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1、中小锻件UT检测技术介绍,锻件加工及常见缺陷各种常用检测方法原理常用无损检测设备和器材常用无损检测方法的适用范围和局限性无损检测人员和设备要求无损检测对设计、工艺要求无损检测新技术介绍,锻件是由热态钢锭经锻压变形而成。锻压过程包括加热、形变和冷却，锻件的方式大致分为镦粗、拔长和滚压。镦粗是锻压施加于坯料的两端、形变发生在横截面上。拔长是锻压力施加于坯料的外园、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压力。滚压即有纵向形变，又有横向形变。其中镦粗主要用于饼类锻件，拔长主要用于轴类锻件，而简类锻件一般先镦粗后冲孔再滚压。为了改善锻件和组织性能，锻后还要进行正火、退火或调
2、质等热处理。锻件中的缺陷按缺陷形成的时期可分为铸造缺陷、锻造缺陷和热处理缺陷。铸造缺陷主要有：缩孔残余、疏松、夹杂、裂纹等。锻造缺陷主要有：折叠、白点、裂纹等。热处理缺陷主要有：裂纹、白点等。,锻件加工及常见缺陷,缩孔残余是铸锭中的缩孔在锻造时切头量不足残留下来的，多见于锻件的端部，在轴向有较大的延伸长度。疏松是钢锭在凝固收缩时形成的不致密和孔穴，锻造时因锻造比不足而未全焊合，多出现在大型锻件中。夹杂有内在夹杂、外来非金属夹杂和金属夹杂。内在夹杂主要集中于钢锭中心及头部。裂纹的形成原因很多，锻造裂纹和热处理裂纹等。奥氏体钢轴心晶间裂纹就是铸造引起的裂纹。锻造和热处理不当，会在锻件表面或芯部形成
3、裂纹。白点是锻件含氢量较高，锻后冷却过快，钢中溶解的氢来不及逸出造成应力过大引起的开裂。白点主要集中于锻件大截面中心。合金总量超过3.54.0%和含Cr、Ni、Mu的合金钢大型锻件容易产生白点。白点在钢中总是成群出现。,锻件加工及常见缺陷,按探伤时间分类:锻件探伤可分为原材料探伤和制造过程中的探伤，产品检验及在役检验。原材料探伤和制造过程中探伤的目的是及早发现缺陷，以便及时采取措施避免缺陷发展扩大造成报废。产品检验的目的是保证产品质量。在役检验的目的是监督运行后可能产生或发展的缺陷，主要是疲劳裂纹。经过锻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与锻造流线方向有关，为了得到最好的检
4、测效果，应尽可能使超声波声束与锻造流线方向垂直。,探伤方法概述,探伤方法概述,例如：轴类锻件的锻造工艺主要以拔长为主，因而大部分缺陷的取向与轴线平行。此类工件的探伤以纵波直探头从径向探测效果最佳。考虑到缺陷会有其它的分布及取向。因此轴类锻件探伤，还应辅以直探头轴向探测和斜探头周向探测及轴向探测。,摸锻件的变形流线是与外表平行的，检测时要尽量使声束与外表面垂直，采用水浸法比较容易实现。锻件的探伤需对表面和外形加工具有光滑的表面，满足入射面的要求，以提高灵敏度。水浸法对工件表面的要求低与接触法。,探伤方法概述,1.轴类锻件的探伤 直探头径向和轴向探测：如图8.1所示，直探头作径向探测时将探头置于轴
5、的外缘，沿外缘作全面扫查。以发现轴类锻件中常见的纵向缺陷。直探头作轴向探测时，探头置于轴的端头，并在轴端作全面扫查，以检出与轴线相垂直的横向缺陷。但当轴的长度太长或轴的多个直径不等的轴段时，会有声束扫查不到的死区，因而此方法有一定的局限性。斜探头周向及轴向探测：锻件中若在轴向及径向缺陷或轴上有几个不同的直径，用直探头探测径向或轴向缺陷都难以检出，此时则必须使用斜探头在轴外圆作周向及轴向探测。考虑到缺陷的取向，探测时探头应作正反两个方向的全面扫查，如右图所示。,探伤方法概述,2.饼类、碗类锻件的探伤 饼类和碗类锻件的锻造工艺主要以镦粗为主，缺陷的分布主要平行于端面，所以用直探头在端面探测是检测出
6、缺陷的最佳检测面。对于上述重要的饼类、碗类锻件，要从两端面进行探伤，此外有时还要从侧面进行径向探伤，如右图所示。从两端面探测时，探头置于锻件端面进行全面探测，以探出与端面平行的缺陷。从锻件侧面进行径向探测时，探头在锻件侧面扫查，以发现某些轴向缺陷。,探伤方法概述,3.筒类或环形锻件的探伤 茼类锻件的锻造工艺是先镦粗，后冲孔，再滚压。因此缺陷的取向比轴类锻件和饼类锻件中的缺陷的取向复杂。但由于铸锭中质量最差的中心部分已被冲孔时去除，因而简类锻件的质量一般较好。其缺陷的主要取向仍与简体的外圆表面平行，所以简类锻件的探伤仍以直探头外圆探侧为主，但对于壁较厚的简类锻件，须加用斜探头探测。,（1）直探头
