曲曉文曲邦寧 梁玉國(guó)

（大連中集重化裝備有限公司）

碳鋼鍛件的超聲波檢測(cè)

曲曉文*曲邦寧 梁玉國(guó)

（大連中集重化裝備有限公司）

對(duì)碳鋼鍛件在不同加工階段進(jìn)行超聲波檢測(cè)，做到及早發(fā)現(xiàn)缺陷，及時(shí)處理缺陷，從而達(dá)到減少損失、降低損害、保證鍛件質(zhì)量的目的。

碳鋼 鍛件 缺陷 超聲波檢測(cè) 檢測(cè)時(shí)機(jī)

0 前言

碳鋼鍛件是制造承壓設(shè)備必備的重要零部件，其質(zhì)量好壞直接影響承壓設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命。在生產(chǎn)過(guò)程的不同階段，通過(guò)對(duì)碳鋼鍛件進(jìn)行超聲波檢測(cè)，可及早發(fā)現(xiàn)缺陷，及時(shí)采取措施，從而將損失、損害降到最小。

碳鋼鍛件的超聲波檢測(cè)，從原材料到成品的不同階段可分為原材料檢測(cè)、毛胚檢測(cè)、粗加工檢測(cè)和成品檢測(cè)等不同階段的檢測(cè)。

（1）原材料檢測(cè)主要是為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)原材料缺陷，做到從源頭預(yù)防，避免缺陷的產(chǎn)生。

（2）毛胚檢測(cè)主要是為了及早發(fā)現(xiàn)鍛造過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷，此時(shí)鍛件表面較為粗糙，只能發(fā)現(xiàn)較嚴(yán)重的缺陷，對(duì)較小缺陷難以確定。一旦發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷可以重新鍛造。

（3）粗加工檢測(cè)的目的也是為了及早發(fā)現(xiàn)缺陷，此時(shí)鍛件表面已具備超聲波檢測(cè)條件，可以對(duì)小缺陷進(jìn)行定位定量。發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷后可以分析原因，采取相應(yīng)措施予以改進(jìn)，以避免精加工后產(chǎn)品報(bào)廢，造成不必要的加工損失。對(duì)于需要熱處理的鍛件在熱處理后還需進(jìn)行一次超聲波檢測(cè)，以避免因?yàn)闊崽幚砣毕荻斐刹槐匾膿p失。

（4）成品檢測(cè)的目的是保證鍛件最終質(zhì)量。

1 超聲波檢測(cè)時(shí)機(jī)

1.1 原材料缺陷檢測(cè)

原材料主要缺陷有縮孔、疏松、夾雜、裂紋等。（1）縮孔縮孔是鑄錠冷卻收縮時(shí)在頭部形成的缺陷，鍛造時(shí)因切頭量不足而殘留下來(lái)。

（2）疏松疏松是在鑄錠凝固收縮時(shí)形成的空隙和孔穴。

（3）夾雜夾雜分內(nèi)在非金屬夾雜物、外來(lái)非金屬夾雜物和金屬夾雜物。內(nèi)在非金屬夾雜物是鑄錠中包含的脫氧劑、合金元素等與氣體的反應(yīng)產(chǎn)物，尺寸較小，常漂浮于金屬液上，最后聚集在鑄錠中心及頭部。

外來(lái)非金屬夾雜物是冶煉、澆注過(guò)程中混入的耐火材料或雜質(zhì)，尺寸較大，故?；祀s于鑄錠下部。偶然落入的非金屬夾雜物則無(wú)確定位置。

金屬夾雜物是冶煉時(shí)加入合金較多且尺寸較大，或者澆注時(shí)飛濺小粒，或異種金屬落入后未被全部熔化而形成的缺陷。

（4）裂紋金屬液在鑄型內(nèi)凝固收縮過(guò)程中，表面和內(nèi)部冷卻速度不同產(chǎn)生很大的鑄造應(yīng)力，當(dāng)該應(yīng)力超過(guò)金屬?gòu)?qiáng)度極限時(shí)，鑄件便產(chǎn)生裂紋。

原材料鍛件經(jīng)超聲波檢測(cè)若發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷應(yīng)予以報(bào)廢，或?qū)⑷毕萏幦サ粲糜谄渌a(chǎn)品。對(duì)于較小的缺陷也應(yīng)分析判斷是否會(huì)影響鍛件質(zhì)量，因?yàn)樾∪毕菰阱懺爝^(guò)程中可能會(huì)變大或撕裂。如果認(rèn)為小缺陷在鍛造時(shí)會(huì)變大或改變性質(zhì)，不能保證鍛件質(zhì)量，該鍛件就應(yīng)予以報(bào)廢，以避免不必要的損失。

