《锻件超声检测ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锻件超声检测ppt课件.ppt（60页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、锻件的超声检测,开封空分集团有限公司姜 海,一、锻件加工及常见缺陷,锻件是将铸锭或锻坯在模具的压力下变形制成一定形状和尺寸的零件毛坯锻压过程包括加热、形变和冷却锻造方式大致分为镦粗、拔长和滚压镦粗是锻压力施加于坯料的两端，形变发生在横截面上拔长是锻压力施加于坯料的外圆，形变发生在长度方向,滚压是先镦粗坯料，然后冲孔，再插入芯棒并在外圆施加锻压力滚压既有纵向形变，又有横向形变镦粗主要用于饼类锻件拔长主要用于轴类锻件筒形锻件一般先镦粗，后冲孔，再滚压锻件锻后需进行正火、退火或调质等热处理，以改善锻件的组织性能,一、锻件加工及常见缺陷,锻件中的缺陷主要有两个来源：一是铸锭中缺陷引起的；另一种是锻造、
2、热处理及加工过程中产生的铸锭原材料缺陷主要有：缩孔、疏松、夹杂、白点、裂纹等，其在锻造过程中不可能消除，但会产生变形和延伸。经锻造后往往压成平面状分布，且一般与锻压方向垂直，当锻压比不足时，也会以体积型存在锻造及热处理中产生的缺陷主要有折叠、裂纹等加工过程中产生的主要缺陷为裂纹，磨削加工中因磨削工艺不完善或操作不当，易在锻件表面产生磨削裂纹，一般采用磁粉检测方法进行检测,一、锻件加工及常见缺陷,1、缩孔铸锭冷却收缩时在头部形成的缺陷，锻造时因切头量不足而残留下来多见于轴类锻件的头部，具有较大的体积，并位于横截面中心，在轴向具有较大的延伸长度探伤时，缩孔常常是各向表面相近的空洞，分布在工件的中心
3、区，沿轴线连续或断续的分布，内壁凹凸不平超声波形的特点：其波形开叉；波的根部较宽并伴有小波；影响底波的大小；有连续指示长度,一、锻件加工及常见缺陷,图 1 缩孔残余的波形，位于中心偏前,一、锻件加工及常见缺陷,2、疏松（缩松）在铸锭凝固收缩时形成的孔隙和空穴，在锻造过程中因变形量不足而未被消除，多出现在大型锻件中低灵敏度时伤波很低或无伤波，提高灵敏度后才呈现典型的疏松波形中心疏松多出现心部，一般疏松出现在始波与底波之间对底波有一定影响但影响不大，随着灵敏度提高，底波次数有明显增加；铸件中的疏松对声波有显著的吸收和散射作用，常使底波显著减少，甚至使底波消失严重的疏松既无底波又无伤波，探头移动时会
4、出现波峰很低的蠕动波形。,一、锻件加工及常见缺陷,图2 中心疏松超声波探伤的波形,一、锻件加工及常见缺陷,3、夹杂物分为内在金属夹杂物、外来金属夹杂物、金属夹杂物内在金属夹杂物是铸锭中包含的脱氧剂、合金元素与气体的反应产物，尺寸较小，常飘浮于溶液上，最后集结在铸锭中心及头部外来金属夹杂物是冶炼、浇注过程中混入的耐火材料或杂质，尺寸较大，常混杂于铸锭的下部，偶然落入的非金属夹杂则无法确定其位置金属夹杂物是冶炼时加入合金较多且尺寸较大，或者浇注时飞溅小粒或异种金属落入后未被全部熔化形成的,一、锻件加工及常见缺陷,3、夹杂物 夹杂波形的一般特征：夹杂的静态波形有波峰分枝，波头圆钝，波根宽不清动态波此
