船用铸钢件无损检测技术.pdf

第 卷 第 期 年 月 船 海 工 程 .:./.船用铸钢件无损检测技术黄峻渊符成志李成元张伟(上海外高桥造船海洋工程有限公司上海)摘 要:针对高精度机加工后的船体铸钢件在经无损检测发现缺陷导致无法返修或返修成本较高的问题基于 标准分析总结船用铸钢件在制造过程中的缺陷类型与分布特点提出工序前移、超声波与磁粉组合使用的无损检测方式给出具体的检测工艺参数实践结果表明在船体铸钢件高精度机械加工完成前对产品内部缺陷的定位定量检测与及时处置可有效降低返修成本提高产品验收通过率关键词:铸件超声波检测磁粉检测验收标准中图分类号:.文献标志码:文章编号:()收稿日期:修回日期:第一作者:黄峻渊()男大学专科高级技师研究方向:无损检测技术 船舶艉轴套、舵架等所用铸钢件是组成船体结构的重要和关键性部件质量要求高而在铸钢件铸造过程中又不可避免地存在着气孔、夹砂以及裂纹和缩松等缺陷它使金属的强度、塑性及冲击韧性降低力学性能受到破坏缺陷严重时将影响其使用寿命 为了控制质量、降低成本常在制造过程中进行多次检测不同工序对铸件表面和某一部位的内在质量都必须运用不同的检测方法确定其是否存在超标缺陷以及时进行必要处理避免造成不必要的损失 由于船用铸钢件(艉轴套、舵架)在船舶航行中发生较大的振动和海浪的冲击力另外内孔表面受到艉轴、舵销的转动摩擦等的影响所以要求内孔表面及近表面部位不允许存在较大的缺陷为此要加大对铸件表面及近表面的检测以使最终状态下内孔表面、近表面无大面积缩松和线状缺陷 因此考虑当铸件还处于毛坯、粗加工状态以及保留有一定的加工余量时利用超声和磁粉检测对所发现的缺陷进行清除、焊补 船用铸钢件的超声检测.检测的必要性船用大型铸件一般在生产厂家完成浇筑后都会进行首次目视检查和机械粗加工 艉轴套、舵架内孔表面存在较为严重的缺陷时由于受到艉轴、舵销的转动摩擦和振动的影响这些缺陷在其表面就会产生延伸、扩展从而造成艉轴套、舵架的损坏 为此要在铸件粗加工后在铸件内孔保留着单面 的加工余量时通过超声检测来发现在精加工后可能处于内孔表面的缺陷确定好缺陷的深度后通过批凿、焊补的方式予以消除 同时也要考虑在整船拉线照光后内孔圆心点可能会存在偏离为此要控制在 的深度范围内不存在超标缺陷 因为内孔有一定的曲率按 的规范要求一般在直探头的近场范围内探伤为此通过对探测频率、探头型式、灵敏度调节、曲率补偿(耦合剂)、探测方向与缺陷的判定等问题结合所需探测的缺陷特征(缩松、气孔、夹杂和裂纹等)制定出较为严密的检测工艺.探头型式及频率的选择铸件检测的探头选用是以纵波直探头为主横波斜探头为辅 根据艉轴套、舵架在粗镗孔后还有 左右的余量及铸件的特点(晶粒粗、内部组织不致密)根据 的规范要求以及需要探测存在于一定深度位置的面积型缺陷为了缩小工件中近场长度、提高灵敏度、缩小盲区、减少杂波纵波探头选择双晶直探头频率 而单晶探头灵敏度相对较低杂波多有盲区 双晶探头的晶片角度选择 这样在 左右的探测区域反射信号最强探测 灵 敏 度 最 高 横 波 斜 探 头(、.)进行纵、横向扫查.灵敏度的调节.