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導(dǎo)讀

 

超聲檢測是一門專業(yè)性和技術(shù)性都比較強的學(xué)科，除無損檢測專業(yè)知識外，還需要了解冶煉、澆注、金屬凝固、加熱、鍛造、鍛后、熱處理和機加工等全過程的情況，熟知鋼錠中原始11種主要缺陷的分類，掌握它們在熱加工過程中的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)工藝及操作過程不規(guī)范的現(xiàn)象等等。

 

對有些缺陷的定性是比較容易的。

 

比如嚴(yán)格按照有效壓實鍛造法生產(chǎn)的鍛件，如果鍛后熱處理過程一切正常，那么檢測顯示的內(nèi)部缺陷就應(yīng)該是冶金缺陷；如果粗加工之后的檢測還沒有發(fā)現(xiàn)缺陷，而在性能熱處理后出現(xiàn)問題，那么缺陷大多與之前的過程無關(guān)。

 

除非是這樣的情況：由于鍛后熱處理過程不充分，或是鋼錠中原始?xì)浜繃?yán)重超標(biāo)，白點會在產(chǎn)品中延遲產(chǎn)生，但這是比較容易判斷的。

 

然而，即使是隨著檢測設(shè)備和技術(shù)的不斷進步，以及檢測經(jīng)驗和技巧的不斷積累，也仍然不能完全準(zhǔn)確地確定鋼錠中的缺陷顯示。

 

1.超聲檢測主要缺陷分類

 

1.1 底波嚴(yán)重降低或消失

 

(1) 空洞類缺陷

 

如縮孔、疏松、內(nèi)部裂紋、白點、內(nèi)部撕裂等，該類缺陷大量吸收聲波。這類缺陷波有比較明顯的特征，相對獨立，波形尖銳，時常伴有游動信號，嚴(yán)重時F＞B，甚至底波完全消失。

 

(2) 粗晶   

 

波形呈密集草狀波形態(tài)，比較容易識別。因為晶界處原子排列紊亂，空隙較多，材料的致密度較低，所以吸收聲波情況嚴(yán)重。

 

1.2 底波降低量不大

 

(1) 固體類缺陷 

 

如密集或單個夾雜物、鋼錠冒口或底部夾渣、折疊裹入、異金屬、偏析、析出物、局部混晶等。這些缺陷存在于經(jīng)鍛造壓實后的基體中，由于材料的致密度比較高，所以吸收底波較少，常常會有二次以上的底波。

 

對于截面較小的鍛件，甚至?xí)兴拇我陨系撞?。隨著冶煉技術(shù)的提高，像異金屬和偏析一類的缺陷已經(jīng)很少見到了。

 

(2) 應(yīng)力集中缺陷 

 

該類缺陷的波形很像密集夾雜物，通常發(fā)生在軸類鍛件上。因軸類件彎曲較大，若采用冷校直則其內(nèi)部應(yīng)力集中可導(dǎo)致缺陷顯示。一經(jīng)回火便可消除。

 

2.超聲波檢測假象實例

 

超聲檢測假象最常見于異形、有臺階或表面粗糙的鍛件，如筒類鍛件、矩形鍛件、黑皮檢測薄管板、軸類鍛件靠近臺階附近等。

 

因表面粗糙或存在臺階、棱角、錘印、斜面等因素，致使聲波大量反射、折射，形成類似“海市蜃樓”的現(xiàn)象。

 

最典型的檢測假象是：只在一個方向上發(fā)現(xiàn)缺陷，而其它方向沒有。

 

但對于黑皮檢測的薄管板和軸類鍛件靠近臺階附近的缺陷顯示，就需要豐富的經(jīng)驗和熟知熱加工過程來判斷了。

 

下面列舉6種超聲檢測假象。

 

2.1 單方向缺陷波

 

20世紀(jì)80年代，某重機廠在對一個鍛件進行超聲檢測時，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有一個Φ26mm的單個缺陷，而基體中其它地方?jīng)]有顯示缺陷。更奇怪的是，缺陷波只在一個方向有，其它兩個方向沒有。于是，在質(zhì)量分析會上，根據(jù)該爐鋼水的冶煉、精煉、澆注過程分析，認(rèn)為不可能有這么大的非金屬夾雜混入。

 

況且，如果真是非金屬夾雜物，那么在檢測的三個方向都應(yīng)該有缺陷波顯示才對。最后，大家比較傾向于一種說法：可能是一塊沒有充分溶解的異金屬，在鍛造過程中，由于某方向變形比較集中，被壓成非常薄的扁片，所以只能在一個方向顯示缺陷。為了驗證這個推斷，決定進行認(rèn)真的解剖。

 

首先鋸切到接近缺陷的截面，然后再用銑床邊銑邊腐蝕觀察。

 

不料，直到銑過了位置許多，也沒有發(fā)現(xiàn)基體材料中有什么異?；蛉毕荨?/span>

 

