Tecnologia de teste não destrutivo e sua aplicação (4)

Difração ultra-sônica e características de dispersão:

Quando a onda ultra-sônica se propaga através do meio, encontra uma interface heterogênea (como um defeito). De acordo com o princípio de Huygens, ocorre um fenômeno de difração na sua borda, e uma onda de difração recém animada é gerada. Do ponto de vista aparente, a onda ultrassônica original pode continuar a avançar em torno do defeito, mas uma sombra acústica (espaço sem ondas ultrassônicas) é formada atrás do defeito. A nova onda difrated pode ser usada para avaliar a profundidade de rachadura de superfície ou a altura da rachadura interna. Na China, este método é chamado de método de onda regenerativa de borda, e o país estrangeiro é chamado de método de onda de difracção de ponta. O fenômeno da formação de sombra som é usado para a detecção de penetração ultra-sônica, ou seja, quando ondas ultra-sônicas encontram defeitos em seus caminhos de som, devido a reflexão, difração, espalhamento, etc., e por causa da microestrutura anormal do material da peça de trabalho para ser inspecionado, causará a atenuação da energia de propagação ultra-sônica, de modo que a energia acústica recebida na outra extremidade do caminho acústico é menor do que a acústica recebida em condições normais, e a diferença pode ser refletida usando o detector de falhas ultra-sônicas exibir ou usar diretamente a indicação do medidor elétrico. Como base para inspeção e avaliação,Medidor de medição de espessura ultra-sônicaPode ser usado para detecção de defeito de folha, estrutura composta ou ligada, como delaminação, debonding etc., e também pode ser usado para pontas de rachamento de pequenos interruptores elétricos. Difração ultra-sônica (onda regenerativa) determina a profundidade de rachadura.

Banhado a prata em contato com a inspeção de qualidade e muito mais. A vantagem é que é fácil implementar a detecção automática, mas a desvantagem é que o tamanho do defeito e a localização do defeito não podem ser conhecidos, e as posições relativas das duas sondas são estritamente necessárias. Quando a onda ultrassônica se propaga no meio, sua própria difusão de onda fará com que a energia sadia passe pela área unitária perpendicular à direção do feixe de som para diminuir à medida que a distância de propagação aumenta, que é chamada de uma atenuação de difusão, que é o próprio ultra-sônico . A característica está relacionada ao ângulo de propagação do feixe 2θ (θ é o ângulo de semi-difusão do feixe de ultra-som). Além disso, a onda ultrassônica está no limite de grãos do material, o ponto de fase ou a impedância acústica das partículas suspensas, impurezas, bolhas, etc. no meio (o valor é igual ao produto da velocidade do som e a densidade) (mesmo que seja uma ligeira diferença). O estado de dispersão está relacionado com o comprimento de onda da onda ultrassônica e a magnitude da partícula de dispersão (o diâmetro médio de grãos de cristal). No material de metal, a proporção do comprimento de onda λ para o diâmetro médio dos grãos de cristal pode ser dividida em três estados de dispersão: dispersão de Rayleigh: \"Quando λ, o grau de espalhamento é proporcional ao quarto poder da frequência, que é a maioria do metal. Dispersão aleatória: ≈λ, o grau de espalhamento é proporcional ao quadrado da frequência, tal como é geralmente o caso em fundições de grãos grossos; dispersão difusa: ≥ λ, o grau de dispersão é inversamente proporcionalmente, que é frequentemente expresso no caso em que a superfície da superfície detectada da peça de trabalho é áspera, a perda difusa de dispersão da acústica incidente na interface é causada. Uma metáfora semelhante para esta situação pode ser como se o carro as luzes foram espalhadas no clima nebuloso e não podiam brilhar através do nevoeiro. Devido à existência do fenômeno de dispersão, a energia acústica pela área da unidade é perpendicular ao caminho sólido é reduzido, isto é, t Ele dispersão é causada. Embora a existência desse fenômeno de dispersão no método de detecção de reflexão de pulso ultra-sônico não apenas reduza a capacidade de penetração da onda ultrassônica, mas também interfere na discriminação de eco, também pode ser devolvida à onda ultrassônica pela reverberação sobreposta da onda ultra-sônica espalhada no material de metal. Depois que a sonda é recebida, ela é exibida na exibição do detector de falhas ultra-sônicas na forma de eco de ervas daninhas. Ao avaliar o nível de desordem, a microestrutura do material de metal pode ser julgada e avaliada. Especialmente na indústria aeroespacial, a avaliação dos níveis de desordem tornou-se um importante indicador nos critérios de aceitação para testes ultrassônicos de liga de titânio é.

