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金属连接成形pptConvertor综述
材料加工工程系刘少平制作
材料热加工基础
材料科学与工程学院
辽宁工程技术大学
第三篇
金属的连接成形
第一章金属连接成形原理及途径
第二章连接成形的主要工艺
第三章常用金属材料的焊接
第三篇金属的连接成形
目录
第一章
连接成形原理及途径
一、连接成形的本质
连接成形工艺有:
①可拆式连接:
螺栓连接、摩擦连接
②不可拆式连接:
焊接、粘接、铆接
其中焊接是现代制造技术中重要的金属连接技术。
焊接成形技术的本质在于:
利用加热或加压的方法,使分离的物质通过原子间或分子间的结合,彼此接近晶格的距离(0.3~0.5nm)形成金属键并产生原子或分子间的结合力,从而成为一体的工艺方法。
§1金属连接成形原理
二、连接成形的特点
与切削加工、压力加工、铸造、热处理一起构成了现代金属加工技术。
在汽车、船舶、飞机、航天、石油化工、桥梁、建筑、交通、电力电子等部门得到广泛的应用。
与铆接比有如下特点:
1、连接性能好。
焊接接头的力学性能、耐高低温、高压性能和导电性、耐腐蚀性、耐磨性、密封性等均可达到与母材性能一致。
例,120万kW核电站锅炉,外径6400mm,壁厚200mm,高13000mm,耐压17.5MPa。
使用温度350℃,接缝不能泄漏。
应用焊接方法可制造出了满足上述要求的结构。
2、与铆接相比,结构重量轻,节约材料,制造周期短,成本低。
简化工艺,能以小拼大,被喻为神奇的“钢铁裁缝”。
3、焊接的不足之处
①结构无可拆性。
②焊接时局部加热,焊接接头的组织和性能与母材相比会发生变化;焊接接头产生焊接残余应力、焊接变形和焊接裂纹等缺陷。
③焊接缺陷的隐避性,如裂纹、气孔、未熔合和未焊透、夹渣等,容易导致焊接结构的早期破坏。
如比利时大桥、采油平台、储罐等。
(一)液相焊接
利用热源加热待焊部位,使之发生熔化,凝固结晶后实现原子间结合。
熔化焊属于最典型的液相焊接。
除了被连接的母材(同质或异质)、还可填加同质或非同质的填充材料。
常用的填充材料是焊条或焊丝。
§2连接成形途径和方法
一、焊接方法的分类
大多数焊接方法都需要借助加热或加压。
或同时实施加热和加压,以实现原子结合。
从冶金的角度来看,可将焊接分为三大类:
(二)固相焊接
固相焊接属于典型的压力焊方法。
因为固相焊接时,必须利用压力使待焊部位的表面在固态下直接紧密接触,并使待焊表面的温度升高(但一般低于母材金属熔点),通过调节温度、压力和时间以保证充分进行扩散而实现原子间结合。
在预定的温度(利用电阻热、摩擦热、超声振荡等)紧密接触时,金属内的原子获得足够能量、增大活动能力,可在待焊界面上进行相互扩散,从而形成固相连接接头。
(三)固-液相焊接
固-液相焊接,就是待焊表面并不直接接触,而是通过两者毛细间隙中的中间液相相互联系。
于是,在待焊的同质或异质固态母材与中间液相之间存在两个固-液界面,通过固-液相间原子充分扩散,可实现原子间的结合。
钎焊即属此类,形成中间液相的填充材料称为钎料。
根据钎料熔点不同可分为:
(1)软钎焊熔点低于450℃的锡基钎料;
(2)硬钎焊熔点高于450℃的铜基钎料。
二、焊接热源的种类及特征
1、电弧热利用气体介质中放电过程所产生的热能作为焊接热源,是目前焊接热源中应用最为广泛的一种,如手工电弧焊、埋弧自动焊等。
2、化学热利用可燃气体(氧、乙炔等)或铝、镁热剂燃烧时所产生的热量作为焊接热源,如气焊。
这种热源在一些电力供应困难和边远地区仍起重要的作用。
3、电阻热利用电流通过导体时产生的电阻热作为焊接热源,如电阻焊和电渣焊。
采用这种热源所实现的焊接方法,都具有高度的机械化和自动化,有很高的生产率,但耗电量大。
4、高频热源对于有磁性的被焊金属,利用高频感应所产生的二次电流作为热源,在局部集中加热,实质上也属电阻热。
