Неразрушающий контроль с помощью ультразвука для управления материалами

Ультразвук - это механическая вибрация с диапазоном, превышающим диапазон слышимости человеческого уха, которая передается через физический носитель и ориентируется, регистрируется и измеряется в герцах с помощью устройства, созданного для этой цели.

Звуковые диапазоны:

Инфразвук = 1 - 16 Гц Звуковой или звуковой = от 16 Гц до 20 кГц Ультразвуковой = 20 кГц и далее

Для ультразвукового исследования металлических материалов он составляет от 0,2 до 25 МГц.

неразрушающий-тестирование, ультразвуковой

§ Принципы

Акустический импеданс - это сопротивление, которое материалы препятствуют прохождению ультразвуковой волны. Акустические волны равны звуковым волнам. Передача энергии между частицами, которая способствует колебаниям. Количество колебаний зависит от типа рассматриваемой волны. Они распространяются во всех упругих средах, где есть фракции вещества (атомы или молекулы, способные колебаться). Вибрация зависит от разделения частиц.

§ Приложения

Обнаружение и характеристика несплошностей. Измерение толщины, растяжения и степени коррозии. Определение физических характеристик. Характеристики соединения материалов.

§ Преимущество

Тест проводится быстрее и дает немедленные результаты, точнее определяется положение внутренних неоднородностей; оценка его размеров, ориентации и характера Высокая чувствительность для обнаружения мелких неоднородностей Высокая проникающая способность, позволяющая обнаруживать несплошности на большой глубине материала Хорошее разрешение, позволяющее различать две несплошности, расположенные близко друг к другу Требуется доступ только с одной стороны объекта подлежит осмотру Не требует особых условий безопасности.

§ Ограничения

Низкая скорость контроля при использовании ручных методов Требуется персонал с хорошей технической подготовкой и большим опытом Сложность проверки деталей со сложной геометрией, очень тонкой толщиной или неправильной конфигурацией Сложность обнаружения или оценки приповерхностных неоднородностей на поверхности Вводится ультразвук Требуются калибровка и эталоны. На него влияет структура материала. (размер зерна, тип материала) Высокая стоимость оборудования Требуется связующий агент.

§ Физические принципы

Амплитуда (A). Это максимальное смещение частицы от ее нулевого положения. Частота (F). Определяется как количество раз, когда повторяющееся событие (цикл) происходит в единицу времени. Его объединил Герц. Длина волны (l) - это расстояние, которое занимает полная волна, и оно равно расстоянию, на которое волна проходит за период цикла. Скорость распространения или акустическая скорость (V).- Это скорость передачи звуковой энергии через среду. Акустический импеданс (Z) - это сопротивление материала колебаниям ультразвуковых волн. Это произведение максимальной скорости вибрации и плотности материала.

Типы волн

Продольные волны. - Их смещения частиц параллельны распространению ультразвука. Поперечные волны. - Смещения частиц перпендикулярны направлению ультразвукового луча. Поверхностные волны. - Те, которые движутся по поверхности материала. и проникают на максимальную глубину одной длины волны.

Основными параметрами, которые необходимо контролировать в ультразвуковой системе, являются:

Чувствительность. Это способность преобразователя обнаруживать небольшие неоднородности.

Разрешение. Это способность разделять два соседних сигнала по времени или глубине.

Центральная частота. Для оптимального применения преобразователи следует использовать в указанном диапазоне частот.

Затухание луча. Это потеря энергии ультразвуковой волны при движении через материал. Основные причины - рассеяние и абсорбция.

преобразователи

Это средство, с помощью которого электрическая энергия преобразуется в механическую энергию (звуковые волны) или наоборот. Он работает из-за пьезоэлектрического эффекта, который заключается в том, что определенные кристаллы при напряжении становятся электрически поляризованными и генерируют электрическое напряжение между противоположными поверхностями. Это обратимо в том смысле, что при приложении напряжения к граням кристалла происходит деформация кристалла. Этот микроскопический эффект вызван свойствами симметрии некоторых кристаллов.

Пьезоэлектрические материалы

Кварц. Его получают из натуральных кристаллов. Обладает отличными характеристиками термической, химической и электрической стабильности. Он очень твердый и устойчивый к износу и старению. К сожалению, он страдает от помех в режиме преобразования и является наименее эффективным из акустических генераторов энергии. Для работы на низких частотах требуется высокое напряжение. Его необходимо использовать при температурах ниже 550 ° C, так как выше он теряет свои пьезоэлектрические свойства.

Сульфат лития. Этот материал считается одним из самых эффективных рецепторов. Его основным преимуществом является простота получения оптимального акустического демпфирования, которое улучшает разрешающую способность, не стареет и мало зависит от помех в режиме преобразования. Его недостатки в том, что он очень хрупкий, растворим в воде и должен использоваться при температуре ниже 75 ° C.

