球墨鑄鐵件的超聲波測試，以驗證球墨鑄鐵

球墨鑄鐵是一種鐵-碳鑄造材料，其基體包括呈球狀石墨顆粒形式的碳。與石墨鱗片（如灰口鑄鐵）相比，球墨鑄鐵基體中的圓形石墨球具有更大的抗應力集中性，因此可以抑制裂紋的產生。

用球墨鑄鐵鑄造的對安全性至關重要的汽車部件必須進行測試，以驗證它們是否包含正確的球墨百分比，因為這些部件之一的災難性故障可能會導致損壞，傷害甚至生命損失。制造商通常采用破壞性的測試方法，即微結構分析，以驗證樣品零件的正確球狀度。顯微組織分析通常在冶金實驗室進行，充其量只能代表總產量的一小部分樣品。

由于鑄造的汽車部件已用于安全關鍵的應用中，例如在制動和轉向系統中，因此必須對每個鑄造部件的球狀度進行驗證。由于微結構分析是一種破壞性方法，因此該方法使測試的組件無法使用。因此，選非破壞性的測試方法，可以對生產批次中的100％的組件進行測試。超聲波點燙機

聲速

球墨鑄鐵中球度和聲速之間的關系是眾所周知的。通常，聲速隨著結節百分率的降低而降低。生產球墨鑄鐵鑄件的鑄造廠設置聲速接受/拒絕極限，以確保鑄件具有所需的球度。

純鐵，球墨鑄鐵和灰鑄鐵之間的聲速存在一致的差異。通常，純元素鐵的速度約為0.232英寸/微秒（in / μs），球墨鑄鐵的速度約為0.222 in / μs，灰鐵的速度約為0.192 in / μs。給定應用的確速度會根據合金成分，晶粒結構和其他工藝變量而有所不同。

超聲波測試

由于聲速和球度之間的關系，無損超聲測試是測量鑄件球度的理想工具。使用具有已知球度值的代表性“參考”鑄件調整超聲系統。用于參考的參考鑄件的幾何形狀必須在尺寸上代表將要測試的生產零件。

聲速的準確超聲測量需要使用千分尺或游標卡尺確測量測量點處參考鑄件的厚度。該值輸入到測量軟件中，并用于計算聲速。如果測試點的厚度未知，則無法進行準確的速度測量。

具有單晶脈沖回波換能器的超聲波測厚儀和探傷儀可用于手動測量聲速。盡管手動測試對于快速分類模式下的小批量零件的抽查和分類很有用，但與專用的自動檢查系統相比，該技術相對較慢并且受操作人員的影響。對于鑄造生產線中的大批量鑄造檢查，手動測試既不理想，也不實用。

自動化超聲波測試解決方案

生產線中的自動鑄造檢查需要一個系統，該系統包括超聲測試儀，經過特殊改裝的軟件，超聲換能器和數字輸入/輸出（IO）總線。

除了超聲波硬件和軟件外，該系統還使用了一個浸沒罐，特定于零件編號的精密測試夾具，一種用于裝卸零件的裝置（裝卸可以由機器人手動或自動完成，也可以通過取放進行。放置單元）和控制系統，以管理測試順序并根據測試結果分離鑄件。

精密零件編號專用的測試夾具安裝在浸沒罐中，用于相對于超聲換能器定位鑄件。兩個相對的超聲換能器以音高（或通過傳輸）模式配置；測量產生的超聲回波之間的飛行時間并計算聲速。

測試位置必須是鑄件上兩個相鄰的平面平行表面所在的區域。測量精度取決于可重復的鑄件幾何形狀以及相對于傳感器的可重復鑄件位置。機械精度和夾具的清潔度對于保持準確的測試結果很重要。磨損的燈具終必須重新加工或更換。

測量的基本原理如圖5所示。通過水路測量發射器和接收器換能器之間的超聲飛行時間（TOF），而夾具中沒有澆鑄物（圖5； TOF 1）。接下來，測量代表鑄件兩側水路的飛行時間加上聲音在鑄件中完成一次往返所需的時間（圖5； TOF 2）。聲速是根據零件厚度和兩個測得的TOF值計算得出的。

由于溫度會影響聲速，因此浸入式水箱水溫的變化可能會引起聲速測量精度的相應變化。為了大程度地減小這種影響，系統會在每次澆鑄測試后測量水速，并使用此信息來補償澆鑄速度的測量，從而提供與水溫變化無關的準確結果。鑄件溫度的變化也會影響測量精度，如果變化很大，則需要重新調整系統。

聲速測量系統可以快速輕松地進行調整（圖6-11）?？梢詣摻?，存儲和調出特定于零件編號的測試設置，以備后用。需要定期進行系統校準以保持穩定性和準確性。校準包括使用已確認正確球狀度的參比鑄件來調整系統，并確認系統拒絕第二個球狀度不當的參比鑄件。

自動測試

調整完成后，系統將切換到測試模式，并且可以對生產鑄件進行測試。數字IO總線上的“準備測試”信號向操作員或機械系統指示可以裝載一個鑄件。用戶可以達到每分鐘15–30個鑄件的檢查速度，主要限制是鑄件的裝卸。 

鑄件被一對一地裝載到儲罐中的固定裝置中。該軟件根據加載鑄件時產生的超聲回波來識別鑄件的存在，并自動觸發每次測量。將測量值與預設的速度和厚度極限值進行比較，系統會生成可接受或拒絕決策，既可以在屏幕上顯示，也可以作為控制系統的輸出信號。測試后，將鑄件從固定裝置上卸下，并分為合格組和不合格組。

在生產測試期間，可以通過接口上的LED觀察測試順序。LED上顯示準備就緒的零件，零件的位置以及接受/拒絕的分類決定，并在數字IO總線上發出信號。顯示每個測試鑄件的數值速度，厚度和水速測量值。每個鑄件的測量值都繪制在趨勢圖上。接受和拒絕零件以及測試的總零件數由操作員界面上的零件計數器計數和顯示?？梢詫y試結果導出到CSV文件中，以供脫機文檔和分析。

多通道系統可以在同一鑄件上進行多次測量，也可以在獨立的生產線上進行同時測量。通過獨立的通道操作，操作員可以停止并調整一個通道，而其他通道繼續測試。

瑕疵測試

除了進行聲速和厚度測量外，還可以將選定的通道專用于與聲速測量同時進行脈沖回波探傷測試。通常，有兩種類型的缺陷測試適用于鑄件。

疊層檢測用于通過使用位于澆鑄前壁和后壁的超聲波回波之間的剔除門來檢測零件橫截面中的層狀缺陷。表現出前壁或后壁回波損耗或正信號超過缺陷門水平的鑄件將被標記為有缺陷，并且可以拒絕該鑄件。

鑄造特征確認監視預設澆口內部前壁回波的位置，以監視鑄造缺陷，例如澆注時間短（在某個鑄造位置缺少材料）和扭曲（零件的機械變形）。表現出前壁回波損耗的鑄件將被標記為有缺陷，并且可以拒絕該鑄件。

結論

超聲波測試提供了一種可靠的方法來測量聲速，因此可以驗證球墨鑄鐵零件的球度。將超聲測量集成到鑄造生產線的自動化測試系統中，可以快速，可靠地檢查鑄件的100％。需要精que的機械固定裝置以幫助確保鑄件相對于超聲換能器的一致定位。應用軟件使用戶能夠輕松調整系統，并提供穩定，準確的測試結果。除了測量聲速外，還可以使用專用換能器和專用缺陷通道檢測某些鑄造缺陷。