風電球墨鑄鐵件夾渣的超聲波探傷

陳士華

摘 要：夾渣作為球墨鑄鐵件的主要缺陷之一，它的存在減少了有效截面厚度，影響風電系統的安全使用。超聲波探傷在監控鑄件質量方面起著十分重要的作用，介紹了超聲波探傷條件的優化選擇與夾渣的判斷與參數測量方法。

關鍵詞：球墨鑄鐵 夾渣 超聲波 探傷

中圖分類號：TG115 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（c）-0081-01

球墨鑄鐵具有機械強度高、耐磨性能好、易成型、造價低的優點，在風力發電系統齒輪箱、輪轂等部件的制造上得到廣泛應用。由于風力發電系統工作條件惡劣，一旦出現故障維護成本高昂，因此對可靠性提出了高要求。常采用磁粉探傷的方法檢測鑄件表面和近表面質量，采用超聲波和射線探傷的方法檢測內部質量。由于國內沒有專門的風電球鐵件超聲波探傷標準，EN12680-3《鑄造—超聲探傷—球墨鑄鐵件》為國內風電行業廣泛采用，按照該標準的驗收要求，體積類缺陷（如縮松）、表面缺陷（如夾渣）作為超聲波探傷最主要的檢測對象。對于體積類內部缺陷的測量操作比較容易，而對于夾渣的判斷和操作相對困難一些。

1 探測條件的選擇

1.1 設備

優先采用數字式超聲波探傷儀，它具有很多優勢：（1）體積小，重量輕，攜帶方便；（2）擁有很強的自動計算能力，能夠根據DAC曲線或計算公式實時計算缺陷當量直徑，探傷效率高；（3）屏幕色彩可以根據環境的亮度改變，清晰度高；（4）能夠通過在實物零件上兩個具有平行面或者同一部位的兩次底面回波測定零件的超聲波聲速；（5）能夠存儲DAC曲線，也能夠存儲探傷圖形并在電腦上導出。

1.2 探頭

50 mm以下壁厚一般采用5 MHZ雙晶片縱波探頭，其余壁厚一般采用2～2.5 MHZ縱波單晶直探頭，探頭直徑根據鑄件表面狀況以及超聲波衰減情況靈活選擇。由于工件形狀的原因，縱波探頭無法檢測時才采用橫波探頭。

1.3 耦合劑

鑄件鑄造表面粗糙度較差，應選擇價格低廉、耦合性能好的化學漿糊作為耦合劑，也便于超聲波檢測后的后處理。采用對比試塊法時，靈敏度調整與工件探傷應采用同一種耦合劑。實際探傷時根據工件表面狀況適當調整耦合劑的稀薄程度，保證聲能耦合效果。在機加工過的表面掃查時，一定要用油作為耦合劑，以防生銹。

1.4 檢測面

影響超聲波傳播及探頭移動的物質應予以清除。應選擇在平整且操作方便的壁厚方向一側表面檢測，發現缺陷后，為了測量缺陷自身厚度占整個壁厚的百分比，還應該在壁厚方向的另外的一個面進行測量。

1.5 探傷靈敏度調整

無論采用對比試塊法還是采用底面回波法，最大探測距離處的平底孔回波均應能達到儀器滿幅的40%，探傷掃查時，應將噪聲調至儀器滿幅的5%～10%，以防漏檢。

探傷靈敏度應由該部位最終成品時的壁厚值決定。雙晶探頭應采用對比試塊法調整，對比試塊的材質、熱處理狀態應與工件一致。探傷時應進行耦合補償。

橫波探頭在球墨鑄鐵件中的折射角應在45～70 °之間，檢測聲程100 mm內的區域。橫波探傷應采用對比試塊，制作DAC曲線，且進行耦合補償后進行。

單直縱波探頭，根據探頭的三倍近場長度，以及工件壁厚情況選擇對比試塊法或者是底面回波法（理論計算法）。對于有專用曲線的探頭配合數字式超聲波探傷儀直接采用底面回波調節探傷靈敏度。

