【文章內容簡介】 超聲波是頻率大于 20200Hz 的機械波，超聲波探傷是利用超聲波在不同介質西安航空職工大學 畢業(yè)設計論文 9 中的傳播、反射和衰減等 物理特性的不同來發(fā)現缺陷的一種探傷方法，又稱超聲波檢驗，主要用于工件內部缺陷的檢驗。 超聲波探傷具有穿透力強、無污染、效率高、成本低等優(yōu)點。 超聲波探傷設備 超聲波設備主要包括超聲波探傷儀和探頭。 超聲波探傷儀的主要功能是產生與超聲波頻率相同的電震蕩，激勵探頭發(fā)生超聲波。同時，它又將探頭接收到的回波轉換成電信號并予以放大 、處理，再以一定方式在示波屏上顯示出來。 超聲波探頭又稱電壓超聲換能器，是實現電 — 生能量相互轉換的能量轉換器件。常用的探頭有直探頭 、斜探頭和表面探頭等。 主要由保護膜、壓電晶片和吸收塊等組成。其中，壓電晶片是由單晶（石英、硫酸鋰和碘酸鋰等）或多晶（鈦酸鋇等） 材料切割成薄片而制成。晶片兩表面敷有銀層作電極，“ ”極引出的導線接發(fā)射端 ，“ +”極接地。吸收塊的作用是吸收雜波，并使晶片在激勵電脈結束后將聲能很快損耗而停止振動，以便接收反射聲波。保護膜可使壓晶片免于和工件直接接觸磨損，匹配電感可使探頭與超聲波探傷儀的發(fā)射電路匹配，以提高發(fā)射效率。 當高頻電壓加于晶片兩面電極上時，由于逆壓電效應，晶片會在厚度方面方向產生伸縮變形的 機械振動。如果晶片于工件表面良好耦合時，機械振動就以超聲波形式傳播進去，即發(fā)射超聲波。反之，當晶片受到超聲波作用而發(fā)生伸縮變形時，正電效應又會使 晶片兩表面產生不同極性電荷，形成超聲頻率的高頻電壓，即接收超聲波。因此，一個探頭即可用于 單獨發(fā)射超聲波或接收超聲波，也可同時兼有發(fā)射和接收超聲波的功能。 超聲波探傷的工作原理 超聲波探傷儀由觸發(fā)電路 、時基電路、發(fā)射電路、接收電路和顯示器等部分組成。工作時，觸發(fā)電路發(fā)出電脈沖。時基電路產生鋸齒電壓，在熒光屏的橫坐標（ X1X2） 上產生一條相當于時間坐標的水平掃橫線。發(fā)射電路產生調頻脈沖電壓，加在發(fā)射探頭上。探頭將電波轉變成超聲波，并傳入工件中。超聲波經缺陷或工件底面反射后，傳回接收探頭，探頭再將超 聲波轉變?yōu)殡姴?，經接收電路檢波、放大后，在熒光屏的縱坐標 (Y1Y2)上顯示出來。熒光屏上 T 波為反射波， F 波為缺陷波， B 波為底波。各脈沖波的高度與接收到的超聲波的能量成正比。顯然， T波最高，而 F波河 B 伯最低。根據 F波在橫坐標上的位置，可以對缺陷的深度定位。根據 F 波德高度，可以估計缺陷的大小。如果缺陷在垂直于超聲波傳遞的方向上面積比較大，則熒光屏上沒有 B波出現。如果缺陷方向與超聲波傳遞方向平行，則對此缺陷探測的靈敏度大大降低。因此，對同一工件的同一部位，有時需要從不同方向多次探測，或利用兩個或多個探頭從不同方 向進行探測。 西安航空職工大學 畢業(yè)設計論文 10 4 故障修理 翼 梁緣 條 的修理 翼 梁緣條的損傷類型主要有缺口、裂紋和斷裂等。修理時，應根據損傷的實際情況，采用不同的修理方法。 缺口的修理 翼梁緣條 邊緣產生缺口時，需根據缺口寬度的大小 (沿構件的截面測量 )，采用不同的修理方法。寬度較窄的缺口 (一般小于 5mm)，只需將缺口銼修成光滑的弧形，用砂紙打光后涂上底漆即可。銼修后的弧形應當符合圖 4 所示的要求。當缺口寬度較寬時，需把缺口切割整齊，用填片填上缺口，并鉚上加強片，如圖 5所示。加強片的材料和厚度應與原構件相同，寬度則比缺口的寬度稍大。 圖 4 缺 口銼修法 西安航空職工大學 畢業(yè)設計論文 11 圖 5 缺口的修理 裂紋的修理 翼 梁緣條在使用過程中出現裂紋，說明構件在該處承擔的載荷過大，需根據裂紋的長短 (沿構件截面的方向 )采用不同的修理方法。