Teknologi ujian tidak merosakkan dan aplikasinya (4)

Ciri-ciri pembelauan dan penyerakan ultrasonik:

Apabila gelombang ultrasonik merambat melalui medium, ia menghadapi antara muka heterogen (seperti kecacatan). Menurut prinsip huygens, fenomena pembelauan berlaku di pinggirnya, dan gelombang pembelauan yang baru teruja dijana. dari sudut pandangan yang jelas, gelombang ultrasonik asal boleh terus memajukan sekitar kecacatan, tetapi bayangan akustik (ruang tanpa gelombang ultrasonik) terbentuk di belakang kecacatan itu. Gelombang difraksi baharu boleh digunakan untuk menilai kedalaman retak permukaan atau ketinggian retakan dalaman. Di China, kaedah ini dipanggil kaedah gelombang regeneratif tepi, dan negara asing dipanggil kaedah gelombang pembelauan hujung. Fenomena pembentukan bayang-bayang bunyi digunakan untuk pengesanan penembusan ultrasonik, iaitu, apabila gelombang ultrasonik menghadapi kecacatan pada laluan bunyi mereka, disebabkan oleh pantulan, pembelauan, serakan, dan lain-lain, dan kerana struktur mikro yang tidak normal bahan bahan kerja untuk diperiksa, Ia akan menyebabkan pengecilan tenaga perambatan ultrasonik, supaya laluan akustik yang diterima lebih rendah daripada tenaga akustik yang diterima di bawah acoustic yang lain. keadaan normal, dan perbezaan boleh dicerminkan dengan menggunakan paparan pengesan kecacatan ultrasonik atau terus menggunakan petunjuk meter elektrik. Digunakan sebagai asas untuk pemeriksaan dan penilaian, tolok pengukuran ketebalan ultrasonik boleh digunakan untuk pengesanan kecacatan pada kepingan, struktur komposit atau terikat, seperti delaminasi, penyahikatan dsb., dan juga boleh digunakan untuk memecahkan hujung suis elektrik kecil. Pembelauan ultrasonik (gelombang penjanaan semula) menentukan kedalaman retak.

Pemeriksaan kualiti menghubungi bersalut perak dan banyak lagi. Kelebihannya ialah mudah untuk melaksanakan pengesanan automatik, tetapi kelemahannya ialah saiz kecacatan dan lokasi kecacatan tidak dapat diketahui, dan kedudukan relatif kedua-dua kuar diperlukan dengan ketat. Apabila gelombang ultrasonik merambat dalam medium, resapan muka gelombangnya sendiri akan menyebabkan tenaga bunyi yang melalui kawasan unit berserenjang dengan arah pancaran bunyi berkurangan apabila jarak perambatan meningkat, yang dipanggil pengecilan resapan, iaitu ultrasonik itu sendiri. Ciri ini berkaitan dengan sudut hamparan rasuk 2θ (θ ialah sudut separa resapan rasuk ultrasound). Di samping itu, gelombang ultrasonik berada dalam sempadan butiran bahan, titik fasa, atau impedans akustik zarah terampai, kekotoran, buih, dan lain-lain dalam medium (nilainya sama dengan hasil darab kelajuan bunyi dan ketumpatan) (walaupun ia adalah sedikit perbezaan). Keadaan serakan adalah berkaitan dengan panjang gelombang gelombang ultrasonik dan magnitud zarah serakan ( purata diameter butir kristal). Dalam bahan logam, nisbah panjang gelombang λ kepada diameter purata butir kristal boleh dibahagikan kepada tiga keadaan serakan: Penyerakan Rayleigh: 'apabila λ, tahap serakan adalah berkadar dengan kuasa keempat frekuensi, yang merupakan sebahagian besar logam. serakan rawak: ≈λ, serakan secara rawak adalah berkadar serakan, biasanya darjah serakan seperti segi empat sama. dalam tuangan bijirin kasar; serakan serakan: ≥ λ, tahap serakan adalah berkadar songsang dengan, yang sering dinyatakan dalam Dalam kes di mana permukaan permukaan bahan kerja yang dikesan adalah kasar, serakan kehilangan tenaga akustik kejadian pada antara muka boleh menjadi metafora yang serupa dengan keadaan cuaca yang tidak serupa bersinar melalui kabus. Disebabkan kewujudan fenomena hamburan, tenaga akustik melalui kawasan unit berserenjang dengan laluan bunyi dikurangkan, iaitu, penyerakaningatan pengecilan disebabkan Walaupun kewujudan fenomena penyerakan ini dalam kaedah pengesanan pantulan nadi ultrasonik bukan sahaja mengurangkan keupayaan penembusan gelombang ultrasonik, ia juga boleh mengganggu gelombang ultrasonik, ia juga boleh mengganggu gelombang ultrasonik. gema gelombang ultrasonik yang bertaburan dalam bahan logam Selepas probe diterima, ia dipaparkan pada paparan pengesan kecacatan ultrasonik dalam bentuk gema rumpai Dengan menilai tahap kekacauan, struktur mikro bahan logam boleh dinilai dan dinilai Terutamanya dalam industri aeroangkasa, penilaian tahap kekacauan yang penting bagi tahap kekacauan tinium.

