徐州锻件缺陷的探伤和低倍检验

在钢材质量检验中，低倍检验被列为按顺序检验项目的位。但是低倍检验必须将钢切开进行取样、加工、酸浸等，不仅延长了生产周期，而且造成浪费较大。用超声波探伤代替低倍检验，可以大大缩短生产、检验周期，提高成材率，降低成本。锻件超声波检测标准CB/T7736《钢的低倍缺陷超声波检验法》中规定，按标准中的评定准则，超声波检验合格的钢无需做酸蚀实验，结果报告按" 低倍合格" 报出。该标准中，锻件的超声波探伤代替低倍检验是从缺陷定量的角度出发。如果能从定性角度，通过超声波探伤波形预判缺陷，这对锻件生产及质量控制意义重大。

     通过对大量锻件检测总结，初步将常见缺陷的超声波探伤结果作出分类，并与低倍检验结果对应。

1、锻件缺陷探伤波形的分类

     经过实际生产中大量的锻件超声波探伤结果，按照缺陷回波的形貌特征，将锻件探伤波形分别定义为：单峰、多峰、连峰、宝塔峰、偏析峰、缩孔峰、层峰、降低草状波、草状波以及它们的组合波形。探伤时规定先将缺陷波高度调到屏幕高度的80％左右，然后再进行评判。

2、探伤波形与低倍检验的关系

２.１　裂纹

   单个裂纹低倍形貌如图１所示，对应的典型探伤波形如图２所示，此波形称为单峰（或称单点），其定义为：从检测面方向探测，单个尖脉冲，树杆状特征，反射波波峰清晰，尖锐有力，但稍一动探头就消失。多个裂纹的探伤波形也可为多峰、连峰，将在后面介绍。

     裂纹另一个较典型特征是层状分布形貌，如图３所示。对应的典型探伤波如图４所示，此波形称为层峰，其定义为：从检测面方向探测，单个尖脉冲，树杆状特征，反射波波峰清晰，尖锐有力，但移动探头，波形位置渐变或不变。

2.2 白点

     在超声波探伤中白点的回波具有两个明显的特征：其一，缺陷波形尖锐清晰，各缺陷波彼此独立存在，波峰陡峭，波根狭窄；其二，对探头移动十分敏感，当探头稍微移动时缺陷波此起彼伏，交替变化。

    白点低倍如图５所示，对应的典型探伤波形如图６所示，此波形称为多峰（或称林状），其定义为：从检测面方向探测，多个尖脉冲，树林状特征，反射波波峰清晰，尖锐有力，但稍一动探头就消失。

２.３　疏松

    疏松低倍形貌特征为：在酸蚀试样上，出现在中心部位或分散的空隙和暗点，如图７所示。对应的典型探伤波形如图８、图９所示，这两种波形分别称为连峰、宝塔峰。连峰的定义为：从检测面方向探测，多个尖脉冲，山峰状特征，反射波波峰、波谷清晰，波峰尖锐有力，但稍一动探头伤波切换，变化不快。宝塔峰的定义为：从检测面方向探测，多个成串脉冲，宝塔状特征，反射波波峰不断地上升，至塔顶又不断地下降，宝塔两边波峰近似对称。

２.４　偏析

     常见偏析为与钢锭形状有关的锭型偏析，如图10所示。对应的典型探伤波形如图11所示，此波形称为偏析峰，其定义为：从检测面方向探测，非中心位置，环状分布的特定尖脉冲或尖脉冲后随渐减脉冲波出现，它对底波反射次数无明显影响，随着探伤灵敏度提高，底波次数明显增加。

２.５　缩孔

      缩孔低倍形貌特征为：在酸蚀试样上呈不规则的集中空洞，如图12所示。对应的典型探伤波形如图13所示，此波形称为缩孔峰，其定义为：从检测面方向探测，伤波反射强烈，波底宽大，成束状，在主伤波附近常伴有小伤波，对底波影响严重，常使底波消失，环状各处伤波基本类似，缩孔常出现在冒口端或热节处。

２.６　晶粒粗大

    晶粒粗大严重时，对超声波的吸收和散射影响较大，在检测中将引起超声能的强烈衰减，一般情况底波只有１～２次，提高灵敏度时，底波反射次数并无明显增加，而降低探头频率，底波反射次数明显增多。晶粒粗大低倍特征如图14所示。对应的典型探伤波形如图15所示，此波形称为降低草状波，其定义为：从检测面方向探测，呈降低草状特征，反射波波峰清晰，伤波模糊不清晰，波与波之间难于分辨，移动探头时伤波跳动迅速。

