Tehnologia de testare nedistructivă și aplicarea acesteia (4)

Difracția cu ultrasunete și caracteristicile de împrăștiere:

Când unda ultrasonică se propagă prin mediu, aceasta întâlnește o interfață eterogenă (cum ar fi un defect). Conform principiului huygens, la marginea acestuia are loc un fenomen de difracție și este generată o undă de difracție nou excitată. din punct de vedere aparent, unda ultrasonică originală poate continua să avanseze în jurul defectului, dar în spatele defectului se formează o umbră acustică (spațiu fără unde ultrasonice). Noua undă difractată poate fi utilizată pentru a evalua adâncimea fisurii de suprafață sau înălțimea fisurii interne. În China, această metodă este numită metoda undelor regenerative de margine, iar țara străină este numită metoda undei de difracție a vârfului. Fenomenul de formare a umbrei sunetului este utilizat pentru detectarea penetrării cu ultrasunete, adică atunci când undele ultrasonice întâlnesc defecte pe căile lor de sunet, din cauza reflexiei, difracției, împrăștierii etc., și din cauza microstructurii anormale a materialului piesei de prelucrat care trebuie inspectat, va provoca atenuarea ultrasunetelor, astfel încât energia de propagare a ultrasunetelor este mai scăzută la capătul căii de propagare a ultrasunetelor, astfel încât energia acustică primită este mai mică. decât energia acustică primită în condiții normale, iar diferența poate fi reflectată utilizând afișajul detectorului de defecte cu ultrasunete sau direct folosind indicația contorului electric. Folosit ca bază pentru inspecție și evaluare, Instrumentul de măsurare a grosimii cu ultrasunete poate fi utilizat pentru detectarea defectelor tablei, compozitelor sau structurii lipite, cum ar fi delaminarea, delipirea etc. și poate fi folosit și pentru crăparea vârfurilor întrerupătoarelor electrice mici. Difracția cu ultrasunete (unda regenerativă) determină adâncimea fisurii.

Inspecție de calitate a contactului placat cu argint și multe altele. Avantajul este că este ușor de implementat detectarea automată, dar dezavantajul este că dimensiunea defectului și locația defectului nu pot fi cunoscute, iar pozițiile relative ale celor două sonde sunt strict necesare. Când unda ultrasonică se propagă în mediu, propria sa difuzie a frontului de undă va face ca energia sunetului care trece prin zona unității perpendiculară pe direcția fasciculului de sunet să scadă pe măsură ce distanța de propagare crește, ceea ce se numește atenuare a difuziei, care este ultrasunetul în sine. Caracteristica este legată de unghiul de răspândire al fasciculului 2θ (θ este unghiul de semidifuzie al fasciculului de ultrasunete). În plus, unda ultrasonică se află în granița materialului, punctul de fază sau impedanța acustică a particulelor suspendate, impurităților, bulelor etc. din mediu (valoarea este egală cu produsul dintre viteza sunetului și densitatea) (chiar dacă este o diferență ușoară). Starea de împrăștiere este legată de lungimea de undă a undei ultrasonice și de mărimea particulei de împrăștiere (diametrul mediu al granulelor de cristal). În materialul metalic, raportul dintre lungimea de undă λ și diametrul mediu al granulelor de cristal poate fi împărțit în trei stări de împrăștiere: împrăștiere Rayleigh: 'când λ, gradul de împrăștiere este proporțional cu puterea a patra a frecvenței, care este cea mai mare parte a metalului. împrăștierea aleatorie: ≈λ, de obicei, gradul de împrăștiere este proporțional cu frecvența pătratului. în cazul turnării cu granulație grosieră: ≥ λ, gradul de împrăștiere este invers proporțional cu, care este adesea exprimat în În cazul în care suprafața suprafeței detectate a piesei de prelucrat este rugoasă, pierderea difuză a energiei acustice incidente la interfață este cauzată. Datorită existenței fenomenului de împrăștiere, energia acustică prin zona unității este perpendiculară pe calea sunetului este redusă, adică atenuarea împrăștierii este cauzată. prin reverberația suprapusă a undei ultrasonice împrăștiate în materialul metalic, după recepționarea sondei, aceasta este afișată pe ecranul detectorului de defecte cu ultrasunete sub formă de ecou de buruieni.

