Application de céramiques piézotiques utilisées pour les tests ultrasoniques non destructeurs

L'histoire du développement et les caractéristiques de l'échographie

L'acoustique, en tant que branche de la physique, c'est une science qui étudie l'occurrence, la propagation, la réception et les effets des ondes sonores. Avant 1940, il n'y avait que des matériaux piézoélectriques monocristallins, ce qui rendait l'onde à ultrasons non largement utilisée. Dans les années 1970, des céramiques piézoélectriques transparentes PLZT ont été développées. Le développement de matériaux piézoélectriques a considérablement favorisé le développement du domaine ultrasonique.

La fréquence totale des ondes sonores est de 10 à 4 Hz à 1014 Hz. Généralement, les ondes sonores avec une fréquence de 2 × 104 Hz à 2 × 109 Hz sont appelées ondes ultrasoniques. Échographie, dans le cadre des ondes sonores, qui suit la loi fondamentale de la propagation des ondes sonores, maisCrystal du disque en céramique piézoa également des caractéristiques exceptionnelles: ① La directionnalité des ondes à ultrasons est bonne: les ondes à ultrasons ont la même directivité que les ondes légères et peuvent être transmises directionnellement par une conception spéciale. Détection efficace dans l'objet de détection, plus la fréquence ultrasonique est élevée, meilleure est la directivité; ② C'est une forte capacité de pénétration par ultrasons pour la plupart des médias, il a une forte capacité de pénétration; ③ Énergie ultrasonique élevée: la fréquence de travail de la détection par ultrasons est beaucoup plus élevée que la fréquence des ondes sonores et a une énergie élevée; ④ Les ondes ultrasoniques ont de courtes longueurs d'onde et de petits phénomènes de diffraction: en raison de leur grande fréquence et de leur longueur d'onde courte, ses réflexions causées par des défauts d'objet sont faciles à trouver, de sorte qu'elles sont souvent utilisées pour la détection des défauts. Ce sont ces caractéristiques qui rendent les échographies largement utilisées dans les tests non destructeurs.

Principes de base des tests ultrasoniques

Les ondes ultrasoniques se propagent dans différents milieux. Lorsque vous rencontrez l'interface, les ondes ultrasoniques subiront une réflexion, une réfraction et une conversion en mode d'onde. Les réflexions se produisent à des interfaces hétérogènes avec différentes impédances acoustiques. Lorsque les ondes ultrasoniques sont perpendiculaires incidemment du milieu 1 au milieu 2, la réflectivité à l'interface R. Plus la différence d'impédance acoustique est grande entre les deux milieux, plus le reflet des ondes ultrasoniques à l'interface est forte. Plus la différence d'impédance acoustique est grande entre les inclusions dans lePZT MATÉRIAU PIEZOELECTRIQUE Céramiqueet plus le substrat, plus la possibilité de détection est grande.

Contenu de détection

La céramique piézotique détectée par la méthode ultrasonique peut être divisée en détection de porosité et détection des défauts de surface. Porosité de détection de la céramique piézotique La résistance, le module élastique et la densité de la céramique piézotique sont directement liés à la porosité. La porosité de certains composantes piézores détermine si elle peut être utilisée. Il existe également une certaine relation entre la vitesse de transmission des ondes ultrasoniques et la porosité (ou la densité) dans le piézocéramique. Ce qui peut être obtenu par mesure réelle, puis la porosité de la céramique piézo-piéante peut être obtenue en utilisant des équations.

Les stomates sont réduits en ellipsoïdes orientés aléatoirement, qui sont uniformément distribués dans une matrice isotrope. Le modèle micromécanique composite est utilisé pour calculer la vitesse du son et le comparer avec les valeurs de mesure. La porosité est calculée. Lorsque la densité théorique des matériaux en céramique piézo est connue, la porosité peut être calculée à partir de la densité en vrac. Il existe de nombreuses méthodes pour mesurer la densité corporelle. La méthode Archimède est couramment utilisée. Les défauts internes des céramiques piézores peuvent également être détectés par la méthode de détection des défauts d'immersion sur l'eau. Lorsque les défauts sont détectés par la méthode de détection verticale de l'onde longitudinale à immersion à l'immersion de l'eau, le chemin du faisceau peut être lu directement. Pour détecter de petits défauts, une sonde à faible fréquence peut être utilisée à la place.

Détection de défaut de surface

Pour les céramiques piézores, les défauts de surface de la même forme et de la même taille sont plus susceptibles de causer des dommages que les défauts internes, de sorte que la détection des défauts de surface est particulièrement importante. Les défauts de surface des céramiques piézores sont généralement détectés par la méthode des ondes de surface de l'immersion de l'eau. L'onde à ultrasons (onde longitudinale) est obliquement incidente à la surface de l'objet à immerger dans l'eau. Lorsque l'angle incident θc est supérieur au deuxième angle critique θc, les ondes sonores réfractées se propagent toutes le long de la surface de la pièce, formant une équation d'onde de surface: Cl 1-longitudinal dans la vitesse d'eau du son; CR2—— Velocité de surface osonique de l'immersion de l'eau dans la pièce.

La longueur d'onde de l'onde de surface est plus courte que la longueur d'onde de l'onde de cisaillement, et l'atténuation est également supérieure à l'onde de cisaillement. En même temps, il ne se propage que le long de la surface. Lorsqu'il rencontre des coins ou des bords nets, il y aura de fortes échos de réflexion. Plus la courbure est grande, plus la réflexion est forte. Lorsque l'onde de surface inondée se propage à la surface du bloc d'essai, l'énergie peut s'échapper dans l'eau, donc après seulement quelques millimètres, la hauteur de l'onde réfléchie de l'onde de surface inondée est considérablement réduite. Compte tenu de la petite amplitude caractéristique de la distance de transmission d'onde réfléchie, labague en céramique piézoLe transducteur doit être aussi proche du défaut que possible. En plus des méthodes ci-dessus, la méthode du transducteur d'électrode de peigne, la méthode du microscope à ultrasons et la méthode de microscope à ultrasons à balayage laser peuvent être utilisées pour la détection de défauts de surface en céramique piézo moderne. Jusqu'à présent, il n'y a pas beaucoup de recherches sur la détection des défauts de céramique ultrasonique dans la Chine moderne, les données accumulées sont petites et il n'y a pas de blocs d'essai standard avec une forte objectivité. Les orientations de recherche qui doivent être renforcées à l'avenir sont le développement et l'application de nouvelles méthodes de détection de défaut et le développement de sondes haute performance. Bien sûr, avec le développement rapide des technologies de l'information, qui est incarnée par la technologie informatique, la technologie de tests ultrasoniques modernes non destructeurs se développe également vers le traitement numérique du signal et l'imagerie d'inspection.