تطبيق سيراميك بيزو يستخدم للاختبار غير المدمر بالموجات فوق الصوتية

تاريخ تطور وخصائص الموجات فوق الصوتية

علم الصوتيات، كفرع من فروع الفيزياء، هو العلم الذي يدرس حدوث الموجات الصوتية وانتشارها واستقبالها وتأثيراتها. قبل عام 1940، لم يكن هناك سوى مواد كهرضغطية أحادية البلورة، مما جعل الموجات فوق الصوتية غير مستخدمة على نطاق واسع. في السبعينيات، تم تطوير السيراميك الكهرضغطي الشفاف PLZT. لقد ساهم تطوير المواد الكهرضغطية في تعزيز تطوير مجال الموجات فوق الصوتية بشكل كبير.

التردد الإجمالي للموجات الصوتية هو 10-4 هرتز إلى 1014 هرتز. بشكل عام، تسمى الموجات الصوتية التي يتراوح ترددها من 2 × 104 هرتز إلى 2 × 109 هرتز بالموجات فوق الصوتية. الموجات فوق الصوتية، كجزء من الموجات الصوتية، والتي تتبع القانون الأساسي لانتشار الموجات الصوتية، ولكن يحتوي قرص الكريستال الخزفي الانضغاطي أيضًا على بعض الميزات البارزة: ① اتجاهية الموجات فوق الصوتية جيدة: الموجات فوق الصوتية لها نفس اتجاهية موجات الضوء، ويمكن نقلها بشكل مباشر من خلال تصميم خاص. الكشف الفعال في كائن الكشف، كلما ارتفع تردد الموجات فوق الصوتية، كلما كان الاتجاه أفضل؛ ② إنها قدرة اختراق قوية بالموجات فوق الصوتية لمعظم الوسائط، ولديها قدرة اختراق قوية؛ ③ طاقة الموجات فوق الصوتية العالية: تردد العمل للكشف بالموجات فوق الصوتية أعلى بكثير من تردد الموجات الصوتية وله طاقة عالية؛ ④ الموجات فوق الصوتية لها أطوال موجية قصيرة وظواهر حيود صغيرة: بسبب ترددها العالي وطولها الموجي القصير، من السهل العثور على انعكاساتها الناتجة عن عيوب الكائن، لذلك غالبًا ما تستخدم للكشف عن العيوب. هذه الخصائص هي التي تجعل الموجات فوق الصوتية تستخدم على نطاق واسع في الاختبارات غير المدمرة.

المبادئ الأساسية للاختبار بالموجات فوق الصوتية

تنتشر الموجات فوق الصوتية في أوساط مختلفة. عند مواجهة الواجهة، ستخضع الموجات فوق الصوتية للانعكاس والانكسار وتحويل وضع الموجة. تحدث الانعكاسات عند واجهات غير متجانسة ذات ممانعات صوتية مختلفة. عندما تسقط الموجات فوق الصوتية بشكل عمودي من الوسط 1 إلى المتوسط ​​2، يكون الانعكاس عند الواجهة R. كلما زاد الفرق في المعاوقة الصوتية بين الوسيطتين، كلما زاد انعكاس الموجات فوق الصوتية في الواجهة بقوة. كلما زاد فرق المعاوقة الصوتية بين الادراج في Pzt مادة كهرضغطية سيراميكية وركيزة كلما زادت إمكانية الكشف عنها.

محتوى الكشف

يمكن تقسيم السيراميك الانضغاطي الذي تم اكتشافه بواسطة طريقة الموجات فوق الصوتية إلى كشف المسامية والكشف عن عيوب السطح. اكتشاف مسامية السيراميك الانضغاطي ترتبط قوة ومعامل المرونة والكثافة للسيراميك الانضغاطي ارتباطًا مباشرًا بالمسامية. تحدد مسامية بعض مكونات بيزو ما إذا كان من الممكن استخدامها. كما أن هناك علاقة معينة بين سرعة انتقال الموجات فوق الصوتية والمسامية (أو الكثافة) في السيراميك الضغطي. والتي يمكن الحصول عليها من خلال القياس الفعلي، ومن ثم يمكن الحصول على مسامية السيراميك الضغطي باستخدام المعادلات.

