Rikkomaton testaustekniikka ja sen sovellus (4)

Ultraääni diffraktio- ja sirontaominaisuudet:

Kun ultraääniaalto etenee väliaineen läpi, se kohtaa heterogeenisen rajapinnan (kuten vian). Huygensin periaatteen mukaan sen reunassa tapahtuu diffraktioilmiö ja syntyy uusi virittynyt diffraktioaalto. näennäiseltä kannalta alkuperäinen ultraääniaalto voi jatkaa etenemistä vian ympärillä, mutta vian taakse muodostuu akustinen varjo (tila ilman ultraääniaaltoja). Uuden taipuneen aallon avulla voidaan arvioida pintahalkeaman syvyyttä tai sisäisen halkeaman korkeutta. Kiinassa tätä menetelmää kutsutaan reunan regeneratiiviseksi aaltomenetelmäksi ja ulkomailla kärkidiffraktioaaltomenetelmäksi. Äänivarjon muodostumisilmiötä käytetään ultraäänen tunkeutumisen ilmaisuun, eli kun ultraääniaaltojen äänipoluissa esiintyy vikoja, jotka johtuvat heijastuksesta, diffraktiosta, sironnasta jne. sekä tarkastettavan työkappaleen materiaalin epänormaalin mikrorakenteen vuoksi, se aiheuttaa ultraäänen etenemisenergian vaimenemisen siten, että se vastaanottaa muun energian etenemisenergian. polku on pienempi kuin normaaliolosuhteissa vastaanotettu akustinen energia, ja ero voidaan heijastaa käyttämällä ultraäänivikailmaisimen näyttöä tai suoraan sähkömittarin näyttöä. Käytetään tarkastuksen ja arvioinnin perustana, ultraäänipaksuusmittausmittaria voidaan käyttää levy-, komposiitti- tai sidotturakenteen vikojen havaitsemiseen, kuten delaminaatioon, sidosten poistamiseen jne., ja sitä voidaan käyttää myös pienten sähkökytkimien kärkien halkeilemiseen. Ultraääniffraktio (regeneratiivinen aalto) määrittää halkeaman syvyyden.

Hopeapinnoitettu kosketuslaadun tarkastus ja paljon muuta. Etuna on, että automaattinen havaitseminen on helppo toteuttaa, mutta haittana on se, että vian kokoa ja vian sijaintia ei voida tietää, ja kahden anturin suhteelliset asennot ovat ehdottomasti tarpeen. Kun ultraääniaalto etenee väliaineessa, sen oma aaltorintaman diffuusio saa äänikeilan suuntaan kohtisuoraan yksikköpinta-alan läpi kulkevan äänienergian pienenemään etenemisetäisyyden kasvaessa, jota kutsutaan diffuusiovaimennuksena, joka on itse ultraääni. Ominaisuus liittyy säteen leviämiskulmaan 2θ (θ on ultraäänisäteen puolidiffuusiokulma). Lisäksi ultraääniaalto on materiaalin raerajalla, vaihepisteessä tai väliaineessa olevien suspendoituneiden hiukkasten, epäpuhtauksien, kuplien jne. akustisessa impedanssissa (arvo on yhtä suuri kuin äänen nopeuden ja tiheyden tulo) (vaikka se olisi pieni ero). Sirontatila liittyy ultraääniaallon aallonpituuteen ja sirontahiukkasen suuruuteen (keskimääräinen kiteen rakeiden halkaisija). Metallimateriaalissa aallonpituuden λ suhde kiderakeiden keskimääräiseen halkaisijaan voidaan jakaa kolmeen sirontatilaan: Rayleigh-sironta: 'kun λ, sironnan aste on verrannollinen taajuuden neljänteen potenssiin, joka on metallin enemmistö. satunnainen sirontasuhde on taajuuden neliösuhde, λscatter-aste: ≈λ kuten karkearaevaluissa yleensä tapahtuu: ≥ λ, sironnan aste on käänteisesti verrannollinen, mikä usein ilmaistaan: Tapauksessa, jossa työkappaleen havaitun pinnan pinta on karkea, tulevan akustiikkatilanteen aiheuttama valon hajontahäviö voi olla samanlainen hajallaan sumuisella säällä eikä voinut paistaa sumun läpi Sirontailmiön olemassaolon vuoksi akustinen energia yksikköalueen läpi on kohtisuorassa äänirataa vastaan, eli sirontavaimennus aiheutuu. Erityisesti kaiun erottelu, se voidaan palauttaa ultraääniaallon päälle hajallaan olevan ultraääniaallon jälkeen, kun anturi on vastaanotettu, se näkyy ultraäänivikailmaisimen näytössä rikkakaiun muodossa siitä tulee tärkeä indikaattori titaaniseostakeiden ultraäänitestauksen hyväksymiskriteereissä.

