超声法检测轴类锻件中的白点缺陷

李国雷

摘 要：在主要无损检测技术中，超声波探伤检测因设备携带方便，测量精度高，可以对内部缺陷进行准确定位及定性而得到了广泛应用。在合金钢锻件超声波检测中，根据波形对缺陷定性，最容易混淆的两类缺陷波形就是白点缺陷波形和密集形夹杂物缺陷波形。为了能通过缺陷反射波形对白点缺陷准确定性.本人通过理论分析、实验及实际检测。提出了以下根据波形判定白点缺陷的方法。

关键词：超声法检测 轴类锻件 白点缺陷

1、前言

白点常以微小裂纹群的形式出现，因其低倍断口呈银白色圆形或椭圆形斑点而得名。白点可能导致制件在后续热处理或使用过程中突然断裂，酿成安全事故。因此，锻钢件不允许有白点缺陷存在，不考虑其当量值的大小。准确判别超声检测缺陷并详细描述其产生的过程及原因，是无损检测人员的职责。准确的检测报告对改进工艺、控制操作过程和提高产品质量起到关键性的作用。

2、“白点”的产生

因白点割裂了基体的连续性，在后续的热处理过程中容易导致开裂或者在放置一段时间后引起置裂，所以白点在钢中是不允许出现的缺陷。由于白点裂纹通常呈锯齿状，这些尖角必然会引起能量的损失，在探伤过程中会对底波产生一定影响。多数观点认为“白点”是氢含量过高引起的，钢件中的氢通常分为扩散氢和非扩散氢，而能够引起白点的氢一般为可以扩散的氢，该部分氢含量达到一定程度后会使钢材的断裂强度显著降低，导致氢脆断裂的发生。Cr5钢的升温脱氢（TDS）实验证明，可扩散氢的临界温度为350～400℃，即超过这个温度范围后，释放出的氢在室温时呈稳定存在状态，对Cr5钢的氢脆性能不会产生影响。

白点波形波形比较尖锐，数量较多并且相互独立，对底波和反射波次数有明显影响。白点的实质是显微裂纹，宽度较小，因此在探伤时需要提高其检测灵敏度，白点严重时，底波消失。随着大型轴类锻件的技术要求提高及冶炼方法的不断改善，轧辊类锻件的常规冶炼方法为VD+VT，而对于转子类锻件来说，一般采用LVCD+VCD，这种双真空工艺可大大降低锻件中的氢含量，因此一般观点认为如今大型轴类锻件的断裂与氢无关。但实践证明，尽管在冶炼后测定的化学成分中，氢含量较均匀地分布在钢锭的内部，且每个检测位置氢含量都在标准要求以下，但在后序的锻造以及热处理过程中，钢锭内部会有很大的残余应力存在，而在残余应力的驱动下，可扩散氢会向氢陷阱（裂纹、夹杂、晶界等）处扩散，在这些缺陷处形成氢的聚集，使得局部氢含量升高，这就是在检测氢含量不超标的情况下，在热处理过程中或者放置一段时间后大型鍛件仍会发生断裂的原因。

3、超声检测逻辑思路

典型白点以密集形式在锻件中立体分布，无论锻件结构尺寸如何，缺陷区的边界距工件表面的距离都基本相同。随着冶炼、锻造工艺的改进及过程检测、控制手段的提高，典型白点一般较少出现，实际检测中多见的是非典型的、在局部范围出现的白点，多见于工件截面尺寸差别较大时的大截面部位以及大、中型锻件的偏析严重区。锻钢件中的白点有无位向分布、平行分布和放射状分布三种分布取向。无位向分布最常见，平行分布多见于饼形锻件及板材类，筒形及轴类锻件偶见放射状分布。白点的判定应根据缺陷不同的分布取向选定适宜的检测方位及检测手段。无位向分布的白点在不同的检测方位上表现出相同的特征，平行分布的白点方向性显著，放射状分布的白点只有在横波检测时才会表现出可供判定的特征。

