Icke-förstörande testteknik och dess tillämpning (4)

Ultraljudsdiffraktion och spridningsegenskaper:

När ultraljudsvågen fortplantar sig genom mediet möter den ett heterogent gränssnitt (som en defekt). Enligt huygens-principen uppstår ett diffraktionsfenomen vid kanten därav, och en nyligen exciterad diffraktionsvåg genereras. ur den uppenbara synvinkeln kan den ursprungliga ultraljudsvågen fortsätta att röra sig runt defekten, men en akustisk skugga (utrymme utan ultraljudsvågor) bildas bakom defekten. Den nya diffrakterade vågen kan användas för att utvärdera ytsprickdjupet eller höjden på den inre sprickan. I Kina kallas denna metod för kantregenererande vågmetoden, och det främmande landet kallas spetsdiffraktionsvågmetoden. Fenomenet ljudskuggbildning används för ultraljudsgenomträngningsdetektering, det vill säga när ultraljudsvågor stöter på defekter på sina ljudbanor, på grund av reflektion, diffraktion, spridning, etc., och på grund av den onormala mikrostrukturen hos materialet i arbetsstycket som ska inspekteras, kommer det att orsaka dämpningen av den ultrasoniska energin i den andra änden av den växelström som tas emot, den akustiska vägen är lägre än den akustiska energin som tas emot under normala förhållanden, och skillnaden kan reflekteras genom att använda ultraljudsfeldetektorns display eller direkt använda elmätarens indikering. Används som underlag för inspektion och utvärdering, ultraljudsmätare för tjockleksmätning kan användas för att detektera defekter av plåt, komposit eller bunden struktur, såsom delaminering, avbindning etc., och kan också användas för att spricka spetsar på små elektriska brytare. Ultraljudsdiffraktion (regenerativ våg) bestämmer sprickdjupet.

Silverpläterad kontaktkvalitetsinspektion och mer. Fördelen är att det är lätt att implementera automatisk detektering, men nackdelen är att storleken på defekten och placeringen av defekten inte kan kännas, och de relativa positionerna för de två sonderna är strikt nödvändiga. När ultraljudsvågen utbreder sig i mediet kommer dess egen vågfrontsdiffusion att göra att ljudenergin som passerar genom enhetsarean vinkelrätt mot ljudstrålens riktning minskar när utbredningsavståndet ökar, vilket kallas diffusionsdämpning, vilket är själva ultraljudet. Karakteristiken är relaterad till strålspridningsvinkeln 2θ (θ är semi-diffusionsvinkeln för ultraljudsstrålen). Dessutom ligger ultraljudsvågen i materialets korngräns, faspunkten eller den akustiska impedansen för de suspenderade partiklarna, föroreningarna, bubblorna etc. i mediet (värdet är lika med produkten av ljudets hastighet och densiteten) (även om det är en liten skillnad). Spridningstillståndet är relaterat till ultraljudsvågens våglängd och spridningspartikelns storlek (den genomsnittliga kristallkorndiametern). I metallmaterialet kan förhållandet mellan våglängden λ och medeldiametern för kristallkornen delas upp i tre spridningstillstånd: Rayleigh-spridning: 'när λ, är spridningsgraden proportionell mot frekvensens fjärde potens, vilket är huvuddelen av metallen. slumpmässig spridning: ≈λ är vanligtvis graden av spridning mot kvadraten, graden av spridning är vanligtvis proportionen av frekvensen, frekvensen. fallet i grovkorniga gjutningar: ≥ λ, graden av spridning är omvänt proportionell mot, vilket ofta uttrycks i I det fall där ytan på den detekterade ytan av arbetsstycket är grov, den diffusa spridningsförlusten av den infallande akustiska energin vid gränssnittet kan orsakas av en liknande väderlekssituation inte lysa genom dimman På grund av förekomsten av spridningsfenomenet, är den akustiska energin genom enhetsarean vinkelrät mot ljudbanan reducerad, det vill säga spridningsdämpningen orsakas. Även om förekomsten av detta spridningsfenomen i ultraljudspulsreflektionen minskar inte bara penetrationsmetoden. ekodiskriminering, kan den också återföras till ultraljudsvågen genom den överlagrade ultraljudsvågen i metallmaterialet. Efter att sonden har tagits emot, visas den på ultraljudsfeldetektorns display i form av ogräseko utvärdering av skräpnivåer har blivit en viktig indikator i acceptanskriterierna för ultraljudstestning av smide av titanlegering.