Ultraäänivaimennusominaisuudet Edellisessä osiossa kuvatun sirontavaimennuksen lisäksi toinen tärkeä energian vaimenemisen syy ultraääniaaltojen välittyessä materiaalin läpi on sisäisestä absorptiosta johtuva vaimennus, joka liittyy materiaalin viskositeettiin, lämmön johtumiseen, rajakitkaan, atomien migraatioon ja liukenemisen muodossa olevaan energiahäviöön. dislokaatioliike (kuten dislokaatiotiheys, pituuden muutos, reikien ja epäpuhtauksien esiintyminen) ja magneettialueen seinän liike, jäännösjännitys aiheuttaa äänikentän häiriöitä... jne. Ne voivat aiheuttaa ultraäänienergian vaimennuksen, joka vastaa sirontavaimennusta yläosassa. Näistä syistä johtuvaa ultraäänienergian vaimennusta kutsutaan absorptioabsorptioksi. Voidaan nähdä, että ultraääniaaltojen vaimennusmekanismi materiaalissa on hyvin monimutkainen. Harkitsemme kokonaisvaltaista vaimennusta. Oletetaan, että äänenpaineen amplitudi etäisyyslähteellä X=0 on P0 ja äänenpaineamplitudi etäisyyden X jälkeen on PX, niin: PX =P0·e-αx, missä α:a kutsutaan vaimennuskertoimeksi, joka voidaan jakaa kahteen osaan, nimittäin: α=αs+αa, missä αcattering on αcattering. absorption vaimennuskerroin. Siksi α:na ilmaistu vaimennuskerroin on materiaalin kattava parametri, joka yleensä kasvaa ultraäänitaajuuden kasvaessa. Ultraäänitestauksessa on mahdollista määrittää akustisen energian vähentymisaste sen jälkeen, kun ultraääniaalto kulkee materiaalin läpi (esimerkiksi työkappaleen pohjapinnan kaiun amplitudin pienenemisasteen arviointi ultraäänipulssiheijastusmenetelmässä) kutsutaan pohjaaaltohäviöarvioksi tai pohjaheijastushäviöksi eli ultraääniaalto. Penetraatiomenetelmällä voidaan arvioida materiaalin mikrorakenteen luonnetta, morfologiaa ja jakautumista, kuten metallimateriaalien karkeiden kiteiden, ylikuumenemisen ja ylipalamisen, (metallitakoiden ylikuumeneneen rakenteen), karbidien havaitseminen. Tasaisuus, pallografiittisen raudan karbidipallon muodostumisnopeus, hiiliteräksen huoneenlämpötilan vetolujuus, jännitysmittaus ja vastaavat. 