1.2 毛胚檢測(cè)和粗加工檢測(cè)

毛胚檢測(cè)和粗加工檢測(cè)主要缺陷有折疊、白點(diǎn)、裂紋、晶粒粗大等。

（1）折疊

折疊是金屬變形過(guò)程中已氧化的表層金屬匯合到一起而形成的。它可以是由兩股（或多股）金屬對(duì)流匯合而形成；可以是由一股金屬的急速大量流動(dòng)將鄰近部分的表層金屬帶動(dòng)匯合而形成；也可以是由變形金屬發(fā)生彎曲、回流而形成；還可以是由部分金屬局部變形，被壓入另一部分金屬內(nèi)而形成。折疊與原材料和坯料的形狀、模具的設(shè)計(jì)、成形工序的安排、潤(rùn)滑情況及鍛造的實(shí)際操作等有關(guān)。折疊不僅減少了零件的承載面積，而且工作時(shí)由于此處的應(yīng)力集中往往成為疲勞源。

（2）白點(diǎn)

白點(diǎn)是鍛壓時(shí)在冷卻過(guò)程中未逸出的氫原子聚集在顯微空隙中并結(jié)合成分子而呈現(xiàn)的狀態(tài)，對(duì)鍛件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。白點(diǎn)與熱壓力加工產(chǎn)生的變形力和冷卻過(guò)程相變產(chǎn)生的組織應(yīng)力共同作用下，會(huì)導(dǎo)致鍛件內(nèi)部局部撕裂。因此白點(diǎn)多為穿晶裂紋。白點(diǎn)在橫向斷口上表現(xiàn)為由內(nèi)向外呈輻射狀不規(guī)則分布的小裂紋，在縱向斷口上呈彎曲的線狀裂紋，也有的呈銀白色圓形或橢圓形斑點(diǎn)，故有白點(diǎn)之稱。

（3）裂紋

①鍛造裂紋：裂紋通常是鍛造時(shí)存在較大的拉應(yīng)力、切應(yīng)力或附加拉應(yīng)力引起的。裂紋發(fā)生的部位通常是在坯料應(yīng)力最大、厚度最薄的部位。如果坯料表面和內(nèi)部有微裂紋，或坯料內(nèi)存在組織缺陷，或熱加工溫度不當(dāng)使材料塑性降低，或變形速度過(guò)快、變形程度過(guò)大，超過(guò)材料允許的塑性指標(biāo)等，則在鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、擴(kuò)孔、彎曲和擠壓等工序中都可能產(chǎn)生裂紋。

②熱處理裂紋：淬火時(shí)加熱溫度較高，會(huì)使鍛件組織粗大，甚至可能產(chǎn)生裂紋。冷卻不當(dāng)會(huì)引起鍛件開(kāi)裂?；鼗鸩患皶r(shí)或回火不當(dāng)，鍛件內(nèi)部的殘余應(yīng)力也會(huì)引起裂紋。

（4）晶粒粗大

晶粒粗大通常是由于始鍛溫度過(guò)高和變形程度不足引起的，也可能是由于終鍛溫度過(guò)高或變形程度落入臨界變形區(qū)引起的。

晶粒粗大時(shí)，鍛件經(jīng)超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷應(yīng)予以報(bào)廢；發(fā)現(xiàn)較小缺陷應(yīng)詳細(xì)記錄，認(rèn)真分析，根據(jù)圖紙、加工位置及標(biāo)準(zhǔn)判定是否合格。對(duì)由于晶粒粗大出現(xiàn)的“林狀回波”，可以通過(guò)改變鍛造比、鍛造溫度等工藝重新回爐鍛造。

1.3 成品檢測(cè)

成品檢測(cè)時(shí)上述各種缺陷均有可能出現(xiàn)，由于此時(shí)鍛件表面光潔度較好，超聲波檢測(cè)靈敏度高。前面檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)的或發(fā)現(xiàn)數(shù)量較少的缺陷均可能出現(xiàn)或再次出現(xiàn)，合格與否應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定。

2 超聲波檢測(cè)方法

鍛件檢測(cè)主要以縱波檢測(cè)為主。對(duì)于近距離缺陷，由于直探頭的盲區(qū)和近場(chǎng)區(qū)的影響，常采用雙晶直探頭檢測(cè)。對(duì)筒形和環(huán)形鍛件還應(yīng)增加橫波檢測(cè)。

