Tehnologija ispitivanja bez razaranja i njezina primjena (4)

Karakteristike ultrazvučne difrakcije i raspršenja:

Kada se ultrazvučni val širi kroz medij, nailazi na heterogeno sučelje (kao što je defekt). Prema huygensovom principu, na rubu se javlja fenomen difrakcije i stvara se novopobuđeni difrakcijski val. s prividne točke gledišta, originalni ultrazvučni val može nastaviti napredovati oko defekta, ali se iza defekta formira akustična sjena (prostor bez ultrazvučnih valova). Novi difraktirani val može se koristiti za procjenu dubine površinske pukotine ili visine unutarnje pukotine. U Kini se ova metoda naziva metoda rubnog regenerativnog vala, au inozemstvu se zove metoda difrakcijskog vala vrha. Fenomen formiranja zvučne sjene koristi se za ultrazvučnu detekciju prodora, to jest kada ultrazvučni valovi naiđu na nedostatke na svojim zvučnim stazama, zbog refleksije, difrakcije, raspršenja itd., a zbog abnormalne mikrostrukture materijala obratka koji se pregledava, to će uzrokovati slabljenje energije širenja ultrazvuka, tako da akustična energija primljena na drugom kraju akustični put je niži od akustične energije primljene u normalnim uvjetima, a razlika se može odraziti korištenjem zaslona ultrazvučnog detektora nedostataka ili izravno korištenjem indikacije električnog brojila. Koristi se kao osnova za inspekciju i ocjenu, ultrazvučni mjerač debljine može se koristiti za otkrivanje nedostataka ploča, kompozitnih ili spojenih struktura, kao što je raslojavanje, odvajanje itd., a također se može koristiti za pucanje vrhova malih električnih prekidača. Ultrazvučna difrakcija (regenerativni val) određuje dubinu pukotine.

Posrebrena kontaktna kontrola kvalitete i više. Prednost je u tome što je lako implementirati automatsku detekciju, ali je nedostatak u tome što se veličina defekta i mjesto defekta ne mogu znati, a relativni položaji dviju sondi su strogo potrebni. Kada se ultrazvučni val širi u mediju, njegova vlastita difuzija valne fronte uzrokovat će smanjenje zvučne energije koja prolazi kroz jedinicu površine okomito na smjer zvučne zrake kako se povećava udaljenost širenja, što se naziva slabljenjem difuzije, a to je sam ultrazvuk. Karakteristika je povezana s kutom širenja zrake 2θ (θ je kut poludifuzije ultrazvučne zrake). Osim toga, ultrazvučni val je na granici zrna materijala, faznoj točki ili akustičkoj impedanciji suspendiranih čestica, nečistoća, mjehurića itd. u mediju (vrijednost je jednaka umnošku brzine zvuka i gustoće) (čak i ako je mala razlika). Stanje raspršenja povezano je s valnom duljinom ultrazvučnog vala i veličinom raspršene čestice (prosječni promjer kristalnog zrna). U metalnom materijalu, omjer valne duljine λ i prosječnog promjera kristalnih zrna može se podijeliti u tri stanja raspršenja: Rayleighovo raspršenje: 'kada je λ, stupanj raspršenja proporcionalan je četvrtoj potenciji frekvencije, što je većina metala. nasumično raspršenje: ≈λ, stupanj raspršenja proporcionalan je kvadratu frekvencije, kao što je obično slučaj u grubo zrnatim odljevcima; difuzno raspršenje: ≥ λ, stupanj raspršenja je obrnuto proporcionalan, što se često izražava u slučaju kada je površina detektirane površine obratka hrapava, dolazi do gubitka upadne akustične energije zbog difuznog raspršenja. Slična metafora za ovu situaciju može biti kao da su svjetla automobila raspršena po maglovitom vremenu i Zbog postojanja fenomena raspršenja, akustična energija kroz područje jedinice je okomita na putanju zvuka, to jest, dolazi do prigušenja raspršenja. Iako postojanje ovog fenomena raspršenja u metodi detekcije ultrazvučnog pulsa ne samo da smanjuje sposobnost prodiranja ultrazvučnog vala, već i ometa eho. diskriminacije, također se može vratiti na ultrazvučni val pomoću reverberacije raspršenog ultrazvučnog vala u metalnom materijalu. Nakon što se sonda primi, prikazuje se na zaslonu ultrazvučnog detektora grešaka. Procjenom razine smetnji može se procijeniti mikrostruktura metalnog materijala razina nereda postala je važan pokazatelj u kriterijima prihvatljivosti za ultrazvučno ispitivanje otkivaka od legure titana.

