Penerapan Keramik Piezo Digunakan untuk pengujian non-destruktif ultrasonik

Sejarah perkembangan dan karakteristik USG

Akustik, sebagai salah satu cabang ilmu fisika, merupakan ilmu yang mempelajari terjadinya, perambatan, penerimaan, dan pengaruh gelombang bunyi. Sebelum tahun 1940, hanya terdapat bahan piezoelektrik kristal tunggal, sehingga gelombang ultrasonik tidak banyak digunakan. Pada tahun 1970-an, keramik piezoelektrik transparan PLZT dikembangkan. Perkembangan bahan piezoelektrik telah sangat mendorong perkembangan bidang ultrasonik.

Frekuensi total gelombang bunyi adalah 10-4 Hz sampai 1014 Hz. Umumnya gelombang bunyi dengan frekuensi 2×104 Hz sampai 2×109 Hz disebut gelombang ultrasonik. USG, sebagai bagian dari gelombang suara, yang mengikuti hukum dasar perambatan gelombang suara, tapi Kristal cakram keramik piezo juga memiliki beberapa fitur luar biasa: ① Arah gelombang ultrasonik baik: Gelombang ultrasonik memiliki pengarahan yang sama dengan gelombang cahaya, dan dapat ditransmisikan secara terarah melalui desain khusus. Deteksi efektif pada objek deteksi, semakin tinggi frekuensi ultrasonik, semakin baik directivity; ② Ini adalah kemampuan penetrasi ultrasonik yang kuat untuk sebagian besar media, ia memiliki kemampuan penetrasi yang kuat; ③ energi ultrasonik tinggi: Frekuensi kerja deteksi ultrasonik jauh lebih tinggi daripada frekuensi gelombang suara dan memiliki energi tinggi; ④ Gelombang ultrasonik memiliki panjang gelombang yang pendek dan fenomena difraksi yang kecil: karena frekuensinya yang tinggi dan panjang gelombang yang pendek, pantulan yang disebabkan oleh cacat suatu benda mudah ditemukan, sehingga sering digunakan untuk pendeteksian cacat. Karakteristik inilah yang membuat USG banyak digunakan dalam pengujian non-destruktif.

Prinsip dasar pengujian ultrasonik

Gelombang ultrasonik merambat di berbagai media. Ketika bertemu dengan antarmuka, gelombang ultrasonik akan mengalami refleksi, refraksi dan konversi mode gelombang. Refleksi terjadi pada antarmuka heterogen dengan impedansi akustik berbeda. Ketika gelombang ultrasonik datang tegak lurus dari medium 1 ke medium 2, reflektifitas pada antarmuka R. Semakin besar perbedaan impedansi akustik antara kedua media, semakin kuat pantulan gelombang ultrasonik pada antarmuka. Semakin besar perbedaan impedansi akustik antara inklusi dalam Bahan piezoelektrik keramik Pzt dan substratnya, semakin besar kemungkinan deteksinya.

Konten deteksi

Keramik piezo yang dideteksi dengan metode ultrasonik dapat dibagi menjadi deteksi porositas dan deteksi cacat permukaan. Deteksi porositas keramik piezo Kekuatan, modulus elastisitas, dan kepadatan keramik piezo berhubungan langsung dengan porositas. Porositas beberapa komponen piezo menentukan apakah dapat digunakan. Ada juga hubungan tertentu antara kecepatan transmisi gelombang ultrasonik dan porositas (atau kepadatan) pada keramik piezo, yang dapat diperoleh melalui pengukuran sebenarnya, kemudian porositas keramik piezo dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan.

Stomata direduksi menjadi ellipsoid yang berorientasi acak, yang terdistribusi secara merata dalam matriks isotropik. Model mikromekanis komposit digunakan untuk menghitung kecepatan suara dan membandingkannya dengan nilai pengukuran. Porositas dihitung. Ketika densitas teoritis bahan keramik piezo diketahui, porositas dapat dihitung dari densitas curah. Ada banyak metode untuk mengukur kepadatan tubuh. Metode Archimedes umum digunakan. Cacat internal keramik piezo juga dapat dideteksi dengan metode deteksi cacat perendaman air. Ketika cacat dideteksi dengan metode deteksi cacat vertikal gelombang longitudinal perendaman air, jalur sinar dapat dibaca secara langsung. Untuk mendeteksi cacat kecil, probe frekuensi rendah dapat digunakan.

 Deteksi cacat permukaan

Untuk keramik piezo, cacat permukaan dengan bentuk dan ukuran yang sama lebih mungkin menyebabkan kerusakan dibandingkan cacat internal, sehingga deteksi cacat permukaan sangatlah penting. Cacat permukaan keramik piezo biasanya dideteksi dengan metode gelombang permukaan perendaman air. Gelombang ultrasonik (gelombang memanjang) menimpa secara miring pada permukaan benda yang akan dicelupkan ke dalam air. Ketika sudut datang θc lebih besar dari sudut kritis kedua θC, semua gelombang suara yang dibiaskan merambat sepanjang permukaan benda kerja, membentuk persamaan gelombang permukaan: Cl 1-longitudinal dalam air Kecepatan suara; Cr2 —— Kecepatan permukaan sonik perendaman air pada benda kerja.

Panjang gelombang gelombang permukaan lebih pendek dari panjang gelombang gelombang geser, dan redamannya juga lebih besar dari gelombang geser. Pada saat yang sama, ia hanya menyebar di permukaan. Jika menemui sudut atau tepi tajam, akan timbul gema pantulan yang kuat. Semakin besar kelengkungannya, semakin kuat pantulannya. Ketika gelombang permukaan yang tergenang merambat di permukaan blok uji, energi dapat bocor ke dalam air, sehingga hanya dalam beberapa milimeter, ketinggian gelombang yang dipantulkan dari gelombang permukaan yang tergenang berkurang secara signifikan. Mengingat karakteristik amplitudo yang kecil dari jarak transmisi gelombang yang dipantulkan, maka transduser cincin keramik piezo harus sedekat mungkin dengan cacat. Selain metode di atas, metode transduser elektroda sisir, metode mikroskop ultrasonik, dan metode mikroskop ultrasonik pemindaian laser dapat digunakan untuk mendeteksi cacat permukaan keramik piezo modern. Sejauh ini, belum banyak penelitian tentang deteksi cacat keramik ultrasonik di Tiongkok modern, akumulasi datanya kecil, dan tidak ada blok uji standar dengan objektivitas yang kuat. Arah penelitian yang perlu diperkuat di masa depan adalah pengembangan dan penerapan metode deteksi cacat baru dan pengembangan probe berkinerja tinggi. Tentu saja, dengan pesatnya perkembangan teknologi informasi yang diwujudkan dalam teknologi komputer, teknologi pengujian non-destruktif ultrasonik modern juga berkembang menuju pemrosesan sinyal digital dan pencitraan inspeksi.