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超声波检测第六章本讲稿第一页，共七十三页 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 锻件和铸件是制造各种机械设备及锅炉、压力容器的重要毛坯件，特别是锻件，在高参数大型容器中和受压元件制造中应有非常广泛。它们在生产加工过程中常会产生一些缺陷，影响设备的安全使用，因此有必要对其进行超声检测。本章重点讨论锻件检测问题，对铸件检测也将作简单介绍。本讲稿第二页，共七十三页6.1 6.1 锻件超声探伤锻件超声探伤6.1.1 6.1.1 锻件加工及常见缺陷锻件加工及常见缺陷 锻件是将铸锭或锻坯在锻锤或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、变形和冷却。锻造的方式大致分为镦粗、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。滚压既有纵向变形，又有横向变形。其中镦粗主要用于饼类锻件，拔长主要用于轴类锻件，而筒形锻件一般先镦粗，后冲孔，再滚压。本讲稿第三页，共七十三页 为了改善锻件的组织性能，锻后还要进行正火、退火或调质等热处理，因此锻件的晶粒一般都很细，有良好的透声性。锻件中的缺陷主要有两个来源：一种是由铸锭中缺陷引起的缺陷；另一种是锻造过程及热处理中产生的缺陷。常见的缺陷类型有：1.1.缩孔缩孔缩孔是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。本讲稿第四页，共七十三页2.2.缩松缩松 缩松是在铸锭凝固收缩时形成的孔隙和孔穴，在锻造过程中因变形量不足而未被消除。缩松多出现在大型锻件中。3.3.夹杂物夹杂物 根据其来源或性质，夹杂物分为内在夹杂物、外来非金属夹杂物和金属夹杂物。内在非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物尺寸较小，常漂浮于熔液上，最后集结在铸锭中心及头部。外来非金属夹杂物是冶炼、浇注过程中混入的耐火材料或杂质，尺寸较大，故常混杂于铸锭下部。偶然落入的非金属夹杂则无确定位置。本讲稿第五页，共七十三页 金属夹杂物是冶炼时加入合金较多且尺寸较大，或者浇注时飞溅小颗粒或异种金属落入后未被完全熔化而形成的缺陷。4.4.裂纹裂纹 锻件裂纹的形成原因很多。按形成原因，裂纹的种类可大致分为以下几种：因冶金缺陷（如缩孔残余）在锻造时扩大形成的裂纹。因锻造工艺不当（如加热温度过高、加热速度过快、变形不均匀、变形量过大、冷却速度过快等）而形成的裂纹。热处理过程中形成的裂纹。如淬火时加热温度较高，是锻件组织粗大，淬火时可能产生裂纹；冷却不当引起的开裂，回火不及时或不当，由锻件内部残余应力引起的裂纹。本讲稿第六页，共七十三页5.5.折叠（新教材内容）折叠（新教材内容）热金属的突出部位被压折并嵌入锻件表面形成的缺陷称为折叠，多发生在锻件的内圆角和尖角处。折叠表面上的氧化层，能使该部位的金属无法连接。6.6.白点白点 白点是锻件含氢较高，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。白点主要集中在锻件大截面中心。合金总含量超过3.54.0和含Cr、Ni、Mn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。本讲稿第七页，共七十三页 (钢锻件中由于氢的存在所产生的小裂纹称为白点。白点对钢材的力学性能影响很大，当白点平面垂直方向受应力作用时，会导致钢件突然断裂。因此，钢材不允许白点存在。白点多在高碳钢、马氏体钢和贝氏体钢中出现。奥氏体钢和低碳铁素体钢一般不出现白点)。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，由此形成的纤维状组织通常被称为金属流线。金属流线方向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，尤其是由铸锭中缺陷引起的锻件缺陷常常是沿金属流线方向分布的，这是锻件中缺陷的重要特征之一。