還有兩次類似的經(jīng)歷，一次是在一件42CrMo鍛件中發(fā)現(xiàn)Φ30mm的單個缺陷，也是只有一個方向檢測有顯示，其它兩個方向上沒有；另一次在一件32CrNi3MoV鍛件中出現(xiàn)Φ32mm的單個缺陷。

 

經(jīng)過正火+回火處理后，沒有任何變化。

 

最后用小變形改鍛成其它形狀的鍛件，再檢測時缺陷便消失得無影無蹤。顯然這兩次也都為檢測假象。

 

2.2 大型薄管板的檢測假象

 

2003 年某廠生產(chǎn)了3件20#鋼大型薄管板，鍛件尺寸為Φ3100mm×210mm。

 

管板經(jīng)鍛后熱處理后，表面打磨十字黑皮超聲檢測。不料在檢測過程中發(fā)現(xiàn)內(nèi)部密集缺陷十分嚴(yán)重。

 

整個鍛件體積內(nèi)，除去靠近表面的幾十毫米外，底波幾乎完全消失，缺陷當(dāng)量達Φ10mm～Φ20mm。

 

對此我們進行了認(rèn)真分析。制造鍛件的鋼坯質(zhì)量一直比較穩(wěn)定。

 

鍛造時，為了防止內(nèi)部撕裂，嚴(yán)格按照工藝規(guī)定的窄進砧進行操作，鍛后熱處理也一切正常?？紤]到金屬流動的規(guī)律，像這種截面比較大的薄餅類鍛件，成形時心部的料不容易向外趕出，自然會形成外圓薄、中間厚的傘狀斜面形狀，再加上由于窄進砧造成的無數(shù)個錘印，在超聲波檢測時，會形成底波多次斜面反射，這樣就極易出現(xiàn)檢測假象。

 

于是，我們決定先加工一個平面再進行檢測。在車光一個平面復(fù)檢時發(fā)現(xiàn)，3件管板中，一共只存在6個單個超標(biāo)缺陷。等到再車光另一個平面后，鍛件內(nèi)已無任何檢測缺陷，可謂干干凈凈同白紙一般。

 

2.3 矩形鍛件檢測假象 

 

2009年，某廠生產(chǎn)兩件矩形截面閥體，鍛件單重約4.7t。在六面見光后，檢測發(fā)現(xiàn)整個體積內(nèi)布滿密集缺陷。根據(jù)底波降低量不大的情況分析，應(yīng)該定性為固態(tài)缺陷，也就是非金屬夾雜物缺陷。     

 

但是考慮到生產(chǎn)鍛件的鋼錠質(zhì)量一向比較穩(wěn)定，似乎還未出現(xiàn)過如此大面積的超標(biāo)缺陷。此外還注意到，除了主平面顯示的缺陷比較嚴(yán)重外，另外兩個平面的檢測結(jié)果有所差異，而且與主平面檢測對應(yīng)的嚴(yán)重缺陷位置，在側(cè)面檢測時卻并不明顯。

 

所以，懷疑此缺陷可能為檢測假象。檢測人員反復(fù)觀察對比幾個平面的光潔度，感覺有一個側(cè)面似乎粗糙了一點點。

 

于是，他安排車工將這一個側(cè)面重新光刀。結(jié)果，再次檢測時，鍛件內(nèi)部竟然也干凈得像一張白紙，找不到一個明顯缺陷。

 

2.4 帶錐度的鍛件檢測假象

 

某大型管箱座鍛件材料為20MnMo，重量12567kg，鍛件帶錐度主要檢測面規(guī)定為端面。當(dāng)加工至內(nèi)外表面見光、進行端面檢測時，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部密集缺陷嚴(yán)重超標(biāo)，并且從外圓檢測也有缺陷。     

 

分析認(rèn)為，鍛件所用的真空精煉鋼錠質(zhì)量十分可靠，幾年來未出現(xiàn)過嚴(yán)重質(zhì)量問題。端面檢測發(fā)現(xiàn)的密集缺陷，可能與鍛件帶有錐度、又被車成許多小臺階棱面有關(guān)。

 

另外還發(fā)現(xiàn)，從上端面檢測時，缺陷最嚴(yán)重的區(qū)域位于產(chǎn)品的下半部，而從下端面檢測時，缺陷的嚴(yán)重區(qū)域又轉(zhuǎn)移到了上半部，并且與外圓復(fù)驗的結(jié)果也不太吻合。

 

據(jù)此，判斷為檢測假象，指示車間繼續(xù)加工，直至內(nèi)外表面全部光滑、沒有任何臺階時，再進行復(fù)檢，結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)任何明顯的缺陷信號。

 

2.5 長筒類鍛件端面檢測假象

 

2012年12月，某公司生產(chǎn)3件帶臺階的泵殼體，材料為A105MY，鍛件單重19640kg。

 

