哑光球墨铸铁件的特殊超声换能器制造和成像检测

时间:2019-03-02 18:21:37 来源: 凤凰彩票 作者:匿名


球墨铸铁因其高强度,低成本和良好的减振性而得到人们的认可。球墨铸铁的应用已经用于机械系统的每个行业。中国有许多球墨铸铁制造商。 2001年,中国的铸铁件数为1395万吨,位居世界第一。因此,为了解决哑光球墨铸铁件的质量检测问题,提高缺陷检测的灵敏度和分辨率,有必要开发一种基于'浸水超声波F-的特殊探头(曲面聚焦探头)。扫描自动检测装置'。利用时频分析技术和可视化技术,构建了超声声场自动扫描系统,用于检测球墨铸铁件。

液浸式聚焦探头检测缺陷,声束小,散射反射概率小,信噪比高,灵敏度高,可克服铸件表面粗糙的问题,有利于检测缺陷。由于声透镜的焦点将在聚焦区域产生相位差,因此传感器的分辨率降低;同时,一个回波的干扰是明显的,使得微缺陷的定位变得困难。因此,弯曲晶片焦点检测方法更有利于检测球墨铸铁铸件中的缺陷。

1弯曲聚焦超声探头的声场特性

弯曲晶片的厚度类似于扁平晶片的厚度。然而,由于聚焦的影响,轴上的声压分布不同于平坦晶片的声压分布(图1)。弯曲换能器的声场可以根据惠更斯原理通过积分方法获得。

2探头设计

通过分析换能器的瞬态特性,可以在理论上计算压电晶片,背衬和前匹配层(抗反射膜)的性能参数。

2.1压电材料的选择

晶片材料应具有较大的机电耦合系数K,较小的机械品质因数Qm,较大的压电应变常数d33和压电电压常数g33,以获得较高的发射灵敏度和接收灵敏度;居里温度Tc较高,声阻抗Z是合适的。

2.2压电设计

压电片的厚度根据t=λ2=c2f确定;对于球形晶片聚焦探头,超声波束由晶片厚度方向的振动产生,直接聚焦在一定的深度范围内,由于采用了具有一定曲率的声源,设计为厚度在晶片的一部分中,通常将低频厚晶片手工研磨至合适的厚度,然后在晶片的两侧上镀银层作为电极。基于计算的T,选择并处理具有厚度T的晶片以获得具有曲率半径F的球形晶片(图2)。

2.3支持设计

超声波探头的背衬有两个主要目的::。它与晶片匹配以减少晶片振荡的次数,从而增加探针的带宽。其次,它吸收从晶片背面发出的声波,减少探头固有的杂波并改善探伤。可靠性。为了获得理想的宽带探头,背衬的声阻抗通常是晶片声阻抗的2/3。

3探针生产

3.1材料选择和晶圆设计

枸橼酸铋铅(PbNb2O6),锆钛酸铅(PZT-5),铌酸锂(LiNbO3)是三种具有良好厚度模式的振动模式,其中PZT-5具有更好的综合性能,因此选用的晶圆材料为PZT- 5。纵向声速cl为4350m/s,压电板的厚度为0.435mm,压电片直径为20mm,选择厚度为4.2mm的晶片以获得具有半径的球形晶片曲率为55毫米。

3.2压电晶圆电极引线的焊接

电极引线由1.0mm航空航天线制成,使用低功率内部热式烙铁,并研磨成圆锥形状,以减少焊接过程中晶圆的受热面积。使用特殊的低温焊料,其熔点约为80°。应使用无水乙醇清洁和干燥晶圆上的焊点和部件。松香用作助焊剂,然后用细砂纸(如金相砂纸)抛光铅头,食用锡;焊接速度应尽可能快。并注意散热。

3.3外壳加工

用20毫米铜棒在实验室车床上加工。

3.4生产背衬

首先,将环氧树脂加热至约100°C,然后加入上述成分并均匀搅拌(注意不要让空气参与气泡和团聚的形成),然后加入固化剂(二亚乙基三胺)并快速混合。产生气泡)然后可用于填充吸收剂块。