7、探测：如图8.所示，用直探头从简体外圆面面探测。外圆探测的目的是发现与轴线平等的周向缺陷。端面探测的目的是发现与轴线垂直的横向缺陷。（2）双晶探头探测：如图8.4所示，为了探测简体近表面缺陷，而要采用双晶探头从外圆面或端面探测。,探测条件的选择,探测条件的选择1.探头的选择 锻件超声波探伤时，主要使用纵波直探头，晶片尺寸直径为1428mm，常用20mm。对于较小的锻件，考虑近场区和耦合损耗原因，一般采用小晶片探头。有时为了探测与探测面成一定倾角的缺陷，也可采用一定值的探头进行探测。对于近距离缺陷，由于直探头的盲区和近场区的影响，常采用双晶直探头探测。锻件的晶粒一般细小，因此可选用较高的探伤频率
8、，常用2.55.0MZH。对于少数材质晶粒粗大衰减 严重的锻件，为了避免出现“林状回波”，提高信噪比，应选用较低的频率，一般为1.02.5MH。,对于探头晶片直径的要求：双晶探头的公称频率应选用5MHz,晶片面积150mm2;单晶直探头的公称频率应选用25MHz，晶片面积14mm25mm。,2.耦合的选择 在锻件探伤时，为了实现较好的声耦合，一般要求探测面的表面粗糙度a不高于6.3m，表面平整均匀，无划伤、油垢、污物、氧化皮、油漆等。当在试块上调节探伤灵敏度时，要注意补偿块与工件之间因曲率和表面粗糙度不同引起的耦合损失。锻件探伤时，常用机油、浆糊、甘油等作耦合剂。当锻件表面较粗糙时也可选用水玻
9、璃作耦合剂。3.扫查面的选择 锻件探伤时，原则上应在探测面上从两个相互垂直的方向进行全面扫查，扫查面积尽可能100%覆盖工件的表面。在扫查时每条扫查轨迹的宽度应互相有重叠覆盖，大致应为探头直径的15%，探头扫查的移动速度不大于150mm/S。扫查过程中要注意观察缺陷波的情况和底波的变化情况。探测厚度大于400mm时应从相对的表面进行100%的扫查。,探测条件的选择,4.试块选择 锻件探伤中，要根据探头和探测面的情况选择试块。探测厚度3N底面与探测面平行时可采用计算法确定基准灵敏度。探测厚度3N需采用标准试块确定基准灵敏度。采用单晶直探头探测时调节探伤灵敏度和对缺陷定量时用CS-试块；工件小于4
10、5mm采用双晶直探头时调节探伤灵敏度和对缺陷定量时用CS 试块。,对试块CS-和CS的要求：CS-单晶直探头标准试块,CS标准试块尺寸,探测条件的选择,CS-标准试块 采用纵波双晶直探头探伤时常选用图6.6所示CS的试块来调节探伤灵敏度和对缺陷定量。该试块的人工缺陷为平底孔。基准灵敏度：测试一组不同距离的3mm平底孔（至少3个）。调节衰减器，作出双晶直探头的距离波幅曲线，此即为基准灵敏度。扫查灵敏度一般不得低于最大检测距离处2mm平底孔当量直径。,探测条件的选择,5.探伤时机 锻件超声波探伤应在热处理后进行，因为热处理可以细化晶粒，减少衰减。此外，还可以发现热处理过程中产生的缺陷。对于带孔、槽
11、和台阶的锻件，超声波应在孔、槽和台阶加工前进行。因为孔、槽、台阶对探伤不利，容易产生各种非缺陷回波。表面粗糙度a不高于6.3m。当热处理后材质衰减仍较大且对于探测结果有较大影响时，应重新进行热处理。,探测条件的选择,扫描速度和灵敏度的调节,1.扫描速度的调节 锻件探伤前，一般根据锻件要求的探测范围来调节扫描速度，以便发现缺陷后对缺陷定位。扫描速度的调节可在试块上进行，也可在锻件上尺寸已知的部位上进行。在试块上调节扫描速度时，试块的声速应尽可能与工件相同或相近。调节扫描速度时，一般要求第一次底波前沿位置不超过水平刻度极限的80%，以利观察一次底波之后的某些信号情况。2.检测灵敏度的调节 锻件探伤
12、起始灵敏度是由锻件技术要求或有关标准确定的。一般不低于2平底孔当量直径。调节锻件探伤起始灵敏度的方法有两种，一种是利用锻件底波来调节，另一种是利用试块来调节。底波调节法 当锻件被探部位厚度XN，且锻件具有平行底面或圆柱曲底面时，常用底波来调节探伤灵敏度。,扫描速度和灵敏度的调节,计算：对于平底面同距离处底波与平底孔回波的分贝差为：PB 2X dB=20=20 Pf Df2 式中 波长；被探部位的厚度；f平底孔直径。对于同距离处圆柱曲底面与平底孔回波分贝差为：PB 2X d dB=20=20 10 Pf Df2 D 式中d曲面的直径；探测厚度；“”外圆径向探测，内孔凸柱面反射；“”内孔径向探测，