Ciri-ciri pengecilan ultrasonik Sebagai tambahan kepada pengecilan hamburan yang diterangkan dalam bahagian sebelumnya, satu lagi punca penting pengecilan tenaga apabila gelombang ultrasonik dihantar melalui bahan adalah pengecilan akibat penyerapan dalaman, yang berkaitan dengan kelikatan bahan, pengaliran haba, geseran sempadan, Fenomena kelonggaran berkaitan dengan kehilangan tenaga haba dan tenaga ultrasonik dalam bentuk penambahan tenaga ultrasonik. (seperti ketumpatan terkehel, perubahan panjang, kehadiran lubang dan kekotoran) dan pergerakan dinding domain magnet, Tekanan sisa menyebabkan gangguan medan bunyi...dsb. Mereka boleh menyebabkan pengecilan tenaga ultrasonik, yang sepadan dengan pengecilan hamburan di bahagian atas. Kami merujuk kepada pengecilan tenaga ultrasonik yang disebabkan oleh sebab-sebab ini sebagai penyerapan penyerapan. Ia boleh dilihat bahawa mekanisme pengecilan gelombang ultrasonik dalam bahan adalah sangat rumit. Kami menganggap pengecilan menyeluruh. Anggapkan bahawa amplitud tekanan bunyi pada sumber jarak X=0 ialah P0, dan amplitud tekanan bunyi selepas jarak X ialah PX, maka: PX =P0·e-αx, di mana α dipanggil pekali pengecilan, yang boleh dibahagikan kepada dua bahagian, iaitu: α=αs+αa, di mana αs ialah pekali penyerakan atau penyerakan adalah attenufficient. pekali. Oleh itu, pekali pengecilan yang dinyatakan dalam α ialah parameter komprehensif bahan, yang biasanya meningkat apabila frekuensi ultrasonik meningkat. Dalam ujian ultrasonik, adalah mungkin untuk menentukan tahap pengurangan tenaga akustik selepas gelombang ultrasonik melalui bahan (contohnya, penilaian tahap pengurangan amplitud gema permukaan bawah bahan kerja dalam kaedah pantulan nadi ultrasonik) dipanggil penilaian kehilangan gelombang bawah atau kehilangan refleksi bawah, atau gelombang ultrasonik. Kaedah penembusan boleh digunakan untuk menilai sifat, morfologi dan taburan struktur mikro bahan, seperti pengesanan hablur kasar bahan logam, terlalu panas dan terlalu terbakar, (struktur yang tidak terlalu panas dalam penempaan logam), karbida. Keseragaman, kadar sferoidisasi karbida besi mulur, kekuatan tegangan suhu bilik keluli karbon, pengukuran tegasan, dan seumpamanya. 

