Ультразвуковая дефектоскопия.

Д.С.Шрайбер.
, 1965 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Д.С.Шрайбер. Ультразвуковая дефектоскопия.

Ультразвуковой контроль металлических заготовок, полуфабрикатов и изделий
 
Практика отечественной и зарубежной ультразвуковой дефектоскопии показывает, что возможности ее весь­ма широки, однако, чтобы получить нужный эффект, следует к каждой конкретной задаче подходить с учетом всех данных о свойствах материала, технологии изготовления контролиру­емого изделия, характере и размерах возможных дефектов.
При таком подходе, даже с помощью обычных дефектоско­пов промышленных типов, часто оказывается возможным ре­шение задач, считавшихся до недавнего времени неразре­шимыми,
 
а. Контроль литья
 
Принято считать, что для контроля фасонного литья ультра­звуковые методы контроля неэффективны. Действительно, сложная форма отливок, плохое качество поверхности, крупно­зернистая структура, различие в величине зерна между сердце­винной и периферийной зонами в толстых сечениях, различие в величине зерна между толстыми и тонкими сечениями — все это сильно затрудняет контроль и практически исключает воз­можность его автоматизации. Если к тому же добавить, что трещины, выходящие на поверхность отливки, могут быть обна­ружены капиллярными и иногда — магнитными методами, то для обнаружения одних лишь внутренних дефектов использо­вание ультразвуковых методов следует признать экономически малоэффективными. Однако если для фасонных отливок из легких сплавов для этой-цели можно применять просвечивание рентгеновскими лучами, то стальные и чугунные отливки зна­чительной толщины просвечиваются уже с трудом.
Стальное литье (в том числе трубы, отлитые центро­бежным способом) можно контролировать при толщине да 50—80 мм. При этом можно использовать продольные и сдви­говые УЗК, вводимые под острым углом к поверхности изделия. В последнем случае из-за плохого качества поверхности луч­ший акустический контакт получается, если тело искательной головки вместо органического стекла выполнить из резины.
Можно также измерять и толщину стенок чугунных и сталь­ных отливок, если искательную головку снабдить пьезоэлементом высокой чувствительности с малой контактной поверхно­стью.
Все же более эффективным по сравнению с контролем фа­сонного литья является использование ультразвуковых мето­дов для контроля слитков, подлежащих обработке давлением, с целью обнаружения в них  грубых дефектов. Для таких слит­ков из различных металлов и сплавов, предназначенных для изготовления полуфабрикатов и изделий ответственного назна­чения, обычно характерны относительно крупные габариты, несложная форма (цилиндр, прямоугольный параллелепипед), весьма неровная поверхность и грубозернистая структура. По­следняя, особенно в слитках из металлов, обладающих значительной упругой анизотропией, приводит к сильному затуха­нию УЗК из-за рассеяния их зернами металла и к высокому уровню структурной реверберации.
 
Стальные слитки могут быть прозвучены на глубину около 1 м на частоте 0,25 Мгц. Однако, чтобы более точно определить координаты дефектов, лучше там, где это возможно, использо­вать частоту 0,5 Мгц. В ряде случаев условия контроля улуч­шаются после применения гомогенизирующего отжига слитков.
Слитки из легированной стали прозвучиваются значительно хуже из-за сильного затухания УЗК. Слитки из алюминиевых и титановых сплавов могут быть проконтролированы на часто­тах 0,5—1,5 Мгц на глубину свыше 1 м. Слитки из циркония и молибдена диаметром до 300 мм и высотой до 1 м хорошо прозвучиваются на частоте 1 Мгц, а небольшие слитки из гафния — на частоте до 5 Мгц. Вольфрамовые слитки отлично контроли­руются на частотах до 5 Мгц при высокой чувствительности, так как упругая анизотропия у вольфрама отсутствует и струк­турной реверберации нет. Упругая анизотропия сильно затруд­няет контроль слитков из никелевых сплавов, латуни, бронзы (здесь сказывается также и сильное затухание УЗК).
 
В большинствеслучаев поверхность слитковиз легких и специальных сплавов  подвергают обработке перед пластиче­ской деформацией. Поэтому во многих случаях можно приме­нятьконтактный эхо-метод. Более надежно, однако, использо­вать иммерсионный, а иногда — струйный контакт. Прозвучивание плоских слитков удобно вести путем сканирования строчками в направлении толщины слитка. Прозвучивание цилиндрических слитков можно осуществлять либос торцовой поверхности вдоль оси, либо, что надежнее,— со стороны боко­вой поверхности вдоль диаметра. При этом, поскольку угол расхождения УЗК большой, не требуется сканирования по винтовой линии. Достаточно провести головку 4—6 раз вдоль образующей цилиндра, поворачивая слиток после каждого про­хода на 90—60 град. Таким образом может быть достигнута достаточная производительность контроля. Грубые горячие тре­щины при таком контроле обнаруживаются вполне надежно
 Хорошо обнаруживаются также раковины и зоны рыхлоты. При обнаружении раковин в слитках из металлов, выплавляемых в нейтральной или восстановительной атмосфе­ре, следует учитывать, что внутренние поверхности таких рако­вин не окислены и при дальнейшей обработке давлением могут завариться. Такие раковины не являются браковочным призна­ком. Отбраковка же слитков, содержащих   грубые   трещины, позволяет повысить качество полуфабрикатов, получаемых в процессе дальнейшей деформации,
 
б. Контроль поковок
Контроль поковок (особенно крупногабаритных) — одно из наиболее эффективных применений ультразвуковой дефекто­скопии. Заготовки роторов турбогенераторов, имеющие диаметр около полутора метров и весящие десятки тонн, заготовки круп­ных штампов («кубики»), имеющие вес того же порядка, заготовки дисков турбин и компрессоров для газотурбинных двига­телей, поковки из легких сплавов для деталей самолетов могут быть проконтролированы ультразвуковыми методами на нали­чие флокенов, ликвационных скоплений, зон рыхлоты, остат­ков усадочных раковин, шлаковых, неметаллических и инород­ных включений, ковочных трещин, внутренних разрывов, расслоений, окисных плен, зон крупнозернистости и т. п. Струк­тура металла поковок значительно отличается   от   структуры слитка, поскольку металл претерпел некоторую деформацию. Зерна металла поковки вытянуты в направлении течения, что определяет ориентировку многих дефектов.
Не менее эффективен контроль заготовок для крупных штампов. Эти заготовки, вес которых доходит до нескольких десятков тонн, изготавливают из специальных сталей, легиро­ванных дефицитными металлами, и подвергают весьма сложной и дорогой машинной и ручной обработке для изготовления «фигуры» штампа.