王建斌

摘要：隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的性能指標(biāo)也不斷提高，在機(jī)械制造過(guò)程中由于各種不確定因素影響產(chǎn)品質(zhì)量，為了解決這一問(wèn)題，把超聲波檢測(cè)技術(shù)引入機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程中，也進(jìn)一步要求掌握超聲波現(xiàn)代技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用，進(jìn)而對(duì)金屬零件進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，確保零件的性能使用壽命，促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)在工業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，本文主要對(duì)機(jī)械行業(yè)中超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探究分析。

Abstract： With the rapid development of my country’s industry， the performance indicators of mechanical products have also been continuously improved. In the process of mechanical manufacturing， various uncertain factors affect product quality. In order to solve this problem， ultrasonic testing technology is introduced into mechanical product manufacturing. In the process， it is further required to master the application of modern ultrasonic technology and equipment， and then to evaluate the quality of metal parts， to ensure the performance and service life of the parts， and to promote the stable development of my country's current industry. This article mainly explores the application of ultrasonic testing technology in the machinery industry analysis.

關(guān)鍵詞：超聲波;機(jī)械;檢測(cè);質(zhì)量

Key words： ultrasonic;machinery;inspection;quality

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.41? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）21-0164-02

1? 超聲波檢測(cè)技術(shù)概述

超聲波頻率高于20000Hz，超出了人耳所能感受的范圍，主要利用材料中缺陷的聲學(xué)性能差異，對(duì)超聲波傳播過(guò)程中的反射狀況和穿透時(shí)間的變化來(lái)判別金屬內(nèi)部缺陷的檢測(cè)方法。超聲波檢測(cè)主要原理是通過(guò)回波發(fā)生的位置、強(qiáng)度、聲程和波形來(lái)對(duì)工件內(nèi)部的情況進(jìn)行評(píng)定。由于整個(gè)檢測(cè)過(guò)程對(duì)金屬無(wú)損傷，因此在機(jī)械行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，主要檢測(cè)金屬零件內(nèi)部質(zhì)量，提高機(jī)械生產(chǎn)制造過(guò)程中的質(zhì)量把控，進(jìn)而為我國(guó)工業(yè)行業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[1]。

2? 超聲波在機(jī)械制造中的應(yīng)用

2.1 超聲波測(cè)量距離

在零件實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，隨著智能化的推進(jìn)，機(jī)械制造業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)零件精度的要求越來(lái)越高，為了在檢測(cè)過(guò)程中不對(duì)零件造成損傷，超聲波測(cè)量技術(shù)得到了很好的應(yīng)用，通過(guò)脈沖信號(hào)穿透被測(cè)對(duì)象得到的反射波，以反射波的時(shí)間差計(jì)算被測(cè)物體的測(cè)量距離與真實(shí)的距離進(jìn)行核算，對(duì)金屬零件的外形尺寸和規(guī)格進(jìn)行檢測(cè)，保證材料、結(jié)構(gòu)的完整性，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)水平，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化和智能化發(fā)展，為后期機(jī)械生產(chǎn)加工方面提供扎實(shí)的基礎(chǔ)[2]。

2.2 超聲波探傷

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各個(gè)行業(yè)指標(biāo)越來(lái)越高，機(jī)械材料受到外界環(huán)境的影響，極易導(dǎo)致機(jī)械零件出現(xiàn)裂紋或者內(nèi)部問(wèn)題，降低機(jī)械產(chǎn)品的使用性能和壽命。但是出現(xiàn)超聲波檢測(cè)技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸被測(cè)工件，不會(huì)對(duì)工件造成二次損傷，且靈敏度極高，進(jìn)一步確定零件內(nèi)部出現(xiàn)缺陷的位置和大小，確保檢測(cè)質(zhì)量，促進(jìn)現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)健康發(fā)展。

2.3 超聲波在機(jī)械行業(yè)檢測(cè)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

超聲波在檢測(cè)過(guò)程中把能量集中在特定的方向上，且沿著直線傳播，具有良好的指向性。在傳播過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)衰減后者反射，利用這一特性，可以根據(jù)反射時(shí)間差確定缺陷的位置達(dá)到探傷的作用。超聲波在固體中的傳輸損失很小，探測(cè)深度大，由于超聲波在異質(zhì)界面上會(huì)發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象，尤其是不能通過(guò)氣體固體界面。如果金屬中有氣孔、裂紋、分層等缺陷（缺陷中有氣體）或夾雜，超聲波傳播到金屬與缺陷的界面處時(shí)，就會(huì)全部或部分反射。反射回來(lái)的超聲波被探頭接收，通過(guò)儀器內(nèi)部的電路處理，在儀器的熒光屏上就會(huì)顯示出不同高度和有一定間距的波形?？梢愿鶕?jù)波形的變化特征判斷缺陷在工件中的深度、位置和形狀超聲探傷不僅檢測(cè)范圍廣，靈敏度高，速度快，而且對(duì)工件不會(huì)造成二次損傷[3]。

