超声波在生产设备上应用.doc

致力于Mihail Renert教授的记忆 超声波在生产设备上的应用 MARIANA - FLORENTINA STEFANESCU Politehnica University of Bucharest, 313 Spl. Independentei, 060042, Bucharest, 对于任何一个设计工程师，在生产过程中充分利用材料特性的优点是非常重要的。但是充分利用材料的特性一般来说是不可能的，金属特性随着制造、装备、工作过程而改变。焊接、铸造、锻造、滚动、制造和工作环境改变着材料的特性。当受到机械循环负载剧烈震动环境时，使产品机构更容易损坏、输出数据失真、机械疲劳强度减少，进而使机械机构快速老化。为了补偿这些改变，工程师门经常增大毛坯的质量或者是用更高强度的材料来代替原用的材料。但是这样变化的后果是增加了产品的成本。现在有一种更经济的方法就是利用超声波技术，今天的超声波设备比许多年前的设备更加灵动，比巨大的电子元件更能储存复杂的信息，而且可以和PC机进行直接对话。 在机械工程中，超声波应用是多种多样的。例如：对产品表面清洗和除油污、超声波检测（抗腐蚀、驱动器矿井、轮子轴承、测试硬化表面的厚度等等），残余应力分析和对结构组合热处理效果分析，以及对焊接制造过程中塑性变形的影响等等。 超声波技术实践优点：不污染环境、容易使用、容易进入机械组织（对于单个表面的样品是必要的）和被覆盖孔的表面。使用在生活循环机械机构时，不用对环境加以特殊的保护，并且可以使用在不可拆卸机构现场，在动力学系统中可以实现自动一体化。 在工程应用上超声波的频率是：设备控制上应用的频率是0.5MHZ~20M(2MHZ~20MHZ)，钢和轻合金结构应用的频率是27KHZ~55KHZ，运用在表面处理中，如清洗除污中应用的是低频18KHZ。 残余应力分析： 在变形过程中，金属材料表现着不同响应，在晶体结构中的分子扩散、应力感受位移阶段和双晶形成。依靠温度、压力和应变率，机械系统控制着变形过程。 超声波应力测试技术是以声能弹性影响为基础的，是依赖于机械应力的弹性波在固体中的传播速度的一种新技术。超声波技术是无破坏性的，它们可以检测由负载直接产生的应力，或残余应力，并且可以检测组织结构中应力的演变过程。残余应力的特性包括：材料的弹性粘度、工作中的弹性变形、疲劳极限、制造过程中的变形、工作温度和组织结构形状。如图1例子描述了，低碳钢制作的屈服强度为196MPa盘子，局部受热且受热中心位于距圆盘左边大约50mm的位置。在实例中（纵向为黄色，横行为红色）。残余应力组成的分配结果在图1右边被描绘出了。如图所示，在加热区域残余应力组成部分是可以延伸的，并且能达到材料的屈服强度，相对比的区域示位于圆盘的边缘和加热中心区域。纵向的残余应力组成部分只能达到140MPa. 图表:1：残余应力测试的图示描述 超声波系统可以分析在焊接疲劳寿命下，通过循环负载和各种改进的处理方法的影响使残余应力重新分配，决定残余应力水平是材料的机械特性、连接类型和循环负载等因素。