軸系鍛件超聲波檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

李曉東

（重慶長(zhǎng)征重工有限責(zé)任公司，重慶 400083）

0 引言

船用大型鍛鋼件一般包括船體結(jié)構(gòu)鋼用鍛鋼件（如舵軸、舵柱等）、軸系用鍛鋼件（如艉軸、中間軸、主推進(jìn)軸等）以及主機(jī)或渦輪機(jī)等機(jī)械結(jié)構(gòu)用的大型零件。根據(jù)船級(jí)社對(duì)材料和焊接的規(guī)范要求，該類(lèi)鍛件應(yīng)有無(wú)損檢測(cè)，但是規(guī)范一般要求進(jìn)行超聲波檢測(cè)，并符合公認(rèn)的檢測(cè)方法與判定標(biāo)準(zhǔn)，這給了設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域很大的空間。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)不同，其經(jīng)濟(jì)性也將有很大的差異。雖然CB/T4313《軸系鍛件技術(shù)條件》[1]給出了一定的要求，但實(shí)際情況不盡相同。因此，在沒(méi)有規(guī)定具體適用標(biāo)準(zhǔn)的前提下分析現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的超聲波檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)及其衡準(zhǔn)，對(duì)于設(shè)計(jì)人員和制造人員而言尤為必要。

1 國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)分析

1.1 美國(guó)

ASTM A388/A388M《大型鍛鋼件超聲波檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)操作方法》由美國(guó)材料和試驗(yàn)協(xié)會(huì)鋼鐵、不銹鋼及其合金（A01）分會(huì)制定，被鍋爐和壓力容器協(xié)會(huì)采納為SA 388/388M[2]。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了采用直線波和斜射波接觸式、脈沖反射的測(cè)量技術(shù)以及質(zhì)量衡準(zhǔn)，直線波法包括DGS（距離、增益、當(dāng)量法），適用于一般碳素鋼和低合金鋼各類(lèi)鍛件，不適用于奧氏體不銹鋼。對(duì)于奧氏體不銹鋼而言，推薦采用ASTM A745/A745M。

1.2 歐盟

EN 10228—3：1998《鋼鍛件的無(wú)損檢測(cè)第3部分：鐵素體和馬氏體鋼鍛件的超聲波檢測(cè)》[3]由歐盟ECISS/TC28制定。該標(biāo)準(zhǔn)分為磁粉、著色、鐵素體和馬氏體鋼鍛件的超聲波檢測(cè)以及奧氏體鋼的超聲波檢測(cè)等部分，不適用于渦輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等要求高的軸鍛件和模鍛件。

1.3 日本

JIS Z2344《金屬材料的脈沖發(fā)射法超聲波檢測(cè)》是由日本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局制定的通用超聲波檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)[4]。日本鑄鍛鋼協(xié)會(huì)針對(duì)船用鍛件，專(zhuān)門(mén)制定了JFSS I3—1982《船用鍛件的超聲波檢測(cè)》，該標(biāo)準(zhǔn)適用于直徑或厚度大于等于200 mm的船用軸系、舵系零件。

2 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)分析

2.1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 4162—2008《鍛制鋼棒超聲波檢測(cè)方法》[5]非等效采用ASTM 2375—04，適用于采用接觸式或液浸式脈沖反射測(cè)量技術(shù)的、直徑為12 mm～250 mm的鍛制鋼棒，不適用于奧氏體不銹鋼。

GB/T 6402—2008《鋼鍛件超聲波檢測(cè)方法》標(biāo)準(zhǔn)的修改采用了 EN 10228—3：1998和 EN 10228—4：1998[6]。

2.2 機(jī)械行業(yè)

JB/T 4730.3—2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第3部分：超聲波檢測(cè)》非等效采用SA 388/388M，目前該標(biāo)準(zhǔn)由NB/T 47013.3—2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第3部分：超聲波檢測(cè)》代替，技術(shù)內(nèi)容沒(méi)有變動(dòng)[7]。

