超声波无损检测（UT）在大型铸件上的应用

2020.11.30

前言：
大型铸件通常采用地坑式砂型铸造方法成型铸造成型并完成热处理、粗加工后，进行超声波无损检测（UT），对铸件内部的质量进行检测。

但UT检测合格的大型铸件在使用过程中仍有3%开裂失效。在接触过的案例当中，铸件在使用一段时间后（在质保期以内）开裂，造成较为严重的不良影响，对生产厂商和设备制造商造成一定损失。

问题分析：
大型铸件在正常使用期限内开裂，以轮带为例，无论是开裂的位置，还是裂纹的走向都很相似，同时不论是国内项目还是国外项目，轮带都至少经过三位或以上的UT检测师检测，检测的结果都是合格的。裂纹走向示意图见图1。

检测合格的轮带在使用过程中出现开裂属于小概率事件，但经过仔细分析，均是由以下两点原因造成（见图2）。

（1）合格轮带都会存在内部缺陷，此缺陷是属于UT检测标准范围内允许存在的。即每一条铸造合格的轮带都会存在成为潜在裂纹源头的缺陷，通常此缺陷存在于轮带的近表面100mm以内。

（2）疲劳接触应力对轮带的开裂起到催化促进作用，促进潜在裂纹的形成以及延展。这两点原因哪个是主要，哪个是次要，还是同时存在共同作用，需要结合现场实际情况进行分析。

在对案例进行现场检测以及对缺陷区域进行清理的过程中发现，在轮带表面开裂裂纹下100mm以内的深度，都存在夹渣缺陷，同时检测窑的滑移量，都是在设计范围以内的，因此检测合格轮带小概率开裂的主要原因是，近表面存在不超标的潜在缺陷，在使用过程中，受到循环疲劳接触应力的作用，导致缺陷失稳开裂，向内外两侧同时扩展。

解决方案：
通过三起案例中收集到的轮带运转数据，以及修复过程中发现的一些问题，判定是由于近表层的不超标缺陷失稳导致轮带开裂。

通过这些案例说明，大型铸件的使用安全可靠性不是简单地依据质检报告判定的，需要通过铸造工艺、材料力学以及质检探伤三位一体地进行综合控制和评估，是一个系统问题。

但是对于大型铸件的内部质量，使用UT检测时不能仅对铸件是否合格进行评判，更重要的是要对工作区域进行二次检测。对于铸件质量控制的工作步骤如下：

（1）严格控制造型工艺大型铸件的内部质量，从它的造型开始就已经决定，因此对于铸造厂家的造型工艺一定要进行评审，冒口布置的合理与否、内浇道布置能否保证钢液充型顺畅、冷铁摆放位置是否合理、排气孔数量是否足够、浇注温度是否合适、冒口保温措施是否到位等等一系列问题都要注意。

（2）进行二次扫描和评估根据铸件的实际使用工作面，分区域使用不同灵敏度进行UT检测，不使用单一灵敏度进行检测。

评估结果是大于等于的，小概率事件可以避免；评估结果是小于的，将结果通知分交厂家，告知潜在风险，双方留下备忘录，有备无患。

结语
（1）按超声波无损检测（UT）标准检测合格的大型铸件，在正常使用寿命内仍会有小概率开裂问题发生。
（2）为避免小概率事件发生，在UT检测判定合格的基础上，使用不同灵敏度对铸件的工作区域100mm内进行二次检测，对潜在不超标的缺陷进行二次评估，以避免大型铸件小概率开裂问题的发生。

超声波无损检测

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