Поляризованная керамика. Они получены спеканием и поляризованы в процессе производства. Они считаются наиболее эффективными ультразвуковыми генераторами энергии при работе при низких напряжениях возбуждения. Они практически не подвержены влиянию влажности и могут использоваться при температуре до 300 ° C. Их основные ограничения: относительно низкое механическое сопротивление, в некоторых случаях возникают помехи в режиме преобразования, имеют свойство стареть. Они также обладают меньшей твердостью и износостойкостью, чем кварц.

ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ ДАТЧИКА В ЗОНДЕ

материал	Эффективность передатчика	Эффективность как приемник	чувствительность	Разрешающая способность	Механические характеристики
кварцевый	Плохой	медиана	Ограниченное	Optima	Хорошо
Лития сульфат	медиана	Хорошо	Хорошо	Optima	Растворим в воде
Титанат бария	Хорошо	медиана	Optima	медиана	хрупкое
Метаниобат бария	Хорошо	медиана	Optima	Optima	Хорошо
Свинец Титанат Цирконат	Хорошо	медиана	Optima	медиана	Хорошо

Выбор датчика

Кристаллический класс. Выбирая каждый тип кристалла, можно изменять разрешающую способность и чувствительность преобразователей Диаметр кристалла. Чем больше диаметр кристалла, тем больше глубина проникновения, больше длина в ближнем поле и меньше расходимость. Выбирая более высокую частоту, вы получаете большую возможность для идентификации мелких неоднородностей, большую длину поля в ближней зоне, большую разрешающую способность, меньшую глубину проникновения и минимальную расходимость.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

МАТЕРИАЛ	ПРЕИМУЩЕСТВО	НЕДОСТАТКИ
QUARTZ	* Получено из природных кристаллов. * Обладает отличными характеристиками термической, химической и электрической стабильности. * Он очень твердый и устойчивый к износу и старению.	Помехи в режиме преобразования Это наименее эффективный из акустических генераторов энергии. Для работы на низких частотах требуется высокое напряжение. Его необходимо использовать при температурах ниже 550 ° C, так как выше он теряет свои пьезоэлектрические свойства.
СУЛЬФАТ ЛИТИЯ	* Более эффективный приемник. * Легкость получения оптимального акустического демпфирования. * Лучшая разрешающая способность. * Не стареет. * На него мало влияют помехи в режиме преобразования.	* Он очень хрупкий * Растворим в воде * Следует использовать при температуре ниже 75 ° C.
ПОЛЯРИЗОВАННАЯ КЕРАМИКА	* Они получены спеканием и поляризованы в процессе производства. * Считаются наиболее эффективными ультразвуковыми генераторами энергии при работе при низких напряжениях возбуждения. * На них практически не влияет влажность * Некоторые могут использоваться при температуре до 300 ° C.	* Относительно низкое механическое сопротивление, * В некоторых случаях есть помехи в режиме преобразования. * У них есть склонность к старению. * Они также имеют меньшую твердость и износостойкость, чем кварц.
ТИТАНАТ БАРИЯ	* Это хороший излучатель благодаря высокому пьезоэлектрическому модулю.	* Проблемы со сцеплением и демпфированием. * Его использование ограничено частотами менее 15 МГц из-за его низкого механического сопротивления и высокого акустического импеданса. * Представляет взаимодействие между различными режимами вибрации. * Температура его точки Кюри 115 - 150 ° C.
БАРИЙ МЕТАНИОБАТ	* Он представляет собой высокий пьезоэлектрический модуль, который квалифицирует его как хороший излучатель. * Имеет отличную термическую стабильность, как кварц, что позволяет использовать его при высоких температурах. * Он имеет высокий коэффициент внутреннего демпфирования, поэтому считается лучшим материалом для генерации коротких импульсов.	Он имеет низкую основную частоту и низкую механическую стойкость, поэтому применяется в основном на высоких частотах. Он представляет взаимодействие между различными видами вибрации.
ЦИРКОНАТ ТИТАНАТ СВИНЦА	Он считается лучшим излучателем благодаря высокому пьезоэлектрическому модулю.	Однако его сложнее всего демпфировать из-за высокого коэффициента деформации. Его использование рекомендуется при проблемах с проникновением.

Типы зондов

Контактный зонд. Его помещают непосредственно на испытательную поверхность, прилагая давление и связывающую среду. Он изготовлен для контроля прямолинейного луча. Чтобы защитить датчик от истирания, он покрыт твердым материалом, например оксидом алюминия.

Щупы с прямым пучком. Он излучает продольные волны с частотами от 0,5 до 10 МГц. Обычно он используется для проверки деталей, в которых испытательный образец может быть размещен непосредственно на интересующей области, а несплошности параллельны контактной поверхности. Это также полезно для обнаружения несплошностей и измерения толщины.

Датчики углового падения. Создает поперечные, поверхностные и пластинчатые волны. Он создается путем соединения блока прямого луча с одной из сторон пластикового башмака, к которому он имеет определенный угол преломления. Он используется в импульсном эхо-оборудовании, и его применение почти исключительно в обнаружении неоднородностей, ориентированных перпендикулярно испытательной поверхности.

