中小锻件UT检测技术介绍课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,锻件加工及常见,缺陷,各种常用检测方法原理,常用无损检测设备和器材,常用无损检测方法的适用范围和局限性,无损检测人员和设备要求,无损检测对设计、工艺要求,无损检测新技术介绍,锻件,是由热态钢锭经锻压变形而成。锻压过程包括加热、形变和冷却，锻件的方式大致分为镦粗、拔长和滚压。镦粗是锻压施加于坯料的两端、形变发生在横截面上。拔长是锻压力施加于坯料的外园、形变发生在长度方向。滚压是先镦粗坯料，然后冲孔再插入芯棒并在外圆施加压力。滚压即有纵向形变，又有横向形变。其中镦粗主要用于饼类锻件，拔长主要用于轴类锻件，而简类锻件一般先镦粗后冲孔再滚压。,为了改善锻件和组织性能，锻后还要进行正火、退火或调质等热处理。,锻件中的缺陷按缺陷形成的时期可分为铸造缺陷、锻造缺陷和热处理缺陷。铸造缺陷主要有：缩孔残余、疏松、夹杂、裂纹等。锻造缺陷主要有：折叠、白点、裂纹等。热处理缺陷主要有：裂纹、白点等。,锻件加工及常见,缺陷,缩孔,残余是铸锭中的缩孔在锻造时切头量不足残留下来的，多见于锻件的端部，在轴向有较大的延伸长度。,疏松是钢锭在凝固收缩时形成的不致密和孔穴，锻造时因锻造比不足而未全焊合，多出现在大型锻件中。,夹杂有内在夹杂、外来非金属夹杂和金属夹杂。内在夹杂主要集中于钢锭中心及头部。,裂纹的形成原因很多，锻造裂纹和热处理裂纹等。奥氏体钢轴心晶间裂纹就是铸造引起的裂纹。锻造和热处理不当，会在锻件表面或芯部形成裂纹。,白点是锻件含氢量较高，锻后冷却过快，钢中溶解的氢来不及逸出造成应力过大引起的开裂。白点主要集中于锻件大截面中心。合金总量超过,3.5,4.0%,和含,Cr,、,Ni,、,Mu,的合金钢大型锻件容易产生白点。白点在钢中总是成群出现。,锻件加工及常见,缺陷,按,探伤时间分类,:,锻件,探伤可分为原材料探伤和制造过程中的探伤，产品检验,及在,役检验,。,原材料,探伤和制造过程中探伤的目的是及早发现缺陷，,以,便,及时采取措施避免缺陷,发展扩大,造成报废。产品检验的目的是,保,证,产品质量。,在役检验的目的是监督运行后可能产生或发展的缺陷，主要,是,疲劳裂纹,。,经过锻造的工件中的缺陷具有一定的方向性。通常缺陷的,分布,和,方向与锻造,流线,方向有关，为了得到最好的检测效果，应,尽可能,使,超声波声束,与锻造,流线方向,垂直,。,探伤方法,概述,探伤方法,概述,例如：轴类锻件的锻造工艺主要以拔长为主，因而大部分缺陷的取向与轴线平行。此类工件的探伤以纵波直探头从径向探测效果最佳。考虑到缺陷会有其它的分布及取向。因此轴类锻件探伤，还应辅以直探头轴向探测和斜探头周向探测及轴向探测。,摸锻件的变形流线是与外表平行的，检测时要尽量使声束与外表面垂直，采用水浸法比较容易实现。,锻件的探伤需对表面和外形加工具有光滑的表面，满足入射面的要求，以提高灵敏度。,水浸法对工件表面的要求低与接触法。,探伤方法,概述,1,.,轴类锻件的探伤,直探头径向和轴向探测：如图,8.1,所,示，直探头作径向探测时将探头置于轴的,外缘，沿外缘作全面扫查。以发现轴类锻,件中常见的纵向缺陷。直探头作轴向探测,时，探头置于轴的端头，并在轴端作全面,扫查，以检出与轴线相垂直的横向缺陷。