1.6 探傷掃查

探傷前應按照EN12680-3標準表3的要求確認超聲波可探性，最大探測距離處規定平底孔反射波應該比同聲程噪聲波高6 dB，符合這樣的條件才可進行超聲波探傷。

掃查速度不超過150 mms，應有規律地掃查到所有被檢區域，掃查應有重疊，重疊率應大于探頭直徑或邊長的15%。

1.7 缺陷定量

缺陷定量時，在哪一表面探測到缺陷，應該在該面進行缺陷定量，不應該在相互平行的另一側進行。

球墨鑄鐵鑄件中缺陷分為兩大類，一類缺陷（如縮孔）有明顯的缺陷反射波，當缺陷波幅度≥DAC曲線相應聲程處規定反射體的反射波幅度后，采用端點6 dB法測量缺陷范圍；另一類缺陷沒有明顯的缺陷反射，DAC曲線不適用，只能根據缺陷部位底面回波損失情況，以底面回波比相鄰同壁厚完好部位降低12或20 dB為條件，畫出缺陷范圍。

2 夾渣的判斷與參數測量

探傷靈敏度下，球墨鑄鐵鑄件中能夠造成底面回波損失而缺陷回波不高的缺陷當屬夾渣與縮松。對這類缺陷，按照EN12680-3標準的規定，只有當缺陷嚴重到一定程度，底面回波的衰減量達到標準規定時（底面回波比相鄰同壁厚完好部位降低12或20 dB及以上），才把它作為缺陷記錄下來。

夾渣與縮松的區別。夾渣一般分布在鑄件的上表面、泥芯的下表面和鑄件轉角處，而縮松往往產生在鑄件最后凝固處。夾渣一般屬于表面缺陷，縮松屬于內部缺陷。當底面回波下降符合缺陷定義后，提高靈敏度，把噪聲控制在儀器滿幅高度的5%～10%，能夠從壁厚相對兩平面分別測出缺陷回波的，符合縮松類缺陷的特征，按照體積類缺陷處理，而只能從壁厚一個方向測出缺陷回波的，符合夾渣的特征，按照夾渣處理。

夾渣參數測量。首先是壁厚方向尺寸d的測量（測量示意圖如圖1），把噪聲提高到儀器滿幅高度的5%～10%后，從壁厚的相對兩個方向探測，浮渣一側一般看不清缺陷回波，另一面探測時，可以清楚地看到比噪聲高6 dB以上的缺陷回波，聲程最短回波的距離就是夾渣對側外表面到夾渣的距離S1，夾渣自身在壁厚方向尺寸d=t-S1，按照EN12680—3標準中的表2（缺陷的最大允許尺寸—夾渣）判斷此缺陷壁厚百分比是否合格。其次按照底面回波比相鄰同壁厚處完好底面回波高度降低12 dB或者20 dB作為條件，測量缺陷的邊界，計算出缺陷面積，按照EN12680—3標準表1（允許的最大缺陷顯示尺寸—體積反射類），判斷邊緣最大不連續面積以及不連續總面積占檢測表面的百分比是否合格。

3 結語

探傷操作前，超聲波探傷人員應熟悉探傷標準內容，根據工件壁厚尺寸，按照EN12680-3標準的規定制備探傷試塊，有條件時可以切割一塊有自然缺陷的試樣，練習缺陷識別和參數測量技巧，對提高探傷水平、保證探傷質量會有很大幫助。在優化鑄造工藝設計、加強生產過程控制的同時，超聲波探傷與理化檢測、其它無損檢測方法一起，可以有效保障風電球墨鑄鐵件的質量，提高風力發電系統的運轉可靠性，為社會提供清潔能源做出貢獻。

