摘 要：在鑄造鑄件的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)各種問題。應用無損檢測技術(shù)可以及時找出有問題的產(chǎn)品，并評定其質(zhì)量等級。將問題定性定量有助于采用適當?shù)氖┕ぜ夹g(shù)減少廢品量、降低成本。超聲波檢測技術(shù)是檢測鑄件缺陷的有效方法之一。因為鑄件本身具有晶粒粗大、組織不致密、組織不均勻和表面粗糙等特點，所以，給超聲檢測造成了一定的困難，比如超聲波穿透性差、雜波干擾嚴重等。簡要探討了鑄件超聲檢測的相關(guān)內(nèi)容，解讀了鑄件超聲檢測的標準，以期為工業(yè)生產(chǎn)中鑄件檢測工作提供一定的指導。

關(guān)鍵詞：鑄件；超聲檢測；檢測標準；可探測性試驗

中圖分類號：TG115.28 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.114

在機器制造業(yè)中，鑄件被廣泛應用，它在各種類型的機器設備中占有較大比例。而在鑄造鑄件的過程中，常常會出現(xiàn)各種問題，因此，需要采用無損檢測技術(shù)確保產(chǎn)品的質(zhì)量及其安全性和可靠性。

由于鑄造生產(chǎn)工序多、工藝復雜、勞動條件差，所以，鑄件容易出現(xiàn)組織疏松、晶粒粗大、縮孔、縮松和氣孔等問題，進而降低鑄件的沖擊韌性。除此之外，不僅鑄造工藝會影響鑄件質(zhì)量，鑄型材料、模具、熔煉和澆注等因素都會影響鑄件質(zhì)量。而鑄件形狀復雜、表面粗糙等缺陷會影響超聲檢測的正常進行。

1 鑄件無損檢測方法簡介

截至目前，研究最多且比較有效的鑄件缺陷無損檢測方法包括射線照相法、工業(yè)CT層析攝影法和超聲檢測法。雖然現(xiàn)有的無損檢測方法有20多種，但是，就鑄件本身來說，主要是用射線檢測和超聲檢測來檢查其內(nèi)部缺陷，用磁粉、渦流、滲透等方法檢查鑄件表面和近表面的缺陷。因為鑄件表面比較粗糙，形狀比較復雜，所以，表面檢測方法應用得并不多。下面簡要介紹3種鑄件內(nèi)部缺陷無損檢測方法。

1.1 射線照相法

當射線穿透物體時，能量會有一定的衰減，而透過物體的射線會在膠片上形成潛影，經(jīng)過暗室處理后反映在底片上的就是黑度差。所以，有缺陷的鑄件底片上會呈現(xiàn)黑度差，即缺陷影像。該方法通常用來檢測鑄件內(nèi)部缺陷，因為它對氣孔和夾雜等體積型缺陷比較敏感，很少會受到工件外形和表面狀態(tài)的影響。這種方法的優(yōu)點是缺陷能夠直觀地顯示出來，便于對缺陷定性和定量。

1.2 工業(yè)CT層析攝影法

該方法多用于性能要求比較高和形狀復雜的鑄件缺陷檢測，它的工作原理與射線照相法相似，但是，它需要利用強大的計算機處理能力分層掃查工件，再用相關(guān)算法將各層信息合成起來，從而準確描繪出工件缺陷的三維信息。

1.3 超聲檢測法

利用探頭的壓電效應和逆壓電效應發(fā)射超聲波穿透工件，

當遇到缺陷時，超聲波反射出的信息會被探頭接收到，進而轉(zhuǎn)化成電信號顯示在儀器上。該方法能夠檢測鑄件內(nèi)部和近表面的缺陷，方便快速、靈敏度較高、檢驗厚度大、成本低、無防護問題，通常用于產(chǎn)品的100%初檢。由此可見，這種方法更適用于檢測厚度大的工件內(nèi)部缺陷。因為鑄件近表面有盲區(qū)，所以，通常要求雙面或雙側(cè)檢測。另外，在檢測過程中，還可以與射線檢測相互配合，定位檢測厚度大的鑄鋼件內(nèi)部缺陷。使用雙晶探頭能有效檢測鑄件近表面的缺陷。

2 鑄件超聲檢測的特點

鑄件超聲檢測具有特殊性和局限性。鑄件晶粒粗大會導致超聲波嚴重衰減，進而影響超聲波檢測的指向性，發(fā)生異常反射，例如草狀回波和林狀回波，即干擾信號。干擾雜波會降低信噪比，尤其是當檢側(cè)頻率比較高時，會出現(xiàn)嚴重的干擾信號。這是因為波長與頻率成反比，波長與頻率的乘積是一個常數(shù)，它與晶片厚度有關(guān)，頻率越大，則波長越短，超聲波的衍射能力越低，所以，要用較小的頻率檢測鑄件。由惠更斯原理可知，波的衍射與障礙物尺寸Df和波長λ有關(guān)——當Df遠遠小于λ時，波的繞射強，反射弱，缺陷回波很低，容易偏檢；當Df遠遠大于λ時，波得反射強，繞射弱，聲波幾乎全反射；當Df與λ相當時，既有反射又有繞射。

由上述理論可知，檢測靈敏度與晶粒大小有密切的關(guān)系，理論上認為，小于晶粒尺寸的缺陷是檢測不出來的，所以，GB/T 7233中指出，超聲檢測適用于非奧氏體細化晶粒鑄件的檢測。關(guān)于鑄件的超聲可探性，GB/T 7233標準附錄中有詳細的講解。超聲波用來檢測大于晶粒尺寸的缺陷，因此，應根據(jù)鑄件特點去分析、排除干擾信號（比如林狀、草狀雜波）。

