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1、钢锻件超声检测缺陷性质和波形分析本文以钢锻件中白点、缩孔及缩孔残余、夹渣、粗晶、疏松及裂纹类缺陷 超声检测射频信号为对象，对锻件各类缺陷波形特征进行了分析。分析结果表明， 钢锻件中各种缺陷的超声波波形都有其自身特征，可用于钢锻件超声检测时对缺 陷性质的初步分析判定。标签： 钢锻件；超声检测；白点；缩孔及缩孔残余；夹渣；裂纹；粗晶； 疏松钢锻件超声波检测过程中，缺陷定性是非常重要的。由于难以判明缺陷性质， 往往会使一些对使用条件是非危险性的、或者在后续加工过程中可以被改善甚至 消除的缺陷的产品被拒收，造成不必要的浪费，同时也可能忽视了一些危险性缺 陷（如裂纹类缺陷）的产品，对产品的安全使用造成潜
2、在威胁。在钢锻件超声波 检测中，本人通过理论分析、实验及实际检测，提出了以下波形信号分析判定方 法和各类缺陷波形特征的分析方法，供实际检测参考应用。1 缺陷波形特征分析采用 A 扫描显示型超声脉冲反射式超声仪检测，根据示波屏上回波波形， 起波速度，回波前沿的陡峭程度及回波后沿下降的速度（下降斜率），波尖形状， 回波占宽以及移动探头时缺陷回波的变化情况（波幅、位置、数量、形状、回波 包络形状等），还可以根据观察底波的次数，底波高度损失情况，再根据缺陷在 被检件中的位置，分布情况，缺陷的当量大小，延伸情况，对缺陷波形特征进行 分析。1.1 裂纹波形分析由于裂纹类缺陷有气体存在，与基体材料声阻抗差异
3、较大，超声反射率高， 缺陷有一定延伸长度，起波速度快，回波陡峭，波峰尖锐，當探头声束沿裂纹延 伸方向扫查移动时，起波迅速，消失也迅速。轴类工件中的横向内裂纹采用直探 头检测，当声束平行于裂纹时，既无底波又无缺陷波，提高灵敏度后出现一系列 小缺陷波；当探头从裂纹处移开，则底波多次反射恢复正常。斜探头轴向移动检 测和或直探头检测，都出现典型的裂纹波形，即波形反射强烈，波底较宽，波峰 分支，成束状。斜探头移向裂纹时缺陷波向始波移动，反之，向远离始波方向移 动。轴类锻件中的纵向裂纹，直探头圆周检测，声束平行于裂纹时，既无底波也 无缺陷波，当探头转动 90 度时，反射波最强，出现陡峭回波，波峰尖锐波形，
4、 有时会出现裂纹的二次反射，一般无底波。1.2 缺陷分布位置法分布位置法是根据缺陷的分布状态和几何位置判断其性质。白点多出现在锻 件大截面段的偏析带上，群集分布；缩孔残余呈连续或断续条状，多出现在工件心部。1.3 缺陷特性法缺陷特性是指缺陷的形状、大小和密集程度。把缺陷分为单个点状、多个密 集形和平面形缺陷，以便确定其危害程度。对于点状缺陷，在不同的方向探测， 缺陷回波无明显变化。对于密集形缺陷，缺陷波密集相互彼连，在不同的方向上 探测，缺陷回波情况类似。对于平面形缺陷，在不同的方向上探测，其缺陷回波 高度显著不同。1.4 缺陷回波占宽法根据回波的宽度或其根部特征来对缺陷性质及种类进行判断。气
5、孔、点渣、 白点和脆性断口的冷裂纹根部较干净，钢锻件上的缩孔、裂纹则为多峰，根部带 有低波，回波占宽较大。1.5 缺陷动态波形法判断动态波形的特征是缺陷定性中很重要的方法。在轴类锻件中区分残余缩 孔或轴心裂纹时，裂纹在同一截面 360回波差别很大，而残余缩孔回波变化不 大。1.6 改变发射超声波脉冲的频率、改变声束直径试验法用不同探头（采取聚焦或采用不同直径的探头等）来观察缺陷的回波变化特 征，从而识别是材料中的冶金缺陷还是组织反射。尽可能找出缺陷的最强反射面， 便于判断；在精密扫查时，可用聚焦探头和双晶探头。用一发一收斜探头可判断 材料内部面状或体状缺陷。2 缺陷波形特征分析采用 A 扫描显
