Ikke-destruktiv testteknologi og dens anvendelse (4)

Ultralydsdiffraktion og spredningsegenskaber:

Når ultralydsbølgen forplanter sig gennem mediet, støder den på en heterogen grænseflade (såsom en defekt). Ifølge huygens-princippet opstår der et diffraktionsfænomen ved kanten deraf, og der genereres en nyligt exciteret diffraktionsbølge. fra det tilsyneladende synspunkt kan den oprindelige ultralydsbølge fortsætte med at bevæge sig rundt om defekten, men der dannes en akustisk skygge (rum uden ultralydsbølger) bag defekten. Den nye diffrakterede bølge kan bruges til at evaluere overfladerevnedybden eller højden af ​​den indre revne. I Kina kaldes denne metode for edge regenerative wave-metoden, og det fremmede land kaldes tipdiffraktionsbølgemetoden. Fænomenet lydskyggedannelse bruges til ultralydsgennemtrængningsdetektion, det vil sige, når ultralydsbølger støder på defekter på deres lydbaner på grund af refleksion, diffraktion, spredning osv., og på grund af den unormale mikrostruktur af materialet i emnet, der skal inspiceres, vil det forårsage dæmpningen af den modtagne ak-energi ved den anden ende af den ultrasoniske energi, så den modtagne energi. den akustiske vej er lavere end den modtaget akustiske energi under normale forhold, og forskellen kan afspejles ved at bruge ultralydsfejldetektordisplayet eller direkte ved at bruge elmålerens indikation.Anvendes som grundlag for inspektion og evaluering, ultralyds tykkelsesmåler kan bruges til defektdetektering af ark, komposit eller bundet struktur, såsom delaminering, afbinding osv., og kan også bruges til at revne spidser af små elektriske kontakter. Ultralydsdiffraktion (regenerativ bølge) bestemmer revnedybden.

Sølvbelagt kontaktkvalitetsinspektion og mere. Fordelen er, at det er nemt at implementere automatisk detektering, men ulempen er, at størrelsen af ​​defekten og placeringen af ​​defekten ikke kan kendes, og de relative positioner af de to sonder er strengt påkrævet. Når ultralydsbølgen forplanter sig i mediet, vil dens egen bølgefrontdiffusion få lydenergien, der passerer gennem enhedsarealet vinkelret på lydstrålens retning, til at falde i takt med, at udbredelsesafstanden øges, hvilket kaldes diffusionsdæmpning, som er selve ultralyden. Karakteristikken er relateret til strålespredningsvinklen 2θ (θ er semi-diffusionsvinklen for ultralydsstrålen). Derudover er ultralydsbølgen i materialets korngrænse, fasepunktet eller den akustiske impedans af de suspenderede partikler, urenheder, bobler osv. i mediet (værdien er lig med produktet af lydens hastighed og tætheden) (selvom det er en lille forskel). Spredningstilstanden er relateret til bølgelængden af ​​ultralydsbølgen og størrelsen af ​​spredningspartiklerne (den gennemsnitlige krystalkorndiameter). I metalmaterialet kan forholdet mellem bølgelængden λ og gennemsnitsdiameteren af krystalkornene opdeles i tre spredningstilstande: Rayleigh spredning: 'når λ, er spredningsgraden proportional med frekvensens fjerde potens, som er størstedelen af metallet. tilfældig spredning: ≈λ er sædvanligvis proportionen af frekvensen, frekvensen er sædvanligvis proportionen af frekvensen. tilfældet i grovkornede støbninger: ≥ λ, spredningsgraden er omvendt proportional med, hvilket ofte kommer til udtryk i I tilfældet hvor overfladen af den detekterede overflade af emnet er ru, er det diffuse spredningstab af den indfaldende akustiske energi ved grænsefladen forårsaget af en lignende situation, som kan være en sart vejrlig ikke skinne gennem tågen På grund af eksistensen af spredningsfænomenet, er den akustiske energi gennem enhedsarealet vinkelret på lydbanen reduceret, det vil sige, at spredningsdæmpningen forårsages. ekko-diskriminering, kan den også returneres til ultralydsbølgen ved den overlejrede efterklang af den spredte ultralydsbølge i metalmaterialet. Efter at sonden er modtaget, vises den på ultralydsfejldetektordisplayet i form af ukrudtsekko evaluering af rodniveauer er blevet en vigtig indikator i acceptkriterierne for ultralydstest af titanlegeringssmedninger.

