各位老铁们好，相信很多人对大型船舶挂舵臂铸钢部件的无损检测与瑕疵修复技术解析都不是特别的了解，因此呢，今天就来为大家分享下关于大型船舶挂舵臂铸钢部件的无损检测与瑕疵修复技术解析以及的问题知识，还望可以帮助大家，解决大家的一些困惑，下面一起来看看吧！
近年来，随着32.5/40万吨矿砂船、30.8万吨油船及2.0/2.1万箱集装箱船的大量建造，船舶的大型化趋势日益明显。船舶的大型化也意味着挂舵臂铸钢件的大型化，以CCS检验的32.5万吨矿砂船挂舵臂铸钢件为例，单体粗加工交货状态下重量达到了205吨，所需总钢水量达到330吨，使用多达4炉钢水浇注。这也给挂舵臂铸钢件制造中的质量控制、缺陷检测和修复提出了更高的要求。
◆ 大型铸钢件工艺及常见缺陷分析
进行挂舵臂铸钢件产品检验时，应结合工艺梳理其制造难点和易出现的问题，可以帮助验船师在检验过程中关注产品易出现的问题，更好地把控产品质量。
以32.5万吨矿砂船的挂舵臂铸钢件为例，其生产工序繁多，主要分为钢水冶炼和铸造两大步骤。
图1 挂舵臂冶炼工艺流程图
铸造过程则为水玻璃砂型铸造，铸造工艺流程见图2。32.5万吨矿砂船挂舵臂使用地坑组芯造型，铸造工艺设计为平浇，见图3。铸件实体处于平躺状态，选择高度方向的对称中分面为铸件分型面，分为上、下型浇注，内腔采用整体芯子，芯盒采用钢骨架结构。
图2 挂舵臂铸造工艺流程图
图3 挂舵臂浇注示意图
从生产工艺来看，挂舵臂铸钢件的生产工序较多，钢水的质量、砂型的性能、造型紧实度控制、合箱时型腔质量控制、浇注温度和速度、开箱温度、热处理控制等各个环节都会影响最终的产品质量。
挂舵臂形状复杂，主体为薄壁长筒结构，两端分别连接厚大的下舵承和下舵钮结构。由于薄壁长筒与下舵承和下舵钮部分壁厚相差悬殊，铸件在凝固收缩过程中两部分连接处容易产生热裂纹。
由于挂舵臂主体薄壁长筒的结构特点，需要使用型芯和型腔进行组合造型。为了支撑巨大的型芯，需要使用型芯撑来连接型芯和型腔，型芯撑的融合问题需要在后续检验时特别注意。
在检验过程发现，铸钢件常见的缺陷有：裂纹、气孔、夹砂、夹杂、缩孔、疏松、内冷铁未熔合、型芯撑未熔合等。容易出现缺陷的位置：圆弧过渡部位、浇冒口根部、铸造工艺拉筋处、夹渣夹砂部位、有气割和碳弧气刨痕迹处、焊补修复处、使用过程中有可能承受高应力部位。
图4 表面冷裂纹 图5 表面热裂纹
裂纹分为热裂纹和冷裂纹。热裂纹多呈不规则曲线，裂缝内表面比较粗糙且呈氧化铁黑褐色无金属光泽，产生原因为钢水在凝固过程中内部应力造成，如开箱过早，铸件凝固收缩时受型砂的阻力等；冷裂纹线条细且直，裂缝内表面洁净且呈金属光泽或轻微氧化色，形成原因为在凝固过程中冷却不均匀，局部应力集中，超过金属的弹性极限。
图6 型芯撑未熔合产生的裂纹
图7 夹渣 图8 缩松
夹渣的产生原因为铸件凝固过程中钢水中的非金属夹杂物上浮至铸件上表面所致。缩松是最后凝固部分的残留液体金属由于温度梯度小而同时凝固，晶粒之间和枝晶之间形成的细小通道使外部液体金属很难通过，而无法给予补缩的结果。
图9 夹砂/砂眼 图10 气孔
夹砂/砂眼：型腔未清理干净或者造型紧实度不够，浇注过程中钢水冲刷型腔所致。气孔：型腔/型芯产生的气体或钢水中的气体没有在铸件凝固前排出去所致。
◆ 挂舵臂铸钢件的无损探伤
挂舵臂铸钢件在使用过程中主要受到弯曲应力的作用，高应力区域主要出现在外表面和近表面区域。故产品表层区域的缺陷对其安全性能影响最大。应目视检查整个铸钢件的表面，核查是否有缺陷存在；对于受到形状影响应力集中的重要部位，应采用磁粉探伤检查；对于后续仍需加工的部位，则应使用超声波的方法确认加工面无缺陷。
1、挂舵臂铸钢件的表面目视检查和磁粉探伤
挂舵臂铸钢件的表面检查包括目视检查和磁粉探伤。目视检查应覆盖整个产品的表面，在检查之前，产品表面应无氧化皮、油污、油漆、水垢等。
