鍛件缺陷的探傷和低倍檢驗

在鋼材質(zhì)量檢驗中，低倍檢驗被列為按順序檢驗項目的位。但是低倍檢驗必須將鋼切開進(jìn)行取樣、加工、酸浸等，不僅延長了生產(chǎn)周期，而且造成浪費較大。用超聲波探傷代替低倍檢驗，可以大大縮短生產(chǎn)、檢驗周期，提高成材率，降低成本。鍛件超聲波檢測標(biāo)準(zhǔn)CB/T7736《鋼的低倍缺陷超聲波檢驗法》中規(guī)定，按標(biāo)準(zhǔn)中的評定準(zhǔn)則，超聲波檢驗合格的鋼無需做酸蝕實驗，結(jié)果報告按" 低倍合格" 報出。該標(biāo)準(zhǔn)中，鍛件的超聲波探傷代替低倍檢驗是從缺陷定量的角度出發(fā)。如果能從定性角度，通過超聲波探傷波形預(yù)判缺陷，這對鍛件生產(chǎn)及質(zhì)量控制意義重大。

     通過對大量鍛件檢測總結(jié)，初步將常見缺陷的超聲波探傷結(jié)果作出分類，并與低倍檢驗結(jié)果對應(yīng)。

1、鍛件缺陷探傷波形的分類

     經(jīng)過實際生產(chǎn)中大量的鍛件超聲波探傷結(jié)果，按照缺陷回波的形貌特征，將鍛件探傷波形分別定義為：單峰、多峰、連峰、寶塔峰、偏析峰、縮孔峰、層峰、降低草狀波、草狀波以及它們的組合波形。探傷時規(guī)定先將缺陷波高度調(diào)到屏幕高度的80％左右，然后再進(jìn)行評判。

2、探傷波形與低倍檢驗的關(guān)系

２.１　裂紋

   單個裂紋低倍形貌如圖１所示，對應(yīng)的典型探傷波形如圖２所示，此波形稱為單峰（或稱單點），其定義為：從檢測面方向探測，單個尖脈沖，樹桿狀特征，反射波波峰清晰，尖銳有力，但稍一動探頭就消失。多個裂紋的探傷波形也可為多峰、連峰，將在后面介紹。

     裂紋另一個較典型特征是層狀分布形貌，如圖３所示。對應(yīng)的典型探傷波如圖４所示，此波形稱為層峰，其定義為：從檢測面方向探測，單個尖脈沖，樹桿狀特征，反射波波峰清晰，尖銳有力，但移動探頭，波形位置漸變或不變。

2.2 白點

     在超聲波探傷中白點的回波具有兩個明顯的特征：其一，缺陷波形尖銳清晰，各缺陷波彼此獨立存在，波峰陡峭，波根狹窄；其二，對探頭移動十分敏感，當(dāng)探頭稍微移動時缺陷波此起彼伏，交替變化。

    白點低倍如圖５所示，對應(yīng)的典型探傷波形如圖６所示，此波形稱為多峰（或稱林狀），其定義為：從檢測面方向探測，多個尖脈沖，樹林狀特征，反射波波峰清晰，尖銳有力，但稍一動探頭就消失。

２.３　疏松

    疏松低倍形貌特征為：在酸蝕試樣上，出現(xiàn)在中心部位或分散的空隙和暗點，如圖７所示。對應(yīng)的典型探傷波形如圖８、圖９所示，這兩種波形分別稱為連峰、寶塔峰。連峰的定義為：從檢測面方向探測，多個尖脈沖，山峰狀特征，反射波波峰、波谷清晰，波峰尖銳有力，但稍一動探頭傷波切換，變化不快。寶塔峰的定義為：從檢測面方向探測，多個成串脈沖，寶塔狀特征，反射波波峰不斷地上升，至塔頂又不斷地下降，寶塔兩邊波峰近似對稱。

２.４　偏析

     常見偏析為與鋼錠形狀有關(guān)的錠型偏析，如圖10所示。對應(yīng)的典型探傷波形如圖11所示，此波形稱為偏析峰，其定義為：從檢測面方向探測，非中心位置，環(huán)狀分布的特定尖脈沖或尖脈沖后隨漸減脈沖波出現(xiàn)，它對底波反射次數(shù)無明顯影響，隨著探傷靈敏度提高，底波次數(shù)明顯增加。

２.５　縮孔

      縮孔低倍形貌特征為：在酸蝕試樣上呈不規(guī)則的集中空洞，如圖12所示。對應(yīng)的典型探傷波形如圖13所示，此波形稱為縮孔峰，其定義為：從檢測面方向探測，傷波反射強烈，波底寬大，成束狀，在主傷波附近常伴有小傷波，對底波影響嚴(yán)重，常使底波消失，環(huán)狀各處傷波基本類似，縮孔常出現(xiàn)在冒口端或熱節(jié)處。

２.６　晶粒粗大

    晶粒粗大嚴(yán)重時，對超聲波的吸收和散射影響較大，在檢測中將引起超聲能的強烈衰減，一般情況底波只有１～２次，提高靈敏度時，底波反射次數(shù)并無明顯增加，而降低探頭頻率，底波反射次數(shù)明顯增多。晶粒粗大低倍特征如圖14所示。對應(yīng)的典型探傷波形如圖15所示，此波形稱為降低草狀波，其定義為：從檢測面方向探測，呈降低草狀特征，反射波波峰清晰，傷波模糊不清晰，波與波之間難于分辨，移動探頭時傷波跳動迅速。

