УЗК контроль крупных поковок из стали 5ХНМ по ГОСТ 24507

Данная инструкция описывает методику ультразвукового контроля (УЗК) крупногабаритных поковок из стали 5ХНМ, применяемых для тяжелонагруженных деталей штамповой оснастки. Контроль выполняется по ГОСТ 24507 контактным эхо-методом для выявления внутренних дефектов типа несплошностей, трещин и флокенов. Особенность стали 5ХНМ — склонность к образованию флокенов при крупных сечениях, что требует повышенной чувствительности и тщательного сканирования.

Необходимое оснащение для эхо-импульсного контроля поковок штамповой стали 5ХНМ

Для качественного УЗК требуется прецизионный дефектоскоп с рабочей частотой от 1.25 до 5 МГц. Обязательно наличие временной регулировки чувствительности (ВРЧ) для компенсации затухания сигнала в крупных поковках. Предпочтительны приборы с АРД-диаграммами (SKH-диаграммами) для точной оценки эквивалентной площади дефекта.

• Ультразвуковой дефектоскоп: типа УД2-140 или A1214 с частотой 2.5 МГц.
• Прямые совмещенные пьезопреобразователи (искатели): П111-2.5-36° (обычно 36 мм) для зоны ближнего поля и П121-5.0-20° для контроля приповерхностного слоя.
• Наклонные преобразователи (РС-типа): с углами ввода 40° и 65° для выявления трещин, ориентированных под углом к оси поковки.
• Контактная жидкость: глицерин (ГОСТ 6823) или трансформаторное масло для нормального акустического контакта на грубообработанной поверхности (Ra ≤ 6.3 мкм).
• Стандартные образцы (СО): СО-2 и СО-3 (ГОСТ 24507) для настройки чувствительности и временной развертки. Для крупных поковок (до 1000 мм) — специальный образец с плоскодонными отражателями.
• Разбраковочные образцы: вырезки из поковок стали 5ХНМ с искусственными дефектами (площадью 3-7 мм²) для построения АРД-диаграммы.
• Вспомогательные средства: магнитный держатель для фиксации искателя, линейка для разбивки сетки сканирования, мел для маркировки дефектных зон.

Затухание ультразвука в стали 5ХНМ зависит от структуры (отожженная или закаленная) и толщины поковки. Для крупных поковок (диаметр свыше 500 мм) коэффициент затухания может достигать 0.04-0.06 дБ/мм. Это требует использования мощных преобразователей с низким собственным шумом.

Алгоритм подготовки и проведения дефектоскопии крупногабаритной поковки из стали 5ХНМ

Контроль начинается с верификации документации и подготовки поверхности. Поковка должна быть механически обработана (обточена по цилиндру) или иметь минимальную окалину. Шероховатость поверхности должна соответствовать Ra ≤ 6.3 мкм для гарантированного прозвучивания.

1. Настройка чувствительности по СО-2: Установите частоту 2.5 МГц. На СО-2 (с отверстием диаметром 6 мм на глубине 44 мм) добейтесь амплитуды эхо-сигнала 30±1 дБ на экране дефектоскопа. Введите поправку на затухание в поковке стали 5ХНМ, используя средний коэффициент 0.03 дБ/мм.
2. Построение АРД-диаграммы: Используя плоскодонные отражатели (ПДО) площадью 3, 5 и 7 мм² на глубинах от 20 до 600 мм с шагом 50 мм, постройте кривую предельной чувствительности. Для сечения поковки свыше 300 мм используйте ПДО 7 мм² как браковочный уровень.
3. Калибровка временной развертки: Установите зондирующий импульс на начало развертки. По СО-3 добейтесь совмещения многократных отражений с метками времени на экране, соответствующими фактической толщине поковки +10% запаса.
4. Выбор зоны контроля прямым искателем: При контроле цилиндрической поковки диаметром 800 мм используйте прямой преобразователь П111-2.5-36° для прозвучивания всего сечения. Начните сканирование с торца поковки (вдоль оси) и с боковой поверхности (вдоль образующей).
5. Поиск дефектов наклонными искателями: Установите искатель 65° на боковую поверхность. Сканируйте зону бочки (центральную часть) на предмет выявления расслоений, ориентированных радиально. Используйте преобразователь 40° для контроля зоны под ободом.
6. Разметка сетки сканирования: Нанесите на поверхность поковки линии через каждые 100 мм по окружности и через 50 мм по длине (по образующей). Это обеспечит 100% перекрытие зон акустического поля. Перемещайте искатель со скоростью не более 100 мм/с, избегая пропусков.
7. Фиксация индикаций при обнаружении дефекта: При появлении на экране эхо-сигнала выше 40% высоты фона, остановитесь. Добейтесь максимальной амплитуды, определяя центр дефекта. Запишите: амплитуду в дБ, глубину залегания по шкале развертки, координаты XY (окружность и длина) и предполагаемый тип несплошности.
8. Оценка эквивалентной площади дефекта: Сравните амплитуду выявленного сигнала с построенной АРД-диаграммой. Если сигнал от дефекта соответствует или превышает ПДО 7 мм² для глубины данного залегания — дефект считается недопустимым. Для приповерхностных дефектов (0-30 мм) используйте отдельный браковочный уровень 3 мм².
9. Контроль призматических зон (для поковок сложной формы): Если поковка имеет ступенчатое сечение (уступы, бурты), сканируйте каждую зону отдельным прямым искателем. Стыки цилиндрических поверхностей прозвучивайте наклонным искателем с углом 65° с двух сторон каждого уступа.
10. Обработка результатов и маркировка дефектных зон: При выявлении недопустимого дефекта (например, эхо-сигнал с амплитудой 40 дБ при ПДО 7 мм²), обведите зону мелом. Нанесите на поковку номер дефекта и его центр. Заполните акт УЗК с указанием: марка стали, номер плавки, дефектоскоп, искатель, АРД-диаграмма. Сделайте заключение о годности поковки по группам 1-4 по ГОСТ 24507.