由于这种加热方式热量高度集中,故可以实现很高的焊接速度,如高频焊管等。
5、摩擦热由机械摩擦而产生的热能作为焊接热源,如摩擦焊。
6、电子束在真空中,利用高压高速运动的电子猛烈轰击金属局部表面,使这种动能转化为热能作为焊接热源,如电子束焊。
7、激光束通过受激辐射而使放射增强的单色光子流,即激光,它经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为焊接热源。
焊接方法
熔化焊
压力焊
钎焊
气焊
电弧焊
电渣焊
电子束焊
激光焊
手工电弧焊
气体保护焊
埋弧焊
氩弧焊
CO2焊
电阻焊
摩擦焊
扩散焊
高频焊
点焊
缝焊
对焊
烙铁钎焊
火焰钎焊
炉中钎焊
焊接方法的分类
§3熔焊原理及过程
一、熔化焊的本质及特点
所有的焊接方法中,熔焊是目前焊接生产中应用最多的一类焊接方法。
对大型、高参数(高温、高压下运行)设备,如大吨位船舶、舰艇、发电设备、核能装置、锅炉、化工容器等的制造中,几乎全部采用熔焊。
熔化焊是焊接利用热源将分离的两个固态物质局部加热到熔化状态,形成熔池,随热源的移动,熔池也随之移动,熔池中的液态金属逐步冷却结晶后形成焊缝,从而将两个焊件连接成一个整体的焊接方法。
其实质是达到原子间距0.3~0.5nm。
在熔焊过程中,焊接热源首先将焊接处的母材及填充金属加热熔化形成熔池,熔池金属与周围的高温固体母材金属紧密接触,充分的浸润,待焊接热源离开,温度降低,液态的熔池金属冷却凝固,形成同母材长合在一起的联生结晶,成为原子结合的接头。
形成熔池形成焊缝和接头
二、熔化焊的三要素
1、热源
能量要高度集中,温度要高。
以保证金属快速熔化,减小热影响区。
常用的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。
2、熔池的保护
可分为渣保护、气保护和渣—气联合保护三种方式。
起到防止氧化,脱氧、脱硫、脱磷和焊缝合金化作用。
3、填充金属
保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素,并达到力学性能。
主要有焊芯和焊丝。
三、焊接接头的组织与性能
1-焊缝区
2-熔合区
3-热影响区
4-母材
熔焊热源在熔化焊缝区金属的同时,向工件金属传导热量,必然引起附近未熔化区域金属的组织和性能发生变化。
这个受焊接热循环的影响,焊缝附近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区域叫热影响区。
低碳钢一般分为四个区域:
熔合区、过热区、正火区和部分相变区。
(一)不易淬火钢
低碳钢和某些低合金钢(不易淬火钢)的HAZ(HeatAffectedZone)可分为四个区:
1、熔合区
也叫做半熔化区。
是焊缝与母材相邻的部位(温度处于固液相线之间),范围很窄。
在化学成分上和组织性能上都有较大的不均匀性,对焊接接头的强度、韧性都有很大的影响。
Q235双面埋弧焊
20×
2、过热区
温度范围处在固相线以下1100℃左右,金属处于过热状态,奥氏体晶粒发生严重长大现象,冷却之后得到粗大的魏氏组织。
韧性很低,常在过热粗晶区产生脆化或裂纹。
加热温度过高并以较快速度冷却时,先共析铁素体或渗碳体从奥氏体晶界沿一定晶面向晶内生长并呈针片状析出。
452×
452×
3、相变重结晶区
也叫正火区。
母材金属加热到Ac3温度以上的区域,发生重结晶(即铁素体和珠光体全部转变为奥氏体),在空气中冷却就会得到均匀而细小的珠光体和铁素体。
在HAZ中塑性和韧性都最好,所处的温度范围约在Ac3~1000℃之间。
20×
20钢双面埋弧焊
452×
4、不完全重结晶区
热影响区中处于Acl~Ac3之间范围内。
只有一部分组织发生了相变重结晶过程,成为晶粒细小的铁素体和珠光体,另一部分始终未能溶入奥氏体的铁素体,成为粗大的铁素体。
晶粒大小和组织不均匀,力学性能不佳。