يتم تقليل الثغور إلى أشكال إهليلجية موجهة بشكل عشوائي، والتي يتم توزيعها بشكل موحد في مصفوفة متناحية. يستخدم النموذج الميكروميكانيكي المركب لحساب سرعة الصوت ومقارنتها مع قيم القياس. يتم حساب المسامية. عندما تكون الكثافة النظرية للمواد الخزفية الانضغاطية معروفة، يمكن حساب المسامية من الكثافة الظاهرية. هناك طرق عديدة لقياس كثافة الجسم. طريقة أرخميدس شائعة الاستخدام. يمكن أيضًا اكتشاف العيوب الداخلية للسيراميك الانضغاطي من خلال طريقة الكشف عن عيوب الغمر في الماء. عندما يتم الكشف عن العيوب عن طريق طريقة الكشف عن الخلل الرأسي للموجة الطولية بغمر الماء، يمكن قراءة مسار الشعاع مباشرة. للكشف عن العيوب الصغيرة، يمكن استخدام مسبار التردد المنخفض بدلاً من ذلك.

 كشف عيوب السطح

بالنسبة للسيراميك الانضغاطي، فإن العيوب السطحية التي لها نفس الشكل والحجم من المرجح أن تسبب ضررًا أكثر من العيوب الداخلية، لذا فإن اكتشاف عيوب السطح مهم بشكل خاص. عادةً ما يتم اكتشاف العيوب السطحية للسيراميك الانضغاطي باستخدام طريقة الموجة السطحية المغمورة بالماء. تسقط الموجة فوق الصوتية (الموجة الطولية) بشكل غير مباشر على سطح الجسم المراد غمره في الماء. عندما تكون زاوية الحادث θc أكبر من الزاوية الحرجة الثانية θC، تنتشر جميع الموجات الصوتية المنكسرة على طول سطح قطعة العمل، لتشكل معادلة موجة سطحية: Cl 1 - طولية في الماء سرعة الصوت؛ Cr2 —— السرعة السطحية الصوتية لغمر الماء في قطعة العمل.

الطول الموجي للموجة السطحية أقصر من الطول الموجي لموجة القص، كما أن التوهين أكبر أيضًا من موجة القص. وفي الوقت نفسه، ينتشر فقط على طول السطح. عندما يواجه زوايا أو حواف حادة، سيكون هناك أصداء انعكاس قوية. كلما زاد الانحناء، كلما كان الانعكاس أقوى. عندما تنتشر الموجة السطحية المغمورة بالمياه على سطح كتلة الاختبار، يمكن أن تتسرب الطاقة إلى الماء، لذلك بعد بضعة ملليمترات فقط، ينخفض ​​ارتفاع الموجة المنعكسة للموجة السطحية المغمورة بشكل كبير. في ضوء السعة الصغيرة المميزة لمسافة إرسال الموجة المنعكسة، فإن يجب أن يكون محول الطاقة الدائري الخزفي البيزو قريبًا من العيب قدر الإمكان. بالإضافة إلى الطرق المذكورة أعلاه، يمكن استخدام طريقة محول القطب الكهربائي المشط وطريقة المجهر بالموجات فوق الصوتية وطريقة المجهر بالموجات فوق الصوتية للمسح بالليزر للكشف عن عيوب سطح السيراميك الانضغاطي الحديث. حتى الآن، لا توجد أبحاث كثيرة حول اكتشاف عيوب السيراميك بالموجات فوق الصوتية في الصين الحديثة، والبيانات المتراكمة صغيرة، ولا توجد كتل اختبار قياسية بموضوعية قوية. تتمثل اتجاهات البحث التي تحتاج إلى تعزيز في المستقبل في تطوير وتطبيق طرق جديدة للكشف عن العيوب وتطوير مجسات عالية الأداء. وبطبيعة الحال، مع التطور السريع لتكنولوجيا المعلومات، والذي تجسده تكنولوجيا الكمبيوتر، فإن تكنولوجيا الاختبار غير المدمرة بالموجات فوق الصوتية الحديثة تتطور أيضًا نحو معالجة الإشارات الرقمية وتصوير الفحص.