Applicazione della ceramica piezoelettrica Utilizzata per controlli non distruttivi a ultrasuoni

La storia dello sviluppo e le caratteristiche degli ultrasuoni

L'acustica, come branca della fisica, è una scienza che studia la formazione, la propagazione, la ricezione e gli effetti delle onde sonore. Prima del 1940, esistevano solo materiali piezoelettrici monocristallini, per cui le onde ultrasoniche non erano ampiamente utilizzate. Negli anni '70 furono sviluppate le ceramiche piezoelettriche trasparenti PLZT. Lo sviluppo dei materiali piezoelettrici ha notevolmente promosso lo sviluppo del campo ultrasonico.

La frequenza totale delle onde sonore è compresa tra 10-4 Hz e 1014 Hz. Generalmente, le onde sonore con una frequenza compresa tra 2 × 104 Hz e 2 × 109 Hz sono chiamate onde ultrasoniche. Ultrasuoni, come parte delle onde sonore,che segue la legge fondamentale della propagazione delle onde sonore, ma Il cristallo piezoelettrico del disco ceramico presenta anche alcune caratteristiche eccezionali: ① La direzionalità delle onde ultrasoniche è buona: le onde ultrasoniche hanno la stessa direttività delle onde luminose e possono essere trasmesse direzionalmente attraverso un design speciale. Rilevamento efficace nell'oggetto rilevato, maggiore è la frequenza ultrasonica, migliore è la direttività; ② ha una forte capacità di penetrazione degli ultrasuoni per la maggior parte dei media, ha una forte capacità di penetrazione; ③ elevata energia ultrasonica: la frequenza di lavoro del rilevamento ultrasonico è molto più elevata della frequenza delle onde sonore e ha un'elevata energia; ④ Le onde ultrasoniche hanno lunghezze d'onda corte e piccoli fenomeni di diffrazione: a causa della loro alta frequenza e lunghezza d'onda corta, le sue riflessioni causate da difetti dell'oggetto sono facili da trovare, quindi vengono spesso utilizzate per il rilevamento dei difetti. Sono queste caratteristiche che rendono gli ultrasuoni ampiamente utilizzati nei controlli non distruttivi.

Principi di base dei test ad ultrasuoni

Le onde ultrasoniche si propagano in diversi mezzi. Quando incontra l'interfaccia, le onde ultrasoniche subiranno la riflessione, la rifrazione e la conversione della modalità d'onda. Le riflessioni si verificano su interfacce eterogenee con diverse impedenze acustiche. Quando le onde ultrasoniche incidono perpendicolarmente dal mezzo 1 al mezzo 2, la riflettività sull'interfaccia R. Maggiore è la differenza di impedenza acustica tra i due mezzi, maggiore è la riflessione delle onde ultrasoniche sull'interfaccia. Maggiore è la differenza di impedenza acustica tra le inclusioni nel Pzt materiale ceramico piezoelettrico e substrato, maggiore è la possibilità di rilevamento.

Contenuto del rilevamento

Le ceramiche piezoelettriche rilevate con il metodo ad ultrasuoni possono essere suddivise in rilevamento della porosità e rilevamento dei difetti superficiali. Rilevamento della porosità della ceramica piezoelettrica La resistenza, il modulo elastico e la densità della ceramica piezoelettrica sono direttamente correlati alla porosità. La porosità di alcuni componenti piezoelettrici determina se possono essere utilizzati. Esiste anche una certa relazione tra la velocità di trasmissione delle onde ultrasoniche e la porosità (o densità) nella piezoceramica, che può essere ottenuta attraverso misurazioni effettive, e quindi la porosità della piezoceramica può essere ottenuta utilizzando equazioni.

Gli stomi sono ridotti a ellissoidi orientati in modo casuale, distribuiti uniformemente in una matrice isotropa. Il modello micromeccanico composito viene utilizzato per calcolare la velocità del suono e confrontarla con i valori di misurazione. Si calcola la porosità. Quando è nota la densità teorica dei materiali piezoceramici, la porosità può essere calcolata dalla densità apparente. Esistono molti metodi per misurare la densità corporea. Il metodo di Archimede è comunemente usato. I difetti interni delle ceramiche piezoelettriche possono essere rilevati anche mediante il metodo di rilevamento dei difetti per immersione in acqua. Quando i difetti vengono rilevati mediante il metodo di rilevamento dei difetti verticali ad onda longitudinale in immersione in acqua, il percorso del raggio può essere letto direttamente. Per rilevare piccoli difetti è invece possibile utilizzare una sonda a frequenza più bassa.

 Rilevamento dei difetti superficiali

Per la ceramica piezoelettrica, i difetti superficiali della stessa forma e dimensione hanno maggiori probabilità di causare danni rispetto ai difetti interni, quindi il rilevamento dei difetti superficiali è particolarmente importante. I difetti superficiali delle ceramiche piezoelettriche vengono solitamente rilevati mediante il metodo delle onde superficiali ad immersione in acqua. L'onda ultrasonica (onda longitudinale) incide obliquamente sulla superficie dell'oggetto da immergere nell'acqua. Quando l'angolo incidente θc è maggiore del secondo angolo critico θC, le onde sonore rifratte si propagano tutte lungo la superficie del pezzo, formando un'equazione delle onde superficiali: Cl 1-longitudinale nell'acqua Velocità del suono; Cr2——Velocità superficiale sonica dell'immersione in acqua nel pezzo.

La lunghezza d'onda dell'onda superficiale è inferiore alla lunghezza d'onda dell'onda trasversale e anche l'attenuazione è maggiore dell'onda trasversale. Allo stesso tempo, si propaga solo lungo la superficie. Quando incontra angoli o spigoli vivi, si verificheranno forti echi di riflessione. Maggiore è la curvatura, più forte è la riflessione. Quando l'onda superficiale allagata si propaga sulla superficie del blocco di prova, l'energia può disperdersi nell'acqua, quindi dopo solo pochi millimetri l'altezza dell'onda riflessa dell'onda superficiale allagata viene notevolmente ridotta. In considerazione della piccola ampiezza caratteristica della distanza di trasmissione dell'onda riflessa, il il trasduttore ad anello piezoceramico dovrebbe essere il più vicino possibile al difetto. Oltre ai metodi di cui sopra, è possibile utilizzare il metodo del trasduttore con elettrodo a pettine, il metodo del microscopio a ultrasuoni e il metodo del microscopio a ultrasuoni a scansione laser per il rilevamento dei moderni difetti superficiali della ceramica piezoelettrica. Finora, non ci sono molte ricerche sul rilevamento dei difetti ceramici a ultrasuoni nella Cina moderna, i dati accumulati sono piccoli e non esistono blocchi di test standard con forte obiettività. Le direzioni di ricerca che dovranno essere rafforzate in futuro sono lo sviluppo e l'applicazione di nuovi metodi di rilevamento dei difetti e lo sviluppo di sonde ad alte prestazioni. Naturalmente, con il rapido sviluppo della tecnologia dell'informazione, che è incarnata dalla tecnologia informatica, anche la moderna tecnologia dei controlli non distruttivi a ultrasuoni si sta sviluppando verso l'elaborazione del segnale digitale e l'imaging di ispezione.