250X
452×
(二)易淬火钢
1、完全淬火区
处于Ac3以上的区域。
钢的淬硬倾向较大,焊后得到淬火组织(马氏体)。
靠近焊缝附近(相当于低碳钢的过热区),晶粒严重长大,得到粗大的马氏体。
相当于正火区的部位得到细小的马氏体。
15MnV
600×
过热区:
板条M+A′
焊缝区和过热区
2、不完全淬火区
母材被加热到Acl~Ac3温度之间的热影响区。
原铁素体保持不变,有不同程度的长大,形成马氏体-铁素体的组织。
3、回火区(低于Acl以下的区域)
如果母材在焊前是调质状态,低于焊前调质温度的部位,其组织性能不发生变化。
热影响区高于此温度的部位,组织性能将发生变化,出现软化现象(也叫回火软化区)。
5000×
30CrSiNiMoVA过热区电镜
焊缝属铸态组织,由于按等强原则选择的焊接材料,强度不低于母材,韧度也接近母材,只是塑性略有降低。
塑性和韧度最低区域是熔合区和过热区。
原因是晶粒粗大、拉应力也最大,是接头中最薄弱的部位。
改善的途径是:
合理选择焊接方法、接头形式与焊接规范;控制焊后冷却速度;尽量减小热影响区范围、细化晶粒以降低脆性;可焊后热处理改善接头的组织和性能;尽量选择低碳、低氢的焊接材料和低碳、低硫和磷的母材。
(三)改善焊接接头组织和性能的途径
由于焊接局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀,导致在焊接结构内部产生了焊接应力与变形。
焊接应力是引起脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂和失稳破坏的主要原因;焊接变形使结构的形状和尺寸精度难以达到技术要求,直接影响结构的制造质量和使用性能。
变形是物体在外力或温度等因素的作用下,其形状和尺寸发生变化。
应力是存在于物体内部的、受外力作用或其他因素引起物体内部之间相互作用力,叫做内力。
物体单位截面积上的内力叫做应力。
四、焊接应力与变形
(一)焊接应力与变形产生的原因
1、焊件的不均匀受热
(1)长板条中心加热引起的应力与变形
①基本规律:
加热时,焊缝区受压应力,两
边受拉应力,焊件沿焊缝长度方向增长。
②基本原因:
焊接时对焊件进行了局部不均
匀加热,焊接区金属的膨胀、收缩受到阻碍所致。
(2)长板条一侧加热引起的应力与变形
2、焊缝金属的收缩
3、金属组织的变化
4、焊件的刚性和拘束
(二)焊接变形的种类及其影响因素
焊接变形分为5种基本变形形式:
收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形。
焊接变形的基本形式
1、收缩变形
焊件尺寸比焊前缩短的现象称为收缩变形。
(1)纵向收缩变形
(2)横向收缩变形
横向收缩变形
纵向收缩变形
纵向收缩
纵向收缩
2、角变形
角变形产生的根本原因是由于焊缝的横向收缩沿板厚分布不均匀所致。
3、弯曲变形
弯曲变形是由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴不重合或不对称、焊缝的收缩沿焊件宽度方向分布不均匀而引起的。
(1)纵向收缩引起的弯曲变形
(2)横向收缩引起的变曲变形
4、波浪变形
常发生于板厚小于6mm的薄板焊接过程中,又称之为失稳变形。
工字梁的扭曲变形
5、扭曲变形
产生扭曲变形的原因主要是焊缝角变形沿焊缝长度方向分布不均匀。
(三)控制焊接变形和应力的措施
1、焊前预热
目的是减小各部分温差,降低接头冷却速度,从而减小焊接变形。
预热温度一般在400℃以下。
2、选择合理的焊接顺序
(1)尽量使焊缝自由收缩,减小残余应力
(2)对称焊缝采用分散对称焊
3、加热减应区
600~700℃。
在焊接前加热图示减应区,焊接后,整个框架在热塑性状态下缩短,应力释放。
图示中部杆件断裂,由于结构刚性大,焊缝不能自由收缩,焊接后仍易开裂,若选框架左右两杆中段为减应区,加热后框架膨胀并使断裂的间隙增大,焊后焊缝与减应区一起冷却收缩,这样就可以消除或减
