鍛件是制造各種機(jī)械設(shè)備、壓力容器及受壓元件毛坯的原材料，在電力、機(jī)械、核工業(yè)、交通、石油天然氣、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。在鍛造過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些宏觀缺陷，這些宏觀缺陷在產(chǎn)品使用中可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品失效，影響設(shè)備的使用，甚至?xí)l(fā)重大事故，造成不可挽回的損失。因此，必須在鍛件制造過程中發(fā)現(xiàn)缺陷，及時(shí)處理，以排除安全隱患，保證產(chǎn)品質(zhì)量符合使用要求。[1~2]無損檢測(cè)技術(shù)是控制產(chǎn)品質(zhì)量必不可少的技術(shù)之一。借助科學(xué)設(shè)備和技術(shù)手段，可以在不破壞產(chǎn)品本體的基礎(chǔ)上，對(duì)鍛件表面及內(nèi)部性能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，以判斷其內(nèi)部組織的連續(xù)性、完整性和安全性。如今，無損檢測(cè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域。[1~2]超聲檢測(cè)是五大常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)中應(yīng)用最廣泛，檢測(cè)工件內(nèi)部宏觀缺陷最有效的無損檢測(cè)方法。超聲檢測(cè)也是產(chǎn)品制造中實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制，節(jié)約原材料的重要手段之一[1~2]。因此，對(duì)鍛件，尤其是大型件和重要件進(jìn)行超聲檢測(cè)是鍛件質(zhì)量的必要保證手段。幾乎所有法規(guī)產(chǎn)品鍛件都要進(jìn)行超聲檢測(cè)。寶雞凱澤金屬，作為鈦法蘭、鈦方塊、鈦餅等鈦鍛件生產(chǎn)廠家，對(duì)鍛件的生產(chǎn)工藝，有深入的理解，結(jié)合相關(guān)資料，對(duì)鍛件超聲檢測(cè)時(shí)機(jī)、探頭角度、鍛件超聲回波信號(hào)的研判，鍛件超聲DGS曲線法的使用等問題進(jìn)行討論，以利于檢測(cè)人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍛件缺陷，確保產(chǎn)品質(zhì)量。
1、 檢測(cè)時(shí)機(jī)
鍛件超聲波檢測(cè)可分為原材料檢測(cè)、制造過程中的檢測(cè)、產(chǎn)品檢測(cè)，以及在役檢測(cè)。原材料檢測(cè)和制造過程中檢測(cè)的目的是要盡早發(fā)現(xiàn)鍛件內(nèi)部缺陷，以便能夠及時(shí)采取措施，避免缺陷擴(kuò)大導(dǎo)致鍛件報(bào)廢；產(chǎn)品檢測(cè)的目的就是要保證產(chǎn)品的最終質(zhì)量。在役檢測(cè)的目的是要監(jiān)督投入使用后產(chǎn)品內(nèi)部可能產(chǎn)生的缺陷，主要是疲勞裂紋。
一般來說，鍛件中的缺陷主要有兩個(gè)來源：一是鑄錠中的缺陷引起的；另一種是在鍛造、熱處理及機(jī)械加工等制造過程中產(chǎn)生的。鍛件的超聲波檢測(cè)一般應(yīng)安排在交貨狀態(tài)進(jìn)行，或在鍛件的最終熱處理之后，槽、孔、臺(tái)階等的加工之前進(jìn)行。為防止不合格產(chǎn)品進(jìn)入下一道工序，節(jié)約制造成本，提高生產(chǎn)效率，尤其是避免熱處理后的鍛件形狀不適合超聲檢測(cè)的問題，則一般應(yīng)在熱處理或粗加工之前進(jìn)行超聲波檢測(cè)，但熱處理后還要對(duì)鍛件的可檢測(cè)區(qū)域作100%檢測(cè)。
我公司生產(chǎn)的大型轉(zhuǎn)子超聲波檢測(cè)時(shí)間：淤粗加工后的超聲波檢測(cè)是為了在轉(zhuǎn)子有較大余量時(shí)盡早發(fā)現(xiàn)缺陷，以便通過軸向借位、徑向借心等手段將部分缺陷去除掉。此時(shí)工件還有較多處的黑皮。
