Nicht-zerstörerische Testtechnologie und ihre Anwendung (4)

Ultraschallbeugung und Streumerkmale:

Wenn sich die Ultraschallwelle durch das Medium ausbreitet, trifft sie auf eine heterogene Grenzfläche (z. B. einen Defekt). Nach dem Huygens -Prinzip tritt am Rande ein Beugungsphänomen auf, und es wird eine neu angeregte Beugungswelle erzeugt. Aus scheinbarer Sicht kann die ursprüngliche Ultraschallwelle weiterhin um den Defekt weitergehen, aber ein akustischer Schatten (Raum ohne Ultraschallwellen) wird hinter dem Defekt gebildet. Die neue gebeugte Welle kann verwendet werden, um die Oberflächenriss -Tiefe oder die Höhe des Innenrisses zu bewerten. In China wird diese Methode als Edge -Regenerationswellenmethode bezeichnet, und das fremde Land wird als Spitzenbeugungswellenmethode bezeichnet. Das Phänomen der Bildung von Schallschatten wird zur Erkennung von Ultraschalldurchdringungen verwendet, dh wenn Ultraschallwellen aufgrund von Reflexion, Beugung, Streuung usw. und aufgrund der abnormalen Mikrostruktur des Materials des Werkpieze zu Defekten auf ihren Schallwegen stehen Inspiziert werden, wird es die Abschwächung der Ultraschallausbreitungsenergie verursachen, so dass die akustische Energie, die am anderen Ende des akustischen Pfades empfangen wird Anzeige oder direkt mit der Anzeige der elektrischen Messgeräte als Grundlage für die Inspektion und Bewertung verwendet,Ultraschalldicke MessanzeigeKann zum Erkennung von Blech-, Verbund- oder gebundenen Struktur wie Delaminierung, Debonding usw. verwendet werden und kann auch für Rissspitzen kleiner elektrischer Schalter verwendet werden. Die Ultraschallbeugung (Regenerative Welle) bestimmt die Risse.

Versilberte Kontaktqualitätsprüfung und vieles mehr. Der Vorteil ist, dass es einfach ist, die automatische Erkennung zu implementieren, aber der Nachteil ist, dass die Größe des Defekts und der Ort des Defekts nicht bekannt sein kann und die relativen Positionen der beiden Sonden streng erforderlich sind. Wenn sich die Ultraschallwelle im Medium ausbreit . Die Eigenschaft hängt mit dem Strahlspreadwinkel 2 & thgr; zusammen (θ ist der Semi-Diffusionswinkel des Ultraschallstrahls). Darüber hinaus befindet sich die Ultraschallwelle in der Korngrenze des Materials, im Phasenpunkt oder in der akustischen Impedanz der suspendierten Partikel, Verunreinigungen, Blasen usw. im Medium (der Wert ist gleich dem Produkt der Schallgeschwindigkeitsgeschwindigkeit und die Dichte) (auch wenn es sich um einen kleinen Unterschied handelt). Der Streuzustand hängt mit der Wellenlänge der Ultraschallwelle und der Größe des Streupartikels (dem durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser) zusammen. Im Metallmaterial kann das Verhältnis der Wellenlänge λ zu dem durchschnittlichen Durchmesser der Kristallkörner in drei Streuzustände unterteilt werden Ist der Großteil des Metalls. Zufällige Streuung: ≈λ, der Streuungsgrad ist proportional zum Quadrat der Frequenz, wie es in groben Körnern normalerweise der Fall ist; diffuse Streuung: ≥ λ, der Grad der Streuung ist umgekehrt umgekehrt Proportional zu, was häufig in dem Fall ausgedrückt wird, in dem die Oberfläche der nachgewiesenen Oberfläche des Werkstücks rau ist, der diffuse Streuverlust der einfallenden Akustikernergie an der Grenzfläche verursacht verursacht. Eine ähnliche Metapher für diese Situation kann wie das Auto sein Die Lichter wurden bei nebligen Wetter verstreut und konnten nicht durch den Nebel scheinen. Aufgrund der Existenz des Streuphänomens ist die akustische Energie durch den Einheitsbereich senkrecht zum Schallpfad reduziert, dh t, t Die Streuschneiderin wird verursacht. Obwohl das Vorhandensein dieses Streumphänomens in der Methode zur Nachweis von Ultraschallpulsreflexionen nicht nur die Penetrationsfähigkeit der Ultraschallwelle reduziert, sondern auch die Echo -Diskriminierung beeinträchtigt im Metallmaterial. Nachdem die Sonde empfangen wurde, wird sie in Form von Unkraut -Echo auf der Display des Ultraschallfehlerdetektors angezeigt. Durch die Bewertung des Unordnung kann die Mikrostruktur des Metallmaterials beurteilt und bewertet werden. Insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie ist die Bewertung des Unordnung zu einem wichtigen Indikator für die Akzeptanzkriterien für Ultraschalluntersuchungen von Titanlegierungen.

