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第六章铸件与锻件超声波探伤 By adan 锻件和铸件是各种机械设备及锅炉压力容器的重要毛坯件。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。一些标准规定对某些锻件和铸件必须进行超声波探伤,由于铸件晶粒粗大、透声性差,信噪比低,探伤困难大,因此本章重点计论锻件探伤问题, 对锻件探伤只做简单介绍。第一节锻件超声波探伤一. 锻件加工及常见缺陷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。形变大致分为镦粗、拔长和滚压。墩粗是锻压力施加于坯料的两端, 形变发生在横截面上。拔长是段压力施加于坯料的外圆,形变发生在长度方向。滚压是先墩粗坯料,然后冲孔再插入芯棒并在外圆施加段压力。滚压既有纵向变形,又有横向变形。其中墩粗主要用于饼类锻件,拔长主要用于轴类锻件,而筒类锻件一般先墩粗,后冲孔,再镦压。为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。锻件缺陷可分为铸造缺陷、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:裂纹等。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。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溶合,主要存在于钢锭中心及头部。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。裂纹有铸造裂纹、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,会在锻件表面或心部形成裂纹。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 ~% 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。二. 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。 1 .轴类锻件的探伤轴类锻件的锻造工艺主要是以拔长为主,因而大部分缺陷的取向与轴线平行,此类缺陷的探测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。(1) 直探头径向和轴向探测: 如图 所示, 直探头作径向探测时将探头置于轴的外缘, 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,并在轴端作全面检查,以检出与轴线相垂直的横向缺陷。但当轴的长度太长或轴有多个直径不等的轴端时,会有声束扫查不到的死区,因而此方法有一定的局限性。(2) 斜探头周向及轴向探测: 锻件中若在片状轴向及径向缺陷或轴上有几个不同直径的轴段, 用直探头径向或轴向探测都难以检出的, 则必须使用斜探头的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、反两个放心的全面扫查,如图 所示。 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出缺陷的最佳方法。对于上些重要的饼类、碗类锻件,要从两个端面进行探伤,此外有时还要从侧面进行径向探伤,如图 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。 3 .筒类锻件的探伤筒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,因而筒类锻件的质量一般较好。其缺陷的主要取向仍与筒体外圆表面平行,所以筒类锻件的探伤仍以直探头外圆面探测为主,但对于壁较厚的筒类锻件,须加用斜探头探测。(1) 直探头探测:如图 所示,用直探头从筒体外圆或端面进行探测。外圆探测的目的是发现与轴线平行的周向缺陷。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: 所示,为了探测筒体近表面缺陷,需要采取双晶探头从外圆面或端面探测。(3) 斜探头探测:对于某些重要的筒形锻件还要用斜探头从外圆进行轴向和周向探测,如图 所示。轴向探测为了发现与轴线垂直的径向缺陷。周向探测是为了发现与轴线平行的径向缺陷。周向探测时,缺陷定位计算参见第四章第五节。三. 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,晶片尺寸为Φ 14 ~Φ 28mm ,常用Φ 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