风电球墨铸铁件夹渣的超声波探伤

陈士华

摘 要：夹渣作为球墨铸铁件的主要缺陷之一，它的存在减少了有效截面厚度，影响风电系统的安全使用。超声波探伤在监控铸件质量方面起着十分重要的作用，介绍了超声波探伤条件的优化选择与夹渣的判断与参数测量方法。

关键词：球墨铸铁 夹渣 超声波 探伤

中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（c）-0081-01

球墨铸铁具有机械强度高、耐磨性能好、易成型、造价低的优点，在风力发电系统齿轮箱、轮毂等部件的制造上得到广泛应用。由于风力发电系统工作条件恶劣，一旦出现故障维护成本高昂，因此对可靠性提出了高要求。常采用磁粉探伤的方法检测铸件表面和近表面质量，采用超声波和射线探伤的方法检测内部质量。由于国内没有专门的风电球铁件超声波探伤标准，EN12680-3《铸造—超声探伤—球墨铸铁件》为国内风电行业广泛采用，按照该标准的验收要求，体积类缺陷（如缩松）、表面缺陷（如夹渣）作为超声波探伤最主要的检测对象。对于体积类内部缺陷的测量操作比较容易，而对于夹渣的判断和操作相对困难一些。

1 探测条件的选择

1.1 设备

优先采用数字式超声波探伤仪，它具有很多优势：（1）体积小，重量轻，携带方便；（2）拥有很强的自动计算能力，能够根据DAC曲线或计算公式实时计算缺陷当量直径，探伤效率高；（3）屏幕色彩可以根据环境的亮度改变，清晰度高；（4）能够通过在实物零件上两个具有平行面或者同一部位的两次底面回波测定零件的超声波声速；（5）能够存储DAC曲线，也能够存储探伤图形并在电脑上导出。

1.2 探头

50 mm以下壁厚一般采用5 MHZ双晶片纵波探头，其余壁厚一般采用2～2.5 MHZ纵波单晶直探头，探头直径根据铸件表面状况以及超声波衰减情况灵活选择。由于工件形状的原因，纵波探头无法检测时才采用横波探头。

1.3 耦合剂

铸件铸造表面粗糙度较差，应选择价格低廉、耦合性能好的化学浆糊作为耦合剂，也便于超声波检测后的后处理。采用对比试块法时，灵敏度调整与工件探伤应采用同一种耦合剂。实际探伤时根据工件表面状况适当调整耦合剂的稀薄程度，保证声能耦合效果。在机加工过的表面扫查时，一定要用油作为耦合剂，以防生锈。

1.4 检测面

影响超声波传播及探头移动的物质应予以清除。应选择在平整且操作方便的壁厚方向一侧表面检测，发现缺陷后，为了测量缺陷自身厚度占整个壁厚的百分比，还应该在壁厚方向的另外的一个面进行测量。

1.5 探伤灵敏度调整

无论采用对比试块法还是采用底面回波法，最大探测距离处的平底孔回波均应能达到仪器满幅的40%，探伤扫查时，应将噪声调至仪器满幅的5%～10%，以防漏检。

探伤灵敏度应由该部位最终成品时的壁厚值决定。双晶探头应采用对比试块法调整，对比试块的材质、热处理状态应与工件一致。探伤时应进行耦合补偿。

横波探头在球墨铸铁件中的折射角应在45～70 °之间，检测声程100 mm内的区域。横波探伤应采用对比试块，制作DAC曲线，且进行耦合补偿后进行。

单直纵波探头，根据探头的三倍近场长度，以及工件壁厚情况选择对比试块法或者是底面回波法（理论计算法）。对于有专用曲线的探头配合数字式超声波探伤仪直接采用底面回波调节探伤灵敏度。

1.6 探伤扫查

探伤前应按照EN12680-3标准表3的要求确认超声波可探性，最大探测距离处规定平底孔反射波应该比同声程噪声波高6 dB，符合这样的条件才可进行超声波探伤。

扫查速度不超过150 mms，应有规律地扫查到所有被检区域，扫查应有重叠，重叠率应大于探头直径或边长的15%。

1.7 缺陷定量

缺陷定量时，在哪一表面探测到缺陷，应该在该面进行缺陷定量，不应该在相互平行的另一侧进行。

球墨铸铁铸件中缺陷分为两大类，一类缺陷（如缩孔）有明显的缺陷反射波，当缺陷波幅度≥DAC曲线相应声程处规定反射体的反射波幅度后，采用端点6 dB法测量缺陷范围；另一类缺陷没有明显的缺陷反射，DAC曲线不适用，只能根据缺陷部位底面回波损失情况，以底面回波比相邻同壁厚完好部位降低12或20 dB为条件，画出缺陷范围。

