Aplicarea piezoceramicelor utilizate pentru testarea nedistructivă cu ultrasunete

Istoricul dezvoltării și caracteristicile ultrasunetelor

Acustica, ca ramură a fizicii, este o știință care studiază apariția, propagarea, recepția și efectele undelor sonore. Înainte de 1940, existau doar materiale piezoelectrice cu un singur cristal, care făceau ca unda ultrasonică să nu fie utilizată pe scară largă. În anii 1970, au fost dezvoltate ceramica piezoelectrică transparentă PLZT. Dezvoltarea materialelor piezoelectrice a promovat foarte mult dezvoltarea câmpului ultrasonic.

Frecvența totală a undelor sonore este de la 10-4 Hz la 1014 Hz. În general, undele sonore cu o frecvență de la 2 × 104 Hz la 2 × 109 Hz sunt numite unde ultrasonice. Ultrasunetele, ca parte a undelor sonore, care urmează legea de bază a propagarii undelor sonore, dar Cristalul piezo-ceramic de disc are, de asemenea, câteva caracteristici remarcabile: ① Direcționalitatea undelor cu ultrasunete este bună: undele ultrasonice au aceeași directivitate ca undele luminoase și pot fi transmise direcțional printr-un design special. Detectare eficientă în obiectul de detectare, cu cât frecvența ultrasonică este mai mare, cu atât este mai bună directivitatea; ② este o capacitate puternică de penetrare cu ultrasunete pentru majoritatea mijloacelor de comunicare, are o capacitate puternică de penetrare; ③ energie ultrasonică ridicată: frecvența de lucru a detectării cu ultrasunete este mult mai mare decât frecvența undelor sonore și are energie mare; ④ Undele cu ultrasunete au lungimi de undă scurte și fenomene de difracție mici: datorită frecvenței înalte și lungimii de undă scurte, reflexiile sale cauzate de defecte ale obiectului sunt ușor de găsit, așa că sunt adesea folosite pentru detectarea defectelor. Aceste caracteristici fac ca ultrasunetele să fie utilizate pe scară largă în testele nedistructive.

Principiile de bază ale testării cu ultrasunete

Undele ultrasonice se propagă în diferite medii. Când întâlnesc interfața, undele ultrasonice vor suferi reflexie, refracție și conversie în modul unde. Reflecțiile apar la interfețe eterogene cu impedanțe acustice diferite. Când undele ultrasonice sunt incidente perpendicular de la mediu 1 la mediu 2, reflectivitatea la interfața R. Cu cât diferența de impedanță acustică dintre cele două medii este mai mare, cu atât reflexia undelor ultrasonice la interfața este mai puternică. Cu cât este mai mare diferența de impedanță acustică între incluziunile din Pzt material ceramic piezoelectric și substrat, cu atât este mai mare posibilitatea de detectare.

Conținut de detectare

Piezoceramica detectată prin metoda ultrasonică poate fi împărțită în detectarea porozității și detectarea defectelor de suprafață. Detectarea porozității ceramicii piezo Rezistența, modulul elastic și densitatea ceramicii piezo sunt direct legate de porozitate. Porozitatea unor componente piezo determină dacă pot fi utilizate. Există, de asemenea, o anumită relație între viteza de transmisie a undelor ultrasonice și porozitatea (sau densitatea) în piezoceramice.care poate fi obținută prin măsurare efectivă, iar apoi porozitatea ceramicii piezocemice poate fi obținută prin utilizarea ecuațiilor.

Stomatele sunt reduse la elipsoide orientate aleator, care sunt distribuite uniform într-o matrice izotropă. Modelul micromecanic compozit este utilizat pentru a calcula viteza sunetului și a o compara cu valorile măsurate. Se calculează porozitatea. Când se cunoaște densitatea teoretică a materialelor piezoceramice, porozitatea poate fi calculată din densitatea în vrac. Există multe metode de măsurare a densității corpului. Metoda Arhimede este folosită în mod obișnuit. Defectele interne ale ceramicii piezo pot fi detectate și prin metoda de detectare a defectelor prin scufundare în apă. Când defectele sunt detectate prin metoda de detectare a defectelor verticale cu undă longitudinală cu imersie în apă, traseul fasciculului poate fi citit direct. Pentru a detecta defectele mici, poate fi folosită o sondă de frecvență mai mică.

 Detectarea defectelor de suprafață

Pentru ceramica piezo, defectele de suprafață de aceeași formă și dimensiune sunt mai susceptibile de a provoca daune decât defectele interne, astfel încât detectarea defectelor de suprafață este deosebit de importantă. Defectele de suprafață ale ceramicii piezo sunt de obicei detectate prin metoda undelor de suprafață cu imersie în apă. Unda ultrasonică (unda longitudinală) este incidentă oblic pe suprafața obiectului care urmează să fie scufundat în apă. Când unghiul incident θc este mai mare decât al doilea unghi critic θC, undele sonore refractate se propagă toate de-a lungul suprafeței piesei de prelucrat, formând o ecuație de undă de suprafață: Cl 1-longitudinal în apă Viteza sunetului; Cr2——Viteza sonică de suprafață a imersiei apei în piesa de prelucrat.

Lungimea de undă de suprafață este mai mică decât lungimea de undă de forfecare, iar atenuarea este, de asemenea, mai mare decât unda de forfecare. În același timp, se propagă doar de-a lungul suprafeței. Când întâlnește colțuri sau margini ascuțite, vor exista ecouri puternice de reflexie. Cu cât curbura este mai mare, cu atât reflexia este mai puternică. Când unda de suprafață inundată se propagă pe suprafața blocului de testare, energia se poate scurge în apă, astfel încât după doar câțiva milimetri, înălțimea undei reflectate a undei de suprafață inundată este redusă semnificativ. Având în vedere amplitudinea mică caracteristică distanței de transmisie a undei reflectate, traductorul piezo-ceramic inel ar trebui să fie cât mai aproape de defect posibil. În plus față de metodele de mai sus, metoda traductorului cu electrod pieptene, metoda microscopului cu ultrasunete și metoda microscopului cu ultrasunete cu scanare laser pot fi utilizate pentru detectarea defectelor moderne de suprafață piezo-ceramică. Până acum, nu există multe cercetări privind detectarea defectelor ceramice cu ultrasunete în China modernă, datele acumulate sunt mici și nu există blocuri de testare standard cu obiectivitate puternică. Direcțiile de cercetare care trebuie consolidate în viitor sunt dezvoltarea și aplicarea de noi metode de detectare a defectelor și dezvoltarea de sonde de înaltă performanță. Desigur, odată cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei informației, care este întruchipată de tehnologia computerizată, tehnologia modernă de testare nedistructivă cu ultrasunete se dezvoltă și spre procesarea semnalului digital și imagistica de inspecție.