5、起彼伏，移动探头时变化迅速，伤波的变化比白点为快夹杂的反射方向性不强，灵敏度改变，伤波数量与波幅也改变但对底波影响不大,一、锻件加工及常见缺陷,图3 密集夹杂的草波波峰开叉波根不清晰,一、锻件加工及常见缺陷,4、裂纹铸件中的热裂纹经常在高温下形成，沿晶界产生与发展。裂口外形曲折，常发生在缩孔附近的后凝固部位热处理裂纹通常是热处理过程中因温度控制不当或冷却速度过快造成的，热处理裂纹大多在表层锻造与热处理过程产生的裂纹，其方向虽然规律性不强，但基本上是平行或垂直于锻压方向裂纹的回波成束状，波根宽，波峰分叉，波形锐而清晰；降低探伤灵敏度时伤波幅度下降的速度缓慢,一、锻件加工及常见缺陷,对于横向裂纹，
6、纵波直探头沿工件的表面扫查时不易发现裂纹；横波斜探头很容易检测，左右对称均能发现裂纹；受裂纹尺寸的影响，其动态波形可沿着荧光屏的水平线线游动一定的距离对于纵向裂纹，当探头的超声波束垂直于裂纹时回波幅度最高，波的根部较宽，波峰銳起有分叉，如果裂纹尺寸较大，还可以看到二次或三次裂纹的反射波并且无底波多数为倾斜裂纹，当探头的超声波束平行于裂纹时底波很低或者消失，偏离平行状态时底波出现，探头扫查时，裂纹反射波在荧光屏的水平线上有一定的游动区（游动信号）,一、锻件加工及常见缺陷,图4 铸钢中的热裂纹,一、锻件加工及常见缺陷,图5 裂纹的波形特征,一、锻件加工及常见缺陷,5、白点对镍铬钼钢、铬钢、镍钢，锰
7、钢等合金钢，因材料中含氢量较高，锻造或热处理过程中冷却速度过快，易产生微细开裂，其断面发亮，故称之为白点白点主要集中在锻件大截面的中心部位，在钢中总是成群出现。,一、锻件加工及常见缺陷,白点波形的一般特征：探头移动时，各缺陷波此起彼伏，但变化速度慢有面积感。即使提高灵敏度也无密集夹杂波连成一片的现象。白点对底波幅度及反射次数有明显影响。提高探伤灵敏度，底波也无明显改善降低探伤灵敏度，波幅下降速度慢，有延缓特性。波幅下降到15%屏高时，伤波迟迟不消失白点远离表面与端面，大部分白点基本平行于工件的某一表面，并呈现出反射的方向性斜探头探伤对白点很灵敏,一、锻件加工及常见缺陷,图6 白点林状波尖锐波根
8、清晰,一、锻件加工及常见缺陷,6、折叠热金属的凸出部位被压折并嵌入锻件表面形成的缺陷多发生在锻件的圆角和尖角处折叠表面上的氧化层使该部位金属无法连接,一、锻件加工及常见缺陷,7、偏析锻造过程中，因操作不当或锻造比不足时，会在锻件表面及心部形成裂纹或形成局部组织不紧密，形成组织偏析缺陷疏松和偏析波形的一般特点：正常探伤灵敏度（2平底孔波高80%）难以发现，有反射波也是同一波阵面上个反射点的叠加结果灵敏度提高2030dB后出现典型的缺陷草波波形，各波间密接难分，探头移动波形变化,一、锻件加工及常见缺陷,8、缺陷的分布特点锻件中缺陷所具有的特点与其形成过程有关铸锭组织在锻造过程中沿金属延伸方向被拉长
9、，由此形成的纤维状组织通常被称为金属流线金属流线一般代表锻造过程中金属延伸的主要方向除裂纹外，锻件中的多数缺陷，特别是由铸锭中缺陷引起的锻件缺陷常常是沿着金属流线方向分布的,一、锻件加工及常见缺陷,1、检测方法锻件可以采用接触法或水浸法检测水浸法具有便于实现自动检测、人为因素少，可靠性高等特点在锻件检测上得到广泛的应用2、频率的选择锻件的组织很细，可使用较高的频率以满足高分辨力和实现对较小缺陷检测的目的,检测方法概述,二、检测方法概述,3、方向的选择以纵波直入射为主，有时需要纵波斜入射和横波入射根据锻件中缺陷分布和方向的特点，检测时声束入射面和入射方向的选择锻造工艺和流线方向，并尽可能使声束方
