超声波探伤

齿轮检测探头分布图
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1．齿顶面入射检测
齿顶面入射检测主要是探测每个轮齿内部的缺陷，由于轮齿是顶部到
齿根为近似梯形。
图2 齿顶面入射检测轮齿内部示意图 因此若采用纵波垂直入射只能检测每个轮齿内部的检测2区的那一部分如图b2所 示。为了对1区、3区检测需采用纵波小入射角斜入射检测，如图 (a)、(c)所示。通 过三种入射角度的超声纵波检测，将完整地探知每个轮齿内部的缺陷。
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常用的齿轮检测方法有磁粉探伤、射线探伤、涡流探 伤、超声波探伤等。 其中，磁粉探伤能直观显示缺陷的形状、位置、大小、 严重程度，可大致确定缺陷的性质，但是，它只能检测齿 轮表面裂纹，内部缺陷不能检测出来； 涡流探伤在工作期间要求探头与工件表面保持固定间隙 或紧密接触，对受检工件表面状况要求较高。因为对探头 与受检工件之间的间隙比较敏感，这就对探伤灵敏度影响 巨大。
第二次检测
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磨齿
磨削裂纹
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制成
其中，磨削裂纹的深度一般在几μ至几百μ之间,方向与齿顶垂直。 使用过程中,磨削裂纹在齿面上产生剥落,硬齿面尤为严重要,从而影响 整个齿轮的寿命。所以,磨削裂纹也是不可忽视的一种缺陷。 显然,无论是内部缺陷,还是外部缺陷,都在不同程度上影响齿轮的使 用寿命,都是应该检测的内容
因此锻件是超声检测实际应用的主要对象。
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（1） 锻件中的常见缺陷。锻件中的缺陷主要来源于两 个方面：
材料锻造过程中形成的缩孔、缩松、夹杂及偏析等；

热处理中产生的白点、裂纹和晶粒粗大等。
（2） 锻件超声检测的特点。
锻件可采用接触法或液浸法进行检测。锻件的组织很细，
由此引起的声波衰减和散射影响相对较小。因此，锻件上有
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Hale Waihona Puke 射线探伤也可以实现齿轮检测，但是辐射生物效 应对人体有一定的伤害，而且检验成本较高，操 作不便。 与涡流探伤、磁粉探伤、射线探伤相比，超声波 探伤方法具有指向性好、高灵敏度、性能稳定、 不受电磁干扰的特点，目前在裂纹探伤方面有广 泛的应用。
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一种齿轮缺陷超声自动检测系统的简介

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齿轮常见缺陷
①齿轮加工缺陷 齿轮一般都是经过
浇铸 锻打 第一次检测
产生的缺陷多为夹杂硫松、缩孔及气孔等 在锻打过程中,疏松、缩孔、气孔等缺陷有 可能被焊合，但也有一部分会保留下来。 机械加工裂纹
工粗加工 工 调质热处理 表面热处理
可能产生热处理裂纹
可能产生热处理裂纹(一般为龟裂)
查磨削裂纹的
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齿轮传动过程中产生的缺陷
齿轮在传动过程中出现的缺陷一般表现为：啮合齿轮
副磨损、断齿、轮毂孔和键槽磨损、齿圈和轮幅开裂 等。
其中大部分缺陷都是从齿轮内部或表面的微小裂纹开
始慢慢扩大形成的。因此，定期检查齿轮内部及表面 微细裂纹，对于及时修补更换齿轮，保证齿轮传动的 正常工作，具有重要意义
超声波检测原理：
超声波无损智能检测是利用材料及其缺陷的声学性能差
异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量的影响 变化来检验材料内部缺陷的无损检测方法。
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超声检测的方法很多，可按原理、波型和使用探头的数
目及探头接触方式来分类。按显示方式分类，有A型显示、B 型显示和C型显示；按波型分类，有纵波法、横波法、表面波 法和板波法；按探头数目分类，有单探头法、双探头法和多 探头法；按耦合方式分类，有接触法和液浸法；按入射角度 分类，有直射声束法和斜射声束法。按原理分类，有脉冲反 射法、穿透法和共振法；
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A型脉冲反射
在实际应用中，脉冲反射法以该法为主。 A型脉冲反射法超声波检测原理 (1)原理： A型脉冲反射法超声波检测就是利用超声波在传 播过程中，遇到声阻抗差较大的异质界面时，将产生 反射的原理来实现对内部缺陷检测的。
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(2)实现方法： 该法采用单一探头——既作发射器件，又作接收元 件，以脉冲方式间歇地向工件发射超声波；接受到 的回波信号经功能电路放大、检波后，在探伤仪的 示波屏上，以脉冲信号显示出来。

