فناوری تست غیر مخرب و کاربرد آن (4)

ویژگی های پراش و پراکندگی اولتراسونیک:

هنگامی که موج اولتراسونیک در محیط منتشر می شود، با یک رابط ناهمگن (مانند نقص) مواجه می شود. طبق اصل هویگنز، یک پدیده پراش در لبه آن رخ می دهد و یک موج پراش تازه برانگیخته ایجاد می شود. از نقطه نظر ظاهری، موج اولتراسونیک اصلی می تواند به پیشروی در اطراف نقص ادامه دهد، اما یک سایه صوتی (فضای بدون امواج اولتراسونیک) در پشت نقص تشکیل می شود. از موج پراش جدید می توان برای ارزیابی عمق ترک سطحی یا ارتفاع ترک داخلی استفاده کرد. در چین این روش را روش موج احیا کننده لبه و کشور خارجی را روش موج پراش نوک می نامند. پدیده تشکیل سایه صدا برای تشخیص نفوذ مافوق صوت استفاده می شود، یعنی زمانی که امواج مافوق صوت در مسیرهای صوتی خود با نقص هایی مواجه می شوند که ناشی از انعکاس، پراش، پراکندگی و غیره است و به دلیل ریزساختار غیرعادی ماده قطعه کار مورد بازرسی، باعث تضعیف انرژی آکنه ای مافوق صوت دریافتی در انتهای مافوق صوت می شود. مسیر کمتر از انرژی صوتی دریافتی در شرایط عادی است و این تفاوت را می توان با استفاده از نمایشگر تشخیص عیب اولتراسونیک یا مستقیماً با استفاده از نشانگر کنتور الکتریکی منعکس کرد. به عنوان مبنایی برای بازرسی و ارزیابی استفاده می شود. ضخامت سنج اولتراسونیک را می توان برای تشخیص عیب ورق، کامپوزیت یا ساختار پیوندی مانند لایه لایه شدن، جداسازی و غیره استفاده کرد و همچنین می تواند برای نوک ترک خوردگی کلیدهای الکتریکی کوچک استفاده شود. پراش اولتراسونیک (موج احیا کننده) عمق ترک را تعیین می کند.

نقره اندود تماس با بازرسی کیفیت و بیشتر. مزیت این است که اجرای تشخیص خودکار آسان است، اما عیب آن این است که اندازه نقص و محل نقص قابل تشخیص نیست و موقعیت های نسبی دو پروب به شدت مورد نیاز است. هنگامی که موج اولتراسونیک در محیط منتشر می شود، انتشار جبهه موج خود باعث می شود انرژی صوتی عبوری از واحد سطح عمود بر جهت پرتو صوت با افزایش فاصله انتشار کاهش یابد که به آن تضعیف انتشار می گویند که خود مافوق صوت است. مشخصه مربوط به زاویه گسترش پرتو 2θ است (θ زاویه نیمه انتشار پرتو اولتراسوند است). علاوه بر این، موج اولتراسونیک در مرز دانه ماده، نقطه فاز یا امپدانس صوتی ذرات معلق، ناخالصی ها، حباب ها و غیره در محیط است (مقدار برابر است با حاصل ضرب سرعت صوت و چگالی) (حتی اگر اختلاف جزئی باشد). حالت پراکندگی به طول موج موج اولتراسونیک و بزرگی ذره پراکنده (متوسط ​​قطر دانه کریستال) مربوط می شود. در ماده فلزی، نسبت طول موج λ به قطر متوسط دانه های کریستال را می توان به سه حالت پراکندگی تقسیم کرد: پراکندگی رایلی: 'زمانی که λ، درجه پراکندگی متناسب با توان چهارم فرکانس است که اکثریت فلز است. پراکندگی تصادفی: معمولاً نسبت پراکندگی به مربع است. مورد در ریخته گری پراکنده دانه: ≥ λ، درجه پراکندگی به طور معکوس متناسب است، که اغلب در مواردی که سطح شناسایی شده قطعه کار ناهموار است، از دست دادن پراکندگی پراکنده انرژی صوتی در سطح مشترک ایجاد می شود به دلیل وجود پدیده پراکندگی، انرژی صوتی در سطح واحد عمود بر مسیر صوت کاهش می یابد، یعنی تضعیف پراکندگی ایجاد می شود، اگرچه وجود این پدیده پراکندگی در روش تشخیص انعکاس پالس اولتراسونیک می تواند نفوذپذیری بین دیسک را نیز کاهش دهد. پس از دریافت کاوشگر، به موج اولتراسونیک برگردانده می شود معیارهای پذیرش برای تست اولتراسونیک آهنگرهای آلیاژ تیتانیوم

