1、1应用物理教研室应用物理教研室Xi an Polytechnic University第第8 8章章 锻件超声检测锻件超声检测2u 锻件检测方法概述锻件检测方法概述 u 检测条件的选择检测条件的选择u 扫描速度和灵敏度的调节扫描速度和灵敏度的调节u 缺陷位置和大小的测定缺陷位置和大小的测定u 缺陷回波的判别缺陷回波的判别u 锻件质量级别的评定锻件质量级别的评定u 锻件检测应用实例锻件检测应用实例主要内容主要内容3 1.1.轴类锻件检测轴类锻件检测一一.锻件检测方法概述锻件检测方法概述(1)(1)直探头径向检测和轴向检测直探头径向检测和轴向检测 用直探头作径向检测时要将探头置于外圆作全面扫查，以
2、发用直探头作径向检测时要将探头置于外圆作全面扫查，以发现轴类锻件中常见的纵向缺陷。（现轴类锻件中常见的纵向缺陷。（A位置）。位置）。AB 用直探头作轴向检测时，将探头置于轴的端面，并在端面做全面扫用直探头作轴向检测时，将探头置于轴的端面，并在端面做全面扫查，以检测出与轴线相垂直的横向缺陷。（查，以检测出与轴线相垂直的横向缺陷。（B位置）位置）。4(2)(2)斜探头周向检测和轴向检测斜探头周向检测和轴向检测 当缺陷呈径向或与轴线呈一定角度时，用斜探头做正、反两当缺陷呈径向或与轴线呈一定角度时，用斜探头做正、反两个方向的全面扫查。个方向的全面扫查。5 2.2.饼类、碗类锻件检测饼类、碗类锻件检测
3、从端面检测时，探头置于锻件端面进行全面扫查，以检出与从端面检测时，探头置于锻件端面进行全面扫查，以检出与端面平行的缺陷。从锻件端面平行的缺陷。从锻件侧面作径向侧面作径向检测时，探头在锻件侧面扫检测时，探头在锻件侧面扫查，以发现某些方向轴向缺陷查，以发现某些方向轴向缺陷。6 3.3.筒形或环形锻件检测筒形或环形锻件检测(1)(1)直探头检测：从外圆发现与轴线平行的缺陷；直探头检测：从外圆发现与轴线平行的缺陷；从端面发现与轴线垂直的缺陷。从端面发现与轴线垂直的缺陷。7(2)(2)斜探头检测：轴向检测：发现与轴线垂直的缺陷；斜探头检测：轴向检测：发现与轴线垂直的缺陷；周向检测：发现与轴线平行的缺陷。
4、周向检测：发现与轴线平行的缺陷。轴向检测轴向检测 周向检测周向检测8二二.检测条件的选择检测条件的选择 1.1.探头的选择探头的选择 对于纵波直入射法，可选用单晶探头。对于纵波直入射法，可选用单晶探头。低碳钢或低合金钢材料低碳钢或低合金钢材料：频率：频率：25MHz，探头尺寸：探头尺寸：14mm 25 mm；奥氏体钢材料奥氏体钢材料：频率：频率：0.5 2MHz，探头尺寸：探头尺寸：14mm 30mm；对于横波检测，一般选择对于横波检测，一般选择K=1.0=1.0的斜探头进行检测。的斜探头进行检测。对于较小的锻件或为了检出近表面缺陷，可选用双晶直探头，常用频率对于较小的锻件或为了检出近表面缺陷
5、，可选用双晶直探头，常用频率 为为5 MHz。9 2.2.纵波直入射法检测面的选择纵波直入射法检测面的选择 锻件检测时，原则上从两个相互垂直的方向进行检测，并尽可能地锻件检测时，原则上从两个相互垂直的方向进行检测，并尽可能地检测到锻件的全体积；若锻件厚度超过检测到锻件的全体积；若锻件厚度超过400mm时，应从相对两端面进行时，应从相对两端面进行100%的扫查。的扫查。环形锻件检测环形锻件检测10 饼形锻件饼形锻件筒形锻件筒形锻件11 3.3.试块选择试块选择 采用单晶直探头检测时，常选用采用单晶直探头检测时，常选用CS标准试块。标准试块。12 工件检测距离小于工件检测距离小于45mm时，应采用
