《【2017年整理】卞旭磊 毕业论文 21240111》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】卞旭磊 毕业论文 21240111（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、常州机电职业技术学院毕业设计（论文）作 者： 卞旭磊 学 号： 21240111 系 部： 模具技术系 专 业： 材料成型与控制技术 题 目： 发动机主轴的超声波检测 校内指导教师： 金佳琳 企业指导教师 杨卫民评阅者：2014 年 4 月 摘要柴油机、内燃机是汽车、船舶等行业的主要动力装置。曲轴亦称为主轴，是发动机的主要旋转机构，它担负着将活塞的上下往复运动转变为自身的圆周运动，且通常我们所说的发动机转速就是曲轴的转速。由于曲轴长期工作于高温、高交应力状态，极易产生疲劳裂纹和失效事故，所以曲轴的无损检测极为重要。本文通过对发动机曲轴超声波探伤方法的研究,不仅熟悉了发动机主轴超声波探伤工艺规程
2、、检测标准，而且针对曲轴缺陷定位问题，根据单晶双斜探头声波入射特性，对曲轴缺陷定位问题进行研究。同时提出了发动机主轴在检测过程中应注意的问题,为以后发动机主轴超声波探伤打下良好基础,保证发动机主轴超声波探伤检测质量和生产进度具有非常重要的意义。关键词：发动机曲轴 超声波探伤 缺陷定位目录1.绪论1.1 本论文的目的及意义1.2 超声波检测技术的发展历程及现状1.3 发动机主轴的工作状态及尺寸2.超声波检测原理及物理基础2.1 机械振动与机械波2.2 机械波的衍射与干涉2.3 机械波的类型2.4 超声波的产生2.5 超声波的特征2.6 超声波在介质中的传播2.7 超声波探伤仪概述2.8 超声波探
3、头2.9 试块3.发动机主轴超声波检测方法的研究3.1 球墨铸铁曲轴及其检测技术3.2 曲轴的检测重点3.3 接触聚焦探头的使用3.4 曲轴探伤的声耦合问题4.发动机主轴超声波检测的工艺过程的研究4.1 单晶双斜探头的缺陷定位5.发动机主轴的缺陷定位实验5.1 实验仪器及内容5.2 实验过程5.3 实验数据记录结论页眉、页脚说明段落、字体说明公式、插图和插表说明结论致谢参考文献1绪论1.1本论文的目的及意义柴油机、内燃机是汽车、船舶等行业的主要动力装置。曲轴是柴油机、内然机中传动的关键部件，长期工作于高温、高交变应力状态，极易产生疲劳裂纹和失效事故。因此，无损检测极为重要。曲轴就生产工艺的不同
4、，分为锻造曲轴和铸造曲轴，大型锻造曲轴通常采用超声法进行探伤。铸造曲轴通常是用球墨铸铁铸造而成。其检测方法通常是:表面缺陷检测用磁粉法，内部缺陷检测用超声法。与碳钢相比，球墨铸铁加工余量少，制造周期短，造价低，制造同种规格的曲轴所需原材料少；而且，屈服极限、耐磨性、减震性均优于锻钢，所以，越来越受到人们的重视，特别是随着钇基重稀土球墨铸铁等新材料、新工艺的研究开发，球墨铸铁曲轴的优点越来越明显。据有关资料显示，英国、德国、日本用球墨铸铁生产曲轴的大型企业就有十几家。然而，球墨铸铁曲轴在铁水球化处理以后，随着时间的延长会导致球化质量不均和偏析。另外，因其主轴颈，连杆轴颈与曲臂尺寸相差较大，浇注时
5、在轴颈转角处，曲轴的 R 根部由于补缩条件不良，冷却后产生疏松、缩孔、夹渣、裂纹等缺陷，而这些缺陷在外表是看不出来的。这些缺陷的存在严重地影响了柴油发动机的使用寿命和安全运行，断轴事件时有发生。因此，对球墨铸铁曲轴进行无损检测是十分必要的。球墨铸铁曲轴在铁水球化处理后， 随着时间的延长会导致球化质量不均和偏析，在浇注时会产生疏松、夹渣、裂纹等缺陷。国内对曲轴的检验主要是精磨后进行磁粉检测，比较大型企业才在精加工后按各自企业标准进行超声波检测。为了节省人力、物力、缩短生产周期，需要把探伤工序提前到毛面状态。而且由于曲轴中的缺陷一般在轴颈根部的 R 处，所以很难被探测到缺陷的准确位置，所以就需要一
