中信重工機(jī)械股份有限公司 （河南洛陽 471039） 王英鋒 楊紹輝

超聲波檢測(cè)技術(shù)是大型鑄鋼件內(nèi)質(zhì)檢測(cè)中的常用方法。由于鑄件所存在的氣孔、夾雜物、疏松、縮孔和裂紋等多種缺陷，以及鑄件組織和晶粒度等諸多因素的影響，使得超聲波檢測(cè)在對(duì)缺陷進(jìn)行定量分析和定性判定時(shí)仍存在一定難度。

筆者針對(duì)這一檢測(cè)難題，根據(jù)《碳素鋼、低合金鋼和馬氏體不銹鋼鑄件的超聲波檢測(cè)》（ASTM A 609—1991）在實(shí)際工作的應(yīng)用，總結(jié)并制訂了大型礦磨用鑄鋼齒輪超聲波檢測(cè)工藝。經(jīng)實(shí)踐證明，該技術(shù)在缺陷的定量和定性判定上是行之有效的。

1.大齒輪基本情況

大齒輪是球磨機(jī)、棒磨機(jī)等重型礦磨或建材設(shè)備中的關(guān)鍵傳動(dòng)件。目前，我公司所生產(chǎn)的重型大齒輪直徑達(dá)13.2m，凈重80t，毛重170t，需一次澆注鋼液近280t，鑄造難度極大。由于澆注時(shí)間長(zhǎng)，使得齒區(qū)等傳動(dòng)受力部位很容易因鑄造缺陷而影響大齒輪的質(zhì)量。

我公司重型礦磨、建材設(shè)備用鑄鋼大齒輪一般采用低合金鋼鑄造，大齒輪的輪緣齒區(qū)、齒根區(qū)、內(nèi)法蘭面等是傳動(dòng)受力區(qū)域，也是缺陷容易產(chǎn)生的部位，需對(duì)大齒輪輪緣齒區(qū)等部位的內(nèi)質(zhì)進(jìn)行針對(duì)性的檢測(cè)。

2.鑄鋼大齒輪超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲波無損檢測(cè)區(qū)域的劃分如圖1所示。

A區(qū)：齒輪外圓面到齒根以下25.4mm區(qū)域。

B區(qū)：除A區(qū)外輪緣部位（圖1B1區(qū)）和內(nèi)法蘭面（圖1B2區(qū)）。

圖1 齒輪檢測(cè)分區(qū)

（1）檢測(cè)時(shí)機(jī) 一般情況下，大齒輪超聲波檢測(cè)安排在粗加工后或半精加工后（開齒前）進(jìn)行。

（2）檢測(cè)面的要求 為確保有效檢測(cè)，檢測(cè)面的表面粗糙度值Ra≤6.3μm，工件表面不允許存在影響超聲波耦合的雜物。

（3）檢測(cè)儀器和探頭的選擇 選擇滿足ASTM A 609－1991 標(biāo)準(zhǔn)要求并經(jīng)檢定的 A型脈沖反射式超聲波檢測(cè)儀。

探頭采用工作頻率1～5MHz的縱波直探頭，探頭直徑13～28mm。如為進(jìn)一步確定缺陷取向和準(zhǔn)確定性而需采用斜探頭輔助檢測(cè)時(shí)，斜探頭應(yīng)滿足工作頻率0.4～5MHz、角度30°～75°。

（4）檢測(cè)靈敏度 根據(jù)鑄鋼大齒輪A區(qū)、B區(qū)等不同檢測(cè)區(qū)域的質(zhì)量要求，在滿足ASTM A609—1991標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對(duì)A區(qū)嚴(yán)加控制。

A區(qū)：齒區(qū)及齒根后25.4 mm為φ3 mm平底孔當(dāng)量。

B區(qū)：除A區(qū)外輪緣部位（B1區(qū)）和內(nèi)法蘭面（B2區(qū)）為φ6.4 mm平底孔當(dāng)量。

（5） 檢測(cè)方法 采用距離波幅曲線（DAC）對(duì)比檢測(cè)法。制作距離波幅特性曲線時(shí)，利用在標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比試塊上得到Fa、Fb、Fc各點(diǎn)連DAC曲線即成，如圖2所示。

