起重机车轮锻件超声波检测方法

起重机车轮锻件的超声波检测（UT）需针对其高承载、循环应力的使用特点，重点检测内部夹杂、裂纹、白点等缺陷。以下是系统化的检测方法及技术要点：

1. 检测标准依据

通用标准

GB/T 6402-2008《钢锻件超声检测方法》

ASTM A388/A388M（大型锻件UT）

JB/T 5000.15-2007《重型机械通用技术条件 锻钢件无损检测》

行业特殊要求

FEM 1.001（欧洲起重机设计规范）

ISO 4306（起重机车轮制造要求）

2. 检测区域优先级

区域高风险缺陷类型检测重点

轮缘踏面 接触疲劳裂纹、表层缺陷 斜探头横波检测（近表面） 

轮辐过渡区 应力集中裂纹、折叠 纵波+横波复合扫查 

轮毂孔周边 周向夹杂、疏松 相控阵全聚焦（TFM）技术 

内部芯部区域 白点、偏析 低频纵波直探头穿透检测 

3. 检测方法选择

(1) 纵波直探头检测（芯部缺陷）

探头参数

频率：2~2.5MHz（碳钢）或1~1.5MHz（合金钢粗晶）

晶片尺寸：Φ20~30mm（车轮厚度通常≥100mm）

灵敏度校准

使用CS-2试块，以Φ4mm平底孔为基准（轮厚≤150mm时）

轮厚＞150mm时，增加二次底波监控（衰减系数≤0.05dB/mm）

(2) 横波斜探头检测（轮缘与轮辐）

探头参数

角度：45°（K1）检测横向缺陷，60°（K2）检测径向缺陷

频率：2MHz（兼顾穿透力和信噪比）

扫查方式

轮缘踏面：沿圆周螺旋扫查（步进≤15mm）

过渡区：45°交叉扫查（覆盖R角应力集中区）

(3) 相控阵超声检测（PAUT）

优势：适用于异形轮辐和轮毂孔检测

参数设置

阵元数：64~128（轮毂区域需高密度扫查）

扇形扫描：角度范围35°~70°，步进0.5°

成像模式

S扫描：实时显示缺陷三维取向

DAC曲线：动态校正衰减影响

4. 耦合与校准

耦合剂：高粘度耦合剂（防止车轮曲面耦合不良）

曲面适配：

轮缘区域使用柔性楔块（曲率半径匹配±5%）

轮毂孔采用专用导波探头（如EMAT无需耦合）

试块选择：

自制仿形试块（含Φ2/Φ4/Φ6mm平底孔）

对比试块材质需与车轮一致（如42CrMo）

5. 缺陷评定与验收

缺陷定量

当量法：对比试块平底孔回波幅度（≤Φ4mm可接受）

测长法：20dB降落法（裂纹类缺陷）

验收标准（以JB/T 5000.15为例）

缺陷类型允许极限

单个缺陷 ≤轮厚5%且≤Φ6mm 

密集缺陷 间距＜30mm且总面积＞2cm²拒收 

线性缺陷 任何长度均拒收 

6. 特殊问题处理

粗晶组织（如35CrMoV）

改用低频双晶探头（0.5~1MHz）

增加时基增益补偿（TCG）

表面淬火层检测

采用表面波探头（频率5MHz）检测淬火层深度（0.5~3mm）

硬化层与基体结合区需100%覆盖扫查

7. 报告与记录

必备内容

车轮分区检测示意图（标注轮缘、轮辐、轮毂检测范围）

缺陷参数（最大当量尺寸、埋深、与应力区距离）

仪器型号（如奥林巴斯OmniScan MX2）

数据存档

相控阵全矩阵捕获（FMC）原始数据

关键区域的B/C扫描图像（含坐标标记）

8. 案例参考

某港口起重机车轮（材质34CrNiMo6，直径Φ1200mm）检测

方法：纵波（2MHz）+ PAUT（128阵元）

发现缺陷：轮辐过渡区Φ5.1mm夹杂群（距表面80mm）

判定：按FEM标准允许修复（钻孔去除后复检合格）

9. 补充技术（可选）

TOFD技术：用于精确测量裂纹高度（如轮缘疲劳裂纹）

激光超声：适用于高温在线检测（如热处理后车轮锻件）

通过定制化UT方案，可有效保障起重机车轮在重载、冲击工况下的安全性。对于特大型车轮（直径＞2m），建议采用自动化扫查系统（如机械臂搭载PAUT）提高检测效率。