超声检测应用.pptx
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1、 B 缩松缩松 铸锭冷却收缩时形成不致密和小孔穴,铸锭冷却收缩时形成不致密和小孔穴,单个尺寸很小,呈弥散分布,当锻件锻压比不足单个尺寸很小,呈弥散分布,当锻件锻压比不足时未能焊合,这种缺陷一般也在锻件中心。时未能焊合,这种缺陷一般也在锻件中心。C 夹夹杂杂物物 根根据据其其来来源源和和牲牲质质可可分分为为:内内在在非非金金属属夹夹杂杂物物、外外来来非非金金属属夹夹杂杂物物和和金金属属夹夹杂杂物物。内内在在非非金金属属夹夹杂杂物物尺尺寸寸较较小小,常常被被钢钢液液漂漂浮浮、位位于于钢钢锭锭的的最最后后凝凝固固区区域域。外外来来非非金金属属夹夹杂杂物物尺尺寸寸较较大,位置不固定。大,位置不固定。第
2、1页/共78页 D 裂纹裂纹 裂纹种类甚多,形成的原因不一,有的裂纹种类甚多,形成的原因不一,有的是缩孔残余在锻造时扩大而形成的裂纹,有的是是缩孔残余在锻造时扩大而形成的裂纹,有的是锻造加热不当或工艺不当锻造加热不当或工艺不当(如加热温度过高,加如加热温度过高,加热速度过快,变形不均匀等热速度过快,变形不均匀等)而形成的裂纹。而形成的裂纹。有有的的是是热热处处理理过过程程中中形形成成的的裂裂纹纹,如如淬淬火火时时加加热热温温度度过过高高,使使钢钢的的组组织织粗粗大大,淬淬火火时时可可能能产产生生裂裂纹纹。冷冷却却不不当当也也容容易易引引起起开开裂裂,淬淬火火后后不不及及时时回回火火或或回回火火
3、不不妥妥也也产产生生裂裂纹纹,甚甚至至在在严严重重时时会会自自行炸裂。行炸裂。第2页/共78页 锻锻件件的的超超声声波波检检测测,可可分分为为早早期期检检测测、验验收收检检测和维护性检测测和维护性检测3种。种。早早期期检检测测,是是在在锻锻坯坯经经粗粗加加工工后后,全全面面或或在在容容易产生缺陷的部位上进行。易产生缺陷的部位上进行。验收性检测,是在加工、热处理后全面进行。验收性检测,是在加工、热处理后全面进行。维维护护性性检检测测,是是工工件件使使用用运运行行一一定定时时间间后后,定定期在应力最大部位上进行。期在应力最大部位上进行。出出于于锻锻件件在在使使用用过过程程中中一一般般所所承承担担的
4、的负负荷荷都都很很高,因此对探伤要求比较严格。高,因此对探伤要求比较严格。第3页/共78页 为为了了确确保保探探头头和和工工件件表表面面接接触触良良好好,被被探探表表面面最好经过机械加工,使表面粗糙度达到要求。最好经过机械加工,使表面粗糙度达到要求。如如不不能能进进行行机机械械加加工工,工工件件的的被被检检表表面面也也应应该该用用砂砂轮轮或或其其它它工工具具打打磨磨,除除掉掉表表面面的的氧氧化化皮皮、油油污、锈蚀和斑痕等不利于超声检测的障碍物。污、锈蚀和斑痕等不利于超声检测的障碍物。在在锻锻件件超超声声检检测测中中,发发现现缺缺陷陷的的能能力力与与缺缺陷陷在在工工件件中中的的取取向向关关系系极
5、极大大,在在检检测测前前必必须须熟熟悉悉锻锻件件的的加加工工艺艺,分分析析缺缺陷陷在在锻锻件件中中存存在在的的形形式式,并并选选取最佳探测面。取最佳探测面。第4页/共78页一一般般锻锻件件中中的的缺缺陷陷方方向向与与锻锻压压方方向向垂垂直直,对对于于轴轴类类锻锻件件主主要要以以圆圆周周方方向向探探测测为为主主,必必要要时时也也可可从从两两端端面面探探测测。对对于于方方形形锻锻件件,必必须须在在互互为为90o的的两两个个面面上上进进行行探探测测。大大型型锻锻件件的的最最佳佳探探测测面面与与锻锻压方向的关系如图所示。压方向的关系如图所示。第5页/共78页 大大型型锻锻件件在在热热处处理理前前由由于
