鍛件是制造各種機械設備、壓力容器及受壓元件毛坯的原材料，在電力、機械、核工業(yè)、交通、石油天然氣、化工等領域的應用非常廣泛。在鍛造過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一些宏觀缺陷，這些宏觀缺陷在產(chǎn)品使用中可能會導致產(chǎn)品失效，影響設備的使用，甚至會引發(fā)重大事故，造成不可挽回的損失。因此，必須在鍛件制造過程中發(fā)現(xiàn)缺陷，及時處理，以排除安全隱患，保證產(chǎn)品質(zhì)量符合使用要求。[1~2]無損檢測技術是控制產(chǎn)品質(zhì)量必不可少的技術之一。借助科學設備和技術手段，可以在不破壞產(chǎn)品本體的基礎上，對鍛件表面及內(nèi)部性能和結構進行檢測，以判斷其內(nèi)部組織的連續(xù)性、完整性和安全性。如今，無損檢測技術已廣泛應用于經(jīng)濟建設的各個領域。[1~2]超聲檢測是五大常規(guī)無損檢測技術中應用最廣泛，檢測工件內(nèi)部宏觀缺陷最有效的無損檢測方法。超聲檢測也是產(chǎn)品制造中實現(xiàn)質(zhì)量控制，節(jié)約原材料的重要手段之一[1~2]。因此，對鍛件，尤其是大型件和重要件進行超聲檢測是鍛件質(zhì)量的必要保證手段。幾乎所有法規(guī)產(chǎn)品鍛件都要進行超聲檢測。寶雞凱澤金屬，作為鈦法蘭、鈦方塊、鈦餅等鈦鍛件生產(chǎn)廠家，對鍛件的生產(chǎn)工藝，有深入的理解，結合相關資料，對鍛件超聲檢測時機、探頭角度、鍛件超聲回波信號的研判，鍛件超聲DGS曲線法的使用等問題進行討論，以利于檢測人員能夠及時發(fā)現(xiàn)鍛件缺陷，確保產(chǎn)品質(zhì)量。
1、 檢測時機
鍛件超聲波檢測可分為原材料檢測、制造過程中的檢測、產(chǎn)品檢測，以及在役檢測。原材料檢測和制造過程中檢測的目的是要盡早發(fā)現(xiàn)鍛件內(nèi)部缺陷，以便能夠及時采取措施，避免缺陷擴大導致鍛件報廢；產(chǎn)品檢測的目的就是要保證產(chǎn)品的最終質(zhì)量。在役檢測的目的是要監(jiān)督投入使用后產(chǎn)品內(nèi)部可能產(chǎn)生的缺陷，主要是疲勞裂紋。
一般來說，鍛件中的缺陷主要有兩個來源：一是鑄錠中的缺陷引起的；另一種是在鍛造、熱處理及機械加工等制造過程中產(chǎn)生的。鍛件的超聲波檢測一般應安排在交貨狀態(tài)進行，或在鍛件的最終熱處理之后，槽、孔、臺階等的加工之前進行。為防止不合格產(chǎn)品進入下一道工序，節(jié)約制造成本，提高生產(chǎn)效率，尤其是避免熱處理后的鍛件形狀不適合超聲檢測的問題，則一般應在熱處理或粗加工之前進行超聲波檢測，但熱處理后還要對鍛件的可檢測區(qū)域作100%檢測。
我公司生產(chǎn)的大型轉子超聲波檢測時間：淤粗加工后的超聲波檢測是為了在轉子有較大余量時盡早發(fā)現(xiàn)缺陷，以便通過軸向借位、徑向借心等手段將部分缺陷去除掉。此時工件還有較多處的黑皮。