10、向与锻造流线方向垂直例如：模锻时的变形流线与外表面平行，超声声束方向应沿外表面垂直入射，扫查须沿着外表面形状进行，常采用水浸或水套探头方可实现,二、检测方法概述,4、检测时机锻件常用于使用安全较高的关键部件，因此通常需要对其外表面和外形进行加工检测时机常选在热处理后，冲孔、开槽等精加工工序之前孔、槽、台阶等复杂的几何形状会形成检测盲区，并产生非缺陷干扰波热处理后检测，有利于发现热处理过程中产生的缺陷，如热处理裂纹等,二、检测方法概述,5、轴类锻件轴类锻件的锻造工艺以拔长为主，大部分缺陷与轴线平行检测时以纵波直探头从径向检测效果最佳考虑到缺陷会有其他的分布及取向，辅助直探头在端面的轴向检测有时还
11、应增加斜探头的径向和轴向检测,二、检测方法概述,1）直探头径向和轴向检测,径向检测时，直探头置于轴的外圆做全面扫查，以发现轴类锻件中常见的纵向缺陷 轴向检测时，直探头置于轴的端面，以发现与轴线垂直的横向缺陷 轴的长度太大或有台阶时，存在扫查盲区,二、检测方法概述,2）斜探头周向及轴向检测,当缺陷曾径向且为片状时，或轴上有几个不同直径的轴段时，直探头轴向或径向检测都很难发现使用适当角度的斜探头从正反两个方向做周向及轴向扫查,二、检测方法概述,6、饼类、碗类锻件锻造工艺以镦粗为主，缺陷以平行于端面分布为主直探头在端面检测是检出缺陷的最佳方法,二、检测方法概述,对于重要的饼类、碗类或厚度大的锻件，从
12、两个端面检测从两个端面检测时，探头置于锻件端面进行全面检测，以发现与端面平行的缺陷有时从外园进行径向检测，以发现某些轴向缺陷,二、检测方法概述,7、筒形或环形锻件筒形锻件的锻造工艺是先镦粗，后冲孔再滚压缺陷的取向比轴类锻件和饼类锻件复杂检测时既需要纵波直入射，还应进行横波斜探头检测由于铸锭中质量最差的中心部分已被冲孔时去除，因此锻件的质量一般较好,二、检测方法概述,二、检测方法概述,1、探头直探头检测从筒体外圆或端面进行检测，外园检测是发现与轴线平行的周向缺陷，端面检测是发现与轴线垂直的横向缺陷双晶直探头检测发现近表面缺陷，应从端面检测（外圆？）斜探头检测、轴向检测是为了发现与轴线垂直的径向缺
13、陷周向检测是为了发现与轴线平行的径向缺陷周向检测时，缺陷定位应考虑修正,二、检测方法概述,1、探头纵波直入射，可选择单晶直探头若材料为低碳钢或低合金钢，可选用较高的频率，常用2.55MHz，晶片尺寸为1425mm的探头若材料为奥氏体钢，为避免草状回波，常用0.52MHz，晶片尺寸为1430mm的探头对于较小的锻件或为了检出近表面缺陷，考虑探头的盲区和近场区的影响，可选用双晶直探头，频率为5MHz横波检测一般选折K=1.0的斜探头,三、检测条件的选择,2、耦合选择接触法时，表面粗糙度不于高6.3m表面平整均匀，无划伤、油污、污物、氧化皮、油漆在试块上调整灵敏度时，考虑曲率和表面粗糙度补偿常用机油
14、、糨糊、甘油作耦合剂特殊情况下考虑有害元素含量的控制水浸法检测时，对检测表面的要求低于接触法,三、检测条件的选择,3、纵波直入射检测面的选择,从两个相互垂直的方向进行检测，尽可能地检测到锻件的全体积锻件厚度超过400mm时，应从相对两端进行100%扫查,三、检测条件的选择,三、检测条件的选择,4、材质衰减系数的测定当锻件尺寸较大时，材质的衰减系数对缺陷定量有一定的影响特别是材质衰减严重时影响更明显锻件检测中有时要测定材质衰减系数大平底定灵敏度对中间缺陷定量时，需不需要考虑衰减？,三、检测条件的选择,5、试块选择根据标准要求选择单晶直探头常选用CS型标准试块当检测距离小于45mm时，应采用双晶直
