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。现有的超声波检测方法不能直接给出表征缺陷性质的判定信息,可能导致白点缺陷的漏检。笔者在工作中总结出白点判定的几点经验,取得较好的实际应用效果。
白点的形成机理
钢在冶炼过程中富含氢气的铸坯在锻压、轧制加工过程中,如果后续热处理工艺(扩氢退火) 不当,或常规工艺不能将钢中的氢气扩散含量减少到临界值(2×10^- 6 /m^3 ) 以下,则过量的氢气与热压力加工时产生的热应力和组织应力共同作用可能导致白点产生。由此得出白点表现形式上的“群集性”与“批次性”特征,即往往以密集缺陷的形式存在,同炉次浇注或相同锻后热处理工艺、截面尺寸相近的制件,白点出现几率相当。这一推断成为我们判定白点的基本理论依据。
常见资料都认为合金元素铬、锰、钼、镍、钨含量较高的钢种易产生白点,但笔者以为检测者更应关注的是某些锻造厂家因为废钢供应、冶炼锻造工艺等因素而易在某些钢种中出现白点的偏向性。
白点的声学特征
2. 1 密集性缺陷回波
单个白点在锻件中出现的几率微乎其微。在一定灵敏度下检测时,缺陷信号一般以密集形出现,其密集程度与白点的严重程度正相关。
2. 2 纵波底波衰减
白点与钢基体组织间存在着“钢2气”异质界面,对声压的反射率远大于透射率,致使声波穿透工件时严重衰减。一般比较严重白点的底波衰减量在12～20dB ,严重白点的底波衰减量>20dB。实际检测时,底波衰减量变化也可通过观察底波的多次反射次数来估计。按笔者的经验,在Φ2mm 探伤灵敏度下,排除结构和基体组织衰减的影响,当底波反射次数<3～4 次并伴有密集缺陷信号时,应考虑存在白点的可能;当底波的多次反射次数< 1～2 次并伴有密集缺陷信号时,提示白点的可能性很大。图1反映了纵波底波衰减与白点相关的情形。
2. 3 横波反射特征
相对于纵波,横波检测更有利于发现相对检测面倾斜分布的缺陷,而且便于观察缺陷的延伸倾向。横波检测时白点回波特征为缺陷波密集或分散,彼此独立,转动或前后移动探头,缺陷波切换迅速,游动性明显,并且在前几个缺陷波消失的同时,在相近的深度范围又会出现特征相同的缺陷回波。
按笔者的试验, 横波检测时灵敏度以Φ3mm×40mm横孔回波+18～24 dB 为佳。其判定结果与低倍断口试验的吻合率很高。图2反映了横波检测特征与白点相关的两种情形。
白点的分布特点和对应的波形图
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。图3～5反映了不同类型白点的超声波形特征。
逻辑思路
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Φ3mm×40mm+18～24 dB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。
检测实例
5. 1 齿轮锻件
工件为齿轮锻件; 材质20CrMnMo ; 尺寸Φ1200 mm ×230 mm。探伤仪器HS510 ;探头为2.5P202D/ 2.5P13×13 K1 ;耦合剂为机油;检测时机为粗加工后,灵敏度为Φ2mmAV G(纵波检测) 和Φ3mm ×40 mm+18 dB (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50～170 mm 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60 mm ,内侧边界距Φ300 mm 中心孔内壁30 mm。缺陷当量:密集Φ2 mm～Φ3 mm 、单个最大Φ5 mm。缺陷区底波衰减>12 dB,严重部位衰减量18 dB。横波检测缺陷回波明显,表现为密集形式,缺陷波高>Φ3 mmAVG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如图6 ,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。
5. 2 钢板
工件为钢板; 材质16Mn ; 尺寸8100 mm×2140 mm ×90 mm。探伤仪器、探头和耦合剂同实例。检测时机为入库验收; 灵敏度为50mm/Φ5 VG( 纵波探伤) 和Φ3mm×+20 dB (横波探伤) 。
纵波探伤在钢板厚度方向表面下25～70 mm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Φ3mm、单个最大Φ5 mm。缺陷区底波衰减>12 dB , 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>Φ3 mmAVG 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。低倍断口检验结果见图7 ,断口白点特征明显。
结论
缺陷性质的判定比较棘手但却至关重要,尽管现有检测技术不能直接提供表征缺陷性质的信息,但相对多的检测信息的获取与分析所形成的非直接证据链使检测者能够相对准确地对缺陷性质进行判定。这一方法,在数十次的低倍断口检验中得到验证,提高了对白点缺陷性质判定的准确性。
来源：热加工技术网
作者：中冶陕压重工设备有限公司●闵利峰