磁粉探伤应GB9444或IACSRec.69(优先)的要求进行。磁粉检查的部位应按照标准的规定进行。应重点检查所有批准图纸指明的部位，填角和截面突变处，焊接坡口处宽度30mm的范围内，型芯撑处，用气割、火焰清理或碳弧气刨加工过的部位，焊补修复处，使用中有可能承受高应力部位及铸造工艺中设置外冷铁和铸筋的位置等。
2、超声波探伤
根据CCS的相关要求，铸钢件超声波检测时依据的标准为 IACS Rec.69(优先)、GB/T 7233及ASTM A609。
由于铸钢件晶粒粗大，不易选择太高的探测频率，超声波扫查应采用1MHZ～4MHZ(通常2MHz)的频率。
应合理选择适合的探头。在平行截面处，应选择直探头用于探测探头耦合情况和材料的衰减情况；在机加工表面，应选用双晶直探头做25mm深度范围的近表面检查；在机加工孔、圆角区域及确定缺陷的范围和位置时应选用适当角度的斜探头进行探伤。
超声波探伤的部位及验收标准按照标准的要求进行，应特别注意浇冒口的位置及使用过程中可能会出现高应力的区域。
由于单晶直探头存在近场盲区，在探测铸钢件近表面的缺陷(≤50mm)时，严禁使用单晶直探头，而应采用双晶直探头或斜探头。
3、相控阵超声检测技术(PAUT)的使用
PAUT技术也被用于32.5万吨矿砂船挂舵臂铸钢件的超声波探伤中。PAUT是一种依据设定的聚焦法则对阵列探头各个单元在发射或接收声波时施加不同的时间延迟(或电压)，通过波束形成实现检测声束的移动、偏转和聚焦等功能的超声检测成像技术。
通过检验发现，PAUT技术可有效检测出铸钢件轴孔位置所关注区域的内部缺陷，与传统的A脉冲超声波检测技术结果基本一致。
传统的A脉冲超声波检测技术无法直接快速判断缺陷的形状，需要与标准试块进行对比，且探伤结果无法数字化储存；使用PAUT技术C扫描成像的缺陷检测方式，可以更加准确的判断缺陷的形状，更容易判断出缺陷的性质，检测原始数据可数字化存储，易于追溯，具有一定的优势。
但PAUT由于使用条件的限制，仅可用于轴孔表面这样的规则区域，而无法像传统A脉冲超声波检测技术那样可适用于铸钢件所有的复杂表面，使用具有一定的局限性。
图11 PAUT在挂舵臂无损探伤中的使用
◆ 铸钢件缺陷的修补
通过前文可以发现，缺陷的存在会大大降低铸钢件的疲劳强度，必须采用合适的手段对缺陷进行处理。本部分基于在32.5万吨挂舵臂铸钢件检验中遇到的缺陷修复实例进行分析。
按照CCS材料与焊接规范的规定，铸钢件的缺陷按照修补程度分级可分为大焊补、小焊补、修饰性焊补和不必焊补的修理。当检验过程中发现缺陷时，应按照规范的要求对缺陷进行分级，以确定后续的修复措施。
焊补前需要进行铸钢件缺陷修复工艺认可，此项工艺认可是CCS对铸钢件生产企业进行工厂认可和对其进行生产的铸钢件开展检验工作的必要条件。焊补的过程应严格此缺陷修补认可工艺及CCS材料与焊接规范的要求。
1、缺陷的发现和初步清理
本实例缺陷位于挂舵臂大端轴孔处，经超声波(斜探头)测定：长度沿着轴线方向、长度约300mm，断面沿径线方向向内部扩展，最大深度约60mm。
图12 超声波探伤(斜探头)
图13 缺陷位置示意
CCS规范要求铸钢件缺陷可采用打磨、机加工，或鈚凿加打磨，或气割或碳弧气刨加打磨的方法去除。重要铸件采用气割或碳弧气刨铲除缺陷时，可视铸件的化学成分、缺陷大小和性质，进行必要的预热。本次缺陷的清除采用了碳弧气刨加砂轮打磨的方法，鉴于缺陷较大，而且缺陷位于轴孔关键位置，缺陷清除前将缺陷部位及附近预热到150℃以上。
图14 缺陷初步清除
2、坡口质量检查
CCS规范规定铸钢件缺陷剔除后，应进行无损检测以证实缺陷被完全消除。若属于需要修补的焊补时，所有开槽的底部应具有3倍槽深的直径，且剔除缺陷时应使坡口形状能够方便后续的焊接操作。此外，大焊补的坡口形状还要满足CCS已经批准的铸钢件焊补WPS(NO.JTHP-007)的要求，坡口角度大于15°。
本次修复严格按照WPS和规范的要求，打磨坡口，坡口的角度应大于焊补工艺WPS的坡口角度，底部圆弧过渡，并经MT检验合格。焊接前焊补位置及周围70mm范围内所有油污、水、锈等脏污彻底清除。坡口清理完毕后测得坡口尺寸为470×120×60mm。