本讲稿第八页，共七十三页6.1.2 6.1.2 探伤方法概述探伤方法概述 按探伤时间分类，锻件探伤可分为原材料探伤和制造工程中的探伤，产品检验及在役检验。锻件可采用接触法或水浸法进行检测。随着计算机技术的发展，以及人们对于水浸法便于实现自动检测、人为因素少、检测可靠性高的特点的认识不断加深，那些要求高分别力、高灵敏度和高可靠性检测的重要锻件，越来越多地采用水浸法进行检测。锻件的组织很细，由此引起的声波衰减和散射影响相对较小，因此，锻件上有时可以用较高的检测频率（如10MHz以上），以满足高分辨力检测要求和实现对较小尺寸缺陷检测的目的。本讲稿第九页，共七十三页 由于经过锻造变形，锻件中的缺陷一般具有方向性。通常冶金缺陷的分布和方向与锻造流线方向有关。因此，为了得到最好的检测效果，锻件检测时声束入射面和入射方向的选择需要考虑锻造变形工艺和流线方向，并应尽可能使声束方向与锻造流线方向垂直。以模锻为例，模锻件的变形流线是与外表面平行的，因此检测时一般要求超声声束方向应与外表面垂直入射，扫查需沿外表面形状进行，通常需要采用水浸法或水套探头方可实现。锻件常用于使用安全要求较高的关健部件，因此，通常需要对其表面和外形进行加工，以保证锻件具有光滑的声入射面满足高灵敏度检测的需要，同时使其外形尽可能为超声波覆盖整个锻件区域提供方便的入射面。本讲稿第十页，共七十三页 锻件检测的时机，原则上应选择在热处理后，冲孔、开槽等精加工之前进行。因为孔、槽、台阶等复杂形状会形成超声声束无法到达的区域，增加检测的盲区，同时可能产生应形状引起的非缺陷干扰波，影响缺陷的检测和判别。而在热处理后进行检测，有利于发现热处理过程产生的缺陷，如热处理裂纹等。锻件超声检测常用技术有：纵波直入射检测、纵波斜入射检测、横波检测。由于锻件外形可能很复杂，有时为了发现不同取向的缺陷，在同一个锻件上需同时采用纵波和横波检测。其中纵波直入射检测是最基本的检测方式。本讲稿第十一页，共七十三页1.1.轴类锻件的检测方法轴类锻件的检测方法 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，此类缺陷的检测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。因此轴类锻件检测，还应辅以直探头在端面的轴向检测，必要是还应附以斜探头的径向检测及轴向检测。（1）直探头径向和轴向检测 如图6.1所示，用直探头作径向检测时也将探头置于轴的外圆作全面扫查，以发现轴类锻件中常见的纵向缺陷。用直探头作轴向检测时，探头置于轴的端面，并在轴端作全面扫查，以检出与轴线垂直的横向缺陷。但当轴的长度太长或轴有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。本讲稿第十二页，共七十三页 图 6.1 轴类锻件直探头径向、轴向探伤（2）斜探头周向及轴向检测 当缺陷呈径向且为单片状时，或轴上有几个不同直径的轴段，直探头径向或轴向检测都很难发现。此时，需要使用适当折射角的斜探头作周向及轴向检测。考虑到缺陷的取向，检测时探头应作正、分两个方向的全面扫查，如图6.2所示。本讲稿第十三页，共七十三页 图 6.2 轴类锻件斜探头周向、轴向探伤本讲稿第十四页，共七十三页2.2.饼类、碗类锻件的检测饼类、碗类锻件的检测 饼类和碗类锻件的锻造工艺主要以敦促为主，缺陷以平行端面分布为主，所以用直探头在端面检测是检出缺陷的最佳方法。对于某些重要的饼类、碗类锻件或厚度大的锻件，应从两个端面进行检测，此外有时还需从外园面径向检测，如图6.3所示。从端面检测时，探头置于锻件端面进行全面检测，以检出与端面平行的缺陷。从锻件侧面进行径向检测时，探头在锻件侧面扫查，以发现某些轴向缺陷。本讲稿第十五页，共七十三页3.3.筒形或环形锻件的检测筒形或环形锻件的检测 筒形或环形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取向复杂，所以该类锻件的检测既需要进行纵波直入射检测，还应进行横波斜探头检测。由于铸锭中质量较差的中心孔部分已被冲孔时去除，因而筒形或环形锻件的质量一般较好。（1）直探头检测 如图6.4所示，用直探头从筒体外圆面或端面进行检测。