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Tecnologia dei controlli non distruttivi e sua applicazione (1)

Visualizzazioni: 0 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 20/09/2019 Origine: Sito

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L'onda sonora è un tipo di onda longitudinale che può essere percepita dall'orecchio umano. La sua gamma di frequenza è 16Hz~2KHz. Quando la frequenza delle onde sonore è inferiore a 16 Hz si parla di onda infrasonica, mentre quando è superiore a 2 kHz si parla di onda ultrasonica. Generalmente, le onde sonore hanno una frequenza compresa tra 2 kHz e 25 MHz chiamate onde ultrasoniche. È un'onda di vibrazione meccanica eccitata da una sorgente di vibrazione meccanica in un mezzo elastico. La sua essenza è trasmettere energia vibrazionale sotto forma di onde di stress. La condizione necessaria è che una sorgente di vibrazione e un mezzo elastico in grado di trasmettere le vibrazioni meccaniche (compresi in realtà quasi tutti i gas, liquidi e solidi) penetrino all'interno dell'oggetto e possano viaggiare attraverso l'oggetto. Utilizzando varie caratteristiche di propagazione di trasduttori ceramici piezoelettrici in un oggetto, come riflessione e rifrazione, diffrazione e diffusione, attenuazione, risonanza e velocità del suono, è possibile rilevare le dimensioni, i difetti superficiali e interni, i cambiamenti dei tessuti, ecc. molti oggetti, e quindi è un'applicazione. La tecnologia di test non distruttivi più estesa e importante è la tecnologia di test a ultrasuoni. Ad esempio, per la diagnosi ecografica medica (come gli ultrasuoni B), sonar in oceanografia, rilevamento di pesci, topografia del fondale marino, sondaggio oceanico, rilevamento di strutture geologiche, rilevamento di difetti su materiali e prodotti industriali, misurazione della durezza, misurazione dello spessore, valutazione della microstruttura, ispezione dei componenti in calcestruzzo, misurazione dell'umidità della piezceramica, analisi delle proprietà del mezzo gassoso, misurazione della densità, ecc.

Gli ultrasuoni hanno le seguenti caratteristiche:
1) Le onde ultrasoniche possono essere propagate efficacemente in mezzi come gas, liquidi, solidi e soluzioni solide.
2) Le onde ultrasoniche possono trasmettere energia molto forte.
3) Gli ultrasuoni producono riflessione, interferenza, sovrapposizione e risonanza. 4) Quando l'onda ultrasonica si propaga nel mezzo liquido, raggiungendo un certo livello di potenza sonora può produrre un forte impatto sull'interfaccia dell'oggetto nel liquido (basato sul 'fenomeno di cavitazione') - portando così alla tecnologia di 'applicazione di potenza ultrasonica' - Ad esempio, 'pulizia ad ultrasuoni', 'perforazione ad ultrasuoni', 'sbavatura ad ultrasuoni' (collettivamente denominata 'elaborazione ad ultrasuoni') e simili. Può anche essere utilizzato per la 'saldatura a ultrasuoni' di materiali come la plastica mediante la vibrazione di onde ultrasoniche ad alta potenza.
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I test a ultrasuoni (UT), applicati nella tecnologia dei test non distruttivi industriali, sono la tecnologia dei test non distruttivi in più rapida crescita e più ampiamente utilizzata nella tecnologia NDT e svolgono un ruolo molto importante. Il metodo utilizzato per generare e ricevere onde ultrasoniche nella tecnologia di test a ultrasuoni che utilizza principalmente l'effetto piezoelettrico dei cristalli, ovvero cristalli di dischi ceramici pizoelettrici (come cristallo di quarzo, titanato di bario e ceramiche piezoelettriche come titanato di zirconato di piombo). Quando si verifica una deformazione sotto l'azione, si verificherà un fenomeno elettrico, cioè la distribuzione della sua carica cambierà (effetto piezoelettrico positivo). Al contrario, quando viene applicata una carica al cristallo piezoelettrico, il cristallo ceramico piezoelettrico verrà deformato, cioè deformato elasticamente. (effetto piezoelettrico inverso). Pertanto, un trasduttore ultrasonico (sonda) viene fabbricato utilizzando un cristallo piezoelettrico e vi viene immesso un impulso elettrico ad alta frequenza e la sonda genera onde ultrasoniche alla stessa frequenza da emettere nell'oggetto da ispezionare e quando riceve l'onda ultrasonica, la sonda genera la stessa frequenza. Il segnale elettrico ad alta frequenza viene utilizzato per rilevare il display. Oltre all'uso dell'effetto piezoelettrico, in alcuni casi, l'effetto magnetostrittivo (il fenomeno per cui il materiale magnetico forte viene deformato durante la magnetizzazione, che può essere utilizzato come fonte di vibrazione o per la misurazione della deformazione) e l'uso di metodi elettrodinamici (ad esempio, metodi elettromagnetici-acustici o del suono vorticoso descritti più avanti in questo capitolo.

