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1、毕 业 设 计（论 文）题 目：论检测技术在机械制造行业中的应用 姓 名: 武俊坡 院 校： 华中科技大学 专 业： 班 级： 08 级 指导教师： 引言随着市场经济的发展，特别是加入WTO即在，我国机械产品要在国际市场上立足，仅靠劳动力价格低廉是不行的，只有建立在高科技、高质量的基础上才能在国际市场上占有一席之地。近年来科学技术的飞跃发展，新元件、新材料、新工艺不断涌现，使机械产品的结构和工艺方法都取得了质的飞跃。过去生产，为增加产量就要增加设备，增加劳动力；要降低成本，就要扩大投入批量，依靠各种工装分解工序，建立生产流水线，加快生产节奏；现在依靠产品原理的变化，工艺的改革，而大大降低产品成
2、本。例如以塑代钢，无屑加工代替有屑加工，以及依靠各种新技术，例如激光技术、数字技术、计算机技术、纳米技术、超导技术、磁悬浮技术等大大提高产品性能和质量。过去依靠工装和机械化方式的自动化生产，虽然也能实现大规模生产。而市场对产品的需求是多样的，巨额的工装费用和劳动工作量影响了产品更新的速度。计算机技术改变了机床工业的面貌，许多自动化机床都采用了软件控制，更换不同的软件就可适应不同要求的零件加工，大大节省更换工装所需费用和时间。有了先进的加工设备，可以生产出高质量的零件和产品，但这一切并不是永恒的。这些设备经过一段时间的使用，它的某些零件或部件由于磨损、老化、变形等原因使其生产质量逐渐下降，以致达
3、不到合格要求。产品质量检测及其管理是保证产品质量的重要一环。产品质量检测的目的不仅仅是要把住产品质量关，杜绝不合格产品流入装配线或市场；其更重要的目的就是要预防不合格的零件和产品的产生。要搞好产品质量企业必需建立自己的质量保证体系，并要取得ISO9000系列的质量认证资格，其量值传递是由国际上认可的实验室出具的校准证书，其产品质量就会得到国际上的认可。在质量体系认证过程中要防止走过场及形式主义现象。特别应杜绝质量认证体系的评审机构及其评审人员中的违规及违纪现象。在世界经济一体化下，跨国公司在各国都有它的下属企业，为了保证公司内部质量体系的管理，不同住在国的下属企业执行不同国家的标准和规范，这将
4、对公司的质量管理与量值传递带来困难。因此统一的国际标准将成为各国共同遵守的规范。企业的量值只要溯源于国际认可的实验室即可。除国家规定的必需执行强制检定的项目以外，企业应有权根据保证企业质量体系情况下，按市场经济法则自主向其选择的授权实验室送检或经认可自行检定。要防止计量管理部门限制企业的自择送检和自行检定的权利，防止对企业横加罚款，以迫使企业向其送检。以此改善投资环境，促进经济的大发展。一、无损检测技术概述所谓无损检测技术，是指在不破坏或不改变被检物体的前提下，利用物质因存在缺陷而使其某一物理性能发生变化的特点，完成对该物体的检测与评价的技术手段的总称。它由无损检测和无损评价两个不可分割的部分
5、组成。一个设备在制造过程中，可能产生各种各样的缺陷，如裂纹、疏松、气泡、夹渣、未焊透和脱粘等；在运行过程中，由于应力、疲劳、腐蚀等因素的影响，各类缺陷又会不断产生和扩展。现代无损检测与评价技术，不但要检测出缺陷的存在，而且要对其作出定性、定量评定，其中包括对缺陷的定量测量（形状、大小、位置、取向、内含物等），进而对有缺陷的设备分析其缺陷的危害程度，以便在保障安全运行的条件下，作出带伤设备可否继续服役的选择，避免由于设备不必要的检修和更换所造成的浪费。现代工业和科学技术的飞速发展，为无损检测技术的发展提供了更加完善的理论和新的物质基础，使其在机械、冶金、航空航天、原子能、国防、交通、电力、石油化