6、示型超声脉冲反射式超声仪检测，根据示波屏上回波波形， 起波速度，回波前沿的陡峭程度及回波后沿下降的速度（下降斜率），波尖形状， 回波占宽以及移动探头时缺陷回波的变化情况（波幅、位置、数量、形状、回波 包络形状等），还可以根据观察底波的次数，底波高度损失情况，再根据缺陷在 被检件中的位置，分布情况，缺陷的当量大小，延伸情况，对缺陷波形特征进行 分析。2.1 裂纹波形分析由于裂纹类缺陷有气体存在，与基体材料声阻抗差异较大，超声反射率高， 缺陷有一定延伸长度，起波速度快，回波陡峭，波峰尖锐，当探头声束沿裂纹延 伸方向扫查移动时，起波迅速，消失也迅速。2.2 白点波形分析白点内含物气体，声阻抗很小，反
7、射回波高。波形一般为密集状，白点斑点 内往往有锯齿状小裂纹，缺陷波为林状波 2，各个波峰清晰，尖锐有力，缺陷 波出现位置与缺陷分布相对应，探头移动时缺陷波切换，变化迅速而敏感 3， 降低灵敏度时，缺陷波下降较底波慢，有明显迟缓特性；严重的白点对底波反射 次数影响较大，底波前两次波甚至消失，提高灵敏度时，底波次数无明显增加。2.3 缩孔和缩孔残余波形分析缩孔常出现在锻件冒口端或热节处，缩孔内含残余气体，声阻抗很小，缺陷 波反射强烈，回波高，回波占宽较大，缺陷波附近常伴有小缺陷波，对底波影响 严重，常使底波消失；单个缩孔表面较平滑，界面反射率高，波形陡直尖锐，有 点状缺陷的特征。2.4 夹渣物波形
8、分析夹渣物带有一定棱角，点渣回波有方向性，与气孔不同，条渣呈条状连续或 断续分布，反射波较杂乱，多呈锯齿状，反射率较低，位置无规律，夹渣对探头 移动不太敏感，移动探头时回波此起彼落，但波形变化相对较迟缓，起波速度较 慢且后沿斜率不太大，回波占宽较大，根部不清晰。最高波旁边有许多小缺陷波； 高密度夹杂物多为单个反射信号，回波占宽不太大，但较裂纹类要大些，回波前 沿较陡峭，后沿斜率较大，当改变探测频率和声束直径时，其反射当量大小变化 不大。2.5 疏松波形分析疏松对声波有显著吸收和散射作用，疏松多以杂波、林状波形式或底波高度 损失增大、底波反射次数减少等形式出现。锻件中的严重疏松，在低灵敏度时缺
9、陷波很低或无缺陷波，提高灵敏度后才呈现微弱而杂乱的典型疏松波形，中心疏 松多出现在心部，一般疏松出现始波与底波之间。2.6 晶粒粗大波形分析晶粒粗大的波形是典型的草状缺陷波丛集，缺陷波模糊不清晰，波与波之间 难于分辨，移动探头时缺陷波跳动迅速，在较低的检测灵敏度下，底波次数一般 只有1 次，无明显缺陷波，提高灵敏度后底波次数无明显增多，在一次底波前出 现草状波，改换低频率探头检测，底波次数增多，一般出现较低的草状波或不再 出现草状波。3 结束语对钢锻件中缺陷分布位置、缺陷特性、缺陷回波占宽，动态波形、底波影响 以及各类缺陷波形进行了初步分析，供检测人员在钢锻件超声检测缺陷定性时参 考。实际检测中，波形的正确识别和缺陷的定性主要还依赖于检测人员的经验、 技术水平和对特定产品、材料及制造工艺的充分了解。参考文献：1 姚培元等.无损检测技术（南昌航空工业学院教材）Z.南昌：1983.2 吴德新.无损检测设备及工艺（空军第一航空学院教材）Z.信阳：1995.3 戚鹰.超声波检测轴类锻件中的白点缺陷.无损探伤.2007年第1期4 李家伟、陈家懋.无损检测手册.机械工业出版社.2002年1月
钢锻件超声检测缺陷性质和波形分析
