Niet-destructieve testtechnologie en de toepassing ervan (4)

Ultrasone diffractie- en verstrooiingskarakteristieken:

Wanneer de ultrasone golf zich door het medium voortplant, komt deze een heterogeen grensvlak tegen (zoals een defect). Volgens het Huygens-principe treedt aan de rand daarvan een diffractieverschijnsel op en wordt een nieuw aangeslagen diffractiegolf gegenereerd. vanuit schijnbaar oogpunt kan de oorspronkelijke ultrasone golf zich rond het defect blijven voortbewegen, maar wordt er achter het defect een akoestische schaduw (ruimte zonder ultrasone golven) gevormd. De nieuwe diffractiegolf kan worden gebruikt om de scheurdiepte aan het oppervlak of de hoogte van de interne scheur te evalueren. In China wordt deze methode de edge-regeneratieve golfmethode genoemd, en in het buitenland de tipdiffractiegolfmethode. Het fenomeen van geluidsschaduwvorming wordt gebruikt voor ultrasone penetratiedetectie, dat wil zeggen wanneer ultrasone golven defecten tegenkomen in hun geluidspaden, als gevolg van reflectie, diffractie, verstrooiing, enz., en vanwege de abnormale microstructuur van het materiaal van het te inspecteren werkstuk. Het zal de verzwakking van de ultrasone voortplantingsenergie veroorzaken, zodat de akoestische energie die wordt ontvangen aan het andere uiteinde van het akoestische pad lager is dan de akoestische energie die wordt ontvangen onder normale omstandigheden, en het verschil kan worden gereflecteerd door gebruik te maken van de ultrasone foutdetectorweergave of rechtstreeks met behulp van de indicatie van de elektrische meter. Gebruikt als basis voor inspectie en evaluatie, ultrasone diktemeter kan worden gebruikt voor defectdetectie van plaat-, composiet- of gebonden structuur, zoals delaminatie, onthechting enz., en kan ook worden gebruikt voor het kraken van tips van kleine elektrische schakelaars. Ultrasone diffractie (regeneratieve golf) bepaalt de scheurdiepte.

Verzilverd contact opnemen met kwaliteitscontrole en meer. Het voordeel is dat het eenvoudig is om automatische detectie te implementeren, maar het nadeel is dat de omvang van het defect en de locatie van het defect niet bekend kunnen zijn, en dat de relatieve posities van de twee sondes strikt vereist zijn. Wanneer de ultrasone golf zich in het medium voortplant, zal de eigen golffrontdiffusie ervoor zorgen dat de geluidsenergie die door het eenheidsgebied loodrecht op de richting van de geluidsbundel gaat, afneemt naarmate de voortplantingsafstand groter wordt, wat diffusieverzwakking wordt genoemd, wat het ultrasone zelf is. De karakteristiek houdt verband met de straalspreidingshoek 2θ (θ is de semi-diffusiehoek van de ultrasone straal). Bovendien bevindt de ultrasone golf zich in de korrelgrens van het materiaal, het fasepunt of de akoestische impedantie van de zwevende deeltjes, onzuiverheden, bellen enz. in het medium (de waarde is gelijk aan het product van de geluidssnelheid en de dichtheid) (ook al is het een klein verschil). De verstrooiingstoestand houdt verband met de golflengte van de ultrasone golf en de grootte van het verstrooiende deeltje (de gemiddelde kristalkorreldiameter). In het metaalmateriaal kan de verhouding van de golflengte λ tot de gemiddelde diameter van de kristalkorrels worden verdeeld in drie verstrooiingstoestanden: Rayleigh-verstrooiing: 'wanneer λ, de mate van verstrooiing evenredig is met de vierde macht van de frequentie, die het grootste deel van het metaal uitmaakt. willekeurige verstrooiing: ≈λ, de mate van verstrooiing is evenredig met het kwadraat van de frequentie, zoals gewoonlijk het geval is bij grofkorrelige gietstukken; diffuse verstrooiing: ≥ λ, de mate van verstrooiing is omgekeerd evenredig met wat vaak tot uiting komt in het geval dat het oppervlak van het gedetecteerde oppervlak van het werkstuk ruw is, het diffuse verstrooiingsverlies van de invallende akoestische energie op het grensvlak wordt veroorzaakt. Een soortgelijke metafoor voor deze situatie kan zijn alsof de autolichten bij mistig weer verstrooid zouden zijn en niet door de mist zouden kunnen schijnen. veroorzaakt. Hoewel het bestaan van dit verstrooiingsverschijnsel in de ultrasone pulsreflectiedetectiemethode niet alleen het penetratievermogen van de ultrasone golf vermindert, maar ook de echo-discriminatie verstoort, kan het ook worden teruggevoerd naar de ultrasone golf door de gesuperponeerde weerkaatsing van de verspreide ultrasone golf in het metalen materiaal. Nadat de sonde is ontvangen, wordt deze weergegeven op het display van de ultrasone foutdetector in de vorm van onkruidecho beoordeeld en geëvalueerd Vooral in de lucht- en ruimtevaartindustrie is de evaluatie van ruisniveaus een belangrijke indicator geworden in de acceptatiecriteria voor het ultrasoon testen van smeedstukken van titaniumlegeringen.

