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摘要：由于近年来对铸钢件产品需求日益增加，质量要求也不断提高，如何对薄壁铸钢件利用超声波检测进行质量控制成为无损检测人员急需研究和解决的难题.
关键词：超声波检测 近场区 薄壁 铸钢件 验收
机械制造行业的许多零部件是由铸钢件材料制作的，近年来随着制造行业市场对铸钢件产品需求的日益增加， 其质量要求也在不断地提高，如何对薄壁铸钢件产品进行检测已经成为产品质量控制的关键点。超声波检验作为无损检测的一种方法，这种检测方法具有方便、快捷、安全等特点，目前广泛地应用于钢结构和焊接件的无损检测。那么如何有效地利用和发挥超声波检测的这些优势和特点，实现对薄铸钢件的内部质量进行有效地和客观地评价，成为无损检测人员需要研究和解决的问题.
铸钢件的特点是形状复杂，表面粗糙，壁厚不均，内部晶粒组织粗大，超声波在铸钢件中传播的过程中衰减严重，同时铸钢件成形过程中由于熔点高，钢液易氧化，流动性差，收缩大，其体收缩率为10—14%，线收缩率为1.8—2.5%，在冷却过程中会产生冷隔，缩孔，气孔，疏松，裂纹等铸造工艺中特有的缺陷，这些都给超声波检测带来很大的难度。国内铸钢件的超声波检测标准常用的标准是GB/T7233-1987，但该标准适用范围是T≥30mm的碳钢和低合金钢铸件，对薄壁铸钢件不合适，查阅其他标准都没有适合的标准可用。以往人们往往选用射线检测的方法对薄铸钢件进行检测，这种方法不但检测周期长、检测成本高，更重要的是对辐射安全防护和操作人员的要求严格，如何有效的利用超声波检测实现有效控制质量、降低检测成本、提高检测效率成为一个很重要的课题。本文将在实际工作中遇到的薄铸钢件超声波检测为例，和大家一起交流和分享。
在现场检测时，挖掘机上有一零部件叫俯仰臂，其材质为ZG340-640，壁厚为22-28mm，该部件在使用过程中经常断裂，经常遭到用户投诉以至于索赔，通过对破损件的断口观察及金相分析得出的结论是由于工件内部存在缩孔，疏松，偏析等缺陷造成局部强度下降而引起失效。超声波对该类型的工件检测的难点是：近场区大，波幅在检测范围内存在极大和极小值，难以根据波幅当量法对缺陷的尺寸进行有效的定量分析。
那么通过制作含有人工和自然缺陷的参考对比试块，利用这些试块来建立起距离波幅曲线，以距离波幅曲线作为验收的基准灵敏度可以作为尝试解决以上问题的方法。
基于以上的思路，我们进行如下操作：
第一个步骤要制作含有缺陷的参考对比试块。
利用参考对比试块比较法检测，就是将工件中的自然缺陷回波波幅与参考对比试块上的人工缺陷回波波幅进行比较，只要工件中的自然缺陷的回波波幅大于参考对比试块的人工缺陷回波波幅，那么该工件的缺陷需要用6 dB法进行测量，这种方法作为来对缺陷定量的一种方法，最为直观有效。
那么如何正确合理的制定人工缺陷的尺寸大小非常关键，只有确定合适尺寸的人工缺陷，才能合理控制质量。缺陷尺寸大，容易造成零部件继续断裂失效，控制过程形同虚设；缺陷尺寸小，则使得大量可用工件报废，造成浪费，同时给检测带来很大困难。
试块选材与制作也是制作参考对比试块时不容忽视的问题，为了避免由于材质和表面状态的不同而导致超声波的传递耦合衰减不同，参考对比试块选用的材料与被检工件的材料和表面状态要保持一致，这里我们直接选用典型的工件进行参考试块的制作。参考对比试块分为两种，第一种在没有缺陷工件上加钻平底孔用于分散性缺陷的比对；第二种试块是由射线检测发现的存在典型密集缩孔或疏松的工件作为模拟对比试块，用于密集性缺陷的比对。
针对上述考虑，我们对多个含有人工缺陷和自然缺陷的工件进行断裂试验和金相分析，通过实验结果得到的数据统计，确定出检测用参考对比试块的人工缺陷尺寸为Φ2.5平底孔。确定以该人工缺陷的回波波幅作为验收的参考标准。为了建立不同深度的人工缺陷参考标准，我们在距离上表面5mm、10mm、15mm、20mm的深度位置上分别制作了该尺寸的平底孔。这些不同深度的平底孔用于不同深度的分散性缺陷比对的参考标准。