Типы угловых щупов. По размеру, частоте, форме, типу и взаимозаменяемости обуви. Угол преломления звука в исследуемом материале отмечен на колодке, стандартные углы для стали составляют 35, 45, 60, 70, 80, 90 градусов.

СВЯЗЬ

Более или менее вязкая жидкость, которая используется для обеспечения прохождения волн от преобразователя к исследуемой детали, поскольку частоты, используемые для металлических материалов, не передаются в воздухе.

Характеристики соединительной жидкости:

(способен смачивать поверхность и иглу) Достаточная вязкость, низкое затухание. (100% передача звука) Низкая стоимость Нетоксичный Не вызывает коррозии Адекватный акустический импеданс

Типы муфт:

Вода Масло Жир Глицерин Вазелин

ОТРАЖЕНИЕ

Количество ультразвуковой энергии, которая отражается при попадании на акустический интерфейс.

Закон отражения. Угол отраженной волны равен углу падающей волны того же сорта.

REFRATION

Это выполняется, когда ультразвуковой луч проходит от одной среды к другой, при этом скорость движения среды отличается друг от друга и меняет направление относительно направления падения.

Закон преломления. Изменение направления преломленной волны, приближение к нормали к ее разделительной поверхности обеих сред, зависит от скорости звука, во второй среде меньше или больше, чем в первой среде.

V ₁ = скорость среды 1 a = угол падения

V ₂ = скорость среды 2 q = угол преломления

ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСЦИЛОГРАММЫ

ПРОДОЛЬНЫЙ ЛУЧЕВОЙ ЗОНД СТЕКЛА

МЕТОД ПРОВЕРКИ ПРЯМОГО КОНТАКТА

КАЛИБРОВОЧНЫЙ БЛОК

Эталоны могут быть блоком или набором блоков с известными искусственными неоднородностями и / или толщиной. Которые используются для калибровки ультразвукового оборудования и для оценки признаков неоднородностей в проверяемом образце.

Калибровочные блоки должны иметь те же физические, химические и структурные свойства, что и проверяемый материал.

С помощью калибровочных блоков вы можете:

Убедитесь, что система, состоящая из преобразователя, коаксиального кабеля и оборудования, работает правильно.Установите коэффициент усиления или чувствительность, при которых будут обнаруживаться разрывы, эквивалентные указанному размеру или больше.

КОММЕНТАРИИ

Практика ультразвуковых испытаний проводится в неподходящих рабочих условиях, которые могут повлиять на точность и достоверность наших измерений. Необходимо, чтобы выполнялись действия, с помощью которых можно исправить или изменить недостатки в процессе развития практики. Вот некоторые из них:

Иметь соответствующую лабораторию для проведения теста, так как мы знаем, что различные материалы могут изменять свои физические, химические или механические свойства в зависимости от среды, в которой они находятся.

Имейте необходимое оборудование и материалы, так как у вас нет всех необходимых элементов для проведения теста. В качестве частного случая отметим, что связующий агент (масло) был взят непосредственно из емкости, в которой оно находилось, и нанесен пальцами, поскольку масленки не было. Стоит отметить, что это может вызвать загрязнение деталей, которые будут подвергаться ультразвуковому исследованию.

Распределение студентов для наблюдения за развитием практики неадекватно, поскольку из-за характеристик осциллографа невозможно наблюдать за тем, что происходит на практике, и за графиками, которые формирует осциллограф.

ВЫВОДЫ

С развитием этой практики можно было наблюдать следующее:

Вся необходимая теоретическая информация о неразрушающем контроле ультразвука была изучена с помощью излучения высокочастотного звука, который указывает на дефекты нашего материала через экран осциллографа. Ультразвук в наших "пробирках" можно наблюдать физически, что и является процедурой, которой необходимо следовать для проведения теста. Точно так же дефект, представленный нашей пробиркой, был определен с помощью возможности определить расстояние, на котором он находился. Было физически отмечено, какое оборудование необходимо для проведения ультразвукового теста, а именно: источник питания, осциллограф, зонд, муфта и Также были выполнены соответствующие расчеты для определения следующих параметров: длина волны, угол расходимости,ближнее поле и диаметр дефекта. Было также замечено, что при увеличении частоты разрешающая способность будет ниже и мертвое поле фоновых эхо-сигналов будет уменьшаться. Материалы, подвергаемые ультразвуковому испытанию, должны быть правильной формы и из непористых материалов., С другой стороны, мы обнаружили, что этому испытанию могут подвергаться как черные, так и цветные материалы. Ультразвуковое испытание позволяет нам обнаруживать внутренние дефекты, такие как: поры, трещины, сопротивление, дефекты сварки и т. Д. Некоторые из преимуществ этого испытания: Он используется в любом типе материала, может быть получен бумажный отчет, определены внутренние и внутренние дефекты. Некоторые из его недостатков: Требуется квалифицированный персонал, высокая начальная стоимость из-за типа оборудования, необходимого для выполнения. доказательство.

БИБЛИОГРАФИЯ