Ultralydsdæmpningsegenskaber Ud over spredningsdæmpningen beskrevet i det foregående afsnit, er en anden vigtig årsag til energidæmpning, når ultralydsbølger transmitteres gennem materialet, dæmpningen på grund af intern absorption, som er relateret til materialets viskositet, varmeledning, grænsefriktion, afslapningsfænomenet i form af ultrasonisk energi og solenergitabet i solenergien er relateret til ultrasonisk energitab og solenergi. udover dislokationsbevægelse (såsom dislokationstæthed, længdeændring, tilstedeværelse af huller og urenheder) og magnetisk domænevægsbevægelse, forårsager Restspænding lydfeltforstyrrelser...osv. De kan forårsage dæmpning af ultralydsenergi, som svarer til spredningsdæmpningen i den øvre sektion. Vi henviser til ultralydsenergidæmpningen forårsaget af disse årsager som absorptionsabsorption. Det kan ses, at dæmpningsmekanismen for ultralydsbølger i materialet er meget kompliceret. Vi overvejer omfattende dæmpning. Antag, at lydtryksamplituden ved afstandskilden X=0 er P0, og lydtryksamplituden efter afstanden X er PX, så: PX =P0·e-αx, hvor α kaldes dæmpningskoefficienten, som kan opdeles i to dele, nemlig: α=αs+αa, hvor αs er spredningskoefficienten dæmpning og αau dæmpning. Derfor er dæmpningskoefficienten udtrykt i α en omfattende parameter for et materiale, som generelt stiger, når ultralydsfrekvensen stiger. I ultralydstestningen er det muligt at bestemme graden af ​​reduktion af akustisk energi, efter at ultralydsbølgen passerer gennem materialet (for eksempel, evalueringen af ​​graden af ​​reduktion af ekkoamplituden af ​​emnets bundflade i ultralydspulsreflektionsmetoden) kaldes bundbølgetabsevalueringen eller bundrefleksionsbølgetabet eller ultralydsrefleksionsbølgen. Penetrationsmetode kan bruges til at vurdere arten, morfologien og fordelingen af ​​materialets mikrostruktur, såsom påvisning af grove krystaller af metalmaterialer, overophedning og overbrænding, (en overophedet struktur i metalsmedninger), karbider. Ensartethed, hårdmetal sfæroidiseringshastighed af duktilt jern, trækstyrke ved stuetemperatur af kulstofstål, spændingsmåling og lignende. 

De tilgængelige data introducerer brugen af ​​roddisplayet forårsaget af spredning og dæmpningsevalueringen af ​​ekkoamplituden for at bedømme afstanden mellem cementitlaget i perlitstrukturen af ​​lokomotivhjulet (perlitstålet med et kulstofindhold på 0,53~0,61%). Bestem hjulets ydelsesgrænse og slidstyrke. Der er også rapporter om brugen af ​​ultralydsdæmpningsegenskaber i træthedstest af materialer (i træthedstesten kan den interne friktion og gitterforvrængning inde i prøven forårsage ultralydspredning, og den lokale plastiske deformation af den brækkede overflade kan forårsage, at ultralydsenergien absorberes). Anvendes til evaluering af brudsejhed af stål. Kombination af ultralydsdæmpningsegenskaberne med lydhastighedskarakteristika kan bruges til at bestemme f.eks. brintindholdet i titanlegeringer (reducerer risikoen for brint i titanlegeringer) og til at vurdere ældningskvaliteten af aluminiumlegeringer. Ultralydskarakteristika for ultralydsbølger af samme bølgetype har forskellige materialer og bølger i forskellige udbredelseshastigheder, bølgetyper har også forskellige udbredelseshastigheder. Når sammensætningen, mikrostrukturen, tætheden, inklusionsforholdet, koncentrationen, polymerkonverteringshastigheden, styrke, temperatur, fugtighed, tryk (spænding), flowhastighed af materialet varierer eller ændres, vil lydhastigheden også variere. Ved at bruge en speciel lydhastighedstester eller en konventionel fejldetektor eller tykkelsesmåler af ultralydspulstypen til at sammenligne materialet med en kendt lydhastighed med en standardlydhastighed, kan lydhastigheden af en standardlyd prøves. hastighed eller lydhastigheden af materialet kan måles og kan anvendes: (1) Bestemmelse af fysiske konstanter af materialer, såsom: ifølge forholdet i fysik, generelt: lydhastighed C = (E / ρ) 1/2, hvor ρ er materialetætheden, E er materialets elasticitetsmodul . Da lydens hastighed påvirkes af materialets anisotropi, form og grænseflade, og de respektive elastiske moduler anvendes afhængigt af vibrationsformen af ultralydsbølgen, er den langsgående bølgehastighed i gas og væske (kun i gas og væske) Den langsgående bølge har: CL = (K / ρ0) 1/2, hvor Kvolumen er den elastiske modul. modul) af materialet, og ρ0 er den oprindelige statiske densitet af mediet i nærvær af den akustiske bølge. I faste stoffer: den ultralyds bølgehastighed, der udbreder sig aksialt i en tynd stang med en diameter, der er mindre end ultralydsbølgelængden, er: Cl = (E / ρ) 1/2, hvor E er materialets Youngs modul, og ρ er materialets tæthedsdiameter. bølgelængde. CL={[K+(4/3)G]/ρ}1/2={[E(1-σ)]/ρ(1+σ) (1-2σ)} K i 1/2-formlen er det kapacitive elasticitetsmodul (volumetrisk elasticitetsmodul) for materialet, G er forskydningselasticitetsmodulet for materialet, og materialets poisson-forhold er materialets modul. kraft,Når der opstår langsgående tøjning i retningen, genereres lateral tøjning også i lodret retning, og forholdet mellem dem kaldes poissons forhold, som er en af materialets fysiske egenskaber). Forskydningsbølgens lydhastighed er: Cs=(G/ρ)1/2={E/[ρ·2(1+σ)]}1/2 Rayleigh-bølgens lydhastighed er: CR=[(0,87+1,12σ)/(1 +σ)]·(G/ρ)1/2. når lydhastigheden måles og en anden parameter er kendt, kan andre parametre beregnes.

