超聲法檢測軸類鍛件中的白點缺陷

李國雷

摘 要：在主要無損檢測技術中，超聲波探傷檢測因設備攜帶方便，測量精度高，可以對內部缺陷進行準確定位及定性而得到了廣泛應用。在合金鋼鍛件超聲波檢測中，根據波形對缺陷定性，最容易混淆的兩類缺陷波形就是白點缺陷波形和密集形夾雜物缺陷波形。為了能通過缺陷反射波形對白點缺陷準確定性.本人通過理論分析、實驗及實際檢測。提出了以下根據波形判定白點缺陷的方法。

關鍵詞：超聲法檢測 軸類鍛件 白點缺陷

1、前言

白點常以微小裂紋群的形式出現，因其低倍斷口呈銀白色圓形或橢圓形斑點而得名。白點可能導致制件在后續熱處理或使用過程中突然斷裂，釀成安全事故。因此，鍛鋼件不允許有白點缺陷存在，不考慮其當量值的大小。準確判別超聲檢測缺陷并詳細描述其產生的過程及原因，是無損檢測人員的職責。準確的檢測報告對改進工藝、控制操作過程和提高產品質量起到關鍵性的作用。

2、“白點”的產生

因白點割裂了基體的連續性，在后續的熱處理過程中容易導致開裂或者在放置一段時間后引起置裂，所以白點在鋼中是不允許出現的缺陷。由于白點裂紋通常呈鋸齒狀，這些尖角必然會引起能量的損失，在探傷過程中會對底波產生一定影響。多數觀點認為“白點”是氫含量過高引起的，鋼件中的氫通常分為擴散氫和非擴散氫，而能夠引起白點的氫一般為可以擴散的氫，該部分氫含量達到一定程度后會使鋼材的斷裂強度顯著降低，導致氫脆斷裂的發生。Cr5鋼的升溫脫氫（TDS）實驗證明，可擴散氫的臨界溫度為350～400℃，即超過這個溫度范圍后，釋放出的氫在室溫時呈穩定存在狀態，對Cr5鋼的氫脆性能不會產生影響。

白點波形波形比較尖銳，數量較多并且相互獨立，對底波和反射波次數有明顯影響。白點的實質是顯微裂紋，寬度較小，因此在探傷時需要提高其檢測靈敏度，白點嚴重時，底波消失。隨著大型軸類鍛件的技術要求提高及冶煉方法的不斷改善，軋輥類鍛件的常規冶煉方法為VD+VT，而對于轉子類鍛件來說，一般采用LVCD+VCD，這種雙真空工藝可大大降低鍛件中的氫含量，因此一般觀點認為如今大型軸類鍛件的斷裂與氫無關。但實踐證明，盡管在冶煉后測定的化學成分中，氫含量較均勻地分布在鋼錠的內部，且每個檢測位置氫含量都在標準要求以下，但在后序的鍛造以及熱處理過程中，鋼錠內部會有很大的殘余應力存在，而在殘余應力的驅動下，可擴散氫會向氫陷阱（裂紋、夾雜、晶界等）處擴散，在這些缺陷處形成氫的聚集，使得局部氫含量升高，這就是在檢測氫含量不超標的情況下，在熱處理過程中或者放置一段時間后大型鍛件仍會發生斷裂的原因。

3、超聲檢測邏輯思路

典型白點以密集形式在鍛件中立體分布，無論鍛件結構尺寸如何，缺陷區的邊界距工件表面的距離都基本相同。隨著冶煉、鍛造工藝的改進及過程檢測、控制手段的提高，典型白點一般較少出現，實際檢測中多見的是非典型的、在局部范圍出現的白點，多見于工件截面尺寸差別較大時的大截面部位以及大、中型鍛件的偏析嚴重區。鍛鋼件中的白點有無位向分布、平行分布和放射狀分布三種分布取向。無位向分布最常見，平行分布多見于餅形鍛件及板材類，筒形及軸類鍛件偶見放射狀分布。白點的判定應根據缺陷不同的分布取向選定適宜的檢測方位及檢測手段。無位向分布的白點在不同的檢測方位上表現出相同的特征，平行分布的白點方向性顯著，放射狀分布的白點只有在橫波檢測時才會表現出可供判定的特征。