外圆检测的目的是为了发现与轴线平行的周向缺陷，端面检测的目的是发现与轴线垂直的横向缺陷。本讲稿第十六页，共七十三页 图 6.4筒类锻件直探头探伤 图 6.5 筒类锻件斜探头探伤本讲稿第十七页，共七十三页（2）双晶直探头检测 是为了检测筒体近表面缺陷，可采用双晶直探头从外圆面或端面检测，如图6.4所示。（3）斜探头检测 如图6.5所示，轴向缺陷检测是为了发现与轴线垂直的径向缺陷，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。6.1.3 6.1.3 检测条件的选择检测条件的选择 1.1.探头的选择探头的选择 对于纵波直入射法，可选用单晶直探头，其参数如公称频率和探头晶片与被检材料有关，若材料为低碳钢或低合金钢，可选用较高的检测频率，常用25MHz，探头晶片尺寸为14mm25mm；若材料为奥氏体钢，为了避免出现“草状回波”，提高信噪比，可选择较低 本讲稿第十八页，共七十三页的频率和较大的探头晶片尺寸，频率常为0.52MHz，晶片尺寸为14mm30mm。对于较小锻件或为了检出近表面缺陷，考虑到探头的盲区和近场区的影响，还可选用双晶直探头，常用频率为5MHz。对于横波检测，一般选择的斜探头进行检测。2.2.耦合选择耦合选择接触法时，为了实现较好的声耦合，一般要求检测面的表面粗糙度RS不高于6.3m，表面平整均匀，无划伤、油垢、污物、氧化皮、油漆等。当在试块上调节检测灵敏度时，要注意补偿试块与工件之间因曲率半径和表面粗糙度不同引起的耦合损失，锻件检测时，常用机油、浆糊、甘油等作耦合剂，当锻件表面粗糙时也可选用黏度更大的水玻璃作耦合剂。本讲稿第十九页，共七十三页水浸法时，对检测表面的要求低于接触法。3.3.扫查方式的选择扫查方式的选择 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，并尽可能地检测到锻件的全体积，若锻件厚度超过400mm时，应从相对两端进行100的扫查。扫查覆盖面应为探头直径的15，探头移动速率不大于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。4.4.材质衰减系统的测定材质衰减系统的测定 当锻件尺寸较大时，材质的衰减对缺陷定量有一定的影响。特别是若材质衰减严重时，影响更明显。因此，在锻件检测中有时要测定材质的衰减系数，衰减系数的测定参见6.4.1节。本讲稿第二十页，共七十三页式中 B1-B2无缺陷处第一。二次底波高的分贝差；X底波声程（单程）。值得注意的是：测定衰减系数时，探头所对锻件底面应光洁干净，底面形状为大平底或园柱面，x3N，测试处无缺陷。一般选取三处进行测试，最后取平均值。（dB/mm）(6.1)本讲稿第二十一页，共七十三页5.5.试块选择试块选择锻件检测中，要根据探头和检测面的情况选择试块。采用纵波直探头探伤时，常选用CS和CS试块来调节探伤灵敏度和对缺陷定量。采用单晶直探头检测时，常选用CS标准试块，其结构尺寸见JB/T4730.3-2005图4和表4。当工件检测距离小于45mm时，应采用双晶直探头，常选用图6.6所示的CS标准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，孔径有2、3、4、6等四种，距离L分别为5、10、15、20、25、30、35、40、45mm。当探测面为曲面时，应采用曲面底面对比试块来测定由于曲率不同引起的耦合损失。对比试块如图6.7所示。本讲稿第二十二页，共七十三页试块序号 CS-1 CS-2 CS-3 CS-4 150100150200D50608080表81 CS标准试块尺寸本讲稿第二十三页，共七十三页试块序号 孔径 检测距离L123456789CS-1 2 510 15 20 25 30 35 40 45CS-23CS-34CS-4 6表82 CS标准试块尺寸本讲稿第二十四页，共七十三页6.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、槽和台阶的锻件，超声波探伤应在孔、槽、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。当热处理后材质衰减仍较大且对于探伤结果有较大影响时，应重新进行热处理。