周 澄 劉 滿 施道蕓 楊 鎣 范呂慧

(1.二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司檢測(cè)中心，四川618000；2.中國(guó)兵器裝備集團(tuán)自動(dòng)化研究所，四川621000)

超聲檢測(cè)是鍛鋼件內(nèi)部缺陷檢測(cè)最有效的無(wú)損檢測(cè)方法。隨著我國(guó)加入世界貿(mào)易組織，對(duì)外技術(shù)交流與經(jīng)濟(jì)合作的日益增多，與國(guó)外合作的冶金、石化、風(fēng)電、核電、水電和火電等制造領(lǐng)域都直接應(yīng)用國(guó)外鍛件檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)外典型的鍛鋼件超聲檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)——EN 10228-3：2016《鍛鋼件無(wú)損檢測(cè)：第3部分 鐵素體和馬氏體鋼超聲檢測(cè)》(以下簡(jiǎn)稱“EN 10228-3”)、ASTM A388/A388M—2016《鍛鋼件超聲檢測(cè)》(以下簡(jiǎn)稱“ASTM A388/A388M”)、JIS G0587—2007《碳鋼和低合金鋼鍛件超聲檢測(cè)》(以下簡(jiǎn)稱“JIS G0587”)以及GB/T 6402—2008《鋼鍛件超聲檢測(cè)方法》(以下簡(jiǎn)稱“GB/T 6402”)四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中一些主要內(nèi)容進(jìn)行比較和討論，以供參考。其中GB/T 6402是綜合并修改采用EN 10228-3：1998與EN 10228-4：1998《鋼鍛件超聲檢測(cè)：奧氏體鋼檢測(cè)》兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制訂而成，而這兩個(gè)歐洲標(biāo)準(zhǔn)除了缺陷記錄和驗(yàn)收部分有差異外，其余基本相同，因此，GB/T 6402與EN 10228-3內(nèi)容大部分相同。對(duì)于GB/T 6402，本文只對(duì)鐵素體和馬氏體鋼超聲檢測(cè)內(nèi)容進(jìn)行比較分析。

1 適用范圍

1.1 標(biāo)準(zhǔn)要求

4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)比Table 1 Comparison of standard requirement

1.2 對(duì)比分析

1.2.1 檢測(cè)方法

(1)超聲波缺陷檢出與信號(hào)顯示方法均為脈沖-反射法。

(2)掃查方法，除日本JIS G0587沒(méi)有自動(dòng)掃查外，其余均可用手工和機(jī)械或自動(dòng)掃查。

(3)靈敏度確定和缺陷當(dāng)量定量方法，除GB/T 6402外，EN 10228-3、ASTM A388/A388M、JIS G0587均允許使用DGS系統(tǒng)。使用該系統(tǒng)用直探頭檢測(cè)時(shí)，可以不制作對(duì)比試塊，直接用工件本體或與之聲學(xué)特性相近材料的任意反射體進(jìn)行儀器靈敏度校準(zhǔn)，用DGS系統(tǒng)確定缺陷平底孔當(dāng)量；用斜探頭檢測(cè)時(shí)，可用GB/T 19799.1(等同ISO 2400)的“1號(hào)校準(zhǔn)試塊”或GB/T 19799.2(等同ISO 7963)的“2號(hào)校準(zhǔn)試塊”，或者其它功能相當(dāng)?shù)脑噳K或反射體，進(jìn)行儀器靈敏度校準(zhǔn)和用DGS系統(tǒng)確定缺陷平底孔當(dāng)量?？梢怨?jié)省大量的試塊制作成本或采購(gòu)成本，縮短檢測(cè)周期，極大提高檢測(cè)效率和結(jié)果一致性。

1.2.2 受檢材料類型

(1)均適用于檢測(cè)鐵素體、馬氏體或碳鋼、低合金鋼等晶粒尺寸小或可相變細(xì)化晶粒的聲衰減小的材料。

(2)GB/T 6402可以直接適用于奧氏體類粗晶材料檢測(cè)，其余標(biāo)準(zhǔn)要么不適用，要么有條件。

EN 10228-3不適用于奧氏體類粗晶材料檢測(cè)，因其有專用的奧氏體類鍛件超聲檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)——EN 10228-4。ASTM A388/A388M可用于衰減小的或用底波高度評(píng)定缺陷(靈敏度要求低)的奧氏體材料，對(duì)于衰減嚴(yán)重或要求較高的奧氏體材料鍛件，則要用ASTM A745/A745M。JIS G0587則是供需雙方協(xié)商好衰減測(cè)量方法后，可以檢測(cè)不銹鋼，沒(méi)有明確說(shuō)奧氏體材料。

(3)GB/T 6402和EN 10228-3還特別說(shuō)明，不適用于模鍛件、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)鍛件，該條款GB/T 6402是直接引用EN 10228-3的內(nèi)容。因?yàn)榇祟愬懠?nèi)部質(zhì)量要求高，普通鍛件檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)難以達(dá)到其要求，歐洲標(biāo)準(zhǔn)有專門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定此項(xiàng)內(nèi)容，如EN SEP 1923。

1.2.3 受檢工件尺寸

(1)直探頭檢測(cè)，除了JIS G0587規(guī)定了厚度≥20 mm、曲率半徑≥50 mm的下限尺寸外，其余標(biāo)準(zhǔn)均沒(méi)有規(guī)定，且都沒(méi)有尺寸上限限制。

