷，如白点、裂纹等一律最低级为不合

53、格。即评为律最低级为不合格。即评为级级 2对非危害性缺陷，按单个缺陷表对非危害性缺陷，按单个缺陷表7、密、密集缺陷表集缺陷表8（按面积百分比），和底波降低（按面积百分比），和底波降低量表量表6三个方面独立评定。三个方面独立评定。 锻件最终等级按最低级评定。锻件最终等级按最低级评定。第二节第二节 铸件超声波探伤铸件超声波探伤一一.铸件中常见缺陷：铸件中常见缺陷：1.气孔：金属液含气量过多，模型潮湿，气孔：金属液含气量过多，模型潮湿，透气性不佳等原因，在熔化的金属凝固透气性不佳等原因，在熔化的金属凝固时，气体来不及逸出。形成的空洞，有时，气体来不及逸出。形成的空洞，有单个、密集。单个、密集。2.缩

54、孔：浇铸金属液过程中冷却收缩得缩孔：浇铸金属液过程中冷却收缩得不到补缩而形成的空隙。多位于浇冒口不到补缩而形成的空隙。多位于浇冒口处。处。 3.夹杂：夹杂： 外来的非金属夹杂：型砂、耐火材料也有外来的非金属夹杂：型砂、耐火材料也有夹砂。夹砂。 内部的非金属夹杂：浇铸金属与气体反应内部的非金属夹杂：浇铸金属与气体反应形成物。或熔渣没有与铁水分离形成。形成物。或熔渣没有与铁水分离形成。 金属夹杂：其它异种金属落入溶池形成。金属夹杂：其它异种金属落入溶池形成。 4.裂纹：由于材质和铸件形状不适当，产生裂纹：由于材质和铸件形状不适当，产生内应力或截面突变，应力集中形成裂纹。内应力或截面突变，应力集中形

55、成裂纹。高温下产生的称热裂纹，低温下产生的称高温下产生的称热裂纹，低温下产生的称冷裂纹。冷裂纹。 在铸件探伤中把缺陷分为二类：在铸件探伤中把缺陷分为二类： 1. 平面型缺陷：平面型缺陷： 在超声检测中，只能测出缺陷的两维尺寸，在超声检测中，只能测出缺陷的两维尺寸，称平面型缺陷。称平面型缺陷。 属于这类缺陷有：裂纹、未熔合等。属于这类缺陷有：裂纹、未熔合等。 2. 非平面型缺陷：非平面型缺陷： 超声检测中，能测出三维尺寸，称非平面超声检测中，能测出三维尺寸，称非平面型缺陷，属于这类缺陷有：气孔、型缺陷，属于这类缺陷有：气孔、 缩孔、缩孔、夹砂、夹渣夹砂、夹渣（即为夹杂）。（即为夹杂）。二二.铸件

56、探伤的特点铸件探伤的特点1.透声性差：由以下三方面引起透声性差：由以下三方面引起铸件各部分冷却速度不同引起，组织不铸件各部分冷却速度不同引起，组织不均匀。均匀。铸件树枝状结晶引起，组织不致密性。铸件树枝状结晶引起，组织不致密性。铸件由高温冷却凝固缓慢引起组织晶粒铸件由高温冷却凝固缓慢引起组织晶粒粗大。粗大。 2.声耦合差：由表面粗糙引起。声耦合差：由表面粗糙引起。 3.干扰杂波多：由下面三方面形成：干扰杂波多：由下面三方面形成： 粗晶和组织不均引起散乱反射，草状回粗晶和组织不均引起散乱反射，草状回波使信噪比下降，高频时尤为严重。波使信噪比下降，高频时尤为严重。 轮廓回波和退到变型非缺陷波。轮廓

57、回波和退到变型非缺陷波。 粗糙表面使入射到铸件中声波发散产生粗糙表面使入射到铸件中声波发散产生表面干扰波。表面干扰波。三三.铸钢件探测条件的选择：铸钢件探测条件的选择：1.仪器、探头仪器、探头仪器符合仪器符合jb/t10061-1999（a型脉冲反型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件）。射式超声波探伤仪通用技术条件）。 探头：探头： 纵波直探头纵波直探头22.5mhz：直径：直径1030mm，对粗糙表面用软保护膜直探头。对粗糙表面用软保护膜直探头。横波斜探头横波斜探头0.52mhz：k1，1.5，2，2.5，3或或=45、60、70。 纵波双晶探头纵波双晶探头22.5mhz：两晶片之间声：两晶

58、片之间声绝缘必须良好。绝缘必须良好。 仪器、探头系统性能：用仪器、探头系统性能：用jb/t10062-1999测试方法。测试方法。 灵敏度余量：纵波直探头灵敏度余量：纵波直探头30db f=2-2.5mhz。 横波斜探头横波斜探头50db f=2-2.5mhz。 分辨力：分辨力：纵波直探头f3mhz20db横波斜探头f=2512db 2.试块：试块： zgz系列平底孔试块为纵波直探头试块系列平底孔试块为纵波直探头试块三种。平底孔直径为三种。平底孔直径为3、4、6。 探测面到平底孔深度探测面到平底孔深度l=25、50、75、100、150、200，6种。种。 对试块要求：对试块要求： a.不允许

59、存在等于或大于不允许存在等于或大于2平底孔当量缺平底孔当量缺陷。陷。 b.用铸钢或低合金钢材料做，超声衰减系用铸钢或低合金钢材料做，超声衰减系数应与被探伤铸钢件材衰减系数相同或相数应与被探伤铸钢件材衰减系数相同或相近。近。 c.试块侧面要标明：名称，编号，材质，透试块侧面要标明：名称，编号，材质，透声性。声性。 zgz用途：调探伤灵敏度、测试距离用途：调探伤灵敏度、测试距离波波幅曲线。幅曲线。 zgz系列双晶探头用试块：系列双晶探头用试块： 9个个3mm平底孔，每孔相距平底孔，每孔相距25mm，9个个孔位于孔位于50mm宽试块中心，宽试块中心，9个个3mm平底孔平底孔离探测面距离分别为离探测面

60、距离分别为5mm、10、15、20、25、30、35、40、45mm。 3.探测表面与耦合剂探测表面与耦合剂 探测面光洁度：铸造表面：探测面光洁度：铸造表面：ra12.5m。 探测面粗糙度：机加工表面：探测面粗糙度：机加工表面：ra10m。 探伤面和工件背后清除影响超声检测杂探伤面和工件背后清除影响超声检测杂污物。污物。 耦合剂：可选用粘度较大耦合剂。耦合剂：可选用粘度较大耦合剂。 如机油，机油和黄甘油混合剂，浆糊等以如机油，机油和黄甘油混合剂，浆糊等以20号号40号机油为好。号机油为好。 调整仪器，校验仪器和检测铸钢件必须调整仪器，校验仪器和检测铸钢件必须使用同种耦合剂。使用同种耦合剂。 4