Тэхналогія неразбуральнага кантролю і яе прымяненне (4)

Ультрагукавая дыфракцыя і характарыстыкі рассейвання:

Калі ультрагукавая хваля распаўсюджваецца праз асяроддзе, яна сутыкаецца з гетэрагеннай падзелам (напрыклад, з дэфектам). Згодна з прынцыпам Гюйгенса, на яго краі ўзнікае з'ява дыфракцыі, і генеруецца зноў узбуджаная дыфракцыйная хваля. з бачнага пункту гледжання першапачатковая ультрагукавая хваля можа працягваць прасоўвацца вакол дэфекту, але за дэфектам утворыцца акустычная цень (прастора без ультрагукавых хваль). Новую дыфрагаваную хвалю можна выкарыстоўваць для ацэнкі глыбіні павярхоўнай расколіны або вышыні ўнутранай расколіны. У Кітаі гэты метад называецца метадам краёвай рэгенератыўнай хвалі, а за мяжой - метадам дыфракцыйнай хвалі наканечніка. З'ява ўтварэння гукавой цені выкарыстоўваецца для ультрагукавога пранікнення, гэта значыць, калі ультрагукавыя хвалі сутыкаюцца з дэфектамі на сваім гукавым шляху з-за адлюстравання, дыфракцыі, рассейвання і г.д., і з-за анамальнай мікраструктуры матэрыялу нарыхтоўкі, якая падлягае праверцы, гэта прывядзе да паслаблення энергіі распаўсюджвання ультрагуку, так што акустычная энергія, атрыманая на іншым канцы акустычны шлях ніжэй, чым акустычная энергія, атрыманая ў звычайных умовах, і розніца можа быць адлюстравана з дапамогай дысплея ультрагукавога дэфектаскопа або непасрэдна з дапамогай індыкацыі электрычнага лічыльніка. Выкарыстоўваецца ў якасці асновы для праверкі і ацэнкі, Ультрагукавой таўшчынямер можа выкарыстоўвацца для выяўлення дэфектаў у ліставай, кампазітнай або злепленай структуры, такіх як расслаенне, раз'яднанне і г.д., а таксама можа выкарыстоўвацца для ўзлому наканечнікаў невялікіх электрычных выключальнікаў. Ультрагукавая дыфракцыя (рэгенератыўная хваля) вызначае глыбіню расколіны.

Пасярэбраная кантактная праверка якасці і многае іншае. Перавага заключаецца ў тым, што лёгка рэалізаваць аўтаматычнае выяўленне, але недахоп у тым, што памер дэфекту і месцазнаходжанне дэфекту не могуць быць вядомыя, і адноснае размяшчэнне двух зондаў строга патрабуецца. Калі ультрагукавая хваля распаўсюджваецца ў асяроддзі, дыфузія яе ўласнага хвалевага фронту прывядзе да памяншэння гукавой энергіі, якая праходзіць праз адзінку плошчы, перпендыкулярнай кірунку гукавога прамяня, па меры павелічэння адлегласці распаўсюджвання, што называецца дыфузійным згасаннем, якое з'яўляецца самім ультрагукам. Характарыстыка звязана з вуглом распаўсюджвання прамяня 2θ (θ - вугал полудифузии ультрагукавога прамяня). Акрамя таго, ультрагукавая хваля знаходзіцца на мяжы зерняў матэрыялу, фазавай кропцы або акустычным імпедансе ўзважаных часціц, прымешак, бурбалак і г.д. у асяроддзі (значэнне роўна здабытку хуткасці гуку на шчыльнасць) (нават калі гэта нязначная розніца). Стан рассейвання звязаны з даўжынёй хвалі ультрагукавой хвалі і велічынёй рассейвальнай часціцы (сярэдні дыяметр крышталічнага зерня). У металічным матэрыяле стаўленне даўжыні хвалі λ да сярэдняга дыяметра крышталічных зерняў можна падзяліць на тры станы рассейвання: рэлееўскае рассейванне: 'калі λ, ступень рассейвання прапарцыйная чацвёртай ступені частаты, якая з'яўляецца большай часткай металу. выпадковае рассейванне: ≈λ, ступень рассейвання прапарцыйная квадрату частаты, як звычайна у буйназерністых адлівак; дыфузнае рассейванне: ≥ λ, ступень рассейвання адваротна прапарцыйная, што часта выяўляецца ў выпадку, калі паверхня выяўленай загатоўкі шурпатая, выклікаецца дыфузнае рассейванне падаючай акустычнай энергіі на мяжы падзелу. Падобная метафара для гэтай сітуацыі можа быць такой, як калі б святло аўтамабіля рассейвалася ў туманнае надвор'е З-за існавання з'явы рассейвання, акустычная энергія праз плошчу гуку зніжаецца, гэта значыць, адбываецца паслабленне рассейвання, хоць існаванне гэтага з'явы рассейвання ў метадзе выяўлення ультрагукавога імпульсу не толькі зніжае здольнасць пранікнення ультрагукавой хвалі, але і перашкаджае рэха. Дыскрымінацыя таксама можа быць вернута да ультрагукавой хвалі шляхам накладання рассеянай ультрагукавой хвалі ў металічным матэрыяле.Пасля таго, як зонд атрыманы, ён адлюстроўваецца на дысплеі ультрагукавога дэфектаскапа.Ацэньваючы ўзровень перашкод, можна судзіць і ацэньваць мікраструктуру металічнага матэрыялу узровень перашкод стаў важным паказчыкам у крытэрыях прыняцця для ультрагукавога кантролю поковок з тытанавага сплаву.