Características de atenuação ultra-sônica Além da atenuação de dispersão descrita na seção anterior, outra importante causa de atenuação de energia quando as ondas ultra-sônicas são transmitidas através do material é a atenuação devido à internalabsorção, que está relacionada à viscosidade do material, da condução de calor, Fricção, o fenômeno de relaxamento está relacionado com a perda de energia ultra-sônica na forma de migração atômica de calor e soluto, além de movimento de deslocamento (como densidade de deslocamento, mudança de comprimento, presença de buracos e impurezas) e movimento de parede magnética, residual O estresse causa distúrbios de campo sólidos ... etc. Eles podem causar a atenuação da energia ultra-sônica, que corresponde à atenuação de dispersão na seção superior. Referimo-nos à atenuação de energia ultra-sônica causada por estas razões como absorção de absorção. Pode-se ver que o mecanismo de atenuação de ondas ultra-sônicas no material é muito complicado. Consideramos atenuação abrangente. Suponha que a amplitude de pressão sonora na fonte de distância X = 0 seja P0, e a amplitude de pressão sonora após a distância X é px, então: px = p0 · e-αx, onde α é chamado de coeficiente de atenuação, que pode ser dividido Em duas partes, a saber: α = αs + αa, onde αs é o coeficiente de atenuação de dispersão e αa é o coeficiente de atenuação de absorção. Portanto, o coeficiente de atenuação expresso em α é um parâmetro abrangente de um material, que aumenta que a frequência ultra-sônica aumenta. Nos testes ultrassónicos, é possível determinar o grau de redução da energia acústica após a onda ultrassônica passa pelo material (por exemplo, a avaliação do grau de redução da amplitude de eco da superfície inferior da peça inferior da peça de baixo Método de reflexão de pulso) é chamado de avaliação da perda de onda inferior ou a perda de reflexão inferior, ou onda ultrassônica. O método de penetração pode ser usado para avaliar a natureza, a morfologia e a distribuição da microestrutura do material, como a detecção de cristais grosseiros de materiais metálicos, superaquecimento e queima excessiva, (estrutura anoveratada em carbos de metal), carbonetos. Uniformidade, taxa de esferoidização de carboneto de ferro dúctil, temperatura ambiente resistência à tração do aço carbono, medição de estresse e semelhantes.

Os dados disponíveis introduzem o uso do display da desordem causada por dispersão e a avaliação da atenuação da amplitude de eco para julgar o espaçamento da camada de cemento na estrutura de pérola da roda locomotiva (o aço de pérola com um teor de carbono de 0,53 ~ 0,61% ). Determine o limite de rendimento e desgaste a resistência da roda. Há também relatórios sobre o uso de características de atenuação ultra-sônica em testes de fadiga de materiais (no teste de fadiga, a fricção interna e a distorção de treliça dentro do espécime podem causar dispersão ultra-sônica, e a deformação plástica local da superfície fraturada pode causar a energia ultra-sônica para ser absorvido). Usado para a avaliação da dureza da fratura do aço. Combinando as características de atenuação ultra-sônica com as características de velocidade sonora podem ser usadas para determinar, por exemplo, o conteúdo de hidrogênio em ligas de titânio (reduzindo o risco de hidrogênio em ligas de titânio) e para avaliar a qualidade de envelhecimento das ligas de alumínio, características de velocidade das ondas ultra-sônicas Do mesmo tipo de onda têm diferentes velocidades de propagação nos diferentes materiais, e no mesmo material, ondas ultrassônicas de diferentes tipos de onda também têm diferentes velocidades de propagação. Quando a composição, microestrutura, densidade, taxa de inclusão, concentração, taxa de conversão de polímero, força, temperatura, umidade, pressão (estresse), taxa de fluxo do material varia ou mudança, a velocidade do som também varia.Usando uma velocidade especial de som. Testador ou um detector de falhas do tipo de reflexão ultra-sônico convencional ou medidor de espessura para comparar o material de velocidade de som desconhecido com uma amostra padrão de velocidade sonora conhecida, de modo que a velocidade sólida ou a velocidade do som do material podem ser medidas e podem ser aplicadas : (1) Determinação de constantes físicas de materiais, como: de acordo com a relação em física, geralmente: velocidade de som c = (E / ρ) 1/2, onde ρ é a densidade do material, e é o módulo elástico do material. Como a velocidade do som é afetada pela anisotropia, forma e interface do material, e os respectivos módulos elásticos são usados ​​dependendo da forma de vibração da onda ultrassônica, a velocidade longitudinal da onda em gás e líquido (somente em gás e líquido) A onda longitudinal tem: cl = (k / ρ0) 1/2, onde k é o módulo elástico capacitivo (módulo elástico volumétrico) do material, e ρ0 é a densidade estática original do meio na presença da onda acústica. Em sólidos: a velocidade de onda longitudinal ultra-sônica propagando-se axialmente em uma haste fina com um diâmetro menor do que o comprimento de onda ultrasônico é: cl = (E / ρ) 1/2, onde e é o módulo jovem do material, e ρ é o material Diâmetro de densidade. Propagação longitudinal longitudinal da onda na direção axial de uma haste grossa maior que o comprimento de onda ultrasônico. Cl = {[K + (4/3) g] / ρ} 1/2 = {[E (1-σ)] / ρ (1 + σ) (1-2σ)} k na fórmula 1/2 é a Módulo elástico capacitivo (módulo elástico volumétrico) do material, G é o módulo elástico de cisalhamento do material, e σ é a relação de poisson do material (o material está na força, quando a tensão longitudinal ocorre na direção, a tensão lateral é Também gerado na direção vertical, e a relação entre eles é chamada de proporção de Poisson, que é uma das propriedades físicas do material). A velocidade do som da onda de cisalhamento é: CS = (g / ρ) 1/2 = {E / [ρ · 2 (1 + σ)]} 1/2 A velocidade de som da onda Rayleigh é: cr = [(0,87 + 1.12σ ) / (1 + σ)] · (g / ρ) 1/2. Quando a velocidade do som é medida e outro parâmetro é conhecido, outros parâmetros podem ser calculados.

