鍛模黑皮超聲波探傷的一些體會 |
夏紀真 |
國營3007廠 |
| 發表在“三機部西南地區金相、探傷首屆技術經驗交流會”（1977.6 成都），是本人自1974.1起從事無損檢測技術工作后的處女作。 |
| 我廠是鍛造廠，鍛模基本上由本廠自制。鍛模鋼的來源有二：一部分為外購，一部分為本廠自煉。以前由于多次發現鍛模的破損與材質缺陷有關，因而在1975年起圍繞提高鍛模壽命的問題而開始對鍛模的超聲波探傷。 |
由于鍛模尺寸一般都較大，生產量較多，如將鍛模表面加工到
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| 根據我廠的實際情況，模塊毛坯是在探傷合格后即進行機械加工，若用水玻璃、工業凡士林為耦合劑時，探傷后的清除較麻煩，對下部工序的進行有妨礙，而采用水浸法則由于搬動不便，使探傷時的勞動強度很大，因此，我們決定采用機油作為耦合劑，探頭直接接觸模塊毛坯表面進行縱波脈沖反射接觸法探傷。 |
| 兩年來的實踐證明，上述操作方法的效果是令人滿意的。經超聲波探傷合格后的鍛模毛坯，在以后的加工與使用中基本上未發現因材質缺陷造成的損壞。我們的體會有以下幾點： |
| 1.耦合劑 是直接影響探傷效果的主要因素之一。鍛模毛坯是經鍛造成形的毛坯鍛件，經過鍛后退火處理，表面較粗糙。我們采用較粘稠的機油（30~40#）作耦合劑，潤滑性好，也能減少探頭的磨損，同時由于流動性較差，容易彌補探頭面與毛坯面間的空隙，便利聲波的透射。如果機油太稀（例如10#機油），流動性很好，使得探頭面與粗糙的毛坯面之間出現空隙，將影響聲波的透射，同時還會影響探頭在毛坯表面的平穩移動（容易產生跳動），容易造成雜波較多、底波不穩定等，妨礙探傷判斷。但是機油也不能太稠（例如蒸汽機車潤滑油），否則探傷完畢后為了不妨礙后續的機械加工，還需要進行除油，增加了不必要的工序。另外，所用的機油必須保持干凈，應防止沙粒、鐵銹等混入。 |
| 2.工作頻率和重復頻率的選擇 通過試驗，我們認為粗晶是超聲波探傷較難發現的缺陷，因此立足于發現粗晶而采用2.5MHz，重復頻率50Hz，我們認為若采用的頻率高（如5MHz）時，容易令不至判廢的、稍微粗大的組織也有反映，容易誤判，而采用的頻率低（如1.25MHz）時，則難以發現過熱粗晶，造成漏檢。同時，如果能夠發現過熱粗晶，則相當于粗晶大小的缺陷也同樣能夠發現。因此，我們經過試驗后認為采用穿透性較好的2.5MHz工作頻率和50Hz重復頻率（手工掃描檢測）較為合適，在給定的起始靈敏度條件下發現的粗晶已經達到不允許的程度了（見附件圖4和圖5）。 |
| 3.試塊 鍛模毛坯是在鍛造成形并經鍛后退火處理、機械加工之前進行超聲波探傷，試塊也采用與鍛模毛坯同牌號、同冶金狀態的毛面試塊，厚度為78mm（因條件限制而不能采用所有所探毛坯同規格尺寸的試塊），在試塊中心和近試塊底部各鉆一個Φ1x8mm橫孔，這是參考北京鋼廠以超聲波檢驗低倍缺陷的經驗（見冶金部情報標準研究所編的《冶金產品標準化動態》1972年第8期），并根據一般的鍛模要求而自行確立的。 |
| 4.起始靈敏度的選擇 在上述試塊上，用汕頭產CTS-6型電子管式超聲波探傷儀，2.5MHz，Φ14mm直探頭，使試塊上兩個人工孔回波都能達到飽和，其飽和程度以在探傷范圍內不出現雜波為條件，盡量使靈敏度提高。在這樣的試塊上調整的起始靈敏度條件下，已發現了殘余縮孔、氣泡、白點、過熱粗晶、較大的中心疏松、內裂、折疊、皮下氣泡等缺陷（見附件）。 |
| 5.對探傷表面的要求 因為鍛模毛坯的表面加工量有單面5mm左右，正好抵消超聲波探傷時的盲區，故對探傷時的近表面雜波可不予考慮，只注意觀察在加工量以下范圍內有無缺陷波出現。鍛模毛坯為自由鍛造生產，因此在毛坯鍛造時要求鍛造車間注意盡量保證毛坯相對面的平行度（以保證底波正常出現），以及不要鍛出較大的凹凸面（避免探頭移動時產生跳動）。我廠生產的模塊一般在探傷前指將毛坯表面上較大的和松動的氧化皮或較大的凸臺清理打磨后即可進行探傷。 |