Caracteristici de atenuare cu ultrasunete Pe lângă atenuarea prin împrăștiere descrisă în secțiunea anterioară, o altă cauză importantă a atenuării energiei atunci când undele ultrasonice sunt transmise prin material este atenuarea datorată absorbției interne, care este legată de vâscozitatea materialului, conducția căldurii, frecarea la limită, Fenomenul de relaxare este legat de pierderea energiei ultrasonice sub formă de dizolvare și migrare a atomului în formă de dizolvare. mișcarea (cum ar fi densitatea de dislocare, modificarea lungimii, prezența găurilor și a impurităților) și mișcarea peretelui în domeniul magnetic, stresul rezidual provoacă perturbări ale câmpului sonor... etc. Ele pot provoca atenuarea energiei ultrasonice, care corespunde atenuării împrăștierii în secțiunea superioară. Ne referim la atenuarea energiei ultrasonice cauzată de aceste motive ca absorbție prin absorbție. Se poate observa că mecanismul de atenuare a undelor ultrasonice din material este foarte complicat. Luăm în considerare atenuarea cuprinzătoare. Presupunem că amplitudinea presiunii sonore la sursa de distanță X=0 este P0, iar amplitudinea presiunii sonore după distanța X este PX, atunci: PX =P0·e-αx, unde α se numește coeficient de atenuare, care poate fi împărțit în două părți, și anume: α=αs+αa, unde αs este coeficientul de împrăștiere și coeficientul de atenuareα este coeficientul de atenuare de împrăștiere. Prin urmare, coeficientul de atenuare exprimat în α este un parametru cuprinzător al unui material, care crește în general pe măsură ce crește frecvența ultrasonică. În testarea cu ultrasunete, este posibil să se determine gradul de reducere a energiei acustice după ce unda ultrasonică trece prin material (de exemplu, evaluarea gradului de reducere a amplitudinii ecoului suprafeței inferioare a piesei de prelucrat în metoda de reflectare a impulsului ultrasonic) se numește evaluarea pierderii undei inferioare sau pierderea de reflexie inferioară sau unda ultrasonică. Metoda de penetrare poate fi utilizată pentru a evalua natura, morfologia și distribuția microstructurii materialului, cum ar fi detectarea cristalelor grosiere ale materialelor metalice, supraîncălzirea și supra-ardere, (structură supraîncălzită în forjarea metalului), carburi. Uniformitate, rata de sferoidizare a carburilor a fontului ductil, rezistența la tracțiune la temperatura camerei a oțelului carbon, măsurarea tensiunii și altele asemenea. 

Datele disponibile introduc utilizarea afișajului dezordinei cauzate de împrăștiere și evaluarea atenuării amplitudinii ecoului pentru a judeca distanța dintre stratul de cementită în structura perlită a roții locomotivei (oțelul perlit cu un conținut de carbon de 0,53~0,61%). Determinați limita de curgere și rezistența la uzură a roții. Există, de asemenea, rapoarte despre utilizarea caracteristicilor de atenuare ultrasonică în testarea la oboseală a materialelor (în testul de oboseală, frecarea internă și distorsiunea rețelei din interiorul specimenului pot provoca împrăștiere ultrasonică, iar deformarea plastică locală a suprafeței fracturate poate determina absorbția energiei ultrasonice). Folosit pentru evaluarea tenacității la rupere a oțelului. Combinarea caracteristicilor de atenuare ultrasonică cu caracteristicile vitezei sunetului poate fi utilizată pentru a determina, de exemplu, conținutul de hidrogen din aliajele de titan (reducerea riscului de hidrogen în aliajele de titan) și pentru a evalua calitatea îmbătrânirii aliajelor de aluminiu. viteze. Atunci când compoziția, microstructura, densitatea, raportul de includere, concentrația, rata de conversie a polimerului, rezistența, temperatura, umiditatea, presiunea (stresul), debitul materialului variază sau se modifică, viteza sunetului va varia și ea. Folosind un tester special de viteză a sunetului sau un detector de defecte de tip ultrasunete de tip reflexie a impulsului sau un indicator de grosime pentru a compara materialul cu o viteză necunoscută a sunetului, astfel încât viteza sunetului sau viteza sunetului cunoscută, astfel încât viteza sunetului cunoscut pot fi măsurate și pot fi aplicate: (1) Determinarea constantelor fizice ale materialelor, cum ar fi: conform relației din fizică, în general: viteza sunetului C = (E / ρ) 1/2, unde ρ este densitatea materialului, E este modulul elastic al materialului . Deoarece viteza sunetului este afectată de anizotropia, forma și interfața materialului, iar modulele elastice respective sunt utilizate în funcție de forma de vibrație a undei ultrasonice, viteza undei longitudinale în gaz și lichid (numai în gaz și lichid) Unda longitudinală are: CL = (K / ρ0) 1/2, unde K este modulul elastic capacitiv (modulul volumetric și ρ0 de elasticitate inițial al materialului) prezența undei acustice. În solide: viteza undei ultrasonice longitudinale care se propagă axial într-o tijă subțire având un diametru mai mic decât lungimea de undă ultrasonică este: Cl = (E / ρ) 1/2, unde E este modulul Young al materialului și ρ este diametrul densității materialului. CL={[K+(4/3)G]/ρ}1/2={[E(1-σ)]/ρ(1+σ) (1-2σ)} K în formula 1/2 este modulul de elasticitate capacitiv (modulul elastic volumetric) al materialului, G este modulul de elasticitate la forfecare al materialului și σ este raportul lui Poisson al materialului care apare, de asemenea, direcția de deformare longitudinală este forța materialului generate în direcția verticală, iar raportul dintre ele se numește raportul lui Poisson, care este una dintre proprietățile fizice ale materialului). Viteza sunetului undei de forfecare este: Cs=(G/ρ)1/2={E/[ρ·2(1+σ)]}1/2 Viteza sunetului undei Rayleigh este: CR=[(0,87+1,12σ)/(1 +σ)]·(G/ρ)1/2. când se măsoară viteza sunetului și se cunoaște un alt parametru, se pot calcula alți parametri.

