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铸钢拖辊的超声波探伤
【来源/作者】周世华 【更新日期】2016-11-09

1前言

近几年来,随着我国对环境保护要求的提高,大量的城市垃圾需要及时处理,因此城市垃圾无害化处理也提上日程,铸钢拖辊就是这方面设备的关键部件之一,其材质是42CrMnMo,表面经热处理要求有一定硬度,硬度值为HB350~550。按有关国外公司的设计要求,需要进行超声波探伤以保证内在质量。

2铸钢件超声波探伤的特点

铸钢件的缺陷大部分是在铸造过程中产生的,也有一部分是在热处理不当的过程中产生的,这些缺陷主要有气孔、缩孔、疏松、夹砂、夹渣、冲砂、尺寸不良、冷、热裂纹、缺肉、粘砂等,体积状缺陷居多。与射线透照相比,超声波探伤具有成本低、检测速度快、对危险性缺陷裂纹比较敏感、对缺陷的定位比较准确、对近表层缺陷可以用双晶片探头检测等优点。但是由于形状复杂的体积型缺陷居多,加上疏松缺陷对超声波的吸收较大,所以信号高的不一定是大缺陷,信号低的也不一定是小缺陷,对于疏松,超声信号呈现蠕动状,波形往往很低,需提高灵敏度观察,但它对底波的吸收比较厉害(如果铸件有底波时)。对于缩孔,包括条状缩孔、树枝状缩孔或缩管,由于表面不规则,超声信号呈丛状的多峰波形,但是脉冲的尖部仔细观察比较钝,不像裂纹的脉冲尖部显得尖细,根部清晰,如图1、图2所示。由于铸钢件的晶粒比较粗大,所以常有林状回波出现。另外多数的铸钢件由于形状复杂,探测面和底面不一定平行,所以不一定有底波。

多数铸钢件表面不一定需要加工,只有法兰面、辊类和轴类的表面才需要加工,所以超声检测毛坯表面或铸造表面时,一般需要经过喷丸处理或手砂轮打磨,对于铸钢件表面的热裂纹,由于比较浅(2mm左右),是在高温浇铸后冷却过程中形成的,所以经过上述处理可以消除。对铸钢件探伤表面的粗糙度GB/T 7233标准规定,对机加工的表面,其Ra(不平度的算术平均偏差)应等于或小于10μm,对铸造表面经喷丸处理或手砂轮打磨后,其Ra应等于或小于12.5μm。因此针对不同的加工表面,应选择具有较好润湿性的适当耦合剂。对表面粗糙度较好的可以用机油、工业甘油、洗涤剂等,对表面粗糙度较差的推荐用水玻璃、黄油和粘度较大的机油等。超声检验的时机应在高温热处理之后,在铸件的受检表面经过处理、无妨碍超声检测的障碍物,以及可能妨碍超声检测的机加工工序之前进行。在对近表层检验时,应根据不同的近表层选择适当的双晶直探头。而且在校对其探测距离时,应使用专用的纵波双晶探头ZGS对比试块校正探测距离,并建立距离—振幅灵敏度曲线。因为双晶探头的特点,其声程路径有了适当加长,与纵波直探头不同,所以需要用专用试块校对。该试块可探测深度为5~45 mm、级差为5 mm的9个不同深度 3平底孔。

3铸钢拖辊的探伤条件和探伤状况

铸钢拖辊的轴和辊由两种不同的材料制成,轴用低合金锻钢件制成,辊用低合金铸钢件制成,两者以紧密配合的方式压入,铸钢拖辊的形状和尺寸如图3所示(单位mm)。其中A端为冒口端,B端为浇口端,全部拖辊经机加工压合后调质处理,以保证辊面硬度,硬度合格后辊面经磨床磨光,然后对辊面用NY-102超声波探伤成像仪做360°全周探伤和端部探伤。探头采用2.5 P14纵波直探头;耦合剂采用市售洗涤灵,探测灵敏度为底部131 mm深 6平底孔回波80%屏高,对底部的凸圆柱面做了-10lgD/d(dB)的修正。拖辊共有4根,探伤结果如下:

Ⅰ号拖辊:拖辊在冒口端发现3处缺陷,均属内层体积状缺陷,其中:缺陷①从冒口端面向内延20 mm,径向深度80~100 mm,属丛状缩孔性波形,如上述图2所示。缺陷②从冒口端面向内延50 mm,深度80~110mm,属丛状缩孔性波形。缺陷③从冒口端面向内延伸50 mm,径向探测深度50~90 mm,属密集缩孔波形,其中最大的一个缺陷回波高度 6+11 dB,有二次缺陷波,对底波有明显吸收。

Ⅱ号拖辊:发现一处面状缺陷,距冒口端25~30 mm,深度90 mm,缺陷面积61×5=305 mm2,上述同一范围内也同时存在体积状密集缺陷几处,深度90~110 mm,面积61×45=2745 mm2。

Ⅲ号拖辊:内外层均未发现可记录的缺陷。

Ⅳ号拖辊:检测时发现在离冒口端水平距离220 mm处,有深度分别为80 mm、90 mm、100 mm、110 mm的密集缺陷,底波衰减 6+10 dB。缺陷总面积3600 mm2。又发现在离冒口端水平距离40 mm处,存在有面状缺陷,深度80 mm~110 mm,未见底波,底波被缺陷吸收,最大缺陷波高 6+14 dB,还发现缺陷波本身有多次反射。