(2) Måling af temperatur: Lydens hastighed i mediet er relateret til mediets temperatur. Denne karakteristik kan bruges til at måle temperaturen på det berøringsfrie medium. Det kan yderligere bruges til at angive mediets smeltepunkt, kogepunkt og faseændring og til at måle mediets specifikke varme. Fusionsvarmen er reaktionsvarmen, og forbrændingsvarmen måles, og mediets renhed og molekylvægt måles.

(3) Måling af strømningshastighed: Når ultralydsbølger udbreder sig i et strømmende medium (såsom gas-, væske- eller væskeoverførselsrør, der indeholder en vis andel af faste partikler eller vandkanaler.), er udbredelseshastigheden forskellig fra den under statiske forhold med hensyn til et fast koordinatsystem. Det er relateret til mediets flowhastighed, således at flowhastigheden kan bestemmes ud fra ændringen i lydhastigheden og flowhastigheden (væsketværsnitsareal x flowhastighed) kan bestemmes yderligere. (4) Måling af væskens viskositet η: I henhold til den akustiske forskydningsimpedans Z og (η·ρ) 1/2 (η er væskens viskositet, ρ er væskens massefylde), og den akustiske impedans Z=ρ·C, kan derfor ved måling af hastigheden af lyden og densiteten af lyden bestemmes væskens massefylde. bestemt. (5) Spændingsmåling: Udbredelseshastigheden af ​​ultralydsbølger i materialet har en tilnærmelsesvis lineær ændring med den påførte spænding (kaldet ultralydsspændingseffekt), så den kan bruges til at måle styrken af ​​forspændt beton, styrken og restspændingen af ​​metallet og fastgørelsen. Trækspænding på et stykke (såsom en fastgørelsesbolt). (6) Hårdhedsmåling: Hårdheden af ​​det hærdede metaloverfladelag kan bestemmes ved at bruge hastighedsændringskarakteristikken for bølgen i det hærdede lag af metaloverfladen.

(7) Bestemmelse af dybden af ​​revnen på overfladen af ​​metallet: forskellen mellem det tidspunkt, hvor bølgen transmitteres direkte langs metaloverfladen, og det tidspunkt, hvor overfladerevnen er til stede, og bølgen omgås af revnen. Ifølge Rayleigh-bølgens udbredelseshastighed kan den beregnes ved dybden af ​​revnen. Denne metode kaldes tidsforsinkelsesmetode eller transittidsmetode, Δt-metoden.

(8) Måletykkelse: I henhold til forholdet mellem ultralydsudbredelsesafstanden X og lydhastigheden C og transmissionstiden t: X=C·t, når f.eks. måles tykkelse ved ultralydspulsreflektionsmetode, emnetykkelse d=C·t/2. Grunden til at bruge nævneren 2 her er, at ultralydssonden udsender en ultralydsimpuls til bunden af ​​emnet, og den reflekterende returprobe modtages, således at lydvejspassagen er dobbelt så stor som emnets tykkelse.

