导读

超声波检测是用于检验钢制锻件内部缺陷的无损检验方法，如果想要更加准确判定其缺陷类型，就要更多地学习和掌握有关钢制锻件的生产制造过程以及过程中易产生的缺陷类型、形成原因等相关知识。

关于钢制锻件的内部缺陷，按其制造阶段可分为：

一是在冶炼、铸造过程由铸锭中的缺陷形成的夹杂物、缩孔、疏松等；

二是在锻造和热处理过程中形成的裂纹、白点和晶粒粗大等。

下面本文将通过超声波检测的缺陷回波反射特征对上述缺陷一一作解。

1.夹杂物

1.1夹杂物形成原因 

夹杂物通常分为内在夹杂物，外来夹杂物和金属夹杂物三大类。

内在夹杂物则是在液态金属发生化学反应时所生成的一种非金属间化合物，而外来夹杂物一般是指由耐火材料或精炼渣带入所形成的一种非金属间化合物。

1.2夹杂物种类

1.2.1   内在夹杂物(熔炼产物)，例如脱氧剂与合金元素与气体发生反应所产生，他们尺寸较小，但多呈密集状态，超声波检出时，方向沿锻造方向延伸；

1.2.2   外来非金属夹杂物，往往尺寸很大，较容易检出；超声波检测时能发现的大都是这类夹杂物缺陷，一般冒口多于水口端，而且周围会有许多小块的夹杂物，锻造后会呈现裂纹状。

1.2.3  金属夹杂物是冶炼时加入的合金较多、尺寸较大，但又未被全部熔化导致形成的，常混杂于钢锭下部。

1.3缺陷反射波特征 

小而密集的夹杂物被超声波探测时，反射波幅大都为一簇，缺陷反射信号大小不一，呈密集状。外来夹杂物体积较大，因此这种缺陷很容易被超声波探伤所发现。

密集状夹杂物缺陷反射波特征见图1：

2.缩孔

2.1形成原因

铸锭冷却收缩时，铸锭内的液态金属转变为固态金属时产生的体积收缩和铸锭内部已凝固部分金属因冷却产生的体积收缩，不能被钢液及时补充所引起的。

因此，铸态缩孔表面具有卵形树枝晶形貌特征。缩孔缺陷产生的位置受钢锭锥度、浇铸速度、浇铸温度等影响。分散的缩孔未被锻合即为疏松；集中的缩孔即为中心缩孔，属于不合格缺陷。

2.2缺陷波反射特征   

锻件在进行超声波检测时，缩孔多见于横截面中心，并且在轴类锻件端部。因其在铸锭中产生，又在锻造时切头量不足而留存下来，缺陷反射波明显，波根宽大，波形成束状，在周边常伴有小缺陷波存在，底波衰减量明显，常使底面回波消失。见图2：

3.疏松

组织不致密，分散在整个截面上的暗点和空隙。暗点多呈圆形或椭圆形，空隙在放大镜下观察多为不规则的空洞或圆

形针孔。大都出现在铸锭缩孔的下部，铸锭头部和中部最后凝固区，原因同缩孔一样，因无钢水补充。含碳量和合金

元素的种类都会影响液态金属的导热性与流动性，含碳量高和材料合金元素多的钢中，大都会产生中心疏松，而且铸

锭体积越大越严重。

3.1形成原因  

钢液在凝固时，各结晶核心以树枝晶形式长大。所谓疏松，其本质就是固态金属的多孔性或不致密性，与形成缩孔原

因的差别就是冷凝速度，冷凝速度越快，造成其金属的体积收缩，形成弥散性的疏松1。部分铸锭，可通过后续锻造

处理得以改善。

3.2缺陷波反射特征

超声波检测时，对声波有明显的吸收和散射作用，能使底波反射显著降低，甚至底波消失，有时也没有缺陷反射信号，

也没有底波反射信号，有时伴随出现小的丛生密集缺陷反射信号波形。

采用低灵敏度探伤，缺陷波很低或无缺陷波。提高灵敏度后能呈现出缺陷波。

中心疏松缺陷多出现始波与底波的之间的心部，但对底波反射影响不大。疏松缺陷反射波见图3。

4.裂纹

4.1裂纹的形成大致可分为以下几类：

4.1.1 因缩孔残余，在后续锻造过程中形成的；

4.1.2 当铸锭中含有夹杂物时，在后续锻造过程中形成的；

4.1.3 因锻造工艺不当(如变形量过大)形成的；

4.1.4 热处理过程(加热温度过高或者速度过快、冷却速度过快)形成的。

4.2 缺陷反射波反射特征

4.2.1 在进行超声波检测时，方形钢制锻件中心裂纹的反射信号较为强烈，但分别其它各面扫查时，缺陷波高变化又很大，而且有时会消失。说明缺陷存在延伸方向，而且其本身也具有方向性。

4.2.2 超声波检测轴类锻件横向裂纹，当检测声束平行于裂纹方向时，既没有底波、又没有缺陷反射波。如果提高灵敏度，缺陷反射波会出现波，但波幅较低；移动探头，则底波出现。直探头扫查或者斜探头轴向扫查，都能发现缺陷反射。

直探头检测时缺陷反射波特征见图4，斜探头检测时缺陷反射波特征见图5。

5.白点

5.1 形成原因

关于白点目前都假定氢和组织应力，在冶炼和浇锻过程中进入金属中的氢元素是以原子状态存在的，在以后的加入过程中，如果缓慢冷却，原子氢有从金属内部向外扩散的趋向和也可能扩散到外部。如果冷却过快，原子氢在金属中聚集，并逐渐结合氢分子，氢分子很难从金属中向外扩散，在聚集的地方造成巨大的局部氢压力，超过金属强度产生白点。

5.2 特征 

横截面上的分布特征：圆形和椭圆形，表面光滑呈银白色的斑点，尺寸大小不等，有点状和几毫米到十几毫米的。多产生在锻件大截面中心部分，而靠近外表区域与端头区域一般无白点。这与夹杂、疏松等缺陷分布规律有所不同。

5.3 缺陷反射波反射特征 

白点缺陷大都集中分布，对超声波的漫反射衰减影响较大，降低底波反射高度和底波反射次数。缺陷反射波较多，但分辨率高、波形尖锐，探头移动时缺陷波此起彼伏，波形变化较快。灵敏度降低时缺陷反射波下降较快，底波降低或消失；提高灵敏度，底波无明显增加。圆周方向探伤各处反射波形均相类似。白点缺陷反射波特征见图6。

6.晶粒粗大

6.1 晶粒粗大的形成：

6.1.1大型铸锻件加热温度过高，或者冷却时速度较慢都会形成粗晶锻件；

6.1.2大锻件锻造时，锻造比不足，不均匀，也会造成晶粒粗大；

6.1.3奥氏体钢晶粒粗大，均分布不均，冷后铁素体也粗大且分布不均。

6.2 缺陷波反射特性

钢制锻件晶粒粗大时，对超声波发射声束的吸收和散射影响较大，衰减严重，导致底波反射次数和幅度减小，不利于发现缺陷。此时适合低频探头进行超声波检测。晶粒粗大波形反射特征见图7。

7.总结

钢制锻件的缺陷类型种类繁多，无损检测人员应在更多的了解钢制锻件的制造过程与其缺陷形成原因的基础上，然后通过发现缺陷波的种种反射特征来推断与判定缺陷性质，从而可以更加准确的评价锻件的内在质量，这也正是超声波检测意义与价值的更好体现。