行車輪輪箍超聲波檢測的物理基礎(chǔ)原因

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，加上車輪輪箍的使用范圍不斷擴(kuò)大，人們對行車輪車輪輪箍的質(zhì)量及其檢測技術(shù)提出了更高的要求。

目前對車輪輪箍檢測分析的手段雖然有低倍檢驗、金相檢驗、電子掃描檢驗等，但均存在著一定的隨機(jī)性以及對試樣磨面是否存在缺陷的不確定性等因素,因此，這些分析手段對車輪輪箍缺陷大多存在著漏檢的可能性。于是，人們又提出采用超聲波對車輪輪箍進(jìn)行檢測分析。

采用超聲波檢測不僅可以減少隨機(jī)檢驗帶來的風(fēng)險及減輕人們檢測的勞動強(qiáng)度，而且檢驗準(zhǔn)確、可靠。

一個物理量的值在觀測時間內(nèi)不停地在極大值和極小值之間變化，這種變化狀態(tài)稱為振動。如果振動量是一個力學(xué)量，如位移、角位移等，所做的振動則稱之為機(jī)械振動。

物體沿著直線或曲線在 某一平衡位置附近做往復(fù)周期性的運(yùn)動稱為機(jī)械振動。往下拉一下安裝在彈簧一端的小質(zhì)點(diǎn)，松開后而產(chǎn)生的運(yùn)動就是機(jī)械振動，簡稱振動。

  物體做簡諧振動時，只有彈性力或重力做功，其他力不做功，這符合機(jī)械能守恒的條件。因此，簡諧振動的能量遵守機(jī)械能守恒定律，即在平衡位置時動能最大，勢能為零；

在位移最大時，勢能最大，動能為零，其總能量保持不變。振動的類型很多，除了簡諧振動外，還有固有振動、受迫振動、阻尼振動等，這些振動 雖然都屬于較為復(fù)雜的振動，但是它們的基礎(chǔ)是簡諧振動。阻尼振動是振幅或能量隨時間不斷減小的振動。由于克服阻力做功，振動物體在傳播過 程中，伴隨著能量的傳遞，阻尼振動的振幅不斷減小。

阻尼振動受到阻力的作用，因此不符 合機(jī)械能守恒。受迫振動是物體受到周期變化的外力作用時產(chǎn)生的振動。如縫紉機(jī)上縫紉針的振動，氣 缸中活塞的振動和揚(yáng)聲器中紙盆的振動等。

受迫振動剛開始時情況很復(fù)雜，經(jīng)過一段時間后 達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，變?yōu)橹芷谛灾C振動。其振動頻率和策動力頻率相同，振幅保持不變。受迫振動的振幅和策動力的頻率有關(guān)，當(dāng)策動力頻率與受迫振動物體固有頻率相同時，受迫振動的振幅達(dá)到最大，這種現(xiàn)象稱為共振。受迫振動物體受到策動力的作用，不符合機(jī)械能守恒。超聲波探頭中的壓電晶片在發(fā)射超聲波時，一方面受高頻電脈沖激勵，另一方面在起振后受到晶片背面吸收塊的阻尼作用，因此又是阻尼振動。壓電晶片在接收超聲波時同樣產(chǎn)生受迫振動和阻尼振動。在設(shè)計探頭中的壓電晶片時，應(yīng)使高頻電脈沖的頻率等于壓電晶片的固有頻率，從而產(chǎn)生共振，這時壓電晶片的電聲能量轉(zhuǎn)換效率最高。

  振動的傳播過程稱為波動。波動分為機(jī)械波和電磁波兩大類。機(jī)械振動在彈性介質(zhì)中的傳播過程稱為機(jī)械波，例如水波、聲波與超聲波等。通常認(rèn)為物體是由以彈性力保持平衡的 各個質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成的。

  這種彈性介質(zhì)。當(dāng)某一質(zhì)點(diǎn)受到外力的作 用后，該質(zhì)點(diǎn)就在其平衡位置附近振動。由于一切質(zhì)點(diǎn)都是彼此聯(lián)系的，振動質(zhì)點(diǎn)的能量就能夠傳遞給周圍的質(zhì)點(diǎn)而引起周圍質(zhì)點(diǎn)的振動。

這樣在彈性介質(zhì)中一個質(zhì)點(diǎn)的振動 就會引起鄰近質(zhì)點(diǎn)的振動，鄰近質(zhì)點(diǎn)的振動.由此可見，產(chǎn)生機(jī)械波必須具備以下兩個條件：①有機(jī)械振動的波源；②有能傳播機(jī)械振動的彈性介質(zhì)。

  由于超聲波頻率比可聞聲波高得多，因此，其波長短，加上它在固體中傳播時傳遞能量較大，這樣，使得它傳播時具有與光波類似的某些特性。

為此，人們也常常借用光學(xué)原理來研究和解釋超聲波的物理現(xiàn)象。超聲波具有以下幾個特性

  ①束射特性。由于超聲波的頻率高，其波長較在同樣介質(zhì)中的聲波波長短得多，衍射 現(xiàn)象不明顯，所以超聲波的傳播方向好。超聲波波長短，聲束指向性好，可以使超聲波能量

向一定方向集中輻射。

  ②反射特性。超聲波在彈性介質(zhì)中傳播時，遇到異常界面會產(chǎn)生反射、透射或折射， 而反射特性正是脈沖反射法檢測的理論基礎(chǔ)。

  ③傳播特性。超聲波在彈性介質(zhì)中傳播時，質(zhì)點(diǎn)振動位移小，振速高，因此，其聲壓、 聲強(qiáng)均比可聞聲波大，傳播距離遠(yuǎn)，可檢測范圍大。

  ④波形轉(zhuǎn)換特性。超聲波在兩個聲速不同的異質(zhì)界面上容易實現(xiàn)波形轉(zhuǎn)換，從而為各 種波形（縱波、橫波、板波、表面波）檢測提供了方便。

  行車輪鍛件生產(chǎn)廠正是利用了超聲波的這些特性.才使超聲波檢測技術(shù)不斷得以發(fā)展。超聲波在行車輪工業(yè)生產(chǎn)中有極其廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)中，超聲波可用來對材料進(jìn)行檢測和探傷，可以測量氣體、液體和固體的物理參數(shù)，可以測量厚度、液面高度、流量、粘度和硬度等，還可以對材料的焊縫、粘接等進(jìn)行檢查。

  超聲波清洗和加工處理技術(shù)可以應(yīng)用于切割、焊接、噴霧、乳化、電鍍等工藝過程中。其中超聲波清洗是一種高效率的清洗方法，已經(jīng)用于尖端和精密工業(yè)。

  大功率超聲波還可用于機(jī)械加工，例如拉管、拉絲、擠壓和鉚接等工藝。