當構件邊緣出現長度不超過 2mm 的裂紋時，可采用銼修法修理；當裂紋長度大于 2mm，但小于構件一邊寬度的 2／ 3 時，可在裂紋末端鉆直徑為 2～ 2． 5mm 的止裂孔，再用加強片加強，如圖 6 所示；當裂紋的長度超過構件一邊寬度的 2／ 3 時，在裂紋末端鉆止裂孔后，用與構件相同的型材進行加強，如圖 7 所示。 圖 6 加強片加強 西安航空職工大學 畢業(yè)設計論文 12 圖 7 加強型材 加強 斷裂的修理 翼 梁緣條斷裂后，如果斷裂的構件便于整根取下，可采用更換的方法進行修理。即取下斷裂構件，用材料相同、規(guī)格相等的型材，制作新構件，按原孔鉚接。 如果斷裂的構件不便于整根取下，修理時，首先將構件的斷裂部分切割整齊，用與切割部位相適應的填補型材填平切割處，然后鉚接一條接補型材，將斷裂的構件重新連接成一體，如圖 8 所示。這樣，在斷裂處作用于構件一端的載荷，即可通過接補型材，傳至構件的另一端，使斷裂構件的強度得到恢復。這種修理方法，通常稱為接補修理。 圖 8 斷裂構件的接補 接補修理的要求是：在恢復構件抗拉和抗壓強度的前提下，盡可能減輕構件西安航空職工大學 畢業(yè)設計論文 13 的重量，并力求施工方便。接補修理的工藝過程，主要包括構件損傷部位的切割、接補型材的選擇和安裝，以及接補型材的鉚接。 (1)損傷部位的切割 切割損傷構件時，切割線應超出損傷范圍 5 mm，并且切割線應與構件垂直。切割后，用銼刀銼平切割縫，并涂刷防銹底漆。若結構中有幾根構件同時斷裂，需事先用托架將損傷部件托住，再進行切割。切割時，必須使各構件的切割縫彼此錯開，不要在結構的同一截面上，以防止結構接補后，在該截面處的面積突然增大，引起應 力集中，降低結構的強度。一般切割縫錯開的距離盡量大于 l00mm。 (2)接補型材的選擇 接補型材通常選擇與構件材料相同、截面積相等的型材。如果沒有同樣的型材，也可以用其它型材代替。但代用型材的抗拉強度 ( b? )和彈性系數 (E )要大于或等于構件材料的抗拉強度和彈性系數。不同構件材料的代用材料見表 1。 表 1 代用材料表 構件材料 代用材料 30CrMnSiA LC LYl2,45 LC4， IYl2 45 LYl2， LD5， MBl5， MB8 LC4 LYl2 LD5,MBl5,MB8 ZM5 LD6 代用型材的截面形狀應與損傷構件的截面形狀相同。 (3)接補型材的安裝 接補型材的安裝方法通常有三種：一種是接補型材安裝在構件的外側，簡稱外側接補；一種是接補型材安裝在構件的內側，簡稱內側接補；一種是接補型材安裝在構件的兩側，簡稱兩側接補，如圖 9 所示。 構件不論用哪種接補方法，施工時，應將接補型材的兩端削斜 (一般為 45176。 )，如圖 10(a)所示。采用內側和兩側接補時，應將接補型材外棱 角倒角，以保證接補型材與構件貼合緊密，同時，兩側接補時，還要使兩根接補型材的端面彼此錯開，不要在同一截面上，見圖 10(b)，這與切割面要彼此錯開的道理是一樣的。 接補型材的三種安裝方 法各有其優(yōu)缺點。外側接補與內側接補、兩側接補相比，操作比較簡單， 但是，外側接補其接補型材的截面重心和構件的截面重心 之間 的距離較大 (如圖 11 中的 e)，接補后的構件在傳遞載荷時，由于作用在構件和接補型材上的力 (P)都將分別通過它們各自的截面重心，這樣一來，作用在構件和接補型材上的載荷不在一條直線上，因而出現一個偏彎矩 ( ep? )。這個偏彎矩，對受拉的構件來說 影響不大，對受壓的構件來說，容易使構件失去穩(wěn)定，產西安航空職工大學 畢業(yè)設計論文 14 生縱向彎曲。由此可見，外側接補的特點是施工比較簡單，但使構件受壓的穩(wěn)定性變差。 圖 9 接補型材的安裝 圖 10 接補型材的兩端削斜和端面錯開 西安航空職工大學