小焊接应力。
被加
热的部位叫做“减
应区”。
适合于铸
铁的焊补。
4、反变形法
焊前预测焊接变形量和变形方向,在焊前组装时将被焊工件的焊接方向变形相反的方向进行人为的变形,已达到抵消焊接变形的目的。
5、刚性固定法
利用卡具、胎具等强制手段,以外力固定被焊工件减少焊接变形。
(四)消除焊接变形和应力的措施
1、消除焊接应力的方法
(1)锤击焊缝
焊后用圆头小锤对红热状态的焊缝锤击,以延展焊缝,使应力得以释放。
(2)焊后热处理(焊后回火)
去应力退火,效果较好。
碳钢或低合金钢整体加热到580~680℃,保温后空冷或炉冷,可消除80~90%的残余应力。
大型焊件,可局部退火。
(3)机械拉伸
微量塑性拉伸降低残余应力。
如水压试验1.2~1.5倍工作应力。
2、矫正焊接焊接变形的措施
(1)机械矫正
利用压力或锤击产生塑性变形,以抵消焊接变形。
适合塑性好、厚度不大的焊件。
(2)火焰矫正
利用氧乙炔焰加热拉应力小三角区,通过塑性变形释放应力。
加热温度一般600~800℃。
(一)焊接缺陷
焊接过程中,由于设计、工艺及操作不当所产生的不符合标准要求的弊端。
影响焊缝的美观、减小有效的承载截面积、造成应力集中等,直接影响焊接结构使用过程中的可靠性。
按其位置不同,可分为外部缺陷和内部缺陷。
按危害的程度,可分为面积型和体积型缺陷。
通常将缺陷分成六种类型,分别是:
裂纹、孔穴、固体夹渣、未焊透和未熔合、形状缺陷和其它缺陷。
五、焊接缺陷与检验
GB6417-86金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明
1、焊接裂纹
在焊接应力及其它致脆因素共同作用下,焊接接头中局部区域金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。
具有尖锐的缺口和长宽比大的特征,是焊接结构中最危险的缺陷。
1-热影响区2-纵向裂纹
3-间断裂纹4-弧坑裂纹
5-横向裂纹6-枝状裂纹
7-放射状裂纹
按裂纹的外观形貌和产生的部位分横向、纵向、弧坑、放射状、枝状和间断裂纹等。
按裂纹产生的温度范围划分热裂纹、冷裂纹和再热裂纹。
2、气孔
焊接时,熔池中的气泡在凝同时未能逸出而残留下来所形成的空穴称为气孔。
从形状上分,有球状气孔、条虫状气孔;从数量上可分单个气孔和群状气孔。
群状气孔又有均布气孔,密集状和链状分布气孔之分;按气孔内气体成分氢气孔、氮气孔、二氧化碳气孔、一氧化碳气孔、氧气孔等。
位置….
危害:
气孔减少焊缝有效截面积,使焊缝疏松,从而降低了接头的强度,降低塑性,还会引起泄漏。
3、固体夹杂
(1)夹渣
焊后残留在焊缝中的熔渣称为夹渣。
其形状较复杂,一般呈线状、长条状、颗粒状及其它形式。
主要发生在坡口边缘和每层焊道之间非圆滑过渡的部位。
焊道形状发生突变或存在沟的部位也容易产生夹渣。
(2)夹钨
钨极氩弧焊时,使钨的颗粒进入焊缝金属中而造成夹钨,焊接镍铁合金时,则其与钨形成合金,即使用X射线探伤也很难发现。
4、未熔合和未焊透
(1)未熔合
在焊缝金属和母材之间或焊道金属与焊道金属之间末完全熔化结合的部分称为未熔合。
常出现在坡口的侧壁、多层焊的层间及焊缝的根部。
(2)未焊透
焊接时,母材金属之间应该熔合而未焊上的部分称为未焊透。
出现在单面焊的坡口根部及双面焊的坡口钝边
5、形状缺陷
(1)咬边
由于焊接参数选择不当,或操作工艺不正确,沿焊趾的母材部位产生沟槽或凹陷称为咬边。
在立焊及仰焊位置容易发生咬边,在角焊缝上部边缘也容易产生咬边。
(2)焊瘤
焊接过程中,熔化金属流淌到焊缝之外末熔化的母材上所形成的金属瘤称为焊瘤。
存在于焊缝表面,在其下面往往伴随着未熔合、未焊透等缺陷。
(3)烧穿和下塌
焊接过程中,熔化金属自坡口背面流出,形成穿孔的缺陷叫烧穿。