图15 坡口质量检查
3、焊接前预热
规范要求碳钢和碳锰钢铸钢件应根据其化学成分、缺陷的大小和位置进行预热。如果拟补焊的是重大缺陷，则在补焊前，铸钢件应进行细化晶粒处理。本次焊补属于重大缺陷焊补，焊补前对缺陷部位进行局部火焰预热4h后，在坡口附近70mm范围内测温，150～200℃开始焊接。
4、焊材规格
铸钢件缺陷的焊补应采用经认可的低氢型焊接材料，其焊缝的熔敷金属应具有不低于铸钢件母材规定的力学性能。在实际操作时，应按照焊接工艺评定WPS进行选择，本次焊补选择药芯焊丝E501T-1(THY-51B)，直径φ1.2mm。
5、焊接参数
焊接参数应按照批准的WPS进行选择，本次焊接参数控制为：直流反接，电流220～280A，电压25～35V。CO2气体流量20～25L/min。
6、焊接过程控制
(1) 焊接过程避开风口，焊接电流严格控制在规定范围之内；
(2) 焊接时控制层间温度为150～200℃；
(3) 填充焊控制焊接速度不要过快，不应产生弧坑以免产生裂纹；
(4) 焊接时摆动范围≤14mm，打底焊不允许摆动；
(5) 每层焊后均需清理焊道；
(6) 焊补过程中如果发现有裂纹、未熔合、未焊透、夹渣、气孔等影响质量的缺陷，应将缺陷去除后方可继续补焊；
(7) 焊后焊缝表面与铸件外轮廓圆滑过渡，无缺肉、咬边、隆起或凹陷。
7、焊后热处理
规范要求，焊补完毕后，铸钢件应进行温度不低于550℃的消除应力的热处理，或根据铸件化学成分、修补尺寸、位置和特点进行适当的热处理。经过综合评估，本次焊补采用局部火焰加热去除应力，焊道处加热至560℃后保温时间≥6h，整个热处理去应力过程要求封闭操作，并采用耐火材料覆盖缓冷。
图16 焊后热处理
8、焊后探伤检查
在焊后热处理后，焊补处及其临近的母材应打磨光滑，使用原来的无损探伤方法做复查，以确保修补处的质量满足要求。
本次缺陷修补，保温冷却48小时后按照IACS. REC.69的要求对缺陷周围进行了超声波和磁粉探伤。超声波探伤采用直探头和斜探头，尽可能地覆盖缺陷可能出现的各个方向。经无损探伤未发现超标缺陷。
图17 焊后探伤检验
9、缺陷原因分析及改进措施
该缺陷位于轴孔中间部位，相对于较厚的两侧截面，此位置最薄，在凝固过程中降温最快，最先凝固，而此时两侧厚大部位仍有液相存在。随着时间增加，两侧逐渐凝固会产生收缩应力，两侧的应力会在此缺陷位置集中。但由于铸件温度较高，并无较高强度，在应力拉扯情况下，容易开裂。再者，若此位置再有夹砂之类的缺陷，便有了裂纹源，在应力集中的情况下，更容易产生热裂纹。
用户评论
这篇文章太棒了！对大型船用挂舵臂铸钢件进行无损探伤，然后对缺陷进行修复，这简直是重大的进步啊！以前修这些铸件可真不轻松呢，现在想来真是让人省心很多。
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船舶工业一直都很注重可靠性和安全性的问题，这篇博文探讨的“大型船用挂舵臂铸钢件的无损探伤和缺陷修复”非常重要，希望这方面的技术能够更加普遍化，造福更多行业。
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<h2 style="font-weight:bold; font-size:small;">请问作者是如何确定哪种工艺更适合哪个类型的缺陷呢？<br></h2>
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大型船用挂舵臂铸钢件在工作环境下承受很大的压力，一旦出现缺陷后果不堪设想！这篇博文提到的无损探伤技术简直太牛了，能够提前发现藏在深处的裂纹和气孔，真是让人放心很多。
