任海清，曹 亮

（蓬萊深海檢測技術(shù)服務(wù)有限公司，蓬萊 265600）

機(jī)械制造行業(yè)的許多零部件是由薄壁鑄鋼件制作的。薄壁鑄鋼件具有形狀復(fù)雜、表面粗糙、壁厚不均、內(nèi)部晶粒組織粗大等特點(diǎn)；鑄鋼的熔點(diǎn)高、鋼液易氧化、流動(dòng)性差、收縮大（體收縮率為10%～14%，線收縮率為1.8%～2.5%），因此在冷卻過程中易產(chǎn)生冷隔、縮孔、氣孔、疏松、裂紋等缺陷。

以前，人們選用射線檢測方法對薄壁鑄鋼件進(jìn)行檢測，但該方法檢測周期長，成本高并存在輻射污染。因此，利用超聲方法對薄壁鑄鋼件的內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測并客觀地評價(jià)，成為無損檢測需要解決的問題。國內(nèi)鑄鋼件超聲波檢測常用標(biāo)準(zhǔn)是GB／T 7233—1987《鑄鋼件超聲探傷及質(zhì)量評級標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)適用范圍是壁厚不小于30mm的碳鋼和低合金鋼鑄件；對薄壁鑄鋼件（厚度小于30mm）不合適。查閱其他標(biāo)準(zhǔn)，沒有合適標(biāo)準(zhǔn)可用。

筆者以實(shí)際工作中遇到的薄壁鑄鋼件（挖掘機(jī)的俯仰臂，厚度為22～28mm）為例，探討了對此類鑄鋼件的超聲波檢測方法。

1 薄壁鑄鋼件的超聲檢測難點(diǎn)

在現(xiàn)場檢測時(shí)，挖掘機(jī)上的俯仰臂為薄壁鑄鋼部件，其材料為ZG340－640，壁厚為22～28mm，該部件在使用過程中易發(fā)生斷裂。通過對破損件的斷口觀察及金相分析，發(fā)現(xiàn)工件內(nèi)部存在縮孔、疏松、偏析等缺陷，造成局部強(qiáng)度下降而引起失效。

對該俯仰臂的檢測，如由射線檢測改為超聲檢測，沒有現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)可用。因此，需要解決兩個(gè)問題：

（1）對缺陷尺寸進(jìn)行有效定量評定：超聲波檢測該類工件時(shí)，近場區(qū)大，波幅在檢測范圍內(nèi)存在極大和極小值，故難以根據(jù)波幅當(dāng)量法對缺陷的尺寸進(jìn)行有效地定量分析。

（2）質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：合理制定人工缺陷的尺寸非常關(guān)鍵。人工缺陷尺寸大，容易造成零部件繼續(xù)斷裂失效，控制過程形同虛設(shè)；人工缺陷尺寸小，則易使大量可用工件被報(bào)廢，造成浪費(fèi)，同時(shí)給檢測帶來很大困難。

筆者通過制作含有人工和自然缺陷的對比試塊，建立距離－波幅曲線；以距離－波幅曲線作為驗(yàn)收的基準(zhǔn)靈敏度，可以有效解決以上問題。

2 超聲檢測方法

2.1 制作對比試塊

對比試塊分為兩種，第一種是在沒有缺陷的工件上加鉆平底孔，用于分散性缺陷的比對；第二種是用射線檢測發(fā)現(xiàn)存在典型密集縮孔或疏松的工件作為模擬對比試塊，用于密集型缺陷的比對。

（1）試塊選材是制作試塊時(shí)不容忽視的問題，由于材料和表面狀態(tài)的不同會導(dǎo)致超聲波的傳遞耦合衰減不同，故筆者直接選用典型的工件制作參考試塊。對多個(gè)含有人工缺陷和自然缺陷的工件進(jìn)行斷裂試驗(yàn)和金相分析，確定對比試塊的人工缺陷為φ2.5mm 的平底孔，并確定以該人工缺陷的回波波幅作為驗(yàn)收的參考標(biāo)準(zhǔn)。

（2）在距離對比試塊上表面5，10，15，20 mm的深度位置上，分別制作了該尺寸（φ2.5mm）的平底孔。以這些距離表面不同深度的平底孔制作DAC曲線，以此曲線作為工件中不同深度的分散性缺陷的基準(zhǔn)靈敏度。

（3）利用對比試塊比較法檢測。將工件中的自然缺陷的回波波幅與對比試塊上的人工缺陷回波波幅進(jìn)行比較，只要工件中自然缺陷的回波波幅大于對比試塊的人工缺陷回波波幅，那么該工件的缺陷可使用6dB 法進(jìn)行測量。這種方法對缺陷的定量直觀有效。

2.2 儀器和探頭的選擇

超聲波探傷儀選用A 型顯示脈沖反射式數(shù)字超聲波探傷儀，頻率覆蓋范圍為1～6 MHz。檢測探頭選用頻率為2～2.5 MHz，直徑為20mm 的單晶直探頭或雙晶直探頭。耦合劑選用黏度大的耦合劑如水玻璃、黃油，以利于粗糙表面的良好耦合。

2.3 靈敏度的調(diào)整和掃查

調(diào)整探傷靈敏度時(shí)，利用試塊上不同深度的平底孔的反射回波制作距離－波幅曲線，以此曲線作為基準(zhǔn)靈敏度；為避免漏檢，掃查時(shí)提高6dB；缺陷判定時(shí)，增加的6dB應(yīng)調(diào)整回去。

儀器調(diào)整與現(xiàn)場檢測必須使用相同的耦合劑。

工件的掃查要在任何可以接近的表面進(jìn)行，選擇有規(guī)律的路徑進(jìn)行掃查；相鄰兩次掃查應(yīng)相互重疊，探頭的每次掃查覆蓋率應(yīng)大于探頭直徑的15%；工件掃查時(shí)，探頭移動(dòng)的速度不大于150mm／s。

2.4 缺陷檢測和判定

零部件中如果存在以下指示，則認(rèn)為不合格：①缺陷回波幅度大于或等于距離－波幅曲線的位置都要做標(biāo)記，并用6dB法進(jìn)行測量；若單個(gè)缺陷的面積超過75mm2，則該工件判定為不合格。②檢測過程中，如果出現(xiàn)底波消失或者密集縮孔、疏松的波形位置要做標(biāo)記；底波消失或者密集缺陷的面積超過300mm2（由大量的失效工件統(tǒng)計(jì)得到），則判為不合格。

3 超聲檢測結(jié)果

經(jīng)過超聲檢測，發(fā)現(xiàn)每批俯仰臂工件都有5%～10%的不合格品；超聲檢測合格的工件，經(jīng)過射線抽檢檢測，也未發(fā)現(xiàn)較大缺陷。更重要的是，經(jīng)過檢驗(yàn)合格的工件經(jīng)過長時(shí)間使用后，未出現(xiàn)由于俯仰臂失效造成質(zhì)量事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

利用對比試塊比較法對薄鑄鋼件進(jìn)行超聲檢測，對近場區(qū)不同距離的人工缺陷的波幅進(jìn)行了相對精確的設(shè)定；通過對含有人工缺陷和自然缺陷的工件進(jìn)行斷裂試驗(yàn)和金相分析，確定了檢測用對比試塊的人工缺陷尺寸。所述方法有效地控制了薄鑄鋼件產(chǎn)品的質(zhì)量，在一定程度上，解決了薄鑄鋼件的超聲波探傷問題。