烧穿容易发生在第一道焊道及薄板对接焊缝或管子对接焊缝中。
穿过单层焊缝根部或在多层焊接接头中穿过前道熔敷金属塌落的过量焊缝金属称为下塌。
烧穿
下塌
(4)错边和角变形
由于两个焊件没有对正而造成板的中心的平行偏差称为错边。
当两个焊件没有对正而造成它们的表面不平行或不成预定角度称为角变形。
(5)焊缝尺寸、形状不符合要求
尺寸缺陷指焊缝的几何尺寸不符合标准的规定。
焊缝形状缺陷是指焊缝外观粗糙、鱼鳞波高低不等、宽窄发生突变、焊缝与母材非圆滑过渡等。
6、其它缺陷
(1)电弧擦伤
在焊缝坡口外部引弧时产生于母材金属表面上的局部损伤。
如果在坡口外随意引弧,有可能形成弧坑而产生裂纹。
(2)飞溅
熔化的金属颗粒和熔渣向周围飞散的现象称为飞溅。
不同药皮成分的焊条和不同的焊接方法具有不同的飞溅损失。
(二)焊接质量检验
是焊接生产的重要环节,在焊前和焊接过程中对影响焊接质量的因素认真检查,以防止和减少焊接缺陷的产生。
焊后根据产品技术要求和相关标准对缺陷和性能进行检验,确保安全运行。
分破坏性检验和非破坏性检验两大类。
破坏性检验分化学成分分析、金相组织分析、力学性能试验、化学性能检验等;
非破坏性检验由于不对产品产生损害,因而在焊接质量检验中占有重要地位。
非破坏性检验包括外观检验、致密性检验、射线检验、超声波检验、磁力探伤、涡流探伤、声发射检验、渗透探伤等。
1、外观检查
在一般通过肉眼观察,借助于标准样板、量规和放大镜等工具来进行检验。
检验之前要将焊缝附近10~20mm上的飞溅及其它污物清理干净;合金钢焊接产品要进行两次,既焊后和经过15~30天以后;对未填满的弧坑要特别仔细检查,因可能会有星形散射状裂纹。
测焊缝余高
测焊脚的高度
测角焊缝有效厚度
2、致密性检验
在储存液体或气体的焊接容器,其贯穿型缺陷如裂纹、气孔、夹渣、未焊透等,可用致密性检验来发现。
(1)煤油试验
常用于检查敞开型容器、贮存石油、汽油的固定式储器和同类型的其它产品。
其方法如下:
在比较容易修补和发现缺陷的一面,将焊缝涂上白粉水溶液,干燥后,将煤油仔细的涂在焊缝的另一面上。
煤油粘度和表面张力小、渗透性强,有透过极小的贯穿性缺陷的能力,有贯穿性缺陷时,在白粉涂过的表面上显示油斑。
(2)载水试验
常用于不受压力的容器或敞口容器的检查。
其方法如下:
将容器的全部或部分充水,观察表面是否有水渗出,如没有视为合格。
(3)水冲试验
常用于检查大型敞口容器如船体甲板密封性的检查。
方法如下:
在焊缝的一侧用高压水流喷射,另一面观察是否有水渗出。
喷射方向与焊缝表面夹角不应小于70°,喷嘴直径要大于15mm,水压应是垂直面上的反射水环直径大于400mm。
检查垂直焊缝时要从下到上。
(4)沉水试验
常用于检查小型容器,如飞机、汽车的汽油箱等。
方法如下:
将工件浸入到水中,然后充灌压缩空气,为便于发现缺陷,被检焊缝要在水下约20~40mm的深处,当有贯穿性缺陷时,有缺陷的部位有气泡出现。
(5)吹气实验
其方法如下:
用压缩空气对焊缝的一面猛吹,在焊缝的另一侧涂上肥皂水,有缺陷时产生肥皂泡。
压力要大于405.3kPa(4个大气压),距离小于30mm。
3、受压容器的整体强度检验
用来检验焊接产品的接头强度是否符合产品的设计强度要求。
常用于贮存液体或气体的受压容器的检查上。
可分两类:
一类是破坏性强度试验;另一类是超载试验。
破坏性试验时试验载荷的性质与工作载荷性质相同,负载要加到破坏为止,用破坏载荷和正常工作载荷的比值说明产品的强度情况,达到或超过为合格;超载试验时,对产品所加载荷超过工作载荷的一部分,如25%、50%观察焊缝是否出现裂纹及产品变形的部分是否符合要求来判断是否合格。
受压容器要求100%接受这种检查。
(1)水压试验
用作焊接容器的致密性和强度试验。
试验时,将容器充满水,彻底排除空气,用水压机加一静水压力,一般为工作压力1.25~1.5倍。
