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铸件的探伤

时间:2014-05-21 19:02:45


铸件的检测是把握铸造产品成品率的核心环节之一,铸件的检测主要包括尺寸检查、外观和表面的目视检查、化学成分分析和力学性能试验,对于要求比较重要或铸造工艺上容易产生问题的铸件,还需要进行无损检测工作,可用于球墨铸铁件质量检测的无损检测技术包括液体渗透检测、磁粉检测、涡流检测、射线检测、超声检测及振动检测等。今天简单说说铸件表面及近表面缺陷的检测方法。

检测一、液体渗透检测

   液体渗透检测用来检查铸件表面上的各种开口缺陷,如表面裂纹、表面针孔等肉眼难以发现的缺陷。常用的渗透检测是着色检测,它是将具有高渗透能力的有色(一般为红色)液体(渗透剂)浸湿或喷洒在铸件表面上,渗透剂渗入到开口缺陷里面,快速擦去表面渗透液层,再将易干的显示剂(也叫显像剂)喷洒到铸件表面上,待将残留在开口缺陷中的渗透剂吸出来后,显示剂就被染色,从而可以反映出缺陷的形状、大小和分布情况。

   需要指出的是,渗透检测的精确度随被检材料表面粗糙度增加而降低,即表面越光检测效果越好,磨床磨光的表面检测精确度最高,甚至可以检测出晶间裂纹。除着色检测外,荧光渗透检测也是常用的液体渗透检测方法,它需要配置紫外光灯进行照射观察,检测灵敏度比着色检测高。


检测二、涡流检测

   涡流检测适用于检查表面以下一般不大于6~7MM深的缺陷。涡流检测分放置式线圈法和穿过式线圈法2种。当试件被放在通有交变电流的线圈附近时,进入试件的交变磁场可在试件中感生出方向与激励磁场相垂直的、呈涡流状流动的电流(涡流),涡流会产生一与激励磁场方向相反的磁场,使线圈中的原磁场有部分减少,从而引起线圈阻抗的变化。

   如果铸件表面存在缺陷,则涡流的电特征会发生畸变,从而检测出缺陷的存在,涡流检测的主要缺点是不能直观显示探测出的缺陷大小和形状,一般只能确定出缺陷所在表面位置和深度,另外它对工件表面上小的开口缺陷的检出灵敏度不如渗透检测。


检测三、磁粉检测

   磁粉检测适合于检测表面缺陷及表面以下数毫米深的缺陷,它需要直流(或交流)磁化设备和磁粉(或磁悬浮液)才能进行检测操作。磁化设备用来在铸件内外表面产生磁场,磁粉或磁悬浮液用来显示缺陷。当在铸件一定范围内产生磁场时,磁化区域内的缺陷就会产生漏磁场,当撒上磁粉或悬浮液时,磁粉被吸住,这样就可以显示出缺陷来。

   这样显示出的缺陷基本上都是横切磁力线的缺陷,对于平行于磁力线的长条型缺陷则显示不出来,为此,操作时需要不断改变磁化方向,以保证能够检查出未知方向的各个缺陷。


检测4铸件的超声波探伤


铸件超声波探伤时,主要运用纵波直探头,晶片尺寸为Φ14~Φ28mm,常用Φ20mm。关于较小的铸件,思索近场区和耦合损耗缘由,普通采用小晶片探头。有时为了探测与探测面成一定倾角的缺陷,也可采用一定K值的斜探头停止探测。关于近间隔缺陷,由于直探头的盲区和近场区的影响,常采用双晶直探头探测。

由于铸件晶粒粗大、透声性差,信噪比低,所以探伤艰难大,铸件超声波探伤是使用具有高频声能的声束在铸件内部的传播中,碰到内部外表或缺陷时产生反射而发现缺陷。反射声能的大小是内外表或缺陷的指向性和性质以及这种反射体的声阻抗的函数,因而能够使用各种缺陷或内外表反射的声能来检测缺陷的存在位置、壁厚或者外表下缺陷的深度。超声检测作为一种使用比拟普遍的无损检测手腕,其主要优势表如今:检测灵活度高,能够探测细小的裂纹;具有大的穿透才能,能够探测厚截面铸件。其主要局限性在于:超声波探伤仪关于轮廓尺寸复杂和指向性不好的断开性缺陷的反射波形解释艰难;关于不合意的内部构造,例如晶粒大小、组织构造、多孔性、夹杂含量或细小的分散析出物等,同样阻碍波形解释;另外,检测时需求参考规范试块。