2 夹渣的判断与参数测量

探伤灵敏度下，球墨铸铁铸件中能够造成底面回波损失而缺陷回波不高的缺陷当属夹渣与缩松。对这类缺陷，按照EN12680-3标准的规定，只有当缺陷严重到一定程度，底面回波的衰减量达到标准规定时（底面回波比相邻同壁厚完好部位降低12或20 dB及以上），才把它作为缺陷记录下来。

夹渣与缩松的区别。夹渣一般分布在铸件的上表面、泥芯的下表面和铸件转角处，而缩松往往产生在铸件最后凝固处。夹渣一般属于表面缺陷，缩松属于内部缺陷。当底面回波下降符合缺陷定义后，提高灵敏度，把噪声控制在仪器满幅高度的5%～10%，能够从壁厚相对两平面分别测出缺陷回波的，符合缩松类缺陷的特征，按照体积类缺陷处理，而只能从壁厚一个方向测出缺陷回波的，符合夹渣的特征，按照夹渣处理。

夹渣参数测量。首先是壁厚方向尺寸d的测量（测量示意图如图1），把噪声提高到仪器满幅高度的5%～10%后，从壁厚的相对两个方向探测，浮渣一侧一般看不清缺陷回波，另一面探测时，可以清楚地看到比噪声高6 dB以上的缺陷回波，声程最短回波的距离就是夹渣对侧外表面到夹渣的距离S1，夹渣自身在壁厚方向尺寸d=t-S1，按照EN12680—3标准中的表2（缺陷的最大允许尺寸—夹渣）判断此缺陷壁厚百分比是否合格。其次按照底面回波比相邻同壁厚处完好底面回波高度降低12 dB或者20 dB作为条件，测量缺陷的边界，计算出缺陷面积，按照EN12680—3标准表1（允许的最大缺陷显示尺寸—体积反射类），判断边缘最大不连续面积以及不连续总面积占检测表面的百分比是否合格。

3 结语

探伤操作前，超声波探伤人员应熟悉探伤标准内容，根据工件壁厚尺寸，按照EN12680-3标准的规定制备探伤试块，有条件时可以切割一块有自然缺陷的试样，练习缺陷识别和参数测量技巧，对提高探伤水平、保证探伤质量会有很大帮助。在优化铸造工艺设计、加强生产过程控制的同时，超声波探伤与理化检测、其它无损检测方法一起，可以有效保障风电球墨铸铁件的质量，提高风力发电系统的运转可靠性，为社会提供清洁能源做出贡献。

参考文献

[1] EN12680—3铸造—超声探伤—球墨铸铁件[S].endprint

摘 要：夹渣作为球墨铸铁件的主要缺陷之一，它的存在减少了有效截面厚度，影响风电系统的安全使用。超声波探伤在监控铸件质量方面起着十分重要的作用，介绍了超声波探伤条件的优化选择与夹渣的判断与参数测量方法。

关键词：球墨铸铁 夹渣 超声波 探伤

中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（c）-0081-01

球墨铸铁具有机械强度高、耐磨性能好、易成型、造价低的优点，在风力发电系统齿轮箱、轮毂等部件的制造上得到广泛应用。由于风力发电系统工作条件恶劣，一旦出现故障维护成本高昂，因此对可靠性提出了高要求。常采用磁粉探伤的方法检测铸件表面和近表面质量，采用超声波和射线探伤的方法检测内部质量。由于国内没有专门的风电球铁件超声波探伤标准，EN12680-3《铸造—超声探伤—球墨铸铁件》为国内风电行业广泛采用，按照该标准的验收要求，体积类缺陷（如缩松）、表面缺陷（如夹渣）作为超声波探伤最主要的检测对象。对于体积类内部缺陷的测量操作比较容易，而对于夹渣的判断和操作相对困难一些。