6、工等多种工业领域中得到了广泛的应用。它被广泛应用于制造厂家的产品质量管理、用户订货的验收检查以及设备使用与维护过程中的安全检查等方面，例如锅炉、压力容器、管道、飞机、宇航器、船舶、铁轨和车轴、发动机、汽车、电站设备等等方面，特别是在高温、高压、高速、高负载条件下运行的设备。无损检测技术包括超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测等常规技术以及声发射检测、激光全息检测、微波检测等新技术。常见的分类形式如表所示。实践证明，开展无损检测技术，对于改进产品的设计制造工艺、降低制造成本以及提高设备的运行可靠性等具有重要的意义，已成为机械故障诊断学的一个重要组成部分。表 无损检测的分类类别主要方法
7、射线检测X射线，射线，高能X射线，中子射线，质子和电子用线声和超声检测声振动，声撞击，超声脉冲反射，超声透射，超声共振，超声成像，超声频谱，声发射，电磁超声电学和电磁检测电阻法，电位法，涡流，录磁与漏磁，磁粉法，核磁共振，微波法，巴克豪森效应和外激电子发射力学与光学检测目视法和内窥法，荧光法，着色法、脆性涂层，光弹性覆膜法，激光全息摄影干涉法，泄漏检定，应力测试热力学方法热电动势，液晶法，红外线热图化学分析方法电解检测法，激光检测法，离子散射，俄歇电子分析和穆斯鲍尔谱其中，在工程技术中得到比较广泛的应用，并较成熟的检测方法有：x射线，超声，涡流、磁粉、渗透等常规的几种测试方法。二、超声波检测超
8、声波检测是无损检测的主要方法之一。利用声响从物体外界不损坏地检测其内部情况的方法早就问世了。超声波检测就是利用电振荡在发射探头中激发高频超声波，入射到被检物内部后若遇到缺陷，超声波会被反射、散射或衰减，再用接收探头接收从缺陷处反射回来（反射法）或穿过被检工件后（穿透法）的超声波，并将其在显示仪表上显示出来，通过观察与分析反射波或透射波的时延与衰减情况，即可获得物体内部有无缺陷以及缺陷的位置、大小及其性质等方面的信息，并由相应的标准或规范判定缺陷的危害程度的方法。超声波检测具有灵敏度高、穿透力强、检验速度快、成本低、设备简便和对人体无害等一系列优点，既适合在制造厂生产线上成批检查，也可以用于野外
9、作业。（一）超声波基础 1超声波及其特性 所谓超声波，是一种质点振动频率高于20kHz的机械波，因其频率超过人耳所能听见的声频段而得名超声波。无损检测用的超声波频率范围为0.525MHz，其中最常用的频段为 15MHz。超声波是一种机械波，它是由于机械振动在弹性介质中引起的波动过程。产生机械波有两个主要条件：一是作机械振动的波源，二是能传播机械振动的弹性介质。 超声波之所以被广泛地应用于无损检测，是基于超声波的如下特性指向性好超声波是一种频率很高、波长很短的机械波，在无损检测中使用的超声波波长为毫米数量级。它像光波一样具有很好的指向性，可以定向发射，犹如一束手电筒灯光可以在黑暗中寻找所需物品一
10、样在被检材料中发现缺陷。穿透能力强超声波的能量较高，在大多数介质中传播时能量损失小，传播距离远，穿透能力强，在有些金属材料中，其穿透能力可达数米。 2超声波的分类 与其他机械波一样，超声波也可有多种方法来对其进行分类描述。按质点振动方向分根据波动传播时介质质点的振动方向与波的传播方向的相互关系的不同，可将超声波分为纵波、横波、表面波和板波等。（1）纵波 纵波是指介质中质点的振动方向与波的传播方向平行的波，用L表示。当弹性介质的质点受到交变的拉压应力作用时，质点之间产生相互的伸缩变形，从而形成纵波，又称压缩波或疏密波。纵波可在任何弹性介质（固体、液体和气体）中传播。由于纵波的产生和接收都比较容易