4缺陷评估

按照GB/T 7233《铸钢件超声波探伤及质量评级方法》标准的要求,对于已发现缺陷的质量等级评定,分别按平面型缺陷和非平面型缺陷来划分,根据其尺寸要求将质量等级各划分为五级。评定质量等级时,缺陷尺寸中有一项或几项大于某一级要求,则参加下一级评定,凡不满足四级要求的评为五级。铸钢件按其厚度检验时划分为外层、内层、外层三层,内、外层的划分方法如下:厚度小于90 mm者,各层各占厚度或截面尺寸的1/3;厚度大于90mm者,外层厚度为30 mm,其余部分为内层。评定时采用317×317 mm2(面积约100000mm2)的评定框,一个工件上无论有几处缺陷,对于面积型缺陷和非面积型缺陷,评定时都是按最严重的一处缺陷用评定框评定,只有在评定框内的缺陷才参与评定,其它处的缺陷不参与评定。如果一个评定框的面积大于一个检测区的面积,则该区域各级别允许的平面型缺陷和非平面型缺陷的总面积,应当按检测面积与评定框面积之比给予折算,例如检测区的面积只有评定框面积的一半,则各级允许缺陷的总面积也相应减半评定。但是缺陷在厚度方向的尺寸不做折算,对单个缺陷面积的要求也不做折算,这一点是必须注意的。如果一个检测区的一边小于317 mm,而其面积等于或大于评定框的面积,则以一个矩形的面积来评定,只要评定框要求的面积不变即可。

对平面型缺陷的要求比对非平面型缺陷的要求要严格的多,对密集缺陷的要求比对分散缺陷的要求也要严格的多,因为平面型缺陷如裂纹之类的危害性要比体积型缺陷大得多,密集缺陷的危害性比分散缺陷要大多。而且对非平面型缺陷还有外层与内层的划分,因为铸钢件承受应力的部位主要在外层,所以对外层要求比对内层的要求就严格一些。在外层的缺陷中,当两个缺陷或多个缺陷的间隔在25 mm以内时,作为一个缺陷计算。平面型缺陷则没有这种内外层的划分,这主要是考虑到要严格控制这种缺陷存在时的危害性。这个标准与其它标准不同的是它不牵涉到综合评级,两类缺陷必须同时满足某一等级的要求才合格,否则就降级处理,这是该标准贯彻了标准必须尽量的简单明确以利贯彻执行的原则。还有一点需要注意的是:被检工件的检测面是圆弧形时,例如拖辊类工件,评定框不可能也是圆弧形,标准规定在评定检测面为曲面的铸钢件的质量等级时,也在缺陷最严重的位置放置评定框,但是在垂直于评定框的平面方向,对评定框投影范围内的缺陷给予评定,并对缺陷的测量大小和实际大小给予换算。

例如对内外层的划分,具体到拖辊,检测总厚度为:(419-157)/2=131 mm因此外层为30 mm,内层为31 mm~131 mm即101 mm。缺陷评估结果如下:Ⅰ号拖辊:有三处缺陷判断均为非平面型缺陷,而且如测量结果所示,缺陷③最严重,所以评定框应置于缺陷③处,其它缺陷①和缺陷②两处缺陷不予评定。从内外层划分,深度50~90 mm处缺陷显然在内层,是一处相互间距小于25 mm的密集缺陷,应当作单个缺陷处理,此时缺陷总面积未超过Ⅰ级,但一个缺陷在铸钢件厚度方向的尺寸为40 mm,超过了总厚度15%,应评为Ⅴ级。从端面的渗透探伤试验证明这些缺陷属断续的缩孔状并含有疏松。Ⅱ号拖辊:首先发现有距冒口端水平距离30mm、深度为90 mm的面状缺陷,缺陷面积折算后为61×5=305 mm2,按表1要求应评为Ⅳ级。上述范围也同时存在体积状密集缺陷,深度90~110 mm,属内部缺陷,面积范围折算后为61×45=2745mm2,按表2要求,亦应属Ⅳ级缺陷,而且,缺陷在铸钢件厚度方向的尺寸为20 mm,未超过表2中131×15%=20 mmⅣ级的要求,所以Ⅱ号拖辊的最后评级为Ⅳ级。

Ⅲ号拖辊:内外层均未发现可记录的缺陷,应评为Ⅰ级。

Ⅳ号拖辊:发现离冒口端水平距离220 mm处,深度分别为80 mm、90 mm、100 mm、110 mm,有体积状密集缺陷,其中最大缺陷波为 6+10 dB,缺陷总面积经折算后为3600 mm2,这个缺陷群是在内层,按表2要求它在厚度方向的尺寸为110-80=30 mm,超过了它在铸钢件厚度方向尺寸,Ⅳ级应满足小于等于131×15%=20 mm的要求,故应评为Ⅴ级。

还发现离冒口端水平距离40 mm处,有面状缺陷存在,深度为80~110 mm,其中最大缺陷反射波的高度为 6+14 dB,此处缺陷波还有多次反射,底波被缺陷波吸收。这种缺陷经判断属裂纹性质的缺陷,应评为Ⅴ级。所以Ⅳ号拖辊的最后评定级别为Ⅴ级。

最后客户方研究后的处理意见是:Ⅴ号拖辊报废,另外加工一根,Ⅰ号拖辊回用,Ⅱ号和Ⅲ号拖辊正常使用。

摘自:中国计量测控网


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