Aplikasi Seramik Piezo Digunakan untuk ujian ultrasonik tidak merosakkan

Sejarah perkembangan dan ciri-ciri ultrasound

Akustik, sebagai cabang fizik, ia adalah sains yang mengkaji kejadian, perambatan, penerimaan, dan kesan gelombang bunyi. Sebelum tahun 1940, terdapat hanya bahan piezoelektrik kristal tunggal, yang menjadikan gelombang ultrasonik tidak digunakan secara meluas. Pada tahun 1970-an, seramik piezoelektrik telus PLZT telah dibangunkan. Pembangunan bahan piezoelektrik telah banyak menggalakkan pembangunan medan ultrasonik.

Jumlah kekerapan gelombang bunyi ialah 10-4 Hz hingga 1014 Hz. Secara amnya, gelombang bunyi dengan frekuensi 2 × 104 Hz hingga 2 × 109 Hz dipanggil gelombang ultrasonik. Ultrasound, sebagai sebahagian daripada gelombang bunyi, yang mengikut undang-undang asas perambatan gelombang bunyi, tetapi Kristal cakera seramik piezo juga mempunyai beberapa ciri yang luar biasa: ① Arah arah gelombang ultrasound adalah baik: Gelombang ultrasonik mempunyai kearah yang sama seperti gelombang cahaya, dan boleh dihantar secara berarah melalui reka bentuk khas. Pengesanan berkesan dalam objek pengesanan, lebih tinggi frekuensi ultrasonik, lebih baik arahan; ② ia adalah keupayaan menembusi ultrasonik yang kuat untuk kebanyakan media, ia mempunyai keupayaan menembusi yang kuat; ③ tenaga ultrasonik yang tinggi: Kekerapan kerja pengesanan ultrasonik adalah lebih tinggi daripada frekuensi gelombang bunyi dan mempunyai tenaga yang tinggi; ④ Gelombang ultrasonik mempunyai panjang gelombang pendek dan fenomena pembelauan kecil: kerana frekuensi tinggi dan panjang gelombang pendek, pantulannya yang disebabkan oleh kecacatan objek mudah dicari, jadi ia sering digunakan untuk pengesanan kecacatan. Ciri-ciri inilah yang menjadikan ultrasound digunakan secara meluas dalam ujian tidak merosakkan.

Prinsip asas ujian ultrasonik

Gelombang ultrasonik merambat dalam media yang berbeza. Apabila menghadapi antara muka, gelombang ultrasonik akan menjalani pantulan, pembiasan dan penukaran mod gelombang. Pantulan berlaku pada antara muka heterogen dengan impedans akustik yang berbeza. Apabila gelombang ultrasonik berada secara berserenjang dari medium 1 hingga sederhana 2, pemantulan pada antara muka R. Semakin besar perbezaan galangan akustik antara kedua-dua media, semakin kuat pantulan gelombang ultrasonik pada antara muka. Lebih besar perbezaan impedans akustik antara kemasukan dalam Pzt bahan seramik piezoelektrik dan substrat, lebih besar kemungkinan pengesanan.

Kandungan pengesanan

Seramik Piezo yang dikesan melalui kaedah ultrasonik boleh dibahagikan kepada pengesanan keliangan dan pengesanan kecacatan permukaan. Keliangan pengesanan seramik piezo Kekuatan, modulus keanjalan, dan ketumpatan seramik piezo berkaitan secara langsung dengan keliangan. Keliangan beberapa komponen piezo menentukan sama ada ia boleh digunakan. Terdapat juga hubungan tertentu antara kelajuan penghantaran gelombang ultrasonik dan keliangan (atau ketumpatan) dalam piezoceramics.yang boleh diperolehi melalui pengukuran sebenar, dan kemudian keliangan seramik piezo boleh diperoleh dengan menggunakan persamaan.

Stomata dikurangkan kepada ellipsoid berorientasikan rawak, yang diedarkan secara seragam dalam matriks isotropik. Model mikromekanikal komposit digunakan untuk mengira kelajuan bunyi dan membandingkannya dengan nilai pengukuran. Keliangan dikira. Apabila ketumpatan teori bahan seramik piezo diketahui, keliangan boleh dikira daripada ketumpatan pukal. Terdapat banyak kaedah untuk mengukur kepadatan badan. Kaedah Archimedes biasa digunakan. Kecacatan dalaman seramik piezo juga boleh dikesan dengan kaedah pengesanan kecacatan rendaman air. Apabila kecacatan dikesan oleh kaedah pengesanan kecacatan menegak gelombang membujur rendaman air, laluan rasuk boleh dibaca terus. Untuk mengesan kecacatan kecil, kuar frekuensi rendah boleh digunakan sebagai ganti.

 Pengesanan kecacatan permukaan

Untuk seramik piezo, kecacatan permukaan dengan bentuk dan saiz yang sama lebih berkemungkinan menyebabkan kerosakan daripada kecacatan dalaman, jadi pengesanan kecacatan permukaan adalah sangat penting. Kecacatan permukaan seramik piezo biasanya dikesan melalui kaedah gelombang permukaan rendaman air. Gelombang ultrasonik (gelombang longitudinal) adalah kejadian serong pada permukaan objek yang akan direndam di dalam air. Apabila sudut tuju θc lebih besar daripada sudut genting kedua θC, gelombang bunyi terbias semuanya merambat di sepanjang permukaan bahan kerja, membentuk persamaan gelombang permukaan: Cl 1-membujur dalam air Halaju bunyi; Cr2——Halaju permukaan sonik rendaman air dalam bahan kerja.

Panjang gelombang permukaan adalah lebih pendek daripada panjang gelombang ricih, dan pengecilan juga lebih besar daripada gelombang ricih. Pada masa yang sama, ia hanya merambat di sepanjang permukaan. Apabila ia menemui sudut atau tepi yang tajam, akan ada gema pantulan yang kuat. Lebih besar kelengkungan, lebih kuat pantulan. Apabila gelombang permukaan banjir merambat pada permukaan blok ujian, tenaga boleh bocor ke dalam air, jadi selepas hanya beberapa milimeter, ketinggian gelombang pantulan gelombang permukaan banjir berkurangan dengan ketara. Memandangkan ciri amplitud kecil jarak penghantaran gelombang yang dipantulkan, yang transduser cincin seramik piezo hendaklah sehampir mungkin dengan kecacatan. Sebagai tambahan kepada kaedah di atas, kaedah transduser elektrod sikat, kaedah mikroskop ultrasonik dan kaedah mikroskop ultrasonik pengimbasan laser boleh digunakan untuk pengesanan kecacatan permukaan seramik piezo moden. Setakat ini, tidak banyak penyelidikan mengenai pengesanan kecacatan seramik ultrasonik di China moden, data terkumpul adalah kecil, dan tiada blok ujian standard dengan objektiviti yang kuat. Arah penyelidikan yang perlu diperkukuh pada masa hadapan ialah pembangunan dan aplikasi kaedah pengesanan kecacatan baharu dan pembangunan probe berprestasi tinggi. Sudah tentu, dengan perkembangan pesat teknologi maklumat, yang dijelmakan oleh teknologi komputer, teknologi ujian tidak merosakkan ultrasonik moden juga berkembang ke arah pemprosesan isyarat digital dan pengimejan pemeriksaan.