【文章內(nèi)容簡介】 超聲波是頻率大于 20200Hz 的機(jī)械波，超聲波探傷是利用超聲波在不同介質(zhì)西安航空職工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 中的傳播、反射和衰減等 物理特性的不同來發(fā)現(xiàn)缺陷的一種探傷方法，又稱超聲波檢驗(yàn)，主要用于工件內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)。 超聲波探傷具有穿透力強(qiáng)、無污染、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 超聲波探傷設(shè)備 超聲波設(shè)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(chǎn)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(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)電 — 生能量相互轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)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(hù)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(dǎo)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(jié)束后將聲能很快損耗而停止振動，以便接收反射聲波。保護(hù)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(dāng)高頻電壓加于晶片兩面電極上時，由于逆壓電效應(yīng)，晶片會在厚度方面方向產(chǎn)生伸縮變形的 機(jī)械振動。如果晶片于工件表面良好耦合時，機(jī)械振動就以超聲波形式傳播進(jìn)去，即發(fā)射超聲波。反之，當(dāng)晶片受到超聲波作用而發(fā)生伸縮變形時，正電效應(yīng)又會使 晶片兩表面產(chǎn)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(dú)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(chǎn)生鋸齒電壓，在熒光屏的橫坐標(biāo)（ X1X2） 上產(chǎn)生一條相當(dāng)于時間坐標(biāo)的水平掃橫線。發(fā)射電路產(chǎn)生調(diào)頻脈沖電壓，加在發(fā)射探頭上。探頭將電波轉(zhuǎn)變成超聲波，并傳入工件中。超聲波經(jīng)缺陷或工件底面反射后，傳回接收探頭，探頭再將超 聲波轉(zhuǎn)變?yōu)殡姴ǎ?jīng)接收電路檢波、放大后，在熒光屏的縱坐標(biāo) (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(jù) F波在橫坐標(biāo)上的位置，可以對缺陷的深度定位。根據(jù) F 波德高度，可以估計(jì)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(xiàn)。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(jìn)行探測。 西安航空職工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(yīng)根據(jù)損傷的實(shí)際情況，采用不同的修理方法。 缺口的修理 翼梁緣條 邊緣產(chǎn)生缺口時，需根據(jù)缺口寬度的大小 (沿構(gòu)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(yīng)當(dāng)符合圖 4 所示的要求。當(dāng)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(qiáng)片，如圖 5所示。加強(qiáng)片的材料和厚度應(yīng)與原構(gòu)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(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(xiàn)裂紋，說明構(gòu)件在該處承擔(dān)的載荷過大，需根據(jù)裂紋的長短 (沿構(gòu)件截面的方向 )采用不同的修理方法。當(dāng)構(gòu)件邊緣出現(xiàn)長度不超過 2mm 的裂紋時，可采用銼修法修理；當(dāng)裂紋長度大于 2mm，但小于構(gòu)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(qiáng)片加強(qiáng)，如圖 6 所示；當(dāng)裂紋的長度超過構(gòu)件一邊寬度的 2／ 3 時，在裂紋末端鉆止裂孔后，用與構(gòu)件相同的型材進(jìn)行加強(qiáng)，如圖 7 所示。 