2.1 縱波檢測(cè)

（1）直探頭檢測(cè)

調(diào)節(jié)鍛件檢測(cè)靈敏度的方法有兩種，一種是用波高比較法來(lái)調(diào)節(jié)，另一種是用曲線比較法來(lái)調(diào)節(jié)。

①底波調(diào)節(jié)法

當(dāng)鍛件被檢部位厚度x≥3N，且鍛件具有平行底面或圓柱曲面時(shí)，常用底波來(lái)調(diào)節(jié)檢測(cè)靈敏度。

底波調(diào)節(jié)首先要計(jì)算求得底面反射波與某平底孔反射波的分貝差，然后再進(jìn)行調(diào)節(jié)。

對(duì)于平底面或?qū)嵭膱A柱體底面，同距離處底波與平底孔反射波的分貝差按下式計(jì)算：

式中 λ——波長(zhǎng)；

x——被檢部位的厚度；

Df——平底孔直徑。

對(duì)于空心圓柱體，同距離處圓柱曲底面與平底孔反射波的分貝差按下式計(jì)算：

式中 d——空心圓柱體內(nèi)徑；

D——空心圓柱體外徑；

“+”——外圓徑向探測(cè)，內(nèi)孔凸柱面反射；

“-”——內(nèi)孔徑向探測(cè)，外圓凹柱面反射。

具體調(diào)節(jié)步驟為：探頭對(duì)準(zhǔn)工件完好區(qū)的底面，衰減（Δ+5～10）dB，調(diào)“增益”使底波B1達(dá)基準(zhǔn)波高，然后用“衰減器”增益Δ dB，這時(shí)靈敏度就調(diào)節(jié)好了。實(shí)際檢測(cè)時(shí)為了便于發(fā)現(xiàn)缺陷，可再增益5～10 dB作為搜索靈敏度，即掃查靈敏度。

②試塊調(diào)節(jié)法

單直探頭檢測(cè)：當(dāng)鍛件的厚度x＜3N或由于幾何形狀所限或底面粗糙時(shí)，應(yīng)利用具有人工缺陷的試塊來(lái)調(diào)節(jié)檢測(cè)靈敏度，如CSⅠ系列試塊。調(diào)節(jié)時(shí)將探頭對(duì)準(zhǔn)所需試塊的平底孔，調(diào)“增益”使平底孔反射波達(dá)基準(zhǔn)高即可。

值得注意的是，當(dāng)試塊表面形狀、粗糙度與鍛件不同時(shí)，要進(jìn)行耦合補(bǔ)償。當(dāng)試塊與工件的材質(zhì)衰減相差較大時(shí)，還要考慮介質(zhì)衰減補(bǔ)償。

（2）雙晶直探頭檢測(cè)

采用雙晶直探頭檢測(cè)時(shí)，先根據(jù)需要選擇相應(yīng)的平底孔試塊，并測(cè)試一組距離不同、直徑相同的平底孔的反射波，使其每個(gè)孔的最高反射波達(dá)基準(zhǔn)波高，確認(rèn)后記錄相應(yīng)的讀數(shù)。所有孔測(cè)試完畢后進(jìn)行最終確認(rèn)，從而得到一條平底孔距離-波幅(dB)曲線。以此方法測(cè)出其它孔徑的曲線，從而得到一組平底孔的距離-波幅(dB)曲線。這組曲線可用于靈敏度的校對(duì)和鍛件的檢測(cè)。

2.2 橫波檢測(cè)

對(duì)于內(nèi)外徑之比大于或等于80%的環(huán)形和筒形鍛件，還應(yīng)進(jìn)行橫波檢測(cè)。

其靈敏度調(diào)節(jié)可利用被檢工件壁厚或長(zhǎng)度上的加工余量部分制作對(duì)比試塊。具體要求是，從鍛件外圓面將探頭對(duì)準(zhǔn)內(nèi)表面的標(biāo)準(zhǔn)溝槽，調(diào)整增益，使最大反射波高為滿刻度的80%，將該值標(biāo)在面板上，以其為基準(zhǔn)靈敏度；不改變儀器調(diào)整狀態(tài)，再移動(dòng)探頭測(cè)定外圓面的標(biāo)準(zhǔn)溝槽，并將最大反射波高也標(biāo)在面板上。將上述兩點(diǎn)用直線連接并延長(zhǎng)，繪出距離-波幅曲線，并使之包括全部檢測(cè)范圍。內(nèi)表面檢測(cè)時(shí)基準(zhǔn)靈敏度也按上述方法確定，但探頭斜楔應(yīng)與圓周曲率一致。