6、双晶探头和时，应采用双晶探头和CS标准试块来调节检测灵敏度。标准试块来调节检测灵敏度。1314 当检测面为曲面时，应采用当检测面为曲面时，应采用 CS 标准试块来测定由于曲率不同标准试块来测定由于曲率不同引起的耦合损失。引起的耦合损失。15三三.扫描速度与灵敏度的调节扫描速度与灵敏度的调节 1.1.扫描速度的调节扫描速度的调节&扫描速度可在试块上进行，也可以在锻件上已知尺寸的部扫描速度可在试块上进行，也可以在锻件上已知尺寸的部位上进行。位上进行。&调节扫描速度时，一般要求第一次底波前沿位置不超过水调节扫描速度时，一般要求第一次底波前沿位置不超过水平刻度极限的平刻度极限的80%，以利于观察一次底
7、波后的某些信号情况。，以利于观察一次底波后的某些信号情况。2.2.检测灵敏度的调节检测灵敏度的调节&底波调节法（底波调节法（x3N）&试块调节法（试块调节法（x3N）16&底波调节法：当锻件被探测部位厚度底波调节法：当锻件被探测部位厚度x3N，且锻件具有平行底面或圆柱曲，且锻件具有平行底面或圆柱曲底面时，常用底波来调节灵敏度。底面时，常用底波来调节灵敏度。(1)(1)计算：对于大平底或实心圆柱体，同距离处底波与平底孔回波的分贝差为：计算：对于大平底或实心圆柱体，同距离处底波与平底孔回波的分贝差为：2ffB2lg20lg20DxPP 对于空心圆柱体，同距离处圆柱曲底波与平底孔回波的分贝差为：对于
8、空心圆柱体，同距离处圆柱曲底波与平底孔回波的分贝差为：DdDxPPlg102lg20lg202ffB d 空心圆柱体内径，空心圆柱体内径，mm；D 空心圆柱体外经，空心圆柱体外经，mm；“+”外圆径向检测，内孔凸柱面反射；外圆径向检测，内孔凸柱面反射；“-”内孔径向检测，外圆凹柱面反射；内孔径向检测，外圆凹柱面反射；17(2)(2)调节：探头对准完好区的底面，调调节：探头对准完好区的底面，调“增益增益”使底波使底波B1达基准高度，然后用衰达基准高度，然后用衰减器增益减器增益dB即可。即可。底波底波B1 80%缺陷波缺陷波 80%18 例例1 1 用用2.52.5P2020Z探头径向检测探头径向
9、检测500500mm的实心圆柱体锻件，的实心圆柱体锻件，cL=5900=5900m/s，问如，问如何利用底波调节何利用底波调节500500mm/2灵敏度？灵敏度？19 例例2 2 用用2.52.5P2020Z探头径向检测外径为探头径向检测外径为10001000mm、内径为、内径为100100mm的空心圆柱的空心圆柱体锻件，体锻件，cL=5900=5900m/s，问如何利用底波调节，问如何利用底波调节45050mm/2灵敏度？灵敏度？20&试块调节法试块调节法(1)(1)单晶探头检测：单晶探头检测：当锻件的厚度当锻件的厚度x3N，应利用具有人工反射体的试块来调节，应利用具有人工反射体的试块来调节
10、灵敏度，如灵敏度，如CS和和CS试块。调节时将探头对准试块的平底孔，调试块。调节时将探头对准试块的平底孔，调“增益增益”使平底孔回波达基准高度即可。使平底孔回波达基准高度即可。例例1 1 用用2.52.5P2020Z探头检测厚度为探头检测厚度为5050mm的小锻件，采用的小锻件，采用CS试块试块调节调节5050/2灵敏度，试块与锻件表面耦合差灵敏度，试块与锻件表面耦合差3dB，问如何调节灵敏度？，问如何调节灵敏度？解：将探头对准解：将探头对准CS试块中试块中1号试块的号试块的2平底孔，距离为平底孔，距离为50mm，调，调“增益增益”使使2 回波达满刻度的回波达满刻度的60%，然后再用，然后再用