Характарыстыкі згасання ультрагуку У дадатак да згасання рассейвання, апісанага ў папярэднім раздзеле, яшчэ адной важнай прычынай згасання энергіі пры праходжанні ультрагукавых хваль праз матэрыял з'яўляецца згасанне з-за ўнутранага паглынання, якое звязана з глейкасцю матэрыялу, цеплаправоднасцю, памежным трэннем. З'ява рэлаксацыі звязана са стратай ультрагукавой энергіі ў выглядзе цяпла і атама растворанага рэчыва. міграцыя, у дадатак да руху дыслакацый (напрыклад, шчыльнасці дыслакацый, змены даўжыні, наяўнасці адтулін і прымешак) і руху магнітнай даменнай сценкі, Рэшткавае напружанне выклікае парушэнні гукавога поля... і г.д. Яны могуць выклікаць паслабленне ультрагукавой энергіі, што адпавядае паслабленню рассейвання ў верхняй частцы. Мы называем згасанне ультрагукавой энергіі, выкліканае гэтымі прычынамі, паглынаннем паглынання. Відаць, што механізм згасання ультрагукавых хваль у матэрыяле вельмі складаны. Мы разглядаем комплекснае згасанне. Выкажам здагадку, што амплітуда гукавога ціску на адлегласці крыніцы X=0 роўная P0, а амплітуда гукавога ціску пасля адлегласці X роўная PX, тады: PX =P0·e-αx, дзе α называецца каэфіцыентам паслаблення, які можна падзяліць на дзве часткі, а менавіта: α=αs+αa, дзе αs — каэфіцыент паслаблення рассейвання, а αa — паглынанне каэфіцыент згасання. Такім чынам, каэфіцыент згасання, выражаны ў α, з'яўляецца ўсёабдымным параметрам матэрыялу, які звычайна павялічваецца па меры павелічэння частоты ультрагуку. Пры ўльтрагукавым кантролі можна вызначыць ступень зніжэння акустычнай энергіі пасля праходжання ультрагукавой хвалі праз матэрыял (напрыклад, ацэнка ступені памяншэння амплітуды рэха ад ніжняй паверхні нарыхтоўкі метадам ультрагукавога адлюстравання імпульсу) называецца ацэнкай страт на ніжняй хвалі або страт на ніжнім адлюстраванні, або ультрагукавой хвалі. Метад пранікнення можа быць выкарыстаны для ацэнкі характару, марфалогіі і размеркавання мікраструктуры матэрыялу, напрыклад, для выяўлення буйных крышталяў металічных матэрыялаў, перагрэву і перагарання (перагрэтая структура ў металічных пакоўках), карбідаў. Аднастайнасць, хуткасць сфероидизации карбіду каванага чыгуну, трываласць на разрыў вугляродзістай сталі пры пакаёвай тэмпературы, вымярэнне напружання і г.д. 