(2) Temperatura de medição: A velocidade do som no meio está relacionada à temperatura do meio. Esta característica pode ser usada para medir a temperatura do meio não contato. Pode ainda ser usado para indicar o ponto de fusão, ponto de ebulição e mudança de fase do meio e medir o calor específico do meio. O calor da fusão é o calor da reação e o calor da combustão são medidos, e a pureza e o peso molecular do meio são medidos.

(3) taxa de fluxo de medição: quando ondas ultra-sônicas se propagam em um meio fluido (tais como tubos de transferência de gás, líquido ou fluido contendo uma certa proporção de partículas sólidas ou canais de água.), A velocidade de propagação é diferente daquelas condições estáticas com respeito a um sistema de coordenadas fixo. Está relacionado com a taxa de fluxo do meio, para que a taxa de fluxo possa ser determinada com base na alteração na velocidade do som e da taxa de fluxo (área de fluxo transversal de fluido X) pode ser ainda mais determinada. (4) medindo a viscosidade do líquido η: De acordo com a impedância acústica de cisalhamento Z e (η · ρ) 1/2 (η é a viscosidade do líquido, ρ é a densidade do líquido), e a impedância acústica z = ρ · c, portanto, medindo a velocidade do som e determinar a densidade do líquido, a densidade do telíquo pode ser determinada. (5) Medição de estresse: a velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas no material tem uma mudança aproximadamente linear com o estresse aplicado (chamado efeito de estresse ultra-sônico), por isso pode ser usado para medir a força do prestrete de concreto, a força e o estresse residual de o metal e a fixação. Estresse de tração em uma peça (como um parafuso de fixação). (6) Medição de dureza: A dureza da camada endurecida de superfície de metal pode ser determinada usando a característica de mudança de velocidade da onda na camada endurecida da superfície de metal.

(7) Determinando a profundidade da rachadura na superfície do metal: a diferença entre o tempo em que a onda é transmitida diretamente ao longo da superfície de metal e o tempo em que a fenda da superfície está presente e a onda é contornada pela rachadura. De acordo com a velocidade de propagação da onda Rayleigh, pode ser calculada pela profundidade da rachadura. Este método é chamado de método de atraso de tempo ou método de tempo de trânsito, ΔT método.

(8) Espessura de medição: De acordo com a relação entre a distância de propagação ultra-sônica x e a velocidade do som C e o tempo de transmissão t: x = c · t, por exemplo, quando está medindo a espessura pelo método de reflexão ultra-sônico de pulso, espessura da peça d = C · t / 2. A razão para usar o denominador 2 aqui é que a sonda ultra-sônica emite um pulso ultrassônico para a superfície inferior da peça de trabalho e a sonda de retorno reflexivo é recebida, de modo que o caminho de som passa é o dobro da espessura da peça de trabalho.

