Aktualności

Jesteś tutaj: Dom / Aktualności / Podstawy ceramiki piezoelektrycznej / Technologia badań nieniszczących i jej zastosowanie (1)

Technologia badań nieniszczących i jej zastosowanie (1)

Wyświetlenia: 0 Autor: Edytor witryny Czas publikacji: 2019-09-20 Pochodzenie: Strona

Pytać się

Fala dźwiękowa to rodzaj fali podłużnej, którą może wyczuć ludzkie ucho. Jego zakres częstotliwości wynosi 16 Hz ~ 2 kHz. Gdy częstotliwość fal dźwiękowych jest niższa niż 16 Hz, nazywa się to falą infradźwiękową, a gdy jest wyższa niż 2 kHz, nazywa się to falą ultradźwiękową. Ogólnie rzecz biorąc, fale dźwiękowe mają częstotliwość w zakresie od 2 kHz do 25 MHz, zwane falami ultradźwiękowymi. Jest to mechaniczna fala drganiowa wzbudzana przez mechaniczne źródło drgań w ośrodku sprężystym. Jego istotą jest przekazywanie energii drgań w postaci fal naprężeń. Warunkiem koniecznym jest, aby źródło drgań i ośrodek elastyczny zdolny do przenoszenia drgań mechanicznych (właściwie obejmujących prawie wszystkie gazy, ciecze i ciała stałe) przenikały do wnętrza obiektu i mogły przez niego przemieszczać się. Używając różnych charakterystyk propagacji piezoelektryczne przetworniki ceramiczne w obiekcie, takie jak odbicie i załamanie, dyfrakcja i rozproszenie, tłumienie, rezonans i prędkość dźwięku, możliwe jest wykrycie wielkości, defektów powierzchniowych i wewnętrznych, zmian tkanek itp. wielu obiektów i stąd jest to zastosowanie. Najbardziej rozbudowaną i najważniejszą technologią badań nieniszczących jest technologia badań ultradźwiękowych. Na przykład do medycznej diagnostyki ultrasonograficznej (takiej jak USG B), sonaru w oceanografii, wykrywania ryb, topografii dna morskiego, sondowań oceanicznych, wykrywania struktury geologicznej, wykrywania defektów w materiałach i produktach przemysłowych, pomiaru twardości, pomiaru grubości, oceny mikrostruktury, kontroli elementów betonowych, pomiaru wilgoci piezceramiki, analizy właściwości ośrodka gazowego, pomiaru gęstości itp.

Ultradźwięki mają następujące właściwości:
1) Fale ultradźwiękowe mogą być skutecznie propagowane w mediach takich jak gazy, ciecze, ciała stałe i roztwory stałe.
2) Fale ultradźwiękowe mogą przenosić bardzo silną energię.
3) Ultradźwięki wytwarzają odbicie, interferencję, superpozycję i rezonans. 4) Kiedy fala ultradźwiękowa rozchodzi się w ciekłym ośrodku, osiągnięcie pewnego poziomu mocy akustycznej może spowodować silny wpływ na powierzchnię styku obiektu z cieczą (w oparciu o „zjawisko kawitacji”), co prowadzi do technologii „zastosowania mocy ultradźwiękowej” – na przykład „czyszczenia ultradźwiękowego”, „wiercenia ultradźwiękowego”, „gratowania ultradźwiękowego” (łącznie określanego jako „przetwarzanie ultradźwiękowe”) i tym podobnych. Można go również używać do „zgrzewanie ultradźwiękowe” materiałów takich jak tworzywa sztuczne poprzez wibracje fal ultradźwiękowych o dużej mocy.
~!phoenix_var121_6!~

Badania ultradźwiękowe (UT), które znajdują zastosowanie w przemysłowej technologii badań nieniszczących, są najszybciej rozwijającą się i najczęściej stosowaną technologią badań nieniszczących w technologii NDT i odgrywają bardzo ważną rolę. Metoda wytwarzania i odbioru fal ultradźwiękowych w technologii badań ultradźwiękowych, wykorzystująca głównie efekt piezoelektryczny kryształów, tj. kryształy dyskowe z ceramiki pizoelektrycznej (takie jak kryształ kwarcu, tytanian baru i ceramika piezoelektryczna, taka jak tytanian cyrkonianu ołowiu). Kiedy pod wpływem działania nastąpi odkształcenie, nastąpi zjawisko elektryczne, to znaczy zmieni się rozkład jego ładunku (dodatni efekt piezoelektryczny). I odwrotnie, gdy do kryształu piezoelektrycznego zostanie przyłożony ładunek, piezoelektryczny kryształ ceramiczny zostanie naprężony, to znaczy odkształcony elastycznie. (odwrotny efekt piezoelektryczny). Dlatego też przetwornik ultradźwiękowy (sonda) jest wytwarzany przy użyciu kryształu piezoelektrycznego i wprowadzany jest do niego impuls elektryczny o wysokiej częstotliwości, a sonda generuje fale ultradźwiękowe o tej samej częstotliwości, które mają być emitowane do kontrolowanego obiektu, a po odebraniu fali ultradźwiękowej sonda generuje tę samą częstotliwość. Do wykrycia wyświetlacza wykorzystywany jest sygnał elektryczny o wysokiej częstotliwości. Oprócz wykorzystania efektu piezoelektrycznego, w niektórych przypadkach, efektu magnetostrykcyjnego (zjawisko polegające na odkształceniu silnego materiału magnetycznego podczas namagnesowania, który może być wykorzystany jako źródło wibracji lub do pomiaru odkształcenia) oraz zastosowania metod elektrodynamicznych (na przykład metody elektromagnetyczno-akustyczne lub metody wirowo-dźwiękowe opisane w dalszej części tego rozdziału).