6、种检测方法来达到曲轴中缺陷的准确定位。目前，国内对曲轴的探伤基本上都还是用的磁粉探伤，曲轴探伤的研究一直是比较薄弱的环节，许多曲轴生产厂对出厂曲轴的探伤都是在精加工后，进行磁粉探伤。然而曲轴的缺陷准确定性、定位、定量就属于此范畴。在正常的情况下，无损检测表征的缺陷尺寸是一维的，如射线照相验收技术条件， 只要求测量缺陷在射线照射方向的底片上投影大小和缺陷性质的确认。而不要求了解缺陷本身的高度尺寸和缺陷埋藏的深度。但以现代断裂力学方法为基础的评价体系，却要求提供的是缺陷的三维真实情况(尺寸、形状和部位)，这样才能满足方法概念的假定条件，对缺陷做出评价，确定报废，还是通过断裂力学分析作出可用的结论。
7、对超声检测来说，除判断有无缺陷外，其主要目的是确定缺陷的位置和大小，进而评价其有无实用价值。因此很有必要对曲轴缺陷进行准确定位。1.2超声波检测技术的发展历程及现状无损检测技术已经历一个世纪，尽管无损检测技术本身并非一种生产技术，但其技术水平却能反映该部门、该行业、该地区甚至该国的工业技术水平。无损检测技术所能带来的经济效益十分明显。统计资料显示，经过无损检测后的产品增值情况大致是，机械产品为 5%，国防、宇航、原子能产品为 12%-18%，火箭为 20%。例如，德国奔驰公司汽车几千个零件经过无损检测后，整车运行公里数提高了一倍，大大提高了产品在国际市场的竞争能力：日本小汽车生产中30%零件采
8、用无损检测后质量迅速超过美国。德国科学家认为，无损检测技术是机械工业的四大支柱之一。美国前总统里根曾说：“没有先进的无损检测技术，美国就不可能享有在众多领域的领先地位”。可见现代工业是建立在无损检测基础上的说法并不为过。世界各国都对超声无损检测给予了高度的重视。超声无损检测技术(UT)是五大常规检测技术之一，与其它常规无损检测技术相比，它具有被测对象范围广、检测深度大、缺陷定位准确、检测灵敏度高；成本低、使用方便；速度快、对人体无害，以及便于现场使用等特点。因此.超声无损检测技术是国内外应用最广泛、使用颇率最高且发展较快的一种无损检测技术，体现在改进产品质量、产品设计、加工制造、成品检验以及设
9、备服役的各个阶段，体现在保证机器零件的可靠性和安全性上。世界各国出版的无损检测书籍、资料、文献中，超声探伤所占的数量都是首屈一指的。有关资料表明，国外每年大约发表 3000 篇涉及无损检测的文献资料，全部文献资料中有关超声无损检测的内容约占 45%。前几届世界无损检测会议论文集收录的论文中有关超声检测的论文数遥遥领先于其它检测方法，特别是 2000 年 10 月在罗马召开的第十五届世界无损检测会议(WCNDT)收录的 663 篇论文中，超声检测就占 250篇(2000 年 WCNDT 会议收录的论文分布情况)。这些都说明超声无损检测的研究势头和其在无损检测中的重要地位。20 世纪 70 年代以
10、来，超声检测的数字化、自动化、智能化和图象化成为超声无损检测技术研究的热点，标志着超声无损检测的现代化进程。近年来，随着传感技术、电子技术、自动控制技术、计算机技术的发展，现代无损检测技术已经进人到以计算机控制为主的信息加工时代。表现在：生产过程实时监控和产品运行过程的监督(如对轧钢的生产线的监控)；对涂有各种厚度的防腐材料和保温层的工程检测技术；能自动扫描、自动定位与跟踪检测对象的各种检测机器人；对缺陷的自动识别与计算机模拟技术的深入研究等。其中计算机模拟或仿真技术就是可以不通过制造试件(埋有各种人工与自然缺陷).获得各种缺陷信号。采用计算机软件方法模拟检测过程，要对检测系统的结构与缺陷参数
11、建立准确的数学模型比较困难，所以在实际生产中应用还相当少。国外工业发达国家的无损检测技术已逐步从 NDI 和 NDT 向 NDE 过渡。无损探伤(Nonde struction Inspection NDI)、无损检测(Nonde strutuve testing NDT)和无损评价(Nonde struction Evauation NDE)是无损检测发展的三个阶段。超声无损探伤是初级阶段，它的作用仅仅是在不损害零部件的前提下，发现其人眼不可见的内部缺陷，以满足工业设计中的强度要求。超声无损检测是近 20 年来应用最广泛的术语，它不仅要检测最终产品，而且还要对生产过程的有关参数进行监测。超声