铸件中常见的主要缺陷
铸件中常见的主要缺陷有:
1.气孔
这是金属凝固过程中未能逸出的气体留在金属内部形成的小空洞,其内壁光滑,内含气体,对超声波具有较高的反射率,但是又因为其基本上呈球状或椭球状,亦即为点状缺陷,影响其反射波幅。钢锭中的气孔经过锻造或轧制后被压扁成面积型缺陷而有利于被超声检测所发现。

2.缩孔与疏松
铸件或钢锭冷却凝固时,体积要收缩,在最后凝固的部分因为得不到液态金属的补充而会形成空洞状的缺陷。大而集中的空洞称为缩孔,细小而分散的空隙则称为疏松,它们一般位于钢锭或铸件中心最后凝固的部分,其内壁粗糙,周围多伴有许多杂质和细小的气孔。由于热胀冷缩的规律,缩孔是必然存在的,只是随加工工艺处理方法不同而有不同的形态、尺寸和位置,当其延伸到铸件或钢锭本体时就成为缺陷。钢锭在开坯锻造时如果没有把缩孔切除干净而带入锻件中就成为残余缩孔(缩孔残余、残余缩管),如图5.3、5.4、5.5所示。 如果铸件的型模设计不当、浇注工艺不当等,也会在铸件与型模接触的部位产生疏松。断口照片中的黑色部分即为疏松部位,其呈现黑色是因为该工件已经过退火处理,使得疏松部位被氧化和渗入机油所致。
W18钢铸件-用作铣刀齿,采用超声纵波垂直入射多次底波衰减法发现的疏松
3.夹渣

熔炼过程中的熔渣或熔炉炉体上的耐火材料剥落进入液态金属中,在浇注时被卷入铸件或钢锭本体内,就形成了夹渣缺陷。夹渣通常不会单一存在,往往呈密集状态或在不同深度上分散存在,它类似体积型缺陷然而又往往有一定线度。

4.夹杂

熔炼过程中的反应生成物(如氧化物、硫化物等)-非金属夹杂,或金属成分中某些成分的添加料未完全熔化而残留下来形成金属夹杂,如高密度、高熔点成分-钨、钼等,如图5.29,也有如图5.24所示钛合金棒材中的纯钛偏析。

5.偏析

6.铸造裂纹
铸件或钢锭中的偏析主要指冶炼过程中或金属的熔化过程中因为成分分布不均而形成的成分偏析,有偏析存在的区域其力学性能有别于整个金属基体的力学性能,差异超出允许标准范围就成为缺陷
铸件中的裂纹主要是由于金属冷却凝固时的收缩应力超过了材料的极限强度而引起的,它与铸件的形状设计和铸造工艺有关,也与金属材料中一些杂质含量较高而引起的开裂敏感性有关(例如硫含量高时有热脆性,磷含量高时有冷脆性等)。在钢锭中也会产生轴心晶间裂纹,在后续的开坯锻造中如果不能锻合,将留在锻件中成为锻件的内部裂纹。
7.冷隔

这是铸件中特有的一种分层性缺陷,主要与铸件的浇铸工艺设计有关,它是在浇注液态金属时,由于飞溅、翻浪、浇注中断,或者来自不同方向的两股(或多股)金属流相遇等原因,因为液态金属表面冷却形成的半固态薄膜留在铸件本体内而形成一种隔膜状的面积型缺陷。

8.翻皮

这是炼钢时从钢包向锭模浇注钢锭时,因为浇注中断、停顿等原因,先浇入的液态金属表面在空气中迅速冷却形成氧化膜,在继续浇注时新浇入的液态金属将其冲破翻入钢锭体内而形成的一种分层性(面积型)缺陷,它在后续的钢锭开坯锻造中是无法锻合消除的。

9.各向异性

铸件或钢锭冷却凝固时,从表面到中心的冷却速度是不同的,因而会形成不同的结晶组织,表现为力学性能的各向异性,也导致了声学性能的各向异性,亦即从中心到表面有不同的声速与声衰减。这种各向异性的存在,对铸件超声检测时评定缺陷的大小与位置会产生不良影响。

综上所述,铸件中的缺陷多为体积型(裂纹、翻皮、冷隔除外),缺陷的取向规律不够明显,但主要与冷缩应力方向有关。此外,由于铸件的晶粒一般都比较粗大,有各向异性存在,因此给超声检测带来不少的困难,必须结合铸造工艺和具体的铸造材料、铸件形状以及表面状态等多种因素综合考虑。