Даступныя даныя прадстаўляюць выкарыстанне дысплея перашкод, выкліканых рассейваннем, і ацэнку згасання амплітуды рэха-сігналу для ацэнкі адлегласці паміж пластом цэментыту ў перлітавай структуры кола лакаматыва (перлітная сталь з утрыманнем вугляроду 0,53~0,61%). Вызначыць мяжу цякучасці і зносаўстойлівасць круга. Ёсць таксама паведамленні аб выкарыстанні характарыстык згасання ультрагуку пры выпрабаванні матэрыялаў на стомленасць (пры выпрабаванні на стомленасць унутранае трэнне і дэфармацыя рашоткі ўнутры ўзору могуць выклікаць ультрагукавое рассейванне, а лакальная пластычная дэфармацыя разбітай паверхні можа выклікаць паглынанне ультрагукавой энергіі). Выкарыстоўваецца для ацэнкі стойкасці разбурэння сталі. Аб'яднанне характарыстык аслаблення ультрагуку з характарыстыкамі хуткасці гуку можа быць выкарыстана для вызначэння, напрыклад, утрымання вадароду ў тытанавых сплавах (зніжэнне рызыкі ўзнікнення вадароду ў тытанавых сплавах) і для ацэнкі якасці старэння алюмініевых сплаваў. Хуткасныя характарыстыкі ультрагукавых хваль аднаго тыпу маюць розную хуткасць распаўсюджвання ў розных матэрыялах, і ў адным матэрыяле ультрагукавыя хвалі розных тыпаў таксама маюць розныя хуткасці распаўсюджвання. Калі склад, мікраструктура, шчыльнасць, каэфіцыент уключэння, канцэнтрацыя, каэфіцыент пераўтварэння палімера, трываласць, тэмпература, вільготнасць, ціск (напружанне), хуткасць патоку матэрыялу вар'іруюцца або змяняюцца, хуткасць гуку таксама будзе мяняцца. Выкарыстанне спецыяльнага тэстара хуткасці гуку або звычайнага ультрагукавога імпульснага дэфектаскатара або таўшчыні для параўнання матэрыялу з невядомай хуткасцю гуку са стандартным узорам з вядомай хуткасцю гуку, каб гук Хуткасць або хуткасць гуку матэрыялу можна вымераць і прымяняць: (1) Вызначэнне фізічных канстант матэрыялаў, такіх як: у адпаведнасці з узаемасувяззю ў фізіцы, як правіла: хуткасць гуку C = (E / ρ) 1/2, дзе ρ — шчыльнасць матэрыялу, E — модуль пругкасці матэрыялу. Паколькі на хуткасць гуку ўплываюць анізатрапія, форма і інтэрфейс матэрыялу, а таксама адпаведныя модулі пругкасці выкарыстоўваюцца ў залежнасці ад формы ваганняў ультрагукавой хвалі, хуткасць падоўжнай хвалі ў газе і вадкасці (толькі ў газе і вадкасці) Падоўжная хваля мае: CL = (K / ρ0) 1/2, дзе K - ёмісты модуль пругкасці (аб'ёмны модуль пругкасці) матэрыялу, ρ0 — зыходная статычная шчыльнасць асяроддзя ў прысутнасці акустычнай хвалі. У цвёрдых целах: хуткасць ультрагукавой падоўжнай хвалі, якая распаўсюджваецца па восі ў тонкім стрыжні з дыяметрам, меншым за даўжыню ультрагукавой хвалі, роўная: Cl = (E / ρ) 1/2, дзе E — модуль Юнга матэрыялу, а ρ — дыяметр шчыльнасці матэрыялу. Ультрагукавая падоўжная хваля распаўсюджваецца ў восевым кірунку тоўстага стрыжня, большага за ультрагукавой даўжыня хвалі. CL={[K+(4/3)G]/ρ}1/2={[E(1-σ)]/ρ(1+σ) (1-2σ)} K у формуле 1/2 — ёмістны модуль пругкасці (аб'ёмны модуль пругкасці) матэрыялу, G — модуль пругкасці пры зруху матэрыялу, а σ — каэфіцыент Пуасона матэрыялу (матэрыял знаходзіцца ў сіле, калі падоўжны дэфармацыя адбываецца ў напрамку, бакавая дэфармацыя таксама ствараецца ў вертыкальным кірунку, і стаўленне паміж імі называецца каэфіцыентам Пуасона, які з'яўляецца адной з фізічных уласцівасцей матэрыялу). Хуткасць гуку зруху хвалі: Cs=(G/ρ)1/2={E/[ρ·2(1+σ)]}1/2 Хуткасць гуку хвалі Рэлея: CR=[(0,87+1,12σ)/(1 +σ)]·(G/ρ)1/2. калі вымяраецца хуткасць гуку і вядомы іншы параметр, можна вылічыць іншыя параметры.