JB/T 8467《鍛鋼件超聲波探傷方法》[8]由SAC/TC506制定，適用于采用橫波或縱波接觸式脈沖反射法的探傷方法，適用于的碳素鋼及低合金鋼鍛件，不適用于不銹鋼鍛件。

2.3 船舶行業(yè)

CB/T 3907—1999《船用鍛鋼件超聲波探傷》，由SAC TC12/SC4制定[9]。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了采用接觸式脈沖反射法的探傷方法，適用于直徑或厚度大于等于100 mm的船用軸系、舵系零件，不適用于不銹鋼鍛件以及內(nèi)徑和外徑比值小于72%的環(huán)形和筒形鍛件的橫波探傷。

3 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

3.1 基本要求對(duì)比

各標(biāo)準(zhǔn)的基本要求對(duì)比見(jiàn)表1[10]。

表1 標(biāo)準(zhǔn)的基本要求對(duì)比

續(xù)表1

3.2 質(zhì)量評(píng)定等級(jí)對(duì)比分析

各標(biāo)準(zhǔn)單個(gè)缺陷評(píng)價(jià)見(jiàn)表2[11]。

各標(biāo)準(zhǔn)缺陷引起的底波降低量評(píng)價(jià)見(jiàn)表3[12]。

各標(biāo)準(zhǔn)密集缺陷的評(píng)價(jià)見(jiàn)表4[13]。

4 船用大型鍛件的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用情況

4.1 船級(jí)社規(guī)范質(zhì)量要求

通常鍛件內(nèi)在質(zhì)量要求應(yīng)包括無(wú)損檢測(cè)具體要求，但由于該鍛件同入級(jí)船級(jí)社有關(guān)，一般遵循入級(jí)船級(jí)社的鍛件材料入級(jí)規(guī)定要求，各主要船級(jí)社具體要求如表5所示[14]。

表2 單個(gè)缺陷評(píng)價(jià)

表3 缺陷引起的底波降低量

表4 密集缺陷的評(píng)價(jià)

表5 主要船級(jí)社質(zhì)量要求

續(xù)表5

圖1 軸系探傷分區(qū)

4.2 鍛件內(nèi)在質(zhì)量要求分析

通常軸系加工工藝一般采用毛坯鋼錠墩粗然后拔長(zhǎng)工藝，或采用鍛造圓鋼錠再次拔長(zhǎng)工藝。通常情況下，缺陷往往于存在拔長(zhǎng)方向，所以在全長(zhǎng)方向以及與其垂直方向（即徑向）進(jìn)行探傷是合理的，ICAS、ABS、DNV&LR均有如此要求[15]。但由于軸在內(nèi)部屬于低應(yīng)力區(qū)域，因此做適當(dāng)?shù)膮^(qū)分是必要的。通常在軸的芯部降低要求是合理，所以一般將軸 1/3D的內(nèi)部作為低應(yīng)力區(qū)比較合理[16]。此外在法蘭盤(pán)頸部、法蘭螺栓孔和安裝螺旋槳的位置，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，要求也應(yīng)更高。

根據(jù)船級(jí)社內(nèi)在質(zhì)量的要求，通過(guò)當(dāng)量缺陷直徑對(duì)比有關(guān)超聲波檢測(cè)的要求分級(jí)，得出的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表6所示[17]。

5 應(yīng)用

通常軸系鍛件應(yīng)進(jìn)行 100%超聲波探傷，并出具報(bào)告。某典型艉軸超聲波探傷報(bào)告示例如表7所示[18]。

6 結(jié)論

超聲波檢測(cè)對(duì)于判斷鍛件質(zhì)量的重要性是顯而易見(jiàn)的，因此，測(cè)試的方法和判斷的標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。正如所有檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的那樣，檢測(cè)合同雙方對(duì)技術(shù)要求的約定應(yīng)明確。因此，建議如下：

1）技術(shù)要求應(yīng)明確采用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，并明確必要的基本要求，包括探傷時(shí)機(jī)、部位、方法等。

2）建議對(duì)于評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)按ICAS REC68的要求，同中國(guó)造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T 34000—2016保持一致。

3）宜修訂CB/T 3907：1999，探測(cè)方法優(yōu)先采用DGS法。