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超声波检测教学实验用锻造样件的制备研究

发表时间：2021/7/23 来源：《教学与研究》2021年6月下作者：徐腾韩立张聪刘浩宇杨正杰雷竣然张悦

[导读] 通过超声波检测锻件来判断缺陷类型，锻件为有缺陷的长方体试块，试块本身有低碳钢打造，高度为220mm，底面为边长为120mm的正方形，试块外侧中部带有两个把手，每个试块两个手柄焊接在离端面50mm处，材料与试块相同，手柄直径不小于10mm。

辽宁沈阳工业大学机械工程学院徐腾韩立张聪刘浩宇杨正杰雷竣然张悦 110000

摘要：通过超声波检测锻件来判断缺陷类型，锻件为有缺陷的长方体试块，试块本身有低碳钢打造，高度为220mm，底面为边长为120mm的正方形，试块外侧中部带有两个把手，每个试块两个手柄焊接在离端面50mm处，材料与试块相同，手柄直径不小于10mm。其特征在于在试块底面和侧面有一组缺陷孔，用于超声波检测。此试块是用于帮助判断工件缺陷类型、了解超声波检测
关键词：机械设备超声检测锻件检测
        超声检测是工业上无损检测的方法之一。超声波进入物体遇到缺陷时，一部分声波会产生反射，接收器可对反射波进行分析，就能异常精确地测出缺陷来，并且能显示内部缺陷的位置和大小，测定材料厚度等，本文主要制备方案将锻件底进行缺陷加工，缺陷类型分为以下三类
        （1）正常加工形成的孔
        （2）加工孔底面为平底
        （3）加工孔为锥孔
        （4）对加工孔进行热处理工艺
        此试块是用于帮助判断工件缺陷类型、了解超声波检测。
        通过超声波探伤仪对此类锻件进行无损检测，其目的在于帮助超声波探伤仪减少探伤盲区，提高检测效率，简化超声波校准仪器的操作。
        1锻块构成
        带有缺陷的长方体试块，试块本身有低碳钢打造，高度为100mm，圆柱体直径为100mm，试块外侧中部带有两个把手，每个试块两个手柄焊接在离端面50mm处，材料与试块相同，手柄直径不小于10mm。其特征在于，在试件底部圆心处，有一个直径为10μm，深度5μm的缺陷圆孔，用于进行超声波检测。
        2测量方法
        将锻件放置水平位置，利用直探头在上表面进行全面扫查，利用已知尺寸缺陷空孔所检测出的缺陷信号与未知缺陷信号做对比，对位置缺陷定量分析。
        3计算方法：
        近场区：波源附近由于波的干涉出现一系列声压极大极小值的区域，称为超声场的近场区。由于波源各点的子波源至轴线上各点的距离不同，波程差不同而互相干涉，使某些地方声压互相减弱，于是就出现声压极大极小值的点。因此，近场区声压分布不均匀。波源轴线上最后一个声压极大值至波源的距离称为近场区的长度，用N表示。由公式可知，近场区长度与波源面积成正比，与波长成反比。近场区的检测是不利的，处于声压极小值处的较大缺陷回波可能较低，而处于声压极大值处的较小缺陷回波可能较高，这样就容易引起误判，甚至漏检，因此要尽可能避免在近场区附近检测。
        远场区：波源轴线上至波源的距离X>N的区域称为远场区。远场区轴线上的声压随距离的增加单调减少。当X>3N时，声压与距离成反比，近似球面波的规律，这是因为距离足够大时，波源各点至轴线上某一点的波程差很小，引起的相位差也很小，这样干涉现象可略去。所以远场区轴线上不会出现声压极大极小值。
        通过对近场区远场区的解释，在计算时，我们可以运用当量及算法：当量计法是利用规则反射体反射回波声压公式和实际检测中测得的结果（缺陷的位置和波高）来计算缺陷的当量大小。用当量计算法定量时，相差的回波分贝差应在检测灵敏度条件下进行确认。对于尺寸小于声束截面的缺陷，其声程≥3N时，采用当量计算法确定缺陷当量。声程＜3N时，采用曲线比较法确定缺陷当量。
        采用平底面和实心圆柱体曲底面校准灵敏度时，不同距离处大平底回波与平底孔回波分贝差为：

        4结论
        超声检测操作简单，成本低，速度快，设备轻便，对人体及环境无害，且对缺陷定位精准。通过对已知缺陷部位及缺陷尺寸的物块进行损伤检测，可以帮助校准超声波检测装置的精密度，大大提高了检测效率。
参考文献：
【1】吴瑞明.数字化超声检测系统及关键技术研究[D].杭州:浙江大学, 2005.3.
【2】李雷. 钢制锻件超声探伤缺陷分析[J].中国化工装备，2020年，04期:25-28
基金项目：2020年沈阳工业大学大学生创新创业训练计划项目“超声波检测用锻造样件制备方案研究”(项目编号：S202010142013）