Aplicación de cerámica piezo utilizada para pruebas ultrasónicas no destructivas.

El historial de desarrollo y las características del ultrasonido.

Acústica, como una rama de la física, es una ciencia que estudia la ocurrencia, la propagación, la recepción y los efectos de las ondas de sonido. Antes de 1940, solo había materiales piezoeléctricos de un solo cristal, que hicieron que la onda ultrasónica no se utilizaba ampliamente. En la década de 1970, se desarrollaron plzt transparentes cerámicas piezoeléctricas. El desarrollo de materiales piezoeléctricos ha promovido enormemente el desarrollo del campo ultrasónico.

La frecuencia total de las ondas de sonido es de 10-4 Hz a 1014 Hz. En general, las ondas de sonido con una frecuencia de 2 × 104 Hz a 2 × 109 Hz se llaman ondas ultrasónicas. Ultrasonido, como parte de ondas de sonido, que sigue la ley básica de la propagación de onda de sonido, peroCristal de disco de cerámica piezo.También tiene algunas características sobresalientes: ① La direccionalidad de las ondas de ultrasonido es bueno: las ondas ultrasónicas tienen la misma directividad que las ondas ligeras y pueden transmitirse direccional a través de un diseño especial. Detección efectiva en el objeto de detección, mayor será la frecuencia ultrasónica, mejor la directividad; ② Es una gran capacidad de penetración ultrasónica para la mayoría de los medios, tiene una gran capacidad penetrante; ③ Alta energía ultrasónica: la frecuencia de trabajo de la detección ultrasónica es mucho mayor que la frecuencia de las ondas de sonido y tiene una alta energía; ④ ondas ultrasónicas tienen longitudes de onda cortas y fenómenos pequeños de difracción: debido a su alta frecuencia y longitud de onda corta, sus reflejos causados ​​por defectos de objetos son fáciles de encontrar, por lo que a menudo se usan para la detección de defectos. Son estas características las que hacen ultrasonido ampliamente utilizado en pruebas no destructivas.

Principios básicos de las pruebas ultrasónicas.

Las ondas ultrasónicas se propagan en diferentes medios. ¿Cuándo se encuentra con la interfaz, las ondas ultrasónicas se someterán a la conversión de reflexión, refracción y modo de onda? Las reflexiones ocurren en interfaces heterogéneas con diferentes impedancias acústicas. Cuando las ondas ultrasónicas están perpendicularmente incidentes de medio 1 a medio 2, la reflectividad en la interfaz R. Cuanto mayor sea la diferencia en la impedancia acústica entre los dos medios, más la reflexión de las ondas ultrasónicas en la interfaz fuerte. Cuanto mayor sea la diferencia de impedancia acústica entre las inclusiones en elMaterial PZT Cerámica piezoeléctricay el sustrato, mayor será la posibilidad de detección.

Contenido de detección

La cerámica piezo detectada por el método ultrasónico se puede dividir en la detección de porosidad y la detección de defectos de la superficie. POROSIDAD DE LA PIEZA DE CERÁMICA PIEZO La resistencia, el módulo elástico y la densidad de las cerámicas piezoicas están directamente relacionadas con la porosidad. La porosidad de algunos componentes piezoes determina si se puede usar. También hay una cierta relación entre la velocidad de transmisión de ondas ultrasónicas y porosidad (o densidad) en piezocerámica. Se puede obtener a través de la medición real, y luego la porosidad de la cerámica piezo se puede obtener utilizando ecuaciones.

Los estomas se reducen a los elipsoides orientados al azar, que se distribuyen uniformemente en una matriz isotrópica. El modelo micromecánico compuesto se utiliza para calcular la velocidad del sonido y compararlo con los valores de medición. Se calcula la porosidad. Cuando se conoce la densidad teórica de materiales cerámicos piezo, la porosidad se puede calcular a partir de la densidad a granel. Hay muchos métodos para medir la densidad corporal. El método Arquímedes se usa comúnmente. Los defectos internos de la cerámica piezo también pueden detectarse mediante el método de detección de fallas de inmersión en agua. Cuando los defectos se detectan por el método de detección de fallas verticales de la inmersión longitudinal de la inmersión de agua, la ruta de la viga se puede leer directamente. Para detectar pequeños defectos, en su lugar se puede usar una sonda de frecuencia más baja.

Detección de defectos de superficie

Para la cerámica piezo, los defectos de la superficie de la misma forma y el tamaño tienen más probabilidades de causar daño que los defectos internos, por lo que la detección de defectos de la superficie es particularmente importante. Los defectos de la superficie de la cerámica piezoen generalmente se detectan por el método de onda de superficie de inmersión de agua. La onda ultrasónica (onda longitudinal) se incide en el incidente oblicuamente en la superficie del objeto para sumergirse en el agua. Cuando el ángulo de incidente θc es mayor que el segundo ángulo crítico θc, las ondas de sonido refractadas se propagan a lo largo de la superficie de la pieza de trabajo, formando una ecuación de onda de superficie: Cl 1-longitudinal en la velocidad del agua; CR2 - Velocidad de la superficie de Sonic de inmersión de agua en la pieza de trabajo.

La longitud de onda de onda de superficie es más corta que la longitud de onda de la onda de corte, y la atenuación también es mayor que la onda de corte. Al mismo tiempo, solo se propaga a lo largo de la superficie. Cuando se encuentra con esquinas o bordes afilados, habrá fuertes ecos de reflexión. Cuanto mayor sea la curvatura, más fuerte la reflexión. Cuando la onda de la superficie inundada se propaga en la superficie del bloque de prueba, la energía puede filtrarse en el agua, por lo que después de solo unos pocos milímetros, la altura de la onda reflejada de la onda de superficie inundada se reduce significativamente. En vista de la pequeña amplitud característica de la distancia de transmisión de onda reflejada, laAnillo de cerámica PIZOEl transductor debe estar lo más cerca posible del defecto. Además de los métodos anteriores, el método del transductor de electrodo de peine, el método del microscopio ultrasónico y el método de microscopio de escaneo láser se pueden usar para la detección de los defectos de la superficie de cerámica piezoelos modernos. Hasta ahora, no hay muchas investigaciones sobre la detección de fallas de cerámica ultrasónica en China moderna, los datos acumulados son pequeños, y no hay bloques de prueba estándar con fuerte objetividad. Las direcciones de investigación que deben fortalecerse en el futuro son el desarrollo y la aplicación de nuevos métodos de detección de fallas y el desarrollo de sondas de alto rendimiento. Por supuesto, con el rápido desarrollo de la tecnología de la información, que está encarnada por la tecnología informática, la tecnología de pruebas no destructivas ultrasónica moderna también se está desarrollando para el procesamiento de la señal digital y las imágenes de inspección.