于學峰

（上海重型機械廠有限公司，上海 200245）

目前關于船用鑄鋼件（掛舵臂、后軸殼、上鑄鋼件和下鑄鋼件等）的機加工面（主要是內孔近表面）的檢驗主要是采用超聲波檢測技術。尤其是對要進行精加工的鑄鋼件，更要在精加工前用雙晶直探頭超聲波檢測法來發(fā)現(xiàn)缺陷，然后返修、復探，直至合格，以保證工件精加工后的表面質量。筆者介紹了采用雙晶直探頭對配套118000～400000t的散貨船和集裝箱船的大型船用鑄鋼件（材質為ZG16Mn）的內孔機加工面的超聲檢測方法，引入蜂窩狀缺陷的概念，以區(qū)別于單個點狀缺陷，并且探討了對缺陷的定性問題。

1 超聲檢測的準備

掛舵臂簡圖見圖1。要求檢測面的粗糙度應≤6.3μm；使用的雙晶直探頭規(guī)格為φ20×2／2～4MHz，焦距為15～20mm；超聲波探傷儀為A型脈沖反射式CTS－2200型；耦合劑為機油；雙晶直探頭用對比試塊如圖2所示，要求其檢測面粗糙度≤6.3μm，平底孔直徑為φ3mm，深度L分別為5，10，15，20，25，30，35，40，45mm。

圖1 掛舵臂簡圖

圖2 雙晶探頭平底孔試塊

2 超聲檢測過程

2.1 檢測系統(tǒng)的調試

2.1.1 制作 DAC曲線

將雙晶直探頭和超聲波探傷儀連接好后在雙晶試塊上進行調試。令對應于探頭焦距深度的平底孔的反射波高達熒光屏的80%，保持靈敏度不變，依次搜索到其它平底孔的反射波，并將各個波的最高點標注在熒光屏上，然后依次圓滑連接各點，制成DAC曲線。

2.1.2 耦合補償

視工件檢測面光潔度的具體情況，適當進行耦合補償，一般表面耦合補償4～6dB。

2.2 檢測方法

2.2.1 探頭掃查方式

對檢測面進行分段掃查，并對每段分別進行兩個方向互相垂直的掃查。掃查速度≤150mm／s，并應有10%的覆蓋率。探頭掃查時要使雙晶的隔聲層與掃查方向垂直。

2.2.2 偽缺陷波

一般情況下，雙晶探頭掃查時出現(xiàn)在始波之后的反射波基本上都是缺陷反射波。但是也有多種情況導致產生偽缺陷波。

（1）粗糙的機加工面引起的反射波，其特征是波形較寬，而且靜態(tài)波形有些顫抖。探頭掃查起來，其波形更寬或更高。而真正的缺陷反射波的靜態(tài)波形是比較穩(wěn)定的。

（2）檢測面上局部凹凸不平引起的反射波與正常缺陷反射波沒有明顯區(qū)別，其波形與單個的點狀缺陷的反射波很相似，其靜態(tài)波形較穩(wěn)定且獨立，或高或低，不過可重復性差。

對于上述兩種情形引起的偽缺陷波，只要將探測面修整到符合檢測要求即可防止偽缺陷波的出現(xiàn)。

2.2.3 缺陷的評定

實踐證明，雙晶直探頭檢測鑄件時最好結合缺陷的動態(tài)波形來評定缺陷。缺陷的動態(tài)波形即隨著探頭的移動，反射波在熒光屏上的變化軌跡，亦即回波的包絡線。從動態(tài)波形上可以得知缺陷的分布情況、走向和缺陷的大致深度范圍以及特征。與只靠觀察缺陷的靜態(tài)波形來分析缺陷的方法相比，通過觀察缺陷的動態(tài)波形有助于提高檢測速度和對缺陷的準確定性。