ویژگی های تضعیف التراسونیک علاوه بر تضعیف پراکندگی که در قسمت قبل توضیح داده شد، یکی دیگر از علل مهم تضعیف انرژی در هنگام انتقال امواج مافوق صوت از طریق ماده، تضعیف ناشی از جذب داخلی است که به ویسکوزیته ماده، هدایت گرما، اصطکاک مرزی، پدیده شل شدن گرما در شکل اتمسول و اتلاف انرژی مربوط می شود. علاوه بر حرکت نابجایی (مانند چگالی نابجایی، تغییر طول، وجود سوراخ ها و ناخالصی ها) و حرکت دیواره حوزه مغناطیسی، تنش پسماند باعث اختلالات میدان صوتی و غیره می شود. آنها می توانند باعث تضعیف انرژی مافوق صوت شوند که مربوط به تضعیف پراکندگی در بخش بالایی است. ما به کاهش انرژی اولتراسونیک ناشی از این دلایل به عنوان جذب جذب اشاره می کنیم. می توان مشاهده کرد که مکانیسم تضعیف امواج اولتراسونیک در مواد بسیار پیچیده است. ما تضعیف جامع را در نظر می گیریم. فرض کنید که دامنه فشار صوت در منبع فاصله X=0 P0 و دامنه فشار صوت بعد از فاصله X PX است، سپس: PX =P0·e-αx، که α را ضریب تضعیف می نامند، که می توان آن را به دو قسمت تقسیم کرد: α=αs+αa، که αs ضریب پراکندگی و میرایی α است. بنابراین، ضریب تضعیف بیان شده در α یک پارامتر جامع از یک ماده است که معمولاً با افزایش فرکانس اولتراسونیک افزایش می‌یابد. در آزمایش اولتراسونیک، امکان تعیین درجه کاهش انرژی صوتی پس از عبور موج اولتراسونیک از ماده وجود دارد (مثلاً ارزیابی درجه کاهش دامنه اکو سطح زیرین قطعه کار در روش بازتاب پالس اولتراسونیک) ارزیابی تلفات موج پایین یا افت بازتاب پایین یا موج اولتراسونیک نامیده می‌شود. روش نفوذ را می توان برای ارزیابی ماهیت، مورفولوژی و توزیع ریزساختار مواد، مانند تشخیص بلورهای درشت مواد فلزی، گرمای بیش از حد و سوختن بیش از حد، (ساختار بیش از حد گرم شده در آهنگری های فلزی)، کاربیدها استفاده کرد. یکنواختی، سرعت کروی شدن کاربید آهن شکل پذیر، استحکام کششی فولاد کربنی در دمای اتاق، اندازه گیری تنش و موارد مشابه. 