Die Merkmale von Ultraschalldämpfungen zusätzlich zur im vorherigen Abschnitt beschriebenen Streuungschwächung, eine weitere wichtige Ursache für die Energiedämpfung, wenn Ultraschallwellen durch das Material übertragen werden Reibung, das Relaxationsphänomen hängt mit dem Verlust von Ultraschallenergie in Form von Wärme- und Stoff -Atommigration zusammen, zusätzlich zu der Versetzungsbewegung (z. Stress verursacht Schallfeldstörungen ... usw. Sie können die Abschwächung der Ultraschallenergie verursachen, die der Streuung im oberen Abschnitt entspricht. Wir bezeichnen die durch diese Gründe als Absorptionsabsorption verursachte Ultraschallenergie -Dämpfung. Es ist ersichtlich, dass der Dämpfungsmechanismus von Ultraschallwellen im Material sehr kompliziert ist. Wir betrachten eine umfassende Dämpfung. Angenommen, die Schalldruckamplitude in der Entfernungsquelle x = 0 ist p0 und die Schalldruckamplitude nach dem Abstand x ist PX, dann: px = p0 · e-αx, wobei α als Dämpfungskoeffizient bezeichnet wird, der geteilt werden kann In zwei Teile, nämlich: α = αs+αA, wobei αS der Streuungsschwächungskoeffizient und αA der Absorptionsschwächungskoeffizient ist. Daher ist der in α exprimierte Dämpfungskoeffizient ein umfassender Parameter eines Materials, das mit zunehmender Ultraschallfrequenz general zunimmt. Bei den Ultraschalluntersuchungen ist es möglich, den Grad der Reduktion der akustischen Energie zu bestimmen, nachdem die Ultraschallwelle das Material durchläuft Impulsreflexionsmethode) wird als Bewertung des Bodenwellenverlusts oder der Bodenreflexionsverlust oder die Ultraschallwelle bezeichnet. Die Penetrationsmethode kann verwendet werden, um die Art, Morphologie und Verteilung der Materialmikrostruktur zu bewerten, wie z. Gleichmäßigkeit, Carbid -Sphäroidisierungsrate von duktilem Eisen, Raumtemperatur Zugfestigkeit von Kohlenstoffstahl, Spannungsmessung und dergleichen.

Die verfügbaren Daten führen die Verwendung der durch Streuung verursachten Unordnung und die Bewertung der Echoamplitude ein, um den Abstand der Zementitschicht in der Perlitstruktur des Lokomotivrads zu beurteilen (der Pearlitstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,53 ~ 0,61% ). Bestimmen Sie die Ertragsgrenze und den Verschleißfestigkeit des Rades. Es gibt auch Berichte über die Verwendung von Ultraschalldämpfungsmerkmalen bei der Ermüdungstest von Material absorbiert werden). Wird zur Bewertung der Frakturzähigkeit von Stahl verwendet. Die Kombination der Ultraschalldämpfungseigenschaften mit den Schallgeschwindigkeitseigenschaften können verwendet werden, um beispielsweise den Wasserstoffgehalt in Titanlegierungen (die Risiko von Wasserstoff in Titanlegierungen zu verringern) und um die Alterungsqualität von Aluminumlegierungen, Geschwindigkeitseigenschaften von Ultrasonic -Wellen zu bewerten vom gleichen Wellentyp haben unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten in den verschiedenen Materialien, und im gleichen Material haben Ultraschallwellen unterschiedlicher Wellentypen auch unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten. Wenn die Zusammensetzung, Mikrostruktur, Dichte, Einschlussverhältnis, Konzentration, Polymerumwandlungsrate, Stärke, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck (Spannung), die Durchflussrate des Materials oder die Änderung auch variieren. Tester oder ein herkömmlicher Fehlerdetektor oder Dicke -Messgerät für Ultraschallimpulsreflexionstypen, um das Material der unbekannten Schallgeschwindigkeit mit einer Standardprobe bekannt zu vergleich : (1) Bestimmung physikalischer Konstanten von Materialien, wie z. Material . Da die Schallgeschwindigkeit durch die Anisotropie, Form und Grenzfläche des Materials beeinflusst wird und die jeweiligen elastischen Modul in Abhängigkeit von der Schwingungsform der Ultraschallwelle verwendet werden, ist die Längswellengeschwindigkeit in Gas und Flüssigkeit (nur in Gas und Flüssigkeit) die Längswellengeschwindigkeit (nur in Gas und Flüssigkeit). Die Längswelle hat: Cl = (k / ρ0) 1/2, wobei k der kapazitive elastische Modul (volumetrischer elastischer Modul) des Materials ist und ρ0 die ursprüngliche statische Dichte des Mediums in Gegenwart der akustischen Welle ist. Bei Festkörpern: Die ultrasonische Längswellengeschwindigkeit, die axial in einem dünnen Stab mit einem Durchmesser von kleiner als die Ultraschallwellenlänge ausbreitet: Cl = (e / ρ) 1/2, wobei E der Jungmodul des Materials ist und ρ das Material ist das Material ist das Material Dichtedurchmesser. Cl = {[k+(4/3) g]/ρ} 1/2 = {[e (1-σ)]/ρ (1+σ) (1-2σ)} k in der 1/2 Formel ist die Der kapazitive elastische Modul (volumetrisches Elastizitätsmodul) des Materials ist der Scherelastikmodul des Materials, und σ ist das Poisson -Verhältnis des Materials (das Material befindet Auch in vertikaler Richtung erzeugt, und das Verhältnis zwischen ihnen wird als Poisson -Verhältnis bezeichnet, was eine der physikalischen Eigenschaften des Materials ist). Die Geschwindigkeit der Scherwellenklang lautet: cs = (g/ρ) 1/2 = {e/[ρ · 2 (1+σ)]} 1/2 Die Rayleigh -Wellenschallgeschwindigkeit ist: cr = [(0,87+1,12σ) )/(1 +σ)] · (g/ρ) 1/2. Wenn die Schallgeschwindigkeit gemessen wird und ein weiterer Parameter bekannt ist, können andere Parameter berechnet werden.