1 探测条件的选择

1.1 设备

优先采用数字式超声波探伤仪，它具有很多优势：（1）体积小，重量轻，携带方便；（2）拥有很强的自动计算能力，能够根据DAC曲线或计算公式实时计算缺陷当量直径，探伤效率高；（3）屏幕色彩可以根据环境的亮度改变，清晰度高；（4）能够通过在实物零件上两个具有平行面或者同一部位的两次底面回波测定零件的超声波声速；（5）能够存储DAC曲线，也能够存储探伤图形并在电脑上导出。

1.2 探头

50 mm以下壁厚一般采用5 MHZ双晶片纵波探头，其余壁厚一般采用2～2.5 MHZ纵波单晶直探头，探头直径根据铸件表面状况以及超声波衰减情况灵活选择。由于工件形状的原因，纵波探头无法检测时才采用横波探头。

1.3 耦合剂

铸件铸造表面粗糙度较差，应选择价格低廉、耦合性能好的化学浆糊作为耦合剂，也便于超声波检测后的后处理。采用对比试块法时，灵敏度调整与工件探伤应采用同一种耦合剂。实际探伤时根据工件表面状况适当调整耦合剂的稀薄程度，保证声能耦合效果。在机加工过的表面扫查时，一定要用油作为耦合剂，以防生锈。

1.4 检测面

影响超声波传播及探头移动的物质应予以清除。应选择在平整且操作方便的壁厚方向一侧表面检测，发现缺陷后，为了测量缺陷自身厚度占整个壁厚的百分比，还应该在壁厚方向的另外的一个面进行测量。

1.5 探伤灵敏度调整

无论采用对比试块法还是采用底面回波法，最大探测距离处的平底孔回波均应能达到仪器满幅的40%，探伤扫查时，应将噪声调至仪器满幅的5%～10%，以防漏检。

探伤灵敏度应由该部位最终成品时的壁厚值决定。双晶探头应采用对比试块法调整，对比试块的材质、热处理状态应与工件一致。探伤时应进行耦合补偿。

横波探头在球墨铸铁件中的折射角应在45～70 °之间，检测声程100 mm内的区域。横波探伤应采用对比试块，制作DAC曲线，且进行耦合补偿后进行。

单直纵波探头，根据探头的三倍近场长度，以及工件壁厚情况选择对比试块法或者是底面回波法（理论计算法）。对于有专用曲线的探头配合数字式超声波探伤仪直接采用底面回波调节探伤灵敏度。

1.6 探伤扫查

探伤前应按照EN12680-3标准表3的要求确认超声波可探性，最大探测距离处规定平底孔反射波应该比同声程噪声波高6 dB，符合这样的条件才可进行超声波探伤。

扫查速度不超过150 mms，应有规律地扫查到所有被检区域，扫查应有重叠，重叠率应大于探头直径或边长的15%。

1.7 缺陷定量

缺陷定量时，在哪一表面探测到缺陷，应该在该面进行缺陷定量，不应该在相互平行的另一侧进行。

球墨铸铁铸件中缺陷分为两大类，一类缺陷（如缩孔）有明显的缺陷反射波，当缺陷波幅度≥DAC曲线相应声程处规定反射体的反射波幅度后，采用端点6 dB法测量缺陷范围；另一类缺陷没有明显的缺陷反射，DAC曲线不适用，只能根据缺陷部位底面回波损失情况，以底面回波比相邻同壁厚完好部位降低12或20 dB为条件，画出缺陷范围。

2 夹渣的判断与参数测量

探伤灵敏度下，球墨铸铁铸件中能够造成底面回波损失而缺陷回波不高的缺陷当属夹渣与缩松。对这类缺陷，按照EN12680-3标准的规定，只有当缺陷严重到一定程度，底面回波的衰减量达到标准规定时（底面回波比相邻同壁厚完好部位降低12或20 dB及以上），才把它作为缺陷记录下来。

夹渣与缩松的区别。夹渣一般分布在铸件的上表面、泥芯的下表面和铸件转角处，而缩松往往产生在铸件最后凝固处。夹渣一般属于表面缺陷，缩松属于内部缺陷。当底面回波下降符合缺陷定义后，提高灵敏度，把噪声控制在仪器满幅高度的5%～10%，能够从壁厚相对两平面分别测出缺陷回波的，符合缩松类缺陷的特征，按照体积类缺陷处理，而只能从壁厚一个方向测出缺陷回波的，符合夹渣的特征，按照夹渣处理。

