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閱讀：11發(fā)布時(shí)間：2025-2-10
鑄件缺陷的超聲波定性檢測
球墨鑄鐵件的缺陷種類(lèi)有很多，常見(jiàn)的有夾渣、夾砂、氣孔、縮孔、疏松、冷隔、裂紋等，這些缺陷會(huì )減少鑄件承受的載荷截面面積，引起局部應力集中，嚴重降低鑄件的使用性能，導致關(guān)鍵承力鑄件過(guò)早失效而發(fā)生破壞。利用超聲波探傷可以檢測球墨鑄鐵件中心區和邊緣區缺陷，并判定缺陷的位置和大小。如果能準確判定缺陷的種類(lèi)，就可以及時(shí)制定正確的檢測方案、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝水平。筆者介紹了易出現在鑄件邊緣區或近場(chǎng)區的疏松、夾渣、夾砂三種相似波形的缺陷，并通過(guò)解剖、滲透檢測進(jìn)行對比驗證。
1.試驗對象與儀器
試驗材料牌號為 QT４００Ｇ１８AL ，選用型號為USM３５XＧS 的超聲波探傷儀，探頭選用帶軟保護膜的 B２S 直探頭與雙晶縱波 SEB２ 直探頭，耦合劑采用化學(xué)漿糊。
2.試驗過(guò)程
（1）儀器校準
3.件鑄件被檢測區域總厚度在１００~２５０mm以?xún)?，鑄件上、下平面基本平行，總聲程對應設定在１５０~３００mm 之間。測量低溫風(fēng)電球墨鑄鐵件的聲速時(shí)，參考標準 EN１２６８０-３:2011?鑄造超聲波探傷第三部分:球墨鑄鐵件?，一般要求聲速在５５００m/s以上。需要將其個(gè)背面回波與噪聲信號進(jìn)行比較，背面回波至少應比噪聲信號高６dB，靈敏度要求是?８mm平底孔，但靈敏度應放大到可以看到噪聲，約為平底孔?２~?３mm之間。鑄件缺陷的超聲波定性檢測
（2）檢測方向的選擇
結合鑄件工藝澆注方向(見(jiàn)圖１)，檢測人員要視鑄件外形結構及現場(chǎng)具體狀況來(lái)判斷從哪個(gè)方向進(jìn)行檢測。對于形狀特殊的鑄件無(wú)法將底平面朝上放置，只能從上表面往下檢測，當發(fā)現有異常波時(shí)，再從下往上檢測。檢測應在外觀(guān)目視檢驗合格后進(jìn)行。
（3）波形分析
異常波形的表現形式為：一是鑄件背面回波的衰減；二是鑄件中間為異常波形。特別要注意的是異常波形從近場(chǎng)盲區就開(kāi)始，而底波不可見(jiàn)。結合鑄件工藝特性，鑄件上部易產(chǎn)生疏松、夾渣、夾砂等缺陷，而此３類(lèi)缺陷波形狀又相似，為了更準確地分析缺陷性質(zhì)，要進(jìn)一步進(jìn)行檢測和分析。
（4）缺陷分析
這３種缺陷產(chǎn)生的機理不同。夾渣主要表現為：一是澆注時(shí)由于鐵水包中的熔渣沒(méi)有與鐵水分離，熔渣混進(jìn)鑄件而形成氧化夾渣；二是鐵水在型腔內與化合物發(fā)生化學(xué)反應生成二次氧化渣，氧化渣的密度較小，浮于上部表面。夾砂是澆鑄時(shí)由于砂型型腔內碎砂殘留或砂型強度低，表面砂子剝落，或合型時(shí)磕碰掉的砂塊混進(jìn)鑄件而形成的鐵夾砂、碎砂粒.砂的密度也較小，浮于上部表面。疏松是由鑄件在凝固過(guò)程中因補縮不良而在后凝固區域形成的細小、分散性的縮孔聚焦而成的，其宏觀(guān)斷口形貌呈海綿狀，有時(shí)要借助著(zhù)色試驗才能發(fā)現。疏松、夾渣、夾砂這３種類(lèi)型缺陷的外觀(guān)、波形、滲透檢測結果如圖３~５所示。其中疏松、夾渣、夾砂分別在壁厚１９２，１４８．５，１０５mm處，疏松、夾渣、夾砂的底波位置分別為１９２,１５０．２,１０９．７mm。