參考文獻

[1] EN12680—3鑄造—超聲探傷—球墨鑄鐵件[S].endprint

摘 要：夾渣作為球墨鑄鐵件的主要缺陷之一，它的存在減少了有效截面厚度，影響風電系統的安全使用。超聲波探傷在監控鑄件質量方面起著十分重要的作用，介紹了超聲波探傷條件的優化選擇與夾渣的判斷與參數測量方法。

關鍵詞：球墨鑄鐵 夾渣 超聲波 探傷

中圖分類號：TG115 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（c）-0081-01

球墨鑄鐵具有機械強度高、耐磨性能好、易成型、造價低的優點，在風力發電系統齒輪箱、輪轂等部件的制造上得到廣泛應用。由于風力發電系統工作條件惡劣，一旦出現故障維護成本高昂，因此對可靠性提出了高要求。常采用磁粉探傷的方法檢測鑄件表面和近表面質量，采用超聲波和射線探傷的方法檢測內部質量。由于國內沒有專門的風電球鐵件超聲波探傷標準，EN12680-3《鑄造—超聲探傷—球墨鑄鐵件》為國內風電行業廣泛采用，按照該標準的驗收要求，體積類缺陷（如縮松）、表面缺陷（如夾渣）作為超聲波探傷最主要的檢測對象。對于體積類內部缺陷的測量操作比較容易，而對于夾渣的判斷和操作相對困難一些。

1 探測條件的選擇

1.1 設備

優先采用數字式超聲波探傷儀，它具有很多優勢：（1）體積小，重量輕，攜帶方便；（2）擁有很強的自動計算能力，能夠根據DAC曲線或計算公式實時計算缺陷當量直徑，探傷效率高；（3）屏幕色彩可以根據環境的亮度改變，清晰度高；（4）能夠通過在實物零件上兩個具有平行面或者同一部位的兩次底面回波測定零件的超聲波聲速；（5）能夠存儲DAC曲線，也能夠存儲探傷圖形并在電腦上導出。

1.2 探頭

50 mm以下壁厚一般采用5 MHZ雙晶片縱波探頭，其余壁厚一般采用2～2.5 MHZ縱波單晶直探頭，探頭直徑根據鑄件表面狀況以及超聲波衰減情況靈活選擇。由于工件形狀的原因，縱波探頭無法檢測時才采用橫波探頭。

1.3 耦合劑

鑄件鑄造表面粗糙度較差，應選擇價格低廉、耦合性能好的化學漿糊作為耦合劑，也便于超聲波檢測后的后處理。采用對比試塊法時，靈敏度調整與工件探傷應采用同一種耦合劑。實際探傷時根據工件表面狀況適當調整耦合劑的稀薄程度，保證聲能耦合效果。在機加工過的表面掃查時，一定要用油作為耦合劑，以防生銹。

1.4 檢測面

影響超聲波傳播及探頭移動的物質應予以清除。應選擇在平整且操作方便的壁厚方向一側表面檢測，發現缺陷后，為了測量缺陷自身厚度占整個壁厚的百分比，還應該在壁厚方向的另外的一個面進行測量。

1.5 探傷靈敏度調整

無論采用對比試塊法還是采用底面回波法，最大探測距離處的平底孔回波均應能達到儀器滿幅的40%，探傷掃查時，應將噪聲調至儀器滿幅的5%～10%，以防漏檢。

探傷靈敏度應由該部位最終成品時的壁厚值決定。雙晶探頭應采用對比試塊法調整，對比試塊的材質、熱處理狀態應與工件一致。探傷時應進行耦合補償。

橫波探頭在球墨鑄鐵件中的折射角應在45～70 °之間，檢測聲程100 mm內的區域。橫波探傷應采用對比試塊，制作DAC曲線，且進行耦合補償后進行。

單直縱波探頭，根據探頭的三倍近場長度，以及工件壁厚情況選擇對比試塊法或者是底面回波法（理論計算法）。對于有專用曲線的探頭配合數字式超聲波探傷儀直接采用底面回波調節探傷靈敏度。