Käytettävissä olevat tiedot esittelevät sironnan aiheuttaman sotkun näytön käytön ja kaiun amplitudin vaimennusarvioinnin sementiittikerroksen etäisyyden arvioimiseksi veturin pyörän perliittirakenteessa (perliittiteräs, jonka hiilipitoisuus on 0,53-0,61 %). Määritä pyörän myötöraja ja kulutuskestävyys. Raportteja on myös ultraäänivaimennusominaisuuksien käytöstä materiaalien väsymystestauksessa (väsymistestissä näytteen sisäinen kitka ja hilan vääristymät voivat aiheuttaa ultraäänisirontaa ja murtuneen pinnan paikallinen plastinen muodonmuutos voi saada ultraäänienergian imeytymään). Käytetään teräksen murtolujuuden arvioimiseen. Ultraäänivaimennusominaisuuksien yhdistäminen äänen nopeusominaisuuksiin voidaan käyttää esimerkiksi titaaniseosten vetypitoisuuden määrittämiseen (vähentäen vedyn riskiä titaaniseoksissa) ja arvioimaan alumiiniseosten ikääntymisen laatua, Saman aaltotyypin ultraääniaaltojen nopeusominaisuuksilla, eri materiaaleilla eri aaltotyypeillä on myös eri etenemisnopeus ja nopeus samassa. etenemisnopeudet. Kun materiaalin koostumus, mikrorakenne, tiheys, inkluusiosuhde, pitoisuus, polymeerin konversionopeus, lujuus, lämpötila, kosteus, paine (rasitus), virtausnopeus vaihtelevat tai muuttuvat, myös äänen nopeus vaihtelee. Käytä erityistä äänennopeusmittaria tai tavanomaista ultraäänipulssiheijastustyyppistä virheilmaisinta tai paksuusmittaria niin, että tunnetun äänen nopeuden tai tunnetun äänen näytteen materiaalia verrataan tunnetun äänen nopeuden standardiin, näytteeseen. materiaalia voidaan mitata ja sitä voidaan soveltaa: (1) Materiaalien fysikaalisten vakioiden määrittäminen, kuten: fysiikan suhteen mukaan yleensä: äänen nopeus C = (E / ρ) 1/2, missä ρ on materiaalin tiheys, E on materiaalin kimmomoduuli . Koska äänen nopeuteen vaikuttavat materiaalin anisotropia, muoto ja rajapinta ja vastaavia kimmomoduuleja käytetään riippuen ultraääniaallon värähtelymuodosta, pitkittäisaallon nopeus kaasussa ja nesteessä (vain kaasussa ja nesteessä) Pitkittäisaallon nopeus on: CL = (K / ρ0) 1/2, jossa K on materiaalin kimmomoduuli ja kimmomoduuli (voluutio) ρ0 on väliaineen alkuperäinen staattinen tiheys akustisen aallon läsnä ollessa. Kiinteissä aineissa: ultraäänen pitkittäisaallon nopeus, joka etenee aksiaalisesti ohuessa sauvassa, jonka halkaisija on pienempi kuin ultraäänen aallonpituus, on: Cl = (E / ρ) 1/2, jossa E on materiaalin Youngin moduuli ja ρ on materiaalin tiheyden halkaisija. Ultraäänen pitkittäisaallon eteneminen aksiaalisuunnassa suurempi kuin ultraäänen aallonpituus aksiaalisuunnassa. CL={[K+(4/3)G]/ρ}1/2={[E(1-σ)]/ρ(1+σ) (1-2σ)} K 1/2-kaavassa on materiaalin kapasitiivinen kimmomoduuli (tilavuuskimmomoduuli), G on materiaalin leikkauskimmomoduuli, materiaalin suhde on materiaalin poisson (σ) voima,Kun suunnassa esiintyy pitkittäistä venymää, syntyy myös sivusuuntaista venymää pystysuunnassa, ja niiden välistä suhdetta kutsutaan Poissonin suhteeksi, joka on yksi materiaalin fysikaalisista ominaisuuksista). Leikkausaallon äänen nopeus on: Cs=(G/ρ)1/2={E/[ρ·2(1+σ)]}1/2 Rayleigh-aallon äänen nopeus on: CR=[(0.87+1.12σ)/(1 +σ)]·(G/ρ)1/2. kun äänen nopeus mitataan ja toinen parametri tiedetään, voidaan laskea muita parametreja.

(2) Mittauslämpötila: Äänen nopeus väliaineessa on suhteessa väliaineen lämpötilaan. Tätä ominaisuutta voidaan käyttää kosketuksettoman väliaineen lämpötilan mittaamiseen. Sitä voidaan lisäksi käyttää väliaineen sulamispisteen, kiehumispisteen ja faasimuutoksen osoittamiseen sekä väliaineen ominaislämmön mittaamiseen. Fuusiolämpö on reaktiolämpö ja palamislämpö mitataan sekä väliaineen puhtaus ja molekyylipaino mitataan.

