基于超聲波檢測在機械行業(yè)工程中的應(yīng)用探究

王建斌

摘要：隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，針對機械產(chǎn)品的性能指標(biāo)也不斷提高，在機械制造過程中由于各種不確定因素影響產(chǎn)品質(zhì)量，為了解決這一問題，把超聲波檢測技術(shù)引入機械產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中，也進一步要求掌握超聲波現(xiàn)代技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用，進而對金屬零件進行質(zhì)量評價，確保零件的性能使用壽命，促進我國現(xiàn)在工業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，本文主要對機械行業(yè)中超聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用進行探究分析。

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;機械;檢測;質(zhì)量

Key words： ultrasonic;machinery;inspection;quality

中圖分類號：TP391.41? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）21-0164-02

1? 超聲波檢測技術(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，對超聲波傳播過程中的反射狀況和穿透時間的變化來判別金屬內(nèi)部缺陷的檢測方法。超聲波檢測主要原理是通過回波發(fā)生的位置、強度、聲程和波形來對工件內(nèi)部的情況進行評定。由于整個檢測過程對金屬無損傷，因此在機械行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，主要檢測金屬零件內(nèi)部質(zhì)量，提高機械生產(chǎn)制造過程中的質(zhì)量把控，進而為我國工業(yè)行業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[1]。

2? 超聲波在機械制造中的應(yīng)用

2.1 超聲波測量距離

在零件實際生產(chǎn)過程中，隨著智能化的推進，機械制造業(yè)在生產(chǎn)過程中對零件精度的要求越來越高，為了在檢測過程中不對零件造成損傷，超聲波測量技術(shù)得到了很好的應(yīng)用，通過脈沖信號穿透被測對象得到的反射波，以反射波的時間差計算被測物體的測量距離與真實的距離進行核算，對金屬零件的外形尺寸和規(guī)格進行檢測，保證材料、結(jié)構(gòu)的完整性，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)水平，實現(xiàn)檢測自動化和智能化發(fā)展，為后期機械生產(chǎn)加工方面提供扎實的基礎(chǔ)[2]。

2.2 超聲波探傷

隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，各個行業(yè)指標(biāo)越來越高，機械材料受到外界環(huán)境的影響，極易導(dǎo)致機械零件出現(xiàn)裂紋或者內(nèi)部問題，降低機械產(chǎn)品的使用性能和壽命。但是出現(xiàn)超聲波檢測技術(shù)后，實現(xiàn)了無接觸被測工件，不會對工件造成二次損傷，且靈敏度極高，進一步確定零件內(nèi)部出現(xiàn)缺陷的位置和大小，確保檢測質(zhì)量，促進現(xiàn)代機械制造業(yè)健康發(fā)展。

2.3 超聲波在機械行業(yè)檢測的特點及優(yōu)勢

超聲波在檢測過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。在傳播過程中會出現(xiàn)衰減后者反射，利用這一特性，可以根據(jù)反射時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，探測深度大，由于超聲波在異質(zhì)界面上會發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象，尤其是不能通過氣體固體界面。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，就會全部或部分反射。反射回來的超聲波被探頭接收，通過儀器內(nèi)部的電路處理，在儀器的熒光屏上就會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范圍廣，靈敏度高，速度快，而且對工件不會造成二次損傷[3]。

2.4 超聲波在鍛件內(nèi)部常見缺陷的應(yīng)用

超聲波檢測技術(shù)被廣泛應(yīng)用于鍛件內(nèi)部缺陷的檢測中，鍛件內(nèi)部缺陷根據(jù)形成機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手段就是超聲無損檢測，不僅對鍛件不會造成二次損傷，還能對鍛件的內(nèi)部缺陷的類型進行準(zhǔn)確地定性，通過超聲波回波特性可以分析出缺陷特征主要有密集性缺陷、延展性缺陷和點狀缺陷，超聲波這一檢測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? 超聲波檢測設(shè)備