15、探头和CS型标准试块当检测面为曲面时，应采用CS标准试块来测定由于曲率不同引起的耦合损失,三、检测条件的选择,5、扫描速度调节根据检测范围调节扫描速度，以便发现缺陷并定位扫描速度可在试块上进行，也可在锻件已知尺寸的的部位上进行在试块上调节扫描速度时，试块与工件的声速尽可能接近调节扫描速度时，第一次底波前沿位置不超过水平刻度极限的80%，以利于观察一次底波之后的某些信号,三、检测条件的选择,6、检测灵敏度的调节 检测灵敏度一般不低于最大检测距离处的2mm平底孔当量直径1）底波调节法被检工件厚度x3N,且具有平行底面或圆柱曲底面调解时将探头对准完好区的底面，调节增益使底波B1达到基准波高，然后用衰
16、减器增益dB扫查灵敏度：基准灵敏度再增加510dB,三、检测条件的选择,计算公式,d：空心圆柱体内径，mmD：空心圆柱体外径，mm“+”：,三、检测条件的选择,例1：用2.5P20Z探头径向检测500mm的实心圆柱体锻件，CL=5900m/s，问如何利用底波调节500/2灵敏度？解：= c / f = 5.9/2.9 = 2.36mm 计算500mm处底孔分贝差为,调节：将探头对准完好区圆柱体底面，调增益使底波B1达基准60%波高，然后用衰减器增益（提高）46dB，这时500/2灵敏度就调好了必要时再提高6dB作为扫查灵敏度,三、检测条件的选择,例2：用2.5P20Z探头径向检测外径为1000
17、mm、内径为100mm的空心圆柱体锻件，CL=5900m/s，问如何利用底波调节450/2灵敏度？解：= c / f = 5.9/2.9 = 2.36mm 计算450mm处底孔分贝差为,调节：将探头对准完好区内孔，调增益使底波B1达基准60%波高，然后用衰减器增益（提高）35dB，这时450/2灵敏度就调好了必要时再提高6dB作为扫查灵敏度,三、检测条件的选择,2）试块调节法单晶直探头当锻件厚度3N或由于几何形状的限制或底面粗糙时，使用试块调节法调解时将试块对准试块的平底孔，调增益使平底孔达到基准波高即可当试块表面形状、粗糙度与锻件不同时，应进行耦合补偿当试块与工件的材质衰减相差较大时，应进行
18、衰减补偿,三、检测条件的选择,例3：用2.5P20Z探头径向检测厚度50mm的小锻件，采用CS试块调节50/2灵敏度，试块与锻件表面耦合差3dB，问如何调节灵敏度？解：将探头对准 CS试块中1号试块的2平底孔，距离为50mm，调增益使2mm平底孔回波达60%波高，然后再用衰减器提高3dB，这时50/2灵敏度调好了,三、检测条件的选择,例4：用2.5P14Z探头检测底面粗糙厚度为400mm的锻件，问如何利用100/4平底孔调节灵敏度400/2灵敏度，试块与锻件表面耦合差6dB解：计算100/4与400/2回波分贝差 将探头对准 100/4平底孔，调增益使4mm平底孔回波达基准波高，然后再用衰减器
19、提高36+6=42dB，这时400/2灵敏度调好了,三、检测条件的选择,2）试块调节法双晶直探头利用CS型标准试块的平底孔调节灵敏度先根据检测要求选择平底孔测试一组距离不同直径相同的平底孔的回波，使其中最高回波达满刻度80%在此灵敏度条件下测试其它平底孔回波最高点，并标在示波屏上连接这些回波最高点，得到一条平底孔距离-波幅曲线，以此作为检测灵敏度,三、检测条件的选择,1、缺陷位置测定使用纵波直探头时，可根据示波屏上缺陷波前沿所对的水平刻度值f和扫描速度1：n来确定缺陷在锻件中的位置缺陷至探头的距离为 xf = nf,四、缺陷测量与评定,2、缺陷大小的测定1）缺陷尺寸小于声束截面若缺陷位于x3N