13、外圆凹柱面反射；,扫描速度和灵敏度的调节,对于一个有固定系列产品的制造厂来说,要求探伤的零部件相对固定,标准要求的参数也相对固定,在公式中就是波长固定，要求发现的最小缺陷固定，只有探测厚度是变化的。如此灵敏度的计算就可以简化。公式表示为：dB=20PB/Pf=202X/Df2 若=2.36 Df=2时 则dB=20X-8.5 如探测中心有孔的轴类工件,在上面的基础上减去中心孔的差即可:dB=20PB/Pf=202X/Df2=20X-8.510 d/D 调节：探头对准完好区的底面，衰减(510)dB，调“增益”使底波达基准高，然后用“衰减器”增益 dB，这时灵敏度就调好了。为了方便于发现缺陷可再
14、增益510dB作为搜索灵敏度，即扫查灵敏度。,扫描速度和灵敏度的调节,例1.用2.5P20Z探头径向探伤D500mm的实心圆柱体锻件，=5900m/S,问如何利用底波调节5002灵敏度？解：由题意得：C 5.9=2.36(mm)f 2.5计算：500mm处底波与平底孔回波分贝差为：PB 2X dB=20=20=45.5(dB)Pf Df2,调节：探头对准完好区圆柱体底面，衰减55dB，调“增益”使底波最高达基准80%高，然后用“衰减器”增益46 dB，即去掉46 dB，保留dB，这时灵敏度就调好了。必要时再增益6dB作为扫查灵敏度。,扫描速度和灵敏度的调节,例2，用2.520探头径向探伤外径为
15、1000mm?,内径为100mm的空心圆柱体锻件，=5900m/S,问如何利用内孔径回波调节 4502灵敏度？解：由题意得：C 5.9=2.36(mm)f 2.5 PB 2X d dB=20=20 10=35(dB)Pf Df2 D,计算：450mm处内孔回波与2回波的分贝差为调节：探头对准完好探头对准完好区的内孔，衰减45Db，调“增益”使底波最高达基准60%高，然后用“衰减器”增益35 dB作为探伤灵敏度，再增益6 dB作为扫查灵敏度。,扫描速度和灵敏度的调节,试块调节法 单直探头探伤：当锻件的厚度XN，或由于几何形状所限或底面粗糙时，应利用具有人工缺陷的试块来调节探伤灵敏度，如CS-1和
16、CS-2试块。调节时将探头对准所需试块的平底孔，调“增益”使平底孔回波达基准高即可。需注意的是：当试块表面形状、粗糙度与锻件不同时，要进行耦合补偿。当试块与工件的材质衰减相差较大时，还要考虑介质衰减补偿。例1.用2.520探头探伤厚度为50mm的小锻件，采用CS-1试块调节502灵敏度，试块与锻件表面耦合差3dB，问如何调节灵敏度？解：利用CS-1试块调节灵敏度的方法如下：将探头对准CS-1试块中号试块的2平底孔距离为50mm，衰减10dB，调“增益”使2回波达60%高，然后再用“衰减器”增益3dB，这时502灵敏度就调好了。,扫描速度和灵敏度的调节,例2.用2.514探头探测底面粗糙厚为40
17、0mm的锻件，问如何利用1004平底孔试块调节400mm2灵敏度？试块与工件表面耦合差6dB。解：计算：1004与4002回波分贝差：Pf1 1X2 4400 dB=20=40=40=36(dB)Pf2 2X1 2100 调节：探头对准1004平底孔试块的平底孔，衰减50dB，调“增益”使4平底孔回波达基准高，然后用“衰减器”增益42dB，这时4002灵敏度就调好了。这时工件上4002平底孔缺陷回波正好达基准高。,扫描速度和灵敏度的调节,双晶直探头探伤：采用双晶直探头探伤时，要利用图6.6所示的双晶探头平底孔试块来调节探伤灵敏度。先根据需要选择相应的平底孔试块，并测试一组距离不同直径相同的平底
18、孔的回波，使其中最高回波达满刻度的80%，在此灵敏度条件下测出其它平底孔的回波最高点，并标记在显示屏上，然后连接这些回波最高点，从而得到一条平底孔距离波幅曲线（DAC），并以此作为探伤灵敏度。实际探测时还要考虑试块和工件之间的表面粗糙度带来的dB差。,缺陷大小的测定,2.缺陷大小的测定 在锻件探伤中，对于尺寸小于声束截面的缺陷一般用当量法定量。若缺陷位于XN区域内时常用当量计算法和当量曲线法定量，若缺陷位于X3N区域内时常用试块比较法定量。对于尺寸大于声束截面的缺陷一般采用测长法，常用的测长法有6dB法和端点6dB法。必要时还可以采用底波高度法来确定缺陷的相对大小。,缺陷大小的测定,当量计算法