11、“衰减器衰减器”增益增益3dB，这时，这时 50/2灵敏度就调好了。灵敏度就调好了。21 例例22 用用2.52.5P1414Z探头检测底面粗糙厚为探头检测底面粗糙厚为400mm的锻件，问如何利用的锻件，问如何利用100/4 4平底平底孔孔调节调节400400/2 2灵敏度？试块与工锻件表面耦合差灵敏度？试块与工锻件表面耦合差6 6dB。22(2)(2)双晶探头检测：双晶探头检测：采用双晶探头检测时，要利用采用双晶探头检测时，要利用CS试块来调节灵敏度。试块来调节灵敏度。先根据检测要求选择相应的平底孔试块，并以此测试一组距离不同直径相先根据检测要求选择相应的平底孔试块，并以此测试一组距离不同直
12、径相同的平底孔回波，使其中最高回波达满刻度的同的平底孔回波，使其中最高回波达满刻度的8080%，在此灵敏度条件下测出其，在此灵敏度条件下测出其它平底孔的回波最高点，并标在示波屏上，然头连接这些最高点，从而得到一它平底孔的回波最高点，并标在示波屏上，然头连接这些最高点，从而得到一条平底孔距离条平底孔距离-波幅曲线，并以此作为检测灵敏度。波幅曲线，并以此作为检测灵敏度。2380%距离距离-波幅曲线波幅曲线24四、缺陷位置和大小的测定四、缺陷位置和大小的测定 1.1.缺陷位置的测定缺陷位置的测定v 缺陷的深度可根据示波屏上缺陷波所对应的刻度确定。缺陷的深度可根据示波屏上缺陷波所对应的刻度确定。若若示
13、波屏上缺陷波前沿所对的水平刻度值为示波屏上缺陷波前沿所对的水平刻度值为f，扫描速度为，扫描速度为1:1:n，则则缺陷至探头的距离缺陷至探头的距离 xf 为：为：xf=nf v 缺陷的平面位置可根据探头的位置确定。缺陷的平面位置可根据探头的位置确定。OOO25 2.2.缺陷大小的测定缺陷大小的测定v 锻件检测中，对于尺寸小于声束截面积的缺陷一般用当量法定量。锻件检测中，对于尺寸小于声束截面积的缺陷一般用当量法定量。若缺陷位于若缺陷位于x3N区域时，常用当量计算法和当量区域时，常用当量计算法和当量AVG曲线法定量；若曲线法定量；若缺陷位于缺陷位于x 3N区域内，常用试块比较法定量；区域内，常用试块
14、比较法定量；v 对于尺寸大于声束截面的缺陷一般采用对于尺寸大于声束截面的缺陷一般采用6dB测长法测长法和端点和端点6dB测长测长法法，探头移动的距离即为缺陷的指示长度，探头移动的距离即为缺陷的指示长度。26(1)(1)平面工件检测平面工件检测 6dB测长测长法法:27(2)(2)圆弧面检测圆弧面检测 6 6dB测长测长法法f1fxRRLLf2fxrrLL外圆周向测长时，缺陷指示长度为：外圆周向测长时，缺陷指示长度为：内孔周向测长时，缺陷指示长度为：内孔周向测长时，缺陷指示长度为：L 探头移动的内圆弧长；探头移动的内圆弧长；r 圆柱体内半径；圆柱体内半径；xf2 缺陷的声程。缺陷的声程。L 探头
15、移动的外圆弧长；探头移动的外圆弧长；R 圆柱体外半径；圆柱体外半径；xf1 缺陷的声程。缺陷的声程。H28 3.3.密集缺陷回波密集缺陷回波 锻件检测中，示波屏上同时显示的缺陷回波很多，缺陷之间的间隔很小，甚至连锻件检测中，示波屏上同时显示的缺陷回波很多，缺陷之间的间隔很小，甚至连成一片，这种缺陷回波称为密集缺陷回波。成一片，这种缺陷回波称为密集缺陷回波。一般规定在边长一般规定在边长5050mm的立方体内，数量不少于的立方体内，数量不少于5 5个，当量直径不小于个，当量直径不小于2 2mm的缺的缺陷为密集缺陷。陷为密集缺陷。五五.缺陷回波的判断缺陷回波的判断 1.1.单个缺陷回波单个缺陷回波