6、于晶晶粒粒粗粗大大,只只能能采采用用频频率率为为0.51MHz的的探探头头检检测测,而而淬淬火火、回回火后则可用火后则可用25MHz频率。频率。国国内内常常用用的的检检测测频频率率是是2.5MHz,国国外外常常用用的的为为22.5MHz。用用得得最最广广泛泛的的探探伤伤方方法法是是纵纵波波脉脉冲冲反反射射法法,必必要要时时对对径径向向缺缺陷陷也也可可用用斜斜探探头头作横波检测。作横波检测。第6页/共78页 对对于于加加工工中中的的锻锻件件,应应在在尚尚为为简简单单形形状状时时进进行行主主要要的的检检测测工工作作,也也即即在在切切削削出出轮轮廓廓、沟沟槽槽加工和多道加工等工序前进行检测。加工和多
7、道加工等工序前进行检测。锻锻件件中中最最常常见见的的缺缺陷陷是是非非金金属属夹夹杂杂与与裂裂纹纹,这这两两种种缺缺陷陷在在检检测测中中仅仅用用反反射射波波高高度度和和缺缺陷陷深深度度指指示示比比较较难难以以区区分分,还还必必须须从从移移动动探探头头时时得得到的图形变化来补充。到的图形变化来补充。第7页/共78页 夹夹杂杂物物一一般般位位于于锻锻件件中中心心部部位位或或环环状状部部位位,其其波波型型大大多多表表现现为为数数量量很很多多、大大小小不不一一的的密密集集反反射射波波。裂裂纹纹一一般般更更规规则则、更更分分散散,其其大大小小比比非金属夹杂物均匀,而且与锻造方向有关。非金属夹杂物均匀,而且
8、与锻造方向有关。与与夹夹杂杂物物相相比比,裂裂纹纹反反射射波波间间的的基基线线明明显显地地分分开开。裂裂纹纹区区的的反反射射波波衰衰减减显显著著,为为了了使使差差异异更明显,有时采用更明显,有时采用5MHz频率。频率。第8页/共78页 轴轴类类锻锻件件、运运转转时时转转速速很很高高,承承受受较较大大载载荷荷的的如如发发动动机机主主轴轴、汽汽轮轮机机及及发发电电机机的的转转子子轴轴以以及柴油机曲轴等。及柴油机曲轴等。为为保保证证轴轴类类锻锻能能正正常常工工作作,必必须须用用超超声声检检测测其其内内部部缺缺陷陷,所所用用频频率率通通常常为为2.5MHz,用用直直探探头头在在轴轴的的圆圆周周上上进进
9、行行检检测测,可可有有效效地地检检测测轴轴的的内内部缺陷。部缺陷。第9页/共78页 当当用用斜斜探探头头在在圆圆周周方方向向检检测测时时,可可以以有有效效地地发现径向缺陷,特别是接近轴表面的裂纹。发现径向缺陷,特别是接近轴表面的裂纹。为为了了便便于于维维护护检检测测,常常用用直直探探头头在在轴轴的的端端面面探探测测,但但有有时时要要配配合合小小角角度度纵纵波波探探头头,可可以以取取得较满意的结果。得较满意的结果。第10页/共78页 大大型型锻锻件件生生产产工工序序多多,周周期期长长,如如能能用用毛毛面面探探伤伤判判定定其其成成废废,则则可可节节约约大大量量机机加加工工工工时时和和及及早早重新投
10、料。重新投料。若若能能查查明明其其规规律律和和性性质质,及及时时采采取取措措施施,以以便便在在以以后后的的加加工工中中去去掉掉这这些些缺缺陷陷,及及时时挽挽救救有有缺缺陷陷的产品,则有很大意义。的产品,则有很大意义。锻锻件件毛毛面面探探伤伤的的困困难难在在于于表表面面有有较较厚厚的的氧氧化化皮皮和表面粗糙度已超过声波波长,造成超声散射。和表面粗糙度已超过声波波长,造成超声散射。解解决决的的办办法法是是采采用用非非接接触触的的电电磁磁超超声声检检测测或或采采用低频和大直径聚焦声束法。用低频和大直径聚焦声束法。第11页/共78页(2)铸件检测铸件检测 铸铸件件缺缺陷陷大大多多是是在在凝凝固固过过程