1.6 探傷掃查

探傷前應按照EN12680-3標準表3的要求確認超聲波可探性，最大探測距離處規定平底孔反射波應該比同聲程噪聲波高6 dB，符合這樣的條件才可進行超聲波探傷。

掃查速度不超過150 mms，應有規律地掃查到所有被檢區域，掃查應有重疊，重疊率應大于探頭直徑或邊長的15%。

1.7 缺陷定量

缺陷定量時，在哪一表面探測到缺陷，應該在該面進行缺陷定量，不應該在相互平行的另一側進行。

球墨鑄鐵鑄件中缺陷分為兩大類，一類缺陷（如縮孔）有明顯的缺陷反射波，當缺陷波幅度≥DAC曲線相應聲程處規定反射體的反射波幅度后，采用端點6 dB法測量缺陷范圍；另一類缺陷沒有明顯的缺陷反射，DAC曲線不適用，只能根據缺陷部位底面回波損失情況，以底面回波比相鄰同壁厚完好部位降低12或20 dB為條件，畫出缺陷范圍。

2 夾渣的判斷與參數測量

探傷靈敏度下，球墨鑄鐵鑄件中能夠造成底面回波損失而缺陷回波不高的缺陷當屬夾渣與縮松。對這類缺陷，按照EN12680-3標準的規定，只有當缺陷嚴重到一定程度，底面回波的衰減量達到標準規定時（底面回波比相鄰同壁厚完好部位降低12或20 dB及以上），才把它作為缺陷記錄下來。

夾渣與縮松的區別。夾渣一般分布在鑄件的上表面、泥芯的下表面和鑄件轉角處，而縮松往往產生在鑄件最后凝固處。夾渣一般屬于表面缺陷，縮松屬于內部缺陷。當底面回波下降符合缺陷定義后，提高靈敏度，把噪聲控制在儀器滿幅高度的5%～10%，能夠從壁厚相對兩平面分別測出缺陷回波的，符合縮松類缺陷的特征，按照體積類缺陷處理，而只能從壁厚一個方向測出缺陷回波的，符合夾渣的特征，按照夾渣處理。

夾渣參數測量。首先是壁厚方向尺寸d的測量（測量示意圖如圖1），把噪聲提高到儀器滿幅高度的5%～10%后，從壁厚的相對兩個方向探測，浮渣一側一般看不清缺陷回波，另一面探測時，可以清楚地看到比噪聲高6 dB以上的缺陷回波，聲程最短回波的距離就是夾渣對側外表面到夾渣的距離S1，夾渣自身在壁厚方向尺寸d=t-S1，按照EN12680—3標準中的表2（缺陷的最大允許尺寸—夾渣）判斷此缺陷壁厚百分比是否合格。其次按照底面回波比相鄰同壁厚處完好底面回波高度降低12 dB或者20 dB作為條件，測量缺陷的邊界，計算出缺陷面積，按照EN12680—3標準表1（允許的最大缺陷顯示尺寸—體積反射類），判斷邊緣最大不連續面積以及不連續總面積占檢測表面的百分比是否合格。

3 結語

探傷操作前，超聲波探傷人員應熟悉探傷標準內容，根據工件壁厚尺寸，按照EN12680-3標準的規定制備探傷試塊，有條件時可以切割一塊有自然缺陷的試樣，練習缺陷識別和參數測量技巧，對提高探傷水平、保證探傷質量會有很大幫助。在優化鑄造工藝設計、加強生產過程控制的同時，超聲波探傷與理化檢測、其它無損檢測方法一起，可以有效保障風電球墨鑄鐵件的質量，提高風力發電系統的運轉可靠性，為社會提供清潔能源做出貢獻。