(2)斜探頭檢測(cè)，對(duì)于筒形與環(huán)形零件，所有標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了外圓周向檢測(cè)的外徑與內(nèi)徑之比的上限值，除EN 10228-3與GB/T 6402相同外，其余均不相同，ASTM A388/A388M范圍最大，為2；JIS G0587范圍最小，為1.4；EN 10228-3與GB/T 6402范圍居中，為1.6。同時(shí)，ASTM A388/A388M和JIS G0587還規(guī)定了長(zhǎng)度下限，均為≥50 mm；JIS G0587還規(guī)定了壁厚下限，為≥20 mm。

1.2.4 質(zhì)量等級(jí)

除ASTM A388/A388M外，其余標(biāo)準(zhǔn)均有供質(zhì)量驗(yàn)收選用的質(zhì)量等級(jí)。ASTM A388/A388M中只提供了一些質(zhì)量驗(yàn)收的原則性要求，需要供需雙方在簽訂合同時(shí)，根據(jù)實(shí)際零件另行制定鍛件內(nèi)部質(zhì)量驗(yàn)收條款。這一點(diǎn)，由于技術(shù)原因，在國(guó)內(nèi)實(shí)施起來(lái)難度較大。

2 人員

2.1 標(biāo)準(zhǔn)要求

檢測(cè)人員要求對(duì)比如表2所示。

表2 檢測(cè)人員要求對(duì)比Table 2 Comparison of inspectors requirement

2.2 對(duì)比分析

在無(wú)損檢測(cè)人員資格要求上，除了JIS G0587外，其他標(biāo)準(zhǔn)基本相同。JIS G0587沒(méi)有提到對(duì)檢測(cè)操作人員的要求，只有對(duì)管理檢驗(yàn)的檢驗(yàn)工程師的要求。根據(jù)與相關(guān)國(guó)家業(yè)務(wù)合作了解的實(shí)際情況，各國(guó)資格鑒定方式有一定差異，歐、美、日等國(guó)的II級(jí)和I級(jí)資格證書(shū)是由雇主組織培訓(xùn)和發(fā)證，中國(guó)是由國(guó)家專門(mén)機(jī)構(gòu)培訓(xùn)和發(fā)證。從實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，日本人對(duì)資格證書(shū)要求不是特別強(qiáng)烈，而是更加在意檢測(cè)人員的實(shí)際工作能力。

3 設(shè)備

3.1 標(biāo)準(zhǔn)要求

設(shè)備要求對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 設(shè)備要求對(duì)比Table 3 Comparison of equipment requirement

3.2 對(duì)比分析

總體來(lái)看，在儀器的要求上，EN 10228-3要求最高，GB/T 6402要求最低，JIS G0587要求最全，ASTM A388/A388M要求最活。ASTM A388/A388M和JIS G0587對(duì)儀器工作頻率有要求，其它標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有。最令人費(fèi)解的是，所有標(biāo)準(zhǔn)都有對(duì)儀器水平線性的要求，但ASTM A388/A388M(包括引用標(biāo)準(zhǔn)E317)沒(méi)有。

4 探頭

4.1 標(biāo)準(zhǔn)要求

探頭要求對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 探頭要求對(duì)比Table 4 Comparison of probe requirement

4.2 對(duì)比分析

4.2.1 探頭頻率

眾所周知，超聲波在同一材料中的聲速相同，探頭頻率不同，波長(zhǎng)就不一樣，自然缺陷對(duì)其反射差異也會(huì)較大。實(shí)踐證明，對(duì)于同一個(gè)缺陷，超聲檢測(cè)時(shí)缺陷的當(dāng)量和底波降低量受頻率影響很大。一般情況下，對(duì)于鍛鋼件材料，隨著頻率的增高，缺陷當(dāng)量會(huì)減小，底波降低量會(huì)增大[1-2]。鑒于此，ASTM A388/A388M規(guī)定直探頭和斜探頭各自只有1個(gè)頻率，對(duì)同一零件，其檢測(cè)結(jié)果的一致性最高。其它標(biāo)準(zhǔn)，由于頻率范圍較大，如果供需各方選擇的探頭頻率不一樣，其檢測(cè)結(jié)果的差異將會(huì)很大，很可能會(huì)出現(xiàn)一方檢測(cè)合格的，另一方檢測(cè)不合格，出現(xiàn)爭(zhēng)議。如果測(cè)量缺陷尺寸(長(zhǎng)度或面積)，其差異會(huì)更大。因此，建議在選用這些標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，在合同中規(guī)定一種頻率和尺寸的探頭作為最終評(píng)判探頭，以免產(chǎn)生不必要的爭(zhēng)議。如果合同未做規(guī)定，建議制造方在保證檢測(cè)靈敏度的前提下，盡量選擇較低頻率，以便更好地發(fā)現(xiàn)缺陷和滿足各方要求。

另外，JIS G0587還規(guī)定探頭頻率范圍、Q值范圍，這兩個(gè)參數(shù)都跟頻率相關(guān)，將探頭頻率限制在一個(gè)很窄范圍，有利于提高應(yīng)用DGS系統(tǒng)或計(jì)算法檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

通常對(duì)鍛件超聲檢測(cè)，各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)有1個(gè)常用頻率，如EN 10228-3為2.0 MHz，ASTM A388/A388M為2.25 MHz，JIS G0587為2.0 MHz或2.25 MHz，GB/T 6402為2.5 MHz。