Ultrasone dempingskarakteristieken Naast de verstrooiingsverzwakking die in de vorige sectie is beschreven, is een andere belangrijke oorzaak van energieverzwakking wanneer ultrasone golven door het materiaal worden overgedragen de verzwakking als gevolg van interne absorptie, die verband houdt met de viscositeit van het materiaal, warmtegeleiding, grenswrijving. Het relaxatieverschijnsel houdt verband met het verlies van ultrasone energie in de vorm van warmte en migratie van opgeloste atomen, naast dislocatiebeweging (zoals dislocatiedichtheid, lengteverandering, aanwezigheid van gaten en onzuiverheden) en beweging van de magnetische domeinwand, restspanning veroorzaakt geluidsveldverstoringen... enz. Ze kunnen de verzwakking van ultrasone energie veroorzaken, wat overeenkomt met de verstrooiingsdemping in het bovenste gedeelte. We noemen de ultrasone energieverzwakking die door deze redenen wordt veroorzaakt absorptie-absorptie. Het is duidelijk dat het verzwakkingsmechanisme van ultrasone golven in het materiaal erg ingewikkeld is. We houden rekening met uitgebreide demping. Neem aan dat de geluidsdrukamplitude bij de afstandsbron X=0 P0 is, en de geluidsdrukamplitude na de afstand X PX is, dan: PX =P0·e-αx, waarbij α de verzwakkingscoëfficiënt wordt genoemd, die in twee delen kan worden verdeeld, namelijk: α=αs+αa, waarbij αs de verstrooiingsverzwakkingscoëfficiënt is en αa de absorptieverzwakkingscoëfficiënt. Daarom is de verzwakkingscoëfficiënt uitgedrukt in α een uitgebreide parameter van een materiaal, die in het algemeen toeneemt naarmate de ultrasone frequentie toeneemt. Bij ultrasoon testen is het mogelijk om de mate van reductie van akoestische energie te bepalen nadat de ultrasone golf door het materiaal is gegaan (de evaluatie van de mate van reductie van de echo-amplitude van het onderoppervlak van het werkstuk in de ultrasone pulsreflectiemethode) wordt bijvoorbeeld de evaluatie van het bodemgolfverlies of het bodemreflectieverlies of ultrasone golf genoemd. De penetratiemethode kan worden gebruikt om de aard, morfologie en verdeling van de microstructuur van het materiaal te beoordelen, zoals de detectie van grove kristallen van metalen materialen, oververhitting en oververbranding (een oververhitte structuur in metalen smeedstukken), carbiden. Uniformiteit, carbide-sferoïdisatiesnelheid van nodulair gietijzer, treksterkte bij kamertemperatuur van koolstofstaal, spanningsmeting en dergelijke. 

