郭文华 张建庆 赵瑾 郭树郑 李冰
　　郑州宇通重工有限公司质量保证部
　　摘要：本文介绍了铸钢件轮毂、主传动壳的超声波探伤方法，分析了探伤的适应性、透声性的测定及灵敏度的调整，阐述了这些铸钢件探伤的注意事项。
　　关键词：适应性、透声性、灵敏度
　　1. 前言
　　我公司供应商供应的关键铸钢件轮毂、主传动壳在进厂后的机械加工中，由于缩孔等缺陷造成的废品率比较高。针对此问题，我部门提出利用超声波探伤技术对这些铸钢件探伤，辅助生产。
　　超声波探伤是无损检测的重要方法之一。由于能够快速便捷、无损伤、精确地进行工件内部多种缺陷(裂纹、夹杂、气孔等)的检测、定位，所以它的应用越来越广。在工程上的使用，多数是针对各种焊缝的探伤，板材、锻件的探伤也很普遍，然而对铸钢件探伤的研究还不是很多。而铸钢件由于生产工艺等多方面因素的影响，出现的质量问题最多。
　　铸钢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，由于铸钢件的晶粒一般都比较粗大，有各向异性存在，给超声检测带来不少的困难，因此必须结合铸造工艺和具体的铸造材料、铸钢件形状以及表面状态等多种因素综合考虑。
　　2. 超声波探伤工艺
　　由于铸钢件形状的复杂性和超声波探伤本身的特点，使检测过程困难较多，运用普通的检测工艺往往会出现判定位置不精确、无法检测等情况，所以根据结构和缺陷多发位置选择探伤位置，选用型号合适的探头才能保证此探伤工艺的完成。
　　2.1 探伤标准
　　采用GB7233-87 《铸钢件超声波探伤及质量评级方法》为本厂铸钢件的探伤标准，操作人员按照标准进行检测。仪器的校对按照JB/T 9214-1999 《A型脉冲反射式超声探伤系统工作性能测试方法》执行。
　　2.2 探伤位置的选择
　　生产中，轮毂、主传动壳出现铸造缺陷的位置往往出现在一些位置上，如图a、图b上的A、B、C、D四个位置，所以选择这些位置为探伤部位（图a、图b为简化图）。根据结构状况，这些位置的探伤选择A型脉冲直探头。
　　图a 轮毂
　　图b 主传动壳
　　2.3 探伤仪器与探头
　　铸钢粗加工件表面凸凹不平，光洁度比较粗糙，给超声波探伤带来了很大困难，为此选择探头为带橡皮膜的探伤机MasterScan350m，直探头MB2S，2P13-D；在无法探伤的狭窄位置，可以辅助的选用具有微小探头的探伤机DUT-830，探头有5P6-D等。
　　2.4 耦合剂
　　水溶性耦合剂
　　2.5 探伤工艺与参数选择
　　由于结构的复杂性，无法保证回波底面的位置大致统一，从轮毂与主传动壳的小头端面探伤比较困难，所以选择轮毂的A面与主传动壳的C面作为探头接触面。A、C面探伤选择使用带有橡胶膜的探头，探伤机350M。轮毂的B面与主传动壳的D面，缺陷往往出现在直角处，缺陷几率高，这些位置需要探伤，然而直角位置特殊，及探头有大小，很难判断缺陷的位置，所以为了保证减小位置的不准确性，需要采用小直径的探头5P6-D。在抹有适量耦合剂的面上探伤，相邻两次扫查应相互垂直约为探头晶片尺寸的15%，探头的移动速度不能超过150mm/s。
　　3. 探伤
　　3.1 轮毂、主传动壳铸件探伤适应性的判定
　　仪器的“抑制”置零，使用2P13-D的探头在A、C面测试。如果选定为直探头探伤灵敏度的参考平底孔的回波幅度比同声程噪声信号的幅度高8dB以上，则该铸件适合超声波探伤。
　　如果不能满足上述要求，可降低频率至1MHz，满足要求的，可使用这种频率，并在探伤记录中说明。