通常情況下，為了保證船用件精加工后的表面質量應按下述原則評定缺陷：

（1）反射波達到或超過DAC線并且為非點狀的缺陷為不合格。

（2）反射波雖然未達到DAC線但屬于蜂窩狀的缺陷為不合格。

3 幾種典型鑄造缺陷反射波的特征及其機理

由于鑄件具有組織疏松、不均勻、晶粒粗大的材質特點，所以容易形成所謂的蜂窩狀缺陷。蜂窩狀缺陷即由集中或分散的縮孔、氣孔和夾渣所組成，缺陷形狀多像蜂窩。蜂窩狀缺陷可以分為縮孔型、氣孔型和夾渣型三種。縮孔型蜂窩狀缺陷主要由縮孔組成，伴有氣孔和夾渣；氣孔型蜂窩狀缺陷主要由氣孔組成，伴有縮孔和夾渣；夾渣型蜂窩狀缺陷主體是夾渣或同時伴有其它缺陷。下面是用雙晶直探頭對大量船用鑄鋼件機加工面進行檢測后，所發(fā)現(xiàn)的三種蜂窩狀缺陷的波形特征。

3.1 縮孔型蜂窩狀缺陷的波形特征

縮孔型蜂窩狀缺陷的反射波呈束狀，波底寬大，波峰分枝，主反射波有時出現(xiàn)幾個，在主反射波附近常伴有小反射波。這是因為縮孔型蜂窩狀缺陷以縮孔為主，縮孔內壁凹凸不平，同時由于鋼液收縮而出現(xiàn)孔洞，樹枝狀晶在這里可以自由生長，所以縮孔壁上都有發(fā)達的樹枝晶。另外縮孔中存在氣體或處于真空狀態(tài)，聲壓反射率很高。雖然聲波在介面上的散射嚴重，但在同一波陣面上的反射體仍能形成較強的反射信號，因此缺陷波強烈，主缺陷波1～2個。再因為縮孔周圍常伴有夾渣、夾雜物和不同波陣面反射波的時間不同，在主缺陷波周圍形成了許多小缺陷波，同時造成了波峰分枝的特征。縮孔型蜂窩狀缺陷的波形及實物見圖3。

3.2 氣孔型蜂窩狀缺陷的波形特征

氣孔型蜂窩狀缺陷的反射波不高，波峰尖銳，缺陷反射波為多個尖脈沖成撮分布。這是因為氣孔內壁光滑，多呈球形，其反射聲壓與球形反射體相似。入射到氣孔上的超聲波向各個方向反射，返回探頭的聲波較少。在缺陷直徑相同的情況下，球形缺陷反射波的聲壓與直徑成正比，而圓形平面反射體的反射波聲壓則與直徑的平方成正比。因而氣孔型缺陷反射波聲壓比同直徑的平面缺陷反射波小得多，其波形及實物見圖4。

3.3 夾渣型蜂窩狀缺陷的波形特征

夾渣型蜂窩狀缺陷的反射波特征是缺陷波呈束狀，一兩個主缺陷波附近常伴有許多小缺陷波，波峰分枝，波頭圓鈍而不清晰。缺陷波幅度較高，但降低靈敏度時，缺陷波下降速度較快。這是因為夾渣型蜂窩狀缺陷具有大塊夾渣物的聲學特征。夾渣雖然破壞了鋼的連續(xù)性，但缺陷處仍填有固體物質，具有一定的透聲性能。而由于夾渣與鋼的聲阻抗之差異，使得夾渣又具有良好的聲學反射特性。其波形及實物見圖5。

4 結語

總結了用雙晶直探頭檢測鑄鋼件所得反射波的特征，有助于對缺陷正確定性，從而正確評定缺陷。

結合觀察缺陷反射波的動態(tài)波形有助于快速缺陷定位、定量和定性（單個點狀或密集或蜂窩狀等）。

采用2～4MHz、焦距15～20mm雙晶直探頭，φ3mm靈敏度，對船用鑄鋼件粗加工面進行超聲檢測，是確保精加工后無缺陷外露的較好的檢測技術。

［1］曾義雄，陳雷.1000WM中壓外缸的超聲波檢查與缺陷處理［J］.無損檢測，2010，32（5）：27.

［2］石劍.超聲波檢測中61°和45°缺陷發(fā)射波形的識別［J］.無損檢測，2009，31（5）：367.