Tecnología de prueba no destructiva y su aplicación (4)

Diferencia ultrasónica y características de dispersión:

Cuando la ola ultrasónica se propaga a través del medio, encuentra una interfaz heterogénea (como un defecto). Según el principio de Huygens, se produce un fenómeno de difracción en el borde del mismo, y se genera una onda de difracción recién emocionada. Desde el punto de vista aparente, la ola ultrasónica original puede continuar avanzando alrededor del defecto, pero se forma una sombra acústica (espacio sin ondas ultrasónicas) detrás del defecto. La nueva onda difractada se puede usar para evaluar la profundidad de la grieta de la superficie o la altura de la grieta interna. En China, este método se llama el método de onda regenerativa del borde, y el país extranjero se llama el método de onda de difracción de la punta. El fenómeno de la formación de la sombra de sonido se usa para la detección de penetración ultrasónica, es decir, cuando las ondas ultrasónicas se encuentran con defectos en sus rutas de sonido, debido a la reflexión, la difracción, la dispersión, etc., y debido a la microestructura anormal del material de la pieza de trabajo a ser inspeccionado, causará la atenuación de la energía de propagación ultrasónica, de modo que la energía acústica recibida en el otro extremo de la ruta acústica sea menor que la energía acústica recibida en condiciones normales, y la diferencia se puede reflejar utilizando el detector de fallas ultrasónicas pantalla o directamente utilizando la indicación del medidor eléctrico. Use como base para la inspección y la evaluación,Medidor de medición de espesor ultrasónicoSe puede usar para la detección de defectos de la hoja, la estructura compuesta o unida, como la deslaminación, la contraondificación, etc., y también se puede usar para las puntas de craqueo de pequeños interruptores eléctricos. La difracción ultrasónica (onda regenerativa) determina la profundidad de la grieta.

Plateado en contacto con la inspección de calidad y más. La ventaja es que es fácil implementar la detección automática, pero la desventaja es que el tamaño del defecto y la ubicación del defecto no se puede conocer, y las posiciones relativas de las dos sondas son estrictamente necesarias. Cuando la ola ultrasónica se propaga en el medio, su propia difusión frente a la onda causará la energía de sonido que pasa a través del área de la unidad perpendicular a la dirección del haz de sonido para disminuir a medida que aumenta la distancia de propagación, lo que se llama atenuación de difusión, que es el ultrasónico en sí. . La característica está relacionada con el ángulo de la extensión del haz 2θ (θ es el ángulo de semi-difusión del haz de ultrasonido). Además, la onda ultrasónica está en el límite de grano del material, el punto de fase o la impedancia acústica de las partículas suspendidas, las impurezas, las burbujas, etc. en el medio (el valor es igual al producto de la velocidad del sonido y la densidad) (incluso si es una ligera diferencia). El estado de dispersión está relacionado con la longitud de onda de la onda ultrasónica y la magnitud de la partícula de dispersión (el diámetro de grano de cristal promedio). En el material metálico, la relación de la longitud de onda λ al diámetro promedio de los granos de cristal se puede dividir en tres estados de dispersión: rayleigh dispersión: \"cuando λ, el grado de dispersión es proporcional al cuarto poder de la frecuencia, que Es la mayoría del metal. Dispersión aleatoria: ≈λ, el grado de dispersión es proporcional al cuadrado de la frecuencia, tal como suele ser el caso en piezas fundidas de grano grueso; dispersión difusa: ≥ λ, el grado de dispersión es inversamente A menudo, que a menudo se expresa en el caso de que la superficie de la superficie detectada de la pieza de trabajo sea rugosa, se causa la pérdida de dispersión difusa de la acústica de acústica incidente en la interfaz. Una metáfora similar para esta situación puede ser como el automóvil. Las luces se dispersaron en el clima de niebla y no podían brillar a través de la niebla. Debido a la existencia del fenómeno de dispersión, la energía acústica a través del área de la unidad es perpendicular a la ruta de sonido, es decir, t Se causa la dispersión. Aunque la existencia de este fenómeno de dispersión en el método de detección de reflexión de pulso ultrasónico no solo reduce la capacidad de penetración de la onda ultrasónica, sino que también interfiere con la discriminación de eco, también puede devolverse a la onda ultrasónica por la reverberación superpuesta de la onda ultrasónica dispersada En el material metálico. Después de recibir la sonda, se muestra en la pantalla del detector de fallas ultrasónicas en forma de eco de malezas. Al evaluar el nivel de desorden, la microestructura del material metálico puede ser juzgado y evaluado. Especialmente en la industria aeroespacial, la evaluación de los niveles de desorden se ha convertido en un indicador importante en los criterios de aceptación para las pruebas ultrasónicas de las perforas de aleación de titanio.