20、区域内时，常用计算法和当量AVG曲线定量法若缺陷位于x3N区域内时，常用试块比较法定量2）缺陷尺寸大于声束截面6dB法和端点6dB法必要时可采用底波高度法确定缺陷的相对大小3）曲率的影响在平面工件检测时， 6dB法测得的长度即为缺陷长度对圆柱形锻件周向检测时，测长后应进行修正,四、缺陷测量与评定,外圆周向检测时，缺陷的指示长度为：（斜探头定位？）,四、缺陷测量与评定,3、缺陷回波的判别1）单个缺陷回波锻件检测中，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回波是指与邻近缺陷间距大于50mm，回波高不小于2mm的缺陷如锻件中单个的夹层、裂纹等检测时遇到单个缺陷，应测定缺陷的位置和大小但
21、缺陷较小时，用当量法；当缺陷较大时，用6dB法,四、缺陷测量与评定,2）分散缺陷回波锻件检测中，示波屏的缺陷较多且较分散，缺陷彼此间距较大，这种缺陷回波为分散缺陷回波一般边长50mm立方体内少于5个，不小于2mm如分散性的夹层等分散缺陷回波一般不太大，常用当量法定量还应测定分散缺陷的位置,四、缺陷测量与评定,是,3）密集缺陷回波 锻件检测中，示波屏上同时显示的缺陷回波较多，缺陷彼此间距较小，甚至连成一片，这种缺陷回波为密集缺陷回波：以缺陷间距划分：规定相邻缺陷间的间距小于某一值时以单位长度时基线内现实的缺陷回波数量划分：规定在相当于工件厚度值的基线内，当探头不动或稍作移动时，一定数量的缺陷回波
22、连续或断续出现时以单位面积中的缺陷回波划分：规定在一定检测面积下，探出缺陷回波数量超过某一数值时以单位体积中的缺陷回波划分：规定在一定体积内，探出缺陷回波数量超过某一数值时,四、缺陷测量与评定,实际检测中，多以单位体积内缺陷回波数量划分NB/T47013规定在边长50mm的立法体内，数量不少于5个,当量直径不小于2mm的缺陷定义为密集缺陷密集缺陷可能是疏松、非金属夹杂物、白点或成群的裂纹锻件中不允许有白点缺陷晶粒粗大,四、缺陷测量与评定,4）游动回波在圆柱形轴类锻件检测过程中，当探头沿着轴的外圆移动时，示波屏上的缺陷回波会随着该缺陷声程的变化而游动，这种动态波形称为游动回波不同的检测灵敏度，同
23、一缺陷回波的游动情况不同可根据检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到25mm时才算游动回波根据游动回波包络线的形状，可粗略地判断缺陷的形状。,四、缺陷测量与评定,游动回波是由于不同波束射至缺陷产生反射而引起的。波束轴线至缺陷时，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（与游动信号的区别？）,四、缺陷测量与评定,5）底面回波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检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且倾斜的缺陷或检测面附近有大缺陷（疏松类缺陷？）当示波屏上出现密集、互相彼连的密集缺陷回波，底波明显降低或消失（缺陷对声波衰减）,四、缺陷测量与评定,4、非缺陷回波分析 锻件检测中，常见的非缺陷回波有以下几种：轴向检测圆柱形锻件时产生的三角反射波轴向检测细长轴类锻件时，由于波形转换在，在示波屏上出现的迟到波当锻件中存在与检测面成61倾角的缺陷时，示波屏上出现61反射波锻件台阶、凹槽等外形轮廓引起的轮廓回波,四、缺陷测量与评定,表1 按照探伤特征量对单个或分散缺陷性质进行分类,四、缺陷测量与评定,表2 按照探伤特征量对密集显示进行分类,四、缺陷测量与评定,