第二个步骤：仪器和探头的选择
超声波探伤仪选用A型显示脉冲反射式数字式超声波探伤仪，频率覆盖范围为1-6MHz。
检测探头选用频率为2-2.5MHz，直径为20mm的单晶直探头或双晶直探头。
耦合剂选用粘度大的耦合剂如水玻璃、黄油，以利于粗糙表面的良好耦合。
第三个步骤：灵敏度的调整和扫查
探伤灵敏度调整时，要利用试块上不同深度的平底孔的反射回波制作距离波幅曲线，此曲线作为基准灵敏度，为避免漏检，扫查时提高6dB，进行缺陷判定时，增加的6 dB要调整回去。
仪器调整与现场检测必须使用相同的耦合剂。
工件的扫查要在任何可以接近的表面进行，选择有规律的路径进行扫查，相邻两次扫查应相互重叠至少为探头晶片尺寸的15%。
工件扫查时，探头移动的速度不得大于150mm/s。
第四个步骤：缺陷检测和判定
零部件中如果存在以下指示，则认为不合格：
a 缺陷回波幅度大于或等于距离波幅曲线的位置都要做标记，并用6 dB法进行测量，若单个缺陷的面积超过75mm2，则该工件判定为不合格。
B如果检测过程中，出现底波消失或者密集缩孔、疏松的波形位置要做标记，底波消失或密集缺陷的面积超过15mmX20mm（由大量的失效工件统计得到） 判为不合格
经过实际的超声波检测挑选，发现每批俯仰臂都有5%---10%的上述不合格品，超声检测合格的工件经过射线抽检检测也未发现较大缺陷，基本与实测值相似。更重要的是，后续经过检测合格的工件通过长时间使用，再未出现由于俯仰臂失效造成用户投诉和索赔的事情发生。为公司降低了成本，提高了信誉。
总结：该方法突破了超声波探伤中近场区对波幅的影响，有效的利用了实际声场和理想声场存在较大差异的原理，利用参考对比试块比较法，对近场区不同距离的人工缺陷的波幅进行了相对精确的设定，通过与实测波幅的对比，简单有效的控制了质量，取得了很大的成功，该方法和思路还可推广应用在其他类似的受到近场区影响的超声波探伤，该方法在一定程度上，解决了薄铸钢件的超声波探伤问题。
关键词：超声波检测 近场区 薄壁 铸钢件 验收
机械制造行业的许多零部件是由铸钢件材料制作的，近年来随着制造行业市场对铸钢件产品需求的日益增加， 其质量要求也在不断地提高，如何对薄壁铸钢件产品进行检测已经成为产品质量控制的关键点。超声波检验作为无损检测的一种方法，这种检测方法具有方便、快捷、安全等特点，目前广泛地应用于钢结构和焊接件的无损检测。那么如何有效地利用和发挥超声波检测的这些优势和特点，实现对薄铸钢件的内部质量进行有效地和客观地评价，成为无损检测人员需要研究和解决的问题.
铸钢件的特点是形状复杂，表面粗糙，壁厚不均，内部晶粒组织粗大，超声波在铸钢件中传播的过程中衰减严重，同时铸钢件成形过程中由于熔点高，钢液易氧化，流动性差，收缩大，其体收缩率为10—14%，线收缩率为1.8—2.5%，在冷却过程中会产生冷隔，缩孔，气孔，疏松，裂纹等铸造工艺中特有的缺陷，这些都给超声波检测带来很大的难度。国内铸钢件的超声波检测标准常用的标准是GB/T7233-1987，但该标准适用范围是T≥30mm的碳钢和低合金钢铸件，对薄壁铸钢件不合适，查阅其他标准都没有适合的标准可用。以往人们往往选用射线检测的方法对薄铸钢件进行检测，这种方法不但检测周期长、检测成本高，更重要的是对辐射安全防护和操作人员的要求严格，如何有效的利用超声波检测实现有效控制质量、降低检测成本、提高检测效率成为一个很重要的课题。本文将在实际工作中遇到的薄铸钢件超声波检测为例，和大家一起交流和分享。
在现场检测时，挖掘机上有一零部件叫俯仰臂，其材质为ZG340-640，壁厚为22-28mm，该部件在使用过程中经常断裂，经常遭到用户投诉以至于索赔，通过对破损件的断口观察及金相分析得出的结论是由于工件内部存在缩孔，疏松，偏析等缺陷造成局部强度下降而引起失效。超声波对该类型的工件检测的难点是：近场区大，波幅在检测范围内存在极大和极小值，难以根据波幅当量法对缺陷的尺寸进行有效的定量分析。
