李　明,徐亮軍

(煙臺華健檢測工程有限公司， 煙臺 265500)

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EN 12680-3：2012《鑄造 超聲波檢測 第3部分球墨鑄鐵鑄件》標(biāo)準(zhǔn)的理解與應(yīng)用

李明,徐亮軍

(煙臺華健檢測工程有限公司， 煙臺 265500)

在對球墨鑄鐵件進行超聲檢測時，經(jīng)常會用到EN 12680-3：2012《鑄造 超聲波檢測 第3部分 球墨鑄鐵鑄件》標(biāo)準(zhǔn)，通過對此標(biāo)準(zhǔn)的深入學(xué)習(xí)，結(jié)合實際使用經(jīng)驗，介紹了對該標(biāo)準(zhǔn)的理解和應(yīng)用心得，著重介紹了使用穿透法時應(yīng)注意的幾個問題，以供同行參考。

球墨鑄鐵;穿透法檢測;底波衰減;DGS曲線

在對球墨鑄鐵件進行超聲檢測時，經(jīng)常會用到EN 12680-3：2012《鑄造 超聲波檢測 第3部分 球墨鑄鐵鑄件》標(biāo)準(zhǔn)。筆者通過對此標(biāo)準(zhǔn)的深入學(xué)習(xí),結(jié)合實際使用經(jīng)驗，介紹了對該標(biāo)準(zhǔn)的理解與應(yīng)用心得。

1　穿透法檢測

EN 12680-3標(biāo)準(zhǔn)第1條“范圍”的表述為“該歐標(biāo)不適用于透射技術(shù)。注: 透射技術(shù)靈敏度不足以探測球墨鑄鐵鑄件中發(fā)現(xiàn)的不連續(xù)性，只在特殊情況中使用?！蓖干浼夹g(shù)，也稱穿透法，是采用一發(fā)一收雙探頭分別放置在被檢工件相對的兩個表面上，依據(jù)脈沖波或者連續(xù)波穿透工件之后的能量變化來檢測工件缺陷的方法。按標(biāo)準(zhǔn)要求，只在特殊情況中使用。下面介紹一種在球墨鑄件超聲檢測過程中使用穿透法的特殊情況。

在球墨鑄鐵件檢測中，發(fā)現(xiàn)缺陷時要對缺陷進行評定，其中很重要的一個參數(shù)就是缺陷在通壁方向的尺寸，該尺寸的測量原則如標(biāo)準(zhǔn)5.5.6.3條規(guī)定：“盡可能使用直探頭從相對面測量通壁方向到檢測表面的不連續(xù)性尺寸?！痹趯嶋H測量時，需要從兩個檢測面各自進行測定，探頭布置如圖1所示。通壁方向尺寸:

(1)

式中：S1，S2分別為探頭a、b到缺陷的聲程長度；t為鑄件壁厚。

圖1　鑄件通壁方向缺陷尺寸的測量示意

如圖1所示，實際檢測中發(fā)現(xiàn)的缺陷常常是密集型的，有時在檢測面上的投影面積也會較大;因此,在缺陷面積比較大的情況下，想要從鑄件兩表面確定所測缺陷是否為同一缺陷，往往比較困難。由于鑄件的幾何尺寸往往比較大，即使缺陷為獨立連續(xù)顯示，如果在鑄件的一側(cè)發(fā)現(xiàn)了缺陷，想從對側(cè)找到同一缺陷，并且對缺陷進行如圖1所示的通壁方向的尺寸測量,也會比較困難。此時應(yīng)用穿透法會有很好的效果。

首先設(shè)置超聲波儀器為穿透法(儀器的探頭插口為一收一發(fā)狀態(tài))，然后用兩個單晶探頭連接兩根探頭線(如果鑄件尺寸比較大，探頭線就要盡量長)，分別插在儀器設(shè)備的兩個插口中，將其中一個探頭按在鑄件一側(cè)檢測面上的有缺陷位置處保持不動，然后用另一個探頭在鑄件的另一側(cè)檢測面上掃查，如圖2所示。只有當(dāng)兩個探頭相對時，儀器屏幕上才會顯示波形;這時,該探頭的位置就是缺陷在鑄件的另一側(cè)的投影位置,也就可以根據(jù)測量出來的數(shù)據(jù)，用式(1)計算出缺陷在通壁方向的尺寸大小。

圖2　穿透法探頭布置示意

在應(yīng)用式(1)計算缺陷在通壁方向的尺寸大小時，要注意S1和S2均指在壁厚方向上發(fā)現(xiàn)的第一個缺陷的回波(也就是最靠近始波的缺陷)的指示深度(注意：對于面積型缺陷，S1和S2并不一定是嚴(yán)格正對的，也可能會錯開一定的距離)。另外在EN 12680-3標(biāo)準(zhǔn)中也沒有詳細(xì)說明第一個缺陷回波是否需要達(dá)到某一當(dāng)量才能計入缺陷的計量，筆者在西門子風(fēng)電項目中采用φ3 mm-6 dB值作為測量參考，但這對于不同的檢測工程可能會有不同的要求，需要在檢測前通過相關(guān)技術(shù)文件進行約定，以免評定缺陷時產(chǎn)生分歧。