Data yang ada memperkenalkan penggunaan paparan kekacauan yang disebabkan oleh serakan dan penilaian pengecilan amplitud gema untuk menilai jarak lapisan simentit dalam struktur pearlit roda lokomotif (keluli perlit dengan kandungan karbon 0.53~0.61%). Tentukan had hasil dan rintangan haus roda. Terdapat juga laporan mengenai penggunaan ciri pengecilan ultrasonik dalam ujian keletihan bahan (dalam ujian keletihan, geseran dalaman dan herotan kekisi di dalam spesimen boleh menyebabkan penyerakan ultrasonik, dan ubah bentuk plastik tempatan permukaan patah boleh menyebabkan tenaga ultrasonik diserap). Digunakan untuk menilai keliatan patah keluli. Menggabungkan ciri-ciri pengecilan ultrasonik dengan ciri-ciri halaju bunyi boleh digunakan untuk menentukan, sebagai contoh, kandungan hidrogen dalam aloi titanium (mengurangkan risiko hidrogen dalam aloi titanium) dan untuk menilai kualiti penuaan aloi aluminium, Ciri-ciri halaju gelombang ultrasonik jenis gelombang yang sama mempunyai kelajuan perambatan yang berbeza dalam bahan yang berbeza, dan dalam bahan yang sama, gelombang kelajuan ultrasonik juga mempunyai pelbagai jenis gelombang ultrasonik. Apabila komposisi, struktur mikro, ketumpatan, nisbah kemasukan, kepekatan, kadar penukaran polimer, kekuatan, suhu, kelembapan, tekanan (tegasan), kadar aliran bahan berubah atau berubah, kelajuan bunyi juga akan berbeza-beza. Menggunakan penguji halaju bunyi khas atau pengesan kecacatan jenis pantulan nadi ultrasonik konvensional atau tolok ketebalan untuk membandingkan bahan halaju bunyi yang tidak diketahui dengan sampel halaju piawai atau bunyi yang diketahui bunyinya. diukur dan boleh digunakan: (1) Penentuan pemalar fizik bahan, seperti: mengikut hubungan dalam fizik, secara amnya: halaju bunyi C = (E / ρ) 1/2, di mana ρ ialah ketumpatan bahan, E ialah modulus elastik bahan . Memandangkan kelajuan bunyi dipengaruhi oleh anisotropi, bentuk dan antara muka bahan, dan moduli elastik masing-masing digunakan bergantung pada bentuk getaran gelombang ultrasonik, halaju gelombang membujur dalam gas dan cecair (hanya dalam gas dan cecair) Gelombang membujur mempunyai: CL = (K / ρ0) 1/2, di mana K ialah modulus keanjalan kapasitif dan ρ0lumetrik. ketumpatan statik asal medium dengan kehadiran gelombang akustik. Dalam pepejal: halaju gelombang membujur ultrasonik merambat secara paksi dalam rod nipis yang mempunyai diameter lebih kecil daripada panjang gelombang ultrasonik ialah: Cl = (E / ρ) 1/2, di mana E ialah modulus Young bahan, dan ρ ialah diameter ketumpatan bahan.Rambatan gelombang membujur ultrasonik dalam arah paksi panjang gelombang tebal lebih besar daripada arah paksi rod panjang gelombang ultrasonik. CL={[K+(4/3)G]/ρ}1/2={[E(1-σ)]/ρ(1+σ) (1-2σ)} K dalam formula 1/2 ialah modulus keanjalan kapasitif (modulus keanjalan volumetrik) bahan, G ialah modulus keanjalan ricih bahan, dan nisbah daya ialah poisson bagi bahan, dan σ ialah poisson panjang. terikan berlaku dalam arah, terikan sisi juga dijana dalam arah menegak, dan nisbah di antara mereka dipanggil nisbah poisson, yang merupakan salah satu sifat fizikal bahan). Halaju bunyi gelombang ricih ialah: Cs=(G/ρ)1/2={E/[ρ·2(1+σ)]}1/2 Halaju bunyi gelombang Rayleigh ialah: CR=[(0.87+1.12σ)/(1 +σ)]·(G/ρ)1/2. apabila halaju bunyi diukur dan parameter lain diketahui, parameter lain boleh dikira.