(2) Вымярэнне тэмпературы: хуткасць гуку ў асяроддзі звязана з тэмпературай асяроддзя. Гэтую характарыстыку можна выкарыстоўваць для вымярэння тэмпературы бескантактавай асяроддзя. Акрамя таго, ён можа выкарыстоўвацца для ўказання тэмпературы плаўлення, тэмпературы кіпення і змены фазы асяроддзя, а таксама для вымярэння ўдзельнай цеплаёмістасці асяроддзя. Вымяраецца цеплыня плаўлення - гэта цеплыня рэакцыі і цеплыня згарання, а таксама чысціня і малекулярная маса асяроддзя.

(3) Вымярэнне хуткасці патоку: калі ультрагукавыя хвалі распаўсюджваюцца ў цякучай асяроддзі (напрыклад, у трубах для перадачы газу, вадкасці або вадкасці, якія змяшчаюць пэўную долю цвёрдых часціц, або вадзяных каналах), хуткасць распаўсюджвання адрозніваецца ад хуткасці ў статычных умовах адносна фіксаванай сістэмы каардынат. Гэта звязана з хуткасцю патоку асяроддзя, так што хуткасць патоку можа быць вызначана на аснове змены хуткасці гуку, а хуткасць патоку (плошча папярочнага сячэння вадкасці х хуткасць патоку) можа быць дадаткова вызначана. (4) Вымярэнне глейкасці вадкасці η: у адпаведнасці з акустычным супраціўленнем зруху Z і (η·ρ) 1/2 (η — глейкасць вадкасці, ρ — шчыльнасць вадкасці), а таксама гукавым супраціўленнем Z=ρ·C, такім чынам, шляхам вымярэння хуткасці гуку і вызначэння шчыльнасці вадкасці можна вызначыць шчыльнасць вадкасці. вызначаецца. (5) Вымярэнне напружання: хуткасць распаўсюджвання ультрагукавых хваль у матэрыяле мае прыблізна лінейныя змены ў залежнасці ад прыкладзенага напружання (так званы эфект ультрагукавога напружання), таму яго можна выкарыстоўваць для вымярэння трываласці папярэдне напружанага бетону, трываласці і рэшткавага напружання металу і мацавання. Напружанне расцяжэння дэталі (напрыклад, крапежнага ніта). (6) Вымярэнне цвёрдасці: цвёрдасць загартаванага пласта металічнай паверхні можна вызначыць, выкарыстоўваючы характарыстыку змены хуткасці хвалі ў загартаваным пласце металічнай паверхні.

(7) Вызначэнне глыбіні расколіны на паверхні металу: розніца паміж часам, калі хваля перадаецца непасрэдна ўздоўж паверхні металу, і часам, калі павярхоўная расколіна прысутнічае і хваля абыходзіць расколіну. Па хуткасці распаўсюджвання хвалі Рэлея можна вылічыць глыбіню расколіны. Гэты метад называецца метадам затрымкі часу або метадам транзітнага часу, метад Δt.

(8) Вымярэнне таўшчыні: у адпаведнасці паміж адлегласцю распаўсюджвання ультрагуку X і хуткасцю гуку C і часам перадачы t: X=C·t, напрыклад, калі таўшчыня вымяраецца метадам адбіцця ультрагукавога імпульсу, таўшчыня нарыхтоўкі d=C·t/2. Прычына выкарыстання назоўніка 2 тут заключаецца ў тым, што ультрагукавой зонд выпраменьвае ультрагукавы імпульс на ніжнюю паверхню нарыхтоўкі і атрымлівае святлоадбівальны зонд зваротнага ходу, так што гукавы шлях праходзіць удвая больш, чым таўшчыня нарыхтоўкі.

Выкарыстоўваючы хуткасныя характарыстыкі ультрагукавых хваль, ён таксама можа быць ужыты для вымярэння трываласці чыгуну з сфероідным графітам і ступені сфероидизации графіту, вызначэння вільготнасці керамічнага саману для вызначэння часу абпалу ў печы і аналізу характарыстык газападобнага асяроддзя (напрыклад, чысціні прамысловага кіслароду і азоту). хуткасць метабалізму дыхання жывёл мае змяненне ўтрымання кампанента ў газе і г.д., а таксама шчыльнасць нафтавай фракцыі, неопренового латекса.