,但当轴的长度太长或轴的多个直径不等的,轴段时，会有声束扫查不到的死区，因而,此方法有一定的局限性。,斜探头周向及轴向探测：锻件中若在,轴向及径向缺陷或轴上有几个不同的直,径，用直探头探测径向或轴向缺陷都难以,检出，此时则必须使用斜探头在轴外圆作,周向及轴向探测。考虑到缺陷的取向，探,测时探头应作正反两个方向的全面扫查，,如右图所示。,探伤方法,概述,2.,饼类、碗类锻件的探伤,饼类和碗类锻件的锻造工艺主要以镦粗为主，缺陷的分布主要平行于端面，所以用直探头在端面探测是检测出缺陷的最佳检测面。,对于上述重要的饼类、碗类锻件，要从两端面进行探伤，此外有时还要从侧面进行径向探伤，如右图所示。,从两端面探测时，探头置于锻件端面进行全面探测，以探出与端面平行的缺陷。从锻件侧面进行径向探测时，探头在锻件侧面扫查，以发现某些轴向缺陷。,探伤方法,概述,3.,筒类或环形锻件的探伤,茼类锻件的锻造工艺是先镦粗，后冲孔，再滚压。因此缺陷的取向比轴类锻件和饼类锻件中的缺陷的取向复杂。但由于铸锭中质量最差的中心部分已被冲孔时去除，因而简类锻件的质量一般较好。其缺陷的主要取向仍与简体的外圆表面平行，所以简类锻件的探伤仍以直探头外圆探侧为主，但对于壁较厚的简类锻件，须加用斜探头探测。,（,1,）直探头探测：如图,8.,所示，用直探头从简体外圆面面探测。外圆探测的目的是发现与轴线平等的周向缺陷。端面探测的目的是发现与轴线垂直的横向缺陷。,（,2,）双晶探头探测：如图,8.4,所示，为了探测简体近表面缺陷，而要采用双晶探头从外圆面或端面探测。,探测条件的,选择,探测条件的选择,1.,探头的选择,锻件超声波探伤时，主要使用纵波直探头，晶片尺寸直径为,14,28mm,，常用,20mm,。对于较小的锻件，考虑近场区和耦合损耗原因，一般采用小晶片探头。有时为了探测与探测面成一定倾角的缺陷，也可采用一定值的探头进行探测。对于近距离缺陷，由于直探头的盲区和近场区的影响，常采用双晶直探头探测。锻件的晶粒一般细小，因此可选用较高的探伤频率，常用,2.5,5.0MZH,。对于少数材质晶粒粗大衰减 严重的锻件，为了避免出现“林状回波”，提高信噪比，应选用较低的频率，一般为,1.0,2.5MH,。,JB/T4730-2005.3,4.2.2,对于探头晶片直径的要求：,双晶探头的公称频率应选用,5MHz,晶片面积,150mm,2,;,单晶直探头的公称频率应选用,2,5MHz,，晶片面积,14mm,25mm,。,2.,耦合的选择,在锻件探伤时，为了实现较好的声耦合，一般要求探测面的表面粗糙度,a,不高于,6.3,m,，表面平整均匀，无划伤、油垢、污物、氧化皮、油漆等。,当在试块上调节探伤灵敏度时，要注意补偿块与工件之间因曲率和表面粗糙度不同引起的耦合损失。,锻件探伤时，常用机油、浆糊、甘油等作耦合剂。当锻件表面较粗糙时也可选用水玻璃作耦合剂。,3.,扫查面的选择,锻件探伤时，原则上应在探测面上从两个相互垂直的方向进行全面扫查，扫查面积尽可能,100%,覆盖工件的表面。在扫查时每条扫查轨迹的宽度应互相有重叠覆盖，大致应为探头直径的,15%,，探头扫查的移动速度不大于,150mm/S,。扫查过程中要注意观察缺陷波的情况和底波的变化情况。,探测厚度大于,400mm,时应从相对的表面进行,100%,的扫查。,探测条件的,选择,4,.,试块选择,锻件探伤中，要根据探头和探测面的情况选择试块。