características de atenuación ultrasónica en Además de la atenuación de dispersión descrito en la sección anterior, otra causa importante de atenuación de energía cuando las ondas ultrasónicas se transmiten a través del material es la atenuación debida a internalabsorption, que está relacionada con la viscosidad del material, la conducción de calor, límite fricción, el fenómeno de la relajación se relaciona con la pérdida de energía ultrasónica en forma de calor y la migración átomo de soluto, además de movimiento de la dislocación (tales como densidad de dislocaciones, cambio de longitud, la presencia de agujeros e impurezas) y movimiento de la pared de dominio magnético, residual el estrés provoca perturbaciones del campo de sonido ... etc. Pueden causar la atenuación de la energía ultrasónica, que corresponde a la atenuación de dispersión en la sección superior. Nos referimos a la atenuación de la energía ultrasónica causada por estas razones que la absorción absorción. Se puede observar que el mecanismo de atenuación de las ondas ultrasónicas en el material es muy complicado. Consideramos que la atenuación global. Suponga que la amplitud de presión de sonido en la fuente distancia X = 0 es P0, y la amplitud de presión de sonido después de la distancia X es PX, entonces: PX = P0 · e-αx, donde α es llamado el coeficiente de atenuación, que se puede dividir en dos partes, a saber: α = aS + aA, donde aS es el coeficiente de atenuación de dispersión y aA es el coeficiente de atenuación de la absorción. Por lo tanto, el coeficiente de atenuación expresada en α es un parámetro integral de un material, whichgenerally aumenta a medida que aumenta la frecuencia de ultrasonidos. En el ensayo ultrasónico, es posible determinar el grado de reducción de la energía acústica después de la onda ultrasónica pasa a través del material (por ejemplo, la evaluación del grado de reducción del eco amplitud de la superficie inferior de la pieza de trabajo en el ultrasónica método de reflexión de impulsos) se llama la evaluación inferior pérdida de onda o la pérdida de reflexión inferior, o de ondas ultrasónicas. método de penetración se puede utilizar para evaluar la naturaleza, la morfología y la distribución de la microestructura del material, tales como la detección de cristales gruesos de materiales metálicos, el sobrecalentamiento y el exceso de ardor, (estructura anoverheated en piezas forjadas de metal), carburos. La uniformidad, la tasa de carburo de esferoidización de hierro dúctil, sala de resistencia a la tracción temperatura de acero al carbono, la medición de la tensión, y similares.

Los datos disponibles introducen el uso de la pantalla del desorden causada por la dispersión y la evaluación de atenuación de la amplitud de eco para juzgar el espaciado de la capa de cemento en la estructura de la perla de la rueda de locomotora (el acero de la perlita con un contenido de carbono de 0.53 ~ 0.61% ). Determinar el límite de rendimiento y desgaste la resistencia de la rueda. También hay informes sobre el uso de las características de atenuación ultrasónica en las pruebas de fatiga de los materiales (en la prueba de fatiga, la fricción interna y la distorsión de la celosía dentro del espécimen pueden causar dispersión ultrasónica, y la deformación plásica local de la superficie fracturada puede causar la energía ultrasónica. ser absorbido). Se utiliza para la evaluación de la resistencia a la fractura de acero. La combinación de las características de atenuación ultrasónica con las características de velocidad de sonido se puede usar para determinar, por ejemplo, el contenido de hidrógeno en las aleaciones de titanio (reduciendo el riesgo de hidrógeno en las aleaciones de titanio) y para evaluar la calidad del envejecimiento de las aleaciones de aluminio, las características de velocidad de las ondas ultrasónicas. El mismo tipo de onda tiene diferentes velocidades de propagación en los diferentes materiales, y en el mismo material, las ondas ultrasónicas de diferentes tipos de ondas también tienen diferentes velocidades de propagación. Cuando la composición, la microestructura, la densidad, la relación de inclusión, la concentración, la tasa de conversión de polímeros, la fuerza, la temperatura, la humedad, la presión (estrés), la velocidad de flujo del material varían o cambian, la velocidad del sonido también variará. Un montón de sonido especial. probador o un detector de fallas de reflexión de pulso ultrasónico convencional o medidor de espesor para comparar el material de la velocidad de sonido desconocida con una muestra estándar de velocidad de sonido conocida, de modo que la velocidad de sonido o la velocidad del sonido del material se pueden medir y se pueden aplicar : (1) Determinación de las constantes físicas de los materiales, tales como: de acuerdo con la relación en la física, generalmente: velocidad de sonido C = (E / ρ) 1/2, donde ρ es la densidad material, E es el módulo elástico de la material . Dado que la velocidad del sonido se ve afectada por la anisotropía, la forma y la interfaz del material, y los módulos elásticos respectivos se utilizan dependiendo de la forma de vibración de la onda ultrasónica, la velocidad de onda longitudinal en gas y líquido (solo en gas y líquido) La onda longitudinal tiene: CL = (k / ρ0) 1/2, donde k es el módulo elástico capacitivo (módulo elástico volumétrico) del material, y ρ0 es la densidad estática original del medio en presencia de la onda acústica. En sólidos: la velocidad ultrasónica de onda longitudinal que se propague axialmente en una varilla delgada que tiene un diámetro más pequeño que la longitud de onda ultrasónica es: CL = (E /) 1/2, donde E es el módulo del material del joven, y ρ es el material. Diámetro de la densidad. Propagación de onda longitudinal detrásónica en la dirección axial de una varilla gruesa más grande que la longitud de onda ultrasónica. CL = {[K + (4/3) G] / ρ} 1/2 = {[E (1-σ)] / ρ (1 + σ) (1-2σ)} K en la fórmula 1/2 es la El módulo elástico capacitivo (módulo elástico volumétrico) del material, G es el módulo elástico de cizallamiento del material, y σ es la relación de Poisson del material (el material está en la fuerza, cuando se produce una cepa longitudinal en la dirección, la tensión lateral es También se generó en la dirección vertical, y la proporción entre ellos se llama la relación de Poisson, que es una de las propiedades físicas del material). La velocidad de sonido de la onda de corte es: CS = (g / ρ) 1/2 = {E / [ρ · 2 (1 + σ)]} 1/2 La velocidad de sonido de onda Rayleigh es: CR = [(0.87 + 1.12σ ) / (1 + σ)] · (g / ρ) 1/2. Cuando se mide la velocidad de sonido y se conoce otro parámetro, se pueden calcular otros parámetros.