11、程不不同同阶阶段段产产生生,在在凝凝固固时时从从金金属属液液中中排排出出的的气气体体以以及及从从铸铸型型中中发生的气体进入铸件形成针孔和气孔。发生的气体进入铸件形成针孔和气孔。针针孔孔和和气气孔孔一一般般都都发发生生在在其其吸吸附附物物或或发发生生源源附近,也有是因浇注不善引起的。附近,也有是因浇注不善引起的。金金属属凝凝固固时时,由由于于收收缩缩会会形形成成缩缩孔孔和和缩缩松松,缩孔是因金属液不能充分补充而产生的。缩孔是因金属液不能充分补充而产生的。第12页/共78页 缩缩松松是是分分散散的的缩缩孔孔,在在工工件件中中表表现现为为多多孔孔性性疏松部分。疏松部分。砂砂眼眼与与渣渣眼眼大大多多是
12、是由由于于浇浇注注系系统统设设计计不不当当形形成成的的,砂砂型型不不均均匀匀、浇浇注注时时除除渣渣不不够够、操操作作不不当等也都可能形成砂眼或渣眼。当等也都可能形成砂眼或渣眼。铸铸件件各各部部分分冷冷却却速速度度不不同同,其其热热应应力力超超过过材材料料强强度度时时铸铸件件产产生生裂裂纹纹,裂裂纹纹发发生生在在应应力力最最大大的部位,可能在表面,也可能在内部。的部位,可能在表面,也可能在内部。第13页/共78页 与与锻锻件件相相比比,铸铸件件内内部部晶晶粒粒一一般般比比较较粗粗大大,组组织不均匀、不致密。织不均匀、不致密。所所以以超超声声波波在在铸铸件件中中传传播播时时衰衰减减比比较较大大,穿
13、穿透透性能较差。性能较差。由由于于粗粗大大晶晶粒粒对对超超声声波波的的散散射射作作用用,在在荧荧光光屏屏上会出观很多杂乱的晶界反射。上会出观很多杂乱的晶界反射。铸铸件件的的铸铸态态表表面面比比较较粗粗糙糙,不不容容易易得得到到良良好好的的声声耦耦合合,因因此此铸铸件件的的检检测测灵灵敏敏度度比比较较低低,难难以以检检出比较小的缺陷。出比较小的缺陷。第14页/共78页 而而生生产产中中往往往往要要求求铸铸件件处处于于毛毛面面状状态态就就进进行行探探伤,因此比较困难。伤,因此比较困难。铸铸件件的的晶晶粒粒粗粗大大和和组组织织不不致致密密造造成成声声能能的的极极大大衰衰减减,因因此此,与与其其它它工
14、工件件不不同同的的是是必必须须特特别别注注意意材料的衰减系数。材料的衰减系数。随随着着晶晶粒粒粗粗大大,金金属属结结晶晶方方向向上上的的弹弹性性各各向向异异性性变变得得明明显显,使使不不同同方方向向上上的的声声速速造造成成差差异异,最最大甚至可达大甚至可达5.5%。而而且且,铸铸件件内内不不同同位位置置上上组组织织的的致致密密性性也也不不一一致,使铸件超声检测时定位困难。致,使铸件超声检测时定位困难。第15页/共78页 另另外外与与锻锻件件相相比比,铸铸件件中中存存在在缺缺陷陷种种类类和和形形状状也更为多样。也更为多样。尽尽管管如如此此,随随着着科科学学技技术术的的不不断断发发展展,对对铸铸件
15、件的质量要求也愈来愈高。的质量要求也愈来愈高。为为提提高高铸铸件件超超声声检检测测的的可可靠靠性性,研研究究超超声声波波在在铸铸件件粗粗大大晶晶粒粒组组织织中中的的传传播播机机理理和和铸铸造造缺缺陷陷的的检检测方法,已经成为热门的研究课题。测方法,已经成为热门的研究课题。第16页/共78页 铸铸件件中中铸铸钢钢件件的的超超声声检检测测相相对对比比较较容容易易,这这是是因因为为一一般般铸铸钢钢件件中中的的衰衰减减不不是是特特别别大大,因因此此声声的穿透性还是可以的。的穿透性还是可以的。由由于于铸铸钢钢件件的的生生产产工工艺艺较较锻锻件件简简单单,因因而而由由缺缺陷陷波波形形来来判判断断缺缺陷陷的