(2) Mengukur suhu: Kelajuan bunyi dalam medium adalah berkaitan dengan suhu medium. Ciri ini boleh digunakan untuk mengukur suhu medium bukan sentuhan. Ia selanjutnya boleh digunakan untuk menunjukkan takat lebur, takat didih dan perubahan fasa medium, dan untuk mengukur haba tentu medium. Haba pelakuran ialah haba tindak balas dan haba pembakaran diukur, dan ketulenan dan berat molekul medium diukur.

(3) Mengukur kadar aliran: Apabila gelombang ultrasonik merambat dalam medium yang mengalir (seperti paip pemindahan gas, cecair atau bendalir yang mengandungi bahagian tertentu zarah pepejal, atau saluran air.), kelajuan perambatan adalah berbeza daripada dalam keadaan statik berkenaan dengan sistem koordinat tetap. Ia berkaitan dengan kadar aliran medium, supaya kadar aliran boleh ditentukan berdasarkan perubahan kelajuan bunyi dan kadar aliran (luas keratan rentas bendalir x kadar aliran) boleh ditentukan lagi. (4) Mengukur kelikatan cecair η: Mengikut impedans akustik ricih Z dan (η·ρ) 1/2 (η ialah kelikatan cecair, ρ ialah ketumpatan cecair), dan impedans akustik Z=ρ·C, oleh itu Dengan mengukur kelajuan bunyi dan menentukan ketumpatan cecair. (5) Pengukuran tegasan: Halaju perambatan gelombang ultrasonik dalam bahan mempunyai perubahan linear yang lebih kurang dengan tegasan yang dikenakan (dipanggil kesan tegasan ultrasonik), jadi ia boleh digunakan untuk mengukur kekuatan konkrit prategasan, kekuatan dan tegasan baki logam, dan pengancing. Tegasan tegangan pada kepingan (seperti bolt pengikat). (6) Pengukuran kekerasan: Kekerasan lapisan keras permukaan logam boleh ditentukan dengan menggunakan ciri perubahan kelajuan gelombang dalam lapisan keras permukaan logam.

(7) Menentukan kedalaman retak pada permukaan logam: perbezaan antara masa apabila gelombang dihantar terus di sepanjang permukaan logam dan masa apabila retak permukaan hadir dan gelombang dipintas oleh retakan. Mengikut kelajuan perambatan gelombang Rayleigh, ia boleh dikira dengan kedalaman retakan. Kaedah ini dipanggil kaedah kelewatan masa atau kaedah masa transit, kaedah Δt.

(8) Ketebalan pengukuran: Mengikut hubungan antara jarak perambatan ultrasonik X dan halaju bunyi C dan masa penghantaran t: X=C·t, sebagai contoh, apabila mengukur ketebalan dengan kaedah pantulan nadi ultrasonik, ketebalan bahan kerja d=C·t/2. Sebab untuk menggunakan penyebut 2 di sini ialah kuar ultrasonik mengeluarkan nadi ultrasonik ke permukaan bawah bahan kerja dan kuar kembali reflektif diterima, supaya laluan bunyi adalah dua kali daripada ketebalan bahan kerja.

Menggunakan ciri-ciri halaju gelombang ultrasonik, ia juga boleh digunakan untuk, pengukuran kekuatan besi tuang grafit sferoid dan tahap sferoidisasi grafit, menentukan kelembapan adobe seramik untuk menentukan masa pembakaran dalam tanur, dan analisis ciri-ciri medium gas (contohnya, oksigen dan nitrogen industri). kadar metabolisme pernafasan haiwan mempunyai perubahan dalam kandungan komponen dalam gas, dll.serta ketumpatan pecahan petroleum, lateks neoprena.