De beschikbare gegevens introduceren het gebruik van de rommelweergave veroorzaakt door verstrooiing en de verzwakkingsevaluatie van de echo-amplitude om de afstand van de cementietlaag in de perlietstructuur van het locomotiefwiel te beoordelen (het perlietstaal met een koolstofgehalte van 0,53 ~ 0,61%). Bepaal de vloeigrens en de slijtvastheid van het wiel. Er zijn ook rapporten over het gebruik van ultrasone dempingskarakteristieken bij vermoeiingstests van materialen (bij de vermoeiingstest kunnen de interne wrijving en roostervervorming in het monster ultrasone verstrooiing veroorzaken, en de lokale plastische vervorming van het gebroken oppervlak kan ervoor zorgen dat de ultrasone energie wordt geabsorbeerd). Gebruikt voor de evaluatie van de breuktaaiheid van staal. Het combineren van de ultrasone dempingskarakteristieken met de geluidssnelheidskarakteristieken kan worden gebruikt om bijvoorbeeld het waterstofgehalte in titaniumlegeringen te bepalen (waardoor het risico op waterstof in titaniumlegeringen wordt verminderd) en om de verouderingskwaliteit van aluminiumlegeringen te beoordelen. Snelheidskarakteristieken van ultrasone golven van hetzelfde golftype hebben verschillende voortplantingssnelheden in de verschillende materialen, en in hetzelfde materiaal hebben ultrasone golven van verschillende golftypen ook verschillende voortplantingssnelheden. Wanneer de samenstelling, microstructuur, dichtheid, insluitverhouding, concentratie, polymeerconversiesnelheid, sterkte, temperatuur, vochtigheid, druk (spanning), stroomsnelheid van het materiaal variëren of veranderen, zal de geluidssnelheid ook variëren. Met behulp van een speciale geluidssnelheidstester of een conventionele ultrasone pulsreflectie-foutdetector of diktemeter om het materiaal met onbekende geluidssnelheid te vergelijken met een standaardmonster met bekende geluidssnelheid, zodat de geluidssnelheid of de geluidssnelheid van het materiaal kan worden gemeten en kan worden toegepast: (1) Bepaling van fysieke constanten van materialen, zoals: volgens de relatie in de natuurkunde, in het algemeen: geluidssnelheid C = (E / ρ) 1/2, waarbij ρ de materiaaldichtheid is, E de elastische modulus van het materiaal is. Omdat de geluidssnelheid wordt beïnvloed door de anisotropie, vorm en grensvlak van het materiaal, en de respectieve elastische moduli worden gebruikt afhankelijk van de trillingsvorm van de ultrasone golf, is de longitudinale golfsnelheid in gas en vloeistof (alleen in gas en vloeistof) De longitudinale golf heeft: CL = (K / ρ0) 1/2, waarbij K de capacitieve elastische modulus (volumetrische elasticiteitsmodulus) van het materiaal is, en ρ0 de oorspronkelijke statische dichtheid van het medium is in aanwezigheid van de akoestische golf. In vaste stoffen: de ultrasone longitudinale golfsnelheid die zich axiaal voortplant in een dunne staaf met een diameter kleiner dan de ultrasone golflengte is: Cl = (E / ρ) 1/2, waarbij E de Young-modulus van het materiaal is, en ρ de materiaaldichtheidsdiameter. Ultrasone longitudinale golfvoortplanting in de axiale richting van een dikke staaf groter dan de ultrasone golflengte. CL={[K+(4/3)G]/ρ}1/2={[E(1-σ)]/ρ(1+σ) (1-2σ)} K in de 1/2 formule is de capacitieve elastische modulus (volumetrische elastische modulus) van het materiaal, G is de schuifelasticiteitsmodulus van het materiaal, en σ is de poissonverhouding van het materiaal (het materiaal is in de kracht, wanneer longitudinale spanning optreedt in de richting wordt ook laterale spanning gegenereerd in verticale richting, en de verhouding daartussen wordt de poisson-verhouding genoemd, wat een van de fysieke eigenschappen van het materiaal is). De geluidssnelheid van de dwarsgolf is: Cs=(G/ρ)1/2={E/[ρ·2(1+σ)]}1/2 De geluidssnelheid van de Rayleigh-golf is: CR=[(0,87+1,12σ)/(1 +σ)]·(G/ρ)1/2. wanneer de geluidssnelheid wordt gemeten en een andere parameter bekend is, kunnen andere parameters worden berekend.