6.1.4 6.1.4 扫描速度和灵敏度的调节扫描速度和灵敏度的调节1.1.扫描速度的调节扫描速度的调节锻件检测前，一般根据锻件要求的检测范围来调节扫描速度，以便发现缺陷，并对缺陷定位。本讲稿第二十五页，共七十三页 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，试块上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。PB2.2.探伤灵敏度的调节探伤灵敏度的调节 锻件的探伤灵敏度是由锻件技术文件要求或有关标准确定的。一般不低于最大检测距离处的2mm平底孔当量直径。调节锻件检测灵敏度的方法有两种：一种是利于锻件底波来调节，另一种是利用试块来调节。本讲稿第二十六页，共七十三页（1）底波调节法 当锻件被探部位厚度,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。底波调节法，首先要计算或查AVG曲线求得底面回波与某平底孔回波的分贝差，然后再调节。1）计算：对于大平底面或实心圆柱体底面，同距离处底波与平底孔回波的分贝差为：本讲稿第二十七页，共七十三页式中 波长，mm;X-被探部位的厚度，mm；DF 平底孔直径，mm。对于空心圆柱体，同距离处圆柱曲底面与平底孔回波分贝差为：本讲稿第二十八页，共七十三页式中 d-空心圆柱体内径，mm；D-空心圆柱体外径，mm；“”-外圆径向检测，内孔凸柱面反射；“”-内孔径向检测，外圆凹柱面反射。2）调节：探头对准完好区的底面，调“增益”使底波B1达基准高，然后用“衰减器”增益dB，这时灵敏度就调节好了。为了便于发现缺陷可再增益510dB作为扫查灵敏度。本讲稿第二十九页，共七十三页【例例1 1】用2.5P20Z探头径向检测500mm的实心圆柱体锻件，CL=5900mm/s，问如何利用底波调节500mm/2灵敏度？解：由题意得 1 计算：500mm处底波与2mm平底孔回波分贝差为：2 调节：将探头对准完好区圆柱底面，调“增益”使底波B1达基准60高，然后用“衰减器”增益46 dB，这时2灵敏度就调好了，必要时再增益6 dB作为扫查灵敏度。本讲稿第三十页，共七十三页【例例2 2】用2.5P20Z探头径向检测1000mm，内径为100mm的空心圆柱体锻件，CL=5900mm/s，问如何利用内空回波调节450mm/2灵敏度？解：由题意得 D=1000mm，d=100mm 本讲稿第三十一页，共七十三页1 计算：450mm处内孔回波与2mm平底孔回波分贝差为：2 调节：将探头对准完好区的内孔衰减45dB，调“增益”使底波B1达基准60高，然后用“衰减器”增益35 dB，作为检测灵敏度，再增益6 dB作为扫查灵敏度。本讲稿第三十二页，共七十三页（2）试块调节法1）单直探头检测：当锻件的厚度 或由于几何形状所限或底面粗糙时，应利用具有人工反射体的试块来调节检测灵敏度，如CS试块和CS试块。调节时将探头对准标准试块的平底孔，调“增益”使平底孔回波达基准波高即可。值得注意的是，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。【例例1 1】用2.5P20Z探头检测厚度为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？本讲稿第三十三页，共七十三页将探头对准CS试块中1号试块的2平底孔，距离为50mm，调“增益”使2平底孔回波达60高，然后再用“衰减器”增益3dB，这时50/2灵敏度就调好了。【例例2 2】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平底孔试块调节400/2灵敏度？试块与工件表面耦合差6dB。解：计算：100/4平底孔与400/2平底孔回波分贝差：本讲稿第三十四页，共七十三页调节：将探头对准100/4平底孔，调节“增益”使4平底孔回波达基准高，然后用“衰减器”增益36642Db,这时400/2灵敏度就调节好了。这时工件上400/2灵敏平底孔缺陷回波正好达基准波高。2）双晶直探头检测：采用双晶直探头检测时，要利用如图6.6所示CS标准试块的平底孔来调节检测灵敏度。