Kaedah kelewatan masa ultrasonik digunakan untuk menentukan ketumpatan cecair kedalaman retak permukaan dan seumpamanya. Ringkasnya, aplikasi ciri-ciri halaju ultrasonik, terutamanya dalam teknologi pengukuran industri adalah banyak. Ultrasonik adalah sejenis gelombang getaran mekanikal. Kita boleh menggunakan resonator ultrasonik untuk menyuntik gelombang ultrasonik dengan frekuensi boleh laras (terutamanya menggunakan gelombang membujur) ke dalam bahan kerja untuk diperiksa. Apabila gelombang ultrasonik bergema dengan frekuensi semula jadi bahan kerja, gelombang kejadian arah bertentangan merambat. Gelombang yang dipantulkan ditumpangkan antara satu sama lain untuk membentuk gelombang berdiri, yang merupakan resonans ketebalan gelombang membujur secara berserenjang. Dengan ciri resonans ini, ia boleh digunakan untuk aspek berikut:

(1) Pengukuran ketebalan:
Ketebalan transduser cakera seramik piezo ialah d, dan panjang gelombang gelombang ultrasonik yang merambat di dalamnya ialah λ, yang diperolehi apabila resonans berlaku: d=λ1/2=2λ2/2=3λ3/2=...=n·λn/2, di mana n ialah Mana-mana integer positif, iaitu pada ketebalan separuh panjang gelombang kerja ini adalah sama dengan kamiran separuh panjang gelombang ini. gelombang ultrasonik resonans. Apabila halaju ultrasonik C bahan sekeping ujian diketahui, mengikut hubungan antara kelajuan bunyi, panjang gelombang dan frekuensi: C = λ · f, frekuensi ultrasonik pada masa resonans ketebalan boleh diperolehi: fn = C / λn = n · C / 2d Apabila n=1, f1=C/2d, iaitu frekuensi asas ketebalan semula. Oleh kerana perbezaan antara frekuensi mana-mana dua harmonik bersebelahan adalah sama dengan kekerapan asas, terdapat: fn-fn-1=nf1-( N-1) f1=f1, jadi kekerapan dua harmonik bersebelahan dalam resonans ketebalan boleh ditentukan oleh resonator, dan ketebalan bahan kerja ialah: d=C/[2(f1)] harmonik ialah fm dan fn, masing-masing, sejak: fm-fn=(mn)f1.

(2) Pengesanan kecacatan:
Apabila terdapat kecacatan pada bahan kerja yang akan diperiksa, frekuensi kebangsaan akan berubah berbanding dengan bahan kerja yang sama tanpa kecacatan, dan keadaan resonans juga akan berubah (berubah frekuensi resonans), supaya kewujudan kecacatan dapat dikesan dengan sewajarnya. Sebagai contoh, ia digunakan untuk mengukur kekerasan logam, untuk memeriksa kualiti kimpalan titik lembaran, terutamanya untuk kecacatan ikatan bahan komposit dan struktur terikat (seperti gel tidak terikat, debond, miskin, dll.) dan pengesanan kekuatan ikatan. kaedah pengesanan getaran akustik direka untuk memeriksa kualiti sambungan gam.

Aplikasi tipikal ciri-ciri resonans ultrasonik ialah penguji kekerasan ultrasonik, yang mengukur kekerasan dengan cara perubahan frekuensi resonans bar sensor ultrasonik. Ia digunakan terutamanya untuk menentukan kekerasan logam, dan juga boleh digunakan untuk pengukuran lain dengan kaedah perbandingan. Pengukuran kekerasan ultrasonik mempunyai kelebihan kerosakan minimum pada permukaan bahagian ujian, kelajuan pengukuran yang cepat dan prosedur operasi yang mudah. Ia amat sesuai untuk 100% pemeriksaan bahan kerja siap, dan boleh mengesan secara langsung bahan kerja dengan memegang probe, terutamanya sesuai untuk skala besar yang sukar untuk bergerak. Bahagian bahan kerja yang tidak mudah dibongkar, yang diukur. Berikut ialah contoh penguji kekerasan ultrasonik, yang dihasilkan. Di bawah tekanan sentuhan seragam, hujung penderia bersentuhan dengan permukaan bahagian ujian, dan frekuensi resonan penderia akan mengikut bahagian ujian. Kekerasan sekeping ujian ditentukan dengan mengukur perubahan dalam frekuensi resonans penderia.