(2) Temperatuur meten: De geluidssnelheid in het medium is gerelateerd aan de temperatuur van het medium. Deze karakteristiek kan worden gebruikt om de temperatuur van het contactloze medium te meten. Het kan verder worden gebruikt om het smeltpunt, het kookpunt en de faseverandering van het medium aan te geven, en om de soortelijke warmte van het medium te meten. De smeltwarmte is de reactiewarmte en de verbrandingswarmte wordt gemeten, en de zuiverheid en het molecuulgewicht van het medium worden gemeten.

(3) Meten van de stroomsnelheid: Wanneer ultrasone golven zich voortplanten in een stromend medium (zoals gas-, vloeistof- of vloeistoftransportleidingen die een bepaald aandeel vaste deeltjes bevatten, of waterkanalen), verschilt de voortplantingssnelheid van die onder statische omstandigheden met betrekking tot een vast coördinatensysteem. Het is gerelateerd aan de stroomsnelheid van het medium, zodat de stroomsnelheid kan worden bepaald op basis van de verandering in de geluidssnelheid en de stroomsnelheid (vloeistofdoorsnede x stroomsnelheid) verder kan worden bepaald. (4) Meten van de viscositeit van de vloeistof η: Volgens de akoestische schuifimpedantie Z en (η·ρ) 1/2 (η is de viscositeit van de vloeistof, ρ is de dichtheid van de vloeistof), en de akoestische impedantie Z=ρ·C. Door de geluidssnelheid te meten en de dichtheid van de vloeistof te bepalen, kan de dichtheid van de vloeistof worden bepaald. (5) Spanningsmeting: De voortplantingssnelheid van ultrasone golven in het materiaal verandert ongeveer lineair met de uitgeoefende spanning (het ultrasone spanningseffect genoemd), zodat deze kan worden gebruikt om de sterkte van voorgespannen beton, de sterkte en restspanning van het metaal en de bevestiging te meten. Trekspanning op een stuk (zoals een bevestigingsbout). (6) Hardheidsmeting: De hardheid van de geharde laag van het metalen oppervlak kan worden bepaald door gebruik te maken van de snelheidsverandering die kenmerkend is voor de golf in de geharde laag van het metalen oppervlak.

(7) Bepalen van de diepte van de scheur op het oppervlak van het metaal: het verschil tussen het tijdstip waarop de golf rechtstreeks langs het metaaloppervlak wordt uitgezonden en het tijdstip waarop de oppervlaktescheur aanwezig is en de golf door de scheur wordt omzeild. Volgens de voortplantingssnelheid van de Rayleigh-golf kan deze worden berekend aan de hand van de diepte van de scheur. Deze methode wordt tijdvertragingsmethode of transittijdmethode, Δt-methode, genoemd.

(8) Meetdikte: Volgens de relatie tussen de ultrasone voortplantingsafstand X en de geluidssnelheid C en de transmissietijd t: X=C·t, bijvoorbeeld wanneer de dikte wordt gemeten met behulp van de ultrasone pulsreflectiemethode, is de dikte van het werkstuk d=C·t/2. De reden om hier de noemer 2 te gebruiken is dat de ultrasone sonde een ultrasone puls naar het onderoppervlak van het werkstuk uitzendt en de reflecterende retoursonde wordt ontvangen, zodat het geluidspad dat passeert tweemaal zo dik is als de dikte van het werkstuk.

Met behulp van de snelheidskarakteristieken van ultrasone golven kan het ook worden toegepast op het meten van de sterkte van sferoïdaal grafietgietijzer en de mate van sferoïdisatie van grafiet, het bepalen van de vochtigheid van keramische adobe om de timing van het bakken in de oven te bepalen, en de analyse van de kenmerken van het gasvormige medium (bijvoorbeeld de zuiverheid van industriële zuurstof en stikstof). de stofwisselingssnelheid van de ademhaling van dieren heeft de verandering in het gehalte van een component in het gas, enz., evenals de dichtheid van de aardoliefractie, de neopreenlatex.