12、无损评价是超声检测发展的最高境界，不但要探测缺陷的有无，还要给出材质的定量评价，也包括对材料和缺陷的物理和力学性能的检测及其评价。无损检测的另一个发展是从一般无损评价向自动无损评价和定量无损评价发展(即从 NED 向 ANED 和 QNED 发展)。逐步减少人为因素的影响，改用计算机进行检测和分析数据，以提高检测的可靠性。超声检测仪器性能直接影响超声检测的可靠性，其发展与电子技术等相关学科的发展是息息相关的。计算机的介入，一方面提高了设备的抗干扰能力，另一方面利用计算机的运算功能，实现了对缺陷信号的定量、自动读数、自动识别、自动补偿和报警。20 世纪 80 年代，新一代的超声检测仪器数字化、智
13、能化超声仪问世，标志着超声检测仪器进入一个新时代。超声无损检测仪器将向数字化、智能化、图像化、小型化和多功能化发展。在第十三、十四世界无损检测会议仪器展览会、1996 年中国国际质量控制技术与测试仪器展览会、1997 年日本无损检测展览会等大型国际会议会展中，数字化、智能化、图像化超声仪最引人注目，显示了当今世界无损检测仪器的发展趋势。其中以德国 Krautraemer 公司、美国 Panametrics 公司、丹麦 Force Institutes 公司与美国 PAC 公司的产品最具代表性。真正的智能化超声仪应该是全面、客观地反映实际情况，而且可以运用频谱分析，自适应专家网络对数据进行分析，
14、提高可靠性。提高超声检测中对缺陷的定位、定量和定性的可靠性也是超声检测仪器实现数字化、智能化急待解决的关键技术问题。现代的扫查装置也在向智能化方向发展。扫查装置是自动检测系统的基础部分，检测结果准确性、可靠性都依赖于扫查装置。例如采用声耦合监视或耦合不良反馈控制方式提高探头与工件表面的耦合稳定度以及检测的可靠性。从 20 世纪90 年代以来，出现的各种智能检测机器人，已经形成了机器人检测的新时代及工程检测机器人的系列与商业市场。例如日本东京煤气公司的蜘蛛型机器人，移动速度约 60m/h，重约 140kg，采用 16 个超声探头可以对运行状态下的球罐上任意点坐标位置进行扫描。日本 NKK 公司研
15、制的机器人借助管道内液体推力前进，可以测量输油管道腐蚀状况，其检测精度小于 1mm。丹麦 Force 研究所的爬壁机器人，重约 10 吨，采用磁吸附与预置磁条跟踪方式可检测各类大型储罐与船体的缺陷。超声成像技术是在电视技术、计算机技术和信息技术的基础上发展起来的，经历了一个漫长发展历程。早在 20 年代，人们就开始探索超声成像的原理及方法，使超声成像成为最早实现的超声无损检测技术。其后由于技术上的原因，早期的超声成像检测技术很快被其它超声无损检测技术所取代。20 世纪 60 年代，激光的发明和光学全息技术的成就极大地刺激了人们对声像研究的兴趣。然而，在声学领域，简单地模仿光全息等光学成像方法遇
16、到了极大的障碍，迫使人们在新技术基础上，根据声波的特点，发展出以扫描成像技术为主流的各种新成像方法。在现代无损检测技术中，超声成像技术是一种令人瞩目的新技术。超声图像可以提供直观和大量的信息，直接反映物体的声学和力学性质，有着非常广阔的发展前景。现代超声成像技术都是计算机技术、信号采集技术和图像处理技术相结合的产物。数据采集技术、图像重建技术、自动化和智能化技术以及超声成像系统的性能价格比等发展直接影响超声检测图像化的进程。现代超声成像技术大多有自动化和智能化的特点，因而有许多优点，如检测的一致性好，可靠性、复现性高，存储的检测结果可随时调用，并可以对历次检测的结果自动比较，以对缺陷做动态检测等。总之，超声成像技术克服了传统超声检测不直观、判伤难，无记录的缺陷，减少了检测中人为干扰，有效地提高无损检测的可靠性，是定量无损检测的重要工具。目前已经使用和正在开发的成像技术包括：超