2.4 超聲波在鍛件內(nèi)部常見(jiàn)缺陷的應(yīng)用

超聲波檢測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于鍛件內(nèi)部缺陷的檢測(cè)中，鍛件內(nèi)部缺陷根據(jù)形成機(jī)理不同可分為冶金缺陷和鍛造缺陷。在鍛造行業(yè)中，最有效也是最常使用的檢測(cè)手段就是超聲無(wú)損檢測(cè)，不僅對(duì)鍛件不會(huì)造成二次損傷，還能對(duì)鍛件的內(nèi)部缺陷的類(lèi)型進(jìn)行準(zhǔn)確地定性，通過(guò)超聲波回波特性可以分析出缺陷特征主要有密集性缺陷、延展性缺陷和點(diǎn)狀缺陷，超聲波這一檢測(cè)特性不僅提高鍛造工藝和鍛件的產(chǎn)品質(zhì)量，還增加產(chǎn)品的使用壽命[4]。

3? 超聲波檢測(cè)設(shè)備

3.1 超聲波檢測(cè)前的準(zhǔn)備

在對(duì)工件實(shí)施超聲波檢測(cè)技術(shù)前首先要熟悉被檢工件的材質(zhì)、規(guī)格、焊接方法、熱處理狀態(tài)等一些基本信息，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和現(xiàn)場(chǎng)情況選擇合適的儀器，探頭和試塊，對(duì)儀器進(jìn)行水平線性和垂直線性進(jìn)行測(cè)定，對(duì)探頭進(jìn)行前沿、折射角、分辨力進(jìn)行校準(zhǔn)，最后調(diào)節(jié)脈沖水平距離、深度和聲程，完成檢測(cè)前的準(zhǔn)備工作。

3.2 超聲波檢測(cè)探頭的選擇

在超聲波檢測(cè)中探頭的選擇對(duì)檢測(cè)質(zhì)量有一定的影響，常用的超聲波探頭有壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波又可以接收超聲波，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中主要有垂直探頭和斜探頭，為了提高靈敏度一般選擇斜探頭可以盡最大程度上發(fā)現(xiàn)垂直裂紋，同時(shí)借助相應(yīng)的管控措施，對(duì)超聲波檢測(cè)水平與質(zhì)量進(jìn)行保證。

3.3 超聲波檢測(cè)耦合劑的選擇

在現(xiàn)代超聲波檢測(cè)過(guò)程中為了增強(qiáng)超聲波的穿透力，耦合劑就顯得極其重要，并且很大程度上決定了檢測(cè)結(jié)果的正確性。對(duì)此相關(guān)檢測(cè)單位必須選擇一些具有良好透聲性且聲阻抗與機(jī)械工件聲阻抗一致的耦合劑，從而提高超聲波檢測(cè)耦合的質(zhì)量，促進(jìn)超聲波檢測(cè)整體水平的提高。

3.4 超聲波使用儀器的選擇

根據(jù)調(diào)研資料顯示，現(xiàn)在超聲波檢測(cè)儀器主要有數(shù)字式和模擬式兩種類(lèi)型為主，同時(shí)也可以分為脈沖反射式、穿透式及共振式檢測(cè)儀幾類(lèi)，數(shù)字式主要用于一些工況較為簡(jiǎn)單的時(shí)候，且檢測(cè)設(shè)備占地面積較小。穿透式檢測(cè)儀在使用過(guò)程中靈敏度較低，且操作過(guò)程難度較大，極易出現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確性，對(duì)超聲波檢測(cè)水平造成一定的影響。因此相關(guān)單位需要遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，合理的選擇超聲波檢測(cè)儀器，了解每種測(cè)量?jī)x器的使用環(huán)境和精度，避免測(cè)量?jī)x器在日常使用中出現(xiàn)問(wèn)題，提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量和精度[5]。

4? 超聲波檢測(cè)方法

4.1 判斷缺陷位置

通過(guò)探頭把超聲波發(fā)射在被測(cè)物體內(nèi)部，產(chǎn)生的反射和折射后產(chǎn)生的回波信號(hào)被探頭接收，利用時(shí)間差計(jì)算缺陷位置且顯示器對(duì)其位置進(jìn)行顯示。借助反射波對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)制，根據(jù)燈光的亮與暗進(jìn)行對(duì)比，如果出現(xiàn)缺陷問(wèn)題，燈光亮度大，如果無(wú)缺陷亮度低，相關(guān)檢測(cè)人員根據(jù)燈光的變化情況低缺陷進(jìn)行判斷。還可以通過(guò)顯示器對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行顯示，把缺陷問(wèn)題和實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比顯示，不僅提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，還更加明確的反映出缺陷問(wèn)題的情況和位置，檢驗(yàn)人員可以制定出更加科學(xué)合理完善的方案在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)用，確保后續(xù)工作的順利完成。

