鑄造工業(yè)中的超聲測厚檢測技術(shù)方法（含設(shè)備應(yīng)用）
應(yīng)用
這則應(yīng)用注釋為讀者概括介紹超聲無損檢測技術(shù)在鑄造工業(yè)中的各種應(yīng)用，如：厚度測量、缺陷探測，以及球化率的檢測等
應(yīng)用背景
將金屬鑄造成各種特定形狀樣件的藝術(shù)已經(jīng)存在了幾千年，但是為了確保產(chǎn)品的整體性而借助現(xiàn)代超聲無損檢測工具對產(chǎn)品進行檢測，只是近幾十年的事情。
在過去，鑄造工人可能會使用一把錘子敲打鑄件，通過評估鑄件發(fā)出的聲音而判斷鑄件的質(zhì)量。
如今，基于微處理器的儀器使用超聲波檢測技術(shù)，可以準確地提供有關(guān)鐵性和非鐵性鑄件內(nèi)部隱藏結(jié)構(gòu)的更多信息。
超聲測厚儀可用于測量中空鑄件的壁厚。
超聲探傷儀可用于辨別鑄件中的不連續(xù)性，如：隱藏的多孔性、夾雜物、空隙及裂紋。
使用測厚儀或探傷儀基于聲速完成的超聲檢測還可以測出鑄鐵材料中的石墨球化率。
超聲測厚技術(shù)通常用于測量具有復(fù)雜形狀的中空鑄件，如：汽車發(fā)動機缸體。在汽車發(fā)動機缸體的鑄造過程中，由于其內(nèi)核會產(chǎn)生位移，因此可能會造成缸體的一側(cè)太薄，而另一側(cè)太厚的問題。
超聲測厚儀在無需切割工件的情況下，可以從工件的一側(cè)測量工件的壁厚。
在鑄造過程中，金屬鑄件內(nèi)部會產(chǎn)生空隙、多孔性、夾雜物和裂紋等缺陷。
受過專門訓(xùn)練的操作人員使用一臺超聲探傷儀和一些適當(dāng)?shù)奶筋^，就可以使這些缺陷生成超聲指示信號，并對信號進行辨別，找到缺陷。
石墨夾雜物的大小與分布情況（球化率）會極大地影響鑄鐵的機械強度。
在汽車工業(yè)以及那些對鑄鐵部件的安全操作性能要求很高的其它領(lǐng)域中，球化率的檢測特別重要。
超聲技術(shù)在確定球化率程度方面為用戶提供了一種不同于顯微鏡橫截面觀察和拉伸強度測試的無損檢測方式，因為球化率與聲速相關(guān)。
(領(lǐng)翼NDT商城-測厚儀)
超聲厚度測量
可以使用Olympus 38DL PLUS測厚儀或帶有單晶軟件的45MG測厚儀完成壁厚檢測。
如果被測金屬材料的厚度超出了約12.7毫米，則應(yīng)該使用高穿透軟件。
對探頭的選擇取決于待測樣件所處的厚度范圍以及特定鑄造金屬的聲學(xué)特性。
探頭是M106、M1036（以上兩個型號探頭的頻率都是2.25 MHz）、M109和M110（以上兩個型號探頭的頻率都是5 MHz）。
在測量超過約50毫米的較厚鑄件時，通常建議用戶使用大直徑、低頻率的探頭，如：500 KHz的M101型號探頭。
檢測程序
詳細的測厚儀設(shè)置和校準程序在每款儀器的操作手冊中有述。
此外，耦合劑的選擇、表面條件、鑄件的幾何形狀、測厚儀的校準，以及散射噪波也會影響對鑄件準確的測量。
耦合劑
沙模鑄件常見的粗糙表面會削弱探頭的耦合效果，因此一定要使用高粘度的耦合劑，如：凝膠（D型耦合劑）或甘油（B型耦合劑）。
幾何形狀
鑄件的內(nèi)表面和外表面需要基本上處于平行或同軸狀態(tài)，才可以進行超聲厚度測量。
如果鑄件的內(nèi)外表面處于極不平行或極不同軸的狀態(tài)，則聲波會偏離探頭反射。
如果探頭接收不到反射信號，我們在屏幕上就看不到回波。
測厚儀的校準
任何超聲厚度測量，都只有在材料聲速與測厚儀校準的聲速一致的情況下，才可以做到準確無誤。
聲速會在鐵性鑄件和非鐵性鑄件中發(fā)生變化，因為鑄件的硬度和晶粒結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，而且在鑄鐵材料中，石墨球化率也會發(fā)生變化。
在體積較大的鑄件中，其不同部位會以不同的速度冷卻，因此在這種單一鑄件的內(nèi)部，聲速也會由于不一致的晶粒結(jié)構(gòu)而發(fā)生變化。
