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锻模黑皮超声波探伤的一些体会

锻模黑皮超声波探伤的一些体会

夏纪真

国营3007厂

发表在“三机部西南地区金相、探伤首届技术经验交流会”(1977.6 成都),是本人自1974.1起从事无损检测技术工作后的处女作。

我厂是锻造厂,锻模基本上由本厂自制。锻模钢的来源有二:一部分为外购,一部分为本厂自炼。以前由于多次发现锻模的破损与材质缺陷有关,因而在1975年起围绕提高锻模寿命的问题而开始对锻模的超声波探伤。

由于锻模尺寸一般都较大,生产量较多,如将锻模表面加工到


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根据我厂的实际情况,模块毛坯是在探伤合格后即进行机械加工,若用水玻璃、工业凡士林为耦合剂时,探伤后的清除较麻烦,对下部工序的进行有妨碍,而采用水浸法则由于搬动不便,使探伤时的劳动强度很大,因此,我们决定采用机油作为耦合剂,探头直接接触模块毛坯表面进行纵波脉冲反射接触法探伤。
两年来的实践证明,上述操作方法的效果是令人满意的。经超声波探伤合格后的锻模毛坯,在以后的加工与使用中基本上未发现因材质缺陷造成的损坏。我们的体会有以下几点:
1.耦合剂 是直接影响探伤效果的主要因素之一。锻模毛坯是经锻造成形的毛坯锻件,经过锻后退火处理,表面较粗糙。我们采用较粘稠的机油(30~40#)作耦合剂,润滑性好,也能减少探头的磨损,同时由于流动性较差,容易弥补探头面与毛坯面间的空隙,便利声波的透射。如果机油太稀(例如10#机油),流动性很好,使得探头面与粗糙的毛坯面之间出现空隙,将影响声波的透射,同时还会影响探头在毛坯表面的平稳移动(容易产生跳动),容易造成杂波较多、底波不稳定等,妨碍探伤判断。但是机油也不能太稠(例如蒸汽机车润滑油),否则探伤完毕后为了不妨碍后续的机械加工,还需要进行除油,增加了不必要的工序。另外,所用的机油必须保持干净,应防止沙粒、铁锈等混入。
2.工作频率和重复频率的选择 通过试验,我们认为粗晶是超声波探伤较难发现的缺陷,因此立足于发现粗晶而采用2.5MHz,重复频率50Hz,我们认为若采用的频率高(如5MHz)时,容易令不至判废的、稍微粗大的组织也有反映,容易误判,而采用的频率低(如1.25MHz)时,则难以发现过热粗晶,造成漏检。同时,如果能够发现过热粗晶,则相当于粗晶大小的缺陷也同样能够发现。因此,我们经过试验后认为采用穿透性较好的2.5MHz工作频率和50Hz重复频率(手工扫描检测)较为合适,在给定的起始灵敏度条件下发现的粗晶已经达到不允许的程度了(见附件图4和图5)。
3.试块 锻模毛坯是在锻造成形并经锻后退火处理、机械加工之前进行超声波探伤,试块也采用与锻模毛坯同牌号、同冶金状态的毛面试块,厚度为78mm(因条件限制而不能采用所有所探毛坯同规格尺寸的试块),在试块中心和近试块底部各钻一个Φ1x8mm横孔,这是参考北京钢厂以超声波检验低倍缺陷的经验(见冶金部情报标准研究所编的《冶金产品标准化动态》1972年第8期),并根据一般的锻模要求而自行确立的。
4.起始灵敏度的选择 在上述试块上,用汕头产CTS-6型电子管式超声波探伤仪,2.5MHz,Φ14mm直探头,使试块上两个人工孔回波都能达到饱和,其饱和程度以在探伤范围内不出现杂波为条件,尽量使灵敏度提高。在这样的试块上调整的起始灵敏度条件下,已发现了残余缩孔、气泡、白点、过热粗晶、较大的中心疏松、内裂、折叠、皮下气泡等缺陷(见附件)。
