کاربرد سرامیک های پیزو برای آزمایش های غیر مخرب اولتراسونیک استفاده می شود

تاریخچه توسعه و ویژگی های اولتراسوند

آکوستیک به عنوان شاخه ای از فیزیک، علمی است که وقوع، انتشار، دریافت و اثرات امواج صوتی را مطالعه می کند. قبل از سال 1940، فقط مواد پیزوالکتریک تک کریستالی وجود داشت که باعث می شد امواج اولتراسونیک به طور گسترده مورد استفاده قرار نگیرد. در دهه 1970، سرامیک پیزوالکتریک شفاف PLZT توسعه یافت. توسعه مواد پیزوالکتریک توسعه میدان اولتراسونیک را تا حد زیادی ارتقا داده است.

فرکانس کلی امواج صوتی 10-4 هرتز تا 1014 هرتز است. به طور کلی امواج صوتی با فرکانس 2 × 104 هرتز تا 2 × 109 هرتز را امواج اولتراسونیک می نامند. اولتراسوند به عنوان بخشی از امواج صوتی که از قانون اساسی انتشار امواج صوتی پیروی می کند، اما کریستال دیسک سرامیکی پیزو دارای برخی ویژگی های برجسته است: ① جهت گیری امواج اولتراسوند خوب است: امواج اولتراسونیک دارای جهت گیری مشابه امواج نور هستند و می توانند به صورت جهت دار از طریق یک طراحی خاص منتقل شوند. تشخیص موثر در شی تشخیص، هرچه فرکانس اولتراسونیک بالاتر باشد، جهت دهی بهتر است. ② این توانایی نفوذ مافوق صوت قوی برای اکثر رسانه ها است، دارای توانایی نفوذ قوی است. ③ انرژی اولتراسونیک بالا: فرکانس کاری تشخیص اولتراسونیک بسیار بالاتر از فرکانس امواج صوتی است و انرژی بالایی دارد. ④ امواج اولتراسونیک دارای طول موج کوتاه و پدیده های پراش کوچک هستند: به دلیل فرکانس بالا و طول موج کوتاه آنها، انعکاس های آن ناشی از نقص جسم آسان است، بنابراین اغلب برای تشخیص عیب استفاده می شود. این ویژگی ها است که باعث می شود سونوگرافی به طور گسترده در آزمایش های غیر مخرب استفاده شود.

اصول اولیه تست اولتراسونیک

امواج اولتراسونیک در رسانه های مختلف منتشر می شود. هنگام مواجهه با رابط، امواج اولتراسونیک تحت بازتاب، شکست و تبدیل حالت موج قرار می گیرند. بازتاب ها در رابط های ناهمگن با امپدانس های صوتی مختلف رخ می دهد. هنگامی که امواج اولتراسونیک به طور عمود از محیط 1 به متوسط ​​2 برخورد می کنند، انعکاس در رابط R. هر چه اختلاف امپدانس صوتی بین دو رسانه بزرگتر باشد، انعکاس امواج اولتراسونیک در رابط قوی تر است. هر چه تفاوت امپدانس آکوستیک بین اجزاء موجود بیشتر باشد Pzt مواد پیزوالکتریک سرامیک و بستر، امکان تشخیص بیشتر است.

محتوای تشخیص

سرامیک های پیزو که با روش اولتراسونیک شناسایی می شوند را می توان به تشخیص تخلخل و تشخیص عیب سطحی تقسیم کرد. تشخیص تخلخل سرامیک پیزو استحکام، مدول الاستیک و چگالی سرامیک های پیزو به طور مستقیم با تخلخل مرتبط است. تخلخل برخی از اجزای پیزو تعیین می کند که آیا می توان از آن استفاده کرد یا خیر. همچنین بین سرعت انتقال امواج مافوق صوت و تخلخل (یا چگالی) در پیزوسرامیک ها رابطه مشخصی وجود دارد که می توان از طریق اندازه گیری واقعی به دست آورد و سپس با استفاده از معادلات تخلخل پیزو سرامیک را به دست آورد.