按美国 的规范考虑常规参 年第 期黄峻渊等:船用铸钢件无损检测技术船海工程第 卷考试块的材质与工件主体材质偏差较大灵敏度调试过程中很难确保后续缺陷的定位、定量 为此选用与工件相同的材料(在工件多余部位取样)制作参考试块(图)进行灵敏度调节图 参考试块.仪器面板曲线根据参考试块运用双晶直探头制作 曲线 经过探头试块的调试在仪器屏幕上可以看到在 的深度范围内曲线幅度最高也就反应在该区域内检测灵敏度最高.检测要求检测前需对内孔进行网格划线以确保全部覆盖不漏检 同时根据规范要求探头每次移动至少覆盖 扫查速度不应该超过 /同时考虑到检测面存在曲率为了探头能够更好地与工件表面耦合选用软保护膜以及晶片尺寸较小的探头并作适当的曲率补偿.基于 标准制定验收要求)缺陷回波超过 曲线的作为评定对象)缺陷的指示长度以连续出现超过 曲线的缺陷回波并以探头的中心用 法测定缺陷长度)评定缺陷总面积采用长、宽均 评定框将评定框置于缺陷最严重的位置根据评定框内缺陷尺寸总和按表 要求评定表 超声波检测质量分级质量等级单个缺陷最大指示长度/单个缺陷最大指示面积/缺陷总面积/)任何被判定为裂纹的缺陷应评为不合格.根据设计要求及相关标准制定检测工艺相关检测工艺见表 船用铸钢件的磁粉检测在前期超声波检测后处于铸件内部的超标缺陷基本都已经清除为了能够进一步控制产品表 相关检测工艺试件名称艉轴套/舵架规格/材质碳锰钢铸件表面状态机加工检测比例内孔 检测时机粗加工后参考标准验收等级表 仪器型号 耦合剂机油黄油(牛油)探头 双晶探头探头 斜探头(小探头)探头型号.探头型号.参考试块(.平底孔)参考试块 (横通孔)耦合补偿 耦合补偿 扫查方式格子线扫查扫查方式多种方向灵敏度调节根据参考试块制作 曲线提高 检测灵敏度调节 质量消除在机械加工过程中可能出现的磨削裂纹或由于组织晶粒粗大导致的声波衰减而未能发现的较小缺陷同时也为了避免如果在工件精加工后的表面再进行缺陷的焊补破坏表面光洁度在精加工还保留.的余量时将镗排拉出进行磁粉检测对于发现的线状或相对密集型的疏松等缺陷也采用批凿、焊补的方式予以消除为了更好地检测表面的缺陷通过仪器、电流、磁粉以及扫查方式的选择来提高磁粉检测灵敏度.仪器若被检对象体积大、形状复杂、检测环境较差则采用船舶磁粉检测 因此在检测时多采用便携式设备如便携式交直流磁轭、十字交叉旋转磁轭、通电支杆触头 经过实际现场测试后发现由于艉轴套、舵架内孔带有曲率检测面积也大原先考虑选用十字交叉旋转磁轭因其通电磁化时可以同时满足纵向与横向而且自带滚轮可以提高检测速度 但在实际的检测中发现交叉旋转磁轭受到曲率的影响 个接触脚无法改变方向摆放不平稳与工件形成点接触降低了检测灵敏度影响检验结果 支杆触头法因其无法控制有效磁化区域而且在触头接触工件通电磁化时易产生金属碰撞打火灼伤机加工面 而便携式交直流磁轭能有效的接触工件而且支腿间距可调轻巧所以选择便携式交直流磁轭设备.电流直流电磁化时渗透深度大能够发现一些埋 年第 期黄峻渊等:船用铸钢件无损检测技术船海工程第 卷藏较深的缺陷 但是磁化过程中脉动性小导致磁粉的流动性较差而且剩磁大退磁困难容易在后续吸附金属颗粒交流电磁化时由于趋肤效应的影响表面磁场最大有利于磁粉迁移表面缺陷反应灵敏易退磁 相对直流电而言检测深度浅但考虑最终机加工仅保留.