铝合金压铸件国内外射线检测评定标准对比与分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 23 日 作者简介：赵峰（1989），男，汉族，硕士研究生，单位北京航天特种设备检测研究发展有限公司，职称工程师，研究方向金属和复合材料无损检测。-120-铝合金压铸件国内外射线检测评定标准对比与分析 赵 峰 顾 军 康云松 马溶慧 北京航天特种设备检测研究发展有限公司，北京 100074 摘要：摘要：铝合金压铸件是压铸铝合金在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸模型腔，并在压力下成形和凝固而获得的铸件。压铸铝合金在压铸过程中容易产生气孔、冷隔、缩孔、夹杂物等缺陷。射线检测技术是检测铝合金压铸件质量的常用手段，但铝合金压铸件因其特殊的成型工艺，导致其缺陷评定标准区别于一般铝合金铸件。本文对铝合金压铸件的国内外射线检测评定标准进行了概述和解读，并进行了分析和比较，旨在为使用者更好的选取和使用评定标准。关键词：关键词：铝合金；压铸件；射线检测；评定标准 中图分类号：中图分类号：TG247 0 引言 压铸即压力铸造，是铝合金主要的铸造成形工艺，通常是高压（20120Mpa）作用下，使液态或半液态金属以较高的速度（20100m/s）充填压铸模型腔，并在压力下成形和凝固而获得铸件方法1，具有高效、批量、精密、薄壁、成形形状复杂等优点2。高压和高速是压铸成形过程中的两大特点，这也是压铸区别于其他铸造方法的根本区别2。铝合金压铸件即是压铸铝合金经压铸形成的铸件，因其具有低密度、轻量化、铸造成形和加工性能优良等优点的同时，具有高比强度、高耐腐蚀性和良好的导电导热性能3，而广泛的应用于汽车、船舶、通讯电子、精密仪器、航空航天等领域。但由于铝合金金属液以高压高速充填压铸模型腔，容易产生卷气或气体较难排除，并且由于壁厚不均和自身物理属性，铝合金压铸件容易引起气孔、针孔、缩孔、疏松等孔洞类缺陷，以及欠铸、偏芯、裂纹、冷隔、夹杂物等缺陷4。射线检测技术是评定其质量普遍采用的无损检测手段5，但由于铝合金压铸件特殊的铸造工艺、成形及产生缺陷的特点，使其射线检测的评定标准区别于其他铝合金铸件，国内外标准体系均有相关规定。本文对铝合金压铸件国内外射线检测评定标准进行概述和解读，并进行了分析和比较，阐述了国内外各评定标准优缺点，旨在为使用者更好的选取和使用标准，有效的控制铝合金压铸件质量。1 铝合金压铸件射线检测评定标准 目前关于铝合金压铸件射线检测评定标准，国际上的标准体系有 ISO（国际标准化组织）标准、EN（欧盟）标准、ASTM（美国材料与试验协会）标准、JIS（日本工业标准）标准。国内标准体系有国家标准（GB）、航空行业标准（HB）、航天行业标准（QJ）等行业标准。1.1 标准简介 国内外铝合金铸件及压铸件，其射线检测评定标准的评级方法均是采用与常见缺陷的标准参考射线底片进行比对。但由于铝合金压铸件特殊的铸造工艺、成形及产生缺陷的特点，导致产生的缺陷与其他铝合金铸件存在差异，使其评定标准与其他铝合金铸件存在着较大的区别。因此，ASTM 标准体系单独制定 ASTM E505 铝和镁压铸件检验用标准参考射线底片6用于铝合金压铸件射线底片评定，以区别于 ASTM E155铝和镁铸件检验用标准参考射线底片7。ASTM 标准质量较高、权威性高、通用性强、适用性好，国内外的其他验收标准如 EN 标准、ISO 标准、JIS 标准，中国的 GB 标准、HB 标准、QJ 标准，多数都是参照或引用 ASTM 标准而进行制定8。欧洲标准 ISO 9915-1992铝合金铸件射线检测9（已废止）附录 A：ASTM 标准 E155-85 摘录，附录B:铝合金铸件缺陷验收级别，其中注 4 规定应用于 1英寸（25mm）厚度以下铝合金压铸件的参考底片包含在 AETM E505 中。