２.７　夾雜物

   夾雜物可能單個出現(xiàn)，可能多個分散或群居，如圖16所示。對應(yīng)的探傷波形可能為單峰、多峰、連峰，如圖17所示。

２.８　顯微缺陷

    鍛件內(nèi)部存在顯微缺陷時，探傷時出現(xiàn)微弱缺陷回波，如圖18所示。此波形稱為草狀波，其定義為：從檢測面方向探測，成草狀特征，反射波波峰清晰，傷波模糊不清晰，波與波之間難于分辨，移動探頭時傷波跳動迅速。

3、鍛件探傷缺陷案例

３.１　軸類鍛件探傷分析案例

３.１.１　被測鍛件及其超聲波檢測材料為30CrMo的圓棒鍛件，如圖19所示，超聲波圓周面檢測發(fā)現(xiàn)距端面300ｍｍ 處存在缺陷，更大當(dāng)量為FBH2.7ｍｍ，缺陷深度為167ｍｍ。缺陷特征：單峰，如圖20所示。預(yù)判缺陷為裂紋或夾雜物。

3.1.2　低倍檢驗

 圓棒鍛件的橫截面經(jīng)1:1工業(yè)鹽酸水溶液熱侵蝕，低倍面上距外圓160ｍｍ 處，有一條裂紋，形態(tài)剛直，長約4ｍｍ。按照ASTM E381評級，Ｓ＜１，Ｒ＜１，Ｃ ＜１。圖21為低倍試樣局部放大宏觀形貌。

３.１.３　分析結(jié)果

根據(jù)Ａ超圖預(yù)判缺陷為裂紋或夾雜物，后經(jīng)低倍檢測的驗證，鍛件內(nèi)部存在單個顯微裂紋。

３.２　餅類鍛件探傷分析案例

３.２.１　被測鍛件及其超聲波檢測

  材料為1Cr13的餅形鍛件，實物及尺寸如圖22所示。

  用數(shù)字式Ａ 型超聲波探傷儀在鍛件端面進(jìn)行粗略掃查，判斷內(nèi)部缺陷的大致位置，如圖23所示。然后用探頭對缺陷集中區(qū)域進(jìn)行檢測，缺陷特征波形如圖24所示，缺陷波為尖銳單峰，無草狀回波，且缺陷回波幅值較高，對底波有明顯的吸收作用，底波基本消失，預(yù)測缺陷類型為較大的裂紋或大型孔洞類缺陷。

３.２.２　低倍檢驗

   根據(jù)探傷時標(biāo)定的缺陷位置，采用線切割的方法在缺陷位置取樣進(jìn)行低倍檢驗，結(jié)果如圖25所示，通過低倍檢測可以看出在鍛件存在較大孔洞類裂紋缺陷。

３.２.３　分析結(jié)果

根據(jù)缺陷Ａ 型超聲波檢測預(yù)判缺陷為較大的裂紋或大型孔洞類缺陷，后經(jīng)低倍檢測的驗證，鍛件內(nèi)部存在大的孔洞類裂紋缺陷。

３.３　筒形鍛件探傷分析案例

３.３.１　被測鍛件及其超聲波檢測

   材料為12CrMo1的筒形鍛件，如圖26所示，對其軸向、端面進(jìn)行超聲波直探頭檢測，缺陷回波特征：多峰（林狀），有少量草狀波，信噪波大于10dB，多個回波幅度不高，波形穩(wěn)定，從不同方位探測，回波幅度變化較大，如圖27所示。預(yù)判鍛件存在大量的疏松及裂紋。

３.３.２　低倍檢驗

在探傷存在缺陷回波的區(qū)域?qū)ぜM(jìn)行取樣解剖，經(jīng)低倍檢驗，宏觀形貌見圖28，存在疏松及裂紋缺陷，疏松等級2.5級，多條裂紋，長度為２ｍｍ～４ｍｍ。

３.３.３　分析結(jié)果

   根據(jù)缺陷Ａ 型超聲波檢測和低倍檢測的驗證，鍛件內(nèi)部存在大量疏松及裂紋。

4、結(jié)論

   （１）按缺陷波形貌，可將鍛件缺陷探傷波形進(jìn)行分類：單峰、多峰、連峰、寶塔峰、偏析峰、縮孔峰、層峰、降低草狀波、草狀波以及它們的組合波形。

 （２）鍛件缺陷低倍檢驗圖與探傷波形存在對應(yīng)關(guān)系：縮孔對應(yīng)縮孔峰；疏松對應(yīng)連峰、寶塔峰；裂紋對應(yīng)單峰、多峰、連峰、層峰；白點對應(yīng)多峰；夾雜物對應(yīng)單峰、多峰、連峰；偏析對應(yīng)偏析峰；晶粒粗大對應(yīng)降低草狀波；顯微缺陷對應(yīng)草狀波。利用此對應(yīng)關(guān)系，有助于鍛件缺陷的超聲

波定性探傷，為超聲波探傷代替低倍檢驗理論的完善提供依據(jù)。

 （３）鍛造生產(chǎn)過程中，原材料、鍛造工藝、熱處理工藝等均會造成鍛件缺陷。超聲波探傷是有效的鍛件質(zhì)量控制手段，有助于缺陷的預(yù)防、發(fā)現(xiàn)及補救。