(3) Virtausnopeuden mittaus: Kun ultraääniaallot etenevät virtaavassa väliaineessa (kuten kaasun, nesteen tai nesteen siirtoputket, jotka sisältävät tietyn osan kiinteitä hiukkasia, tai vesikanavat.), etenemisnopeus on erilainen kuin staattisissa olosuhteissa suhteessa kiinteään koordinaattijärjestelmään. Se liittyy väliaineen virtausnopeuteen, joten virtausnopeus voidaan määrittää äänen nopeuden muutoksen perusteella ja virtausnopeutta (nesteen poikkileikkausala x virtausnopeus) voidaan määrittää edelleen. (4) Nesteen viskositeetin η mittaus: Leikkausakustisen impedanssin Z ja (η·ρ) 1/2 (η on nesteen viskositeetti, ρ on nesteen tiheys) ja akustisen impedanssin Z=ρ·C, joten mittaamalla nesteen nopeus, äänen tiheys ja tiheys olla päättäväinen. (5) Jännitysmittaus: Ultraääniaaltojen etenemisnopeus materiaalissa muuttuu suunnilleen lineaarisesti käytetyn jännityksen kanssa (kutsutaan ultraäänijännitysvaikutukseksi), joten sillä voidaan mitata esijännitetyn betonin lujuutta, metallin lujuutta ja jäännösjännitystä sekä kiinnitystä. Kappaleen vetojännitys (kuten kiinnityspultti). (6) Kovuuden mittaus: Metallipintakarkaistun kerroksen kovuus voidaan määrittää käyttämällä metallipinnan kovettuneen kerroksen aallolle ominaista nopeuden muutosta.

(7) Metallin pinnan halkeaman syvyyden määrittäminen: ero ajankohdan välillä, jolloin aalto siirtyy suoraan metallipintaa pitkin, ja ajan välillä, jolloin pintahalkeama on olemassa ja halkeama ohittaa aallon. Rayleigh-aallon etenemisnopeuden mukaan se voidaan laskea halkeaman syvyyden perusteella. Tätä menetelmää kutsutaan aikaviivemenetelmäksi tai siirtoaikamenetelmäksi, Δt-menetelmäksi.

(8) Mittauspaksuus: Ultraäänen etenemisetäisyyden X ja äänen nopeuden C sekä lähetysajan t välisen suhteen mukaan: esim. X=C·t, kun mitataan paksuutta ultraäänipulssiheijastusmenetelmällä, työkappaleen paksuus d=C·t/2. Syy nimittäjän 2 käyttöön tässä on se, että ultraääni-anturi lähettää ultraäänipulssin työkappaleen pohjapinnalle ja heijastava paluusondi vastaanotetaan siten, että äänireittejä on kaksi kertaa työkappaleen paksuus.

Ultraääniaaltojen nopeusominaisuuksien avulla sitä voidaan soveltaa myös pallografiittivaluraudan lujuuden ja grafiitin pallomaisuusasteen mittaamiseen, keraamisen Adoben kosteuden määrittämiseen polttouunissa tapahtuvan polttoajan määrittämiseen sekä teollisuuden hapen ja puhtauden (esimerkiksi kaasumaisen väliaineen) ominaisuuksien analysointiin. eläimen hengityksen aineenvaihduntanopeudella on muutos kaasun komponentin pitoisuudessa jne. sekä maaöljyjakeen, neopreenilateksin, tiheys.