于調(diào)質(zhì)前超聲波檢測(cè)時(shí)轉(zhuǎn)子已經(jīng)加工成最簡單的幾何形狀，離成品尺寸還有較大余量，但外表面已經(jīng)沒有黑皮，精加工后各臺(tái)階的圓角R處現(xiàn)在還是直臺(tái)，超聲探頭的始脈沖在工件外表面形成的盲區(qū)會(huì)在精加工階段被加工掉。調(diào)質(zhì)前的材料晶粒比較粗大，導(dǎo)致超聲波的衰減較大（但一般小于4 dB/m）；此時(shí)超聲波的檢測(cè)可覆蓋精加工后的全部工件。
盂調(diào)制后超聲波檢測(cè)是在去掉調(diào)質(zhì)黑皮后進(jìn)行的超聲波檢測(cè)。此時(shí)除材料晶粒較細(xì)，草狀波和衰減小于調(diào)質(zhì)前外，其它狀態(tài)與調(diào)質(zhì)前相同。
榆精加工后超聲波檢測(cè)時(shí)轉(zhuǎn)子已經(jīng)加工成交貨狀態(tài)。部分區(qū)域受幾何形狀限制已經(jīng)無法進(jìn)行超聲波檢測(cè)。對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)子主要是各臺(tái)階的圓角R 處；對(duì)于氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子，除了圓角R 處之外，還有軸身上的開槽處。
2、 探頭角度
鍛件檢測(cè)一般采用單晶直探頭。對(duì)于尺寸較小的鍛件，由于單晶直探頭存在盲區(qū)和受近場(chǎng)區(qū)影響，改用雙晶直探頭檢測(cè)。部分鍛件超聲檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)甚至規(guī)定用先單晶直探頭進(jìn)行全體積檢測(cè)，再在近表面補(bǔ)充雙晶直探頭檢測(cè)。
有時(shí)為了檢測(cè)與檢測(cè)面成一定傾角的缺陷，也可以采用一定探頭角度的橫波斜探頭進(jìn)行檢測(cè)，例如筒形和環(huán)形鍛件。橫波斜探頭的折射角按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定選擇。
針對(duì)特殊結(jié)構(gòu)的鍛件，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)和易產(chǎn)生缺陷的位置，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇角度合適的探頭。如檢測(cè)大型轉(zhuǎn)子時(shí)通常采用單晶直探頭，并用7毅和14毅的小角度斜探頭做輔助檢測(cè)，以便保證產(chǎn)品質(zhì)量。
3、缺陷反射波性質(zhì)判別
在鍛件超聲波檢測(cè)中，不同缺陷的反射回波是不同的，實(shí)際檢測(cè)過程中，可根據(jù)顯示屏上的缺陷反射回波來分析缺陷的性質(zhì)和類型。
（1）單個(gè)缺陷反射回波
鍛件超聲波檢測(cè)中，顯示屏上單獨(dú)出現(xiàn)的缺陷反射回波稱為單個(gè)缺陷反射回波，一般單個(gè)缺陷回波是指與鄰近缺陷間距大于50mm，回波高不小于準(zhǔn)2mm的缺陷，如鍛件中單個(gè)夾層、裂紋等缺陷。檢測(cè)到單個(gè)缺陷時(shí)，要測(cè)定缺陷的位置和大小。當(dāng)缺陷較小時(shí)，用當(dāng)量法；當(dāng)缺陷較大時(shí)，用6dB法。
（2）分散缺陷反射回波
鍛件檢測(cè)中缺陷較多且較分散,缺陷彼此間距較大時(shí)，這種缺陷的反射波稱為分散缺陷反射回波。一般在邊長為50mm的立方體內(nèi)少于5個(gè)，或在更大的范圍內(nèi)存在幾個(gè)反射波，如分散性的夾層缺陷。分散缺陷一般不太大，常用當(dāng)量法定量（見表1）。
（3）密集缺陷反射波
鍛件檢測(cè)中顯示屏上同時(shí)顯示的缺陷反射回波很多，且波與波之間的間距很小，有時(shí)波的下沿連成一片，這種缺陷的反射回波稱為密集缺陷反射回波。
密集缺陷可能是疏松、非金屬夾雜物、白點(diǎn)或成群的裂紋等（見表2）。
（4） 游動(dòng)反射回波
在圓柱形軸類鍛件超聲檢測(cè)過程中，當(dāng)探頭沿著軸的外圓周向移動(dòng)時(shí)，顯示屏上的缺陷波會(huì)隨著該缺陷檢測(cè)聲程的變化而游動(dòng)，這種游動(dòng)的動(dòng)態(tài)波形稱為游動(dòng)反射回波。
游動(dòng)反射回波的產(chǎn)生是由于不同聲束射至缺陷形成反射引起的。當(dāng)聲束軸線射至缺陷時(shí)，缺陷的聲程小，反射回波高。當(dāng)沿圓周方向移動(dòng)探頭，使擴(kuò)散聲束射至缺陷時(shí)，缺陷聲程變大，反射回波降低，致使同一缺陷反射回波的位置和高度隨探頭的移動(dòng)發(fā)生游動(dòng)（見圖1）。