| 6.探傷方法 |
| （1）將毛坯表面較大、松動的氧化皮、較大的凸臺進行清理打磨，擦掉表面沾有的污物、砂土、雜物等，澆上機油，即可按已調整好的起始靈敏度進行探傷。 |
| （2）因為毛坯是方坯，采用上、縱、橫三個方向進行粗查，發現有疑問的再進行六個面復查確證。 |
| （3）探頭移動的速度不要太快，以底波能保持穩定為度。 |
| 7.判廢標準 我們以上述起始靈敏度為條件，當發現缺陷高于30mm以上時，在進行綜合的分析來考慮合廢。例如：根據波形分析判斷缺陷的性質-如為不允許的冶金缺陷則判廢，如白點、殘余縮孔、過熱粗晶、氣泡等；根據缺陷所處的位置（如在鍛模型腔加工部分，則機械加工時可以去除，或者處于鍛模受力較小，不易影響鍛模使用壽命的位置，則可判合格；但若處在鍛模受力較大的位置時，則考慮判廢）；根據缺陷的大小（如缺陷面積、缺陷數量、缺陷分布范圍等）。總之，是綜合各方面的因素進行綜合考慮。 |
| 8.存在問題 |
| （1）探頭磨損較大，準備進一步從改善探頭保護膜入手進行試驗（目前常用的是鋼保護膜）。 |
| （2）容易造成漏檢的因素：探頭對工件的接觸壓力及移動速度不均勻，聲束掃描不均勻，即聲束掃描有漏檢的地方；起始靈敏度偏低（電源電壓波動、起始調整時未調整好等）；用作耦合劑的機油太稀等等。 |
| （3）對應率的問題：我廠自煉的鍛模鋼經鋼錠開坯鍛成模塊毛坯后是100%進行黑皮超聲波探傷。兩年來共檢查了30多噸鍛模，缺陷對應率（確證有判廢缺陷/探傷發現有缺陷）大致在80%左右，就是說，漏檢的可能性較小，問題是按現行標準探傷發現的缺陷不完全都是判廢缺陷，因此，對鍛模鋼來說，超聲波探傷的驗收標準以多大為合適，還需進一步探討。 |
| 9.幾點看法： |
| （1）從鍛造廠的角度來考慮，提高鍛模壽命是降低成本、提高生產效率的重要途徑之一，我們認為應當充分重視鍛模材料缺陷的無損檢查。從前段工作中，我們也發現從日本、西德進口的鍛模鋼存在較大的內部缺陷（按我們的探傷標準），但因進口的鍛模均為大型的（2噸以上），我們還不具備必需的解剖試驗手段，未能進一步驗證缺陷的性質，今后準備通過模具使用過程暴露的故障進一步加以積累，但可以說，由于鍛模尺寸特大，從冶煉、鍛造、熱處理工藝角度考慮，更容易出現冶金缺陷，應當引起足夠的重視。為了發現并進一步防止由于冶金缺陷的解剖檢查和帶故障使用所造成的浪費，采用超聲波探傷這一無損檢驗方法是十分必要的。 |
| （2）超聲波探傷還是屬于一門較新的技術，如何進一步發揮它在無損檢驗領域中的作用，還有許多工作要做。我們感到超聲波探傷的標準是一個很重要的問題，也是一個很有意義的課題，如能聯系到缺陷的性質、大小、位置，對不同材料、不同用途的工件的影響，采用什么樣的探傷標準，能研究出一個合理的數據來，對超聲波探傷工作的進一步開展是大為有益的。 |
| 附件：鍛模黑皮超聲波探傷發現的幾種典型缺陷的分析 |
| 設備：汕頭產CTS-6型電子管式超聲波探傷儀 |
| 探頭：2.5MHzΦ14mm鋼保護膜直探頭 |
| 工作條件：單探頭；重復頻率50Hz；工作頻率2.5MHz |
| 試塊：5CrNiMo黑皮試塊（鍛后退火處理），厚度78mm，Φ1x8mm人工橫孔兩個（一個在試塊中心，一個近試塊底部） |
| 起始靈敏度：使兩個人工傷波均達到無雜波出現的最大飽和 |
| 本機為增益1.2，抑制7；衰減0 |
| 耦合劑：30~40#混合機油 |
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