Ultraääniaikaviivemenetelmää käytetään pinnan halkeamissyvyyden nesteen ja vastaavien tiheyden määrittämiseen. Yhteenvetona voidaan todeta, että ultraääninopeusominaisuuksien soveltaminen, erityisesti teollisessa mittaustekniikassa, on lukuisia. Ultrasonicis on eräänlainen mekaaninen tärinäaalto. Ultraääniresonaattorilla voimme ruiskuttaa säädettävän taajuuden (pääasiassa pitkittäisaallon avulla) ultraääniaallon tarkastettavaan työkappaleeseen. Kun ultraääniaalto resonoi työkappaleen luonnollisen taajuuden kanssa, vastakkaisen suunnan tuleva aalto etenee. Heijastuneet aallot asettuvat päällekkäin ja muodostavat seisovan aallon, joka on kohtisuoraan tulevan pitkittäisaallon paksuusresonanssi. Tällä resonanssiominaisuudella sitä voidaan soveltaa seuraaviin näkökohtiin:

(1) Paksuuden mittaus:
Paksuus pietsokeraaminen kiekkomuunnin on d, ja siinä etenevän ultraääniaallon aallonpituus on λ, joka saadaan resonanssin esiintyessä: d=λ1/2=2λ2/2=3λ3/2=...=n·λn/2, missä n on Mikä tahansa positiivinen kokonaisluku, eli työkappaleen puolet tällä kertaa yhtä monta kertaa kuin työkappaleen paksuus. resonanssin ultraääniaallon aallonpituus. Kun tunnetaan koekappaleen materiaalin ultraääninopeus C, saadaan äänen nopeuden, aallonpituuden ja taajuuden välisen suhteen mukaan: C = λ · f, ultraäänitaajuus paksuusresonanssihetkellä: fn = C / λn = n · C / 2d Kun n = 1, f1 = C/2d, joka on paksuuden perustaajuus. Koska minkä tahansa kahden vierekkäisen harmonisen taajuuksien ero on yhtä suuri kuin perustaajuus, on olemassa: fn-fn-1=nf1-(N-1) f1=f1, joten kahden vierekkäisen harmonisen taajuus paksuusresonanssissa voidaan määrittää resonaattorilla ja työkappaleen paksuus on: d=C/[2(fn-fn-ja) harmonisten harmonisten taajuudet ovat fn-1. ja fn, vastaavasti, koska: fm-fn=(mn)f1.

(2) Vikojen havaitseminen:
Kun tarkastettavassa työkappaleessa on vika, kansallinen taajuus muuttuu verrattuna samaan virheettömään työkappaleeseen ja myös resonanssitila muuttuu (resonanssitaajuus muuttuu), jotta vian olemassaolo voidaan havaita vastaavasti. Sitä käytetään esimerkiksi metallien kovuuden mittaamiseen, levyn pistehitsauksen laadun tarkastamiseen, erityisesti komposiittimateriaalien ja sidosrakenteiden tarttumisvirheiden (kuten sitoutumaton, irronnut, huono geeli jne.) sekä sidoslujuuden havaitsemiseen. akustisen tärinän tunnistusmenetelmä on suunniteltu tarkistamaan liimasaumojen laatu.

Ultraääniresonanssiominaisuuksien tyypillinen sovellus on ultraäänikovuusmittari, joka mittaa kovuutta ultraäänianturitangon resonanssitaajuuden muutoksen avulla. Sitä käytetään pääasiassa metallin kovuuden määrittämiseen, ja sitä voidaan käyttää myös muihin mittauksiin vertailumenetelmällä. Ultraäänikovuuden mittauksen etuna on koekappaleen pinnan minimaaliset vauriot, nopea mittausnopeus ja yksinkertainen käyttömenettely. Se soveltuu erityisen hyvin valmiiden työkappaleiden 100-prosenttiseen tarkastukseen, ja se voi havaita työkappaleen suoraan pitämällä kiinni sondista, mikä sopii erityisen hyvin suurille, vaikeasti siirrettäville vaakoille. Työkappaleiden osia, joita ei ole helppo purkaa, jotka mitataan. Seuraavassa on esimerkki ultraäänikovuusmittarista, joka valmistettiin. Tasaisen kosketuspaineen alaisena anturin kärki on kosketuksessa testikappaleen pintaan ja anturin resonanssitaajuus seuraa testikappaletta. Koekappaleen kovuus määritetään mittaamalla anturin resonanssitaajuuden muutos.