(2) Măsurarea temperaturii: Viteza sunetului în mediu este legată de temperatura mediului. Această caracteristică poate fi utilizată pentru a măsura temperatura mediului fără contact. În plus, poate fi utilizat pentru a indica punctul de topire, punctul de fierbere și schimbarea de fază a mediului și pentru a măsura căldura specifică a mediului. Căldura de fuziune este căldura de reacție și se măsoară căldura de ardere și se măsoară puritatea și greutatea moleculară a mediului.

(3) Măsurarea debitului: Când undele ultrasonice se propagă într-un mediu care curge (cum ar fi conductele de transfer de gaz, lichid sau fluide care conțin o anumită proporție de particule solide sau canale de apă), viteza de propagare este diferită de cea în condiții statice în raport cu un sistem de coordonate fix. Este legat de debitul mediului, astfel încât debitul poate fi determinat pe baza modificării vitezei sunetului și debitul (aria secțiunii transversale a fluidului x debitul) poate fi determinat în continuare. (4) Măsurarea vâscozității lichidului η: În funcție de impedanța acustică de forfecare Z și (η·ρ) 1/2 (η este vâscozitatea lichidului, ρ este densitatea lichidului) și impedanța acustică Z=ρ·C, prin urmare Măsurând viteza sunetului și determinând densitatea lichidului, se determină densitatea lichidului. (5) Măsurarea tensiunii: Viteza de propagare a undelor ultrasonice în material are o modificare aproximativ liniară cu solicitarea aplicată (numit efect de stres ultrasonic), astfel încât poate fi utilizată pentru a măsura rezistența betonului precomprimat, rezistența și efortul rezidual al metalului și fixarea. Tensiunea de tracțiune asupra unei piese (cum ar fi un șurub de fixare). (6) Măsurarea durității: duritatea stratului întărit de suprafață metalică poate fi determinată utilizând caracteristica de schimbare a vitezei undei în stratul întărit al suprafeței metalice.

(7) Determinarea adâncimii fisurii pe suprafața metalului: diferența dintre timpul în care unda este transmisă direct de-a lungul suprafeței metalice și momentul în care fisura de suprafață este prezentă și unda este ocolită de fisura. În funcție de viteza de propagare a undei Rayleigh, aceasta poate fi calculată prin adâncimea fisurii. Această metodă se numește metoda cu întârziere sau metoda timpului de tranzit, metoda Δt.

(8) Grosimea de măsurare: În funcție de relația dintre distanța de propagare a ultrasunetelor X și viteza sunetului C și timpul de transmisie t: X=C·t, de exemplu, când se măsoară grosimea prin metoda de reflexie a impulsului ultrasonic, grosimea piesei de prelucrat d=C·t/2. Motivul pentru care se utilizează numitorul 2 aici este că sonda ultrasonică emite un impuls ultrasonic pe suprafața inferioară a piesei de prelucrat și este recepționată sonda de retur reflectorizant, astfel încât căile de trecere a sunetului sunt de două ori mai mari decât grosimea piesei de prelucrat.