,探测厚度,3N,底面与探测面平行时可采用计算法确定基准灵敏度。,探测厚度,3N,需采用标准试块确定基准灵敏度。,采用单晶直探头探测时调节探伤灵敏度和对缺陷定量时用,CS-,试块；,工件小于,45mm,采用双晶直探头时调节探伤灵敏度和对缺陷定量时用,CS,试块。,4730-2005.3 4.2.3,对试块,CS-,和,CS,的要求：,CS-,单晶直探头标准试块,CS,标准试块尺寸,序号,L,D,CS-1,50,50,CS-2,100,60,CS-3,150,80,CS-4,200,80,探测条件的,选择,CS-,标准试块,采用纵波双晶直探头探伤时常选用图,6.6,所示,CS,的试块来调节探伤灵敏度和对缺陷定量。该试块的人工缺陷为平底孔。,基准灵敏度：,测试一组不同距离的,3mm,平底孔（至少,3,个）。调节衰减器，作出双晶直探头的距离,波幅曲线，此即为基准灵敏度。,扫查灵敏度一般不得低于最大检测距离处,2mm,平底孔当量直径。,试块,序号,孔,径,检测距离,L,1,2,3,4,5,6,7,8,9,CS,-1,2,5,10,15,20,25,30,35,50,45,CS,-2,3,CS,-3,4,CS,-4,6,探测条件的,选择,5.,探伤时机,锻件超声波探伤应在热处理后进行，因为热处理可以细化晶粒，减少衰减。此外，还可以发现热处理过程中产生的缺陷。对于带孔、槽和台阶的锻件，超声波应在孔、槽和台阶加工前进行。因为孔、槽、台阶对探伤不利，容易产生各种非缺陷回波。表面粗糙度,a,不高于,6.3,m,。,当热处理后材质衰减仍较大且对于探测结果有较大影响时，,应重新进行热处理。,探测条件的,选择,扫描速度和灵敏度的,调节,1.,扫描速度的调节,锻件探伤前，一般根据锻件要求的探测范围来调节扫描速度，以便发现缺陷后对缺陷定位。,扫描速度的调节可在试块上进行，也可在锻件上尺寸已知的部位上进行。在试块上调节扫描速度时，试块的声速应尽可能与工件相同或相近。,调节扫描速度时，一般要求第一次底波前沿位置不超过水平刻度极限的,80%,，以利观察一次底波之后的某些信号情况。,2.,检测灵敏度的调节,锻件探伤起始灵敏度是由锻件技术要求或有关标准确定的。一般不低于,2,平底孔当量直径。,调节锻件探伤起始灵敏度的方法有两种，一种是利用锻件底波来调节，另一种是利用试块来调节。,底波调节法,当锻件被探部位厚度,X,N,，且锻件具有平行底面或圆柱曲底面时，常用底波来调节探伤灵敏度。,扫描速度和灵敏度的,调节,计算：对于平底面同距离处底波与平底孔回波的分贝差为：,P,B,2,X,dB,=20,= 20,P,f,D,f,2,式中,波长；,被探部位的厚度；,f,平底孔直径。,对于同距离处圆柱曲底面与平底孔回波分贝差为：,P,B,2,X d,dB,=20,=20,10,P,f,D,f,2,D,式中,d,曲面的直径；,探测厚度；,“,”,外圆径向探测，内孔凸柱面反射；,“,”,内孔径向探测，外圆凹柱面反射；,扫描速度和灵敏度的,调节,对于一个有固定系列产品的制造厂来说,要求探伤的零部件相对固定,标准要求的参数也相对固定,在公式中就是波长,固定，要求发现的最小缺陷固定，只有探测厚度是变化的。如此灵敏度的计算就可以简化。