16、锻件检测中，示波屏上单独出现的缺陷波称为单个缺陷回波。一般单个缺陷是指锻件检测中，示波屏上单独出现的缺陷波称为单个缺陷回波。一般单个缺陷是指与邻近缺陷间距大于与邻近缺陷间距大于5050mm、回波高不小于、回波高不小于 2 2mm的缺陷。的缺陷。2.2.分散缺陷回波分散缺陷回波 锻件检测中，工件中的缺陷较多且较分散，缺陷彼此间距较大，这种缺陷回波称锻件检测中，工件中的缺陷较多且较分散，缺陷彼此间距较大，这种缺陷回波称为分散缺陷回波。一般在边长为为分散缺陷回波。一般在边长为5050mm的立方体内少于的立方体内少于5 5个，不小于个，不小于 2 2mm。29白点分布白点分布白点波形白点波形密集缺陷可
17、能是疏松、非金属夹杂物、白点或成群的裂纹等密集缺陷可能是疏松、非金属夹杂物、白点或成群的裂纹等。锻件内不允许有白点缺陷存在，这种缺陷危害性很大锻件内不允许有白点缺陷存在，这种缺陷危害性很大。30 4.4.游动回波游动回波 在圆柱形轴类锻件检测过程中，当探头沿着轴的外圆移动时，示波屏上的缺陷波在圆柱形轴类锻件检测过程中，当探头沿着轴的外圆移动时，示波屏上的缺陷波会随着该缺陷检测声程的变化而游动会随着该缺陷检测声程的变化而游动,这种游动的动态波形称为游动回波。这种游动的动态波形称为游动回波。31 5 5.底面底面回波回波 当缺陷回波很高，并有多次重复回波，而底波严重下降或消失时，说明锻件中存当缺陷
18、回波很高，并有多次重复回波，而底波严重下降或消失时，说明锻件中存在平行于检测面的大面积缺陷。在平行于检测面的大面积缺陷。当缺陷回波和底波都很低甚至消失时，说明锻件中存在大面积倾斜的缺陷或在检当缺陷回波和底波都很低甚至消失时，说明锻件中存在大面积倾斜的缺陷或在检测面附近有大缺陷。测面附近有大缺陷。当示波屏上出现密集的互相彼连的缺陷回波，底波明显下降或消失时，说明锻件当示波屏上出现密集的互相彼连的缺陷回波，底波明显下降或消失时，说明锻件中存在密集性缺陷。中存在密集性缺陷。32六六.锻件质量级别的评定锻件质量级别的评定JB-T 4730-2005将锻件质量分为将锻件质量分为、五级，五级，级最高，级最
19、高，级最低。级最低。1.1.缺陷引起底波降低量的质量分级。缺陷引起底波降低量的质量分级。333.3.密集区缺陷质量分级。密集区缺陷质量分级。2.2.单个缺陷的质量分级。单个缺陷的质量分级。34例例1：用：用2.52.5P2020Z探头检测探头检测400400mm厚的锻件，钢中声速厚的锻件，钢中声速cL=59005900m/s，衰减系数，衰减系数=0.005=0.005 dB/mm，检测灵敏度为，检测灵敏度为400400mm/4 4mm平底孔。检测中在平底孔。检测中在250250mm处发现一处缺陷，其处发现一处缺陷，其波高比基准波高波高比基准波高2020dB，试根据试根据JB-T 4730-20054730-2005标准评定该锻件的质量级别。标准评定该锻件的质量级别。35例例2 2：用：用2.52.5P2020Z探头检测面积为探头检测面积为400400cm2的锻件，检测中发现一密集缺陷，其面积的锻件，检测中发现一密集缺陷，其面积为为2424 cm2，缺陷处底波为，缺陷处底波为3030dB，无缺陷处底波为，无缺陷处底波为4444dB。试根据试根据JB-T 4730-20054730-2005标标准评定该锻件的质量级别。准评定该锻件的质量级别。3625 55 150 15 4+11dB 级级 OO数据记录数据记录37Xian Polytechnic University