(2) Temperatura de medición: la velocidad del sonido en el medio se relaciona con la temperatura del medio. Esta característica se puede usar para medir la temperatura del medio que no contacta. Además, se puede usar para indicar el punto de fusión, el punto de ebullición y el cambio de fase del medio, y para medir el calor específico del medio. El calor de la fusión es el calor de la reacción y se mide el calor de la combustión, y se miden la pureza y el peso molecular del medio.

(3) Medición de la velocidad de flujo: cuando las ondas ultrasónicas se propagan en un medio que fluye (como los tubos de transferencia de gas, líquido o líquido que contienen una determinada proporción de partículas sólidas, o canales de agua). La velocidad de propagación es diferente de la de las condiciones estáticas con respecto a un sistema de coordenadas fijas. Está relacionado con la velocidad de flujo del medio, de modo que la velocidad de flujo se puede determinar en función del cambio en la velocidad de sonido y el tipo de flujo (el tipo de flujo de área de corte transversal de fluido X) se puede determinar adicionalmente. (4) Medición de la viscosidad del líquido η: de acuerdo con la impedancia acústica de corte Z y (η · ρ) 1/2 (η es la viscosidad del líquido, ρ es la densidad del líquido), y la impedancia acústica Z = ρ · C, por lo tanto, midiendo la velocidad del sonido y determinando la densidad del líquido, se puede determinar la densidad del theliquili. (5) Medición del estrés: la velocidad de propagación de las ondas ultrasónicas en el material tiene un cambio aproximadamente lineal con la tensión aplicada (llamada efecto de estrés ultrasónico), por lo que se puede usar para medir la resistencia del hormigón pretensado, la fuerza y ​​el estrés residual de El metal, y la fijación. Tensión de tracción en una pieza (como un perno de sujeción). (6) Medición de la dureza: la dureza de la capa endurecida de la superficie metálica se puede determinar utilizando la característica de cambio de velocidad de la onda en la capa endurecida de la superficie metálica.

(7) Determinación de la profundidad de la grieta en la superficie del metal: la diferencia entre el tiempo en que la onda se transmite directamente a lo largo de la superficie metálica y el tiempo en que está presente la grieta de la superficie y la grieta se omite. De acuerdo con la velocidad de propagación de la onda de Rayleigh, se puede calcular por la profundidad de la grieta. Este método se denomina método de retardo de tiempo o método de tiempo de tránsito, método ΔT.

(8) Espesor de medición: de acuerdo con la relación entre la distancia de propagación ultrasónica X y la velocidad de sonido C y el tiempo de transmisión T: x = c · t, por ejemplo, cuando mide el grosor por el método de reflexión de pulso ultrasónico, grosor de la pieza de trabajo d = C · t / 2. La razón para usar el denominador 2 aquí es que la sonda ultrasónica emite un pulso ultrasónico a la superficie inferior de la pieza de trabajo y se recibe la sonda de retorno reflectante, de modo que la ruta de sonido pase dos veces del grosor de la pieza de trabajo.