先根据检测要求选择相应的平底孔试验块，并依次测试一组距离不同、直径相同的平底孔的回波，使其中最高回波达满刻度的80，在此灵敏度条件下测出其他平底孔的回波最高点，并标在示波屏上，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，并以此作为检测灵敏度。本讲稿第三十五页，共七十三页6.1.5 6.1.5 缺陷位置和大小的测定缺陷位置和大小的测定 1.1.缺陷位置的测定缺陷位置的测定 在锻件检测中，主要采用纵波直探头检测，因此可根据示波屏上缺陷前沿所对应的水平刻度值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xf为 xfnf (8-3)2.缺陷大小的测定锻件检测中，对于尺寸小于声束截面的缺陷一般用当量法定量。若缺陷位于区域内时，常用当量计算法和当量AVG曲线法定量；若缺陷位于区域内，常用试块比较法定量，对于尺寸大于声束截面的缺陷，本讲稿第三十六页，共七十三页一般采用测长法，常用的测长法有6dB法和端点6dB法。必要时还可采用底波高度法来确定缺陷的相对大小。下面重点介绍当量计算法和6dB法在锻件探伤中的应用。(1)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的一种定量方法。用定量计算法定量时，要考虑调节探伤灵敏度的基准。当用平底面和实心园柱体曲底面调节灵敏度时，当量计算公式为：本讲稿第三十七页，共七十三页 当用空心圆柱体内孔或外圆曲底面调灵敏度时，当量计算公式为：在平面工件检测中，用6dB法测定缺陷的长度时，探头移动的距离就是缺陷的指示长度，如图6.8所示。然而对圆柱形锻件进行轴向探测时，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。本讲稿第三十八页，共七十三页 图6.8 平面探伤6dB测长法 图6.9 圆弧面探伤6dB测长法本讲稿第三十九页，共七十三页外圆周向测长时，缺陷的指示长度Lf为：式中：L探头移动的外圆弧长，mm；R圆柱体外半径，mm；Xf1缺陷的声程，mm。内孔周向测长时，缺陷的指示长度Lf为(6.7)本讲稿第四十页，共七十三页内孔周向测长时，缺陷的指示长度Lf为(6.8)式中：L探头移动的内圆弧长，mm；r圆柱体内半径，mm；Xf2缺陷的声程，mm。本讲稿第四十一页，共七十三页6.1.66.1.6缺陷回波的判别缺陷回波的判别 在锻件检测中，不同性质的缺陷回波是不同的，实际检测时，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。1.1.单个缺陷回波单个缺陷回波 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，一般单个缺陷是指与临近缺陷间距大于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法测定其边界和面积范围。本讲稿第四十二页，共七十三页2.2.分散缺陷回波分散缺陷回波 锻件检测时，工件中的缺陷较多且分散，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50mm的立方体内少于5个，不小于2mm，如分散性的夹层。分散缺陷回波一般不太大。因此常用当量法定量，同时还要测定分散缺陷的位置。3.3.密集缺陷回波密集缺陷回波 锻件检测中，示波屏上同时显示的缺陷回波很多，缺陷之间的间隔很小，甚至连成一片，这种缺陷回波称为密集缺陷回波。密集缺陷的划分，根据不同的验收标准有不完全相同的定义。本讲稿第四十三页，共七十三页(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)以单位长度时基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，规定在一定检测面积下，探出的缺陷回波数量超过某一值时，定义为密集缺陷。(4)以单位体积内缺陷回波数量划分，规定在一定体内缺陷回波数量多于规定值时，定义为密集缺陷。本讲稿第四十四页，共七十三页实际检测中，以单位体积内缺陷回波数量划分较多。