　　如仍不能满足要求的，则应重新退火，改善铸钢件的透声性，达到要求后进行超声波探伤。
　　3.2 透声性的测定
　　铸钢件适应性判定之后，利用选择的探头，在铸钢件上进行透声性测定。选用与探伤相同的频率测试，调整仪器使第一次底面回波波幅达到垂直满刻度的50%，记录衰减器的读数B1，再调整仪器衰减使第二次底面回波波幅达到垂直满刻度的50%，记录衰减器读数B2，则该点的透声性P=B1-B2。为了探伤的准确性，我们在同一厚度不同位置选择至少10个点测量，用平均值表示铸件的透声性P。当透声性大于8dB时，在调整探伤灵敏度时必须进行透声性补偿。
　　3.3 探伤灵敏度
　　选择直径4mm平底孔来调整探伤灵敏度。探伤仪的抑制置于“0”或“断”，其它调整取适当值，最好选取在探伤工作中使用的调整值。将仪器的增益调至最大，但当电噪声较大时应降低增益（调节增益控制器或衰减器），使电噪声电平降至10%满刻度。设此时衰减器的读数为SO。将探头压在试块上，中间加适当的耦合剂，调节衰减器，使平底孔回波高度降至50%满刻度。设此时衰减器的读数为Si。超声探伤系统的灵敏度余量（以dB表示）S=Si–SO。
　　3.4 缺陷的控制
　　探伤中出现以下任何一种情况的位置，都要做标记，并测量缺陷大小和等级。
　　1）缺陷回波幅度大于或者等于距离波幅曲线的位置。按GB 7233-87 标准中的表3的规定计算缺陷的面积；缺陷在厚度方向的尺寸，可以选择与面积垂直的方向测量缺陷的上下边界。
　　2）底面回波波幅降低12dB或以上的位置。非由于底面不平整或者耦合不良造成的，均认为是存在缺陷。是缺陷的，如1）中一样处理，得到缺陷的定量结果。
　　3）不论缺陷回波幅度的大小，凡出现片状特征缺陷显示的位置，均认为是超标缺陷。
　　4）既没有底波又没有缺陷回波的位置。应提高探伤灵敏度来观察是否存在反射波与入射波波束倾斜的缺陷。
　　4．检测结果
　　探伤中，轮毂出现缺陷的位置多在小端端面，多是气孔，占不合格中的80%以上，这与铸造冒口在小端端面有一定的关系，图a中B位置的根部和丝孔也容易出现气孔；主传动壳出现缺陷的位置主要在D位置的M155*3丝孔处，多是点状气孔，也有窝状，占不合格中的60%以上，端面也容易出现气孔。
　　公司针对铸钢件的超声波探伤实验是从09年年初开始的，轮毂、主传动壳的粗加工件探伤之后，才进行下道机械加工工序。图1中，08年每月轮毂的不合格率都在20%以上，出现40%以上的有5个月，不合格率比较高；图2中，利用超声波探伤辅助机械加工，09年轮毂不合格率在20%以上的有三个月，都在40%以下。图3与图4中主传动壳的不合格率都比较低，说明主传动壳的铸造质量比较好。从这些数据中可以看出，用超声波探伤对轮毂、主传动壳进行检测，降低了机械加工的不合格率，提高了生产效率，但是不合格率也有高的，说明对铸钢件超声波探伤需要继续的深入研究。
　　5．结论
　　1）轮毂、主传动壳等铸钢件的探伤首先要判定其适应性，其次是要对其透声性进行检测，在灵敏度调整时，要根据透声性进行补偿。
　　2）由于结构的限制，只能从单侧测量缺陷的形状，但是由于超声波探伤机带有闸门功能，通过移动探头，可以从仪器显示出缺陷的位置，包括平行位置和深度。
　　3）探伤过程中，比较难操作的是当没有缺陷回波的时候，此时从底面回波的幅度变化情况来判定是否有缺陷。
　　参考文献：
　　【1】GB 7233-87 《铸钢件超声波探伤及质量评级方法》
　　【2】JB/T 9214-1999 《A型脉冲反射式超声波探伤系统工作性能测试方法》