张玉刚1 井远超2
山东建大建筑工程鉴定检测中心 山东济南 250013
摘要：本文针对大型风电球墨铸铁件超声波检测技术进行研究，明确球墨铸铁件缺陷问题的原因，对相关探伤方法的选择进行分析，了解探伤当中较为突出的问题，同时，对不同缺陷性质及A型脉冲反射技术的异同点进行叙述，确定波形特点及缺陷性质，结合欧洲标准EN 12680-3：2012，、逐层解剖检测及射线检测结果来评定大型球墨铸铁件缺陷超声波检测准确性。
关键词：大型；风电；球墨铸铁件；超声波检测技术
当前阶段，我国在球墨铸铁件方面的超声波无损探伤仅有行业标准，而且这些标准大多是以小铸件为对象的，而国外EN-12680-3标准，能够对大小铸件的验收标准进行明确的区分。但不管是国内标准还是国外标准，在超声波波形图和缺陷之间并没有建立对应关系，因此，还需要相关检测人员通过反复的实践对其中的规律进行探索。
一、气孔
对于球墨铸铁件而言，气孔是一项较为常见的缺陷问题，这种问题主要是因为熔炼炉料存在锈蚀、潮湿问题，没有对冷铁当当中的冷凝水进行彻底的烘干，铁液表面存在氧化问题，铸型排气不良，加上生产过程中空气湿度较大，进而引发气孔缺陷问题。
气孔缺陷主要有两种形式，一种为单气孔，另一种为气孔群。在使用超声波对其中缺陷进行检测的过程中，如果气孔表面光滑程度较高，其产生的声阻抗和铸件自身的声阻抗会存在较大的差异，在缺陷表面的声波基本处在全反射状态，界面具有较高的能量反射，且缺陷部分的检测波形呈尖锐陡直状态。单个气孔会呈现较高和较为尖锐的反射波，在移动探头时，这种波形会快速消失，而且在不同方向进行探测时，其缺陷回波的变化并不明显，缺陷投影为线性延伸状。气孔群在反射波方面会在一次底波之前出现一个较高的缺陷波，而且在其前后还会出现多个小缺陷波，在这种情况下，可能会有底波存在，也可能会出现底波降低的情况，面对这种情况，必须要明确缺陷波的最前波，以此来确定气孔最大深度。
二、冷隔
通常冷隔缺陷问题主要是在铸件浇筑期间，由于多股铁液未能完全熔合，或者是浇筑操作中断，从而在铸件某一高度产生融合不彻底的缝隙，这种缝隙主要表现为不穿透性和穿透性两种，一般会在距离浇道较远的铸件薄壁、外冷铁激冷部分以及宽大表面处产生。除此之外，若铸件本体与内冷铁、芯撑未能进行有效的熔合，也会造成冷隔缺陷问题。
由于冷隔分布方向和透视面基本处在平行状态，且这种缺陷大多处在近表面或表面部分，使用射线进行检测不容易被发现，因此，在对冷隔缺陷进行检测时，也需要对超声波检测技术进行应用，在必要的情况下，可以采用表面修磨的方式来发现问题，针对可能存在冷隔缺陷问题的铸件表面进行修磨时，会在局部出现起皱皮现象，具体需要借助PT以及MT探伤对缺陷问题进行验证。
冷隔外观通常为曲线条状，边缘为圆角状的冷隔，在不同方向进行探测时，其缺陷波形高度也会存在较大的差异，而在对缺陷进行垂直探测时，表现的缺陷回波会比较高，在平行方向进行缺陷探测时，和声波的传播方向平行或存在倾角，缺陷回拨能量较低，有时可能不会产生缺陷回波，当冷隔缺陷处在近表面或表面位置时，使用渗透探伤和磁粉探伤即可发现[1]。
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三、夹杂
和型砂存在关联的缺陷问题，根据形态特征以及尺寸大小可以分为两种，即冲砂和夹砂，这种缺陷问题的产生原因包括浇筑系统设计存在问题，型砂质量存在问题。
而砂芯、砂型以及冲砂在经过充型金属液冲刷以后，其局部表面的沙粒会出现脱落现象，从而在铸件表面形成不规则且较为粗糙的金属瘤状物。这种情况通常会出现在内浇道附近，而冲刷掉的砂块一般会上浮至铸件上部。