Ultraljudsdämpningsegenskaper Förutom spridningsdämpningen som beskrevs i föregående avsnitt, är en annan viktig orsak till energidämpning när ultraljudsvågor överförs genom materialet dämpningen på grund av intern absorption, som är relaterad till materialets viskositet, värmeledning, gränsfriktion, Relaxationsfenomenet i form av ultraljudsenergi och solenergi är relaterat till formen av ultraljudsenergi och solenergi. förutom dislokationsrörelse (såsom dislokationsdensitet, längdförändring, närvaro av hål och föroreningar) och magnetiska domänväggsrörelser, orsakar kvarstående spänning ljudfältsstörningar...etc. De kan orsaka dämpning av ultraljudsenergi, vilket motsvarar spridningsdämpningen i den övre delen. Vi hänvisar till den ultraljudsenergidämpning som orsakas av dessa skäl som absorptionsabsorption. Det kan ses att dämpningsmekanismen för ultraljudsvågor i materialet är mycket komplicerad. Vi överväger en omfattande dämpning. Antag att ljudtrycksamplituden vid avståndskällan X=0 är P0, och ljudtrycksamplituden efter avståndet X är PX, då: PX =P0·e-αx, där α kallas dämpningskoefficienten, som kan delas upp i två delar, nämligen: α=αs+αa, där αs är spridningskoefficienten dämpning och αau dämpning. Därför är dämpningskoefficienten uttryckt i a en omfattande parameter för ett material, som i allmänhet ökar när ultraljudsfrekvensen ökar. I ultraljudstestningen är det möjligt att bestämma graden av reduktion av akustisk energi efter att ultraljudsvågen passerar genom materialet (till exempel utvärderingen av graden av reduktion av ekoamplituden för arbetsstyckets bottenyta i ultraljudspulsreflektionsmetoden) kallas bottenvågsförlustutvärderingen eller bottenreflektionsvågen, eller ultraljudsvågen. Penetrationsmetod kan användas för att bedöma arten, morfologin och distributionen av materialets mikrostruktur, såsom detektering av grova kristaller av metallmaterial, överhettning och överbränning, (överhettad struktur i metallsmide), karbider. Likhet, hårdmetallsfäroidiseringshastighet för segjärn, draghållfasthet i rumstemperatur för kolstål, spänningsmätning och liknande. 

Tillgängliga data introducerar användningen av clutter-displayen orsakad av spridning och dämpningsutvärderingen av ekoamplituden för att bedöma avståndet mellan cementitskiktet i perlitstrukturen hos lokomotivhjulet (perlitstålet med en kolhalt på 0,53~0,61%). Bestäm sträckgränsen och slitstyrkan för hjulet. Det finns också rapporter om användningen av ultraljudsdämpningsegenskaper vid utmattningstestning av material (i utmattningstestet kan den interna friktionen och gitterförvrängningen inuti provet orsaka ultraljudsspridning, och den lokala plastiska deformationen av den brutna ytan kan orsaka att ultraljudsenergin absorberas). Används för utvärdering av brottseghet hos stål. Att kombinera ultraljudsdämpningsegenskaperna med ljudhastighetsegenskaperna kan användas för att bestämma till exempel vätehalten i titanlegeringar (minska risken för väte i titanlegeringar) och för att bedöma åldringskvaliteten hos aluminiumlegeringar. Hastighetskarakteristika för ultraljudsvågor av samma vågtyp har olika materialhastigheter och vågor i olika material och vågor, vågtyper har också olika utbredningshastigheter. När sammansättningen, mikrostrukturen, densiteten, inneslutningsförhållandet, koncentrationen, polymeromvandlingshastigheten, styrkan, temperaturen, fuktigheten, trycket (spänningen), flödeshastigheten hos materialet varierar eller ändras, kommer ljudhastigheten också att variera. Med hjälp av en speciell ljudhastighetsmätare eller en konventionell feldetektor eller tjockleksmätare av ultraljudspulstyp för att jämföra materialet med en känd ljudhastighet med en känd ljudhastighet så att ljudhastigheten är okända. hastighet eller ljudhastigheten för materialet kan mätas och kan tillämpas: (1) Bestämning av fysikaliska konstanter för material, såsom: enligt förhållandet i fysik, generellt: ljudhastighet C = (E / ρ) 1/2, där ρ är materialdensiteten, E är materialets elasticitetsmodul . Eftersom ljudhastigheten påverkas av materialets anisotropi, form och gränssnitt, och respektive elasticitetsmoduler används beroende på vibrationsformen hos ultraljudsvågen, den longitudinella våghastigheten i gas och vätska (endast i gas och vätska) Den longitudinella vågen har: CL = (K / ρ0) 1/2, där Kvolymen är den elastiska modul. modul) för materialet, och ρ0 är den ursprungliga statiska densiteten för mediet i närvaro av den akustiska vågen. I fasta ämnen: ultraljudets longitudinella våghastighet som utbreder sig axiellt i en tunn stav med en diameter som är mindre än ultraljudsvåglängden är: Cl = (E / ρ) 1/2, där E är materialets Youngs modul och ρ är materialdensitetens diameter. våglängd. CL={[K+(4/3)G]/ρ}1/2={[E(1-σ)]/ρ(1+σ) (1-2σ)} K i 1/2-formeln är den kapacitiva elasticitetsmodulen (volymetrisk elasticitetsmodul) för materialet, G är skjuvelasticitetsmodulen för materialet, och materialets poi är förhållandet för materialet σ kraft,När longitudinell töjning uppstår i riktningen genereras lateral töjning också i vertikal riktning, och förhållandet mellan dem kallas poissons förhållande, vilket är en av materialets fysiska egenskaper). Skjuvvågens ljudhastighet är: Cs=(G/ρ)1/2={E/[ρ·2(1+σ)]}1/2 Rayleigh-vågens ljudhastighet är: CR=[(0,87+1,12σ)/(1 +σ)]·(G/ρ)1/2. när ljudhastigheten mäts och en annan parameter är känd, kan andra parametrar beräknas.