Ультрагукавой метад затрымкі часу выкарыстоўваецца для вызначэння шчыльнасці вадкасці па глыбіні павярхоўнай расколіны і таму падобнага. Такім чынам, прымяненне ультрагукавых характарыстык хуткасці, асабліва ў прамысловых вымяральных тэхналогіях, шмат. Ультрагук - гэта свайго роду механічная вібрацыйная хваля. Мы можам выкарыстоўваць ультрагукавой рэзанатар для ўвядзення ультрагукавой хвалі з рэгуляванай частатой (у асноўным з выкарыстаннем падоўжнай хвалі) у дэталь, якую трэба правяраць. Калі ультрагукавая хваля рэзаніруе з уласнай частатой нарыхтоўкі, распаўсюджваецца падаючая хваля процілеглага кірунку. Адбітыя хвалі накладваюцца адна на адну, утвараючы стаячую хвалю, якая з'яўляецца рэзанансам таўшчыні падоўжнай хвалі, якая падае перпендыкулярна. З гэтай рэзананснай характарыстыкай яе можна прымяніць да наступных аспектаў:

(1) Вымярэнне таўшчыні:
таўшчыня п'езакерамічны дыскавы пераўтваральнік роўны d, а даўжыня хвалі ультрагукавой хвалі, якая распаўсюджваецца ў ім, роўная λ, якая атрымліваецца пры ўзнікненні рэзанансу: d=λ1/2=2λ2/2=3λ3/2=...=n·λn/2, дзе n - любое дадатнае цэлае лік, гэта значыць таўшчыня нарыхтоўкі, якая падлягае праверцы, у гэты момант роўная цэламу кратнаму паўдаўжыні хвалі рэзанансная ультрагукавая хваля. Калі хуткасць ультрагуку C матэрыялу доследнага ўзору вядомая, у залежнасці паміж хуткасцю гуку, даўжынёй хвалі і частатой: C = λ · f, можна атрымаць ультрагукавую частату ў момант рэзанансу таўшчыні: fn = C / λn = n · C / 2d Калі n=1, f1=C/2d, якая з'яўляецца асноўнай частатой рэзанансу таўшчыні. Паколькі розніца паміж частотамі любых дзвюх суседніх гармонік роўная асноўнай частаце, ёсць: fn-fn-1=nf1-(N-1) f1=f1, таму частата дзвюх суседніх гармонік у рэзанансе таўшчыні можа быць вызначана рэзанатарам, а таўшчыня нарыхтоўкі роўная: d=C/[2(fn-fn-1)], калі частоты несумежных гармонік гармонікі fm і fn адпаведна, паколькі: fm-fn=(mn)f1.

(2) Выяўленне дэфектаў:
​​пры наяўнасці дэфекту ў дэталі, які падлягае праверцы, нацыянальная частата зменіцца ў параўнанні з той жа дэталлю без дэфектаў, і стан рэзанансу таксама зменіцца (змены рэзананснай частаты), так што наяўнасць дэфекту можа быць адпаведна выяўлена. Напрыклад, ён выкарыстоўваецца для вымярэння цвёрдасці металаў, праверкі якасці кропкавай зваркі лістоў, асабліва для выяўлення дэфектаў злучэння кампазітных матэрыялаў і злучаных структур (такіх як несвязанныя, раз'яднаныя, з дрэнным гелем і г.д.) і для вызначэння трываласці злучэння. метад выяўлення акустычнай вібрацыі прызначаны для праверкі якасці клеевых злучэнняў.

Тыповым ужываннем ультрагукавых рэзанансных характарыстык з'яўляецца ультрагукавы цвёрдамер, які вымярае цвёрдасць з дапамогай змены рэзананснай частаты ультрагукавога датчыка. Ён у асноўным выкарыстоўваецца для вызначэння цвёрдасці металу, а таксама можа выкарыстоўвацца для іншых вымярэнняў метадам параўнання. Ультрагукавое вымярэнне цвёрдасці мае такія перавагі, як мінімальнае пашкоджанне паверхні доследнага ўзору, высокая хуткасць вымярэння і простая працэдура кіравання. Ён асабліва падыходзіць для 100% праверкі гатовых дэталяў і можа непасрэдна выяўляць дэталь, трымаючы зонд, асабліва падыходзіць для вялікіх маштабаў, якія цяжка перамяшчаць. Дэталі нарыхтовак, якія цяжка разабраць, якія вымяраюцца. Ніжэй прыведзены прыклад вырабленага ультрагукавога вымяральніка цвёрдасці. Пад раўнамерным кантактным ціскам наканечнік датчыка знаходзіцца ў кантакце з паверхняй доследнага ўзору, і рэзанансная частата датчыка будзе адпавядаць доследнаму ўзору. Цвёрдасць доследнага ўзору вызначаецца шляхам вымярэння змены рэзананснай частаты датчыка.