روزنه ها به بیضی هایی با جهت تصادفی کاهش می یابند که به طور یکنواخت در یک ماتریس همسانگرد توزیع می شوند. برای محاسبه سرعت صوت و مقایسه آن با مقادیر اندازه گیری از مدل میکرومکانیکی مرکب استفاده می شود. تخلخل محاسبه می شود. هنگامی که چگالی نظری مواد پیزو سرامیک مشخص باشد، تخلخل را می توان از چگالی ظاهری محاسبه کرد. روش های زیادی برای اندازه گیری تراکم بدن وجود دارد. روش ارشمیدس معمولا استفاده می شود. عیوب داخلی سرامیک های پیزو را می توان با روش تشخیص عیب غوطه وری در آب نیز تشخیص داد. هنگامی که عیوب توسط روش تشخیص عیب عمودی موج طولی غوطه وری در آب تشخیص داده می شود، مسیر پرتو را می توان به طور مستقیم خواند. برای تشخیص عیوب کوچک، می توان به جای آن از یک پروب با فرکانس پایین تر استفاده کرد.

 تشخیص عیوب سطحی

برای سرامیک های پیزو، عیوب سطحی با شکل و اندازه یکسان بیشتر از عیوب داخلی باعث آسیب می شوند، بنابراین تشخیص عیوب سطح اهمیت ویژه ای دارد. عیوب سطحی سرامیک های پیزو معمولاً با روش موج سطحی غوطه وری در آب تشخیص داده می شود. موج اولتراسونیک (موج طولی) به صورت مایل بر روی سطح جسمی که قرار است در آب غوطه ور شود، برخورد می کند. هنگامی که زاویه برخورد θc از زاویه بحرانی دوم θC بیشتر باشد، امواج صوتی شکسته شده همگی در امتداد سطح قطعه کار منتشر می‌شوند و معادله موج سطحی را تشکیل می‌دهند: Cl 1 - طولی در آب سرعت صدا. Cr2—-سرعت سطحی صوتی غوطه ور شدن آب در قطعه کار.

طول موج سطحی کوتاهتر از طول موج برشی است و تضعیف آن نیز بیشتر از موج برشی است. در عین حال، فقط در امتداد سطح پخش می شود. هنگامی که با گوشه ها یا لبه های تیز مواجه می شود، پژواک های انعکاسی قوی وجود خواهد داشت. هر چه انحنای بیشتر باشد، بازتاب قوی تر است. هنگامی که موج سطحی سیل زده روی سطح بلوک آزمایشی منتشر می شود، انرژی می تواند به داخل آب نشت کند، بنابراین تنها پس از چند میلی متر، ارتفاع موج بازتابی موج سطحی سیل به طور قابل توجهی کاهش می یابد. با توجه به مشخصه دامنه کوچک فاصله انتقال موج منعکس شده، مبدل حلقه سرامیکی پیزو باید تا حد امکان نزدیک به نقص باشد. علاوه بر روش های فوق می توان از روش مبدل الکترود شانه ای، روش میکروسکوپ اولتراسونیک و روش میکروسکوپ اولتراسونیک اسکن لیزری برای تشخیص عیوب سطح سرامیک پیزو مدرن استفاده کرد. تاکنون تحقیقات زیادی در مورد تشخیص عیب سرامیکی اولتراسونیک در چین مدرن انجام نشده است، داده های انباشته شده اندک است و هیچ بلوک تست استاندارد با عینیت قوی وجود ندارد. جهت گیری های تحقیقاتی که باید در آینده تقویت شوند، توسعه و بکارگیری روش های جدید تشخیص عیب و توسعه کاوشگرهای با کارایی بالا است. البته، با توسعه سریع فناوری اطلاعات، که توسط فناوری رایانه ای تجسم یافته است، فناوری مدرن آزمایش غیر مخرب اولتراسونیک نیز به سمت پردازش سیگنال دیجیتال و تصویربرداری بازرسی در حال توسعه است.