選擇不同超聲檢測(cè)靈敏度時(shí)，同一缺陷反射回波的游動(dòng)情況也不同。一般可根據(jù)基準(zhǔn)靈敏度和反射回波的游動(dòng)距離來鑒別游動(dòng)的反射回波。通常缺陷反射回波的游動(dòng)范圍達(dá)到25mm時(shí)才被認(rèn)為是游動(dòng)反射回波。根據(jù)缺陷游動(dòng)反射回波包絡(luò)線的形狀，可粗略地判別缺陷的形狀。
（5）底面反射回波判定
鍛件超聲檢測(cè)時(shí)，可根據(jù)底面回波變化來判別鍛件中的缺陷情況。
當(dāng)無缺陷反射回波，而只有底波的多次反射（較薄工件） 或1耀2次底面回波反射，且反射回波較高時(shí)，說明工件中無缺陷。
當(dāng)無缺陷反射回波，而底面回波很低甚至消失時(shí)，說明鍛件中存在傾斜的大面積缺陷或在檢測(cè)面的附近有大缺陷。
鍛件檢測(cè)時(shí)，在局部區(qū)域底面回波很低甚至消失，此時(shí)若降低探頭頻率重新檢測(cè)該區(qū)域，則底波又出現(xiàn)，說明該區(qū)域?yàn)榫Я４执笤斐陕暡ㄋp較大而引起的底波消失。
4、鍛件DGS法
DGS曲線是描述規(guī)則反射體的距離（D）、回波高度（G）及當(dāng)量尺寸（S）之間關(guān)系的曲線，德文縮寫為AVG。DGS曲線可用于對(duì)缺陷定量和靈敏度的設(shè)置。利用DGS曲線可減少超聲對(duì)比試塊的使用，提高鍛件超聲檢測(cè)的效率。根據(jù)適用性可以將DGS曲線具體分為通用DGS曲線和實(shí)用DGS曲線。其中，通用DGS曲線采用歸一化距離和歸一化缺陷當(dāng)量大小，所以通用性良好，適用于不同晶片尺寸的探頭。但在實(shí)際鍛件超聲檢測(cè)時(shí)，一般使用探頭或超聲探傷儀廠商提供的適用于特定探頭型號(hào)的實(shí)用DGS曲線。在使用實(shí)用DGS曲線時(shí)應(yīng)注意其對(duì)應(yīng)的探頭晶片尺寸和探頭頻率。根據(jù)探頭不同，DGS曲線又可分為直探頭DGS曲線和斜探頭DGS曲線。
在實(shí)際超聲檢測(cè)中應(yīng)按照相關(guān)技術(shù)條件和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用DGS曲線，其中存在部分鍛件超聲標(biāo)準(zhǔn)不允許使用DGS曲線法進(jìn)行檢測(cè)的情況。如法國核電規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)編制的《法國壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和制造規(guī)則》RCCM（2002版及2002補(bǔ)遺）中就規(guī)定鍛件直探頭和斜探頭檢測(cè)時(shí)均采用對(duì)比試塊法，不管是針對(duì)低合金鋼還是奧氏體不銹鋼鍛件，均不允許使用DGS 曲線法。但同時(shí)需要注意的是，RCCM（2007版）及其FM1061修訂與RCCM（2002版及2002補(bǔ)遺）相比出現(xiàn)了很大的變化，引進(jìn)了鍛件DGS曲線法檢測(cè)。針對(duì)低合金鋼鍛件，直探頭檢測(cè)時(shí)可采用對(duì)比試塊法或DGS曲線法，斜探頭檢測(cè)時(shí)可采用DGS曲線法；針對(duì)奧氏體鋼鍛件，直探頭檢測(cè)時(shí)可采用對(duì)比試塊法或DGS曲線法，斜探頭檢測(cè)與直探頭類似，可采用對(duì)比試塊法或DGS曲線法。因此，在使用DGS曲線法調(diào)整靈敏度和對(duì)缺陷定量時(shí)應(yīng)注意相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件的規(guī)定。
5、結(jié)語
終上所述，在進(jìn)行鍛件超聲檢測(cè)時(shí)，應(yīng)充分考慮被檢鍛件的尺寸和特性，充分理解檢測(cè)規(guī)范和檢測(cè)技術(shù)要求，充分了解所要檢測(cè)的缺陷類型，結(jié)合具體的制造和檢測(cè)能力，充分利用好超聲檢查手段，保證鍛件的質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1] 鄭暉，林樹青.超聲檢測(cè)[M] .北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008
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