在进行外观检查时，需要对掉砂和胀砂的区别加以明确，除了要结合外观特征和夹砂、粘砂以及结疤情况进行区分以外，还要对其与金属液流向、内浇道设置位置以及浇注系统结构之间的关系保持注意，同时，要确定铸件当中是否伴有夹砂情况，从而明确掉砂和胀砂缺陷，通常冲砂缺陷主要表现为白色颗粒状，呈不均匀分布状态[2]。
由于冲砂分布方向和透视面基本平行，且一般在近表面或表面出现，使用射线检测可以发现存在砂眼问题，且该区域的灰度值相对较浅。因此，针对冲砂缺陷以及夹杂缺陷，需要借助超声波实施反探，在此过程中，要对缺陷波的最前波加以明确，并确定其最大深度，在必要的情况下还需要对铸件表面进行修磨来发现缺陷问题。同时要使用PT以及MT进行验证。
冲砂的正面波形特征主要如下：波形会受到缺陷问题和表面结构的阻挡，在波形当中的小缺陷反射波较多，如果混合在表面杂波当中不容易进行分辨。冲砂背面波形特征为：反射波呈现较高且较为粗钝的状态，在移动探头以后，这种波形会消失，其中的缺陷波往往是连在一起的，会产生一片深度方向不同的波[3]。
四、夹渣
一般会在型芯下表面和铸件上表面的死角处出现夹渣问题，经过打磨以后，夹渣会呈现出无金属光泽的灰褐色斑点，出现夹渣问题的铸件表面较为粗糙，在界面处的声波反射率会受到界面介质声阻抗影响，和铸件本体材料相比，夹渣在声阻抗方面与其并没有太大的差异，在移动探头过程中，其波形变化较为迟缓，此外，夹渣表面粗糙界面在反射率方面相对较低，所以，缺陷表现出的反射波也比较低，需要从缺陷对面进行探伤，反探获得的底波根部比较宽，而缺陷波则在底波以前[4]。
五、缩孔
一般在铸件凝固期间会由于补缩不佳出现缩孔缺陷，这种缺陷在最后凝固部位和热节部分较为常见，缩孔的内壁会呈现不规则形状，且较为粗糙，同时还会伴有缩松、裂纹、气孔以及夹杂等缺陷问题，若铸型刚度不足，还会出现砂箱强度不足和型壁外移的情况。这会使铸件难以承受石墨化膨胀的影响，导致其出现型腔胀大的情况，进而形成缩孔。利用超声波进行检测，其缺陷问题会呈现较高的波形，底波会消失，而且波的根部较宽，受到缩孔壁的影响，在探头移动时，其位置和缺陷形状并不会出现太大的变化[5]。
结语
综上所述，利用超声波检测技术对大型风电球墨铸铁件进行检测，能够将铸件当中的缺陷问题及时发现，对铸件生产质量的提升具有非常重要的作用，因此，相关人员一定要对超声波检测技术的重要作用保持重视，并在大型风电球墨铸铁件检测当中进行科学的应用，以此来保证铸件的质量。
参考文献：
[1]孙玉福，尤三三，赵靖宇.风电装备用低温高韧性耐腐蚀球墨铸铁件生产关键技术[C]// 全国铸铁及熔炼学术会议暨先进球化处理方法研讨会.2014.
[2]贾保恒，廖敦明，周建新.大型风电球墨铸铁轮毂铸造工艺CAD系统的研究与开发[J].热加工工艺，2014，40（23）.
[3]田苗，贺焱，刘海涛，et al.风电用QT400-18AL合成球墨铸铁的力学性能研究[J].热加工工艺，2017，22（09）：125-128+133.
[4]李明.超声波检测技术在风电塔筒焊缝探伤中的工艺及应用[J].中国科技投资，2014，15（A26）：198-199.
[5]李明，徐亮军.EN 12680-3：2012《铸造 超声波检测 第3部分 球墨铸铁铸件》标准的理解与应用[J].期刊论文，2016，38（6）：73-76.
论文作者:张玉刚1,井远超2
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第1期
论文发表时间:2019/9/3
标签：缺陷论文; 铸件论文; 表面论文; 波形论文; 冲砂论文; 超声波论文; 气孔论文; 《建筑细部》2019年第1期论文;