Karakteristike prigušenja ultrazvuka Uz prigušenje raspršenjem opisano u prethodnom odjeljku, drugi važan uzrok prigušenja energije kada se ultrazvučni valovi prenose kroz materijal je prigušenje zbog unutarnje apsorpcije, što je povezano s viskoznošću materijala, provođenjem topline, graničnim trenjem, Fenomen relaksacije povezan je s gubitkom ultrazvučne energije u obliku topline i atoma otopljene tvari. migracija, uz kretanje dislokacija (kao što je gustoća dislokacija, promjena duljine, prisutnost rupa i nečistoća) i gibanje stijenke magnetske domene, zaostalo naprezanje uzrokuje poremećaje zvučnog polja...itd. Oni mogu uzrokovati slabljenje ultrazvučne energije, što odgovara slabljenju raspršenja u gornjem dijelu. Slabljenje ultrazvučne energije uzrokovano ovim razlozima nazivamo apsorpcijskom apsorpcijom. Može se vidjeti da je mehanizam slabljenja ultrazvučnih valova u materijalu vrlo kompliciran. Razmatramo sveobuhvatno prigušenje. Pretpostavimo da je amplituda zvučnog tlaka na udaljenosti izvora X=0 P0, a amplituda zvučnog tlaka nakon udaljenosti X je PX, tada je: PX =P0·e-αx, gdje se α naziva koeficijent prigušenja, koji se može podijeliti na dva dijela, naime: α=αs+αa, gdje je αs koeficijent prigušenja raspršenja, a αa apsorpcija koeficijent slabljenja. Stoga je koeficijent prigušenja izražen u α sveobuhvatan parametar materijala, koji općenito raste s povećanjem ultrazvučne frekvencije. U ultrazvučnom ispitivanju moguće je odrediti stupanj smanjenja akustične energije nakon što ultrazvučni val prođe kroz materijal (na primjer, procjena stupnja smanjenja amplitude odjeka donje površine obratka u metodi refleksije ultrazvučnog pulsa) naziva se procjena gubitka donjeg vala ili gubitak refleksije donjeg vala, ili ultrazvučni val. Metoda penetracije može se koristiti za procjenu prirode, morfologije i distribucije mikrostrukture materijala, kao što je detekcija grubih kristala metalnih materijala, pregrijavanja i pregorevanja (pregrijana struktura u metalnim otkovcima), karbida. Uniformnost, brzina sferoidizacije karbida nodularnog lijeva, vlačna čvrstoća ugljičnog čelika na sobnoj temperaturi, mjerenje naprezanja i slično. 

Dostupni podaci uvode korištenje prikaza smetnji uzrokovanih raspršenjem i procjenu slabljenja amplitude odjeka za procjenu razmaka sloja cementita u perlitnoj strukturi kotača lokomotive (perlitni čelik s udjelom ugljika od 0,53~0,61%). Odredite granicu istezanja i otpornost na trošenje kotača. Također postoje izvještaji o korištenju karakteristika prigušenja ultrazvuka u ispitivanju zamora materijala (u ispitivanju zamora, unutarnje trenje i izobličenje rešetke unutar uzorka mogu uzrokovati ultrazvučno raspršenje, a lokalna plastična deformacija slomljene površine može uzrokovati apsorpciju ultrazvučne energije). Koristi se za ocjenu lomne žilavosti čelika. Kombinacija karakteristika prigušenja ultrazvuka s karakteristikama brzine zvuka može se koristiti za određivanje, na primjer, sadržaja vodika u legurama titana (smanjenje rizika od vodika u legurama titana) i za procjenu kvalitete starenja aluminijskih legura. Karakteristike brzine ultrazvučnih valova iste vrste imaju različite brzine širenja u različitim materijalima, a u istom materijalu, ultrazvučni valovi različitih vrsta valova također imaju različite brzine širenja. Kada sastav, mikrostruktura, gustoća, omjer uključivanja, koncentracija, stopa pretvorbe polimera, čvrstoća, temperatura, vlažnost, tlak (naprezanje), brzina protoka materijala variraju ili se mijenjaju, brzina zvuka će također varirati. Upotrebom posebnog uređaja za ispitivanje brzine zvuka ili konvencionalnog ultrazvučnog detektora nedostataka ili mjerača debljine za usporedbu materijala nepoznate brzine zvuka sa standardnim uzorkom poznate brzine zvuka, tako da zvuk brzina ili brzina zvuka materijala može se mjeriti i može se primijeniti: (1) Određivanje fizikalnih konstanti materijala, kao što su: prema odnosu u fizici, općenito: brzina zvuka C = (E / ρ) 1/2, gdje je ρ gustoća materijala, E je modul elastičnosti materijala. Budući da na brzinu zvuka utječu anizotropija, oblik i sučelje materijala, a odgovarajući moduli elastičnosti koriste se ovisno o obliku vibracije ultrazvučnog vala, brzina uzdužnog vala u plinu i tekućini (samo u plinu i tekućini) Longitudinalni val ima: CL = (K / ρ0) 1/2, gdje je K kapacitivni modul elastičnosti (volumetrijski modul elastičnosti) materijala, a ρ0 je izvorna statička gustoća medija u prisutnosti akustičnog vala. U čvrstim tijelima: brzina ultrazvučnog longitudinalnog vala koji se širi aksijalno u tankoj šipci promjera manjeg od ultrazvučne valne duljine je: Cl = (E / ρ) 1/2, gdje je E Youngov modul materijala, a ρ je promjer gustoće materijala. Ultrazvučno širenje uzdužnog vala u aksijalnom smjeru debele šipke veće od ultrazvučne valna duljina. CL={[K+(4/3)G]/ρ}1/2={[E(1-σ)]/ρ(1+σ) (1-2σ)} K u formuli 1/2 je kapacitivni modul elastičnosti (volumetrijski modul elastičnosti) materijala, G je modul elastičnosti materijala na smicanje, a σ je Poissonov omjer materijala (materijal je u sili, kada je uzdužna deformacija se javlja u smjeru, bočna deformacija također se stvara u okomitom smjeru, a omjer između njih naziva se poissonov omjer, što je jedno od fizikalnih svojstava materijala). Brzina zvuka posmičnog vala je: Cs=(G/ρ)1/2={E/[ρ·2(1+σ)]}1/2 Brzina zvuka Rayleighovog vala je: CR=[(0,87+1,12σ)/(1 +σ)]·(G/ρ)1/2. kada se mjeri brzina zvuka i poznat je drugi parametar, mogu se izračunati drugi parametri.