19、当量计算法是利用各种规则反射体的回波声压公式和实际探伤中测得的结果（缺陷的位置和波高）来计算缺陷的当量大小。当量计算法是目前锻件探伤中应用最广泛的一种定量方法。用当量计算法定量时，要考虑探伤灵敏度的基准。当用平底面和实心圆柱体曲底面调节灵敏度时，当量计算公式为：PB 2Xf2 Bf=20=20+2(Xf XB)公式（6.5）Pf Df2 XB 式中Xf平底孔缺陷到探测面的距离；XB锻件底面到探测面的距离。材质衰减系数；波长；Df平面孔缺陷的当量直径；Bf 底波与平底孔缺陷的回波分贝差,缺陷大小的测定,示例：有一厚度为400mm的饼形锻件，要求探伤灵敏度为2mm平底孔，当用底波调节灵敏度时，如何
20、调节检测灵敏度？若在200mm处发现一缺陷波比基准波高24dB，该缺陷的当量直径为多大？（使用2.5MHz、20mm的直探头）（底波应调至31.4dB。该缺陷的当量直径为4mm）解、由题已知：=C/f=5.9106/2.5106=2.36mm，N=D2/4=202/42.36=42.4mm X1=400mm，X2=200mm，1=2mm因X1和 X2均大于3N=127mm所以可以采用计算法：用底波调节灵敏度应增益：=20lg(2X1/12=43.5 dB已知21=24dB 21=40lg（X12）/（X21）即 24dB=40lg（4002）/（2002）得：2=4 mm,缺陷大小的测定,6d
21、B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：L Lf=（RXf）R式中 L探头移动的外圆弧长；R圆柱体外半径；Xf缺陷的声程内孔周向探伤测长时，缺陷的指示长度Lf为：L Lf=（rXf）r式中 L探头移动的内圆弧长 r圆柱体内半径；Xf缺陷的声程。,缺陷回波判别,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
22、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。一般单个缺陷是指与邻近缺陷间距大于50mm、回波高不小于2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 锻件探伤中，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2mm。如分散性夹层。分散缺陷一般不太大，因此常用当量法定量，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
23、，有时波的下沿边成一片，这种缺陷回波称为密集缺陷回波。,缺陷回波判别,密集缺陷的划分，根据不同标准有不同的划分定义。（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）以单位长度水平扫描线内显示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）以单位体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。,缺陷回波判别,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
24、边长50mm的立方体内，数量不少于5个，当量直径不小于2mm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，如下图。,缺陷回波判别,4.游动回波 在圆柱形轴类锻件探伤过程中，当探头沿着外圆移动时，示波屏上的缺陷波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反射引起的。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，缺陷回波声程大，回波低。这样同一缺陷回波的位置和高度随探头移动发生游动。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25mm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。,超声波检测设备,常用无损检测设备和器材,超声波检测探头和试块,常用无损检测设备和器材,常用锻件UT检测标准介绍：JB/T4730-2005 DW801A5022A-2001 DW804A5119A-2006,常用锻件UT检测标准,谢谢！,