4.2.2 探頭晶片尺寸

探頭晶片尺寸的選擇主要是滿足穿透厚度和耦合需要，依據(jù)工件形狀與尺寸選擇，同時(shí)兼顧檢測(cè)效率。一般原則是，在確保穿透和耦合的前提下，盡可能選用晶片尺寸大的探頭。從表4可以看出，EN 10228-3和GB/T 6402中探頭的晶片尺寸范圍較大，ASTM A388/A388M和JIS G0587的選擇范圍較小，JIS G0587還規(guī)定按探頭頻率選擇相應(yīng)的探頭晶片尺寸(JIS G0587中表1)。

與頻率類似，通常對(duì)鍛件超聲檢測(cè)，各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)有一個(gè)常用晶片尺寸，如EN 10228-3為24 mm，ASTM A388/A388M為25 mm，JIS G0587為20 mm或24 mm，GB/T 6402為20 mm。

4.2.3 斜探頭角度

原則上，斜探頭角度應(yīng)根據(jù)受檢零件中可能產(chǎn)生缺陷的取向、工件形狀與尺寸進(jìn)行選擇。工件形狀與尺寸主要是考慮筒形和環(huán)形零件周向檢測(cè)時(shí)，純橫波聲束能掃查到工件內(nèi)壁，即能掃查整個(gè)工件截面或體積。EN 10228-3和GB/T 6402 規(guī)定了1個(gè)比較寬的斜探頭角度范圍35°～70°；ASTM A388/A388M和JIS G0587推薦了角度45°，如果外徑與內(nèi)徑之比不能滿足要求，可以使用其它角度。綜合考慮各種因素，結(jié)合與歐、美、日合作實(shí)際，在工件條件許可的情況下，通常主要采用45°檢測(cè)，必要時(shí)再輔以其它角度。

4.2.4 其它要求

JIS G0587還列出了靈敏度余量、遠(yuǎn)場(chǎng)分辨力等要求，其它標(biāo)準(zhǔn)未列出，但實(shí)際上各標(biāo)準(zhǔn)都有，只是都隱含在其引用標(biāo)準(zhǔn)中。

5 參考(對(duì)比)試塊

5.1 標(biāo)準(zhǔn)要求

試塊要求對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 試塊要求對(duì)比Table 5 Comparison of test block requirement

5.2 對(duì)比分析

5.2.1 材料要求

對(duì)于參考試塊的材料要求，幾乎都是一致的，就是聲學(xué)特性與被檢工件相似。對(duì)于“聲學(xué)特性相似”，目前沒(méi)查到統(tǒng)一的定義或定量描述。EN 10228-3的引用標(biāo)準(zhǔn)ISO 16811中5.2條對(duì)參考試塊的要求是“聲速為受檢零件的 5%或?qū)β曀俨钸M(jìn)行修正”；ISO 17640—2010焊縫檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于鐵素體類鋼，“縱波鋼中的超聲波聲速5920±50 m/s，橫波聲速3255±30 m/s”；ASTM E428中5.1.4條給出了參考試塊與受檢零件之間的衰減檢測(cè)要求，“第一次底波調(diào)到90%，前三次底波之和差值為±25%或滿足使用要求”。JIS G0587與受檢零件“衰減程度相同或衰減系數(shù)已知”。結(jié)合工作實(shí)際及其試塊本身的作用與用途，顯然單從試塊材料要求，JIS G0587最具有實(shí)用性和便利性。ASTM A388/A388M缺乏操作性和經(jīng)濟(jì)性，尤其對(duì)于大型鍛件，成本非常高，好在引入了DGS法。對(duì)于自帶測(cè)速功能的數(shù)字式超聲波檢測(cè)儀來(lái)說(shuō)，EN 10228-3的要求實(shí)施起來(lái)也是非常簡(jiǎn)便易行的。綜合考慮，我們認(rèn)為控制聲速差是比較合理的方式，相比之下衰減系數(shù)更容易修正。

5.2.2 參考試塊檢測(cè)面形狀

這個(gè)問(wèn)題看似簡(jiǎn)單，實(shí)際工作中卻經(jīng)常為了表面曲率修正發(fā)生爭(zhēng)議。這里著重討論試塊與工件之間曲率半徑關(guān)系。EN 10228-3的引用標(biāo)準(zhǔn)ISO 16811中4.3.2條規(guī)定“試塊曲率半徑是受檢零件的10%”；雖然ASME第五卷焊縫超聲檢測(cè)部分有0.9～1.5倍的要求，但是ASTM A388中沒(méi)有明確規(guī)定，這兩套標(biāo)準(zhǔn)的要求能否共用，目前在國(guó)內(nèi)尚存爭(zhēng)議，有的行業(yè)允許公用，有的不允許(如部分核電企業(yè))；JIS G0587很明確，0.7～1.1倍；GB/T 6402的7.4條中沒(méi)有直接涉及到曲率半徑，也沒(méi)有相關(guān)的引用標(biāo)準(zhǔn)，只是有一句從歐洲標(biāo)準(zhǔn)引用過(guò)來(lái)的話“對(duì)比試塊的表面狀態(tài)應(yīng)能代表受檢零件的表面狀態(tài)”，因此執(zhí)行GB/T 6402時(shí)，對(duì)比試塊的曲率就應(yīng)理解為“與被檢工件相同”。

