徐海洋超声波检测技术学习笔记(四十三)锻件探伤常见缺陷与轴类锻件超声检测方法

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锻件探伤常见缺陷与轴类锻件超声检测方法

• 轴类锻件超声检测需采用组合探头方案，A探头（径向）用于检折叠、分层、空心，B探头（轴向）用于检缩孔、疏松、夹渣、白点，单一探头无法满足要求。

💡 核心结论：

• 在役轴类锻件检测的重点是变径R处的疲劳裂纹，需采用特殊角度探头并克服设备拆卸的工程难题。

• 现行特种设备行业仅使用零度纵波直探头的检测方法存在严重缺陷，检测效果等同于未检，必须进行系统性改进。

锻件常见缺陷

轴类锻件检测特点与方案

检测复杂性

• 轴类锻件囊括  所有锻件制造工艺

• 可能包含前述  所有九种缺陷

• 单一纵波直探头 无法有效检出全部缺陷

• 特种设备行业现有检测方法存在  严重不足

检测方法选择

• A探头（径向探伤） ：检折叠、分层、空心缺陷效果佳

• B探头（轴向探伤/透声性实验） ：检缩孔、疏松、夹渣、白点效果更优

• 轴类锻件检测需  组合使用A、B两种纵波探头

• 轴头与轴身直径相差大时需选用  不同规格探头

裂纹检测

• 铸造、锻造、热处理裂纹多集中于  表面或近表面

• 纵向裂纹采用  横波外圆周向K1探头 检测

• 横向裂纹检测也需使用  K1探头

• 在役轴变径R处  疲劳裂纹 是检测重点

检测注意事项

探头与耦合

• 轴径较小时需选用  晶片直径小 的探头

• 轴径小于 45毫米 时需采用纵波双晶直探头

• 探头外形尺寸应  尽量小 以满足耦合要求

• 需根据轴径变化  参照标准选择探头规格

扫查与校准

• 径向探伤需  旋转360度 覆盖整个表面

• 轴向探伤需在  轴的两端分别进行 扫查

• 横向裂纹检测需做  正反两个方向 扫查

• 需  自制试块校准 横波外圆扫查等方法

在役轴检测难点

• 变径R处疲劳裂纹是检测重点但  难以接近

• 车轮、轴承等设备  拆卸工程量大

• 需在轴端利用  小角度纵波斜探头 补充检测

• 仅用零度纵波直探头探伤等同于  未探

检测流程与仪器

围绕锻件探伤，特别是轴类锻件探伤展开，详细介绍了锻件常见缺陷的类型、特征、产生原因，以及轴类锻件超声检测方法的选择和注意事项，内容如下：​

锻件常见缺陷​

缺陷来源​

铸造过程：铸造成型过程中产生的缺陷，如缩孔残余、疏松等。缩孔残余呈现不规则褶皱状缝隙，位于锻件横截面中心，在轴类锻件轴向有较大延伸，因定模设计和浇筑控制不当产生。疏松是铸锭凝固收缩形成的不规则孔隙，多在大型铸件中心，与定型、铸造比和送进量有关。​

锻造及热处理过程：锻造和热处理过程产生的缺陷，如夹渣、折叠、分层、白点、裂纹等。夹渣分内在金属夹渣、外来非金属夹渣和金属夹渣，呈点状、片状等，严重时影响锻件性能。折叠外观似裂纹，出现在内圆角和尖角处，易形成疲劳源。分层是不同深度的片状缺陷，降低锻件塑性和韧性。白点是细发丝状锐角裂纹，危害大，多在高碳钢等中出现。裂纹包括制造过程产生的表面横向、纵向和埋层裂纹，以及使用过程产生的疲劳裂纹。

空心缺陷：铸造过程中因钢水量偏少或铸模冷却过快，在轴心部位出现空心，沿轴长度方向分布，严重影响轴类锻件力学性能。​

轴类锻件特点及探伤现状​

特点：轴类锻件基本囊括所有锻件工艺制造过程，可能存在锻件制造过程中产生的所有类型缺陷，其使用要求轴类锻件既有强度又有韧性，一般为中碳钢和高碳钢。​

探伤现状：特种设备行业很多超声波探伤人员仅用一只纵波直探头进行轴类锻件探伤，无法体现轴类锻件超声检测的复杂性和典型性，易导致漏检，如一些轴类锻件探伤后仍出现断裂问题。​

轴类锻件探伤方法选择及注意事项​

纵波零度直探头检测​

适用缺陷：对折叠、分层和空心缺陷检测有效。检测折叠和分层缺陷时，根据缺陷面积与声场截面大小关系，通过仪器屏幕上的波形特征判断缺陷存在。​

检测效果：对缩孔、疏松、夹杂、白点等密集缺陷检测效果不明显，因轴类锻件拔长工艺使这些缺陷沿长度方向散开，超声场覆盖数量有限，底波降低量小，可能导致评级误判。​

轴端探头检测（透声性实验）​

适用缺陷：对缩孔、疏松、夹杂、白点等密集缺陷检测效果好，其超声场能覆盖较多此类缺陷，底波降低明显。​

注意事项：轴类锻件探伤通常采用两种纵波探头，一种检测折叠、分层与空心缺陷，另一种检测密集缺陷。轴径大时，探头旋转 360 度检测，需注意近场和远场检测分辨率问题；轴直径较小时，考虑探头耦合，选用晶片直径小的探头；轴头与轴身直径相差大时，采用两种规格纵波探头分别检测。​

横波外圆周向检测​

适用缺陷：用于检测铸造、锻造及热处理工序产生的表面和近表面裂纹，包括纵向和横向裂纹。​

探头选择：选择折射角 45 度（K1）的探头，轴头与轴身直径相差大且不满足曲率半径要求时，选用两种外圆周向曲率探头。检测时需正反方向扫查，考虑裂纹方向性。​

检测重点：检测纵向裂纹时，重点关注近表面位置；检测横向裂纹时，注意轴头与轴身直径差异对检测的影响，必要时在轴端用小角度纵波探头补充检测。​

疲劳裂纹检测​

检测重点：在役轴类锻件疲劳裂纹多产生在变径 R 部位，检测时不能用零度纵波直探头，可在轴端用小角度探头检测轴头侧疲劳裂纹，轴身侧用 K1 探头检测。​

实际困难：在役轴探伤因车轮、轴承和测温设备等难以拆除，检测工程量大。​

检测系统建立及探头选择​

检测仪器要求：仪器技术性能应具备中国单晶直探头曲线法或回归法，根据轴类锻件尺寸选择合适方法。轴较小时，可能采用众多双钉磁弹轴曲线法。检测横波外圆周向缺陷需制作校准试块。​

探头选择要求：轴直径越小，探头外形几何尺寸尽量小，满足 3 倍近场不超过轴半径。轴直径小于 45 毫米时，采用纵波双晶直探头。A 探头径向检测用对比试块上不同规格平底孔制作距离 - 波幅曲线；B 探头检测声程大时，常以底波高度法作为检测依据。