机械零件强度、硬度的无损检测

　　众所周知，机械零件的强度是工程结构设寸的重要依据。随着科学技术的高速发展，工程构件运行条件和受力状态日趋复杂(如高温、高压、高速冲击、强磁场、电磁波干扰、低温、射线辐照等)。这样对机械零件在各种工况运行条件下，强度、抗疲劳度及材料的应力应变关系的直接检测，更具有重要的意义。它可以密切监视金属结构件在运行过程中强度如何发生变化，是否接近塑性变形的允许值，以防止重大事故的发生。

         目前，这一领域的研究工作，已受到各国的密切关注[Ci.z7。本文介绍的JQ}J型仪器，使用时只要把仪器的传感器探头和被测工件表面瞬时接触，便可立即显示出被测部位的各个强度指标。该仪器体积小，便于携带，非常适合于机械零件及金属焊缝和其他应力集中区域的强度测量，也可以装设在一些非常重要的设备上，作为监测仪器。

　　1仪器的基本原理

　　仪器由采样传感器探头、超声波发生器和专用微机处理系统等组成。

　　在均匀力的作用下，使超声波传感器探头和被测工件接触，则传感器谐振频率和振幅随被测工件的强度而变化}3}。如把仪器传感器一端和刚体固定，另一端镶有压头，探头不接触被测工件时，由于自由端不受任何约束，此时探头处于自由震动状态，如图la所示。

　　当超声波的纵波传到传感器杆后，传感器固定端是振动波的节点，而另一自由端则不受约束，所以振幅最大，因而成为振动的波腹点。此时杆的长度等于波长的1/4，这时杆的振动频率就是传感器杆的谐振频率。当探头和工件紧密接触时(如图1c)，传感器杆的长度等于波长的1/2,这时谐振频率等于探头端处于自由状态时的2倍。当探头和被测工件均匀地瞬时接触时，则介于上述两种状态之间，如图1b所示。在固定负荷作用下，对弹性模量相同的工件而言，若工件的强度愈低，则探头与工件接触愈紧，使传感器杆被约束的力愈大，于是探头端振幅也愈小，则使响应振动的波腹点愈向杆的固定方向移动。因此杆振动的波长就愈小，即杆的谐振频率也就愈高。因此可按不同材料测定传感器杆的谐振频率变化进行标定，以确定被测工件的强度值ea:.

　　2仪器的结构和使用方法

　　超声波探头，有一个具有磁致伸缩效应的传感器杆，其一端焊到一个钢制圆柱体上，另一端镶有一个金刚石(或淬火小钢球)压头，激励线圈绕在传感器上，在传感器杆上端，固定一个压电晶体片(见图2).

　　传感器杆作为一个机械振子，插到激励放大器的反馈电路上，在激励线圈作用下，使传感器杆产生纵向超声波，由压电晶体片检测出信号.正反馈到激励放大器输入端，由此可构成一个自激振荡器，其振荡频率就是传感器的谐振频率。