夹渣参数测量。首先是壁厚方向尺寸d的测量（测量示意图如图1），把噪声提高到仪器满幅高度的5%～10%后，从壁厚的相对两个方向探测，浮渣一侧一般看不清缺陷回波，另一面探测时，可以清楚地看到比噪声高6 dB以上的缺陷回波，声程最短回波的距离就是夹渣对侧外表面到夹渣的距离S1，夹渣自身在壁厚方向尺寸d=t-S1，按照EN12680—3标准中的表2（缺陷的最大允许尺寸—夹渣）判断此缺陷壁厚百分比是否合格。其次按照底面回波比相邻同壁厚处完好底面回波高度降低12 dB或者20 dB作为条件，测量缺陷的边界，计算出缺陷面积，按照EN12680—3标准表1（允许的最大缺陷显示尺寸—体积反射类），判断边缘最大不连续面积以及不连续总面积占检测表面的百分比是否合格。

3 结语

探伤操作前，超声波探伤人员应熟悉探伤标准内容，根据工件壁厚尺寸，按照EN12680-3标准的规定制备探伤试块，有条件时可以切割一块有自然缺陷的试样，练习缺陷识别和参数测量技巧，对提高探伤水平、保证探伤质量会有很大帮助。在优化铸造工艺设计、加强生产过程控制的同时，超声波探伤与理化检测、其它无损检测方法一起，可以有效保障风电球墨铸铁件的质量，提高风力发电系统的运转可靠性，为社会提供清洁能源做出贡献。

参考文献

[1] EN12680—3铸造—超声探伤—球墨铸铁件[S].endprint

摘 要：夹渣作为球墨铸铁件的主要缺陷之一，它的存在减少了有效截面厚度，影响风电系统的安全使用。超声波探伤在监控铸件质量方面起着十分重要的作用，介绍了超声波探伤条件的优化选择与夹渣的判断与参数测量方法。

关键词：球墨铸铁 夹渣 超声波 探伤

中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（c）-0081-01

球墨铸铁具有机械强度高、耐磨性能好、易成型、造价低的优点，在风力发电系统齿轮箱、轮毂等部件的制造上得到广泛应用。由于风力发电系统工作条件恶劣，一旦出现故障维护成本高昂，因此对可靠性提出了高要求。常采用磁粉探伤的方法检测铸件表面和近表面质量，采用超声波和射线探伤的方法检测内部质量。由于国内没有专门的风电球铁件超声波探伤标准，EN12680-3《铸造—超声探伤—球墨铸铁件》为国内风电行业广泛采用，按照该标准的验收要求，体积类缺陷（如缩松）、表面缺陷（如夹渣）作为超声波探伤最主要的检测对象。对于体积类内部缺陷的测量操作比较容易，而对于夹渣的判断和操作相对困难一些。

1 探测条件的选择

1.1 设备

优先采用数字式超声波探伤仪，它具有很多优势：（1）体积小，重量轻，携带方便；（2）拥有很强的自动计算能力，能够根据DAC曲线或计算公式实时计算缺陷当量直径，探伤效率高；（3）屏幕色彩可以根据环境的亮度改变，清晰度高；（4）能够通过在实物零件上两个具有平行面或者同一部位的两次底面回波测定零件的超声波声速；（5）能够存储DAC曲线，也能够存储探伤图形并在电脑上导出。

1.2 探头

50 mm以下壁厚一般采用5 MHZ双晶片纵波探头，其余壁厚一般采用2～2.5 MHZ纵波单晶直探头，探头直径根据铸件表面状况以及超声波衰减情况灵活选择。由于工件形状的原因，纵波探头无法检测时才采用横波探头。

1.3 耦合剂

铸件铸造表面粗糙度较差，应选择价格低廉、耦合性能好的化学浆糊作为耦合剂，也便于超声波检测后的后处理。采用对比试块法时，灵敏度调整与工件探伤应采用同一种耦合剂。实际探伤时根据工件表面状况适当调整耦合剂的稀薄程度，保证声能耦合效果。在机加工过的表面扫查时，一定要用油作为耦合剂，以防生锈。

1.4 检测面

影响超声波传播及探头移动的物质应予以清除。应选择在平整且操作方便的壁厚方向一侧表面检测，发现缺陷后，为了测量缺陷自身厚度占整个壁厚的百分比，还应该在壁厚方向的另外的一个面进行测量。