داده های موجود استفاده از نمایشگر درهم و برهم ناشی از پراکندگی و ارزیابی تضعیف دامنه اکو را برای قضاوت در مورد فاصله لایه سمنتیت در ساختار پرلیت چرخ لوکوموتیو (فولاد پرلیت با محتوای کربن 0.53 تا 0.61٪) معرفی می کند. حد تسلیم و مقاومت در برابر سایش چرخ را تعیین کنید. همچنین گزارش هایی در مورد استفاده از ویژگی های تضعیف اولتراسونیک در تست خستگی مواد وجود دارد (در تست خستگی، اصطکاک داخلی و اعوجاج شبکه داخل نمونه می تواند باعث پراکندگی اولتراسونیک شود و تغییر شکل پلاستیک موضعی سطح شکسته می تواند باعث جذب انرژی اولتراسونیک شود). برای ارزیابی چقرمگی شکست فولاد استفاده می شود. ترکیب ویژگی های تضعیف اولتراسونیک با ویژگی های سرعت صوت می تواند برای تعیین، به عنوان مثال، محتوای هیدروژن در آلیاژهای تیتانیوم (کاهش خطر هیدروژن در آلیاژهای تیتانیوم) و برای ارزیابی کیفیت پیری آلیاژهای آلومینیوم استفاده شود، ویژگی های سرعت امواج مافوق صوت از همان نوع موج دارای مواد مختلف، سرعت انتشار در انواع مختلف امواج اولتراسونیک نیز متفاوت است. سرعت های مختلف انتشار هنگامی که ترکیب، ریزساختار، چگالی، نسبت گنجاندن، غلظت، نرخ تبدیل پلیمر، استحکام، دما، رطوبت، فشار (تنش)، سرعت جریان ماده تغییر یا تغییر کند، سرعت صوت نیز تغییر می‌کند. با استفاده از یک تستر مخصوص سرعت صدا یا یک دستگاه تشخیص عیوب انعکاس پالس اولتراسونیک معمولی برای مقایسه ضخامت ناشناخته نمونه صدای استاندارد با ضخامت سنج ناشناخته صدا. سرعت، به طوری که سرعت صوت یا سرعت صوت ماده قابل اندازه گیری و اعمال باشد: (1) تعیین ثابت های فیزیکی مواد، مانند: با توجه به رابطه در فیزیک، به طور کلی: سرعت صوت C = (E / ρ) 1/2، که ρ چگالی مواد است، E مدول الاستیک ماده است. از آنجایی که سرعت صوت تحت تأثیر ناهمسانگردی، شکل و سطح مشترک ماده قرار می گیرد و بسته به شکل ارتعاش موج اولتراسونیک از مدول های الاستیک مربوطه استفاده می شود، سرعت موج طولی در گاز و مایع (فقط در گاز و مایع) موج طولی دارای: CL = (K / ρ0) 1/2 evolusticum e، که در آن evolulasticum e-volastice است. مدول) ماده، و ρ0 چگالی استاتیک اولیه محیط در حضور موج صوتی است. در جامدات: سرعت موج طولی اولتراسونیک که به صورت محوری در میله‌ای نازک با قطر کمتر از طول موج اولتراسونیک منتشر می‌شود: Cl = (E / ρ) 1/2 است که E مدول یانگ ماده است و ρ قطر چگالی ماده است. طول موج CL={[K+(4/3)G]/ρ}1/2={[E(1-σ)]/ρ(1+σ) (1-2σ)} K در فرمول 1/2 مدول الاستیک خازنی (مدول الاستیک حجمی) ماده است، G مدول الاستیک برشی ماده است، و مدول الاستیک برشی ماده است (Poiois the ماده در σs است. نیرو، هنگامی که کرنش طولی در جهت ایجاد می شود، کرنش جانبی نیز در جهت عمودی ایجاد می شود و نسبت بین آنها را نسبت پواسون می نامند که یکی از ویژگی های فیزیکی ماده است. سرعت صوت موج برشی عبارت است از: Cs=(G/ρ)1/2={E/[ρ·2(1+σ)]}1/2 سرعت صدای موج ریلی برابر است با: CR=[(0.87+1.12σ)/(1 +σ)]·(G/ρ)1/2. هنگامی که سرعت صوت اندازه گیری می شود و پارامتر دیگری شناخته می شود، می توان پارامترهای دیگر را محاسبه کرد.

(2) اندازه گیری دما: سرعت صوت در محیط با دمای محیط مرتبط است. از این مشخصه می توان برای اندازه گیری دمای محیط غیر تماسی استفاده کرد. همچنین می توان از آن برای نشان دادن نقطه ذوب، نقطه جوش و تغییر فاز محیط و اندازه گیری گرمای ویژه محیط استفاده کرد. گرمای همجوشی گرمای واکنش است و گرمای احتراق اندازه گیری می شود و خلوص و وزن مولکولی محیط اندازه گیری می شود.