,公式表示为：,dB,=20,P,B,/P,f,=202,X/,D,f,2,若,=2.36 D,f,=2,时 则,dB,=20X-8.5,如探测中心有孔的轴类工件,在上面的基础上减去中心孔的差即可,:,dB,=20,P,B,/P,f,=202,X/,D,f,2,=20X-8.510 d/D,调节：探头对准完好区的底面，衰减,(,5,10)dB,，调“增益”使底波达基准高，然后用“衰减器”增益,dB,，这时灵敏度就调好了。为了方便于发现缺陷可再增益,5,10dB,作为搜索灵敏度，即扫查灵敏度。,扫描速度和灵敏度的,调节,例,1.,用,2.5P20Z,探头径向探伤,D500mm,的实心圆柱体锻件，,=5900m/S,问如何利用底波调节,500,2,灵敏度？,解：由题意得：,C 5.9,= = = 2.36(mm),f 2.5,计算：,500mm,处底波与,平底孔回波分贝差为：,P,B,2,X,dB,=20,=20 =45.5(dB),P,f,D,f,2,调节：探头对准完好区圆柱体底面，衰减,55dB,，调“增益”使底波最高达基准,80%,高，然后用“衰减器”增益,46 dB,，即去掉,46 dB,，保留,dB,，这时,灵敏度就调好了。必要时再增益,6dB,作为扫查灵敏度。,扫描速度和灵敏度的,调节,例,2,，用,2.5,20,探头径向探伤外径为,1000mm?,内径为,100mm,的空心圆柱体锻件，,=5900m/S,问如何利用内孔径回波调节,450,2,灵敏度？,解：由题意得：,C 5.9,=,=,= 2.36(mm),f 2.5,P,B,2,X d,dB,=20,=20,10 =35,(dB),P,f,D,f,2,D,计算：,450mm,处内孔回波与,2,回波的分贝差为,调节：探头对准完好探头对准完好区的内孔，衰减,45Db,，调,“,增益,”,使底波最高达基准,60%,高，然后用,“,衰减器,”,增益,35 dB,作为探伤灵敏度，再增益,6 dB,作为扫查灵敏度。,扫描速度和灵敏度的,调节,试块调节法,单直探头探伤：当锻件的厚度,X,N,，或由于几何形状所限或底面粗糙时，应利用具有人工缺陷的试块来调节探伤灵敏度，如,CS-1,和,CS-2,试块。调节时将探头对准所需试块的平底孔，调,“,增益,”,使平底孔回波达基准高即可。,需注意的是：当试块表面形状、粗糙度与锻件不同时，要进行耦合补偿。当试块与工件的材质衰减相差较大时，还要考虑介质衰减补偿。,例,1.,用,2.5,20,探头探伤厚度为,50mm,的小锻件，采用,CS-1,试块调节,50,2,灵敏度，试块与锻件表面耦合差,3dB,，问如何调节灵敏度？,解：利用,CS-1,试块调节灵敏度的方法如下：,将探头对准,CS-1,试块中号试块的,2,平底孔距离为,50mm,，衰减,10dB,，调,“,增益,”,使,2,回波达,60%,高，然后再用,“,衰减器,”,增益,3dB,，这时,50,2,灵敏度就调好了。,扫描速度和灵敏度的,调节,例,2.,用,2.5,14,探头探测底面粗糙厚为,400mm,的锻件，问如何利用,100,4,平底孔试块调节,400mm,2,灵敏度？试块与工件表面耦合差,6dB,。,解：计算：,100,4,与,400,2,回波分贝差：,P,f1,1,X,2,4,400,dB,=20,=40,= 40,= 36(dB),P,f2,2,X,1,2,100,调节：探头对准,100,4,平底孔试块的平底孔，衰减,50dB,，调,“,增益,”,使,4,平底孔回波达基准高，然后用,“,衰减器,”,增益,42dB,，这时,400,2,灵敏度就调好了。