(１)從解剖圖來(lái)看，疏松缺陷目視分辨不明顯，借助放大鏡可見(jiàn)枝晶狀孔洞，內壁與基體顏色一致，沒(méi)有被氧化的痕跡；氧化夾渣目視有花斑，與基體顏色不一致，有打磨過(guò)燒的痕跡；夾砂內含砂粒、砂塊、涂料粉沫，表面非常松散，有大小不一致的凹坑、顆粒狀小白點(diǎn)，內壁有發(fā)黑。
(２)從B２S靜態(tài)圖可看出次底波消失或基本消失，缺陷所處的位置都在邊緣區，潛在風(fēng)險比較大，需要具體分析缺陷性質(zhì)和波形關(guān)系。
①，重點(diǎn)分析B１的聲程?？梢赃m當提高增益或在這缺陷區域內稍微移動(dòng)探頭，找到B１波，會(huì )發(fā)現只有疏松部位的B１聲程為１９２mm，等于本體壁厚１９２mm；而夾渣、夾砂位置的B１聲程為１５０.２,１０９.７mm,都要大于本體壁厚１４８.５，１０５mm。說(shuō)明氧化夾渣、夾砂的部位的聲波傳播時(shí)發(fā)生了反射、透射現象,其聲速都要小于鑄鐵，而采用鑄鐵的聲速測量，總的聲程必然大于總壁厚。而疏松部位B１聲程為什么沒(méi)有變大，主要是因為疏松內含有氣體，因其聲阻抗與鑄鐵聲阻抗相差很大，可以近似地認為聲波在缺陷表面是全反射，沒(méi)有發(fā)生透射，反射波是經(jīng)過(guò)無(wú)疏松的位置傳播過(guò)去的，所以B１的聲程等于本體壁厚。從以上分析可知，疏松與夾渣、夾砂的區別就在于疏松總的聲程等于檢測區域的本體壁厚。，從缺陷波的高低來(lái)區分是氧化渣還是夾砂。從兩張缺陷圖形來(lái)看，夾砂的缺陷波很高，與底波很難分辨出來(lái)，如果不仔細看缺陷波，會(huì )認為是B１底波.從超聲波的聲壓分配比例來(lái)講，聲波垂直入射時(shí)，在界面的反射率是由界面兩邊介質(zhì)的聲阻抗決定的。說(shuō)明夾砂的聲阻抗與工件材料之間的聲阻抗差異較大，反射聲壓大；反之，透射的聲壓小，而聲壓的大小直接反映在波高上。氧化夾渣的聲阻抗與鑄件本體之間的聲阻抗相差不大，所以反射的聲壓不大,缺陷波不高。
，從雙晶直探頭靜態(tài)波形可看出，疏松部位缺陷波高較高，當量可以達到?４mm，離表面有一定距離。而氧化夾渣、夾砂缺陷波高都比較低，當量達不到?２mm。
后，從滲透檢測結果來(lái)看：疏松部位顏色很深的紅點(diǎn)只是個(gè)別，其余都是淡紅色的芝麻點(diǎn)；氧化夾渣部位紅色都比較鮮艷、邊界清晰；夾砂部位紅色比較淡、邊界模糊。
疏松缺陷的外觀(guān)、波形、滲透檢測結果
夾渣缺陷的外觀(guān)、波形、滲透檢測結果
夾砂缺陷的外觀(guān)、波形、滲透檢測結果
３.結論
（1）球鐵件的聲波穿透性差，雜波干擾嚴重，形狀復雜，易產(chǎn)生外輪廓回波及遲到波，這些干擾信號可能會(huì )妨礙缺陷信號的識別，給超聲波檢測帶來(lái)一定的難度。
（2）球鐵件中主要的缺陷類(lèi)型比較多，當存在某一處缺陷時(shí)，單一缺陷類(lèi)型情況較少，多數情況下是多種缺陷交匯在一起，在辨別時(shí)要分清主次，分析解決主要缺陷。
（3）雖然從超聲波檢測標準EN１２６８０-３中對球鐵件檢測靈敏度要求的規定，能夠看出對球鐵件檢測的要求不高。而影響缺陷的當量尺寸(鑄鐵/缺陷的界面反射聲壓)的因素較多，除了設備儀器、工件本身狀態(tài)(平行、粗糙度、衰減系數等)、耦合的影響外，還有缺陷本身的影響，如缺陷的形狀、方位、指向性、表面粗糙度、性質(zhì)、位置等。當發(fā)現缺陷時(shí)，僅僅從缺陷的位置、形狀、及動(dòng)態(tài)波形來(lái)判定，準確分析其性質(zhì)并不容易，而要采用不同型號的探頭從不同的方向檢測，并結合鑄造工藝、缺陷特征、缺陷波形和底波情況進(jìn)行綜合分析、評估缺陷性質(zhì)，以提高檢測的可靠性，為工藝、管理改進(jìn)提供可靠依據。
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