16、的性性质质也也比比较较容容易易,可可以以根根据据对对缺缺陷陷波波形形和和加加工工工工艺艺所所作作的的综综合合分分析析来来判断缺陷的性质。判断缺陷的性质。第17页/共78页 用用超超声声波波检检测测奥奥氏氏体体铸铸钢钢件件比比较较困困难难,因因为为它它的的晶晶粒粒粗粗大大,晶晶界界反反射射出出现现的的林林状状回回波波使使缺缺陷陷的的反反射射波波受受到到干干涉涉。目目前前比比较较有有效效的的办办法法是是采用窄脉冲探头和聚焦探头。采用窄脉冲探头和聚焦探头。与与铸铸钢钢件件相相比比,超超声声波波对对铸铸铁铁工工件件的的穿穿透透性性较差,容易产生林状回波,探伤比较困难。较差,容易产生林状回波,探伤比较困
17、难。不不过过不不同同铸铸铁铁件件对对超超声声波波的的穿穿透透性性的的影影响响不不一一样样,灰灰口口铸铸铁铁由由于于有有粗粗大大的的片片状状石石墨墨,超超声声的穿透性极差,探伤非常困难。的穿透性极差,探伤非常困难。第18页/共78页 球球墨墨铸铸铁铁的的球球状状石石墨墨对对超超声声穿穿透透性性的的影影响响就就小小一一些些,白白口口铁铁的的超超声声穿穿透透性性相相对对最最好好,甚甚至至频率高一些也能探伤。频率高一些也能探伤。目目前前球球墨墨铸铸铁铁的的超超声声检检测测比比普普遍遍,而而且且可可以以评定其内部组织状况。评定其内部组织状况。第19页/共78页 有有色色金金属属铸铸件件种种类类繁繁多多,
18、其其缺缺陷陷存存在在的的情情况况也也就更为多样,与铸钢件相比,探伤困难较大。就更为多样,与铸钢件相比,探伤困难较大。特特别别是是被被检检材材料料与与内内部部缺缺陷陷之之间间,特特性性阻阻抗抗的的差别小,缺陷反射率较低,检测更为困难。差别小,缺陷反射率较低,检测更为困难。铝铝合合金金铸铸件件的的各各向向异异性性很很小小,因因此此尽尽管管有有时时晶粒很粗大,但仍能进行超声检测。晶粒很粗大,但仍能进行超声检测。第20页/共78页 在在试试铸铸时时可可用用超超声声来来确确定定有有规规则则重重复复发发生生缺缺陷的位置,以此来确定浇注系统的位置与数量。陷的位置,以此来确定浇注系统的位置与数量。对对于于重重
19、要要的的铸铸件件,设设计计时时应应在在关关键键处处准准备备有有平坦的接触面,用于超声检测。平坦的接触面,用于超声检测。铸铸件件探探伤伤的的效效果果与与所所用用探探头头密密切切相相关关,在在不不同情况下应选用不同类型的探头。同情况下应选用不同类型的探头。第21页/共78页 另另外外对对不不同同铸铸造造合合金金来来说说,超超声声波波的的衰衰减减情情况况也相差很大。也相差很大。评评价价结结晶晶组组织织对对衰衰减减的的影影响响比比较较困困难难,除除晶晶粒粒度和各向异性的影响外,还有很多其它因素。度和各向异性的影响外,还有很多其它因素。不不同同材材料料衰衰减减排排列列为为Mg、Al、Fe、Cu、Pb、黄
20、铜、黄铜、黄铜,黄铜,衰减依次增大。衰减依次增大。铸造组织经冷加工或热加工后,例如锻造、轧铸造组织经冷加工或热加工后,例如锻造、轧制和挤压等,声的衰减就显著减小。制和挤压等,声的衰减就显著减小。第22页/共78页 以以球球墨墨铸铸铁铁连连杆杆为为例例,采采用用频频率率为为2.5MHz,直径为直径为12mm探头,进行超声检测。探头,进行超声检测。该该连连杆杆质质量量可可按按探探伤伤结结果果分分为为7个个等等级级,6级级质质量最好,量最好,0级最差。级最差。第23页/共78页 0 级级:无无背背面面回回波波、缺缺陷陷(缩缩松松和和夹夹杂杂物物)面面积积大于等于大于等于3015(mm)。1级级:只只
