EN 12680-3：2012《鑄造 超聲波檢測(cè) 第3部分球墨鑄鐵鑄件》標(biāo)準(zhǔn)的理解與應(yīng)用

李　明,徐亮軍

(煙臺(tái)華健檢測(cè)工程有限公司， 煙臺(tái) 265500)

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EN 12680-3：2012《鑄造 超聲波檢測(cè) 第3部分球墨鑄鐵鑄件》標(biāo)準(zhǔn)的理解與應(yīng)用

李明,徐亮軍

(煙臺(tái)華健檢測(cè)工程有限公司， 煙臺(tái) 265500)

在對(duì)球墨鑄鐵件進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，經(jīng)常會(huì)用到EN 12680-3：2012《鑄造 超聲波檢測(cè) 第3部分 球墨鑄鐵鑄件》標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)的深入學(xué)習(xí)，結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，介紹了對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的理解和應(yīng)用心得，著重介紹了使用穿透法時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題，以供同行參考。

球墨鑄鐵;穿透法檢測(cè);底波衰減;DGS曲線

在對(duì)球墨鑄鐵件進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，經(jīng)常會(huì)用到EN 12680-3：2012《鑄造 超聲波檢測(cè) 第3部分 球墨鑄鐵鑄件》標(biāo)準(zhǔn)。筆者通過(guò)對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)的深入學(xué)習(xí),結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，介紹了對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的理解與應(yīng)用心得。

1　穿透法檢測(cè)

EN 12680-3標(biāo)準(zhǔn)第1條“范圍”的表述為“該歐標(biāo)不適用于透射技術(shù)。注: 透射技術(shù)靈敏度不足以探測(cè)球墨鑄鐵鑄件中發(fā)現(xiàn)的不連續(xù)性，只在特殊情況中使用。”透射技術(shù)，也稱穿透法，是采用一發(fā)一收雙探頭分別放置在被檢工件相對(duì)的兩個(gè)表面上，依據(jù)脈沖波或者連續(xù)波穿透工件之后的能量變化來(lái)檢測(cè)工件缺陷的方法。按標(biāo)準(zhǔn)要求，只在特殊情況中使用。下面介紹一種在球墨鑄件超聲檢測(cè)過(guò)程中使用穿透法的特殊情況。

在球墨鑄鐵件檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)要對(duì)缺陷進(jìn)行評(píng)定，其中很重要的一個(gè)參數(shù)就是缺陷在通壁方向的尺寸，該尺寸的測(cè)量原則如標(biāo)準(zhǔn)5.5.6.3條規(guī)定：“盡可能使用直探頭從相對(duì)面測(cè)量通壁方向到檢測(cè)表面的不連續(xù)性尺寸?！痹趯?shí)際測(cè)量時(shí)，需要從兩個(gè)檢測(cè)面各自進(jìn)行測(cè)定，探頭布置如圖1所示。通壁方向尺寸:

(1)

式中：S1，S2分別為探頭a、b到缺陷的聲程長(zhǎng)度；t為鑄件壁厚。

圖1　鑄件通壁方向缺陷尺寸的測(cè)量示意

如圖1所示，實(shí)際檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的缺陷常常是密集型的，有時(shí)在檢測(cè)面上的投影面積也會(huì)較大;因此,在缺陷面積比較大的情況下，想要從鑄件兩表面確定所測(cè)缺陷是否為同一缺陷，往往比較困難。由于鑄件的幾何尺寸往往比較大，即使缺陷為獨(dú)立連續(xù)顯示，如果在鑄件的一側(cè)發(fā)現(xiàn)了缺陷，想從對(duì)側(cè)找到同一缺陷，并且對(duì)缺陷進(jìn)行如圖1所示的通壁方向的尺寸測(cè)量,也會(huì)比較困難。此時(shí)應(yīng)用穿透法會(huì)有很好的效果。