11、，因而在工业探伤中得到广泛的应用。（2）横波 介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波称为横波，常用S或T表示。当介质质点受到交变的剪切应力作用时产生切变变形，从而形成横波，故横波又称剪切波。横波只能在固体介质中传播。（3）表面波 当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波，称为表面波，常用 R表示。表面波是瑞利（Rayleigh）于 1887年首先提出来的，因此又称瑞利波。 表面波同横波一样也只能在固体介质中传播，而且只能在固体表面传播。表面波的能量随距表面深度的增加而迅速减弱。当传播深度超过两倍波长时，其振幅降至最大振幅的0.37倍。因此，通常认为，表面波检测只能发现距工件
12、表面两倍波长深度内的缺陷。（4）板波 在厚度与波长相当的弹性薄板中传播的超声波称为板波。板波亦称兰姆波。其特点是整个板都参与传声，适用于对薄的金属板进行探伤。（二）超声波检测设备 超声波检测设备是从事超声检测的工具，通常指超声波检测仪和超声波探头。此外，由于目前的超声检测方法多以直接耦合方式将探头与工件接触，故在此也对耦合剂作简要介绍。 1超声波探头 超声波检测中，超声波的产生和接收过程是一个能量转换过程。这种转换是通过探头实现的，探头的功能就是将电能转换为超声能（发射探头）和将超声能转换为电能（接收探头）。探头通常又称为超声波换能器，是超声波检测设备的重要组成部分，其性能的好坏对超声波检测的
13、成功与否起关键性作用。超声波检测用的探头多为压电型，其作用原理为压电晶体在高频电振荡的激励下产生高频机械振动，并发射超声波（发射探头）；或在超声波的作用下产生机械变形，并因此产生电荷（接收探头）。（1）探头的类型 超声波检测中，由于被检测工件的形状和材质、检测的目的和条件不同而使用不同形式的探头。按照在被检测工件中产生的波型不同，可将超声波探头分为纵波探头、横波探头、板波（兰姆波）探头和表面波探头等四种类型。按入射声束方向分可分为直探头和斜探头两大类。按耦合方式分可分为直接接触式探头（探头通过薄层耦合剂与被探工件表面直接接触）和液浸式探头（探头与被探工件表面之间有一定厚度的液层）。按晶片数目分
14、可分为单晶片探头、双晶片探头和多晶片探头等几种。按声束形状分可分为聚焦探头和非聚焦探头两大类。按频带分可分为宽频带探头和窄频带探头。按使用环境分可分为常规探头（通用目的）和特殊用途探头（如机械扫描切换探头、电子扫描阵列探头、高温探头、瓷瓶检测专用扁平探头等）。（2）探头的结构 超声波检测中常用的探头主要有直探头、斜探头、表面波探头、双晶片探头、水浸探头和聚焦探头等。直探头又称平探头，应用最普遍，可以同时发射和接收纵波，多用于手工操作接触法检测，既适宜于单探头反射法，又适宜于双探头穿透法。它主要由压电晶片、阻尼块、壳体、接头和保护膜等基本元件组成。斜探头利用透声楔块使声束倾斜于工件表面射入工件。
15、压电晶片产生的纵波，在斜楔和工作界面发生波型转换。依入射角的不同，斜探头可在工件中产生纵波、横波和表面波，也可在薄板中产生板波。斜探头主要由压电晶片、透声楔块、吸声材料、阻尼块、外壳和电气接插件等几部分组成。2超声波检测仪 超声波检测仪是超声检测的主体设备，其性能的好坏直接影响到检测结果的可靠性。超声波检测仪的作用是产生电振荡并加于探头，使之发射超声波，同时，还将探头接收的电信号进行滤波、检波和放大等，并以一定的方式将检测结果显示出来，人们以此获得被检工件内部有无缺陷以及缺陷的位置、大小和性质等方面的信息。（1）超声波检测仪的类型 按超声波的连续性，可将超声波检测仪分为脉冲波检测仪、连续波检测仪、调频波检测仪等。脉冲波检测仪通过向工件周期性地发射不连续且频率固定的超声波，根据超声波的传播时间及幅度来判断工件中缺陷的有无、位置、大小及性质等信息，这是目前使用最为广泛的一类超声波检测仪。 按缺陷显示的方式分按其显示缺陷的方式不同，可将超声波检测仪分为A型、B型和C型等三种类型。 1）A型显示检测仪 A型显示是一种波形显示，检测仪示波屏的横坐标代表声波的传播时间域距