要獲得非常準確的測量結(jié)果，測厚儀的聲速校準一定要使用一種厚度已知，且冶金特性與被測樣件相似的參考標(biāo)準試塊完成。
散射噪波
某些鑄造金屬的粗晶結(jié)構(gòu)會在材料的內(nèi)部、底面回波的前面產(chǎn)生一些散射噪波。
散射噪波會使測厚儀軟件顯示錯誤的讀數(shù)，特別是在測厚儀使用默認的設(shè)置，而不是自行定制的設(shè)置時。
通過觀察波形可以很容易判斷這種出現(xiàn)錯誤的情況。
內(nèi)部散射噪波的消除，通?？梢酝ㄟ^換用較低頻率的探頭，或簡單地調(diào)整儀器的增益和/或空白完成（參見圖1和圖2中38DL PLUS儀器屏幕上的波形）。
超聲缺陷探測
任何奧林巴斯的EPOCH系列探傷儀（EPOCH 650、EPOCH 6LT和EPOCH 1000）都可以用于鑄件檢測。
雙晶探頭，如：頻率在1 MHz到5 MHz之間的DHC系列，常用于檢測鑄件。
這種探頭既可以減少來自陷入粗糙鑄件表面的耦合劑的反射，又可以優(yōu)化來自形狀不規(guī)則的不連續(xù)性缺陷的反射。
在某些情況下，可以使用角度聲束探頭探測裂紋缺陷。進行自動掃查的檢測系統(tǒng)，需要使用相同頻率范圍的水浸探頭完成檢測。
檢測程序
鐵性和非鐵性鑄件的晶粒特性向超聲缺陷探測提出了挑戰(zhàn)，因為在晶粒的邊界處會生成反射信號，而且隨著晶粒大小的增加，晶粒散射噪波的數(shù)量也會增加。
此外，超聲缺陷探測也存在著厚度測量應(yīng)用所遇到的同樣問題：沙模鑄件常見的粗糙表面會削弱聲耦合效果，并減少回波波幅。
在任何特定的檢測中，這些因素都會影響小可探測缺陷的尺寸。
因此，精心選擇探頭，并認真設(shè)置儀器，至關(guān)重要。這里推薦使用的檢測程序可以優(yōu)化探頭的選擇和儀器的設(shè)置。
優(yōu)化過程需要借助參考標(biāo)準試塊完成，這個標(biāo)準試塊要體現(xiàn)被測樣件的特點，帶有已知缺陷，且這些缺陷已經(jīng)通過有損檢測方法、射線成像法或其它非超聲技術(shù)得到辨別。
然后可以將來自這些已知缺陷的指示信號存儲起來，并在實際的檢測過程中，將這些存儲的缺陷指示信號與來自被測樣件的缺陷指示信號進行比較。
EPOCH 650、EPOCH 6LT和EPOCH 1000探傷儀中的帶通濾波功能在減少晶粒散射噪波方面非常有用。
圖3和圖4表明使用一款EPOCH 650探傷儀和一個DHC709-RM雙晶探頭（5MHz，直徑為12.7毫米），在40毫米厚的鑄鐵樣件中探測到多孔性缺陷的典型檢測應(yīng)用。
圖3中屏幕的右側(cè)顯示來自鑄件的底面回波，以及沿著基線出現(xiàn)的典型的低水平表面噪波和晶粒噪波。
顯示了一個來自空隙缺陷的指示信號，我們可以在背景噪波中很容易辨別出這個信號。
任何超聲厚度測量，都只有在材料聲速與測厚儀雖然的鑄件缺陷探測應(yīng)用涉及到對鑄件中的空隙、多孔性及夾雜物的探測，某些用戶還可能需要探測裂紋和斷裂等缺陷。
裂紋檢測程序一定要根據(jù)鑄件特定的幾何形狀和可疑裂紋的位置、大小和方向而開發(fā)。
而且，裂紋檢測需要使用包含已知或人工制成缺陷的適當(dāng)?shù)膮⒖紭?biāo)準試塊。
當(dāng)裂紋面與探頭的耦合表面平行時，要使用垂直聲束探頭。
當(dāng)裂紋與耦合表面垂直或成一定角度時，要使用角度聲束探頭。
請注意由于鑄鐵和非鐵性鑄件的聲速較低，鋼制楔塊的實際折射角度要低一些。
只要使用常規(guī)鋼制楔塊檢測其它材料制成的樣件，就應(yīng)該通過斯涅爾定律重新計算這些角度。
球化率的檢測
球化率的檢測
建議使用38DL PLUS測厚儀和裝有單晶軟件的45MG測厚儀進行球化率的檢測，這兩種儀器都可以基于一個輸入的工件厚度直接提供聲速的讀數(shù)。
如果金屬厚度超出了約12.5毫米，則建議使用38DL PLUS和45MG測厚儀的高穿透軟件選項。
還可以使用任何奧林巴斯的EPOCH系列探傷儀，通過聲速校準程序獲得聲速信息。