检测白点缺陷的基本思路为密集缺陷+缺陷区底波衰减+横波敏感 白点。应注意的是此处 密集缺陷 是指缺陷在某一立体空间的弥散分布，缺陷的密集程度越高、分布范围越广、提示白点的可能性越大；对于局部缺陷，分布于大截面部位、偏析区、近冒口侧时应警惕白点的可能；对于分布趋向的分析主要是确定后续检测方案，其中对于放射状分布的缺陷应引起充分重视。缺陷区底波衰减量的测定应事先判定缺陷的分布趋向，并选取与缺陷较大截面垂直或接近垂直角度的检测点测量。测量时应注意测试点与参照点的可比性，分析底波衰减与缺陷影响的相关性。

缺陷区底波衰减量的测定不适用于放射状分布白点的分析与判定。所谓横波敏感首先指在某一灵敏度下缺陷回波明显（以分散或密集形式出现），其次是探头移动或转动时，缺陷回波的动态特征明显。横波检测的重点在于探头入射角与检测灵敏度的确定。根据笔者检测经验，入射角选择45°效果较好，灵敏度的确定应根据制件的表面状态、缺陷埋深和检测者对缺陷回波观察等，一般在 3mm 40mm+18～24dB基础上作相应调整。在以上基础上再结合材质分析，将某一锻造厂家在某些材料、某些特定尺寸、结构的制件中出现白点缺陷的统计分析，同炉次或同批次制件的检测对比，以及加工后缺陷露出表面部位的MT/PT检测结果进行综合分析，可以使判定结果更加准确。

4、检测实例

4.1 齿轮锻件

工件为齿轮锻件；材质20CrMnMo；尺寸 1200mm 230mm。探伤仪器HS510；探头为2.5P20-D/2.5P13 13K1；耦合剂为机油；检测时机为粗加工后，灵敏度为 2mmAVG（纵波检测）和3mm 40mm+18dB（横波检测）。

齿轮端面检测时纵波探伤在齿轮厚度方向表面下50～170mm区间见密集性缺陷回波，缺陷在齿轮径向呈环状分布，外侧边界距齿轮外圆面60mm，内侧边界距300mm中心孔内壁30mm。缺陷当量：密集2mm～3mm、单个最大5mm。缺陷区底波衰减>12dB，严重部位衰减量18dB。横波检测缺陷回波明显，表现为密集形式，缺陷波高>3mmAVG曲线，移动或转动探头时缺陷波切换迅速、游动性明显。结合纵横波检测情况，即缺陷在分布区间弥散且均匀分布，缺陷区底波衰减明显，横波检测对缺陷敏感，判定该齿轮内部缺陷为白点。报废后在齿轮本体上取样经调质处理进行低倍断口检验结果，断口白点特征明显，支持超声波检测结论。将这一方法用于中厚钢板超声检测中缺陷性质的判定，同样取得了较好的效果。

4.2 钢板

工件为钢板；材质16Mn；尺寸8100mm 2140mm 90mm。探伤仪器、探头和耦合剂同实例1。检测时机为入库验收；灵敏度为50mm/5mmAVG（纵波探伤）和3mm 40mm+ 20dB（横波探伤）。纵波探伤在钢板厚度方向表面下25～70mm区间见密集性缺陷回波，缺陷区距钢板四周边界150～200mm。缺陷当量：密集3mm、单个最大5mm。缺陷区底波衰减>12dB，严重部位衰减18dB。横波检测缺陷回波明显，表现为密集形式，缺陷波高>3mm AVG曲线，移动或转动探头时缺陷波切换迅速、游动性明显。结合纵横波检测情况综合分析，判定该钢板内部缺陷为白点。低倍断口检验结果显示断口白点特征明显。

5、结语

准确识别和判定超声检测缺陷需要以广博的理论知识和丰富的实践经验做基础。熟悉冶炼、浇注、热加工过程及钢锭内部原始缺陷的种类分布，了解锻造及热处理过程中的异常现象，有助于准确判别缺陷，并且能为企业采取正确的处理方法提供有效的帮助。

参考文献

[1]姚运萍，孙岳中一，陈继开.高性能便携式超声探伤仪[J].仪表技术与传感器，2008，（5）：28～29.

[2]牛俊民，蔡晖.钢中缺陷的超声波定性探伤[M].北京：冶金工业出版社，2012：179～180.