5.2.3 反射體

5.2.3.1 反射體距檢測(cè)面聲程

隨著核電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，要求愈來(lái)愈嚴(yán)格，這個(gè)無(wú)損檢測(cè)史上爭(zhēng)議最小的問(wèn)題，也開(kāi)始產(chǎn)生分歧。該問(wèn)題與表面曲率修正的爭(zhēng)議相似，焦點(diǎn)集中在試塊與工件厚度差問(wèn)題。EN 10228-3與GB/T 6402只要至少有3個(gè)反射體能覆蓋工件厚度即可；ASME第五卷焊縫超聲檢測(cè)T434.2.1表中給出的試塊尺寸可以與工件不同，大于100 mm時(shí)，與工件厚度差為 25 mm，而ASTM A388/A388M直探頭“按合同”，斜探頭“與受檢鍛件厚度相同”，國(guó)內(nèi)對(duì)兩套美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)共用性的爭(zhēng)議與表面曲率修正的爭(zhēng)議相似；JIS G0587直探頭只有1套小于150 mm的試塊，大于150 mm按公式計(jì)算，斜探頭直接在工件延長(zhǎng)段或余量上刻槽。

5.2.3.2 反射體形狀

除ASTM A388/A388M和JIS G0587斜探頭用槽外，其它直探頭和斜探頭都可以用平底孔或橫孔。JIS G0587還規(guī)定，斜探頭檢測(cè)如果能證明其它反射體與槽靈敏度相同時(shí)，可以使用其它反射體。

5.2.3.3 反射體尺寸

EN 10228-3和GB/T 6402的反射體尺寸相同，但是兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中有句說(shuō)明卻不同，EN 10228-3的7.4中“只要做相應(yīng)的靈敏度修正，不同于表5和6的反射體也可以使用”，而GB/T 6402的7.4注中是“不同尺寸反射體用于提供檢測(cè)靈敏度的校驗(yàn)”，這樣一來(lái)對(duì)于鐵素體-馬氏體鋼，GB/T 6402就不能用表4以外的其它反射體；ASTM A388/A388M中的反射體尺寸隨檢測(cè)厚度而變化；JIS G0587最簡(jiǎn)單，規(guī)定使用的反射體就1個(gè)尺寸?4 mm平底孔，其余進(jìn)行換算。

5.2.3.4 反射體加工

EN 10228-3和JIS G0587允許直接在工件上加工反射體，而不用再另外制作參考試塊。這一點(diǎn)，具有極其巨大的優(yōu)越性，尤其是刻槽。直接在工件加工余量上制作反射體，可以避免幾乎所有參考試塊本身的缺點(diǎn)，而且還能大大節(jié)省試塊加工、保存與維護(hù)成本。

綜合以上可以看出，就參考試塊而言，JIS G0587最簡(jiǎn)便易行，其次是EN 10228-3。

6 耦合劑、鍛件表面準(zhǔn)備和檢測(cè)時(shí)機(jī)

這3項(xiàng)就不詳細(xì)敘述了，各標(biāo)準(zhǔn)基本相同。耦合劑，基本上都可以用水、機(jī)油、漿糊及其它。表面狀態(tài)，粗糙度基本上都是6.3 m或12.5 m，工件形狀盡可能簡(jiǎn)單，如平行平面、柱面等。檢測(cè)時(shí)機(jī)，基本上都在性能熱處理后，盡可能在各種形狀加工工序前。

7 檢測(cè)靈敏度

7.1 標(biāo)準(zhǔn)要求

靈敏度要求對(duì)比見(jiàn)表6。

表6 靈敏度要求對(duì)比Table 6 Comparison of sensitivity requirement

7.2 對(duì)比分析

7.2.1 靈敏度設(shè)置原則

EN 10228-3和GB/T 6402提出了靈敏度設(shè)置的基本原則，應(yīng)能檢出應(yīng)記錄或應(yīng)評(píng)定的最小缺陷。JIS G0587提出的其實(shí)是靈敏度調(diào)節(jié)方法。ASTM A388/A388M沒(méi)有專門(mén)提出基本原則。

7.2.2 靈敏度設(shè)置方法

(1)直探頭：EN 10228-3用平底孔或橫孔試塊DAC、DGS設(shè)置靈敏度。ASTM A388/A388M和JIS G0587用底波法、試塊DAC、DGS三種方法設(shè)置靈敏度。GB/T 6402用平底孔試塊DAC，大于3倍近場(chǎng)可用計(jì)算法設(shè)置靈敏度，不能用DGS法設(shè)置靈敏度。對(duì)此，GB/T 6402附錄B表B.1給出了刪除DGS法的原因是國(guó)內(nèi)不使用DGS方法。但是根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)往來(lái)，從20世紀(jì)70年代末，一重、二重、東電、東汽等引進(jìn)西德K.K公司USIP11、USL38等超聲檢測(cè)儀開(kāi)始，就一直使用DGS面板和相應(yīng)探頭DGS曲線，一直到現(xiàn)在使用USN60、USM35等內(nèi)置DGS功能設(shè)備，近40年時(shí)間從未間斷過(guò)使用DGS方法，故這個(gè)與實(shí)際情況不太相符。

(2)斜探頭：EN 10228-3用DAC(?3 mm橫孔)和DGS；ASTM A388/A388M用DAC(60°V形槽)和DGS；JIS G0587用DAC(矩形槽)；GB/T 6402用DAC(?3 mm橫孔)。