一般规定在边长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，这种缺陷危险性很大。通常白点的分布范围较大，且基本集中于锻件的中心部位，它的回波清晰、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，如图6.10所示。本讲稿第四十五页，共七十三页图6.10 白点的分布与波形本讲稿第四十六页，共七十三页4.4.游动回波游动回波 在园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检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。左右游动探头，扩散波束射至缺陷时，缺陷声程大，回波低。这样同一缺陷回波的位置和高度随探头游动发生游动，如图6.11所示。本讲稿第四十七页，共七十三页 图 6.11 游动回波本讲稿第四十八页，共七十三页 不同检测灵敏度，同一缺陷的游动情况不同。一般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，可粗略地判断缺陷的形状。5.5.底面回波底面回波 在锻件检测中，有时还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，声明锻件中存在平大面积缺陷。当缺陷回波和底波都很低甚至消失时，声明锻件中存在大面积且倾斜的倾斜或在检测面附加有大缺陷。本讲稿第四十九页，共七十三页 当示波屏上出现密集的互相彼连的缺陷回波，底波明显下降或消失时，说明锻件中存在密集缺陷。6.1.7 6.1.7 非缺陷回波分析非缺陷回波分析 锻件检测中经常会出现一些非缺陷回波，从而影响对缺陷波的判别。常见的非缺陷回波有以下几种：1.三角反射波 周向检测圆柱形锻件时，由于探头与圆柱面耦合不好，波束严重扩散，在示波屏上出现两个的三角反射波，这两个三角反射波的声程分别为1.3d和1.67d（d为圆柱直径），据此可以鉴别三角反射波。由于三角反射波总是位于B1之后，而缺陷波一般位于底波B1之前，因此三角反射波不会干扰对缺陷的判别。本讲稿第五十页，共七十三页2.迟到波 轴向探测细长轴类锻件时，由于波形转换，在示波屏上出现的迟到波，迟到波的声程是特定的，而且可能出现多次。第一次迟到波位于B1之后0.76d处（d为轴类锻件的直径），以后各次迟到波的间距均为0.76d。由于迟到波总在B1之后，而缺陷波一般位于B1之前，因此迟到波也不会影响对缺陷的判别。另外从扁平方向探测扁平锻件时，也会出现迟到波，探伤中应注意判别。3.610反射波 当锻件中存在与检测面成610倾角的缺陷时，示波屏上会出现610反射波，610反射波是变型横波垂直入射侧面而引起的，如图6.12所示。图中F为缺陷直接波，M为610反射波。本讲稿第五十一页，共七十三页 610反射波的声程也是特定的，总是等于610角所对直角边的边长。产生610反射时，缺陷直接反射回波较低，而610反射波较高。另外在探测如图6.13所示的锻件的时，也会出现610反射波，同时还会产生450反射波。同时时可根据反射波的声程通过计算来判别。4.轮廓回波 锻件探伤中，锻件的台阶、凹槽等外形轮廓也会引起一些轮廓回波，检测中要注意判别。此外，在锻件检测中还可能产生一些其他的非缺陷回波，这时应根据锻件的结构形状、材质和锻造工艺，应用超声波反射、折射和波型转换理论进行分析和判别。本讲稿第五十二页，共七十三页 图6.12 倾斜缺陷的610的反射 图6.13 特殊结构侧壁反射波本讲稿第五十三页，共七十三页6.1.8 6.1.8 锻件质量级别的评定（见锻件质量级别的评定（见JB/T4730.3-2005JB/T4730.3-2005）锻件探伤中常见的缺陷有单个缺陷和密集缺陷两大类，实际探伤中根据锻件中单个缺陷的当理尺寸，底波的降低情况和密集缺陷面积占探伤面积的百分比不同将锻件质量分为、等五种，其中级最高，级最低。单个缺陷等级见表61，底波降低等级见表62，密集性缺陷见表63。本讲稿第五十四页，共七十三页1.单个缺陷的质量分级见表61。等级 缺陷当量直径 4 4（0dB8dB）4（8dB12dB）4（12dB16dB）416dB 表61 单个缺陷的质量分级见表 单位：mm2.