这时工件上,400,2,平底孔缺陷回波正好达基准高。,扫描速度和灵敏度的,调节,双晶直探头探伤：采用双晶直探头探伤时，要利用图,6.6,所示的双晶探头平底孔试块来调节探伤灵敏度。先根据需要选择相应的平底孔试块，并测试一组距离不同直径相同的平底孔的回波，使其中最高回波达满刻度的,80%,，在此灵敏度条件下测出其它平底孔的回波最高点，并标记在显示屏上，然后连接这些回波最高点，从而得到一条平底孔距离,波幅曲线（,DAC,），并以此作为探伤灵敏度。,实际探测时还要考虑试块和工件之间的表面粗糙度带来的,dB,差。,缺陷大小的测定,2.,缺陷大小的测定,在锻件探伤中，对于尺寸小于声束截面的缺陷一般用当量法定量。若缺陷位于,X,N,区域内时常用当量计算法和当量曲线法定量，若缺陷位于,X,3,N,区域内时常用试块比较法定量。,对于尺寸大于声束截面的缺陷一般采用测长法，常用的测长法有,6dB,法和端点,6dB,法。必要时还可以采用底波高度法来确定缺陷的相对大小。,缺陷大小的测定,当量计算法,当量计算法是利用各种规则反射体的回波声压公式和实际探伤中,测得的结果（缺陷的位置和波高）来计算缺陷的当量大小。当量,计算法是目前锻件探伤中应用最广泛的一种定量方法。用当量计,算法定量时，要考虑探伤灵敏度的基准。当用平底面和实心圆柱,体曲底面调节灵敏度时，当量计算公式为：,P,B,2,X,f,2,Bf,=20,=20,+2,(X,f,X,B,),公式（,6.5,）,P,f,D,f,2,X,B,式中,X,f,平底孔缺陷到探测面的距离；,X,B,锻件底面到探测面的距离。,材质衰减系数；,波长；,D,f,平面孔缺陷的当量直径；,Bf,底波与平底孔缺陷的回波分贝差,缺陷大小的测定,示例：,有,一厚度为,400mm,的饼形锻件，要求探伤灵敏度为,2mm,平底孔，当用底波调节灵敏度时，,如何调节检测灵敏度？,若在,200mm,处发现一缺陷波比基准波高,24dB,，该缺陷的当量直径为多大？（使用,2.5MHz,、,20mm,的直探头）（,底波应调至,31.4dB,。,该缺陷的当量直径为,4mm,）,解、由题已知：,=C/f=5.9,10,6,/2.5,10,6,=2.36mm,，,N=D,2,/4=20,2,/4,2.36=42.4mm,X,1,=400mm,，,X,2,=200mm,，,1,=2mm,因,X,1,和,X,2,均大于,3N=127mm,所以可以采用计算法：,用底波调节灵敏度应增益：,=,20lg(2,X,1,/,1,2,=,43.5,dB,已知,21,=24dB,21,=40lg,（,X,1,2,）,/,（,X,2,1,）,即,24dB =40lg,（,400,2,）,/,（,200,2,）,得：,2,=4,mm,缺陷大小的测定,6dB,测长法,在平面探伤中，用,6dB,法测定缺陷的长度时，探头的移动距离就是缺陷的指示长度，如图,6.8,所示。,然而在对圆柱形锻件进行周向探伤时，探头的移动距离不再是缺陷的指示长度了。这时要按几何关系来确定缺陷的指示长度，如图,6.9,所示。