參考文獻

[1] EN12680—3鑄造—超聲探傷—球墨鑄鐵件[S].endprint

摘 要：夾渣作為球墨鑄鐵件的主要缺陷之一，它的存在減少了有效截面厚度，影響風電系統的安全使用。超聲波探傷在監控鑄件質量方面起著十分重要的作用，介紹了超聲波探傷條件的優化選擇與夾渣的判斷與參數測量方法。

關鍵詞：球墨鑄鐵 夾渣 超聲波 探傷

中圖分類號：TG115 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（c）-0081-01

球墨鑄鐵具有機械強度高、耐磨性能好、易成型、造價低的優點，在風力發電系統齒輪箱、輪轂等部件的制造上得到廣泛應用。由于風力發電系統工作條件惡劣，一旦出現故障維護成本高昂，因此對可靠性提出了高要求。常采用磁粉探傷的方法檢測鑄件表面和近表面質量，采用超聲波和射線探傷的方法檢測內部質量。由于國內沒有專門的風電球鐵件超聲波探傷標準，EN12680-3《鑄造—超聲探傷—球墨鑄鐵件》為國內風電行業廣泛采用，按照該標準的驗收要求，體積類缺陷（如縮松）、表面缺陷（如夾渣）作為超聲波探傷最主要的檢測對象。對于體積類內部缺陷的測量操作比較容易，而對于夾渣的判斷和操作相對困難一些。

1 探測條件的選擇

1.1 設備

優先采用數字式超聲波探傷儀，它具有很多優勢：（1）體積小，重量輕，攜帶方便；（2）擁有很強的自動計算能力，能夠根據DAC曲線或計算公式實時計算缺陷當量直徑，探傷效率高；（3）屏幕色彩可以根據環境的亮度改變，清晰度高；（4）能夠通過在實物零件上兩個具有平行面或者同一部位的兩次底面回波測定零件的超聲波聲速；（5）能夠存儲DAC曲線，也能夠存儲探傷圖形并在電腦上導出。

1.2 探頭

50 mm以下壁厚一般采用5 MHZ雙晶片縱波探頭，其余壁厚一般采用2～2.5 MHZ縱波單晶直探頭，探頭直徑根據鑄件表面狀況以及超聲波衰減情況靈活選擇。由于工件形狀的原因，縱波探頭無法檢測時才采用橫波探頭。

1.3 耦合劑

鑄件鑄造表面粗糙度較差，應選擇價格低廉、耦合性能好的化學漿糊作為耦合劑，也便于超聲波檢測后的后處理。采用對比試塊法時，靈敏度調整與工件探傷應采用同一種耦合劑。實際探傷時根據工件表面狀況適當調整耦合劑的稀薄程度，保證聲能耦合效果。在機加工過的表面掃查時，一定要用油作為耦合劑，以防生銹。

1.4 檢測面

影響超聲波傳播及探頭移動的物質應予以清除。應選擇在平整且操作方便的壁厚方向一側表面檢測，發現缺陷后，為了測量缺陷自身厚度占整個壁厚的百分比，還應該在壁厚方向的另外的一個面進行測量。

1.5 探傷靈敏度調整

無論采用對比試塊法還是采用底面回波法，最大探測距離處的平底孔回波均應能達到儀器滿幅的40%，探傷掃查時，應將噪聲調至儀器滿幅的5%～10%，以防漏檢。

探傷靈敏度應由該部位最終成品時的壁厚值決定。雙晶探頭應采用對比試塊法調整，對比試塊的材質、熱處理狀態應與工件一致。探傷時應進行耦合補償。

橫波探頭在球墨鑄鐵件中的折射角應在45～70 °之間，檢測聲程100 mm內的區域。橫波探傷應采用對比試塊，制作DAC曲線，且進行耦合補償后進行。

單直縱波探頭，根據探頭的三倍近場長度，以及工件壁厚情況選擇對比試塊法或者是底面回波法（理論計算法）。對于有專用曲線的探頭配合數字式超聲波探傷儀直接采用底面回波調節探傷靈敏度。