EN 1268-1:2017铸造射线照相中国科技期刊数据库 工业 A-121-试验第 1 部分：胶片技术10附录 D：铝合金和镁合金铸件的严重等级，该附录表 4 为根据 ASTM E 505 的参考射线底片和最大允许不连续指定的铝合金压铸件的严重度等级。日本标准有依据 ISO 9915-1992 制定的 JIS 0522-1999铝铸件射线照相的射线照相试验和分类的方法11。这三个标准的参考底片都是直接引用 ASTM E155 和 E505。而 中 国 国 家 标 准 GB/T 11346-2018铝合金铸件射线照相检测 缺陷分级12和中国行业标准 HB 5012-2011铝合金压铸件规范13附录 C铝合金压铸件 X 射线参考图片，一定程度上参考了 ASTM E155 和 E505 而进行制定的。但 GB/T 11346-2018 明确规定不适用于铝合金压铸件。1.2 ASTM E155 与 E505 对比 本节在论述 ASTM E155-20铝和镁铸件检验用标准射线参考底片基本内容的基础上，讨论 ASTM E505-22铝和镁压铸件检验的标准参考射线底片的不同点。并介绍国内外其他铝合金压铸件的射线检测验收标准体系的主要内容。ASTM E155-20铝和镁铸件检验用标准射线参考底片适用于所有铝合金、镁合金铸件，规定的缺陷类型分为气孔、针孔（圆形）、针孔（细长形）、缩孔、缩松（海绵形）、夹杂（低密度）、夹杂物（高密度）七种。除缩松缺陷只有 1/4 英寸（6.35mm）厚度的标准试块外，其他每种缺陷都有 1/4 英寸（6.35mm）和3/4 英寸（19.1mm）两种厚度的标准试块，而每种厚度的标准试块制成的缺陷参考射线底片按严重级别又分为 8 个等级。除缩孔的标准试块的射线参考底片适用于所有厚度的铸件外，其他缺陷 1/4 英寸厚度标准试块的射线参考底片适用于评估厚度不超过 1/2 英寸（12.7mm）铸件，3/4 英寸厚度标准试块的射线参考底片适用于评估厚度 1/2 英寸（12.7mm）至 2 英寸（51mm）铸件。但 ASTM E155-20 注 2 中提出，参考射线底片 ASTM E505铝和镁压铸件检验的标准参考射线底片包含了适用于厚度不超过 1 英寸（25mm）的铝和镁压铸件的参考射线底片。所以 ASTM E155-20 中参考底片不适用于厚度小于 1 英寸的铝和镁压铸件，ASTM E505-22铝和镁压铸件检验的标准参考射线底片适用于铝合金、镁合金压铸件，区别于 ASTM E155-20 将各种缺陷按大小、形状、密度细分，比如ASTM E155-20 将气孔类缺陷分为较大的气孔和较小的针孔，针孔又分为圆形和细长形，夹杂物分为低密度和高密度等。与 ASTM E155-20 不同的是，ASTM E505-22规定的缺陷分为 A、B、C、D 共 4 个类别，缺陷不区分形状、大小、密度，只将缺陷按形成原因的不同进行分类即 A 类气孔 Category A（Porosity）、B 类冷隔 Category B（Cold Fill）、C 类缩孔 Category C（Shrinkage）和 D 类夹杂物 Category D（Foreign Material）。虽然 ASTM E155-20 中 gas holes 译为气孔、gas porosity 译为针孔，但 ASTM E505-22 中Category A（Porosity）的解释与 ASTM E155-20 中gas holes 解释较为相同，并结合 ASTM E505-22 参考底片，所以 Category A 中“Porosity”应译为气孔，而非针孔。同样的 ASTM E155-20 中 shrinkage cavity译为缩孔，microshrinkage 译为疏松，而 ASTM E505-22 Category C（Shrinkage）解释与 ASTM E155-20 中shrinkage cavity 更为接近，并结合 ASTM E505-22参考底片，Category C 中“Shrinkage”应译为缩孔。