圖2 距離波幅曲線制作

校準(zhǔn)試塊：φ3mm和φ6.4mm標(biāo)準(zhǔn)平底孔試塊。

檢測(cè)方向：在輪緣兩個(gè)相互垂直的表面上，100%超聲波無損檢測(cè)。

（6）缺陷的定量 包括缺陷記錄和對(duì)缺陷質(zhì)量等級(jí)的判定。

缺陷記錄：①按照當(dāng)量記錄。A區(qū)：缺陷幅度連續(xù)超過φ3mm當(dāng)量直徑的區(qū)域；B區(qū)：缺陷幅度連續(xù)超過φ6.4mm當(dāng)量直徑的區(qū)域。②按照底波降低量記錄。底面反射波損失連續(xù)超過75%（12dB）以上的區(qū)域（幾何尺寸影響區(qū)內(nèi)除外）。③按照缺陷的延伸長(zhǎng)度記錄。采用半波高度法（6dB法）測(cè)定缺陷長(zhǎng)度，按照探頭中心點(diǎn)測(cè)量長(zhǎng)度。

缺陷質(zhì)量等級(jí)的判定：①根據(jù)ASTM A 609—1991中缺陷分級(jí)和圖1所示的分區(qū)情況確定缺陷的質(zhì)量等級(jí)，見附表。②缺陷記錄按照附表進(jìn)行綜合判定，其中A區(qū)按質(zhì)量等級(jí)1級(jí)執(zhí)行，B區(qū)按質(zhì)量等級(jí)2級(jí)執(zhí)行。

缺陷質(zhì)量分級(jí)表

（7）缺陷的定性 采用波形判斷法并參考前述的缺陷記錄對(duì)缺陷予以定性。典型鑄造缺陷的波形判斷方法如下。

氣孔：缺陷回波波幅高，波峰尖銳，回波波寬窄而細(xì)。單個(gè)氣孔缺陷存在時(shí)，底波無明顯損失。密集氣孔出現(xiàn)時(shí)，底波有損失，隨著密集氣孔程度的增加，底波損失加大。

夾雜物：點(diǎn)狀非金金屬夾雜物缺陷波峰較圓，而波幅較低且遲鈍，當(dāng)探頭位置移動(dòng)不大時(shí)，缺陷波很快消失；密集非金屬夾雜物缺陷波呈連串的波峰，波幅一般較低，其波形間有一兩個(gè)較高的缺陷波，當(dāng)移動(dòng)探頭時(shí)，缺陷波在一定寬度范圍內(nèi)變化，波峰此起彼伏，波形顯得混淆雜亂、遲飩，幾個(gè)缺陷波峰相混為一，呈圓球狀或鋸齒狀，左右滾動(dòng)。缺陷分布越密則波形越亂，當(dāng)降低探測(cè)靈敏度時(shí)，只有個(gè)別較高的缺陷波出現(xiàn)，而波幅下降，底波無明顯的變化。

疏松：缺陷回波波幅相對(duì)縮孔波幅低，參考當(dāng)量小。缺陷回波以雜波、草狀波顯示，缺陷回波波寬較大，底波高度損失增大，底波反射次數(shù)減少。

縮孔：缺陷回波波幅高，參考當(dāng)量大，缺陷束狀波顯示嚴(yán)重，主缺陷波附近伴隨有小缺陷波，缺陷回波波寬比其他類型缺陷都大，底波損失嚴(yán)重或無底波。

裂紋：缺陷回波反射強(qiáng)烈，回波前沿陡峭，波峰很尖銳，檢測(cè)方向性強(qiáng)。橫波斜探頭沿裂紋延伸的垂直方向檢測(cè)時(shí)，缺陷波明顯，平行與裂紋延伸方向，則缺陷波不明顯。

通過鑄件解剖、金相分析等生產(chǎn)驗(yàn)證，采用上述超聲波檢測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重型礦磨、建材設(shè)備用鑄鋼大齒輪的內(nèi)質(zhì)檢測(cè)，可完成缺陷的定量和定性判定。

3.結(jié)語

重型設(shè)備用鑄鋼大齒輪的超聲波檢測(cè)技術(shù)，不僅豐富了我公司大型鑄件超聲波檢測(cè)技術(shù)，還可為同行業(yè)類似鑄件的超聲波檢測(cè)提供參考。