于調(diào)質(zhì)前超聲波檢測時轉子已經(jīng)加工成最簡單的幾何形狀，離成品尺寸還有較大余量，但外表面已經(jīng)沒有黑皮，精加工后各臺階的圓角R處現(xiàn)在還是直臺，超聲探頭的始脈沖在工件外表面形成的盲區(qū)會在精加工階段被加工掉。調(diào)質(zhì)前的材料晶粒比較粗大，導致超聲波的衰減較大（但一般小于4 dB/m）；此時超聲波的檢測可覆蓋精加工后的全部工件。
盂調(diào)制后超聲波檢測是在去掉調(diào)質(zhì)黑皮后進行的超聲波檢測。此時除材料晶粒較細，草狀波和衰減小于調(diào)質(zhì)前外，其它狀態(tài)與調(diào)質(zhì)前相同。
榆精加工后超聲波檢測時轉子已經(jīng)加工成交貨狀態(tài)。部分區(qū)域受幾何形狀限制已經(jīng)無法進行超聲波檢測。對于電機轉子主要是各臺階的圓角R 處；對于氣輪機轉子，除了圓角R 處之外，還有軸身上的開槽處。
2、 探頭角度
鍛件檢測一般采用單晶直探頭。對于尺寸較小的鍛件，由于單晶直探頭存在盲區(qū)和受近場區(qū)影響，改用雙晶直探頭檢測。部分鍛件超聲檢測標準甚至規(guī)定用先單晶直探頭進行全體積檢測，再在近表面補充雙晶直探頭檢測。
有時為了檢測與檢測面成一定傾角的缺陷，也可以采用一定探頭角度的橫波斜探頭進行檢測，例如筒形和環(huán)形鍛件。橫波斜探頭的折射角按相關標準的規(guī)定選擇。
針對特殊結構的鍛件，應根據(jù)結構和易產(chǎn)生缺陷的位置，按照相關標準選擇角度合適的探頭。如檢測大型轉子時通常采用單晶直探頭，并用7毅和14毅的小角度斜探頭做輔助檢測，以便保證產(chǎn)品質(zhì)量。
3、缺陷反射波性質(zhì)判別
在鍛件超聲波檢測中，不同缺陷的反射回波是不同的，實際檢測過程中，可根據(jù)顯示屏上的缺陷反射回波來分析缺陷的性質(zhì)和類型。
（1）單個缺陷反射回波
鍛件超聲波檢測中，顯示屏上單獨出現(xiàn)的缺陷反射回波稱為單個缺陷反射回波，一般單個缺陷回波是指與鄰近缺陷間距大于50mm，回波高不小于準2mm的缺陷，如鍛件中單個夾層、裂紋等缺陷。檢測到單個缺陷時，要測定缺陷的位置和大小。當缺陷較小時，用當量法；當缺陷較大時，用6dB法。
（2）分散缺陷反射回波
鍛件檢測中缺陷較多且較分散,缺陷彼此間距較大時，這種缺陷的反射波稱為分散缺陷反射回波。一般在邊長為50mm的立方體內(nèi)少于5個，或在更大的范圍內(nèi)存在幾個反射波，如分散性的夾層缺陷。分散缺陷一般不太大，常用當量法定量（見表1）。
（3）密集缺陷反射波
鍛件檢測中顯示屏上同時顯示的缺陷反射回波很多，且波與波之間的間距很小，有時波的下沿連成一片，這種缺陷的反射回波稱為密集缺陷反射回波。
密集缺陷可能是疏松、非金屬夾雜物、白點或成群的裂紋等（見表2）。
（4） 游動反射回波
在圓柱形軸類鍛件超聲檢測過程中，當探頭沿著軸的外圓周向移動時，顯示屏上的缺陷波會隨著該缺陷檢測聲程的變化而游動，這種游動的動態(tài)波形稱為游動反射回波。
游動反射回波的產(chǎn)生是由于不同聲束射至缺陷形成反射引起的。當聲束軸線射至缺陷時，缺陷的聲程小，反射回波高。當沿圓周方向移動探頭，使擴散聲束射至缺陷時，缺陷聲程變大，反射回波降低，致使同一缺陷反射回波的位置和高度隨探頭的移動發(fā)生游動（見圖1）。
