軸類鍛件的超聲波檢測（UT）是確保其內部質量（如夾雜、裂紋、白點、疏松等缺陷）的核心手段，尤其對高負荷傳動軸、轉子軸等關鍵部件需采用多方法組合檢測。以下是系統化的檢測方法及技術要點：

1. 檢測標準依據

國內標準：

NB/T 47013.3-2015（承壓設備無損檢測）

GB/T 6402-2008（鋼鍛件超聲檢測）

國際標準：

ASTM A388/A388M（大型鍛件UT）

ISO 5948（鐵路車軸超聲檢測）

API 6A（石油天然氣行業）

2. 檢測方法選擇

(1) 縱波直探頭檢測（軸向與徑向）

適用缺陷：徑向缺陷（如夾雜、白點）、軸向缺陷（如疏松）

參數設置：

頻率：2~5MHz（常規軸件用2.25MHz，粗晶材料用1MHz）

晶片尺寸：Φ14~30mm（大直徑軸用更大晶片）

靈敏度：以平底孔為基準（如Φ2~6mm，按驗收等級調整）

掃查方式：

軸向檢測：沿圓周螺旋掃查（螺距≤探頭直徑1/2）

徑向檢測：從軸端面入射，檢測橫向缺陷（需考慮聲束覆蓋）

(2) 橫波斜探頭檢測（近表面與周向缺陷）

適用缺陷：表面裂紋、周向分層

參數設置：

角度：45°（K1）或60°（K2），根據缺陷預期取向選擇

折射角校準：用CSK-IA試塊校準K值

掃查方式：

沿軸向和周向鋸齒形掃查（覆蓋所有可能缺陷取向）

(3) 相控陣超聲檢測（PAUT）

優勢：可動態聚焦、多角度掃描，適用于復雜幾何或異形軸

參數設置：

陣元數：32~128（根據軸徑和檢測深度選擇）

扇形掃描：角度范圍30°~70°，步進≤1°

成像模式：

S掃描（扇形掃描成像）

B掃描（軸向或徑向截面視圖）

3. 耦合與校準

耦合劑：

常規：水基凝膠或機油

高溫檢測：耐高溫耦合劑（如硅脂，耐溫≤300℃）

校準試塊：

縱波：CS-1（平底孔試塊）或IIW2（厚試塊）

橫波：CSK-IA（斜探頭校準）

靈敏度校準：

基準波高80%屏高，信噪比≥6dB

4. 缺陷評定與驗收

缺陷定位：

深度計算：缺陷深度 = （缺陷回波時間－始波時間）×聲速/2

聲速校準：碳鋼縱波聲速5920±30m/s，橫波3230±20m/s

缺陷定量：

當量法：對比試塊平底孔回波幅度

測長法：6dB降落法（缺陷長度≥3倍波長時）

驗收標準（以GB/T 6402-2008為例）：

不允許缺陷：

單個缺陷＞Φ4mm當量（高應力區）或Φ6mm（一般區域）

裂紋、白點、連續性缺陷（任何尺寸）

可接受缺陷：

單個Φ2~4mm，間距＞3倍缺陷直徑

5. 特殊問題處理

粗晶材料（如大型合金鋼鍛件）：

改用低頻探頭（0.5~1MHz）

增加濾波抑制噪聲

異形軸（如階梯軸、曲軸）：

采用專用探頭（如小徑管探頭、雙晶探頭）

使用仿形掃查架保證耦合穩定性

高溫檢測（如熱態校直后）：

高溫探頭（耐溫≤300℃）

延遲塊材料選用氧化鋯陶瓷

6. 報告與記錄

必備內容：

檢測工藝卡（探頭參數、靈敏度、掃查方式）

缺陷分布圖（標注位置、深度、當量大小）

儀器型號（如奧林巴斯EPOCH 650或GE USM Go）

數據存檔：

A掃描波形（帶時基和幅度標記）

PAUT的S掃描或B掃描圖像

案例參考

某汽輪機轉子軸檢測（材料30Cr2Ni4MoV，直徑Φ600mm）：

采用縱波（2MHz）+ PAUT組合，發現Φ3.8mm夾雜群，經解剖驗證誤差＜0.3mm。

按ASTM A388驗收，判定合格（缺陷間距＞50mm）。

7. 補充技術（可選）

TOFD（衍射時差法）：用于***測量裂紋高度（如核電轉子軸）

電磁超聲（EMAT）：無需耦合劑，適合表面粗糙或高溫環境

通過規范化的UT流程，可有效控制軸鍛件的內部質量風險。對于關鍵部件（如航空發動機軸），建議結合滲透檢測（PT）或磁粉檢測（MT）進行表面缺陷全覆蓋。