單從表中數(shù)據(jù)看，好像各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)差異不大，實(shí)際上差異很大，尤其是GB/T 6402。根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)往來(lái)情況，采用EN 10228-3的國(guó)家，從靈敏度調(diào)節(jié)到缺陷定量，無(wú)論直探頭還是斜探頭，基本上都使用DGS法，能用工件的就盡量不用試塊，即使用試塊也就用1號(hào)或2號(hào)校準(zhǔn)試塊，很少使用參考(對(duì)比)試塊，這能夠節(jié)約大量試塊制作、保存和維護(hù)成本。ASTM A388/A388M直探頭和斜探頭也可都使用DGS法，但實(shí)際應(yīng)用中，至少在國(guó)內(nèi)，對(duì)于斜探頭大家還是習(xí)慣用60°V形槽DAC法。JIS G0587，直探頭就用5個(gè)平底孔試塊或DGS法，其余用計(jì)算或DGS補(bǔ)充；斜探頭的槽是直接利用工件余量刻槽，不需要再制作參考試塊和保存試塊。GB/T 6402必須要制作試塊，看上去計(jì)算法可以省掉試塊，但實(shí)際上不可能，因?yàn)?倍近場(chǎng)以內(nèi)的缺陷沒(méi)法定量，還得用試塊DAC法。在國(guó)內(nèi)，有的人采用更換探頭改變近場(chǎng)長(zhǎng)度或改變檢測(cè)面(用底面)來(lái)解決，實(shí)際上這是行不通的。有實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)的人都知道，用不同的探頭或在不同的檢測(cè)面檢測(cè)同一個(gè)缺陷，其當(dāng)量大小或波幅高度是不一樣的，而且差異還相當(dāng)大。從現(xiàn)實(shí)情況看，即使是相同材質(zhì)參考試塊，由于各家材料制造工藝不同，對(duì)比試塊存在差異，經(jīng)常導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)爭(zhēng)議。

這里還要特別強(qiáng)調(diào)一件事，國(guó)內(nèi)很多標(biāo)準(zhǔn)和教材等資料，至今對(duì)DGS法的認(rèn)識(shí)還存在嚴(yán)重錯(cuò)誤。將DGS法與計(jì)算法混為一談，認(rèn)為DGS法跟計(jì)算法一樣，只適用于3倍近場(chǎng)以外，不知道這種認(rèn)知從何而來(lái)？從1978年開(kāi)始，我們使用的DGS曲線，就適用于近場(chǎng)區(qū)以內(nèi)(近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度96 mm的?24 mm、4 MHz單晶直探頭DGS曲線的適用范圍為6～8000 mm)。DGS法，既適用于近場(chǎng)，也適用于遠(yuǎn)場(chǎng)，3倍近場(chǎng)區(qū)以內(nèi)也不需要再使用試塊來(lái)對(duì)缺陷進(jìn)行定量。

8 掃查

8.1 標(biāo)準(zhǔn)要求

掃查要求對(duì)比見(jiàn)表7。

表7 掃查要求對(duì)比Table 7 Comparison of scanning requirement

8.2 對(duì)比分析

8.2.1 掃查覆蓋

除ASME是100%全體積掃查外，其余標(biāo)準(zhǔn)都可以選擇點(diǎn)掃查、線掃查和全掃查。GB/T 6402雖然可以點(diǎn)掃查、線掃查，但由于多種原因，實(shí)際應(yīng)用中這兩種掃查覆蓋很少使用，基本上都是全體積掃查。

8.2.2 掃查方向

對(duì)于直探頭，基本上都是至少要求從兩個(gè)相互垂直方向?qū)﹀懠卟椤Ｐ碧筋^，都是用于筒形或環(huán)形零件周向掃查。除ASME提出，不能用直探頭進(jìn)行軸向掃查的筒形或環(huán)形鍛件，需要補(bǔ)充斜探頭進(jìn)行軸向掃查外，其余都沒(méi)有要求斜探頭進(jìn)行軸向掃查。

9 缺陷分類

9.1 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容

缺陷分類對(duì)比見(jiàn)表8。

表8 缺陷分類對(duì)比Table 8 Comparison of defects classification

9.2 對(duì)比分析

9.2.1 波形類型

(1)EN 10228-3和GB/T 6402，根據(jù)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)波形將缺陷信號(hào)分成了波形I和波形II兩種。波形I，A型脈沖顯示為單一尖銳信號(hào)，隨著探頭移動(dòng)，該信號(hào)幅度平滑地升到最大值，然后平滑地下降到零。該波形對(duì)應(yīng)的缺陷尺寸小于或等于-6 dB聲束直徑，比如用于繪制聲束輪廓的橫孔動(dòng)態(tài)波形。波形II，A型脈沖顯示為單一尖銳信號(hào)，隨著探頭移動(dòng)，該信號(hào)幅度平滑地升到最大值，保持一定幅度或幅度不發(fā)生變化，然后平滑地下降到零。該波形對(duì)應(yīng)的缺陷尺寸大于-6 dB聲束直徑。這兩種信號(hào)類型定義，類似于我國(guó)NB/T 47013.3中焊縫超聲檢測(cè)部分的“只有一個(gè)波峰信號(hào)”和“具有多個(gè)峰值點(diǎn)信號(hào)”，判定和操作都比較簡(jiǎn)單。

在此，對(duì)于EN 10228-3中波形I的文字定義，對(duì)應(yīng)缺陷圖3，筆者認(rèn)為有問(wèn)題?！霸摬ㄐ螌?duì)應(yīng)的缺陷尺寸小于或等于-6 dB聲束直徑”，但對(duì)應(yīng)圖3中的“缺陷尺寸L”卻是“-6 dB缺陷尺寸”，而對(duì)應(yīng)的“聲束尺寸DP”又不是“-6 dB聲束直徑”，而是“聲束直徑”，圖3和文字描述兩者不一致。理論上說(shuō)，如果不考慮測(cè)量偏差，無(wú)論缺陷多么小，用“-6 dB法”測(cè)出的任何缺陷尺寸最小值都不應(yīng)該小于“-6 dB聲束直徑”，“-6 dB聲束直徑”是“-6 dB法”測(cè)出缺陷的最小極限值，比這個(gè)小的都是沒(méi)有測(cè)準(zhǔn)。其實(shí)這句“比如用于繪制聲束輪廓的橫孔動(dòng)態(tài)波形”，就已經(jīng)說(shuō)明了這一點(diǎn)——“-6 dB聲束輪廓”就是用橫孔繪制出來(lái)的。

