超声波检测技术已经广泛应用于材料及机械零部件的微观组织、微观及宏观不连续性的评价与检测中。针对具体的被检对象需要采取不同的检测方式,同时,还需根据具体情况设计不同的超声换能器,才可将被检试件中的非连续性等准确检出或精确定位。 本研究的检测目标是齿轮环激光焊缝熔深,检测基于以下原理:焊接良好的区域,超声波几乎可完全透过,而非焊接或者焊接不佳的区域由于存在界面造成超声波反射;利用换能器在齿轮内孔中移动两次接收到反射波,通过测量换能器两次接收到反射波之间所移动的距离确定焊缝熔深。 针对齿轮环激光焊缝这一特殊被检对象,本研究首先设计球面聚焦超声换能器声透镜,然后开发设计特殊的声透镜,并分别将两种声透镜应用于超声换能器中。此外,依据被检齿轮制作一校准件,对换能器性能进行评价。结果表明,本研究开发设计的换能器不仅检测灵敏度相对球面聚焦换能器提高30分贝,信噪比也有显著提高,各检测结果的误差值相对球面聚焦换能器大大减小。因此,实际检测齿轮环焊缝熔深时,采用新设计超声换能器。 为实现齿轮环激光焊缝深度的自动检测,本研究设计专门的检测系统和机械传动系统。检测采用高速数据同步采集系统,快速采集来自超声探伤仪器的信号,并运用先进的计算机对各种信号进行分析、处理。机械传动系统具备超声换能器在齿轮内孔中匀速上升,齿轮同时旋转的能力。整套检测装置运转平稳、可靠性高。