缺陷引起底波降低量的质量分级见表62。表61 由缺陷引起底波降低量的质量分级 单位：dB等 级 底波降低量 BG/BF 8 814 1420 2026 26 注：本表仅适用于声束大于近场区长度的缺陷 本讲稿第五十五页，共七十三页3.密集区缺陷质量分级见表63。表63 密集区缺陷的质量分级见表 等 级 密集区缺陷占检测总面积的百分比（）005 510 1020 20 4.表61、表62和表63的等级应作为独立的等级分别使用。5.当缺陷被检测人员判定为危害缺陷时，锻件的质量等级为级。本讲稿第五十六页，共七十三页下面举例声明锻件的评级方法。【例例1 1】用2.5P20Z探头检测400mm厚的钢锻件，钢中CL5900m/s，衰减系数0.005dB/mm，检测灵敏度为400mm/4mm平底孔。检测中在250mm处发现一处缺陷，其波高比基准波高20 dB，试根据JB/T47302005标准评定该锻件的质量级别。解：（1）条件判别：（mm)本讲稿第五十七页，共七十三页(mm)(mm)所以，符合当量计算的条件。(2)求250mm处4mm当量的dB值：本讲稿第五十八页，共七十三页(3)求该缺陷的当量并评级：缺陷当量：4209.5410.5dB缺陷评级：该锻件评为级。【例例2 2】用2.5P14Z探头检测面积为400cm2的锻件，检测中发现一密集缺陷，其面积为24 cm2，缺陷处底波为30dB，无缺陷处底波为44dB，试根据JB/T4730-2005标准评定该锻件的质量级别。解：（1）根据密集性缺陷评级：因为 本讲稿第五十九页，共七十三页所以 评为级（2）根据底波降低量评级：因为 BGBF443014dB所以 评为级本讲稿第六十页，共七十三页6.26.2铸件超声检测铸件超声检测6.2.1 6.2.1 铸件中的常见缺陷铸件中的常见缺陷 铸件是金属液注入铸模中冷却凝固而成的，铸件中常见缺陷有气孔、缩孔、夹杂和裂纹等。1.气孔 气孔是由于金属液含气量过多，模型潮湿及透气性不佳而形成的空洞。铸件中的气孔分为单个分散气孔和密集气孔。2.缩孔 缩孔是由于金属液冷却凝固时体积收缩得不到补缩而形成的缺陷。缩孔多位于浇冒口附近和截面最大部位或截面突变处。本讲稿第六十一页，共七十三页3.夹杂 夹杂分为非金属夹杂和金属夹杂两类。非金属夹杂是冶炼是金属与气体发生化学反应形成的产物或浇注时耐火材料、型砂等混入钢液形成的夹杂物。金属夹杂是异种金属偶尔落入钢液中未能熔化而形成的夹杂物。4.裂纹 裂纹是钢液冷却过程中由于内应力（热应力和组织应力）过大是铸件局部开裂而形成的缺陷。铸件截面尺寸突变处，应力集中严重处，容易出现裂纹。裂纹是最危险的缺陷。6.2.2 6.2.2 铸件超声检测特点铸件超声检测特点本讲稿第六十二页，共七十三页1.超声波穿透性差 铸件重要特点是组织不致密、不均匀和晶粒粗大，透声性差。不均匀的组织、粗糙的表面都会导致超声散射增大，声能损失严重，与锻件相比，铸件的可探厚度减小。另外粗糙的表面会使耦合变差，也是铸件检测灵敏度低的原因。铸件不均匀是由于铸件各部分冷却速度不同引起的。铸件的不致密性是由于树枝结晶方式引起的。铸件晶粒粗大是由于高温冷却凝固过程缓慢，生核、长核时间长、使晶粒变粗。铸件的不致密性、不均匀性和晶粒粗大，使超声波散射衰减和吸收衰减明显增加、透声性降低。本讲稿第六十三页，共七十三页2.声耦合差 铸件表面粗糙，声耦合差，探伤灵敏度低，波束指向性不好，且探头磨损严重。铸件探伤中常采用高黏度耦合剂改善这种不良的耦合条件。3.杂波干扰严重 铸件探伤干扰杂波多。一般是由于粗晶和组织不均匀性引起的散乱反射，形成草状回波，使信噪比下降。特别是频率较高时尤为严重。二是铸件形状复杂，一些轮廓回波和迟到变型波引起的非缺陷信号多。此外铸件粗糙表面也会产生一些反射回波。干扰对缺陷的正确判定。本讲稿第六十四页，共七十三页 铸件中的组织不致密和不均匀，以及晶粒粗大，都会使超声波产生严重的散射，被探头接收后，在荧光屏上将显示为较强的草状杂波信号；粗糙的铸造表面对声波的散射也会形成杂波信号；另外，铸件形状复杂，也非常容易产生外轮廓反射回波以及迟到回波。这些干扰信号可能会妨碍缺陷信号的识别。4.缺陷检测要求较低 以上所述是铸件探伤的困难所在，致使铸件探伤的应用和发展受到一定的限制。