(2) Mjerenje temperature: Brzina zvuka u mediju povezana je s temperaturom medija. Ova se karakteristika može koristiti za mjerenje temperature beskontaktnog medija. Nadalje se može koristiti za označavanje tališta, vrelišta i promjene faze medija, te za mjerenje specifične topline medija. Mjeri se toplina taljenja, toplina reakcije i toplina izgaranja, te se mjeri čistoća i molekularna težina medija.

(3) Mjerenje brzine protoka: Kada se ultrazvučni valovi šire u tekućem mediju (kao što su cijevi za prijenos plina, tekućine ili tekućine koje sadrže određeni udio čvrstih čestica ili vodeni kanali.), brzina širenja se razlikuje od one u statičkim uvjetima s obzirom na fiksni koordinatni sustav. Povezan je s brzinom protoka medija, tako da se brzina protoka može odrediti na temelju promjene brzine zvuka i brzina protoka (površina presjeka fluida x brzina protoka) može se dalje odrediti. (4) Mjerenje viskoznosti tekućine η: Prema smičnoj akustičkoj impedanciji Z i (η·ρ) 1/2 (η je viskoznost tekućine, ρ je gustoća tekućine), a akustična impedancija Z=ρ·C, stoga se mjerenjem brzine zvuka i određivanjem gustoće tekućine može izračunati gustoća tekućine. odlučan. (5) Mjerenje naprezanja: Brzina širenja ultrazvučnih valova u materijalu ima približno linearnu promjenu s primijenjenim naprezanjem (naziva se učinak ultrazvučnog naprezanja), tako da se može koristiti za mjerenje čvrstoće prednapetog betona, čvrstoće i zaostalog naprezanja metala i pričvršćivanja. Vlačno naprezanje na komadu (kao što je pričvrsni vijak). (6) Mjerenje tvrdoće: Tvrdoća očvrsnutog sloja metalne površine može se odrediti korištenjem karakteristike promjene brzine vala u očvrsnutom sloju metalne površine.

(7) Određivanje dubine pukotine na površini metala: razlika između vremena kada se val prenosi izravno duž metalne površine i vremena kada je površinska pukotina prisutna i val je zaobišao pukotina. Prema brzini širenja Rayleighovog vala, može se izračunati dubina pukotine. Ova metoda se naziva metoda vremenskog kašnjenja ili metoda tranzitnog vremena, Δt metoda.

(8) Debljina mjerenja: Prema odnosu između udaljenosti širenja ultrazvučnog zvuka X i brzine zvuka C i vremena prijenosa t: X=C·t, na primjer, kada se debljina mjeri metodom refleksije ultrazvučnog pulsa, debljina obratka d=C·t/2. Razlog za korištenje nazivnika 2 ovdje je taj što ultrazvučna sonda emitira ultrazvučni impuls na donju površinu obratka i prima reflektirajuću povratnu sondu, tako da je put zvuka koji prolazi dvostruko veći od debljine obratka.