3.1 超聲波檢測前的準(zhǔn)備

在對工件實施超聲波檢測技術(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)場情況選擇合適的儀器，探頭和試塊，對儀器進行水平線性和垂直線性進行測定，對探頭進行前沿、折射角、分辨力進行校準(zhǔn)，最后調(diào)節(jié)脈沖水平距離、深度和聲程，完成檢測前的準(zhǔn)備工作。

3.2 超聲波檢測探頭的選擇

在超聲波檢測中探頭的選擇對檢測質(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，在實際檢測過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，同時借助相應(yīng)的管控措施，對超聲波檢測水平與質(zhì)量進行保證。

3.3 超聲波檢測耦合劑的選擇

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

3.4 超聲波使用儀器的選擇

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

4? 超聲波檢測方法

4.1 判斷缺陷位置

通過探頭把超聲波發(fā)射在被測物體內(nèi)部，產(chǎn)生的反射和折射后產(chǎn)生的回波信號被探頭接收，利用時間差計算缺陷位置且顯示器對其位置進行顯示。借助反射波對檢測結(jié)果進行調(diào)制，根據(jù)燈光的亮與暗進行對比，如果出現(xiàn)缺陷問題，燈光亮度大，如果無缺陷亮度低，相關(guān)檢測人員根據(jù)燈光的變化情況低缺陷進行判斷。還可以通過顯示器對脈沖信號進行顯示，把缺陷問題和實際狀態(tài)進行對比顯示，不僅提高檢測的準(zhǔn)確性，還更加明確的反映出缺陷問題的情況和位置，檢驗人員可以制定出更加科學(xué)合理完善的方案在實際檢測過程中應(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候，檢測過程中會出現(xiàn)反射現(xiàn)象，則檢測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候，主要出現(xiàn)地面反射現(xiàn)象，則檢測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

在對被測工件進行檢測過程中，超聲導(dǎo)波技術(shù)采用機械應(yīng)力沿著延伸結(jié)構(gòu)傳播，隨著傳播距離的延長而衰減，主要應(yīng)用于金屬管道的檢測。當(dāng)超聲波一特定角度向管道內(nèi)發(fā)射時，管道表面會對其超聲一定的發(fā)射效應(yīng)，促使機械振動只能在管壁內(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，且對探頭進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化，得到想要的檢測效果[6]。

5? 超聲波檢測參數(shù)設(shè)置

5.1 工件材料設(shè)置參數(shù)

采用超聲波技術(shù)檢測機械產(chǎn)品的過程中，為了提高檢測精度和評價準(zhǔn)確性，首先檢測員需要依據(jù)工件材料進行參數(shù)設(shè)置，不同的材料波的類型的傳播速度不一，例如對于鋁制材料的工件，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)格檢測工件表面

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

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)，性能測試，為了保證準(zhǔn)確性，對于試塊的材料，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，為檢測質(zhì)量提供基礎(chǔ)。

6.2 選擇試塊的規(guī)格型號

針對機械行業(yè)金屬零件的檢測，常見的超聲波試塊有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，被廣泛用各類工件檢測來校準(zhǔn)，只有合理的選擇試塊的規(guī)格型號，才能進一步提高檢測質(zhì)量和精度。

7? 總結(jié)

通過介紹超聲波的檢測原理、方法、參數(shù)設(shè)置及試塊制作要求，了解到超聲波檢測技術(shù)在現(xiàn)代機械行業(yè)的重要性，實現(xiàn)了金屬工件無接觸式檢測，降低了檢測對工件的二次損傷。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)加強對超聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用，強化質(zhì)量生產(chǎn)要求，提高檢測技術(shù)水平，確保機械產(chǎn)品質(zhì)量，使用壽命和機械性能，為我國裝備制造行業(yè)把控質(zhì)量關(guān)，加快我國機械產(chǎn)品走向國際化的腳步。

參考文獻：

[1]朱學(xué)元.超聲波檢測在機械制造業(yè)中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機與配件，2020（15）：208-209.

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

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

[4]陳浩楠，付翔.鍛件超聲波探傷中的幾個問題探討[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2016，35（12）：66-67.

[5]谷金誠.精密檢測技術(shù)在機械加工制造領(lǐng)域中的應(yīng)用分析[J].內(nèi)燃機與配件，2019（23）：212-214.

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