Quando l'onda ultrasonica si propaga nel mezzo elastico, a seconda del rapporto tra l'andamento della vibrazione del fulcro del mezzo e la direzione di propagazione dell'onda ultrasonica, l'onda ultrasonica può essere suddivisa nelle seguenti tipologie

(1) Onda longitudinale (onda L, detta anche onda di compressione, onda sparsa) - La caratteristica dell'onda longitudinale è che la direzione di vibrazione della particella del mezzo sonoro è la stessa della direzione di propagazione dell'onda ultrasonica (vedi figura a destra)

(2) Onda di taglio (denominata onda S, detta anche onda trasversale, detta anche onda T, detta anche onda di taglio o onda di taglio) - La caratteristica dell'onda trasversale è la direzione di vibrazione della particella del mezzo sonoro e la direzione di propagazione dell'onda ultrasonica. e la relazione tra il piano di vibrazione del punto dell'immagine e la direzione di propagazione dell'onda ultrasonica è ulteriormente suddivisa in un'onda trasversale polarizzata verticalmente (onda SV, che è l'onda trasversale più comunemente utilizzata nei test ultrasonici industriali) e un'onda trasversale polarizzata orizzontalmente (onda SH, nota anche come Love Wave-le Libo è in realtà la modalità di vibrazione delle onde sismiche).

Un'estremità dell'asta del sensore nella sonda delle onde longitudinali è fissata con un corpo rigido di grande massa e l'altra estremità è intarsiata con un diamante. Quando il penetratore non è in contatto con il provino (a sinistra), il penetratore è in uno stato libero. Dopo che si è formata la vibrazione longitudinale, l'estremità fissa dell'asta del sensore è il nodo dell'onda della vibrazione e l'estremità della testa diventa l'antinodo della vibrazione a causa della massima ampiezza, quindi la lunghezza dell'asta è pari a 1/4 della lunghezza d'onda della vibrazione e la frequenza è che il sensore si trova alla frequenza di risonanza nello stato libero. Quando l'estremità del sensore è completamente bloccata dal pezzo di prova e dal corpo rigido di grande massa, è ideale che entrambe le estremità dell'asta del sensore diventino nodi di onde di vibrazione e la lunghezza dell'asta sia uguale alla lunghezza d'onda di vibrazione è 1/2 e la frequenza di risonanza in questo momento è uguale al doppio della frequenza iniziale quando l'estremità del penetratore è nello stato libero.

Quando il La ceramica piezoelettrica viene pressata sul pezzo da testare, generalmente è tra quelle sopra. Sotto il carico fisso, per il provino con lo stesso modulo elastico, se la durezza del provino è inferiore, maggiore è l'area di contatto tra il penetratore e la sua superficie, maggiore è il grado di bloccaggio dell'estremità del penetratore dell'asta del sensore, in modo che l'ampiezza di vibrazione dell'estremità sia minore e il corrispondente punto antinodo vibrazionale si muova verso l'estremità fissa dell'asta. Pertanto, minore è la lunghezza d'onda della vibrazione, maggiore è la frequenza di risonanza dell'asta. La durezza del campione può essere determinata misurando la variazione della frequenza di risonanza dell'asta del sensore. Il modulo elastico del provino influenzerà anche l'area di contatto, cioè la variazione della frequenza di risonanza della barra sensore. Pertanto, il metodo di prova della durezza ad ultrasuoni è un metodo di misurazione comparativo ed è necessario eliminare l'influenza utilizzando un provino avente lo stesso modulo elastico e il provino come provino di calibrazione. Nella sonda è presente un'asta sensore con effetto magnetostrittivo, un'estremità saldata a un cilindro d'acciaio, il cilindro è molto più grande del sensore, l'altra estremità è dotata di un penetratore piramidale di diamante 136, la bobina di eccitazione è attorno all'asta del sensore, un pezzo di cristallo piezoelettrico è fissato vicino alla giunzione dell'asta del sensore e del cilindro.