(2)ASTM A388/A388M根據(jù)波形動(dòng)態(tài)變化給出了“單個(gè)信號(hào)”和“游動(dòng)信號(hào)”的定義?！皢蝹€(gè)信號(hào)，探頭從最大幅度位置向任何方向移動(dòng)，信號(hào)幅度都是下降的，且尺寸太小不能作為游動(dòng)或平面缺陷顯示考慮”?！坝蝿?dòng)信號(hào)，隨著探頭在鍛件表面上移動(dòng)，信號(hào)前沿移動(dòng)距離等于或大于25 mm金屬深度”。這些信號(hào)定義在大型鑄鍛件行業(yè)的無(wú)損檢測(cè)人員都很熟悉，因?yàn)樵缙诒拘袠I(yè)鍛件標(biāo)準(zhǔn)基本上都是參照ASTM A388制訂，近幾年才改為參照EN或ISO標(biāo)準(zhǔn)。

(3)JIS G0587沒(méi)有對(duì)波形進(jìn)行明確定義和分類。

9.2.2 缺陷類型

(1)EN 10228-3和GB/T 6402，根據(jù)波形和缺陷的尺寸分為“點(diǎn)狀缺陷”和“延伸性缺陷”。點(diǎn)狀缺陷，對(duì)應(yīng)波形I，尺寸小于或等于-6 dB聲束寬度；延伸性缺陷，對(duì)應(yīng)波形II，尺寸大于-6 dB聲束寬度。根據(jù)缺陷間距分為“單個(gè)缺陷”和“成組缺陷”。單個(gè)缺陷，對(duì)應(yīng)相鄰缺陷信號(hào)最大點(diǎn)之間的距離大于40 mm；成組缺陷，對(duì)應(yīng)相鄰缺陷信號(hào)最大點(diǎn)之間的距離小于或等于40 mm。在此需要說(shuō)明，從定義和長(zhǎng)期與德國(guó)等歐洲國(guó)家合作的實(shí)際來(lái)看，延伸性缺陷并不一定是平面型缺陷，更不是指的裂紋類缺陷，而僅僅是相對(duì)于點(diǎn)狀缺陷而言，尺寸較大的一個(gè)缺陷。它可以是線型、面積型或體積型。

(2)ASTM A388/A388M，根據(jù)動(dòng)態(tài)波形變化，將缺陷分為“單個(gè)缺陷”和“游動(dòng)缺陷”，其定義前面已有。根據(jù)缺陷間距或尺寸，將缺陷分為“密集缺陷”或“平面型缺陷”。密集缺陷，在小于或等于50 mm的鍛件立方體內(nèi)，存在5個(gè)或5個(gè)以上缺陷；平面型缺陷，缺陷信號(hào)在一個(gè)平面上連續(xù)，其主軸尺寸大于25 mm或兩倍探頭晶片尺寸(取其中較大值)，且不游動(dòng)。早期的ASTM標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有將平面型缺陷單獨(dú)作為一種缺陷類型，而只有對(duì)該類缺陷測(cè)量要求的描述。這里對(duì)“游動(dòng)信號(hào)”和“游動(dòng)缺陷”再特別說(shuō)明一下。查閱有關(guān)資料可以發(fā)現(xiàn)，該類信號(hào)與缺陷定義的鼻祖是ASTM標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)的一些無(wú)損檢測(cè)培訓(xùn)教材出現(xiàn)了與此相悖的定義。另外，結(jié)合ASTM定義和同美國(guó)GE、西屋等公司合作獲得的認(rèn)知，信號(hào)游動(dòng)不等于就是“游動(dòng)信號(hào)”，更不能等同于“游動(dòng)缺陷”，這里需要排除因工件形狀引起的信號(hào)游動(dòng)，如軸類零件心部的偏心缺陷。

(3)JIS G0587沒(méi)有單獨(dú)給出缺陷定義，只是在缺陷記錄和評(píng)定中給出了“單個(gè)缺陷回波”和“密集缺陷回波”名稱。在附錄B缺陷分級(jí)中，給出“密集缺陷信號(hào)，在鋼中50 mm(50 mm×50 mm×50 mm)距離范圍內(nèi)，存在5個(gè)或5個(gè)以上當(dāng)量直徑大于4 mm的缺陷信號(hào)，這些缺陷應(yīng)作為密集缺陷”。該定義與ASTM A388/A388M相同。

(4)綜上可見(jiàn)，除EN 10228-3和GB/T 6402完全相同，JIS G0587與ASTM A388/A388M部分相同外，各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)在缺陷分類上的差異很大，合理性各有千秋。由于缺陷的類型，直接關(guān)系到缺陷評(píng)定結(jié)果，所以，實(shí)際檢測(cè)工作中，記錄缺陷時(shí)，一定要根據(jù)所采用的標(biāo)準(zhǔn)使用相應(yīng)的缺陷分類名稱，不能混用，否則會(huì)導(dǎo)致缺陷無(wú)法評(píng)定或評(píng)定結(jié)果錯(cuò)誤。