1.6 探傷掃查

探傷前應按照EN12680-3標準表3的要求確認超聲波可探性，最大探測距離處規定平底孔反射波應該比同聲程噪聲波高6 dB，符合這樣的條件才可進行超聲波探傷。

掃查速度不超過150 mms，應有規律地掃查到所有被檢區域，掃查應有重疊，重疊率應大于探頭直徑或邊長的15%。

1.7 缺陷定量

缺陷定量時，在哪一表面探測到缺陷，應該在該面進行缺陷定量，不應該在相互平行的另一側進行。

球墨鑄鐵鑄件中缺陷分為兩大類，一類缺陷（如縮孔）有明顯的缺陷反射波，當缺陷波幅度≥DAC曲線相應聲程處規定反射體的反射波幅度后，采用端點6 dB法測量缺陷范圍；另一類缺陷沒有明顯的缺陷反射，DAC曲線不適用，只能根據缺陷部位底面回波損失情況，以底面回波比相鄰同壁厚完好部位降低12或20 dB為條件，畫出缺陷范圍。

2 夾渣的判斷與參數測量

探傷靈敏度下，球墨鑄鐵鑄件中能夠造成底面回波損失而缺陷回波不高的缺陷當屬夾渣與縮松。對這類缺陷，按照EN12680-3標準的規定，只有當缺陷嚴重到一定程度，底面回波的衰減量達到標準規定時（底面回波比相鄰同壁厚完好部位降低12或20 dB及以上），才把它作為缺陷記錄下來。

夾渣與縮松的區別。夾渣一般分布在鑄件的上表面、泥芯的下表面和鑄件轉角處，而縮松往往產生在鑄件最后凝固處。夾渣一般屬于表面缺陷，縮松屬于內部缺陷。當底面回波下降符合缺陷定義后，提高靈敏度，把噪聲控制在儀器滿幅高度的5%～10%，能夠從壁厚相對兩平面分別測出缺陷回波的，符合縮松類缺陷的特征，按照體積類缺陷處理，而只能從壁厚一個方向測出缺陷回波的，符合夾渣的特征，按照夾渣處理。

夾渣參數測量。首先是壁厚方向尺寸d的測量（測量示意圖如圖1），把噪聲提高到儀器滿幅高度的5%～10%后，從壁厚的相對兩個方向探測，浮渣一側一般看不清缺陷回波，另一面探測時，可以清楚地看到比噪聲高6 dB以上的缺陷回波，聲程最短回波的距離就是夾渣對側外表面到夾渣的距離S1，夾渣自身在壁厚方向尺寸d=t-S1，按照EN12680—3標準中的表2（缺陷的最大允許尺寸—夾渣）判斷此缺陷壁厚百分比是否合格。其次按照底面回波比相鄰同壁厚處完好底面回波高度降低12 dB或者20 dB作為條件，測量缺陷的邊界，計算出缺陷面積，按照EN12680—3標準表1（允許的最大缺陷顯示尺寸—體積反射類），判斷邊緣最大不連續面積以及不連續總面積占檢測表面的百分比是否合格。

3 結語

探傷操作前，超聲波探傷人員應熟悉探傷標準內容，根據工件壁厚尺寸，按照EN12680-3標準的規定制備探傷試塊，有條件時可以切割一塊有自然缺陷的試樣，練習缺陷識別和參數測量技巧，對提高探傷水平、保證探傷質量會有很大幫助。在優化鑄造工藝設計、加強生產過程控制的同時，超聲波探傷與理化檢測、其它無損檢測方法一起，可以有效保障風電球墨鑄鐵件的質量，提高風力發電系統的運轉可靠性，為社會提供清潔能源做出貢獻。

參考文獻

[1] EN12680—3鑄造—超聲探傷—球墨鑄鐵件[S].endprint