Ved at bruge ultralydsbølgernes hastighedskarakteristika kan den også anvendes til måling af styrken af ​​sfæroidt grafitstøbejern og graden af ​​sfæroidisering af grafit, bestemmelse af fugtigheden af ​​keramisk adobe for at bestemme timingen for brænding i ovnen og analysen af ​​egenskaberne af det industrielle medium (f.eks. det iltholdige medium) (f. stofskiftehastigheden for dyrs respiration har ændringen i indholdet af en komponent i gassen osv. samt tætheden af ​​petroleumsfraktionen, neoprenlatexen.

Ultralyds-tidsforsinkelsesmetoden bruges til at bestemme tætheden af ​​overfladerevnedybdevæsken og lignende. Sammenfattende er anvendelsen af ​​ultralydshastighedskarakteristika, især inden for industriel måleteknologi, talrig. Ultrasonicis er en slags mekanisk vibrationsbølge. Vi kan bruge ultralydsresonatoren til at injicere ultralydsbølgen med justerbar frekvens (hovedsageligt ved hjælp af langsgående bølge) i emnet, der skal inspiceres. Når ultralydsbølgen resonerer med arbejdsemnets naturlige frekvens, forplanter den indfaldende bølge i den modsatte retning. De reflekterede bølger er overlejret på hinanden for at danne en stående bølge, som er tykkelsesresonansen af ​​den langsgående bølge vinkelret indfaldende. Med denne resonanskarakteristik kan den anvendes på følgende aspekter:

(1) Tykkelsesmåling:
Tykkelsen af piezo keramisk skivetransducer er d, og bølgelængden af ultralydsbølgen, der udbreder sig deri, er λ, hvilket opnås, når der opstår resonans: d=λ1/2=2λ2/2=3λ3/2=...=n·λn/2, hvor n er Ethvert positivt heltal, dvs. at tykkelsen af et integral af dette stykke er lig med det halve tidspunkt af emnet. bølgelængden af den resonante ultralydsbølge. Når ultralydshastigheden C af prøvestykkets materiale er kendt, i henhold til forholdet mellem lydens hastighed, bølgelængden og frekvensen: C = λ · f, kan ultralydsfrekvensen på tidspunktet for tykkelsesresonans opnås: fn = C / λn = n · C / 2d Når n=1, f1=C/2 er grundfrekvensen af, f1=C/2. Da forskellen mellem frekvenserne af vilkårlige to tilstødende harmoniske er lig med grundfrekvensen, er der: fn-fn-1=nf1-( N-1) f1=f1, så frekvensen af to tilstødende harmoniske i tykkelsesresonansen kan bestemmes af resonatoren, og tykkelsen af emnet er: d-1f=C/f2 frekvensen på ikke-tilstødende harmoniske er henholdsvis fm og fn, da: fm-fn=(mn)f1.

(2) Detektering af defekter:
Når der er en defekt i det emne, der skal inspiceres, vil den nationale frekvens ændre sig i forhold til det samme emne uden defekter, og resonanstilstanden vil også ændre sig (resonansfrekvensen ændres), således at eksistensen af ​​defekten kan detekteres i overensstemmelse hermed. For eksempel bruges det til at måle hårdheden af ​​metaller, til at inspicere kvaliteten af ​​pladepunktsvejsning, især for bindingsfejl af kompositmaterialer og bundne strukturer (såsom ubundet, afbundet, dårlig gel osv.) og påvisning af bindingsstyrke. akustisk vibrationsdetektionsmetode er designet til at kontrollere kvaliteten af ​​limfuger.

En typisk anvendelse af ultralydsresonanskarakteristika er en ultralydshårdhedstester, som måler hårdheden ved hjælp af en ændring af resonansfrekvensen af ​​ultralydssensorstangen. Det bruges hovedsageligt til at bestemme hårdheden af ​​et metal, og kan også bruges til andre målinger ved en sammenligningsmetode. Ultralydshårdhedsmåling har fordelene ved minimal skade på overfladen af ​​prøvestykket, hurtig målehastighed og enkel betjeningsprocedure. Den er især velegnet til 100% inspektion af færdige emner, og kan direkte detektere emnet ved at holde i sonden, specielt velegnet til store skalaer, der er svære at flytte. Emnedele, der ikke let adskilles, som måles. Det følgende er et eksempel på ultralydshårdhedstesteren, som producerede. Under det ensartede kontakttryk er spidsen af ​​sensoren i kontakt med overfladen af ​​prøvestykket, og sensorens resonansfrekvens vil følge prøvestykket. Prøveemnets hårdhed bestemmes ved at måle ændringen i sensorens resonansfrekvens.