10 缺陷定量與評(píng)定

10.1 標(biāo)準(zhǔn)要求

缺陷定量與評(píng)定要求對(duì)比見(jiàn)表9。

表9 缺陷定量與評(píng)定要求對(duì)比Table 9 Comparison of requirement of defects quantification and evaluation

10.2 對(duì)比分析

10.2.1 缺陷評(píng)定項(xiàng)目

“缺陷當(dāng)量”和“缺陷引起的底波降低量”是所有標(biāo)準(zhǔn)都要求評(píng)定的參數(shù)，也是超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷的兩個(gè)最重要最直接的信息。EN 10228-3和GB/T 6402還要考慮缺陷的尺寸與單個(gè)缺陷的間距，這里的缺陷尺寸指的三維尺寸，但是在驗(yàn)收等級(jí)里邊并沒(méi)有給出對(duì)尺寸的驗(yàn)收要求，其早期版本SEP1921里是有尺寸驗(yàn)收要求的；ASTM A388/A388M還要考慮缺陷的尺寸和缺陷的密集程度，缺陷尺寸主要是針對(duì)“游動(dòng)缺陷”和“平面型缺陷”，對(duì)于“密集缺陷”，其“尺寸”稱之為“分布范圍”，也是三維的；JIS G0587沒(méi)有要求評(píng)定缺陷尺寸，對(duì)密集缺陷也沒(méi)有給出質(zhì)量等級(jí)評(píng)定參數(shù)，要求供需雙方簽合同時(shí)協(xié)商密集缺陷的驗(yàn)收要求。

這里需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，在評(píng)定缺陷時(shí)，不要把缺陷的當(dāng)量與缺陷的尺寸混為一談，這是兩個(gè)評(píng)定指標(biāo)?！靶∮诼暿睆桨串?dāng)量評(píng)定，大于聲束直徑按尺寸或面積評(píng)定”的說(shuō)法，看上去似乎很有道理，但實(shí)際上是一種錯(cuò)誤的做法，因?yàn)闊o(wú)論多么小的缺陷，按目前超聲波尺寸測(cè)量方法都能測(cè)出一個(gè)尺寸，而且這個(gè)尺寸一般都會(huì)大于其當(dāng)量值，只是這個(gè)尺寸可能不是缺陷尺寸而是對(duì)應(yīng)該方法測(cè)出的聲束尺寸。這個(gè)跟NB/T 47013.3中焊縫檢測(cè)時(shí)，按“判廢線”和“缺陷長(zhǎng)度”評(píng)定焊縫缺陷的道理是一樣的。多年與歐美日合作產(chǎn)品的無(wú)損檢測(cè)中，他們也從來(lái)沒(méi)有過(guò)用-6 dB測(cè)出的缺陷尺寸去套缺陷的平底孔當(dāng)量來(lái)評(píng)定的做法。

10.2.2 缺陷當(dāng)量

EN 10228-3、ASTM A388/A388M、JIS G0587都可以用DAC(實(shí)際上就是試塊)和DGS確定缺陷的平底孔當(dāng)量值，GB/T 6402在采用EN 10228-3時(shí)將該部分內(nèi)容全部刪除，成為唯一不能用DGS法的標(biāo)準(zhǔn)，這一點(diǎn)很令人費(fèi)解。單從標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容就能看出，EN 10228-3、ASTM A388/A388M、JIS G0587是很推崇DGS法的，從跟歐美日的合作中也能發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)，因?yàn)榕c試塊法相比DGS法有其巨大的優(yōu)越性。第一，無(wú)論直探頭還是斜探頭，都可以不用做參考(對(duì)比)試塊，節(jié)約了大量試塊制作、保存與維護(hù)成本及制造周期；第二，直接用工件校準(zhǔn)檢測(cè)系統(tǒng)及其靈敏度，避免了因試塊與工件聲學(xué)特性差異而帶來(lái)的繁瑣修正，尤其是厚度很大的零件，斜探頭的材質(zhì)衰減修正，測(cè)量起來(lái)非常麻煩而且不準(zhǔn)確；第三，DGS法的系統(tǒng)校準(zhǔn)是使用工件本體或國(guó)際通用的1#或2#校準(zhǔn)試塊，因此其檢測(cè)結(jié)果的一致性非常高，可以避免供需雙方不應(yīng)有的檢測(cè)結(jié)果爭(zhēng)議。

即使是試塊(DAC)法，國(guó)外和國(guó)內(nèi)的做法上也存在差異，尤其是用于斜探頭檢測(cè)的刻槽，國(guó)外都是盡可能在受檢工件上利用加工余量刻槽，而不需要另行制作試塊。

計(jì)算法是GB/T 6402和JIS G0587特有，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，中國(guó)普遍采用該法，其它國(guó)家一般不太喜歡使用。

10.2.3 底波降低量

“底波降低”同“缺陷信號(hào)”的作用一樣，是發(fā)現(xiàn)鍛件中是否存在缺陷的重要信息，即判定零件中是否存在缺陷，第一是看是否有缺陷信號(hào)，第二是看底波是否出現(xiàn)非正常降低。其余都是以這兩個(gè)“缺陷參數(shù)”為基礎(chǔ)測(cè)量出來(lái)的指標(biāo)。

底波降低量的測(cè)量和評(píng)定，本質(zhì)上各標(biāo)準(zhǔn)完全相同，只是表達(dá)方式有差異，用波高百分?jǐn)?shù)或者用dB差值表示而已。