Koristeći značajke brzine ultrazvučnih valova, također se može primijeniti na mjerenje čvrstoće sferoidnog grafitnog lijevanog željeza i stupnja sferoidizacije grafita, određivanje vlažnosti keramičkog čerpića za određivanje vremena pečenja u peći i analizu karakteristika plinovitog medija (na primjer, čistoća industrijskog kisika i dušika). metabolička stopa disanja životinja ima promjenu u sadržaju komponente u plinu itd. kao i gustoću frakcije nafte, neopren lateksa.

Ultrazvučna metoda vremenskog kašnjenja koristi se za određivanje gustoće tekućine dubine površinske pukotine i slično. Ukratko, primjena ultrazvučnih karakteristika brzine, posebno u industrijskoj mjernoj tehnologiji, je brojna. Ultrazvuk je vrsta mehaničkog vibracijskog vala. Možemo koristiti ultrazvučni rezonator za ubrizgavanje ultrazvučnog vala s podesivom frekvencijom (uglavnom pomoću uzdužnog vala) u izradak koji se pregledava. Kada ultrazvučni val rezonira s prirodnom frekvencijom obratka, širi se upadni val suprotnog smjera. Reflektirani valovi se superponiraju jedni na druge kako bi formirali stojni val, što je rezonanca debljine uzdužnog vala koji upada okomito. S ovom karakteristikom rezonancije, može se primijeniti na sljedeće aspekte:

(1) Mjerenje debljine:
Debljina piezo keramički disk pretvornik je d, a valna duljina ultrazvučnog vala koji se u njemu širi je λ, što se dobiva kada se pojavi rezonancija: d=λ1/2=2λ2/2=3λ3/2=...=n·λn/2, gdje je n bilo koji pozitivni cijeli broj, odnosno debljina izratka koji treba pregledati u ovom trenutku jednaka je integralnom višekratniku polovine valne duljine rezonantni ultrazvučni val. Kada je poznata brzina ultrazvuka C materijala ispitnog komada, prema odnosu između brzine zvuka, valne duljine i frekvencije: C = λ · f, može se dobiti ultrazvučna frekvencija u trenutku rezonancije debljine: fn = C / λn = n · C / 2d Kada je n=1, f1=C/2d, što je osnovna frekvencija rezonancije debljine. Budući da je razlika između frekvencija bilo koja dva susjedna harmonika jednaka osnovnoj frekvenciji, postoji: fn-fn-1=nf1-( N-1) f1=f1, tako da se frekvencija dvaju susjednih harmonika u rezonanciji debljine može odrediti rezonatorom, a debljina izratka je: d=C/[2(fn-fn-1)], kada su frekvencije nesusjednih harmonika harmonici su fm odnosno fn, budući da je: fm-fn=(mn)f1.

(2) Otkrivanje nedostataka:
Kada postoji nedostatak u radnom komadu koji treba pregledati, nacionalna frekvencija će se promijeniti u usporedbi s istim radnim predmetom bez nedostataka, a stanje rezonancije također će se promijeniti (promjene frekvencije rezonancije), tako da se postojanje kvara može otkriti u skladu s tim. Na primjer, koristi se za mjerenje tvrdoće metala, za provjeru kvalitete točkastog zavarivanja limova, posebno za nedostatke spoja kompozitnih materijala i spojenih struktura (kao što su nepovezani, odvojeni, loš gel, itd.) i otkrivanje čvrstoće spoja. Metoda detekcije akustične vibracije dizajnirana je za provjeru kvalitete ljepljenih spojeva.

Tipična primjena karakteristika ultrazvučne rezonancije je ultrazvučni mjerač tvrdoće, koji mjeri tvrdoću pomoću promjene rezonantne frekvencije ultrazvučne senzorske trake. Uglavnom se koristi za određivanje tvrdoće metala, a može se koristiti i za druga mjerenja metodom usporedbe. Ultrazvučno mjerenje tvrdoće ima prednosti minimalnog oštećenja površine ispitnog komada, velike brzine mjerenja i jednostavnog postupka rada. Posebno je prikladan za 100% pregled gotovih izradaka i može izravno otkriti izradak držeći sondu, posebno prikladan za velike vage koje je teško pomicati. Radni dijelovi koji se ne mogu lako rastaviti, koji se mjere. Slijedi primjer proizvedenog ultrazvučnog ispitivača tvrdoće. Pod ravnomjernim kontaktnim pritiskom, vrh senzora je u kontaktu s površinom ispitnog komada, a rezonantna frekvencija senzora pratit će ispitni komad. Tvrdoća ispitnog komada određuje se mjerenjem promjene rezonantne frekvencije senzora.