详解超声波探伤在铜铸件中的应用

优胜编程龚老师

详解超声波探伤在铜铸件中的应用：



铜铸件与钢铸件晶粒度都很粗大，超声检测粗晶粒铸件时易引起散射衰减和草状回波。两者检测标准不一样，钢铸件用GB/T7233. 1-2009标准1，铜铸件为GB/T3310―2010标准。铜铸件)比钢铸件密度(7.8X103kg/m3)大，因此铜晶粒更粗大，使用超声波检测的难度更大。

1铜铸件检测技术要求铜铸件是轴承制造业中重要的工业原材料，其质量的好坏直接影响轴承产品的质量和使用。由于基金项目：国家“十二五”科技支撑计划资助项目―)，女，工程师，工程学士，主要从事轴承零件无损检测工作。

大飞机、高速列车及重工业发展需要大量的国产化轴承，因此为原材料把关的无损探伤也要求有相应的检测方法。钢铸件探伤在国内涉及的检测单位较多，但铜材料超声波检测应用较少，特别是铜铸件的探伤应用单位更是甚少，需要摸索铜铸件的探伤方法。接到该项检测任务后，首先收集相关标准与资料，其次对铜铸件的特性做了详细分析，通过试验比对，寻找最佳检测方法。铜铸件组织不均匀和晶粒粗大，使超声波在传播过程中由于粘滞效应、阻碍和热吸收，导致散射衰减和吸收衰减明显增加，透声性降低。粗晶和组织不均匀引起的散乱反射，形成草状回波，使信噪比下降，在某些场合使超声波探伤较难实现。因此要实现对该类工件的检测，必须要考虑探头及仪器的组合特性满足粗晶探伤的基本要求。从理论上讲使用可自动改变激励频率和采用数字滤波技术的超声检测技术是最理想的方法，但由茗坦于受试验条件和资金的限制，只能采用常规仪器设备在最经济的条件下来实现检测。

1.1探头探头主声束偏离与双峰的存在，会影响对缺陷的定位和判别。因此要求探头不能存在双峰，且主声束偏离角要达到标准规定的要求，考虑到粗晶会造成超声波产生严重衰减，且由于结晶组织的不均匀会引起超声传播过程中的散射、折射、衍射等现象，影响正常检测所需的信噪比，所以选择频率较低的探头，实际选择时从5MHz的探头开始，逐渐减低频率。在国产现有的探头中进行比对与试验，当频率降到1MHz时对4mm的平底孔人工缺陷在215mm声程的人工试块上其信噪比大于4dB，当频率降到0.5MHz时，检测灵敏度反而有所下降，当换成卡尔道奇的探头时在0. 5MHz时，检测灵敏度明显改善，这是由于使用了高阻尼探头减少了耦合损失与工件匹配达到最佳穿透效果。

1.2仪器垂直线性：仪器垂直线性的好坏直接影响探伤时对缺陷定量的精度，因此，要求仪器的垂直线性误差要小。水平线性：仪器的水平线性的好坏直接影响探伤时的缺陷定位，因此要求水平线性误差也要小。频率范围：是指仪器示波屏容纳不同频段信号的能力。由于铜铸件材料晶粒大小差异较大，超声波在传播过程中会由于折射、散射、衍射和干扰等产生不同频率的响应信号，因此要求仪器的频带范围宽。在试验中将KK公司的进口仪器与国产某款仪器进行了比对，很明显在配上低频高阻尼探头和进口仪器后，仪器对缺陷信号的频率响应得到了很大的改善，可以达到在215mm声程的人工试块上发现必3mm的平底孔，基本达到国标GB/T6402铸钢件超声探伤标准中在300mm声程范围内所使用的探伤灵敏度。由此可知使用宽频带仪器才能接收到高精度的反射波信号。

1.3探头和仪器的组合性能为了使探伤时，仪器始终工作在线性范围内，所以在达到一定探伤灵敏度的前提下，要求仪器还有剩余的灵敏度余量可供调节，所以要求灵敏度余量多一些，这是对厚大铜铸件实现探伤的基本保证。

盲区与仪器的始脉冲宽度、探头的阻尼、振动的吸收有关，为了满足检测接近表面缺陷的要求，对探头来说盲区应尽可能小，仪器的发射脉冲宽度较小。

另外，采用从上下两个平行面各探一次，以克服可能存在的检测盲区。

分辨力：为了正确辨别比较接近的缺陷，因此分辨力要求较高，而分辨率又与探伤的频率的高低相关，从理论分析可知频率越高，分辨率越好，而铜铸件的粗晶组织又限制了在探伤中使用较高的探伤频率，所以综合考虑合理选择探伤最佳频率是至关重要的。

信噪比是指示波屏上有用的最小缺陷信号幅度与无用的噪声杂波幅度之比。为了有效发现小缺陷，抑制噪声，因此要求信噪比高。

本文介绍的铜铸件探伤试验，就是建立在探头低频、仪器宽带、探头阻尼较大、探伤灵敏度较高的基础上来实现的。

2铜铸件探伤被探工件材质为铜铸件，其高度为215mm(即探测声程为215mm)，壁厚30mm，为工件超声波探伤仪的底波反射图，底波高度达满屏80%，在此高度时将灵敏度再增益24dB时，屏幕显示如，由于声程差为6dB给予补偿外，噪声对检测干扰基本没什么很大影响，也就是说所选探头和仪器的匹配使铜铸件的材质衰减趋于不明显，完全可以依据锻件探伤的要求对该铜铸件进行探伤。

mi底波幅度为满屏8时的效果图m2底波幅度为80%满屏高时再增益2.1dU的效果RH根据本次超声波试验结果以及对检测仪示波屏显示的波形与数据的分析，考虑到工厂曰常生产的实际情况和国产仪器的一些低频响应不够理想的现状，最终决定选用1MHz的单晶直探头，国产的某款仪器，最终可得到性价比最佳的探伤结果，既能满(下转第80页)表4测量结果与头际值的对比mm缺陷编号缺陷长度缺陷自身高度实际值测量值偏差值实际值测量值偏差值1150120一3.卷EE/糊裘海要缺陷编4图和信噪比，能够可靠有效地探测出缺陷并发现缺陷的端点信号，利用缺陷的端点信号进行自身高度测量以及利用一6dB法进行长度测量能够达到较为满意的测量精度。不过，对于真实裂纹，特别是闭合紧密的裂纹进行定量测量时，由于其开口宽度很小，其定量偏差将会大于上述试验统计的偏差值。另外，当焊缝厚度较大时，可采用37°宽频带窄脉冲TRL探头进行检测，当焊缝厚度较小时，也可采用60°宽频带窄脉冲TRL探头进行检测。

宽频带窄脉冲TRL探头在奥氏体不锈钢焊缝超声检测方面具有较强的优越性，能够有效提高此类粗晶材料的超声检测能力和缺陷定量的准确性。

3结论通过对铜铸件探伤试验的实践，认识到只有不断地实践和总结才能使理论知识很好的运用于生产实践中去。由于探伤试验的结果对本企业的探伤具有定的指导意义，在某种意义上可以说是解决了铜铸件在大轴承上应用的质量。所以试验的目的得以实现，对企业的探伤工作是个很大的技术推进，这对于不同规格，不同厚度的奥氏体不锈钢焊缝，可以通过选用不同频率，不同聚焦范围的探头，以实现对该类焊缝可靠有效的超声检测。