4.2 聲束和焊核尺寸

超聲波的聲束直徑是由探頭中的壓電晶片決定的，如果焊核尺寸比聲束直徑小的時(shí)候，檢測(cè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象，則檢測(cè)人員確定焊核尺寸小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定尺寸，如果焊核尺寸比聲束直徑大的時(shí)候，主要出現(xiàn)地面反射現(xiàn)象，則檢測(cè)人員確定焊核尺寸與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一致。

4.3 超聲波導(dǎo)波射頻的特點(diǎn)

在對(duì)被測(cè)工件進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中，超聲導(dǎo)波技術(shù)采用機(jī)械應(yīng)力沿著延伸結(jié)構(gòu)傳播，隨著傳播距離的延長(zhǎng)而衰減，主要應(yīng)用于金屬管道的檢測(cè)。當(dāng)超聲波一特定角度向管道內(nèi)發(fā)射時(shí)，管道表面會(huì)對(duì)其超聲一定的發(fā)射效應(yīng)，促使機(jī)械振動(dòng)只能在管壁內(nèi)部傳遞形成導(dǎo)波，導(dǎo)波很容易受到管道材質(zhì)和尺寸規(guī)格的影響，為了減小這一影響，必須合理的選擇導(dǎo)波形式，且對(duì)探頭進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，得到想要的檢測(cè)效果[6]。

5? 超聲波檢測(cè)參數(shù)設(shè)置

5.1 工件材料設(shè)置參數(shù)

采用超聲波技術(shù)檢測(cè)機(jī)械產(chǎn)品的過(guò)程中，為了提高檢測(cè)精度和評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性，首先檢測(cè)員需要依據(jù)工件材料進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，不同的材料波的類(lèi)型的傳播速度不一，例如對(duì)于鋁制材料的工件，選擇橫波，速度為3130m/s，選擇縱波，速度為6300m/s，還需把基線水平調(diào)至100mm左右，只有合理的設(shè)置參數(shù)才能保準(zhǔn)結(jié)果的可信度。

5.2 嚴(yán)格檢測(cè)工件表面

在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)過(guò)程中，毛刺、油污和氧化皮都會(huì)影響檢測(cè)的精度和準(zhǔn)確性，因此在檢測(cè)前相關(guān)人員需要對(duì)工件表面進(jìn)行高效處理，根據(jù)固定的流程對(duì)氧化皮、毛刺和油污進(jìn)行處理，有必要的情況可以對(duì)被測(cè)件進(jìn)行熱處理，保證被測(cè)件能夠滿(mǎn)足超聲波檢測(cè)的需要。

6? 超聲波探傷試塊制作

6.1 合理選擇試塊人工反射體

超聲波試塊主要用于儀器探頭校準(zhǔn)，性能測(cè)試，為了保證準(zhǔn)確性，對(duì)于試塊的材料，熱處理狀態(tài)，表面粗糙度，外形和尺寸有著嚴(yán)格的要求。因此相關(guān)單位和人員需要科學(xué)的選擇試塊人工反射體作為缺陷的當(dāng)量比照，為檢測(cè)質(zhì)量提供基礎(chǔ)。

6.2 選擇試塊的規(guī)格型號(hào)

針對(duì)機(jī)械行業(yè)金屬零件的檢測(cè)，常見(jiàn)的超聲波試塊有CSK-IA、CSK-IB等規(guī)格的試塊，這兩種試塊體積小，便于攜帶且操作方便，被廣泛用各類(lèi)工件檢測(cè)來(lái)校準(zhǔn)，只有合理的選擇試塊的規(guī)格型號(hào)，才能進(jìn)一步提高檢測(cè)質(zhì)量和精度。

7? 總結(jié)

通過(guò)介紹超聲波的檢測(cè)原理、方法、參數(shù)設(shè)置及試塊制作要求，了解到超聲波檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)的重要性，實(shí)現(xiàn)了金屬工件無(wú)接觸式檢測(cè)，降低了檢測(cè)對(duì)工件的二次損傷。隨著現(xiàn)代制造業(yè)的飛速發(fā)展，相關(guān)單位和人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，強(qiáng)化質(zhì)量生產(chǎn)要求，提高檢測(cè)技術(shù)水平，確保機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量，使用壽命和機(jī)械性能，為我國(guó)裝備制造行業(yè)把控質(zhì)量關(guān)，加快我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品走向國(guó)際化的腳步。

參考文獻(xiàn)：

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[2]肖全旺.超聲波方法進(jìn)行石油機(jī)械結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)[J].石化技術(shù)，2016，23（10）：250.

[3]張旻澍，謝安，李世瑋.超聲波檢測(cè)在半導(dǎo)體工藝中的應(yīng)用[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2013，38（10）：792-796.

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[6]楊年，宋瑞祥.超聲波檢測(cè)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新，2018（06）：152-153.