Usando las características de velocidad de las ondas ultrasónicas, también se puede aplicar a la fuerza de la resistencia del hierro fundido de grafito esferoidal y el grado de esferoidismo de grafito, determinando la humedad de la adobe de cerámica para determinar el tiempo de disparo en el horno y el Análisis de las características del medio gaseoso (por ejemplo, la pureza de oxígeno industrial y nitrógeno). La tasa metabólica de la respiración animal tiene el cambio en el contenido de un componente en el gas, etc., así como la densidad de la fracción del petróleo, el látex de neopreno.

El método de retardo de tiempo ultrasónico se utiliza para determinar la densidad del líquido de profundidad de grietas de la superficie y similares. En resumen, la aplicación de las características de velocidad ultrasónica, especialmente en la tecnología de medición industrial es numerosa. Ultrasononicis una especie de onda de vibración mecánica. Podemos usar el resonador ultrasónico para inyectar la onda ultrasónica con frecuencia ajustable (principalmente utilizando onda longitudinal) en la pieza de trabajo para ser inspeccionada. Cuando la onda ultrasónica resuena con la frecuencia natural de la pieza de trabajo, la onda incidente de la dirección opuesta se propaga. Las ondas reflejadas se superponen entre sí para formar una onda de pie, que es la resonancia del grosor de la onda longitudinal perpendicularmente incidente. Con esta característica de resonancia, se puede aplicar a los siguientes aspectos:

(1) Medición del espesor:
El grosor deTransductor de disco cerámico piezo.es D, y la longitud de onda de la onda ultrasónica que se propaga en el mismo es λ, que se obtiene cuando se produce la resonancia: D = λ1 / 2 = 2λ2 / 2 = 3λ3 / 2 = ... = n · λn / 2, donde n es alguna Integro positivo, es decir, el grosor de la pieza de trabajo a inspeccionar en este momento es igual a un múltiplo integral de la mitad de la longitud de onda de la onda ultrasónica resonante. Cuando se conoce la velocidad ultrasónica C del material de la pieza de prueba, de acuerdo con la relación entre la velocidad de sonido, la longitud de onda y la frecuencia: C = λ · F, se puede obtener la frecuencia ultrasónica en el momento de la resonancia del grosor: FN = C / λn = N · C / 2D cuando n = 1, F1 = C / 2D, que es la frecuencia fundamental de la resonancia del grosor. Dado que la diferencia entre las frecuencias de cualquiera de los dos armónicos adyacentes es igual a la frecuencia fundamental, hay: FN-FN-1 = NF1- (N-1) F1 = F1, por lo que la frecuencia de dos armónicos adyacentes en la resonancia del grosor puede ser determinado por el resonador, y el grosor de la pieza de trabajo es: D = C / [2 (FN-FN-1)], cuando las frecuencias de armónicos no adyacentes son FM y FN, respectivamente, desde: FM-FN = (MN) F1.

(2) Detección de defectos:
Cuando hay un defecto en la pieza de trabajo a inspeccionar, la frecuencia nacional cambiará en comparación con la misma pieza de trabajo sin defectos, y el estado de resonancia también cambiará (cambios de frecuencia de resonancia), de modo que la existencia del defecto pueda detectarse en consecuencia. . Por ejemplo, se utiliza para medir la dureza de los metales, para inspeccionar la calidad de la soldadura por puntos de la hoja, especialmente para los defectos de unión de materiales compuestos y estructuras adheridas (como un gel no desbordado, debildado, pobre, etc.) y la detección de fuerza de unión. El método de detección de vibración acústica está diseñada para verificar la calidad de las articulaciones de pegamento.

Una aplicación típica de las características de resonancia ultrasónica es un probador de dureza ultrasónico, que mide la dureza por medio de un cambio de la frecuencia resonante de la barra de sensores ultrasónicos. Se utiliza principalmente para determinar la dureza de un metal, y también se puede usar para otras mediciones mediante un método de comparación. La medición de la dureza ultrasónica tiene las ventajas de daños mínimos a la superficie de la pieza de prueba, la velocidad de medición rápida y el procedimiento de operación simple. Es especialmente adecuado para la inspección del 100% de piezas de trabajo terminadas, y puede detectar directamente la pieza de trabajo sosteniendo la sonda, especialmente adecuada para escalas grandes que son difíciles de mover. Piezas de piezas de trabajo que no se desmontan fácilmente, que se miden. El siguiente es un ejemplo del probador de dureza ultrasónico, que se produjo. La presión de contacto uniforme, la punta del sensor está en contacto con la superficie de la pieza de prueba, y la frecuencia resonante del sensor seguirá la pieza de prueba. La dureza de la pieza de prueba se determina midiendo el cambio en la frecuencia resonante del sensor.