1.5 探伤灵敏度调整

无论采用对比试块法还是采用底面回波法，最大探测距离处的平底孔回波均应能达到仪器满幅的40%，探伤扫查时，应将噪声调至仪器满幅的5%～10%，以防漏检。

探伤灵敏度应由该部位最终成品时的壁厚值决定。双晶探头应采用对比试块法调整，对比试块的材质、热处理状态应与工件一致。探伤时应进行耦合补偿。

横波探头在球墨铸铁件中的折射角应在45～70 °之间，检测声程100 mm内的区域。横波探伤应采用对比试块，制作DAC曲线，且进行耦合补偿后进行。

单直纵波探头，根据探头的三倍近场长度，以及工件壁厚情况选择对比试块法或者是底面回波法（理论计算法）。对于有专用曲线的探头配合数字式超声波探伤仪直接采用底面回波调节探伤灵敏度。

1.6 探伤扫查

探伤前应按照EN12680-3标准表3的要求确认超声波可探性，最大探测距离处规定平底孔反射波应该比同声程噪声波高6 dB，符合这样的条件才可进行超声波探伤。

扫查速度不超过150 mms，应有规律地扫查到所有被检区域，扫查应有重叠，重叠率应大于探头直径或边长的15%。

1.7 缺陷定量

缺陷定量时，在哪一表面探测到缺陷，应该在该面进行缺陷定量，不应该在相互平行的另一侧进行。

球墨铸铁铸件中缺陷分为两大类，一类缺陷（如缩孔）有明显的缺陷反射波，当缺陷波幅度≥DAC曲线相应声程处规定反射体的反射波幅度后，采用端点6 dB法测量缺陷范围；另一类缺陷没有明显的缺陷反射，DAC曲线不适用，只能根据缺陷部位底面回波损失情况，以底面回波比相邻同壁厚完好部位降低12或20 dB为条件，画出缺陷范围。

2 夹渣的判断与参数测量

探伤灵敏度下，球墨铸铁铸件中能够造成底面回波损失而缺陷回波不高的缺陷当属夹渣与缩松。对这类缺陷，按照EN12680-3标准的规定，只有当缺陷严重到一定程度，底面回波的衰减量达到标准规定时（底面回波比相邻同壁厚完好部位降低12或20 dB及以上），才把它作为缺陷记录下来。

夹渣与缩松的区别。夹渣一般分布在铸件的上表面、泥芯的下表面和铸件转角处，而缩松往往产生在铸件最后凝固处。夹渣一般属于表面缺陷，缩松属于内部缺陷。当底面回波下降符合缺陷定义后，提高灵敏度，把噪声控制在仪器满幅高度的5%～10%，能够从壁厚相对两平面分别测出缺陷回波的，符合缩松类缺陷的特征，按照体积类缺陷处理，而只能从壁厚一个方向测出缺陷回波的，符合夹渣的特征，按照夹渣处理。

夹渣参数测量。首先是壁厚方向尺寸d的测量（测量示意图如图1），把噪声提高到仪器满幅高度的5%～10%后，从壁厚的相对两个方向探测，浮渣一侧一般看不清缺陷回波，另一面探测时，可以清楚地看到比噪声高6 dB以上的缺陷回波，声程最短回波的距离就是夹渣对侧外表面到夹渣的距离S1，夹渣自身在壁厚方向尺寸d=t-S1，按照EN12680—3标准中的表2（缺陷的最大允许尺寸—夹渣）判断此缺陷壁厚百分比是否合格。其次按照底面回波比相邻同壁厚处完好底面回波高度降低12 dB或者20 dB作为条件，测量缺陷的边界，计算出缺陷面积，按照EN12680—3标准表1（允许的最大缺陷显示尺寸—体积反射类），判断边缘最大不连续面积以及不连续总面积占检测表面的百分比是否合格。

3 结语

探伤操作前，超声波探伤人员应熟悉探伤标准内容，根据工件壁厚尺寸，按照EN12680-3标准的规定制备探伤试块，有条件时可以切割一块有自然缺陷的试样，练习缺陷识别和参数测量技巧，对提高探伤水平、保证探伤质量会有很大帮助。在优化铸造工艺设计、加强生产过程控制的同时，超声波探伤与理化检测、其它无损检测方法一起，可以有效保障风电球墨铸铁件的质量，提高风力发电系统的运转可靠性，为社会提供清洁能源做出贡献。

参考文献

[1] EN12680—3铸造—超声探伤—球墨铸铁件[S].endprint