(3) اندازه گیری سرعت جریان: هنگامی که امواج مافوق صوت در یک محیط جاری (مانند لوله های انتقال گاز، مایع یا مایع حاوی نسبت معینی از ذرات جامد یا کانال های آب) منتشر می شوند، سرعت انتشار با توجه به یک سیستم مختصات ثابت با شرایط ایستا متفاوت است. مربوط به دبی محیط است، به طوری که می توان دبی را بر اساس تغییر سرعت صوت تعیین کرد و دبی (سطح مقطع سیال x دبی) را بیشتر تعیین کرد. (4) اندازه گیری ویسکوزیته مایع η: با توجه به امپدانس صوتی برشی Z و (η·ρ) 1/2 (η ویسکوزیته مایع، ρ چگالی مایع است) و امپدانس صوتی Z=ρ·C، بنابراین با اندازه گیری سرعت صوت و تعیین چگالی مایع می توان چگالی مایع را تعیین کرد. (5) اندازه گیری تنش: سرعت انتشار امواج مافوق صوت در ماده با تنش اعمال شده تقریباً تغییر خطی دارد (به نام اثر تنش اولتراسونیک)، بنابراین می توان از آن برای اندازه گیری مقاومت بتن پیش تنیده، استحکام و تنش پسماند فلز و بست استفاده کرد. تنش کششی روی یک قطعه (مانند پیچ ​​و مهره). (6) اندازه گیری سختی: سختی لایه سخت شده سطح فلز را می توان با استفاده از مشخصه تغییر سرعت موج در لایه سخت شده سطح فلز تعیین کرد.

(7) تعیین عمق ترک روی سطح فلز: تفاوت بین زمانی که موج مستقیماً در امتداد سطح فلز منتقل می شود و زمانی که ترک سطحی وجود دارد و موج توسط ترک دور می شود. با توجه به سرعت انتشار موج ریلی می توان آن را با عمق شکاف محاسبه کرد. این روش را روش تاخیر زمانی یا روش زمان عبور، روش Δt می نامند.

(8) ضخامت اندازه گیری: با توجه به رابطه بین فاصله انتشار اولتراسونیک X و سرعت صدا C و زمان انتقال t: X=C·t، به عنوان مثال، زمانی که اندازه گیری ضخامت با روش بازتاب پالس اولتراسونیک انجام می شود، ضخامت قطعه کار d=C·t/2 است. دلیل استفاده از مخرج 2 در اینجا این است که پروب اولتراسونیک پالس اولتراسونیک را به سطح زیرین قطعه کار ساطع می کند و پروب برگشتی بازتابی دریافت می کند، به طوری که مسیرهای عبور صدا دو برابر ضخامت قطعه کار است.

با استفاده از ویژگی‌های سرعت امواج مافوق صوت، می‌توان آن را برای اندازه‌گیری استحکام چدن گرافیت کروی و درجه کروی شدن گرافیت، تعیین رطوبت خشت سرامیکی برای تعیین زمان پخت در کوره، و تجزیه و تحلیل ویژگی‌های محیط گازی و نیوجنسی گازی به کار برد. نرخ متابولیک تنفس حیوانات دارای تغییر در محتوای یک جزء در گاز و غیره و همچنین چگالی بخش نفتی، لاتکس نئوپرن است.

روش تاخیر زمانی اولتراسونیک برای تعیین چگالی مایع عمق ترک سطحی و موارد مشابه استفاده می شود. به طور خلاصه، کاربرد ویژگی های سرعت اولتراسونیک، به ویژه در فناوری اندازه گیری صنعتی، بسیار زیاد است. اولتراسونیک نوعی موج ارتعاشی مکانیکی است. ما می توانیم از تشدید کننده اولتراسونیک برای تزریق موج اولتراسونیک با فرکانس قابل تنظیم (عمدتا با استفاده از موج طولی) به قطعه کار مورد بازرسی استفاده کنیم. هنگامی که موج اولتراسونیک با فرکانس طبیعی قطعه کار طنین انداز می شود، موج فرودی در جهت مخالف منتشر می شود. امواج منعکس شده بر روی یکدیگر قرار می گیرند و یک موج ایستاده را تشکیل می دهند که رزونانس ضخامت موج طولی عمود بر برخورد است. با این مشخصه رزونانس، می توان آن را در جنبه های زیر اعمال کرد:

(1) اندازه گیری ضخامت:
ضخامت مبدل دیسکی سرامیکی پیزو d است و طول موج امواج اولتراسونیک منتشر شده در آن λ است که با ایجاد رزونانس به دست می آید: d=λ1/2=2λ2/2=3λ3/2=...=n·λn/2، که در آن n هر عدد صحیح مثبت است، یعنی ضخامت این زمان در مضرب یک قطعه کار برابر است تا نصف قطعه کار یکپارچه شود. طول موج موج اولتراسونیک تشدید کننده وقتی سرعت اولتراسونیک C ماده قطعه آزمایش مشخص است، با توجه به رابطه بین سرعت صوت، طول موج و فرکانس: C = λ · f، فرکانس اولتراسونیک در زمان تشدید ضخامت را می توان به دست آورد: fn = C / λn = n · C / 2d وقتی n=1، f1=C/2d فرکانس اصلی است. از آنجایی که تفاوت بین فرکانس های هر دو هارمونیک مجاور برابر با فرکانس اصلی است، عبارتند از: fn-fn-1=nf1-(N-1) f1=f1، بنابراین فرکانس دو هارمونیک مجاور در رزونانس ضخامت را می توان توسط تشدیدگر تعیین کرد و ضخامت قطعه کار برابر است با: هارمونیک های غیر مجاور به ترتیب fm و fn هستند، زیرا: fm-fn=(mn)f1.

(2) تشخیص عیوب:
هنگامی که در قطعه کار مورد بازرسی نقصی وجود داشته باشد، فرکانس ملی در مقایسه با همان قطعه کار بدون نقص تغییر می کند و حالت رزونانس نیز تغییر می کند (تغییر فرکانس رزونانس)، به طوری که وجود نقص را می توان بر این اساس تشخیص داد. به عنوان مثال، برای اندازه گیری سختی فلزات، برای بررسی کیفیت جوشکاری نقطه ای ورق، به ویژه برای عیوب پیوندی مواد کامپوزیتی و ساختارهای چسبنده (مانند پیوند ناپیوسته، بدون پیوند، ژل ضعیف و غیره) و تشخیص استحکام باند استفاده می شود. روش تشخیص لرزش صوتی برای بررسی کیفیت اتصالات چسب طراحی شده است.

یک کاربرد معمولی از ویژگی های رزونانس اولتراسونیک، سختی سنج اولتراسونیک است که سختی را با استفاده از تغییر فرکانس تشدید نوار سنسور اولتراسونیک اندازه گیری می کند. این عمدتا برای تعیین سختی فلز استفاده می شود و همچنین می تواند برای اندازه گیری های دیگر با روش مقایسه استفاده شود. اندازه گیری سختی اولتراسونیک دارای مزایای حداقل آسیب به سطح قطعه آزمایش، سرعت اندازه گیری سریع و روش عملیات ساده است. مخصوصاً برای بازرسی 100٪ قطعات کار تمام شده مناسب است و می تواند مستقیماً قطعه کار را با نگه داشتن پروب تشخیص دهد، مخصوصاً برای مقیاس های بزرگ که جابجایی آنها دشوار است. قطعات قطعه کار که به راحتی جدا نمی شوند و اندازه گیری می شوند. نمونه زیر نمونه ای از سختی سنج اولتراسونیک است که تولید شده است. تحت فشار تماس یکنواخت، نوک سنسور با سطح قطعه آزمایش در تماس است و فرکانس تشدید سنسور قطعه آزمایش را دنبال می کند. سختی قطعه تست با اندازه گیری تغییر فرکانس تشدید سنسور تعیین می شود.