檢測白點缺陷的基本思路為密集缺陷+缺陷區底波衰減+橫波敏感 白點。應注意的是此處 密集缺陷 是指缺陷在某一立體空間的彌散分布，缺陷的密集程度越高、分布范圍越廣、提示白點的可能性越大；對于局部缺陷，分布于大截面部位、偏析區、近冒口側時應警惕白點的可能；對于分布趨向的分析主要是確定后續檢測方案，其中對于放射狀分布的缺陷應引起充分重視。缺陷區底波衰減量的測定應事先判定缺陷的分布趨向，并選取與缺陷較大截面垂直或接近垂直角度的檢測點測量。測量時應注意測試點與參照點的可比性，分析底波衰減與缺陷影響的相關性。

缺陷區底波衰減量的測定不適用于放射狀分布白點的分析與判定。所謂橫波敏感首先指在某一靈敏度下缺陷回波明顯（以分散或密集形式出現），其次是探頭移動或轉動時，缺陷回波的動態特征明顯。橫波檢測的重點在于探頭入射角與檢測靈敏度的確定。根據筆者檢測經驗，入射角選擇45°效果較好，靈敏度的確定應根據制件的表面狀態、缺陷埋深和檢測者對缺陷回波觀察等，一般在 3mm 40mm+18～24dB基礎上作相應調整。在以上基礎上再結合材質分析，將某一鍛造廠家在某些材料、某些特定尺寸、結構的制件中出現白點缺陷的統計分析，同爐次或同批次制件的檢測對比，以及加工后缺陷露出表面部位的MT/PT檢測結果進行綜合分析，可以使判定結果更加準確。

4、檢測實例

4.1 齒輪鍛件

工件為齒輪鍛件；材質20CrMnMo；尺寸 1200mm 230mm。探傷儀器HS510；探頭為2.5P20-D/2.5P13 13K1；耦合劑為機油；檢測時機為粗加工后，靈敏度為 2mmAVG（縱波檢測）和3mm 40mm+18dB（橫波檢測）。

齒輪端面檢測時縱波探傷在齒輪厚度方向表面下50～170mm區間見密集性缺陷回波，缺陷在齒輪徑向呈環狀分布，外側邊界距齒輪外圓面60mm，內側邊界距300mm中心孔內壁30mm。缺陷當量：密集2mm～3mm、單個最大5mm。缺陷區底波衰減>12dB，嚴重部位衰減量18dB。橫波檢測缺陷回波明顯，表現為密集形式，缺陷波高>3mmAVG曲線，移動或轉動探頭時缺陷波切換迅速、游動性明顯。結合縱橫波檢測情況，即缺陷在分布區間彌散且均勻分布，缺陷區底波衰減明顯，橫波檢測對缺陷敏感，判定該齒輪內部缺陷為白點。報廢后在齒輪本體上取樣經調質處理進行低倍斷口檢驗結果，斷口白點特征明顯，支持超聲波檢測結論。將這一方法用于中厚鋼板超聲檢測中缺陷性質的判定，同樣取得了較好的效果。

4.2 鋼板

工件為鋼板；材質16Mn；尺寸8100mm 2140mm 90mm。探傷儀器、探頭和耦合劑同實例1。檢測時機為入庫驗收；靈敏度為50mm/5mmAVG（縱波探傷）和3mm 40mm+ 20dB（橫波探傷）。縱波探傷在鋼板厚度方向表面下25～70mm區間見密集性缺陷回波，缺陷區距鋼板四周邊界150～200mm。缺陷當量：密集3mm、單個最大5mm。缺陷區底波衰減>12dB，嚴重部位衰減18dB。橫波檢測缺陷回波明顯，表現為密集形式，缺陷波高>3mm AVG曲線，移動或轉動探頭時缺陷波切換迅速、游動性明顯。結合縱橫波檢測情況綜合分析，判定該鋼板內部缺陷為白點。低倍斷口檢驗結果顯示斷口白點特征明顯。

5、結語

準確識別和判定超聲檢測缺陷需要以廣博的理論知識和豐富的實踐經驗做基礎。熟悉冶煉、澆注、熱加工過程及鋼錠內部原始缺陷的種類分布，了解鍛造及熱處理過程中的異常現象，有助于準確判別缺陷，并且能為企業采取正確的處理方法提供有效的幫助。

參考文獻

[1]姚運萍，孫岳中一，陳繼開.高性能便攜式超聲探傷儀[J].儀表技術與傳感器，2008，（5）：28～29.

[2]牛俊民，蔡暉.鋼中缺陷的超聲波定性探傷[M].北京：冶金工業出版社，2012：179～180.