3 超聲波檢測(cè)質(zhì)量級(jí)別的評(píng)定

3.1 缺陷當(dāng)量的確定

（1）被檢缺陷的深度大于或等于探頭的3倍近場(chǎng)區(qū)時(shí)，采用計(jì)算法確定缺陷當(dāng)量。對(duì)于3倍近場(chǎng)區(qū)內(nèi)的缺陷，可采用單直探頭或雙晶探頭的距離-波幅曲線來(lái)確定缺陷當(dāng)量。

（2）記錄缺陷當(dāng)量時(shí)，若材質(zhì)系數(shù)超過(guò)4 dB/m，應(yīng)考慮修正。

3.2 缺陷記錄

（1）記錄當(dāng)量直徑超過(guò)?4 mm的單個(gè)缺陷的波幅和位置。

（2）密集區(qū)缺陷：記錄密集區(qū)缺陷中最大當(dāng)量缺陷的位置和缺陷分布。餅形鍛件應(yīng)記錄大于或等于?4 mm當(dāng)量直徑的缺陷密集區(qū)，其他鍛件應(yīng)記錄大于或等于?3 mm當(dāng)量直徑的缺陷密集區(qū)。缺陷密集區(qū)面積以50 mm×50 mm的方塊作為最小量度單位，其邊界可由6 dB法決定。

3.3 質(zhì)量分級(jí)等級(jí)評(píng)定

鍛件檢測(cè)中常見(jiàn)的缺陷有單個(gè)缺陷和密集缺陷兩大類，實(shí)際檢測(cè)中根據(jù)鍛件中單個(gè)缺陷的當(dāng)量尺寸、底波降低情況和密集缺陷面積占檢測(cè)面積的百分比，將鍛件質(zhì)量分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等五種，其中Ⅰ級(jí)最高，Ⅴ級(jí)最低。底波降低等級(jí)見(jiàn)表1，單個(gè)缺陷等級(jí)見(jiàn)表2，密集性缺陷等級(jí)見(jiàn)表3。

表1 由缺陷引起底波降低量的質(zhì)量分級(jí)(dB)

表2 單個(gè)缺陷的質(zhì)量分級(jí)

表3 密集區(qū)缺陷的質(zhì)量分級(jí)

當(dāng)缺陷被檢測(cè)人員判定為危害性缺陷時(shí)，鍛件的質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

4 結(jié)論

本文對(duì)碳鋼鍛件在不同加工階段進(jìn)行超聲波檢測(cè)的一系列問(wèn)題進(jìn)行了論述，包括超聲波檢測(cè)時(shí)機(jī)、超聲波檢測(cè)方法和超聲波檢測(cè)的質(zhì)量級(jí)別評(píng)定等。超聲波檢測(cè)是保證碳鋼鍛件質(zhì)量的重要手段之一。如果能做到在不同的檢測(cè)時(shí)機(jī)及早發(fā)現(xiàn)缺陷，及時(shí)處理缺陷，就可降低損失，有效地保證鍛件質(zhì)量。

力普高科粉碎設(shè)備被評(píng)為2014年紹興名牌產(chǎn)品

中國(guó)粉體技術(shù)的領(lǐng)航者——浙江力普粉碎設(shè)備有限公司（簡(jiǎn)稱浙江力普）新年傳喜訊。前不久，2014年紹興名牌產(chǎn)品正式公告，經(jīng)過(guò)資料評(píng)價(jià)、專業(yè)評(píng)價(jià)、滿意度調(diào)查、綜合評(píng)價(jià)、評(píng)審表決和媒體公示，紹興名牌戰(zhàn)略推進(jìn)委員會(huì)最終確定159家企業(yè)申報(bào)的170個(gè)產(chǎn)品（其中復(fù)評(píng)91個(gè)）為2014年紹興名牌產(chǎn)品，并頒發(fā)紹興名牌產(chǎn)品證書，證書有效期為三年。浙江力普的“力普高科”牌粉碎設(shè)備榜上有名，躋身為我國(guó)粉碎設(shè)備行業(yè)屈指可數(shù)的名牌產(chǎn)品之一。