首先設(shè)置超聲波儀器為穿透法(儀器的探頭插口為一收一發(fā)狀態(tài))，然后用兩個(gè)單晶探頭連接兩根探頭線(如果鑄件尺寸比較大，探頭線就要盡量長(zhǎng))，分別插在儀器設(shè)備的兩個(gè)插口中，將其中一個(gè)探頭按在鑄件一側(cè)檢測(cè)面上的有缺陷位置處保持不動(dòng)，然后用另一個(gè)探頭在鑄件的另一側(cè)檢測(cè)面上掃查，如圖2所示。只有當(dāng)兩個(gè)探頭相對(duì)時(shí)，儀器屏幕上才會(huì)顯示波形;這時(shí),該探頭的位置就是缺陷在鑄件的另一側(cè)的投影位置,也就可以根據(jù)測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)，用式(1)計(jì)算出缺陷在通壁方向的尺寸大小。

圖2　穿透法探頭布置示意

在應(yīng)用式(1)計(jì)算缺陷在通壁方向的尺寸大小時(shí)，要注意S1和S2均指在壁厚方向上發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)缺陷的回波(也就是最靠近始波的缺陷)的指示深度(注意：對(duì)于面積型缺陷，S1和S2并不一定是嚴(yán)格正對(duì)的，也可能會(huì)錯(cuò)開(kāi)一定的距離)。另外在EN 12680-3標(biāo)準(zhǔn)中也沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明第一個(gè)缺陷回波是否需要達(dá)到某一當(dāng)量才能計(jì)入缺陷的計(jì)量，筆者在西門子風(fēng)電項(xiàng)目中采用φ3 mm-6 dB值作為測(cè)量參考，但這對(duì)于不同的檢測(cè)工程可能會(huì)有不同的要求，需要在檢測(cè)前通過(guò)相關(guān)技術(shù)文件進(jìn)行約定，以免評(píng)定缺陷時(shí)產(chǎn)生分歧。

另外，評(píng)估缺陷占壁厚的百分比時(shí)，應(yīng)該按照機(jī)加工后的實(shí)際壁厚尺寸，而不能用機(jī)加工前的初始壁厚進(jìn)行評(píng)估。例：初始壁厚t=50 mm，S1=25 mm，S2=10 mm，此時(shí)缺陷在通壁方向尺寸為t-S1-S2=15 mm。假如鑄件后期的機(jī)加工量為10 mm，此時(shí)用來(lái)計(jì)算缺陷占壁厚百分比時(shí)的壁厚實(shí)際應(yīng)取50 mm-10 mm=40 mm，則可計(jì)算出缺陷占壁厚的百分比為(50-25-10)/40=15/40=37.5%。如果此時(shí)用初始的壁厚50 mm進(jìn)行計(jì)算，就可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤結(jié)論。

2　特殊缺陷的檢測(cè)

對(duì)球墨鑄鐵件進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，有一種情況是檢測(cè)人員容易忽視的，即存在缺陷的反射當(dāng)量不大，但底波衰減卻較明顯的情況。筆者在實(shí)際的檢測(cè)中就遇到過(guò)底波衰減大于20 dB,而缺陷的反射當(dāng)量只有φ4 mm平底孔當(dāng)量的情況。正常與不正常底波的對(duì)比如圖3所示。

圖3　正常底波與不正常底波的對(duì)比

圖4　解剖后所見(jiàn)的密集缺陷示例

事后對(duì)該缺陷處進(jìn)行解剖,解剖后的缺陷示例如圖4所示。從圖4可見(jiàn):缺陷比較密集，也比較嚴(yán)重;之所以反射當(dāng)量不大，是由于超聲波在缺陷處發(fā)生了漫反射且部分能量被吸收的緣故，所以對(duì)此類缺陷進(jìn)行檢測(cè)時(shí)要注意以下幾方面的問(wèn)題。

(1) 探頭的選擇

從兩面檢測(cè)時(shí)，要選擇合適的探頭，一般是根據(jù)壁厚和缺陷的深度進(jìn)行選擇:如果壁厚較小或者缺陷埋深較小，應(yīng)選擇雙晶探頭；對(duì)于曲面工件，如果曲率較大，最好選擇晶片直徑小的探頭。