De ultrasone tijdvertragingsmethode wordt gebruikt om de dichtheid van de oppervlaktescheurdieptevloeistof en dergelijke te bepalen. Samenvattend is de toepassing van ultrasone snelheidskarakteristieken, vooral in de industriële meettechnologie, talrijk. Ultrasonic is een soort mechanische trillingsgolf. We kunnen de ultrasone resonator gebruiken om de ultrasone golf met instelbare frequentie (voornamelijk met behulp van longitudinale golven) in het te inspecteren werkstuk te injecteren. Wanneer de ultrasone golf resoneert met de natuurlijke frequentie van het werkstuk, plant de invallende golf in de tegenovergestelde richting zich voort. De gereflecteerde golven worden over elkaar heen gelegd om een ​​staande golf te vormen, wat de resonantiedikte is van de loodrecht invallende longitudinale golf. Met deze resonantiekarakteristiek kan deze worden toegepast op de volgende aspecten:

(1) Diktemeting:
de dikte van De piëzo-keramische schijftransducer is d, en de golflengte van de ultrasone golf die zich daarin voortplant is λ, wat wordt verkregen wanneer resonantie optreedt: d=λ1/2=2λ2/2=3λ3/2=...=n·λn/2, waarbij n elk positief geheel getal is, dat wil zeggen dat de dikte van het te inspecteren werkstuk op dit moment gelijk is aan een geheel veelvoud van de halve golflengte van de resonante ultrasone golf. Wanneer de ultrasone snelheid C van het proefstukmateriaal bekend is, volgens de relatie tussen de geluidssnelheid, de golflengte en de frequentie: C = λ · f, kan de ultrasone frequentie op het moment van dikteresonantie worden verkregen: fn = C / λn = n · C / 2d Wanneer n=1, f1=C/2d, wat de grondfrequentie is van de dikteresonantie. Omdat het verschil tussen de frequenties van twee aangrenzende harmonischen gelijk is aan de fundamentele frequentie, zijn er: fn-fn-1=nf1-(N-1) f1=f1, dus de frequentie van twee aangrenzende harmonischen in de dikteresonantie kan worden bepaald door de resonator, en de dikte van het werkstuk is: d=C/[2(fn-fn-1)], wanneer de frequenties van niet-aangrenzende harmonischen respectievelijk fm en fn zijn, sinds: fm-fn=(mn)f1.

(2) Detectie van defecten:
wanneer er een defect is in het te inspecteren werkstuk, zal de nationale frequentie veranderen in vergelijking met hetzelfde werkstuk zonder defecten, en zal de resonantietoestand ook veranderen (resonantiefrequentieveranderingen), zodat het bestaan ​​van het defect dienovereenkomstig kan worden gedetecteerd. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt om de hardheid van metalen te meten, om de kwaliteit van plaatpuntlassen te inspecteren, vooral voor de hechtingsfouten van composietmaterialen en gebonden structuren (zoals ongebonden, onthecht, slechte gel, enz.) en de detectie van hechtsterkte. De akoestische trillingsdetectiemethode is ontworpen om de kwaliteit van lijmverbindingen te controleren.

Een typische toepassing van ultrasone resonantiekarakteristieken is een ultrasone hardheidsmeter, die de hardheid meet door middel van een verandering van de resonantiefrequentie van de ultrasone sensorbalk. Het wordt voornamelijk gebruikt om de hardheid van een metaal te bepalen, maar kan via een vergelijkingsmethode ook voor andere metingen worden gebruikt. Ultrasone hardheidsmeting heeft de voordelen van minimale schade aan het oppervlak van het proefstuk, hoge meetsnelheid en eenvoudige bedieningsprocedure. Het is vooral geschikt voor 100% inspectie van voltooide werkstukken en kan het werkstuk direct detecteren door de sonde vast te houden, vooral geschikt voor grote weegschalen die moeilijk te verplaatsen zijn. Werkstukonderdelen die niet gemakkelijk te demonteren zijn,die worden gemeten. Het volgende is een voorbeeld van de ultrasone hardheidsmeter, die werd geproduceerd. Onder de uniforme contactdruk is de punt van de sensor in contact met het oppervlak van het proefstuk en zal de resonantiefrequentie van de sensor het proefstuk volgen. De hardheid van het proefstuk wordt bepaald door de verandering in de resonantiefrequentie van de sensor te meten.