轴类锻件的超声波检测（UT）是确保其内部质量（如夹杂、裂纹、白点、疏松等缺陷）的核心手段，尤其对高负荷传动轴、转子轴等关键部件需采用多方法组合检测。以下是系统化的检测方法及技术要点：

1. 检测标准依据

国内标准：

NB/T 47013.3-2015（承压设备无损检测）

GB/T 6402-2008（钢锻件超声检测）

国际标准：

ASTM A388/A388M（大型锻件UT）

ISO 5948（铁路车轴超声检测）

API 6A（石油天然气行业）

2. 检测方法选择

(1) 纵波直探头检测（轴向与径向）

适用缺陷：径向缺陷（如夹杂、白点）、轴向缺陷（如疏松）

参数设置：

频率：2~5MHz（常规轴件用2.25MHz，粗晶材料用1MHz）

晶片尺寸：Φ14~30mm（大直径轴用更大晶片）

灵敏度：以平底孔为基准（如Φ2~6mm，按验收等级调整）

扫查方式：

轴向检测：沿圆周螺旋扫查（螺距≤探头直径1/2）

径向检测：从轴端面入射，检测横向缺陷（需考虑声束覆盖）

(2) 横波斜探头检测（近表面与周向缺陷）

适用缺陷：表面裂纹、周向分层

参数设置：

角度：45°（K1）或60°（K2），根据缺陷预期取向选择

折射角校准：用CSK-IA试块校准K值

扫查方式：

沿轴向和周向锯齿形扫查（覆盖所有可能缺陷取向）

(3) 相控阵超声检测（PAUT）

优势：可动态聚焦、多角度扫描，适用于复杂几何或异形轴

参数设置：

阵元数：32~128（根据轴径和检测深度选择）

扇形扫描：角度范围30°~70°，步进≤1°

成像模式：

S扫描（扇形扫描成像）

B扫描（轴向或径向截面视图）

3. 耦合与校准

耦合剂：

常规：水基凝胶或机油

高温检测：耐高温耦合剂（如硅脂，耐温≤300℃）

校准试块：

纵波：CS-1（平底孔试块）或IIW2（厚试块）

横波：CSK-IA（斜探头校准）

灵敏度校准：

基准波高80%屏高，信噪比≥6dB

4. 缺陷评定与验收

缺陷定位：

深度计算：缺陷深度 = （缺陷回波时间－始波时间）×声速/2

声速校准：碳钢纵波声速5920±30m/s，横波3230±20m/s

缺陷定量：

当量法：对比试块平底孔回波幅度

测长法：6dB降落法（缺陷长度≥3倍波长时）

验收标准（以GB/T 6402-2008为例）：

不允许缺陷：

单个缺陷＞Φ4mm当量（高应力区）或Φ6mm（一般区域）

裂纹、白点、连续性缺陷（任何尺寸）

可接受缺陷：

单个Φ2~4mm，间距＞3倍缺陷直径

5. 特殊问题处理

粗晶材料（如大型合金钢锻件）：

改用低频探头（0.5~1MHz）

增加滤波抑制噪声

异形轴（如阶梯轴、曲轴）：

采用专用探头（如小径管探头、双晶探头）

使用仿形扫查架保证耦合稳定性

高温检测（如热态校直后）：

高温探头（耐温≤300℃）

延迟块材料选用氧化锆陶瓷

6. 报告与记录

必备内容：

检测工艺卡（探头参数、灵敏度、扫查方式）

缺陷分布图（标注位置、深度、当量大小）

仪器型号（如奥林巴斯EPOCH 650或GE USM Go）

数据存档：

A扫描波形（带时基和幅度标记）

PAUT的S扫描或B扫描图像

案例参考

某汽轮机转子轴检测（材料30Cr2Ni4MoV，直径Φ600mm）：

采用纵波（2MHz）+ PAUT组合，发现Φ3.8mm夹杂群，经解剖验证误差＜0.3mm。

按ASTM A388验收，判定合格（缺陷间距＞50mm）。

7. 补充技术（可选）

TOFD（衍射时差法）：用于***测量裂纹高度（如核电转子轴）

电磁超声（EMAT）：无需耦合剂，适合表面粗糙或高温环境

通过规范化的UT流程，可有效控制轴锻件的内部质量风险。对于关键部件（如航空发动机轴），建议结合渗透检测（PT）或磁粉检测（MT）进行表面缺陷全覆盖。