,外圆周向探伤测长时，缺陷的指示长度,L,f,为：,L,L,f,=,（,R,X,f,）,R,式中,L,探头移动的外圆弧长；,R,圆柱体外半径；,X,f,缺陷的声程,内孔周向探伤测长时，缺陷的指示长度,L,f,为：,L,L,f,=,（,r,X,f,）,r,式中,L,探头移动的内圆弧长,r,圆柱体内半径；,X,f,缺陷的声程。,缺陷回波判别,在锻件探伤中，不同性质的缺陷回波是不同的，实际探伤时可根据,示波屏上的缺陷回波情况来分析缺陷的性质和类型。,1.,单个缺陷回波,锻件探伤中，示波屏上单独出现的缺陷回波称为单个缺陷回波。一般单个缺陷是指与邻近缺陷间距大于,50mm,、回波高不小于,2,的缺陷。如锻件中单个的夹层、裂纹等。探伤中遇到单个缺陷时，要测定缺陷的位置和大小。当缺陷较小时，用当量法定量，当缺陷较大时，用,6dB,法测定其面积范围。,2.,分散缺陷回波,锻件探伤中，工件中的缺陷较多且较分散，缺陷彼此间距较大，这种缺陷回波称为分散缺陷回波。一般在边长为,50mm,的立方体内少于,5,个，不小于,2mm,。如分散性夹层。分散缺陷一般不太大，因此常用当量法定量，同时还要测定分散缺陷的位置。,3.,密集缺陷回波,锻件探伤中，示波屏上同时显示的缺陷回波甚多。波与波之间的间隔距离甚小，有时波的下沿边成一片，这种缺陷回波称为密集缺陷回波。,缺陷回波判别,密集缺陷的划分，根据不同标准有不同的划分定义。,（,1,）以缺陷的间距划分，规定相邻缺陷间的间距小于某一值时为密集缺陷。,（,2,）以单位长度水平扫描线内显示的缺陷回波数量划分，规定在相当于工件厚度值的基线内，当探头不动或稍作移动时，一定数量的缺陷回波连续或断续出现时为密集缺陷。,（,3,）以单位面积中的缺陷回波划分，规定在一定探测面积下，探出的缺陷回波数量超过某一值时定为密集缺陷。,（,4,）以单位体积内缺陷回波数量划分，规定在一定体积内缺陷回波数量多于规定值时定为密集缺陷。,缺陷回波判别,实际探伤中，以单位体积内缺陷回波数量划分较多。一般规定在边长,50mm,的立方体内，数量不少于,5,个，当量直径不小于,2mm,的缺陷为密集缺陷。,密集缺陷可能是疏松、非金属夹杂物、白点或成群的裂纹等。,锻件内不允许有白点缺陷存在，这种缺陷的危险很大。通常白点的分布范围较大，且基本集中于锻件的中心部位，它的清晰、尖锐，成群的白点有时会使底波严重下降或完全消失。这些特点是判断锻件中白点的主要依据，如下图。,缺陷回波判别,4.,游动回波,在圆柱形轴类锻件探伤过程中，当探头沿着外圆移动时，示波屏上的缺陷波会随着该缺陷探测声程的变化而游动,这种游动的动态波形称为游动回波。,游动回波的产生是由于不同波束射至缺陷产生反射引起的。波束轴线射至缺陷时。缺陷声程小，回波高，左右移动探头。扩散波束射至缺陷时，缺陷回波声程大，回波低。这样同一缺陷回波的位置和高度随探头移动发生游动。如图,6.11,。,不同的探测灵敏度，同一缺陷回波的游动情况不同。一般可根据探测灵敏度和回波的游动距离来鉴别游动回波。一般规定游动范围达,25mm,时，才算游动回波。根据缺陷游动回波包络线的形状，可粗略地判别缺陷的形状。,超声波检测设备,常用无损检测设备和器材,超声波检测探头和试块,常用无损检测设备和器材,常用锻件,UT,检测标准介绍：,JB/T4730-2005,DW801A5022A-2001,DW804A5119A-2006,常用锻件,UT,检测标准,谢谢！,