(2) Messungstemperatur: Die Schallgeschwindigkeit im Medium hängt mit der Temperatur des Mediums zusammen. Diese Eigenschaft kann verwendet werden, um die Temperatur des nichtkontakten Mediums zu messen. Es kann weiter verwendet werden, um den Schmelzpunkt, den Siedepunkt und die Phasenänderung des Mediums anzuzeigen und die spezifische Wärme des Mediums zu messen. Die Fusionswärme ist die Reaktionswärme und die Verbrennungswärme wird gemessen, und das Reinheit und das Molekulargewicht des Mediums werden gemessen.

(3) Durchflussrate Messung: Wenn sich Ultraschallwellen in einem fließenden Medium ausbreiten (wie Gas, Flüssigkeits- oder Flüssigkeitsübertragungsrohre, die einen bestimmten Anteil an festen Partikeln oder Wasserkanälen enthalten), unterscheidet sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit unter statischen Bedingungen von der unter statischen Bedingungen mit Respekt auf ein festes Koordinatensystem. Es hängt mit der Durchflussrate des Mediums zusammen, so dass die Durchflussrate basierend auf der Änderung der Schallgeschwindigkeit bestimmt werden kann, und die Durchflussrate (Flüssigkeitsquerschnittsfläche x Durchflussrate) kann weiter bestimmt werden. (4) Messung der Viskosität der Flüssigkeit η: gemäß der Scher akustische Impedanz z und (η · ρ) 1/2 (η ist die Viskosität der Flüssigkeit, ρ die Dichte der Flüssigkeit) und die akustische Impedanz Z = ρ · c, daher kann durch Messung der Schallgeschwindigkeit und Bestimmung der Dichte der Flüssigkeit die Dichte der Theliquid bestimmt werden. (5) Spannungsmessung: Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen im Material hat eine ungefähre lineare Änderung mit der angelegten Spannung (als Ultraschallspannungseffekt bezeichnet), sodass sie die Stärke von Betonvorspannungen, die Festigkeit und die Restspannung von von konkreten Vorspannungen messen können das Metall und das Befestigungsanschluss. Zugspannung eines Stücks (z. B. eine Befestigungsschraube). ,

(7) Bestimmung der Tiefe des Risses auf der Oberfläche des Metalls: Die Differenz zwischen der Zeit, zu der die Welle direkt entlang der Metalloberfläche übertragen wird, und der Zeit, in dem der Oberflächenriss vorliegt und die Welle durch den Riss umgangen wird. Nach der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Rayleigh -Welle kann sie durch die Tiefe des Risses berechnet werden. Diese Methode wird als Zeitverzögerungsmethode oder Transitzeitmethode, ΔT -Methode, bezeichnet.

(8) Messdicke: Gemäß der Beziehung zwischen der Ultraschallausbreitungsabstand x und der Schallgeschwindigkeit C und der Übertragungszeit t: x = c C · t/2. Der Grund für die Verwendung des Nenner 2 ist hier, dass die Ultraschallsonde einen Ultraschallimpuls auf die untere Oberfläche des Werkstücks ausgibt und die reflektierende Rückfahrsonde empfangen wird, so dass der Schallpfad doppelt so hoch ist wie die Dicke des Werkstücks.