При контроле поковок из стали 5ХНМ после термической обработки (закалка + отпуск) структура становится мелкоигольчатой. Это снижает затухание на 15-20% по сравнению с отожженным состоянием. Рекомендуется повторно откалибровать АРД-диаграмму на образце из термообработанной поковки.

Критическим этапом является выявление флокенов — специфических дефектов стали 5ХНМ. Флокены на экране выглядят как яркие одиночные или групповые сигналы с крутым передним фронтом. Они часто расположены на глубине 0.3-0.6 от толщины поковки. При подозрении на флокены обязательно используйте наклонные искатели с углами 40-50° для выявления радиальной ориентации трещин.

Документирование результатов УЗК выполняется строго по форме приложения к ГОСТ 24507. В эскизе поковки указываются размеры и координаты всех выявленных индикаций. Для крупных поковок (массой более 5 тонн) допускается выборочное контрольное вскрытие одного подозреваемого дефекта для верификации АРД-оценки. Используйте ультразвуковой томограф с фазированной решеткой (ФАР) для сложных конфигураций дефектов в зоне ободьев.

Какие требования к подготовке поверхности поковки перед УЗК контролем по ГОСТ 24507?

Поверхность поковки должна быть очищена от окалины, грязи, масла и других загрязнений. Шероховатость поверхности (Ra) должна быть не более 6,3 мкм для обеспечения акустического контакта. Допускается наличие следов механической обработки (точки от резца), не препятствующих сканированию. В месте установки преобразователя не должно быть неровностей и выступов высотой более 0,5 мм.

Какую частоту УЗК преобразователя выбрать для контроля крупных поковок из стали 5ХНМ?

Для поковок из стали 5ХНМ толщиной более 100-150 мм рекомендуется использовать преобразователи с частотой 2,5 МГц. Для поковок толщиной от 150 до 300 мм допустимо применение 1,25-2,0 МГц. Для крупных поковок свыше 300 мм (например, бойков штампов) — 1,0 МГц. Выбор обусловлен оптимальным сочетанием проникающей способности и разрешающей способности для выявления внутренних дефектов.

Какая браковочная чувствительность должна быть установлена при контроле поковок 5ХНМ по ГОСТ 24507?

Согласно ГОСТ 24507, для ответственных поковок (группа прочности 3, 4) браковочная чувствительность устанавливается на уровне площади эквивалентного дискового отражателя (S) 3,0 мм². Для особо ответственных деталей (штампи, валки) чувствительность может быть увеличена до 1,5-2,0 мм². Настройка выполняется по стандартным образцам СО-3 или СОП с плоскодонным отверстием.

Как выявить зону недопустимой анизотропии или крупнозернистости структуры в поковках 5ХНМ?

При контроле крупных поковок из стали 5ХНМ возможно появление структурного шума из-за крупного зерна (особенно в центральной зоне). Для его выявления следует: 1) использовать низкие частоты (1,25 МГц); 2) выполнить контроль на двух чувствительностях — рабочей (3 мм²) и повышенной (6-10 мм²) для оценки уровня помех. Если отношение сигнал/шум менее 6 дБ, а шум превышает половину амплитуды браковочного уровня, данная зона признается непригодной (некондиционная структура).

Как выбрать схему прозвучивания для крупной поковки (например, цилиндрической или ступенчатой формы)?

Согласно ГОСТ 24507, для поковок 5ХНМ обязательно прямое эхо-прозвучивание с двух противоположных сторон (А-скан). Если это невозможно из-за формы (например, бойки штампов), применяется совмещенное прозвучивание с углового доступа (наклонный ПЭП). Для цилиндрических поковок (валков) дополнительно используется вращательное движение преобразователя по спирали с шагом не более 5 мм и продольное сканирование вдоль оси. Для сложных ступенчатых поковок требуется прозвучивание каждой ступени независимо со всех доступных поверхностей.