(2) 靈敏度的調(diào)節(jié)

在檢測(cè)面的表面狀態(tài)不同時(shí)，比如存在打磨的情況下，一般鑄態(tài)表面要比打磨后表面粗糙，同樣的檢測(cè)靈敏度時(shí)，鑄態(tài)表面檢測(cè)需要的增益要高于打磨后表面。如果從鑄態(tài)表面調(diào)校靈敏度后，在打磨面進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷并進(jìn)行定量，會(huì)擴(kuò)大缺陷定量；相反，則會(huì)縮小缺陷定量。另外在壁厚相同時(shí)，如果表面狀態(tài)不一樣或者內(nèi)部晶粒尺寸不一樣，靈敏度都會(huì)不同;如果發(fā)現(xiàn)缺陷部位比靈敏度設(shè)置位置的表面粗糙或晶粒粗糙，都會(huì)造成缺陷的當(dāng)量測(cè)量值偏低，所以最好在缺陷附近無(wú)缺陷處重新設(shè)置靈敏度。

(3) 缺陷面積

缺陷面積指所有底波衰減或者當(dāng)量達(dá)到記錄要求的點(diǎn)的連線，也就是探頭測(cè)量時(shí)中心點(diǎn)的連線所圍成的閉合圖形的面積。實(shí)際缺陷面積的計(jì)算一般取閉合圖形中兩條方向盡量垂直的最大尺寸對(duì)角線的乘積。

EN 12680-3標(biāo)準(zhǔn)第5.3.2 條“探頭和換能器頻率”的注5表述為“球墨鑄鐵縱波聲速等于或高于5 500 m·s-1”。這一條內(nèi)容既提醒檢測(cè)人員球墨鑄件與常規(guī)鋼材在聲速方面的不同，也要求在檢測(cè)前應(yīng)該首先測(cè)量聲速，也就是通常說(shuō)的聲程校準(zhǔn)。操作時(shí),一般在工件上選取表面比較平整且與底面平行的區(qū)域，先用尺子測(cè)量出壁厚，然后通過(guò)一二次波進(jìn)行校準(zhǔn)(也可在材料相同的試塊上校準(zhǔn))。校準(zhǔn)完成后，要注意查看超聲波檢測(cè)儀中顯示的聲速值，對(duì)于球墨鑄鐵，按照本標(biāo)準(zhǔn)，需要不小于5 500 m·s-1(鑄鋼件的聲速和鋼的差不多，約為5 920 mm·s-1，一定要區(qū)分鑄鐵和鑄鋼);如果儀器顯示的聲速小于5 500 m·s-1，則不適用本標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)于EN 12680-3標(biāo)準(zhǔn)第5.3.5條 “超聲波設(shè)備的時(shí)基設(shè)定和靈敏度設(shè)定”，檢測(cè)靈敏度的設(shè)定首先要知道壁厚，然后根據(jù)壁厚查閱標(biāo)準(zhǔn)中的表6(見(jiàn)表1),表中*處表示僅用于因鑄件幾何形狀不能獲得底波的區(qū)域。

表1　超聲波檢測(cè)指示數(shù)據(jù)評(píng)定

假如鑄件壁厚為50 mm，此時(shí)的檢測(cè)最小靈敏度就是φ5 mm平底孔,可以小于φ5 mm,但不能大于φ5 mm,也就是說(shuō)要求能檢測(cè)出的最小缺陷的當(dāng)量直徑為5 mm。平時(shí)檢測(cè)時(shí)，有的客戶會(huì)有特殊要求，比如要求φ3 mm以上的缺陷都要記錄，此時(shí)就需按照客戶的要求設(shè)置靈敏度。