那么通过制作含有人工和自然缺陷的参考对比试块，利用这些试块来建立起距离波幅曲线，以距离波幅曲线作为验收的基准灵敏度可以作为尝试解决以上问题的方法。
基于以上的思路，我们进行如下操作：
第一个步骤要制作含有缺陷的参考对比试块。
利用参考对比试块比较法检测，就是将工件中的自然缺陷回波波幅与参考对比试块上的人工缺陷回波波幅进行比较，只要工件中的自然缺陷的回波波幅大于参考对比试块的人工缺陷回波波幅，那么该工件的缺陷需要用6 dB法进行测量，这种方法作为来对缺陷定量的一种方法，最为直观有效。
那么如何正确合理的制定人工缺陷的尺寸大小非常关键，只有确定合适尺寸的人工缺陷，才能合理控制质量。缺陷尺寸大，容易造成零部件继续断裂失效，控制过程形同虚设；缺陷尺寸小，则使得大量可用工件报废，造成浪费，同时给检测带来很大困难。
试块选材与制作也是制作参考对比试块时不容忽视的问题，为了避免由于材质和表面状态的不同而导致超声波的传递耦合衰减不同，参考对比试块选用的材料与被检工件的材料和表面状态要保持一致，这里我们直接选用典型的工件进行参考试块的制作。参考对比试块分为两种，第一种在没有缺陷工件上加钻平底孔用于分散性缺陷的比对；第二种试块是由射线检测发现的存在典型密集缩孔或疏松的工件作为模拟对比试块，用于密集性缺陷的比对。
针对上述考虑，我们对多个含有人工缺陷和自然缺陷的工件进行断裂试验和金相分析，通过实验结果得到的数据统计，确定出检测用参考对比试块的人工缺陷尺寸为Φ2.5平底孔。确定以该人工缺陷的回波波幅作为验收的参考标准。为了建立不同深度的人工缺陷参考标准，我们在距离上表面5mm、10mm、15mm、20mm的深度位置上分别制作了该尺寸的平底孔。这些不同深度的平底孔用于不同深度的分散性缺陷比对的参考标准。
第二个步骤：仪器和探头的选择
超声波探伤仪选用A型显示脉冲反射式数字式超声波探伤仪，频率覆盖范围为1-6MHz。
检测探头选用频率为2-2.5MHz，直径为20mm的单晶直探头或双晶直探头。
耦合剂选用粘度大的耦合剂如水玻璃、黄油，以利于粗糙表面的良好耦合。
第三个步骤：灵敏度的调整和扫查
探伤灵敏度调整时，要利用试块上不同深度的平底孔的反射回波制作距离波幅曲线，此曲线作为基准灵敏度，为避免漏检，扫查时提高6dB，进行缺陷判定时，增加的6 dB要调整回去。
仪器调整与现场检测必须使用相同的耦合剂。
工件的扫查要在任何可以接近的表面进行，选择有规律的路径进行扫查，相邻两次扫查应相互重叠至少为探头晶片尺寸的15%。
工件扫查时，探头移动的速度不得大于150mm/s。
第四个步骤：缺陷检测和判定
零部件中如果存在以下指示，则认为不合格：
a 缺陷回波幅度大于或等于距离波幅曲线的位置都要做标记，并用6 dB法进行测量，若单个缺陷的面积超过75mm2，则该工件判定为不合格。
B如果检测过程中，出现底波消失或者密集缩孔、疏松的波形位置要做标记，底波消失或密集缺陷的面积超过15mmX20mm（由大量的失效工件统计得到） 判为不合格
经过实际的超声波检测挑选，发现每批俯仰臂都有5%---10%的上述不合格品，超声检测合格的工件经过射线抽检检测也未发现较大缺陷，基本与实测值相似。更重要的是，后续经过检测合格的工件通过长时间使用，再未出现由于俯仰臂失效造成用户投诉和索赔的事情发生。为公司降低了成本，提高了信誉。
总结：该方法突破了超声波探伤中近场区对波幅的影响，有效的利用了实际声场和理想声场存在较大差异的原理，利用参考对比试块比较法，对近场区不同距离的人工缺陷的波幅进行了相对精确的设定，通过与实测波幅的对比，简单有效的控制了质量，取得了很大的成功，该方法和思路还可推广应用在其他类似的受到近场区影响的超声波探伤，该方法在一定程度上，解决了薄铸钢件的超声波探伤问题。