車輪輪箍質(zhì)量超聲波檢測的物理基礎

     隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，加上車輪輪箍的使用范圍不斷擴大，人們對車輪輪箍的質(zhì)量及其檢測技術(shù)提出了更高的要求。目前對車輪輪箍檢測分析的手段雖然有低倍檢驗、金相檢驗、電子掃描檢驗等，但均存在著一定的隨機性以及對試樣磨面是否存在缺陷的不確定性等因素，因此，這些分析手段對車輪輪箍缺陷大多存在著漏檢的可能性。于是，人們又提出采用超聲波對車輪輪箍進行檢測分析。我們山西永鑫生重工主要生產(chǎn)的車輪鍛件，都是采用超聲波檢測，不僅可以減少隨機檢驗帶來的風險及減輕人們檢測的勞動強度，而且檢驗準確、可靠。

  一個物理量的值在觀測時間內(nèi)不停地在極大值和極小值之間變化，這種變化狀態(tài)稱為振動。如果振動量是一個力學量，如位移、角位移等，所做的振動則稱之為機械振動。物體沿著直線或曲線在某一平衡位置附近做往復周期性的運動稱為機械振動。往下拉一下安裝在彈簧一端的小質(zhì)點，松開后而產(chǎn)生的運動就是機械振動，簡稱振動。 物體做簡諧振動時，只有彈性力或重力做功，其他力不做功，這符合機械能守恒的條件。因此，簡諧振動的能量遵守機械能守恒定律，即在平衡位置時動能最大，勢能為零；在位移最大時，勢能最大，動能為零，其總能量保持不變。振動的類型很多，除了簡諧振動外，還有固有振動、受迫振動、阻尼振動等，這些振動雖然都屬于較為復雜的振動，但是它們的基礎是簡諧振動。阻尼振動是振幅或能量隨時間不斷減小的振動。由于克服阻力做功，振動物體在傳播過程中，伴隨著能量的傳遞，阻尼振動的振幅不斷減小。阻尼振動受到阻力的作用，因此不符合機械能守恒。受迫振動是物體受到周期變化的外力作用時產(chǎn)生的振動。如縫紉機上縫紉針的振動，氣缸中活塞的振動和揚聲器中紙盆的振動等。受迫振動剛開始時情況很復雜，經(jīng)過一段時間后達到穩(wěn)定狀態(tài)，變?yōu)橹芷谛灾C振動。其振動頻率和策動力頻率相同，振幅保持不變。受迫振動的振幅和策動力的頻率有關(guān)，當策動力頻率P與受迫振動物體固有頻率相同時，受迫振動的振幅達到最大，這種現(xiàn)象稱為共振。受迫振動物體受到策動力的作用，不符合機械能守恒。超聲波探頭中的壓電晶片在發(fā)射超聲波時，一方面受高頻電脈沖激勵，另一方面在起振后受到晶片背面吸收塊的阻尼作用，因此又是阻尼振動。壓電晶片在接收超聲波時同樣產(chǎn)生受迫振動和阻尼振動。在設計探頭中的壓電晶片時，應使高頻電脈沖的頻率等于壓電晶片的固有頻率，從而產(chǎn)生共振，這時壓電晶片的電聲能量轉(zhuǎn)換效率最高。

   振動的傳播過程稱為波動。波動分為機械波和電磁波兩大類。機械振動在彈性介質(zhì)中的傳播過程稱為機械波，例如水波、聲波與超聲波等。通常認為物體是由以彈性力保持平衡的各個質(zhì)點所構(gòu)成的。當某一質(zhì)點受到外力的作用后，該質(zhì)點就在其平衡位置附近振動。由于一切質(zhì)點都是彼此聯(lián)系的，振動質(zhì)點的能量就能夠傳遞給周圍的質(zhì)點而引起周圍質(zhì)點的振動。這樣在彈性介質(zhì)中一個質(zhì)點的振動就會引起鄰近質(zhì)點的振動，鄰近質(zhì)點的振動.由此可見，產(chǎn)生機械波必須具備以下兩個條件：①有機械振動的波源；②有能傳播機械振動的彈性介質(zhì)。由于超聲波頻率比可聞聲波高得多，因此，其波長短，加上它在固體中傳播時傳遞能量較大，這樣，使得它傳播時具有與光波類似的某些特性。為此，人們也常常借用光學原理來研究和解釋超聲波的物理現(xiàn)象。超聲波具有以下幾個特性①束射特性。由于超聲波的頻率高，其波長較在同樣介質(zhì)中的聲波波長短得多，衍射現(xiàn)象不明顯，所以超聲波的傳播方向好。超聲波波長短，聲束指向性好，可以使超聲波能量向一定方向集中輻射。②反射特性。超聲波在彈性介質(zhì)中傳播時，遇到異常界面會產(chǎn)生反射、透射或折射， 而反射特性正是脈沖反射法檢測的理論基礎。③傳播特性。超聲波在彈性介質(zhì)中傳播時，質(zhì)點振動位移小，振速高，因此，其聲壓、聲強均比可聞聲波大，傳播距離遠，可檢測范圍大。④波形轉(zhuǎn)換特性。超聲波在兩個聲速不同的異質(zhì)界面上容易實現(xiàn)波形轉(zhuǎn)換，從而為各種波形（縱波、橫波、板波、表面波）檢測提供了方便。

  人們正是利用了超聲波的這些特性.才使超聲波檢測技術(shù)不斷得以發(fā)展。超聲波在工業(yè)生產(chǎn)中有極其廣泛的應用。永鑫生鍛造利用超聲波來對材料進行檢測和探傷，可以測量氣體、液體和固體的物理參數(shù)，可以測量厚度、液面高度、流量、粘度和硬度等，還可以對材料的焊縫、粘接等進行檢查。超聲波清洗和加工處理技術(shù)可以應用于切割、焊接、噴霧、乳化、電鍍等工藝過程中。其中超聲波清洗是一種高效率的清洗方法，已經(jīng)用于尖端和精密工業(yè)。大功率超聲波還可用于機械加工，例如拉管、拉絲、擠壓和鉚接等工藝。

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