圖 6 加強(qiáng)片加強(qiáng) 西安航空職工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 圖 7 加強(qiáng)型材 加強(qiáng) 斷裂的修理 翼 梁緣條斷裂后，如果斷裂的構(gòu)件便于整根取下，可采用更換的方法進(jìn)行修理。即取下斷裂構(gòu)件，用材料相同、規(guī)格相等的型材，制作新構(gòu)件，按原孔鉚接。 如果斷裂的構(gòu)件不便于整根取下，修理時，首先將構(gòu)件的斷裂部分切割整齊，用與切割部位相適應(yīng)的填補(bǔ)型材填平切割處，然后鉚接一條接補(bǔ)型材，將斷裂的構(gòu)件重新連接成一體，如圖 8 所示。這樣，在斷裂處作用于構(gòu)件一端的載荷，即可通過接補(bǔ)型材，傳至構(gòu)件的另一端，使斷裂構(gòu)件的強(qiáng)度得到恢復(fù)。這種修理方法，通常稱為接補(bǔ)修理。 圖 8 斷裂構(gòu)件的接補(bǔ) 接補(bǔ)修理的要求是：在恢復(fù)構(gòu)件抗拉和抗壓強(qiáng)度的前提下，盡可能減輕構(gòu)件西安航空職工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 的重量，并力求施工方便。接補(bǔ)修理的工藝過程，主要包括構(gòu)件損傷部位的切割、接補(bǔ)型材的選擇和安裝，以及接補(bǔ)型材的鉚接。 (1)損傷部位的切割 切割損傷構(gòu)件時，切割線應(yīng)超出損傷范圍 5 mm，并且切割線應(yīng)與構(gòu)件垂直。切割后，用銼刀銼平切割縫，并涂刷防銹底漆。若結(jié)構(gòu)中有幾根構(gòu)件同時斷裂，需事先用托架將損傷部件托住，再進(jìn)行切割。切割時，必須使各構(gòu)件的切割縫彼此錯開，不要在結(jié)構(gòu)的同一截面上，以防止結(jié)構(gòu)接補(bǔ)后，在該截面處的面積突然增大，引起應(yīng) 力集中，降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。一般切割縫錯開的距離盡量大于 l00mm。 (2)接補(bǔ)型材的選擇 接補(bǔ)型材通常選擇與構(gòu)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(qiáng)度 ( b? )和彈性系數(shù) (E )要大于或等于構(gòu)件材料的抗拉強(qiáng)度和彈性系數(shù)。不同構(gòu)件材料的代用材料見表 1。 表 1 代用材料表 構(gòu)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(yīng)與損傷構(gòu)件的截面形狀相同。 (3)接補(bǔ)型材的安裝 接補(bǔ)型材的安裝方法通常有三種：一種是接補(bǔ)型材安裝在構(gòu)件的外側(cè)，簡稱外側(cè)接補(bǔ)；一種是接補(bǔ)型材安裝在構(gòu)件的內(nèi)側(cè)，簡稱內(nèi)側(cè)接補(bǔ)；一種是接補(bǔ)型材安裝在構(gòu)件的兩側(cè)，簡稱兩側(cè)接補(bǔ)，如圖 9 所示。 構(gòu)件不論用哪種接補(bǔ)方法，施工時，應(yīng)將接補(bǔ)型材的兩端削斜 (一般為 45176。 )，如圖 10(a)所示。采用內(nèi)側(cè)和兩側(cè)接補(bǔ)時，應(yīng)將接補(bǔ)型材外棱 角倒角，以保證接補(bǔ)型材與構(gòu)件貼合緊密，同時，兩側(cè)接補(bǔ)時，還要使兩根接補(bǔ)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(bǔ)型材的三種安裝方 法各有其優(yōu)缺點(diǎn)。外側(cè)接補(bǔ)與內(nèi)側(cè)接補(bǔ)、兩側(cè)接補(bǔ)相比，操作比較簡單， 但是，外側(cè)接補(bǔ)其接補(bǔ)型材的截面重心和構(gòu)件的截面重心 之間 的距離較大 (如圖 11 中的 e)，接補(bǔ)后的構(gòu)件在傳遞載荷時，由于作用在構(gòu)件和接補(bǔ)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(gòu)件和接補(bǔ)型材上的載荷不在一條直線上，因而出現(xiàn)一個偏彎矩 ( ep? )。這個偏彎矩，對受拉的構(gòu)件來說 影響不大，對受壓的構(gòu)件來說，容易使構(gòu)件失去穩(wěn)定，產(chǎn)西安航空職工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 生縱向彎曲。由此可見，外側(cè)接補(bǔ)的特點(diǎn)是施工比較簡單，但使構(gòu)件受壓的穩(wěn)定性變差。 圖 9 接補(bǔ)型材的安裝 圖 10 接補(bǔ)型材的兩端削斜和端面錯開 西安航空職工大學(xué)