ASTM E505-22 中气孔、冷隔、缩孔三类缺陷相应厚度的标准试块制成的参考射线底片，按严重级别分为 4 个等级。气孔有 1/8 英寸（6.35mm）和 5/8 英寸（19.1mm）两种厚度的标准试块，1/8 英寸厚度标准试块的射线参考底片适用于评估厚度不超过 3/8 英寸（9.5mm）铸件，5/8 英寸厚度标准试块的射线参考底片适用于评估厚度 3/8 英寸（9.5mm）至 1 英寸（25.4mm）铸件。冷隔只有 1/8 英寸（6.35mm）厚度的标准试块，射线参考底片适用于评估厚度不超过3/8英寸（9.5mm）铸件。缩孔只有 5/8 英寸（19.1mm）厚度的标准试块，射线参考底片适用于评估厚度 3/8 英寸（9.5mm）铸件至 1 英寸（25.4mm）铸件。而夹杂物的参考底片不区分等级，且只有 0.2 英寸（5.08mm）厚度的标准试块，射线参考底片适用于厚度不超过 1 英寸（25.4mm）铸件。ASTM E505-22 对于厚度超过 3/8 英寸（9.5mm）铸件的冷隔缺陷和厚度不超过 3/8 英寸（9.5mm）铸件的缩孔缺陷未做规定。因此，应用 ASTM E505-22 和 ASTM E155-20 可能会遇到无法评定的缺陷，但未必一定根据图谱来判定。并且根据标准中 1.3 条可知，在没有其他适用文件的情况下，经委托方和受托方达成协议后，此标准也可用于其他材料厚度。中国科技期刊数据库 工业 A-122-1.3 国内外其他标准对比 欧洲标准如已废止的 ISO 9915:1992铝合金铸件射线检测附录 A：ASTM 标准 E155-85 摘录，引用 了 ASTM E155 规定了铝合金铸件射线检测参考底片，验收级别由 ASTM E155 的 8 个级别简化为 A、B、C、D 四个级别。其中，注 4 则规定厚度 1 英寸及以下的铝合金压铸件的参考射线底片包含在 ASTM E505 中，铝合金压铸件验收级别未对 ASTM E505 进行修改。日本标准 JIS 0522-1999铝铸件射线照相的射线照相试验和分类的方法依据 ISO 9915:1992，内容和ISO 9915:1992 一致。欧洲标准 EN 1268-1:2017铸造射线照相试验第 1 部分：胶片技术附录 D：铝合金和镁合金铸件的严重等级，铝合金铸件和压铸件的参考底片分别直接引用了 ASME E155 和 E505。类似 ISO 9915:1992，EN 1268-1:2017 将铝合金铸件验收级别由 ASME E155的 8 个级别简化为 1、2、3、4 四个级别。而对铝合金压铸件的验收级别仍规定为 4 个，但对于厚度不超过9.5mm 的压铸件，1 级底片不允许有气孔和冷隔，而对于厚度9.5至25.4mm的压铸件，1级底片不允许缩孔。由于铝合金压铸件的特殊性，中国的国家标准GB/T 11346-2018铝合金铸件射线照相检测 缺陷分级明确规定其适用范围不适用于铝合金压铸件。铝合金压铸件射线检测缺陷分级可参照中国行业标准 HB 5012-2011铝合金压铸件规范附录 C铝合金压铸件 X 射线参考图片，参考底片的缺陷分类、级别划分和适用的铸件厚度同 ASTM E505。1.4 评级方法对比 在参考底片的使用方法和缺陷的分析与评定方法上，总体上就是将被检铸件底片与标准底片同样大小的区域（边长 2 英寸的正方形）相比较，其级别相当或较轻时，表明该区域合格。美 国 标 准 ASTM E505-2022 和 欧 洲 标 准 EN 1268-1:2017 规定较为宽松，使用上较为灵活14。ASTM E505-2022 规定可为每种不连续类型指定不同的可接受等级，也可以为不同区域指定不同的可接受等级。如果工件的同一区域存在两种或两种以上的不连续型的复合缺陷，需要特别考虑，但未提及这种复合缺陷的评级方法。