另外，評估缺陷占壁厚的百分比時，應(yīng)該按照機加工后的實際壁厚尺寸，而不能用機加工前的初始壁厚進行評估。例：初始壁厚t=50 mm，S1=25 mm，S2=10 mm，此時缺陷在通壁方向尺寸為t-S1-S2=15 mm。假如鑄件后期的機加工量為10 mm，此時用來計算缺陷占壁厚百分比時的壁厚實際應(yīng)取50 mm-10 mm=40 mm，則可計算出缺陷占壁厚的百分比為(50-25-10)/40=15/40=37.5%。如果此時用初始的壁厚50 mm進行計算，就可能會出現(xiàn)錯誤結(jié)論。

2　特殊缺陷的檢測

對球墨鑄鐵件進行超聲檢測時，有一種情況是檢測人員容易忽視的，即存在缺陷的反射當(dāng)量不大，但底波衰減卻較明顯的情況。筆者在實際的檢測中就遇到過底波衰減大于20 dB,而缺陷的反射當(dāng)量只有φ4 mm平底孔當(dāng)量的情況。正常與不正常底波的對比如圖3所示。

圖3　正常底波與不正常底波的對比

圖4　解剖后所見的密集缺陷示例

事后對該缺陷處進行解剖,解剖后的缺陷示例如圖4所示。從圖4可見:缺陷比較密集，也比較嚴(yán)重;之所以反射當(dāng)量不大，是由于超聲波在缺陷處發(fā)生了漫反射且部分能量被吸收的緣故，所以對此類缺陷進行檢測時要注意以下幾方面的問題。

(1) 探頭的選擇

從兩面檢測時，要選擇合適的探頭，一般是根據(jù)壁厚和缺陷的深度進行選擇:如果壁厚較小或者缺陷埋深較小，應(yīng)選擇雙晶探頭；對于曲面工件，如果曲率較大，最好選擇晶片直徑小的探頭。

(2) 靈敏度的調(diào)節(jié)

在檢測面的表面狀態(tài)不同時，比如存在打磨的情況下，一般鑄態(tài)表面要比打磨后表面粗糙，同樣的檢測靈敏度時，鑄態(tài)表面檢測需要的增益要高于打磨后表面。如果從鑄態(tài)表面調(diào)校靈敏度后，在打磨面進行檢測發(fā)現(xiàn)缺陷并進行定量，會擴大缺陷定量；相反，則會縮小缺陷定量。另外在壁厚相同時，如果表面狀態(tài)不一樣或者內(nèi)部晶粒尺寸不一樣，靈敏度都會不同;如果發(fā)現(xiàn)缺陷部位比靈敏度設(shè)置位置的表面粗糙或晶粒粗糙，都會造成缺陷的當(dāng)量測量值偏低，所以最好在缺陷附近無缺陷處重新設(shè)置靈敏度。

(3) 缺陷面積

缺陷面積指所有底波衰減或者當(dāng)量達(dá)到記錄要求的點的連線，也就是探頭測量時中心點的連線所圍成的閉合圖形的面積。實際缺陷面積的計算一般取閉合圖形中兩條方向盡量垂直的最大尺寸對角線的乘積。

EN 12680-3標(biāo)準(zhǔn)第5.3.2 條“探頭和換能器頻率”的注5表述為“球墨鑄鐵縱波聲速等于或高于5 500 m·s-1”。這一條內(nèi)容既提醒檢測人員球墨鑄件與常規(guī)鋼材在聲速方面的不同，也要求在檢測前應(yīng)該首先測量聲速，也就是通常說的聲程校準(zhǔn)。操作時,一般在工件上選取表面比較平整且與底面平行的區(qū)域，先用尺子測量出壁厚，然后通過一二次波進行校準(zhǔn)(也可在材料相同的試塊上校準(zhǔn))。校準(zhǔn)完成后，要注意查看超聲波檢測儀中顯示的聲速值，對于球墨鑄鐵，按照本標(biāo)準(zhǔn)，需要不小于5 500 m·s-1(鑄鋼件的聲速和鋼的差不多，約為5 920 mm·s-1，一定要區(qū)分鑄鐵和鑄鋼);如果儀器顯示的聲速小于5 500 m·s-1，則不適用本標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)于EN 12680-3標(biāo)準(zhǔn)第5.3.5條 “超聲波設(shè)備的時基設(shè)定和靈敏度設(shè)定”，檢測靈敏度的設(shè)定首先要知道壁厚，然后根據(jù)壁厚查閱標(biāo)準(zhǔn)中的表6(見表1),表中*處表示僅用于因鑄件幾何形狀不能獲得底波的區(qū)域。