據(jù)悉，2014年紹興市以爭(zhēng)創(chuàng)全國(guó)質(zhì)量強(qiáng)市示范城市為目標(biāo)，大力實(shí)施名牌戰(zhàn)略，依據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展導(dǎo)向和轉(zhuǎn)型升級(jí)的要求，突出科技管理創(chuàng)新和綠色環(huán)保節(jié)能，重點(diǎn)培育高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)和重點(diǎn)服務(wù)業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)牌，為紹興“質(zhì)量強(qiáng)市”建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在2014年新認(rèn)定的紹興工業(yè)名牌產(chǎn)品中，高技術(shù)、高附加值、擁有自主創(chuàng)新技術(shù)（發(fā)明專利）的產(chǎn)品和裝備制造業(yè)產(chǎn)品占80.6%；新認(rèn)定的服務(wù)名牌產(chǎn)品均來(lái)自服務(wù)業(yè)重點(diǎn)企業(yè)或生產(chǎn)性服務(wù)高新技術(shù)企業(yè)。

浙江力普鑄造名牌的秘訣在于：

一是產(chǎn)品定位對(duì)路。該公司專門為上市公司、世界500強(qiáng)等高端客戶精心設(shè)計(jì)、量身定制，以此作為企業(yè)的戰(zhàn)略突破點(diǎn)，有力拓展了產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的品牌影響。同時(shí)，借力國(guó)家重點(diǎn)扶持的新材料、新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，瞄準(zhǔn)納米碳酸鈣、石墨球化粉碎、精制棉粉碎制備纖維素醚三大細(xì)分市場(chǎng)，成功搶占其高端粉碎設(shè)備領(lǐng)域制高點(diǎn)，助推產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。納米碳酸鈣是一種新型超細(xì)固體粉末材料，應(yīng)用前景非常廣闊。但目前我國(guó)碳酸鈣行業(yè)存在這樣一種現(xiàn)象，每噸幾百元的粗加工碳酸鈣無(wú)人問(wèn)津，而8000元/噸的納米活性碳酸鈣卻供不應(yīng)求。為破解這一怪圈，浙江力普集聚行業(yè)專業(yè)人才，成功研發(fā)出納米鈣粉碎生產(chǎn)線，解決了碳酸鈣由粗變細(xì)的技術(shù)難題，為碳酸鈣產(chǎn)業(yè)向納米級(jí)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了技術(shù)裝備支撐。我國(guó)對(duì)于石墨粉的粉碎技術(shù)一直比較落后，往往是將粗加工石墨粉出口到國(guó)外加工，再?gòu)膰?guó)外進(jìn)口使用，這樣一來(lái)成本增加、利潤(rùn)降低。浙江力普公司研制出的石墨粉碎球化生產(chǎn)線，技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，為國(guó)內(nèi)的粉體行業(yè)解決了一大難題，吸引并成為日本、巴西客商的首選。作為中國(guó)纖維素行業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)員單位，浙江力普為滿足人們對(duì)纖維素醚成品微粉的粒度和生產(chǎn)率提出的更高要求，積極吸收國(guó)外先進(jìn)粉碎技術(shù)，消化再創(chuàng)新，在精制棉制備纖維素的粉碎加工技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破。

二是品牌建設(shè)有力。依托于產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì)和特色技術(shù)優(yōu)勢(shì)，浙江力普加大廣告投入力度，利用行業(yè)報(bào)刊傳統(tǒng)媒體和電子網(wǎng)絡(luò)的宣傳優(yōu)勢(shì)，有針對(duì)性地進(jìn)行有效宣傳，突顯個(gè)性，使其知名度和美譽(yù)度在粉碎設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域聲譽(yù)斐然。目前，浙江力普已成為國(guó)內(nèi)知名的專業(yè)生產(chǎn)各類超細(xì)粉碎、精細(xì)分級(jí)成套粉體設(shè)備的浙江省優(yōu)秀創(chuàng)新型企業(yè)。擁有多項(xiàng)國(guó)家專利產(chǎn)品，是紹興市專利示范企業(yè)；研發(fā)的多款粉碎設(shè)備新品進(jìn)入省市科研項(xiàng)目，成為浙江省新產(chǎn)品，被評(píng)為浙江省重點(diǎn)科技產(chǎn)品。（丁文）

Ultrasonic Examination of Carbon Steel Forgings

Qu Xiaowen Qu Bangning Liang Yuguo

Tests the carbon steel forgings by ultrasonic method in different processing stages,hoping to find the defects as early as possible and dispose them in time,thus reducing the loss and damage and ensuring the quality of forgings.

Carbon steel;Forging;Defect;Ultrasonic examination;Test timing

TQ 050.4+1

2014-02-19)

*曲曉文，男，1968年生，工程師。大連市，116600。