(2) Mätning av temperatur: Ljudhastigheten i mediet är relaterad till mediets temperatur. Denna egenskap kan användas för att mäta temperaturen på det beröringsfria mediet. Den kan vidare användas för att indikera mediets smältpunkt, kokpunkt och fasförändring och för att mäta mediets specifika värme. Smältvärmen är reaktionsvärmet och förbränningsvärmet mäts, och mediets renhet och molekylvikt mäts.

(3) Mätning av flödeshastighet: När ultraljudsvågor utbreder sig i ett strömmande medium (såsom gas-, vätske- eller vätskeöverföringsrör som innehåller en viss andel fasta partiklar, eller vattenkanaler.), är utbredningshastigheten annorlunda än den under statiska förhållanden med avseende på ett fast koordinatsystem. Det är relaterat till mediets flöde, så att flödeshastigheten kan bestämmas baserat på förändringen i ljudhastigheten och flödeshastigheten (vätsketvärsnittsarea x flödeshastighet) kan bestämmas ytterligare. (4) Mätning av vätskans viskositet η: Enligt den akustiska skjuvimpedansen Z och (η·ρ) 1/2 (η är vätskans viskositet, ρ är vätskans densitet), och den akustiska impedansen Z=ρ·C, därför kan genom att mäta hastigheten för ljudet och bestämma densiteten för vätskan bestämt. (5) Spänningsmätning: Utbredningshastigheten för ultraljudsvågor i materialet har en ungefärlig linjär förändring med den applicerade spänningen (kallad ultraljudsspänningseffekt), så den kan användas för att mäta hållfastheten hos förspänd betong, metallens styrka och kvarvarande spänning och fästningen. Dragspänning på ett stycke (som en fästbult). (6) Hårdhetsmätning: Hårdheten hos det härdade metallskiktet kan bestämmas genom att använda hastighetsändringskarakteristiken för vågen i metallytans härdade skikt.

(7) Bestämning av sprickans djup på metallytan: skillnaden mellan tidpunkten när vågen överförs direkt längs metallytan och tidpunkten när ytsprickan är närvarande och vågen förbigås av sprickan. Enligt Rayleigh-vågens utbredningshastighet kan den beräknas utifrån sprickans djup. Denna metod kallas tidsfördröjningsmetod eller transittidsmetod, Δt-metoden.

(8) Mättjocklek: Enligt förhållandet mellan ultraljudsutbredningsavståndet X och ljudhastigheten C och överföringstiden t: X=C·t, till exempel, när mäter tjockleken med ultraljudspulsreflektionsmetod, arbetsstyckets tjocklek d=C·t/2. Anledningen till att man använder nämnaren 2 här är att ultraljudssonden avger en ultraljudspuls till arbetsstyckets bottenyta och den reflekterande returproben tas emot, så att ljudvägspassagen är dubbelt så stor som arbetsstyckets tjocklek.