表1　超聲波檢測指示數(shù)據(jù)評定

假如鑄件壁厚為50 mm，此時的檢測最小靈敏度就是φ5 mm平底孔,可以小于φ5 mm,但不能大于φ5 mm,也就是說要求能檢測出的最小缺陷的當(dāng)量直徑為5 mm。平時檢測時，有的客戶會有特殊要求，比如要求φ3 mm以上的缺陷都要記錄，此時就需按照客戶的要求設(shè)置靈敏度。

3　DGS曲線的驗證

在檢測球墨鑄鐵件時，由于球墨鑄鐵在成分和金相結(jié)構(gòu)上的千差萬別，實際生產(chǎn)中不可能針對每種球墨鑄鐵都制作相應(yīng)的對比試塊。應(yīng)用某公司的超聲波檢測儀及其超聲探頭組合可解決此問題，其能直接利用儀器內(nèi)置的DGS(距離-回波高度-當(dāng)量尺寸)曲線方便地對鑄鐵件的缺陷進行定量，從而省去制作大量對比試塊的麻煩。以USM35XS超聲檢測儀為例，利用該儀器在鑄鐵件上能容易地制作出DGS曲線，但是DGS曲線制作好后如果不進行驗證,往往會造成較大的測量誤差，這一點易被檢測人員忽視。下面以筆者在西門子風(fēng)電項目上的經(jīng)驗介紹一下如何驗證在鑄件上制作的DGS曲線的準(zhǔn)確性:用φ3 mm平底孔做檢測靈敏度，以GE公司的SEB 2-0探頭為例。

圖5　φ3 mm平底孔的DGS曲線

圖6　底波衰減到與DGS曲線等高時的傳輸校正衰減dB值

制作的DGS曲線如圖5，在檢測面隨機選取一個點，使底波衰減到與DGS曲線等高，觀察儀器顯示的傳輸校正衰減dB值(見圖6)。此時可看到，底波衰減至少28 dB,記錄此時的深度174 mm，即174 mm深度處φ3 mm平底孔的檢測靈敏度比同等距離處的大平底的靈敏度低28 dB。對應(yīng)該生產(chǎn)廠家提供的SEB 2-0探頭的DGS曲線(見圖7)，在橫坐標(biāo)上找到深度大約174 mm處，如圖中紅線(圖中第三根豎線)位置。該線與大平底(∞)交點所對應(yīng)的橫坐標(biāo)值約為4 dB，與φ3 mm曲線交點約為32 dB。此兩者差值為28 dB,即用廠家提供的DGS曲線得出的φ3 mm平底孔檢測靈敏度要比同聲程處大平底的靈敏度高28 dB左右;這與用探頭在鑄鐵件上所作的φ3 mm DGS曲線測量出來的分貝差相一致，因此在鑄鐵件上做出的DGS曲線是符合要求的。

圖7　生產(chǎn)廠家提供的探頭DGS曲線

4　結(jié)語

結(jié)合對EN 12680-3：2012《鑄造 超聲波檢測 第3部分 球墨鑄鐵鑄件》標(biāo)準(zhǔn)的理解，介紹了對球墨鑄鐵件進行穿透法超聲檢測時，檢測人員需要注意的幾個問題；并且指出，對反射當(dāng)量不大但底波衰減較明顯的缺陷，在DGS曲線制作好后，需要利用生產(chǎn)廠家提供的探頭DGS曲線對所制作的DGS曲線進行驗證，確認(rèn)其是否達(dá)到要求。

Some Understanding and Application of EN 12680-3:2012Founding-UltrasonicExamination-Part3SpheroidalGraphiteCastIronCastings

LI Ming, XU Liang-jun

(Yantai Hua Jian Testing &Engineering Co., Ltd., Yantai 265500, China)

When ductile iron castings were detected, the standard of EN 12680-3:2012Founding-UltrasonicExamination-Part3SpheroidalGraphiteCastIronCastingswas often used. Through in-depth study of this standard, combined with practical experience, the authors aim to introduce the experience of understanding and application of the standard and to emphasize that attention should be paid to the transmission method in several issues, which might offer reference for people working in the same field.

Spheroid graphite iron; Transmission inspection; Back wall wave attenuation; DGS curve

2015-12-02

李明(1973-)，男，工程師,主要從事鍛件、鑄件及焊接件的無損檢測工作。

李明, E-mail: andy-m.li@sgs.com。

10.11973/wsjc201606018

TG115.28

A

1000-6656(2016)06-0073-04