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虽然这篇文章很专业，但我还是感觉有些难以理解，希望能有更具体的案例分析，比如一些实际应用情况的数据，这样更容易明白方法的有效性和价值。
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我对缺陷修复技术很感兴趣！博文提到了一些常用的材料和工艺，请问这种修复技术在耐久性上能达到什么水平呢？
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最近正好研究大型船舶设计，看到这篇关于无损探伤的文章感觉非常贴切。文章的内容很有深度，希望以后能看到更多关于这方面的研究成果！
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作为一名船舶工程师，我常常遇到这类铸钢件的缺陷问题，本文提出的解决方法非常实用，期待能够将其应用到我们的实际工作中！
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大型船用挂舵臂铸钢件对于航行安全至关重要，无损探伤和缺陷修复技术的应用可以有效保障安全的航行环境。文章内容详实翔实，讲解到位！
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这篇文章给我很多启发！以前我理解的船舶制造就停留在表面加工阶段，没想到内部细节也如此复杂! 以后会更加关注大型船用挂舵臂铸钢件的设计和维护问题！
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说实话，我对这些专业的技术术语不太了解。希望以后文章能尽量使用通俗易懂的语言，这样更容易让大众理解。
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作者分析透彻，对“大型船用挂舵臂铸钢件”进行无损探伤和缺陷修复的方法介绍非常清楚详细，是一篇非常有用的专业文献！
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<h2 style="font-weight:bold; font-size:small;">请问这篇博文里提到的各种检测技术各有优缺点吗？哪种方法更适合船舶这种特殊环境下使用呢？<br></h2>
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我印象中大型船用挂舵臂铸钢件的寿命还是比较长的，无损探伤和缺陷修复真的必要吗？难道不能采取一些预防措施来避免这类问题？
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这篇博文让我了解到大型船用挂舵臂铸钢件不仅需要考虑外观设计，内部质量同样重要！ 无损探伤技术真是一项进步，可以帮助提高工程的可靠性和安全性。
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作为一名机械维修工程师，对文章中提到的“无损探伤”和“缺陷修复”技术的了解深度不足，希望作者 能提供更多具体的案例分析，以便更好地理解它们的应用原理和实践操作。
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船舶制造行业的技术更新换代速度越来越快，这篇文章及时地介绍了最新的探伤技术，为我们更新知识提供了很好的平台!
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这个角度真是非常独特！ 从“大型船用挂舵臂铸钢件”的角度出发进行探讨，很有价值，并提到了当前船舶业的一些技术瓶颈，令人深思
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