10.2.4 缺陷尺寸

目前，超聲檢測(cè)通行的缺陷尺寸測(cè)量方法有三種：相對(duì)靈敏度法、絕對(duì)靈敏度法和峰值法。相對(duì)靈敏度法，是將缺陷的最大波幅或端點(diǎn)最大波幅降低某一高度或ΔdB值，畫(huà)缺陷邊界，如-6 dB、-12 dB、-20 dB等；絕對(duì)靈敏度法，按某一固定波幅高度畫(huà)缺陷邊界，如記錄限、20%DAC等；峰值法，以缺陷端點(diǎn)回波的最大波幅對(duì)應(yīng)點(diǎn)畫(huà)缺陷邊界。

EN 10228-3和GB/T 6402測(cè)延伸性缺陷尺寸是采用-6 dB法，-20 dB法和峰值需要在合同中另行協(xié)商；ASTM A388/A388M測(cè)平面型缺陷、游動(dòng)缺陷或密集缺陷邊界和尺寸，也是采用-6 dB法；JIS G0587沒(méi)要求測(cè)缺陷尺寸。

所有標(biāo)準(zhǔn)都只有尺寸測(cè)量方法，沒(méi)有給出對(duì)尺寸的評(píng)定和驗(yàn)收要求，要求供需雙方另行協(xié)商。

10.2.5 缺陷間距和數(shù)量

EN 10228-3和GB/T 6402，只要2個(gè)缺陷間距小于40 mm，缺陷的類型就歸為成組缺陷，就按照更嚴(yán)格的延伸性缺陷進(jìn)行評(píng)定，早期版本SEP1921沒(méi)有成組缺陷，直接就把間距小于最大缺陷當(dāng)量5倍的缺陷納入延伸性缺陷范疇。ASTM A388/A388M和JIS G0587中有密集缺陷的概念，指50 mm立方體內(nèi)存在5個(gè)或5個(gè)以上的缺陷，這個(gè)概念國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)普遍采用，大家都非常熟悉。

11 記錄和驗(yàn)收

11.1 標(biāo)準(zhǔn)要求

11.1.1 直探頭

直探頭記錄和驗(yàn)收要求對(duì)比見(jiàn)表10。

表10 記錄和驗(yàn)收要求對(duì)比Table 10 Comparison of requirement of record and acceptance

11.1.2 斜探頭

斜探頭記錄和驗(yàn)收要求對(duì)比見(jiàn)表11。

表11 斜探頭記錄和驗(yàn)收要求對(duì)比Table 11 Comparison of requirement of record by angle probe and acceptance

11.2 對(duì)比分析

由于EN 10228-3廣泛采用DGS法檢測(cè)，所以無(wú)論直探頭還是斜探頭都可以應(yīng)用當(dāng)量法對(duì)缺陷進(jìn)行記錄與驗(yàn)收。其它標(biāo)準(zhǔn)一般只有直探頭用當(dāng)量法記錄與驗(yàn)收，斜探頭用DAC。

11.2.1 直探頭

11.2.1.1 記錄

所有標(biāo)準(zhǔn)都給出了缺陷當(dāng)量(或波幅)與底波損失的記錄限。ASTM A388/A388M還針對(duì)不同缺陷類型給出了具體的記錄要求，JIS G0587針對(duì)密集缺陷給出了詳細(xì)的記錄要求，EN 10228-3和GB/T 6402沒(méi)有直接給出。

11.2.1.2 驗(yàn)收

EN 10228-3、GB/T 6402和JIS G0587都直接給出了缺陷質(zhì)量驗(yàn)收等級(jí)，ASTM是另外給一個(gè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(例如ASTM A 788)，這是ASTM標(biāo)準(zhǔn)體系的特點(diǎn)，無(wú)損檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是分開(kāi)的。但需注意，EN 10228-3和GB/T 6402中1 4質(zhì)量等級(jí)對(duì)缺陷要求是逐漸變嚴(yán)，也就是1級(jí)要求最松，4級(jí)要求最嚴(yán)，而其它標(biāo)準(zhǔn)與此相反，基本上都是1級(jí)最嚴(yán)，4級(jí)要求最松。另外，EN 10228-3和GB/T 6402對(duì)底波損失給了記錄要求，但沒(méi)有給出驗(yàn)收要求，且相同質(zhì)量等級(jí)不同類型缺陷的缺陷驗(yàn)收當(dāng)量不一樣；JIS G0587沒(méi)有給出密集缺陷的驗(yàn)收要求，需要供需雙方另行協(xié)商。

11.2.2 斜探頭

所有標(biāo)準(zhǔn)都可以采用DAC法記錄與驗(yàn)收缺陷，但各標(biāo)準(zhǔn)制作DAC的反射體不同。EN 10228-3和GB/T 6402使用?3 mm橫孔，而ASTM A388/A388M和JIS G0587用V形槽或矩形槽。記錄與驗(yàn)收方式都是相對(duì)于DAC曲線的波幅高度。另外，EN 10228-3還可以采用DGS法按當(dāng)量記錄與驗(yàn)收缺陷，其質(zhì)量等級(jí)數(shù)據(jù)與直探頭相同。也就是，除底波外，EN 10228-3可以與直探頭共用驗(yàn)收要求。

12 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)國(guó)內(nèi)外常用的鍛鋼件超聲檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析，并提出了一些自己的看法，期望為無(wú)損檢測(cè)人員從事鍛鋼件檢測(cè)時(shí)提供參考。