２.７　夹杂物

   夹杂物可能单个出现，可能多个分散或群居，如图16所示。对应的探伤波形可能为单峰、多峰、连峰，如图17所示。

２.８　显微缺陷

    锻件内部存在显微缺陷时，探伤时出现微弱缺陷回波，如图18所示。此波形称为草状波，其定义为：从检测面方向探测，成草状特征，反射波波峰清晰，伤波模糊不清晰，波与波之间难于分辨，移动探头时伤波跳动迅速。

3、锻件探伤缺陷案例

３.１　轴类锻件探伤分析案例

３.１.１　被测锻件及其超声波检测材料为30CrMo的圆棒锻件，如图19所示，超声波圆周面检测发现距端面300ｍｍ 处存在缺陷，更大当量为FBH2.7ｍｍ，缺陷深度为167ｍｍ。缺陷特征：单峰，如图20所示。预判缺陷为裂纹或夹杂物。

3.1.2　低倍检验

 圆棒锻件的横截面经1:1工业盐酸水溶液热侵蚀，低倍面上距外圆160ｍｍ 处，有一条裂纹，形态刚直，长约4ｍｍ。按照ASTM E381评级，Ｓ＜１，Ｒ＜１，Ｃ ＜１。图21为低倍试样局部放大宏观形貌。

３.１.３　分析结果

根据Ａ超图预判缺陷为裂纹或夹杂物，后经低倍检测的验证，锻件内部存在单个显微裂纹。

３.２　饼类锻件探伤分析案例

３.２.１　被测锻件及其超声波检测

  材料为1Cr13的饼形锻件，实物及尺寸如图22所示。

  用数字式Ａ 型徐州超声波徐州探伤仪在锻件端面进行粗略扫查，判断内部缺陷的大致位置，如图23所示。然后用探头对缺陷集中区域进行检测，缺陷特征波形如图24所示，缺陷波为尖锐单峰，无草状回波，且缺陷回波幅值较高，对底波有明显的吸收作用，底波基本消失，预测缺陷类型为较大的裂纹或大型孔洞类缺陷。

３.２.２　低倍检验

   根据探伤时标定的缺陷位置，采用线切割的方法在缺陷位置取样进行低倍检验，结果如图25所示，通过低倍检测可以看出在锻件存在较大孔洞类裂纹缺陷。

３.２.３　分析结果

根据缺陷Ａ 型超声波检测预判缺陷为较大的裂纹或大型孔洞类缺陷，后经低倍检测的验证，锻件内部存在大的孔洞类裂纹缺陷。

３.３　筒形锻件探伤分析案例

３.３.１　被测锻件及其超声波检测

   材料为12CrMo1的筒形锻件，如图26所示，对其轴向、端面进行超声波直探头检测，缺陷回波特征：多峰（林状），有少量草状波，信噪波大于10dB，多个回波幅度不高，波形稳定，从不同方位探测，回波幅度变化较大，如图27所示。预判锻件存在大量的疏松及裂纹。

３.３.２　低倍检验

在探伤存在缺陷回波的区域对工件进行取样解剖，经低倍检验，宏观形貌见图28，存在疏松及裂纹缺陷，疏松等级2.5级，多条裂纹，长度为２ｍｍ～４ｍｍ。

３.３.３　分析结果

   根据缺陷Ａ 型超声波检测和低倍检测的验证，锻件内部存在大量疏松及裂纹。

4、结论

   （１）按缺陷波形貌，可将锻件缺陷探伤波形进行分类：单峰、多峰、连峰、宝塔峰、偏析峰、缩孔峰、层峰、降低草状波、草状波以及它们的组合波形。

 （２）锻件缺陷低倍检验图与探伤波形存在对应关系：缩孔对应缩孔峰；疏松对应连峰、宝塔峰；裂纹对应单峰、多峰、连峰、层峰；白点对应多峰；夹杂物对应单峰、多峰、连峰；偏析对应偏析峰；晶粒粗大对应降低草状波；显微缺陷对应草状波。利用此对应关系，有助于锻件缺陷的超声

波定性探伤，为超声波探伤代替低倍检验理论的完善提供依据。

 （３）锻造生产过程中，原材料、锻造工艺、热处理工艺等均会造成锻件缺陷。超声波探伤是有效的锻件质量控制手段，有助于缺陷的预防、发现及补救。