21、有有一一次次背背面面超超声声回回波波,此此时时的的缺缺陷陷面面积在积在1010(mm)左右。左右。第24页/共78页 2级级:只只有有2次次背背面面超超声声回回波波,此此时时的的缺缺陷陷面面积积在在510(mm)左右。左右。3级级:只只有有3次次背背面面超超声声回回波波、此此时时的的缺缺陷陷面面积积呈分散分布。呈分散分布。第25页/共78页 4级:有级:有4次背面回波,有次背面回波,有45个小缺陷。个小缺陷。5级:有级:有5次背面回波,有次背面回波,有1 2个小缺陷。个小缺陷。6级:有级:有6次或更多次底面回波,无缺陷。次或更多次底面回波,无缺陷。第26页/共78页(3)焊缝检测焊缝检测 常常
22、用用的的焊焊接接接接头头型型式式有有对对接接、角角接接、丁丁字字按按和和搭接搭接4种,如图所示。种,如图所示。第27页/共78页 超超声声检检测测中中最最常常遇遇到到的的是是对对接接接接头头,其其次次是是角角接接头和丁字接接头,搭接接头较少。接接头和丁字接接头,搭接接头较少。焊焊接接前前常常把把连连接接端端面面加加工工成成合合适适的的形形状状,称称为为坡口形式,如图所示坡口形式,如图所示第28页/共78页因因焊焊接接不不当当,焊焊缝缝及及热热影影响响区区产产生生缺缺陷陷。按按缺缺陷分布位置可分为外部缺陷和内部缺陷,如图陷分布位置可分为外部缺陷和内部缺陷,如图第29页/共78页 外外部部缺缺陷陷
23、,包包括括未未焊焊透透、咬咬边边、焊焊瘤瘤、表表面面裂纹、烧穿等。裂纹、烧穿等。其其中中咬咬边边是是在在焊焊缝缝边边缘缘母母材材上上被被电电弧弧烧烧熔熔的的凹槽,焊瘤是正常焊缝外多余的焊着金属。凹槽,焊瘤是正常焊缝外多余的焊着金属。内内部部缺缺陷陷,包包括括夹夹渣渣、夹夹杂杂物物、未未焊焊透透、未未熔合、气孔、裂纹等。熔合、气孔、裂纹等。气气孔孔对对材材料料静静强强度度影影响响不不大大,但但也也不不允允许许密密集气孔的存在。集气孔的存在。第30页/共78页 焊焊后后残残留留在在焊焊缝缝中中的的熔熔渣渣和和焊焊接接冶冶金金反反应应产产生生的的杂杂质质,如如氧氧化化物物等等称称为为夹夹渣渣和和夹夹
24、杂杂物物。其其形态无一定规律可循。形态无一定规律可循。焊焊接接时时接接头头根根部部未未完完全全熔熔透透而而残残留留的的原原坡坡口口部分叫未焊透。部分叫未焊透。熔熔焊焊时时焊焊道道与与母母材材之之间间或或焊焊道道与与焊焊道道之之间间未未完全熔化结合的部分叫未熔合。完全熔化结合的部分叫未熔合。第31页/共78页 裂裂纹纹的的情情况况复复杂杂比比较较,生生成成部部位位不不一一,造造成成开裂的因素很多。开裂的因素很多。裂裂纹纹常常产产生生于于低低合合金金高高强强度度钢钢中中,有有时时在在焊焊后才发生的称为延时裂纹。后才发生的称为延时裂纹。裂裂纹纹的的危危害害性性最最大大,是是超超声声检检测测的的重重要
25、要检检测测对象,超声检测对裂纹和未焊透则非常敏感。对象,超声检测对裂纹和未焊透则非常敏感。第32页/共78页 由由于于焊焊缝缝有有余余高高、表表面面凹凹凸凸不不平平,而而且且焊焊缝缝中中的的危危险险性性缺缺陷陷大大多多与与探探测测面面接接近近垂垂直直或或形形成成一定角度,故主要用横波对焊缝进行检测。一定角度,故主要用横波对焊缝进行检测。用用横横波波斜斜探探头头在在焊焊缝缝两两侧侧扫扫查查,探探头头频频率率一一般般采采用用22.5MHz,为为了了提提高高检检测测分分辨辨力力有有时时也也可采用可采用5MHz。斜斜探探头头的的角角度度主主要要由由工工件件厚厚度度决决定定,当当然然也也要要考考虑虑焊焊
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