經(jīng)過鍛造和鍛后熱處理之后，毛坯檢測并沒有發(fā)現(xiàn)缺陷。但是在加工出臺階、進行端面檢測時，發(fā)現(xiàn)底波衰減約10dB。分析認(rèn)為是內(nèi)部存在輕微粗晶混晶，以為經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后自然會得到改善。但沒有料到的是，調(diào)質(zhì)后再進行端面檢測時，底波衰減反而增大到30dB。

 

為保證最后處理一次合格，又增加了一次正火，然后再進行調(diào)質(zhì)。

 

結(jié)果事與愿違，出爐冷卻后發(fā)現(xiàn)，底波衰減程度不但沒有得到改善，反而因為熱態(tài)變形，使筒子的高度減少了100 mm 左右，致使3 個鍛件因尺寸不足全部報廢。     

 

事后分析認(rèn)為，這3個鍛件應(yīng)該都是質(zhì)量合格的產(chǎn)品，因為從外圓檢測是沒有發(fā)現(xiàn)任何缺陷的。

 

但是在加工出臺階時，從端面的檢測會產(chǎn)生兩個效果：

 

①如前所述，帶有臺階的長筒端面檢測時極易出現(xiàn)假象； 

 

②對長度為1700mm的長筒進行端面檢測，不但對儀器的靈敏度是個考驗，而且聲波需要穿透數(shù)以萬計的晶界，由于在晶界處原子排列紊亂、空隙較多，必然要吸收或損失掉一部分底波，造成底波衰減的現(xiàn)象。

 

所以，建議對長度較大的筒體檢測時，應(yīng)以壁厚方向為主，端面檢測只作為參考。

 

那么，為什么調(diào)質(zhì)處理后，底波衰減會進一步增大呢? 這個現(xiàn)象就是與假象有關(guān)。

 

因為在熱狀態(tài)下，筒體會因自重而產(chǎn)生變形，在壁厚方向發(fā)生彎曲，使得端面檢測時聲波發(fā)生折射，使假象進一步擴大。

 

2.6 不規(guī)范的熱處理過程造成的檢測假象 

 

2012年，某廠生產(chǎn)一件20MnMo管板，鍛件尺寸為Φ2300mm×600mm，交貨重量超過17t。

 

材料選用真空精煉鋼錠。

 

在經(jīng)過鍛造和熱處理之后，毛坯檢測結(jié)果非常好，幾乎未發(fā)現(xiàn)任何很小的缺陷。

 

在粗加工見光后復(fù)檢，情況仍然如此。但由于出現(xiàn)其他特殊情況，該管板只能在容積只有40t 的水槽內(nèi)淬火，這遠(yuǎn)少于該鍛件所需大約120t 水的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

 

在強行淬火調(diào)質(zhì)后，復(fù)檢時發(fā)現(xiàn)：除去靠近外圓100mm左右、靠近上下表面幾十毫米外，整個鍛件內(nèi)部布滿了密集缺陷。

 

從波形和底波降低量不大的情況看，很像是彌散分布的夾雜物，但這顯然與先前3次檢測的結(jié)果不符。

 

當(dāng)然也不會是白點，因為從鍛后熱處理出爐至調(diào)質(zhì)前，已經(jīng)過一個多月，且該鍛件為真空精煉鋼錠，氫含量本來就不高，正回火工藝又很充分。     

 

最后，決定將該鍛件改制成一個中心帶有小孔的圓餅類鍛件。加熱保溫后，只施加了不大的變形量。鍛后熱處理結(jié)束后的無損檢測，又與前幾次的良好結(jié)果相同，沒有發(fā)現(xiàn)任何缺陷。  

 

分析認(rèn)為，該鍛件在不規(guī)范熱處理之后生產(chǎn)的大量內(nèi)部缺陷，極可能是某種熱態(tài)組織。原因是由于水槽太小，淬火時出現(xiàn)嚴(yán)重“開鍋”現(xiàn)象，使得鍛件內(nèi)部溫度場產(chǎn)生紊亂，熱流來回涌動，造成了非正常組織的出現(xiàn)。

 

當(dāng)然，從今天我們所掌握的熱處理理論知識來看，對于這種帶有熱態(tài)組織的鍛件，只需加熱到大約1030℃高溫，先將組織還原，然后再細(xì)化晶粒、重新調(diào)質(zhì)處理，又可重新獲得組織正常的合格產(chǎn)品。

 

結(jié)束語

 

準(zhǔn)確識別和判定超聲檢測缺陷需要以廣博的理論知識和豐富的實踐經(jīng)驗做基礎(chǔ)。

 

熟悉冶煉、澆注、熱加工過程及鋼錠內(nèi)部原始缺陷的種類分布，了解鍛造及熱處理過程中的異?，F(xiàn)象，有助于準(zhǔn)確判別缺陷，并且能為企業(yè)采取正確的處理方法提供有效的幫助。