超聲波探傷用于鍛件白點缺陷的定性研究

（洛陽理工學院數(shù)理部，洛陽471023）

超聲波探傷用于鍛件白點缺陷的定性研究

王德全，臧春和
（洛陽理工學院數(shù)理部，洛陽471023）

白點是鋼鍛件在鍛后冷卻過程中產(chǎn)生的一種內(nèi)部缺陷，是鍛件的致命缺陷。在鋼鍛件超聲波探傷中，對當量并不超標的白點缺陷進行定性就尤其重要。通過對白點的產(chǎn)生、分布、形狀、大小、數(shù)量、波形特征的分析，以達到對白點進行定性的目的。

鍛件 缺陷 白點 超聲波

1 前言

在大型澆注鋼錠生產(chǎn)的鍛件，以及馬氏體、珠光體鋼鍛件中，合金含量大于3.5%的鎳鉻鋼或鎳鉻鉬鋼較容易出現(xiàn)。在目前的超聲波探傷技術(shù)中對該類缺陷的定性還十分困難。

2 白點的產(chǎn)生及性質(zhì)

研究白點形成的理論很多，比較一致的看法為：白點是鋼中的氫與內(nèi)應力(主要指組織應力)共同作用下產(chǎn)生的結(jié)果[1]。氣體在冶煉和澆注過程中，通過不同途徑溶入鋼液中，在鑄錠凝固過程中，氫在鋼液中溶解度隨溫度的下降而降低，由于部分過飽和而析出的氫不能及時逸出鋼錠外，仍以原子狀態(tài)過飽和地固溶在鋼錠中，擴散在鋼錠的微隙(疏松)中，結(jié)合成分子。當鍛壓時，微隙將被鍛合或壓縮，其中一部分氫重新固溶于鋼中，另一部分未固溶的分子氫，由于體積被壓縮而對周圍金屬施加較大的壓力，產(chǎn)生局部的內(nèi)應力[2]。這些鍛件或鍛坯在冷卻過程中由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和珠光體時，氫的溶解度急劇下降，使鋼中氫的過飽和度不斷增加。當冷卻過程緩慢時，氫有足夠的時間逐漸向外擴散，組織應力也小。當冷卻過程較快時，氫來不及充分擴散，大部分仍繼續(xù)以過飽和狀態(tài)溶于鋼中，這些氫只能向附近的微隙中擠，并在微隙中結(jié)合成分子。這些氫分子在較低溫度下很難重新分布進入固溶體中，只能被封閉在微隙。大量的氫分子對微隙產(chǎn)生巨大的壓力，這種壓力和相變及其他原因形成的應力(包括組織應力、熱應力和變形壓力等)相疊加，若超過了金屬的強度極限，即產(chǎn)生以微隙為核心的穿晶脆性裂紋[3]。

3 白點的分布及形貌

3.1 白點在橫向低倍試片上的宏觀形貌

白點在橫向低倍試片上為鋸齒狀裂紋或稱發(fā)絲狀裂紋。白點一般群集分布，分布范圍較大，一般出現(xiàn)在鍛件的中心部位。白點多呈同心圓狀分布，也有呈放射狀分布或無序向分布，如圖1所示。

3.2 白點在縱向宏觀斷口上的形貌特征

白點在縱向宏觀斷口上有幾種不同形貌特征，白點的形狀多為圓形，橢圓形、長條形或不規(guī)則形，如圖2所示。其顏色一般為銀白色的，隨著化學成分及加工工藝不同也可能是灰色的。由于鋼種及形成條件不同，白點的大小差別很大，從零點幾毫米到幾十毫米。

圖1 呈同心圓分布的白點

圖2 宏觀斷口上的圓形白點

3.3 白點的斷裂方式

通過斷口的顯微觀察，白點的斷裂方式主要為沿晶斷裂或穿晶斷裂，參見圖3。

圖3 沿晶斷裂或穿晶斷裂斷口顯微觀察圖

4 白點的超聲波檢測

4.1 白點波形特征

在超聲波探傷中白點的回波具有兩個明顯的特征：其一缺陷波形尖銳清晰，各缺陷波彼此獨立存在，波峰陡峭，波根狹窄；其二對探頭移動十分敏感，當探頭稍微移動時缺陷波此起彼伏，交替變化，如圖4所示。

圖4 超聲波探傷中白點的回波

缺陷的動態(tài)波形主要取決于缺陷性質(zhì)，探頭移動過程中，因缺陷性質(zhì)不同，其反射波變化亦不相同。對于白點在探頭移動過程中，其缺陷波的高度變化較緩慢[4]。

4.2 白點對底波影響

大部分缺陷對底波都有影響，影響的大小因缺陷的性質(zhì)、大小、位置及方向不同而異，密集分布的白點和夾雜物對底波都有影響，但程度不同。白點的反射率高，夾雜物的透射率高，因此白點對底波的衰減比夾雜物大，在同樣的靈敏度下，白點的多次底波下降很快，呈現(xiàn)次數(shù)少：夾雜物多次底波下降慢，呈現(xiàn)的次數(shù)較多。

因為白點屬于裂紋性缺陷，因此會降低檢測的靈敏度，缺陷波下降較慢而底波下降較快。

5 總結(jié)

要準確判斷白點缺陷，就需要了解白點的性質(zhì)、分布、形狀、大小、數(shù)量等方面情況以及檢驗對象的化學成分、制造工藝等。結(jié)合超聲波檢測中缺陷波的特點，通過以上綜合分析進行判斷，來確定檢測到的缺陷是否為白點，以免讓危險性的白點缺陷錯檢或漏檢。

1胡天明．超聲探傷[M]．武漢：武漢測繪科技大學出版社，1994．

2李衍．鋼焊縫相控陣超聲波探傷新技術(shù)[J]．無損探傷，2002（3）：1-5．

3肖雄．相控陣全自動超聲波檢測技術(shù)在西氣東輸工程中的應用[J]．無損探傷，2004，28（5）.

4全國鍋爐壓力容器無損檢測人員資格考核委員會．超聲波探傷[M]．北京：中國鍋爐壓力容器安全雜志社，1995.

Ultrasonic Testing Used for Qualitative Research of Forging White Point

Wang Dequan,Zang Chunhe
（Luoyang Institute of Technology Department of Mathematics and Physics,Luoyang 471023,China）

White point is an internal flaw produced in the cooling process of forging.Therefore, qualitative study of the impact of the white point that does not exceed quantity limitation in ultrasonic testing is particularly important.Qualitative study of white point is achieved through the analysis of its generation, distribution,shape,size,quantity,waveform characteristics.

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10.3969/j.issn.1671-0614.2011.01.0011

來稿日期：2010-03-01

王德全（1962－），男，高級工程師，主要研究方向為金屬材料及工藝。