鑄件組織的不致密性、不均勻性會使超聲波能量衰減，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示聲能衰減會造成聲速差異。由相關(guān)資料和實際測定情況可知，聲速最大差異可達5%.另外，鑄件內(nèi)部各向異性柱狀晶粒還會改變聲波的傳播途徑，影響鑄件超聲檢測的缺陷定位。

此外，鑄件毛坯表面比較粗糙，存在游離的石墨。采用超聲波探傷時，如果超聲波被大量散射，那么，就會產(chǎn)生大量的干擾信號，進而降低信噪比。如果鑄件近表面干擾信號的回波高度比較大，那么，近表面的缺陷檢測會變得更加困難。

3 鑄件超聲檢測標準

為了進一步規(guī)范檢測秩序，經(jīng)過相關(guān)部門的協(xié)商，由公認機構(gòu)制訂、批準，將相應領(lǐng)域共同使用和重復使用的規(guī)范性文件稱為標準。它規(guī)定了操作規(guī)則和操作結(jié)果的特殊值，供各單位使用，進而有效規(guī)范預定領(lǐng)域內(nèi)的活動。

我國現(xiàn)行的一般用途鑄鋼件超聲檢測標準是依據(jù)歐洲鑄件超聲標準翻譯、改編的。其中，《鑄鋼件超聲波探傷及質(zhì)量評定方法》（GB/T 7233—2009）是由《鑄鋼件超聲檢測》（EN 12680—2003）改編而來，歐標原文包括3個部分，而我國取用前兩部分，并將其改編為《鑄鋼件超聲檢測第一部分：一般用途鑄鋼件》（GB/T 7233—2009）和《鑄鋼件超聲檢測第二部分：高承壓鑄鋼件》（GB/T 7233—2010）。歐標的第三部分是《球墨鑄鐵件》。EN 12680—2003不僅適用于歐盟內(nèi)部，澳大利亞、新西蘭等國家也采用此標準。通常情況下，使用最多的是第一部分。經(jīng)過長時間的使用，我國用《鑄鋼件超聲波探傷及質(zhì)量評定方法》（GB/T 7233—2009）代替了《鑄鋼件超聲探傷及質(zhì)量評定方法》（GB/T 7233—1987）。新修訂的版本全面調(diào)整了標準內(nèi)容，并與國際先進標準接軌。這樣做的目的是使鑄鋼件超聲檢測與國際標準相一致，消除技術(shù)壁壘，為我國加入WTO后的國際貿(mào)易需求奠定基礎(chǔ)。標準的第一部分規(guī)定了一般用途鑄鋼件的超聲檢測，標準的第二部分規(guī)定了高承壓鑄鋼件的超聲檢測。不同用途的鑄鋼件有其相應的檢測標準，它的存在能夠滿足鑄鋼件在更多領(lǐng)域的使用需求。

4 鑄件可探測性測試

同一個鑄件用不同的標準檢測，再通過檢測結(jié)果分析它們的異同，從而進一步解釋差異的原因。試驗時，使用5個經(jīng)過機加工的鑄鋼件，它們都存在自然缺陷或人工缺陷（Φ2 mm平底孔），尺寸分別為102 mm×80 mm×96 mm、103 mm×95 mm×86 mm、103 mm×97 mm×80 mm、Φ102 mm×86 mm和Φ100 mm×81 mm。

按照標準要求，在鑄件超聲檢測之前應測量超聲的可探測性。GB/T 7233—2009中明確規(guī)定，Φ3 mm平底孔（厚度≤300 mm的鑄鋼件）回波高度應高于同聲程雜波回波高度6 dB；JB/T 5000則規(guī)定，當探傷靈敏度反射回波（Φ6 mm平底孔）比同聲程噪聲信號回波高8 dB以上時，其可探性符合要求。

通過比較、參考反射體回波高度（本試驗為第一次底波）和噪聲信號來確定鑄鋼件可探測性的準確度。比較時，應選擇鑄鋼件中最具代表性的區(qū)域——該區(qū)域必須是上下面平行的最大厚度處。根據(jù)GB/T 7233對厚度要求的不同，超聲可探性要求如表1所示，測試結(jié)果如表2所示。結(jié)果顯示，5個工件全部滿足可探性要求。

5 總結(jié)

鑄件超聲檢測的要求比較低，主要是因為靈敏度要求比較低，所以，需要測試材料的超聲可探測性。檢測要點是，采用低頻率（1～2.5 MHz）、小晶片（Φ10～Φ20 mm）探頭檢測，當雜波信號過大時，應降低檢測靈敏度，關(guān)注底波劇烈衰減區(qū)域。GB/T 7233更新后，最主要的變化是修改了其適用范圍和質(zhì)量分級。質(zhì)量分級由原來的1級至4級增加到1級至5級。此外，新標準把鑄鋼件分為內(nèi)外兩層，并分別評級。這樣修改的好處是區(qū)別對待不同層區(qū)工件的2個性能，使其更加符合鑄件自身的質(zhì)量要求。修改后的標準逐漸與歐洲標準接軌，有利于對外技術(shù)交流和對外貿(mào)易的順利進行。

作者簡介：王洪良（1964—），男，工程師，畢業(yè)于南昌航空大學無損檢測專業(yè)，現(xiàn)主要從事射線和超聲無損檢測方面的工作。

〔編輯：白潔〕