
一、 概述:为什么超声检测(UT)特别适合圆棒和锻件?
检测对象:圆棒(轧制或锻造)和钢锻件。
共同特点:
制造过程中可能产生内部缺陷,如:缩孔残余、疏松、夹杂( slag)、白点、裂纹、锻造折叠等。
通常用于制造承力件、传动件等关键部件,对内部质量要求高。
几何形状相对规则,有利于超声波束的传入和缺陷的定位。
UT的优势:
探测深度大:对钢制件,有效探测深度可达数米。
灵敏度高:能发现细小的内部缺陷。
缺陷定位准:可精确测定缺陷在深度方向和沿棒材轴向的位置。
对人体无害(相对于射线检测)。
二、 圆棒超声探伤(UT)检测
1. 主要检测方法
对于圆棒,最常用的方法是 纵波直探头检测。
原理:将直探头置于棒材的端面或圆周面,发射垂直于表面的超声波束。超声波在材料内部传播,遇到缺陷(异质界面)或底面时会发生反射。
扫查方式:
径向扫查(端面入射):适用于长度较短的圆棒。探头放在棒材的一个端面上,沿端面移动扫查。能有效发现与轴线平行的缺陷。
轴向扫查(周面入射):适用于长棒材。探头沿圆棒外圆周面作螺旋线移动。能有效发现横向缺陷或与轴线垂直的缺陷。
(图示:左为径向扫查,右为轴向扫查)
2. 关键技术与挑战
耦合:多元化使用耦合剂(如机油、甘油、水)排除探头与工件之间的空气,保证超声波有效传入。
曲界面影响:圆棒外圆是曲面,会影响声束的聚焦和扩散,在检测时需要考虑曲率补偿。
盲区:靠近探头表面的区域存在检测盲区。
草状回波(林状回波):锻轧件晶粒较粗大时,会产生大量草状杂波,干扰小缺陷的识别。
3. 结果评定
通常将缺陷回波幅度与人工反射体(如平底孔)的回波幅度进行比较。
根据相关标准(如 ASTM A388 / A388M, GB/T 4162 等)判定缺陷是否超标。评定指标包括:
缺陷当量尺寸(与多大的人工平底孔相当)。
缺陷埋藏深度。
缺陷指示长度。
三、 钢锻件超声探伤检测
钢锻件的形状比圆棒复杂得多,因此检测方案也更复杂,需要根据锻件的具体形状定制。
1. 检测方法组合
通常采用 纵波直探头 和 横波斜探头 相结合的方法。
纵波直探头检测:
目的:检测与探测面平行或近似平行的缺陷,如锻造折叠、白点、夹杂物等。
应用:主要用于检测锻件的主体部分,如轴类、饼类、块状锻件的心部区域。
横波斜探头检测:
目的:检测与探测面垂直或成一定角度的缺陷,如径向裂纹、焊缝热影响区裂纹等。
应用:主要用于检测锻件的几何形状变化区域,如法兰根部、台阶部位、筒形锻件的内外壁。
(图示:左为直探头检测心部缺陷,右为斜探头检测径向缺陷)
2. 常见锻件类型与检测重点
轴类锻件:重点关注缩孔、疏松、白点、非金属夹杂。通常从两端端面进行径向扫查,辅以圆周面的轴向和周向扫查。
饼类/盘件锻件:重点关注锻造折叠、夹杂物、分层。通常从两个端面进行扫查。
筒类锻件:重点关注内外壁的裂纹、夹杂物。需要采用直探头从外壁检测,同时多元化使用斜探头进行内外壁的横波检测,以发现垂直于表面的裂纹。
3. 标准与质量等级
钢锻件的UT检测遵循严格的标准,常见的有:
中国标准:GB/T 6402《钢锻件超声检测方法》,根据缺陷当量和分布情况将锻件质量分为1~5级。
国际/美国标准:ASTM A388 / A388M《大型锻钢件超声检测方法规范》。
行业标准:如JB/T 8467《锻钢件超声检测》,以及各行业(如船舶、电力、压力容器)的专用标准。
质量等级通常在图纸或技术协议中规定,例如“按GB/T 6402,Ⅲ级合格”。
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