Folosind caracteristicile de viteză ale undelor ultrasonice, se poate aplica, de asemenea, la măsurarea rezistenței fontei cu grafit sferoidal și a gradului de sferoidizare a grafitului, determinarea umidității chirpicului ceramic pentru a determina momentul arderii în cuptor și analiza caracteristicilor mediului gazos și azotului industrial (de exemplu, oxigenul și puritatea mediului industrial). rata metabolică a respirației animalelor are modificarea conținutului unei componente din gaz etc.precum și densitatea fracției petroliere, latexul de neopren.

Metoda de întârziere cu ultrasunete este utilizată pentru a determina densitatea lichidului de adâncime a fisurii de suprafață și altele asemenea. În rezumat, aplicarea caracteristicilor vitezei ultrasonice, în special în tehnologia de măsurare industrială, este numeroase. Ultrasunetele sunt un fel de undă de vibrație mecanică. Putem folosi rezonatorul ultrasonic pentru a injecta unda ultrasonică cu frecvență reglabilă (în principal folosind unda longitudinală) în piesa de prelucrat care urmează să fie inspectată. Când unda ultrasonică rezonează cu frecvența naturală a piesei de prelucrat, unda incidentă din direcția opusă se propagă. Undele reflectate sunt suprapuse una peste alta pentru a forma o undă staționară, care este rezonanța grosimii undei longitudinale incidente perpendicular. Cu această caracteristică de rezonanță, se poate aplica la următoarele aspecte:

(1) Măsurarea grosimii:
Grosimea de traductorul cu disc piezo-ceramic este d, iar lungimea de undă a undei ultrasonice care se propagă în acesta este λ, care se obține atunci când are loc rezonanța: d=λ1/2=2λ2/2=3λ3/2=...=n·λn/2, unde n este Orice număr întreg pozitiv, adică grosimea piesei de prelucrat care trebuie inspectată în acest timp este egală cu jumătatea undei ultrasonice a întregii undă ultrasonică. Când se cunoaște viteza ultrasonică C a materialului piesei de testare, în funcție de relația dintre viteza sunetului, lungimea de undă și frecvența: C = λ · f, se poate obține frecvența ultrasonică la momentul rezonanței grosimii: fn = C / λn = n · C / 2d Când n=1, f1=C/2d, care este frecvența fundamentală de rezonanță a grosimii. Deoarece diferența dintre frecvențele oricăror două armonice adiacente este egală cu frecvența fundamentală, există: fn-fn-1=nf1-( N-1) f1=f1, deci frecvența a două armonici adiacente în rezonanța grosimii poate fi determinată de rezonator, iar grosimea piesei de prelucrat este: d=C/fn2-f1-adiacentă când frecvența adiacentă armonicele sunt fm şi respectiv fn, deoarece: fm-fn=(mn)f1.

(2) Detectarea defectelor:
Atunci când există un defect în piesa de prelucrat care trebuie inspectată, frecvența națională se va modifica în comparație cu aceeași piesă de prelucrat fără defecte, iar starea de rezonanță se va modifica și (se modifică frecvența de rezonanță), astfel încât existența defectului să poată fi detectată în consecință. De exemplu, este folosit pentru a măsura duritatea metalelor, pentru a inspecta calitatea sudării în puncte a foii, în special pentru defectele de lipire ale materialelor compozite și structurilor lipite (cum ar fi nelegate, delipite, gel slab etc.) și detectarea rezistenței de lipire. Metoda de detectare a vibrațiilor acustice este concepută pentru a verifica calitatea îmbinărilor adezive.

O aplicație tipică a caracteristicilor de rezonanță ultrasonică este un tester de duritate ultrasonic, care măsoară duritatea prin intermediul unei modificări a frecvenței de rezonanță a barei senzorului ultrasonic. Este folosit în principal pentru a determina duritatea unui metal și poate fi folosit și pentru alte măsurători printr-o metodă de comparație. Măsurarea durității cu ultrasunete are avantajele deteriorării minime a suprafeței piesei de testat, vitezei rapide de măsurare și procedurii de operare simplă. Este potrivit în special pentru inspecția de 100% a pieselor de prelucrat finite și poate detecta direct piesa de prelucrat ținând sonda, potrivit în special pentru cântare mari care sunt greu de mutat. Piese de prelucrat piese care nu sunt ușor dezasamblate, care sunt măsurate. Următorul este un exemplu de tester de duritate cu ultrasunete, care a produs. Sub presiunea de contact uniformă, vârful senzorului este în contact cu suprafața piesei de testare, iar frecvența de rezonanță a senzorului va urma piesa de testare. Duritatea piesei de testare se determină prin măsurarea modificării frecvenței de rezonanță a senzorului.