参考底片上显示缺陷的最大尺寸或数量也并不是用来限制工件底片上缺陷的最大尺寸或数量。应根据底片显示缺陷的大小、数量和分布进行均衡考虑，对其整体状况进行评级。EN 1268-1:2017 同样规定可为不同类型的不连续性指定不同的可接受等级，也可以为不同区域指定不同的可接受等级。其中不同区域的划分是标记区域和未被标记的区域，边缘区域和核心区域。并且规定了厚壁工件中，当标称壁厚等于或小于 10mm 时的区域应视为边缘区。欧洲标准 ISO 5579:1992（已废止）、日本标准JIS 0522-1999 和中国行业标准 HB 5012-2011 三者在参考底片的使用方法上对于单个缺陷的评级方法与其他标准是一致的，主要区别在于此三个标准规定了两种及两种以上复合缺陷的评级方法。中国行业标准 HB 5012-2011 在附录 C 评定方法中规定，当出现两种或两种以上的缺陷，而每种缺陷的大小又都相当于选定参考图片中可接受的且铸件又不允许修补时，应认为不合格。当出现两种以上缺陷时，应以具有主导作用的缺陷来确定合格与否，不再考虑其他的缺陷。HB 5012-2011 对于两种及两种以上复合缺陷的评定规定较为简单，但当出现两种以上缺陷时对于“主导缺陷”的规定并不明确，使用时“主导缺陷”应根据底片显示缺陷的大小、数量和分布，以及缺陷所在铸件区域的关键程度等综合因素，进行均衡考虑。ISO 5579:1992 虽已废止，但其第 4.2.4.1、4.2.4.2和4.2.4.3条，及附录C明确规定了两种缺陷、三种缺陷和四种缺陷的复合缺陷评级方法，缺陷的性质可以相同或不同。如单元面积（边长 5cm 的正方形）内，当有两种缺陷情况时，每种缺陷都达到最大验收极限，应判定该铸件射线检测不合格。当有三种缺陷情况时，至少有两种缺陷的级别达到最大验收极限，则应判定该铸件射线检测不合格。如果只有一个或一种缺陷的级别达到最大允许极限，则其余两个或两种缺陷至少有一个或一种缺陷应比极限级别低二级，才可认为该铸件射线检测合格，否则，铸件应拒收。如果所有缺陷的级别均未达到最大验收极限，则应认为铸件射线检测合格。当有四种或以上缺陷情况时，如果四个或四种、以及更多缺陷出现在同一个 5cm5cm的单元面积内，则应判定该铸件射线检测不合格。JIS0522 依据 ISO 9915:1992 进行制定，因此也借鉴了ISO 9915-92 的复合缺陷评级方法。但这种对具体的复合缺陷的评级的明确规定方便使用者快速评定底片，中国科技期刊数据库 工业 A-123-但也失去了一定的灵活性，可能会导致评判过于严格，增加不合格率。因此，ISO 5579:1992 又规定如按本套ASTM 参考射线检测照相底片评定缺陷有困难时，用户和铸造厂可以达成协议，规定被检铸件射线检测照相底片的合格界限。2 结语 由于铝合金压铸件区别于一般铝合金铸件的特殊的工艺成型特点，因此铝合金压铸件射线检测的验收标准区别于一般铝合金铸件。因此，本文介绍了国内外各标准体系中铝合金压铸件射线评定标准的概况，并重点了 ASTM E155铝和镁铸件检验用标准参考射线底片与 E505铝和镁压铸件检验用标准参考射线底片在应用铸件厚度、缺陷分类、等级划分之间的区别，底片评定人员操作者在标准的选用上应注意区分。并进一步比较了国内外各标准的评定方法，铝合金压铸件及一般铝合金铸件射线底片的评定一般采用与常见缺陷考底片进行对比。ASTM 标准体系制作的参考底片水平较高，灵活性较高，具有代表性。其他标准体系如欧洲 ISO、EN 标准，日本的 JIS 标准、我国的 GB 标准以及行业标准 QJ、HB 等在验收标准的规定上多是依据 ASTM 进行制定的。ISO、JIS 规定了两种或两种以上的缺陷具体的评级方法，有利于使用者对缺陷快速评级，但使用者应根据铸件和缺陷的实际情况灵活使用标准，针对不同型号的产品制定专门的评级方法。参考文献 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