Med hjälp av hastighetsegenskaperna för ultraljudsvågor kan den också användas för att mäta styrkan hos sfäroidal grafitgjutjärn och graden av sfäroidisering av grafit, bestämma luftfuktigheten hos keramisk adobe för att bestämma tidpunkten för bränning i ugnen, och analys av egenskaperna hos det industriella mediet och det syrehaltiga mediet (till exempel det syrehaltiga mediet). den metaboliska hastigheten för djurens andning har förändringen i innehållet av en komponent i gasen, etc.liksom tätheten av petroleumfraktionen, neoprenlatexen.

Ultraljudsfördröjningsmetoden används för att bestämma tätheten hos vätskan med ytsprickdjup och liknande. Sammanfattningsvis är tillämpningen av ultraljudshastighetsegenskaper, särskilt inom industriell mätteknik, många. Ultrasonicis är en slags mekanisk vibrationsvåg. Vi kan använda ultraljudsresonatorn för att injicera ultraljudsvågen med justerbar frekvens (främst med longitudinell våg) i arbetsstycket som ska inspekteras. När ultraljudsvågen resonerar med arbetsstyckets naturliga frekvens, fortplantar sig den infallande vågen i motsatt riktning. De reflekterade vågorna är överlagrade på varandra för att bilda en stående våg, vilket är tjockleksresonansen för den longitudinella vågen som infaller vinkelrätt. Med denna resonansegenskap kan den appliceras på följande aspekter:

(1) Tjockleksmätning:
Tjockleken på piezokeramisk skivomvandlare är d, och våglängden för ultraljudsvågen som utbreder sig däri är λ, vilket erhålls när resonans uppstår: d=λ1/2=2λ2/2=3λ3/2=...=n·λn/2, där n är Vilket positivt heltal som helst, det vill säga att tjockleken på en halva av arbetsstycket är lika med en halva tiden av arbetsstycket. våglängden för den resonanta ultraljudsvågen. När ultraljudshastigheten C för provbitmaterialet är känd, enligt förhållandet mellan ljudhastigheten, våglängden och frekvensen: C = λ · f, kan ultraljudsfrekvensen vid tidpunkten för tjockleksresonans erhållas: fn = C / λn = n · C / 2d När n=1, f1=C/2 är grundfrekvensen, som är grundfrekvensen för tjockleken. Eftersom skillnaden mellan frekvenserna för två intilliggande övertoner är lika med grundfrekvensen, finns det: fn-fn-1=nf1-( N-1) f1=f1, så frekvensen för två intilliggande övertoner i tjockleksresonansen kan bestämmas av resonatorn, och tjockleken på arbetsstycket är: d-1f=C/2 frekvensen av (1f)],-[n icke intilliggande övertoner är fm respektive fn, eftersom: fm-fn=(mn)f1.

(2) Detektering av defekter:
När det finns en defekt i arbetsstycket som ska inspekteras kommer den nationella frekvensen att ändras jämfört med samma arbetsstycke utan defekter, och resonanstillståndet kommer också att ändras (resonansfrekvensen ändras), så att förekomsten av defekten kan upptäckas i enlighet därmed. Till exempel används den för att mäta hårdheten hos metaller, för att inspektera kvaliteten på plåtpunktsvetsning, speciellt för bindningsdefekter hos kompositmaterial och bundna strukturer (såsom obundna, frilagda, dålig gel, etc.) och detektering av bindningsstyrka. akustisk vibrationsdetekteringsmetod är utformad för att kontrollera kvaliteten på limfogar.

En typisk tillämpning av ultraljudsresonansegenskaper är en ultraljudshårdhetstestare, som mäter hårdheten med hjälp av en förändring av resonansfrekvensen för ultraljudssensorstaven. Den används främst för att bestämma hårdheten hos en metall, och kan även användas för andra mätningar genom en jämförelsemetod. Ultraljudshårdhetsmätning har fördelarna med minimal skada på provbitens yta, snabb mäthastighet och enkel operationsprocedur. Den är särskilt lämplig för 100 % inspektion av färdiga arbetsstycken, och kan direkt detektera arbetsstycket genom att hålla i sonden, speciellt lämplig för stora skalor som är svåra att flytta. Arbetsstycken delar som inte är lätt att demontera, som mäts. Följande är ett exempel på den ultraljudshårdhetstestare som producerades. Under det enhetliga kontakttrycket är sensorns spets i kontakt med ytan på teststycket, och sensorns resonansfrekvens kommer att följa teststycket. Testbitens hårdhet bestäms genom att mäta förändringen i sensorns resonansfrekvens.