Unter Verwendung der Geschwindigkeitseigenschaften von Ultraschallwellen kann es auch angewendet werden. Analyse der Eigenschaften des gasförmigen Mediums (z. B. der Reinheit von industriellem Sauerstoff und Stickstoff). Die Stoffwechselrate der tierischen Atmung hat die Änderung des Gehalts einer Komponente im Gas usw. und die Dichte der Erdölfraktion, des Neopren -Latex.

Die Ultraschallzeitverzögerungsmethode wird verwendet, um die Dichte der Oberflächenriss -Tiefenflüssigkeit und dergleichen zu bestimmen. Zusammenfassend ist die Anwendung von Ultraschallgeschwindigkeitsmerkmalen, insbesondere in der industriellen Messungstechnologie, zahlreich. Ultrasonicis Eine Art mechanische Schwingungswelle. Wir können den Ultraschallresonator verwenden, um die Ultraschallwelle mit einstellbarer Frequenz (hauptsächlich mit Längswellen) in das zu prüfende Werkstück injizieren zu können. Wenn die Ultraschallwelle mit der Eigenfrequenz des Werkstücks schwingt, breitet sich die einfallende Welle der entgegengesetzten Richtung aus. Die reflektierten Wellen werden sich gegenseitig überlagert, um eine stehende Welle zu bilden, was die Dicke der Längswelle senkrecht ist, die senkrecht vorkommt. Mit diesem Resonanzcharakteristik kann es auf die folgenden Aspekte angewendet werden:

(1) Messung der Dicke:
Die Dicke vonPiezo -Keramikscheibe -Wandlerist d und die Wellenlänge der darin ausbreitenden Ultraschallwelle ist λ, die erhalten wird, wenn Resonanz auftritt: d = λ1/2 = 2λ2/2 = 3λ3/2 = ... = n · λn/2, wobei n ist Die positive Ganzzahl, dh die Dicke des zu diesem Zeitpunkts zu prüfenden Werkstücks, entspricht einem integralen Vielfachen der Halbwellenlänge der Resonanz -Ultraschallwelle. Wenn die Ultraschallgeschwindigkeit C des Teststücks gemäß der Beziehung zwischen der Schallgeschwindigkeit, der Wellenlänge und der Frequenz bekannt ist: C = λ · f, kann die Ultraschallfrequenz zum Zeitpunkt der Dicke -Resonanz erhalten werden: Fn = fn = C / λn = n · c / 2d Wenn n = 1, f1 = c / 2d, was die grundlegende Häufigkeit der Dicke Resonanz ist. Da der Unterschied zwischen den Frequenzen zweier benachbarter Harmonischer gleich der Grundfrequenz ist, gibt es: fn-fn-1 = nf1- (n-1) f1 = f1 vom Resonator bestimmt werden, und die Dicke des Werkstücks lautet: D = C/[2 (FN-FN-1)], wenn die Frequenzen der Nicht-adjazenten Harmonischen FM bzw. Fn sind, da: fm-fn = (Mn) F1.

(2) Erkennung von Mängel:
Wenn das Werkstück zu untersuchen ist . Zum Beispiel wird es verwendet, um die Härte von Metallen zu messen, die Qualität des Schweißscheibens des Blechs zu überprüfen, insbesondere für die Verbindungsfehler von Verbundwerkstoffen und gebundenen Strukturen (z. Bindungsstärke. Das akustische Schwingungserkennungsmethode wurde entwickelt, um die Qualität der Klebstoffverbindungen zu überprüfen.

Eine typische Anwendung von Ultraschallresonanzeigenschaften ist ein Ultraschallhärtenprüfer, der die Härte durch eine Änderung der Resonanzfrequenz des Ultraschallsensorbalkens misst. Es wird hauptsächlich verwendet, um die Härte eines Metalls zu bestimmen, und kann auch für andere Messungen mit einer Vergleichsmethode verwendet werden. Die Messung der Ultraschallhärte hat die Vorteile minimaler Schäden an der Oberfläche des Teststücks, der schnellen Messgeschwindigkeit und dem einfachen Betriebsverfahren. Es ist besonders für eine 100% ige Inspektion von fertigen Werkstücken geeignet und kann das Werkstück direkt erkennen, indem Sie die Sonde halten, insbesondere für große Maßstäbe, die sich schwer bewegen können. Werkstücke Teile, die nicht leicht zerlegt werden, die gemessen werden. Das Folgende ist ein Beispiel für den ultraschallischen Härtenstester, der erzeugt hat. Unter dem gleichmäßigen Kontaktdruck steht die Spitze des Sensors mit der Oberfläche des Teststücks in Kontakt, und die Resonanzfrequenz des Sensors folgt dem Teststück. Die Härte des Teststücks wird durch Messung der Änderung der Resonanzfrequenz des Sensors bestimmt.