持续一定时间降到工作压力,并用0.4~0.5Kg的小锤沿焊缝边缘15~20mm的地方轻轻敲击,发现漏水或潮湿为不合格。
(2)气压试验
也用作焊接容器的致密性和强度试验。
比水压试验更为灵敏,但危险性远大于受压试验,试验时,气压一般为工作压力1.05倍,且必须要采取安全措施。
基本原理:
铁磁材料被磁化后,其表面和近表面的缺陷处磁力线发生变形,逸出工件表面,用一定方法将漏磁场检测出
来,在合适光照下目视
可见的磁痕,进而确定
缺陷的位置、形状、大
小和深度。
4、表面缺陷的检验
(1)磁力探伤
磁力探伤是通过对铁磁材料进行磁化所产生的漏磁场,来发现表面或近表面缺陷的无损检验法。
包括磁粉法、磁敏探头法和录磁法。
通过在被检工件表面涂敷含有着色剂或荧光物质且具有高度渗透能力的渗透液,在液体对固体表面的湿润作用和毛细管作用下,渗透液渗入被检工件表面开口缺陷中,然后将工件表面多余的渗透液清洗干净,待工件干燥后再在工件表面涂上一层显像剂,将缺陷中的渗透液在毛细作用下重新吸附到工件表面,从而形成缺陷的痕迹。
通过直接目视等方法,观察缺陷痕迹或荧光图像对缺陷进行评定。
(2)渗透探伤
渗透清洗显像检测
着色探伤的探伤过程
预清洗渗透清洗
干燥显像观察
射线探伤是利用X射线或γ射线可以穿透物质和在物质中有衰减的性质来发现物质内部缺陷的一种无损探伤方法。
按
所使用的射线源种类,
分X射线探伤、γ射线
探伤、高能X射线等。
5、内部缺陷的无损探伤
(1)射线探伤
X射线产生装置示意图
1-高压变压器2-灯丝变压器3-X射线4-阳极5-X射线管6-电子7-阴极
γ射线是由放射性物质(60Co、192Ir等)内部原子核的衰变过程产生的。
最常用的射线照相法探伤是根据被检工件与其内部缺陷介质对射线能量衰减程度的不同,使得射线透过工件后的强度不同,使缺陷能在射线底片上显示出来的方法。
射线照相法原理
1-X射线2-工件3-胶片4-底片黑度变化
射线照相法探伤过程
按其工作原理分脉冲反射法等;按显示缺陷的方式分A型、B型、C型和3D型显示超声波探伤等;按所使用的波型可分为纵波法、横波法、表面波法和板波法探伤;按声耦合的方式可分直接接触法和液浸法超声被探伤等。
(2)超声波探伤
是利用超声波在物体中的传播、反射和衰减等特性来发现缺陷的一种无损检测方法。
主要用于检测金属或非金属材料的内部缺陷。
具有成本低、操作方便、检测厚度大、对人和环境无害等优点。
但也存在如探伤不直观、难以确定缺陷的性质、评定结果在很大程度上受操作者技术水平和经验的影响及不能给出永久性记录等缺点。
当高频电压加于晶片两面电极上时,由于逆压电效应,晶片会在厚度方向产生伸缩变形的机械振动。
若晶片与工件表面有良好耦合时,机械振动就以超产波形式传播进去,用于发射。
反之当晶片受到超声波作用(实际上使遇到异质界面反射回来)而发生伸缩变形时,正压电效应又会使晶片两表面产生不同极性电荷,形成超声频率的高频电压,用于接收。
超声波是频率大于20000Hz的机械振动在弹性介质中的一种传播过程。
因此,是超声频率的机械波。
探伤中常用的超声波其频率为0.5~10MHz。
脉冲反射法是应用最广的方法。
其基本原理是将一定频率间断发射的超声波(称脉冲波)通过一定介质(称耦合剂)的耦合传入工件,当遇到异质界面(缺陷或工件底面)时,超声波产生反射,回波(反射波)为仪器接收并以电脉冲信号在示波屏上显示出来,由此判断缺陷的有无,以及进行定位、定量和
评定。
利用压电效应使
压电晶片发射和接收超
声波,使发现缺陷成为
可能。
其装置是超声波
探头也叫换能器。
A型显示脉冲反射法超声波探伤主要特点是示波屏上纵座标代表反射波的振幅,横坐标代表超声波的传播时间。
它虽不能实现缺陷成象的目的,但却是脉冲回波超声波成象的基础。
A型脉冲反射式超声波探伤仪原理框图
超声波探伤
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