Kiedy fala ultradźwiękowa rozchodzi się w ośrodku sprężystym, w zależności od zależności pomiędzy wzorem drgań punktu podparcia ośrodka a kierunkiem propagacji fali ultradźwiękowej, falę ultradźwiękową można podzielić na następujące typy

(1) Fala podłużna (fala L, zwana także falą kompresyjną, falą rzadką) - Charakterystyczną cechą fali podłużnej jest to, że kierunek drgań cząstki ośrodka dźwiękowego jest taki sam, jak kierunek propagacji fali ultradźwiękowej (patrz rysunek po prawej stronie)

(2) Fala ścinająca (określana jako fala S, znana również jako fala poprzeczna, nazywana falą T, znana również jako fala ścinająca lub fala ścinająca) - Charakterystyczną cechą fali poprzecznej jest kierunek drgań cząstki ośrodka dźwiękowego i kierunek propagacji fali ultradźwiękowej. a związek między płaszczyzną drgań punktu obrazu a kierunkiem propagacji fali ultradźwiękowej jest dalej podzielony na falę poprzeczną spolaryzowaną pionowo (fala SV, która jest najczęściej stosowaną falą poprzeczną w przemysłowych testach ultradźwiękowych) i falę poprzeczną spolaryzowaną poziomo (fala SH, znana również jako Love Wave-le Libo, to w rzeczywistości tryb wibracji fal sejsmicznych).

Jeden koniec pręta czujnika w sondzie fali podłużnej jest przymocowany sztywnym korpusem o dużej masie, a drugi koniec jest inkrustowany diamentem. Jeżeli wgłębnik nie styka się z badanym przedmiotem (po lewej stronie a), wgłębnik jest w stanie swobodnym. Po utworzeniu drgań wzdłużnych stały koniec pręta czujnika jest węzłem falowym wibracji, a koniec czołowy staje się antywęzłem wibracji ze względu na największą amplitudę, więc długość pręta jest równa 1/4 długości fali drgań, a częstotliwość jest taka, że czujnik znajduje się przy częstotliwości rezonansowej w stanie swobodnym. Kiedy koniec czujnika jest całkowicie zaciśnięty przez badany element i sztywny korpus o dużej masie, idealnie jest, gdy oba końce pręta czujnika staną się węzłami fali wibracyjnej, a długość pręta jest równa długości fali drgań wynoszącej 1/2, a częstotliwość rezonansowa w tym momencie jest równa dwukrotności częstotliwości początkowej, gdy koniec wgłębnika jest w stanie swobodnym.

Kiedy Ceramikę piezoelektryczną dociska się do badanego elementu, zazwyczaj mieści się ona pomiędzy powyższymi. Pod stałym obciążeniem, dla próbki o tym samym module sprężystości, jeśli twardość próbki jest mniejsza, im większa jest powierzchnia styku wgłębnika z jego powierzchnią, tym większy jest stopień dociśnięcia końca wgłębnika pręta czujnika, przez co amplituda drgań końca jest mniejsza, a odpowiedni punkt antywęzła drgań przesuwa się w stronę stałego końca pręta. Dlatego im mniejsza długość fali drgań, tym wyższa jest częstotliwość rezonansowa pręta. Twardość badanego elementu można określić mierząc zmianę częstotliwości rezonansowej pręta czujnika. Moduł sprężystości badanego elementu będzie miał także wpływ na powierzchnię styku, czyli zmianę częstotliwości rezonansowej pręta czujnika. Dlatego ultradźwiękowa metoda badania twardości jest metodą pomiaru porównawczego i konieczne jest wyeliminowanie tego wpływu poprzez zastosowanie próbki o tym samym module sprężystości i próbki jako próbki kalibracyjnej. W sondzie znajduje się pręt czujnika o działaniu magnetostrykcyjnym, jeden koniec przyspawany do stalowego cylindra, cylinder jest znacznie większy od czujnika, drugi koniec jest wyposażony w wgłębnik w kształcie piramidy diamentowej 136, cewka wzbudzająca jest umieszczona wokół pręta czujnika, element kryształu piezoelektrycznego jest przymocowany w pobliżu połączenia pręta czujnika i cylindra.