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2、透射法（穿透法）
透射法通常采用两个探头，分别放置在试件两侧，一个将脉冲
波发射到试件中，另一个接收穿透试件后的脉冲信号， 依据脉冲
波穿透试件后幅值的变化来判断内部缺陷的情况。
直射声束穿透法
(a) 无缺陷； (b) 有缺陷
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透射法检测的优点：
① 在试件中声波单向传播，适合检测高衰减的材料； ② 对发射和接收探头的相对位置要求严格，须专门的探头支 架。特别适用于单一产品大批量加工过程中的自动化检测； ③ 检测时几乎不存在盲区。
时可以应用较高的检测频率(如10 MHz以上)， 以满足高分辨
力检测的要求， 以及实现较小尺寸缺陷检测的目的。
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轴类件径向和轴向检测示意图
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2) 铸件检测 铸件具有组织不均匀、组织不致密、表面粗糙和形状复
杂等特点，因此常见缺陷有孔洞类（包括缩孔、缩松、疏松、
一、齿轮的无损智能检测
齿轮在工业生产中，广泛应用于航空、航天、电子、 船舶、兵器等行业的各类仪器仪表中，是传递运动和 动力的重要部件。 齿轮是机械产品的重要基础零部件。它是许多机械 产品不可缺少的传动部件。齿轮的设计与制造水平直 接影响到机械产品的性能和质量。据统计，汽车变速 器故障约占汽车底盘故障的1／3，而变速器中由于齿 轮本身质量问题造成的故障比重最大。由于齿轮缺陷 未能及时发现而酿成设备事故，带来巨大的经济损失 的事例屡见不鲜。
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B型脉冲反射
B型显示的是试件纵断面的一个二维截面图，屏幕纵坐标 代表探头在探测面上沿一直线移动扫查的位置坐标，横坐标是 声传播的时间（或距离）。该方式可以直观地显示出被探工件 任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度等信息。
B型显示原理图
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C型脉冲反射
C型显示显示的是试件横断面的一个平面投影图，探头在试件表面做二
气孔等）、裂纹冷隔类（冷裂、热裂、白带、冷隔和热处理 裂纹）、夹杂类以及成分类（如偏析）等。 铸件的上述特点，形成了铸件超声检测的特殊性和局限 性。检测时一般选用较低的超声频率，如0.5～2 MHz，因此
检测灵敏度也低，杂波干扰严重，缺陷检测要求较低。
铸件检测常采用的超声检测方法有直接接触法、 液浸法、 反射法和底波衰减法。
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2. 齿轮检测的时间和方法
齿轮及齿轮轴的检侧一般分两次进行；
第一次是在粗加工后,检测内部缺陷,一般采用超声波探伤的方 法。对有些焊缝和重要零件,也有采用X射线探伤的方法。
第二次是在齿轮加工成形后进行,主要检侧表面缺陷(如热处
理裂纹、磨刘裂纹等),一般采用表面探伤的方法,如磁粉、荧光 着色等无损检侧手段,对大的齿轮表面也有用超声表面波方法检
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3．齿侧面入射检测
从齿顶面和内孔面入射进行检测，对齿轮中与径向垂直的面状、线状缺陷 是敏感的，当然对体状缺陷也敏感。但对与径向平行的面状、线状缺陷其 回波反射率很低不敏感，为了对这类缺陷进行检测将采用从齿轮侧面入射 检测的方法。
图4 齿轮齿侧面检测
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二、超声检测简介
该齿轮超声自动检测系统是一套汽车变速箱齿轮 内部缺陷自动检测系统。 本系统最大的特点在于：借助了数控技术、现代 电子技术和超声检测技术，适合现场使用、性价比高， 同时将超声检测系统和三轴联动的数控扫描运动系统 集成于一体，使用方便。下图是齿轮超声波自动检测 系统结构示意图。
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图1 齿轮超声自动检测系统结构示意图
透射法检测的缺点：
① 一对探头单发单收，只能判断缺陷的大小和有无，不能确 定缺陷的方位； ② 当缺陷尺寸小于探头波束宽度时，该方法的探测灵敏度低。
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3、脉冲反射法
（1）脉冲反射法的工作原理 脉冲反射法是利用超声波探头脉冲试件内传播的过程中， 遇到有声阻抗相差较大的两种介质的界面时，将发生反射的原 理进行检测的方法。采用一个探头兼做发射和接收器件，接收
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1、 共振法
应用共振现象对试件进行检测的方法叫共振法。当试件 的厚度为声波半波长的整数倍时，发生共振。在测得超声波 的频率和共振次数后，可计算试件的厚度：
nc n 2 2f
当试件中有较大的缺陷或厚度改变时，共振点偏移甚至 共振现象消失，因此共振法常用于壁厚的测量，不用来检测 缺陷。
总之，液浸法与直接接触法各有利弊，应根据被检对象的
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具体情况， 选用不同的方法。
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超声检测技术的应用
1. 典型构件的超声探伤技术 1） 锻件检测 锻件的种类和规格很多，常见的类型有：饼盘件、环形 件、轴类件和筒形件等。锻件中的缺陷多呈现面积形或长条 形的特征。由于超声检测技术对面积型缺陷检测最为有利，
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4. 液浸法 液浸法是在探头与试件之间填充一定厚度的液体介质作耦
合剂，使声波首先经过液体耦合剂，而后再入射到试件中，
探头与试件并不直接接触。 液浸法中，探头角度可任意调整， 声波的发射、接收也 比较稳定，便于实现检测自动化，大大提高了检测速度。液浸 法的缺点是当耦合层较厚时，声能损失较大。另外，自动化检 测还需要相应的辅助设备，有时是复杂的机械设备和电子设备， 它们对单一产品(或几种产品)往往具有很高的检测能力，但缺 乏灵活性。