Utilizando as características de velocidade das ondas ultra-sônicas, também pode ser aplicado, temendo a resistência do ferro fundido de grafite esferoidal e o grau de esferoidização de grafite, determinando a umidade da adobe cerâmica para determinar o tempo de disparo no forno, e Análise das características do meio gasoso (por exemplo, a pureza do oxigênio industrial e nitrogênio). A taxa metabólica de respiração animal tem a mudança no conteúdo de um componente no gás, etc.As bem como a densidade da fração de petróleo, o látex do neoprene.

O método de atraso de tempo ultra-sônico é usado para determinar a densidade do líquido de profundidade de rachadura de superfície e semelhantes. Em resumo, a aplicação de características de velocidade ultra-sônica, especialmente na tecnologia de medição industrial é numerosa. Ultra-sonicis uma espécie de onda de vibração mecânica. Podemos usar o ressonador ultrassônico para injetar a onda ultrassônica com frequência ajustável (principalmente usando onda longitudinal) para a peça de trabalho a ser inspecionada. Quando a onda ultra-sônica ressoa com a frequência natural da peça de trabalho, a onda incidente da direção oposta se propaga. As ondas refletidas são sobrepostas entre si para formar uma onda permanente, que é a ressonância da espessura da onda longitudinal perpendicularmente incidente. Com esta característica de ressonância, pode ser aplicada aos seguintes aspectos:

(1) Medição de espessura:
A espessura de.Transdutor de disco cerâmico piezoé d, e o comprimento de onda da onda ultrassônica que propagação é λ, que é obtido quando ocorre ressonância: D = λ1 / 2 = 2λ2 / 2 = 3λ3 / 2 = ... = n · λn / 2, onde n é qualquer Integer positivo, isto é, a espessura da peça de trabalho a ser inspecionada neste momento é igual a um múltiplo integral do meio comprimento de onda da onda ultra-sônica ressonante. Quando a velocidade ultra-sônica C do material da peça de teste é conhecida, de acordo com a relação entre a velocidade do som, o comprimento de onda e a frequência: c = λ · f, a frequência ultra-sônica no momento da ressonância da espessura pode ser obtida: Fn = C / λn = n · c / 2d quando n = 1, f1 = C / 2D, que é a frequência fundamental da ressonância da espessura. Como a diferença entre as frequências de quaisquer dois harmônicos adjacentes é igual à frequência fundamental, existem: FN-FN-1 = NF1- (N-1) F1 = F1, de modo que a frequência de dois harmônicos adjacentes na ressonância da espessura ser determinado pelo ressonador, e a espessura da peça de trabalho é: D = C / [2 (FN-FN-1)], quando as frequências de harmônicos não adjacentes são FM e FN, respectivamente, desde: FM-FN = (MN) F1.

(2) Detecção de defeitos:
Quando há um defeito na peça de trabalho a ser inspecionado, a frequência nacional mudará em comparação com a mesma peça de trabalho sem defeitos, e o estado de ressonância também mudará (alterações de frequência de ressonância), de modo que a existência do defeito possa ser detectada de acordo . Por exemplo, é utilizado para medir a dureza dos metais, para inspecionar a qualidade da soldagem à folha de folha, especialmente para os defeitos de ligação de materiais compostos e estruturas ligadas (tais como abater, gel deficiente, etc.) e a detecção de Força de ligação. O método de detecção de vibração acústica é projetado para verificar a qualidade das juntas de cola.

Uma aplicação típica de características de ressonância ultra-sônica é um testador de dureza ultra-sônica, que mede a dureza por meio de uma mudança da frequência ressonante da barra de sensor ultrassônico. É usado principalmente para determinar a dureza de um metal, e também pode ser usado para outras medições por um método de comparação. A medição da dureza ultra-sônica tem as vantagens de danos mínimos à superfície da peça de teste, velocidade de medição rápida e procedimento de operação simples. É especialmente adequado para 100% de inspeção de peças acabadas, e pode detectar diretamente a peça de trabalho, segurando a sonda, especialmente adequada para grandes escalas que são difíceis de se mover. Peças de peças que não são facilmente desmontadas, que são medidas. O seguinte é um exemplo do testador de dureza ultrassônico, que produziu. No caso da pressão de contato uniforme, a ponta do sensor está em contato com a superfície da peça de teste, e a frequência ressonante do sensor seguirá a peça de teste. A dureza da peça de teste é determinada medindo a mudança na frequência ressonante do sensor.