3.5匹配前

为了保护弯曲晶片的电极,将厚度为λ/4的匹配层施加到晶片的前表面。环氧树脂用作基材,钨粉用作填料,并设置在晶片的表面上。3.6最终装配

把它放入探头盖,最后的工作是找到两个小管盖住两个接头,然后用蜡密封,以避免潮湿和短路,将接头插回探头密封标签,整个探头生产过程结束了。

4实验研究

4.1性能测试

探头性能测试使用Tektronix TSD3032B示波器,PR5077超声波信号发生器,脉冲电压为100V,仪器连接模式如图3所示。观察探头波形,衰减为4 dB。

(1)焦距的测量

在水箱中,上下移动探头,当峰峰值达到钢样表面主波形的最大值时,可以找到从探头到样品表面的距离F.此时,F是测量的焦距。实验表明,测得的焦距与理论值基本一致。

(2)焦点柱深度的测量

示波器用于分析深度范围,焦深范围是对应于峰 - 峰下降30%的深度范围。因此,焦点柱的上限为50mm,焦点柱的下限为25mm。通过归一化绘制弯曲聚焦探头的轴向上的声压分布,如图4所示。

(3)测量焦平面中的横向纵向直径

焦平面范围是对应于平面区域中相应的峰 - 峰下降30%的平面范围。

测量焦平面中的纵向和横向声压分布。可以看出,弯曲晶片聚焦探针的焦平面尺寸近似为直径为4.8mm的圆形表面。通过归一化绘制弯曲焦点探头的焦平面中的垂直声压分布,如图5所示。

4.2球墨铸铁的测试结果

汽车轮毂的结构如图6所示。它分为两部分,圆盘表面和圆柱表面。在检测期间对盘的表面进行超声成像。

图7是在毂盘表面的实际检测中开发的5MHz水浸聚焦探头的波形图和振幅谱图。通过在回波之前和之后放置比例,单击“频谱分析”??按钮以获得振幅谱。

从图7可以看出,实际工件中缺陷回波的测量中心频率约为5 MHz,界面波宽小于5个周期,分辨率高,防止前后界面波与缺陷波混合。 ,以确保提取检测信息。盘面厚度为10mm~12mm,六个凸起的厚度约为15mm。目标是检测相当于2毫米平底孔的缺陷。对于这种检测要求,所生产的人造样品包含不同深度的平底孔,最小孔径为2mm。集线器磁盘表面的检测过程为:。打开F-scan软件,调整探头位置,使A显示波形的上下界面回波更清晰,确定成像模式(深度或幅度)和门限,并确定各种辅助选项。如声速,扫描间隔,扫描速度等,则扫描,扫描并给出工件图像。图8是人造样本的深度图像(顶部)和某个点(底部)的时域波形。在深度图像中,不同的深度由栅极范围中的不同颜色表示,并且表示红色,黄色和棕色点区域。平底孔深度在3.5mm和8mm之间,绿色和浅绿色点区域表示平底孔深度在9.5mm和12.5mm之间,六个蓝色和浅蓝色区域和绿色环形区域代表底部。波的深度,在平面图下方的某一点有一个B形图像;下部波形中的框图是成像门的宽度和幅度。在扫描图像之前,必须将门调整到适当的高度以便更好。成像效果。扫描完成后,需要重新调整门的高度,然后重新处理以获得所需的图像。图8交叉处的棕色点是2的平底孔,下面的波形是交叉点处的A形显示。可以看出,平底孔的深度为5.11mm(靠近上表面),波高为46。

5结论

1)聚焦超声可以提高缺陷检测的灵敏度和分辨率;

2)探头的聚焦特性(焦距,焦深,焦平面的纵向直径和焦平面的横向直径)对缺陷的检测有很大影响。

3)表面聚焦探针用于检测球墨铸铁零件缺陷,效果良好,可提高信噪比和灵敏度,克服钢铸件表面粗糙度问题,便于缺陷检测。

摘录自:中国计量与测量网络

[关键词]球墨铸铁件,超声成像,AOC官方网站,北京世纪奥克

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