5.对探伤表面的要求 因为锻模毛坯的表面加工量有单面5mm左右,正好抵消超声波探伤时的盲区,故对探伤时的近表面杂波可不予考虑,只注意观察在加工量以下范围内有无缺陷波出现。锻模毛坯为自由锻造生产,因此在毛坯锻造时要求锻造车间注意尽量保证毛坯相对面的平行度(以保证底波正常出现),以及不要锻出较大的凹凸面(避免探头移动时产生跳动)。我厂生产的模块一般在探伤前指将毛坯表面上较大的和松动的氧化皮或较大的凸台清理打磨后即可进行探伤。
6.探伤方法
(1)将毛坯表面较大、松动的氧化皮、较大的凸台进行清理打磨,擦掉表面沾有的污物、砂土、杂物等,浇上机油,即可按已调整好的起始灵敏度进行探伤。
(2)因为毛坯是方坯,采用上、纵、横三个方向进行粗查,发现有疑问的再进行六个面复查确证。
(3)探头移动的速度不要太快,以底波能保持稳定为度。
7.判废标准 我们以上述起始灵敏度为条件,当发现缺陷高于30mm以上时,在进行综合的分析来考虑合废。例如:根据波形分析判断缺陷的性质-如为不允许的冶金缺陷则判废,如白点、残余缩孔、过热粗晶、气泡等;根据缺陷所处的位置(如在锻模型腔加工部分,则机械加工时可以去除,或者处于锻模受力较小,不易影响锻模使用寿命的位置,则可判合格;但若处在锻模受力较大的位置时,则考虑判废);根据缺陷的大小(如缺陷面积、缺陷数量、缺陷分布范围等)。总之,是综合各方面的因素进行综合考虑。
8.存在问题
(1)探头磨损较大,准备进一步从改善探头保护膜入手进行试验(目前常用的是钢保护膜)。
(2)容易造成漏检的因素:探头对工件的接触压力及移动速度不均匀,声束扫描不均匀,即声束扫描有漏检的地方;起始灵敏度偏低(电源电压波动、起始调整时未调整好等);用作耦合剂的机油太稀等等。
(3)对应率的问题:我厂自炼的锻模钢经钢锭开坯锻成模块毛坯后是100%进行黑皮超声波探伤。两年来共检查了30多吨锻模,缺陷对应率(确证有判废缺陷/探伤发现有缺陷)大致在80%左右,就是说,漏检的可能性较小,问题是按现行标准探伤发现的缺陷不完全都是判废缺陷,因此,对锻模钢来说,超声波探伤的验收标准以多大为合适,还需进一步探讨。
9.几点看法:
(1)从锻造厂的角度来考虑,提高锻模寿命是降低成本、提高生产效率的重要途径之一,我们认为应当充分重视锻模材料缺陷的无损检查。从前段工作中,我们也发现从日本、西德进口的锻模钢存在较大的内部缺陷(按我们的探伤标准),但因进口的锻模均为大型的(2吨以上),我们还不具备必需的解剖试验手段,未能进一步验证缺陷的性质,今后准备通过模具使用过程暴露的故障进一步加以积累,但可以说,由于锻模尺寸特大,从冶炼、锻造、热处理工艺角度考虑,更容易出现冶金缺陷,应当引起足够的重视。为了发现并进一步防止由于冶金缺陷的解剖检查和带故障使用所造成的浪费,采用超声波探伤这一无损检验方法是十分必要的。
(2)超声波探伤还是属于一门较新的技术,如何进一步发挥它在无损检验领域中的作用,还有许多工作要做。我们感到超声波探伤的标准是一个很重要的问题,也是一个很有意义的课题,如能联系到缺陷的性质、大小、位置,对不同材料、不同用途的工件的影响,采用什么样的探伤标准,能研究出一个合理的数据来,对超声波探伤工作的进一步开展是大为有益的。
附件:锻模黑皮超声波探伤发现的几种典型缺陷的分析
设备:汕头产CTS-6型电子管式超声波探伤仪
探头:2.5MHzΦ14mm钢保护膜直探头
工作条件:单探头;重复频率50Hz;工作频率2.5MHz
试块:5CrNiMo黑皮试块(锻后退火处理),厚度78mm,Φ1x8mm人工横孔两个(一个在试块中心,一个近试块底部)
起始灵敏度:使两个人工伤波均达到无杂波出现的最大饱和
本机为增益1.2,抑制7;衰减0
耦合剂:30~40#混合机油

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