3　DGS曲線的驗(yàn)證

在檢測(cè)球墨鑄鐵件時(shí)，由于球墨鑄鐵在成分和金相結(jié)構(gòu)上的千差萬(wàn)別，實(shí)際生產(chǎn)中不可能針對(duì)每種球墨鑄鐵都制作相應(yīng)的對(duì)比試塊。應(yīng)用某公司的超聲波檢測(cè)儀及其超聲探頭組合可解決此問(wèn)題，其能直接利用儀器內(nèi)置的DGS(距離-回波高度-當(dāng)量尺寸)曲線方便地對(duì)鑄鐵件的缺陷進(jìn)行定量，從而省去制作大量對(duì)比試塊的麻煩。以USM35XS超聲檢測(cè)儀為例，利用該儀器在鑄鐵件上能容易地制作出DGS曲線，但是DGS曲線制作好后如果不進(jìn)行驗(yàn)證,往往會(huì)造成較大的測(cè)量誤差，這一點(diǎn)易被檢測(cè)人員忽視。下面以筆者在西門子風(fēng)電項(xiàng)目上的經(jīng)驗(yàn)介紹一下如何驗(yàn)證在鑄件上制作的DGS曲線的準(zhǔn)確性:用φ3 mm平底孔做檢測(cè)靈敏度，以GE公司的SEB 2-0探頭為例。

圖5　φ3 mm平底孔的DGS曲線

圖6　底波衰減到與DGS曲線等高時(shí)的傳輸校正衰減dB值

制作的DGS曲線如圖5，在檢測(cè)面隨機(jī)選取一個(gè)點(diǎn)，使底波衰減到與DGS曲線等高，觀察儀器顯示的傳輸校正衰減dB值(見(jiàn)圖6)。此時(shí)可看到，底波衰減至少28 dB,記錄此時(shí)的深度174 mm，即174 mm深度處φ3 mm平底孔的檢測(cè)靈敏度比同等距離處的大平底的靈敏度低28 dB。對(duì)應(yīng)該生產(chǎn)廠家提供的SEB 2-0探頭的DGS曲線(見(jiàn)圖7)，在橫坐標(biāo)上找到深度大約174 mm處，如圖中紅線(圖中第三根豎線)位置。該線與大平底(∞)交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值約為4 dB，與φ3 mm曲線交點(diǎn)約為32 dB。此兩者差值為28 dB,即用廠家提供的DGS曲線得出的φ3 mm平底孔檢測(cè)靈敏度要比同聲程處大平底的靈敏度高28 dB左右;這與用探頭在鑄鐵件上所作的φ3 mm DGS曲線測(cè)量出來(lái)的分貝差相一致，因此在鑄鐵件上做出的DGS曲線是符合要求的。

圖7　生產(chǎn)廠家提供的探頭DGS曲線

4　結(jié)語(yǔ)

結(jié)合對(duì)EN 12680-3：2012《鑄造 超聲波檢測(cè) 第3部分 球墨鑄鐵鑄件》標(biāo)準(zhǔn)的理解，介紹了對(duì)球墨鑄鐵件進(jìn)行穿透法超聲檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)人員需要注意的幾個(gè)問(wèn)題；并且指出，對(duì)反射當(dāng)量不大但底波衰減較明顯的缺陷，在DGS曲線制作好后，需要利用生產(chǎn)廠家提供的探頭DGS曲線對(duì)所制作的DGS曲線進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)其是否達(dá)到要求。

Some Understanding and Application of EN 12680-3:2012Founding-UltrasonicExamination-Part3SpheroidalGraphiteCastIronCastings

LI Ming, XU Liang-jun

(Yantai Hua Jian Testing &Engineering Co., Ltd., Yantai 265500, China)

When ductile iron castings were detected, the standard of EN 12680-3:2012Founding-UltrasonicExamination-Part3SpheroidalGraphiteCastIronCastingswas often used. Through in-depth study of this standard, combined with practical experience, the authors aim to introduce the experience of understanding and application of the standard and to emphasize that attention should be paid to the transmission method in several issues, which might offer reference for people working in the same field.

Spheroid graphite iron; Transmission inspection; Back wall wave attenuation; DGS curve

2015-12-02

李明(1973-)，男，工程師,主要從事鍛件、鑄件及焊接件的無(wú)損檢測(cè)工作。

李明, E-mail: andy-m.li@sgs.com。

10.11973/wsjc201606018

TG115.28

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1000-6656(2016)06-0073-04