但另一方面由于铸件质量要求较低，铸件中一般允许存在的缺陷尺寸较大，数量可较多，特别是工艺性的检测，有的只要求检测危险性缺陷，以便修补处理。同时铸件缺陷出现的部位规律性强，因此铸件探伤还是具有一定的价值。本讲稿第六十五页，共七十三页 铸件分为铸钢和铸铁，二者缺陷状况和材质及表面特点基本相同，因此其探伤方法也大致相同。6.2.3 6.2.3 铸钢件探测条件的选择铸钢件探测条件的选择1.探头 铸钢探伤，一般以纵波直探头为主，辅以横波斜探头和纵波双晶探头。铸钢件晶粒比较粗大，衰减严重，宜选用较低的频率，一般为0.52.5MHz。对于厚度不大又经过热处理的铸钢件，可选用2.02.5MHz，对于厚度较大和未热处理的铸钢件，宜选用0.52.0MHz。纵波直探头的直径一般为1030mm，横波斜探头的折射角常为450、600、700等。本讲稿第六十六页，共七十三页2.试块铸钢件探伤常用图6.14所示的ZGZ系列平底孔对比试块。试块材质与被探铸钢件相似，不允许存在2平底孔缺陷。试块平底孔直径d分别为3、4、6等三种。平底孔声程l为25、50、75、100、150、200等六种。该试块用于测试距离波幅曲线和调整探伤灵敏度（纵波直探头）。3.探测表面与耦合剂铸钢件表面粗糙，耦合条件差，探伤前应对其表面进行打磨清理，粗糙度Ra不大于12.5m。铸钢件探伤时，常用黏度较大的耦合剂，如浆糊、黄油、甘油、水玻璃等。本讲稿第六十七页，共七十三页4.透声性测试 铸钢件晶粒较粗，组织不致密，对声波吸收和散射严重，透声性差，对探伤结果影响较大。一般探伤前要测试其透声性。铸钢件透声性可用纵波直探头来测试。将探头对准工件底面，用衰减器测出底波B1与B2的dB差即可。为了减少测试误差，一般测三点取平均值。测得的dB差愈大，说明透声性愈差。5、铸钢件内外层划分 铸钢件中缺陷至表面的距离不同，其危害不一样，一般外层壁内层大。为此按铸钢件厚度划分为外层、内层、外层等三层。当其厚度90mm时，每层各占1/3，当其厚度90mm时，两外层各为30mm，其余为内层。本讲稿第六十八页，共七十三页6.2.4 6.2.4 距离波幅曲线的测试与灵敏度调整距离波幅曲线的测试与灵敏度调整 根据探测要求选定一组平底孔对比试块（平底孔直径相同声程不同）测出工件与对比块的透声性和耦合损失差dB，衰减量（10）dB。将探头置于厚度与工件相近的试块上对准平底孔，调节仪器是平底孔最高回波达1020，然后固定各旋钮，将探头分别对准不同声程的平底孔，标记各平底孔回波的最高点，连成曲线，从而得到该平底孔的距离波幅曲线（即面板曲线）。用衰减器增益dB，这时灵敏度就调好了。为了便于发现缺陷，有时再增益6dB作为扫查灵敏度。本讲稿第六十九页，共七十三页6.2.5 6.2.5 缺陷的判别与确定缺陷的判别与确定 探头按选定的方式进行扫查，相邻两次扫查重叠15，探头移动速度150mm/s。扫查中根据缺陷波高与底波降低情况来判别工件内部是否存在缺陷。以下几种情况作为缺陷记录。1.缺陷回波幅度达到距离波幅缺陷者；2.底面回波幅度降低量12dB者；3.不论缺陷回波高低，认为是线状或片状缺陷者。发现缺陷以后，要测定缺陷的位置与大小。缺陷的位置由示波屏上缺陷波前沿对应的水平刻度值来确定。缺陷的面积大小用下述方法测定：本讲稿第七十页，共七十三页 当利用缺陷反射法判别缺陷时，用缺陷6dB法测定缺陷面积大小。当采用底波降低12dB法判别缺陷时，用底波降低12Db作为缺陷边界来测定缺陷面积。6.2.6 6.2.6 铸钢件质量级别的评定铸钢件质量级别的评定 铸钢件超声波探伤方法及质量评级方法GB7233-87规定铸钢件质量等级，根据平面型缺陷和非平面型缺陷的尺寸，将其分为、等五级，其中级最高，级最低。评定时，评定区面积为105mm2(317317或面积相同的矩形)，尽可能使最严重的缺陷位于评定区内。位于评定区边界线上的缺陷，只计入缺陷位于评定区内的那部分面积。位于内外层界面上的非平面型缺陷，若大部分在外层，则计入外层，反之计入内层。若探测面积不足105mm2，则按比例折算允许的缺陷面积。平面型缺陷分级见表64，非平面型缺陷分级见表65。本讲稿第七十一页，共七十三页 谢谢大家谢谢大家!本讲稿第七十二页，共七十三页本讲稿第七十三页，共七十三页