選擇不同超聲檢測靈敏度時，同一缺陷反射回波的游動情況也不同。一般可根據(jù)基準靈敏度和反射回波的游動距離來鑒別游動的反射回波。通常缺陷反射回波的游動范圍達到25mm時才被認為是游動反射回波。根據(jù)缺陷游動反射回波包絡線的形狀，可粗略地判別缺陷的形狀。
（5）底面反射回波判定
鍛件超聲檢測時，可根據(jù)底面回波變化來判別鍛件中的缺陷情況。
當無缺陷反射回波，而只有底波的多次反射（較薄工件） 或1耀2次底面回波反射，且反射回波較高時，說明工件中無缺陷。
當無缺陷反射回波，而底面回波很低甚至消失時，說明鍛件中存在傾斜的大面積缺陷或在檢測面的附近有大缺陷。
鍛件檢測時，在局部區(qū)域底面回波很低甚至消失，此時若降低探頭頻率重新檢測該區(qū)域，則底波又出現(xiàn)，說明該區(qū)域為晶粒粗大造成聲波衰減較大而引起的底波消失。
4、鍛件DGS法
DGS曲線是描述規(guī)則反射體的距離（D）、回波高度（G）及當量尺寸（S）之間關系的曲線，德文縮寫為AVG。DGS曲線可用于對缺陷定量和靈敏度的設置。利用DGS曲線可減少超聲對比試塊的使用，提高鍛件超聲檢測的效率。根據(jù)適用性可以將DGS曲線具體分為通用DGS曲線和實用DGS曲線。其中，通用DGS曲線采用歸一化距離和歸一化缺陷當量大小，所以通用性良好，適用于不同晶片尺寸的探頭。但在實際鍛件超聲檢測時，一般使用探頭或超聲探傷儀廠商提供的適用于特定探頭型號的實用DGS曲線。在使用實用DGS曲線時應注意其對應的探頭晶片尺寸和探頭頻率。根據(jù)探頭不同，DGS曲線又可分為直探頭DGS曲線和斜探頭DGS曲線。
在實際超聲檢測中應按照相關技術條件和標準規(guī)定使用DGS曲線，其中存在部分鍛件超聲標準不允許使用DGS曲線法進行檢測的情況。如法國核電規(guī)范標準協(xié)會編制的《法國壓水堆核島機械設備設計和制造規(guī)則》RCCM（2002版及2002補遺）中就規(guī)定鍛件直探頭和斜探頭檢測時均采用對比試塊法，不管是針對低合金鋼還是奧氏體不銹鋼鍛件，均不允許使用DGS 曲線法。但同時需要注意的是，RCCM（2007版）及其FM1061修訂與RCCM（2002版及2002補遺）相比出現(xiàn)了很大的變化，引進了鍛件DGS曲線法檢測。針對低合金鋼鍛件，直探頭檢測時可采用對比試塊法或DGS曲線法，斜探頭檢測時可采用DGS曲線法；針對奧氏體鋼鍛件，直探頭檢測時可采用對比試塊法或DGS曲線法，斜探頭檢測與直探頭類似，可采用對比試塊法或DGS曲線法。因此，在使用DGS曲線法調(diào)整靈敏度和對缺陷定量時應注意相關標準或技術條件的規(guī)定。
5、結語
終上所述，在進行鍛件超聲檢測時，應充分考慮被檢鍛件的尺寸和特性，充分理解檢測規(guī)范和檢測技術要求，充分了解所要檢測的缺陷類型，結合具體的制造和檢測能力，充分利用好超聲檢查手段，保證鍛件的質(zhì)量。
參考文獻
[1] 鄭暉，林樹青.超聲檢測[M] .北京：中國勞動社會保障出版社，2008
[2] 鄭中興.材料無損檢測與安全評估[M] .北京：中國標準出版社，2003
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