余量的情况下无需选用直流电去发现较深的缺陷只需选用交流电即可.磁悬液为了防止对内孔产生锈蚀在磁悬液的选用上必须使用油基磁悬液同时为了提高油基的粘度以利于磁粉的悬浮采用无味煤油与变压器油按一定比例的混合液作为载体 调配后的磁悬液须按标准要求进行浓度测试以确保检测灵敏度.扫查方式在确保检测灵敏度的情况下尽可能扩大一次检测范围以提高检测效率 同时为了防止大面积磁粉检测时局部区域的漏检利用 型灵敏度试片和磁场指示器使用 型磁轭设备反复对比测试后获得当磁轭间距 在 横向约为/时一次覆盖有效磁化面积最大平行检测时还要注意覆盖重叠 由于是单向磁轭所以必须进行二次大致互相垂直的检测 磁轭的接触点可采用图 所示的图形图 扫查图形.质量验收任何裂纹、热撕裂和冷断裂以及其他裂纹类缺陷都是不合格的评定要求见表 表 磁粉检测质量分级质量等级范围/数量数量 非线性缺陷最大长度/非线性缺陷最大长度/最大数量(个)/总面积/线性和线列性缺陷最大长度/质量等级检测范围线性线性列总长 线性缺陷和线列性缺陷最大长度/.磁粉检测工艺表 磁粉检测工艺试件名称艉轴套/舵架规格/材质 碳锰钢铸件表面状态 机加工检测比例检测时机精加工余量剩余.时及精加工后表面光照度 标准试片 型(/)仪器型号磁化规范 提升力.磁悬液 油性黑色磁悬液 检测方法非荧光湿式交流连续法.后续处理在上述检测后出现不允许的缺陷将进行清除修补焊点必须高于检测面然后将内孔加工至精确尺寸在精加工结束后必须再作一次磁粉检测以确定不存在裂纹类线状缺陷 如果表面还存在较小的点状缩松等缺陷对工件质量没有影响只要将其打磨光顺即可 打磨的允许度应为半径是深度的二倍深度最大不超过 边缘圆滑过渡 结论实践表明在船用铸钢件机加工过程中尤其是镗孔阶段通过超声波与磁粉两种检测方法组合使用可在粗加工阶段通过超声波检测及时发现潜在缺陷并为低成本消除创造条件并在精加工阶段通过磁粉检测弥补超声波未检出的较小且存在于产品表面及近表面的缺陷(如点状的夹杂、缩松等)确保产品交付质量与使用可靠性在超声波检测阶段采用频率 、晶片角度 的双晶直探头在产品 深度区域的检测效果最佳同时选用横波斜探头(、.)可发现双晶探头检测不到的、垂直于检测面的裂纹类平面型缺陷 检测过程中还应考虑检测面存在曲率并作适当补偿在磁粉检测阶段当产品精加工到尚有.的余量时便携式交直流磁轭设备可有效发现线状或相对密集型的疏松等缺陷合理使用具有适当油基粘度的磁悬液可有效防止检测面锈蚀利于磁粉悬浮提高检测效果 此外反复对比测试后发现当磁轭间距 在 横向约为/时一次覆盖有效磁化面积最大平行检 年第 期黄峻渊等:船用铸钢件无损检测技术船海工程第 卷测时还要注意覆盖重叠参考文献 向延平吴妙武.船用铸钢件气孔的分析.广船科技():.甘水来吴幼奇.大型船舶挂舵臂设计研究.船舶工程():.谢敬佩.我国铸钢技术发展现状及趋势.铸造():.任新民赵福志.某海损大型散货船舵系的修复工艺.广东造船():.高一祺.铸钢节点铸造缺陷的随机特征和评定方法研究.南京:东南大学.于学峰.双晶直探头对船用铸钢件的超声波检测.无损检测():.宫维佳.铸造缺陷对含铸钢节点钢结构的力学性能影响.南京:东南大学.(.):().:(上接第 页)(.):.: