Technologie de test non destructive et son application (4)

Caractéristiques de diffraction et de diffusion à ultrasons:

Lorsque l'onde à ultrasons se propage à travers le milieu, elle rencontre une interface hétérogène (comme un défaut). Selon le principe Huygens, un phénomène de diffraction se produit au bord de celui-ci, et une onde de diffraction nouvellement excitée est générée. Du point de vue apparent, l'onde à ultrasons d'origine peut continuer à progresser autour du défaut, mais une ombre acoustique (espace sans ondes ultrasoniques) se forme derrière le défaut. La nouvelle onde diffractée peut être utilisée pour évaluer la profondeur de la fissure de surface ou la hauteur de la fissure interne. En Chine, cette méthode est appelée la méthode des ondes régénératives de bord, et le pays étranger est appelé la méthode des ondes de diffraction de la pointe. Le phénomène de la formation d'ombre sonore est utilisé pour la détection de pénétration par ultrasons, c'est-à-dire lorsque des ondes à ultrasons rencontrent des défauts sur leurs chemins sonores, en raison de la réflexion, de la diffraction, de la diffusion, etc., et en raison de la microstructure anormale du matériel de la pièce de travail à être inspecté, il provoquera l'atténuation de l'énergie de propagation par ultrasons, de sorte que l'énergie acoustique reçue à l'autre extrémité du chemin acoustique est inférieure à celle de l'acoustinergie reçue dans des conditions normales, et la différence peut être reflétée en utilisant le détecteur de défaut à ultrasons afficher ou directement à l'aide de l'indication du compteur électrique. Utilisé comme base d'inspection et d'évaluation,Gauge de mesure d'épaisseur à ultrasonsPeut être utilisé pour la détection des défauts de la feuille, du composite ou de la structure liée, tels que la délamination, le débondement, etc., et peut également être utilisé pour les pointes de fissuration des petits commutateurs électriques. La diffraction ultrasonique (onde régénérative) détermine la profondeur de fissure.

Plaqué argent en contactant une inspection de qualité et plus encore. L'avantage est qu'il est facile de mettre en œuvre la détection automatique, mais l'inconvénient est que la taille du défaut et l'emplacement du défaut ne peuvent pas être connus, et les positions relatives des deux sondes sont strictement requises. Lorsque l'onde à ultrasons se propage dans le milieu, sa propre diffusion du front d'onde entraînera la diminution de l'énergie sonore à travers la zone unitaire perpendiculaire à la direction du faisceau son . La caractéristique est liée à l'angle de propagation du faisceau 2θ (θ est l'angle de semi-diffusion du faisceau d'échographie). De plus, l'onde à ultrasons est dans la limite des grains du matériau, du point de phase ou de l'impédance acoustique des particules en suspension, des impuretés, des bulles, etc. dans le milieu (la valeur est égale au produit de la vitesse du son et la densité) (même si c'est une légère différence). L'état de diffusion est lié à la longueur d'onde de l'onde à ultrasons et à l'amplitude de la particule de diffusion (le diamètre moyen du grain cristallin). Dans le matériau métallique, le rapport de la longueur d'onde λ au diamètre moyen des grains de cristal peut être divisé en trois états de diffusion: diffusion de Rayleigh: \"Lorsque λ, le degré de diffusion est proportionnel à la quatrième puissance de la fréquence, qui, qui est la majorité du métal. diffusion aléatoire: ≈λ, le degré de diffusion est proportionnel au carré de la fréquence, comme c'est généralement le cas dans les pièces moulées à grains grossiers; diffusion diffuse: ≥ λ, le degré de diffusion est inversement proportionnel à, qui s'exprime souvent dans le cas où la surface de la surface détectée de la pièce est rugue Les lumières étaient dispersées par temps brumeux et ne pouvaient pas briller à travers le brouillard. En raison de l'existence du phénomène de diffusion, l'énergie acoustique à travers la zone unitaire est perpendiculaire au chemin du son est réduite, c'est-à-dire t Il se dispersait la dispersion. Bien que l'existence de ce phénomène de diffusion dans la méthode de détection de réflexion par impulsions à ultrasons réduit non seulement la capacité de pénétration de l'onde ultrasonique mais interfère également avec la discrimination de l'écho, elle peut également être retournée à l'onde ultrasonique par la réverbération superposée de l'onde ultrasonique diffusée dans le matériau métallique. Une fois la sonde reçue, elle est affichée sur l'affichage du détecteur de défaut à ultrasons sous forme d'écho de mauvaises herbes. En évaluant le niveau d'encombrement, la microstructure du matériau métallique peut être jugée et évaluée. En particulier dans l'industrie aérospatiale, l'évaluation des niveaux de fouillis est devenue un indicateur important dans les critères d'acceptation pour les tests ultrasoniques des pièces forgées en alliage en titane.

Caractéristiques d'atténuation à ultrasons En plus de l'atténuation de la diffusion décrite dans la section précédente, une autre cause importante d'atténuation énergétique lorsque les ondes ultrasoniques sont transmises à travers le matériau est l'atténuation due à l'internalabsorption, qui est liée à la viscosité du matériau, à la conduction thermique, à la limite Friction, le phénomène de relaxation est lié à la perte d'énergie ultrasonique sous forme de migration de la chaleur et des atomes de soluté, en plus du mouvement de dislocation (tel que la densité de dislocation, le changement de longueur, la présence de trous et les impuretés) et le mouvement de la paroi du domaine magnétique, le résidu résiduel Le stress provoque des perturbations du champ sonore ... etc. Ils peuvent provoquer l'atténuation de l'énergie ultrasonique, ce qui correspond à l'atténuation de la diffusion dans la section supérieure. Nous appelons l'atténuation de l'énergie ultrasonique causée par ces raisons comme l'absorption d'absorption. On peut voir que le mécanisme d'atténuation des ondes ultrasoniques dans le matériau est très compliqué. Nous considérons une atténuation complète. Supposons que l'amplitude de pression acoustique à la source de distance x = 0 est p0, et l'amplitude de pression acoustique après la distance x est PX, puis: Px = P0 · E-αx, où α est appelé le coefficient d'atténuation, qui peut être divisé En deux parties, à savoir: α = αS + αA, où αS est le coefficient d'atténuation de diffusion et αA est le coefficient d'atténuation d'absorption. Par conséquent, le coefficient d'atténuation exprimé en α est un paramètre complet d'un matériau, qui augmente généralement à mesure que la fréquence ultrasonique augmente. Dans les tests à ultrasons, il est possible de déterminer le degré de réduction de l'énergie acoustique après que l'onde ultrasonique passe par le matériau (par exemple, l'évaluation du degré de réduction de l'amplitude d'écho de la surface inférieure de la pièce dans l'ultrasons Méthode de réflexion d'impulsions) est appelée évaluation de la perte d'onde inférieure ou perte de réflexion inférieure, ou onde à ultrasons. La méthode de pénétration peut être utilisée pour évaluer la nature, la morphologie et la distribution de la microstructure des matériaux, telles que la détection de cristaux grossiers de matériaux métalliques, la surchauffe et la sur-brûlage (structure de feu dans les forgs en métal), les carbures. Uniformité, taux de sphéroïdisation en carbure du fer ductile, résistance à la traction à température ambiante de l'acier au carbone, mesure des contraintes, etc.

Les données disponibles introduisent l'utilisation de l'affichage de l'encombrement provoqué par la diffusion et l'évaluation de l'atténuation de l'amplitude d'écho pour juger l'espacement de la couche de cémentite dans la structure perlite de la roue de locomotive (l'acier de perlite avec une teneur en carbone de 0,53 ~ 0,61% ). Déterminez la limite de rendement et la résistance à l'usure de la roue. Il y a également des rapports sur l'utilisation des caractéristiques d'atténuation ultrasonique dans les tests de fatigue des matériaux (dans le test de fatigue, la distorsion interne et la distorsion du réseau à l'intérieur de l'échantillon peut provoquer une diffusion ultrasonique, et la déformation plastique locale de la surface fracturée peut provoquer l'énergie ultrasonique à absorber). Utilisé pour l'évaluation de la ténacité de fracture de l'acier. La combinaison des caractéristiques d'atténuation à ultrasons avec les caractéristiques de la vitesse du son peut être utilisée pour déterminer, par exemple, la teneur en hydrogène dans les alliages de titane (réduisant le risque d'hydrogène dans les alliages de titane) et pour évaluer la qualité vieillissante des alliages d'aluminium, les caractéristiques de vitesse des ondes ultrasoniques du même type d'onde ont des vitesses de propagation différentes dans les différents matériaux, et dans le même matériau, les ondes ultrasoniques de différents types d'ondes ont également des vitesses de propagation différentes. Lorsque la composition, la microstructure, la densité, le rapport d'inclusion, la concentration, le taux de conversion du polymère, la résistance, la température, l'humidité, la pression (contrainte), le débit du matériau varie, la vitesse du son varie également. Testeur ou un détecteur de réflexion par impulsion ultrasonique conventionnel Détecteur ou jauge d'épaisseur pour comparer le matériau de la vitesse du son inconnue avec un échantillon standard de vitesse sonore connue, de sorte que la vitesse sonore ou la vitesse du son du matériau peut être mesurée et appliquée : (1) Détermination des constantes physiques de matériaux, telles que: selon la relation en physique, généralement: la vitesse du son c = (e / ρ) 1/2, où ρ est la densité des matériaux, E est le module élastique du Matériel . Étant donné que la vitesse du son est affectée par l'anisotropie, la forme et l'interface du matériau, et que les modules élastiques respectifs sont utilisés en fonction de la forme de vibration de l'onde ultrasonique, la vitesse des ondes longitudinales dans le gaz et le liquide (uniquement dans le gaz et le liquide) L'onde longitudinale a: Cl = (k / ρ0) 1/2, où k est le module élastique capacitif (module élastique volumétrique) du matériau, et ρ0 est la densité statique d'origine du milieu en présence de l'onde acoustique. Dans les solides: la vitesse de l'onde longitudinale ultrasonique se propageant axialement dans une tige mince ayant un diamètre plus petit que la longueur d'onde ultrasonique est: Cl = (e / ρ) 1/2, où E est le module du jeune du matériau, et ρ est le matériau Diamètre de la densité. Propagation des ondes longitudinales de l'ultrasonic dans la direction axiale d'une tige épaisse plus grande que la longueur d'onde ultrasonique. Cl = {[k + (4/3) g] / ρ} 1/2 = {[e (1-σ)] / ρ (1 + σ) (1-2σ)} k dans la formule 1/2 est la formule est la Module élastique capacitif (module élastique volumétrique) du matériau, g est le module élastique de cisaille également généré dans la direction verticale, et le rapport entre eux est appelé rapport de Poisson, qui est l'une des propriétés physiques du matériau). La vitesse du son des ondes de cisaillement est: cs = (g / ρ) 1/2 = {e / [ρ · 2 (1 + σ)]} 1/2 La vitesse du son des ondes Rayleigh est: Cr = [(0,87 + 1,12σ σ ) / (1 + σ)] · (g / ρ) 1/2. Lorsque la vitesse du son est mesurée et qu'un autre paramètre est connu, d'autres paramètres peuvent être calculés.

(2) Température de mesure: la vitesse du son dans le milieu est liée à la température du milieu. Cette caractéristique peut être utilisée pour mesurer la température du milieu sans contact. Il peut en outre être utilisé pour indiquer le point de fusion, le point d'ébullition et le changement de phase du milieu et pour mesurer la chaleur spécifique du milieu. La chaleur de fusion est la chaleur de réaction et la chaleur de combustion est mesurée, et la pureté et le poids moléculaire du milieu sont mesurés.

(3) Mesurer le débit: lorsque les ondes à ultrasons se propagent dans un milieu qui coule (comme les tuyaux de gaz, de liquide ou de liquide de fluide contenant une certaine proportion de particules solides ou de canaux d'eau.), La vitesse de propagation est différente de celle dans des conditions statiques avec respect pour un système de coordonnées fixe. Il est lié au débit du milieu, de sorte que le débit peut être déterminé en fonction de la variation de la vitesse du son et du débit (zone de section transversale du fluide x débit) peut être déterminé. (4) Mesurer la viscosité du liquide η: selon l'impédance acoustique de cisaillement z et (η · ρ) 1/2 (η est la viscosité du liquide, ρ est la densité du liquide), et l'impédance acoustique Z = ρ · c, donc en mesurant la vitesse du son et en déterminant la densité du liquide, la densité du theliquide peut être déterminée. (5) Mesure des contraintes: la vitesse de propagation des ondes ultrasoniques dans le matériau a un changement approximativement linéaire avec la contrainte appliquée (appelée effet de contrainte ultrasonique), il peut donc être utilisé pour mesurer la résistance du béton pré-rémunéré, la résistance et la contrainte résiduelle de la contrainte résiduelle de la contrainte résiduelle de le métal et la fixation. Contrainte de traction sur une pièce (comme un boulon de fixation). (6) Mesure de dureté: La dureté de la couche durcie de la surface métallique peut être déterminée en utilisant le changement de vitesse caractéristique de l'onde dans la couche durcie de la surface métallique.

(7) Déterminer la profondeur de la fissure à la surface du métal: la différence entre le moment où l'onde est transmise directement le long de la surface du métal et le temps où la fissure de surface est présente et l'onde est contournée par la fissure. Selon la vitesse de propagation de l'onde de Rayleigh, elle peut être calculée par la profondeur de la fissure. Cette méthode est appelée méthode de retard ou méthode de temps de transit, méthode ΔT.

(8) Épaisseur de mesure: selon la relation entre la distance de propagation ultrasonique x et la vitesse du son C et le temps de transmission t: x = c · t, par exemple, quand la mesure de l'épaisseur par une méthode de réflexion par impulsion ultrasonique, épaisseur de la pièce d = C · T / 2. La raison de l'utilisation du dénominateur 2 ici est que la sonde à ultrasons émet une impulsion à ultrasons à la surface inférieure de la pièce et que la sonde de retour réfléchie est reçue, de sorte que le chemin du son passe deux fois plus de l'épaisseur de la pièce.

En utilisant les caractéristiques de vitesse des ondes ultrasoniques, il peut également être appliqué à, la mesure de la résistance de la fonte de graphite sphéroïdale et le degré de sphéroïdisation du graphite, la détermination de l'humidité de l'adobe en céramique pour déterminer le moment du tir dans le four et la Analyse des caractéristiques du milieu gazeux (par exemple, la pureté de l'oxygène industriel et de l'azote). Le taux métabolique de la respiration animale a le changement dans la teneur en un composant dans le gaz, etc. ainsi que la densité de la fraction pétrolière, le latex néoprène.

La méthode de retard ultrasonique est utilisée pour déterminer la densité du liquide de profondeur de fissure de surface et similaire. En résumé, l'application des caractéristiques de la vitesse à ultrasons, en particulier dans la technologie de mesure industrielle, est nombreux. Ultrasonicis une sorte d'onde de vibration mécanique. Nous pouvons utiliser le résonateur à ultrasons pour injecter l'onde ultrasonique avec une fréquence réglable (principalement en utilisant l'onde longitudinale) dans la pièce à inspecter. Lorsque l'onde à ultrasons résonne avec la fréquence naturelle de la pièce, l'onde incidente de la direction opposée se propage. Les ondes réfléchies sont superposées les unes aux autres pour former une onde debout, qui est la résonance d'épaisseur de l'onde longitudinale perpendiculairement. Avec cette caractéristique de résonance, elle peut être appliquée aux aspects suivants:

(1) Mesure de l'épaisseur:
L'épaisseur deTransducteur du disque en céramique piézoest d, et la longueur d'onde de l'onde ultrasonique qui y propage Un entier positif, c'est-à-dire que l'épaisseur de la pièce à inspecter à ce moment est égale à un multiple intégral de la demi-longueur d'onde de l'onde ultrasonique résonante. Lorsque la vitesse ultrasonique C du matériau de la pièce d'essai est connue, selon la relation entre la vitesse du son, la longueur d'onde et la fréquence: c = λ · f, la fréquence ultrasonique au moment de la résonance d'épaisseur peut être obtenue: fn = C / λn = n · c / 2d Lorsque n = 1, f1 = c / 2d, qui est la fréquence fondamentale de la résonance d'épaisseur. Étant donné que la différence entre les fréquences de deux harmoniques adjacentes est égale à la fréquence fondamentale, il y a: fn-fn-1 = nf1- (n-1) f1 = f1, de sorte que la fréquence de deux harmoniques adjacentes dans l'épaisseur peut être déterminé par le résonateur, et l'épaisseur de la pièce est: d = c / [2 (fn-fn-1)], lorsque les fréquences des harmoniques non adjacentes sont respectivement FM et FN, depuis: fm-fn = (Mn) F1.

(2) Détection des défauts:
Lorsqu'il y a un défaut dans la pièce à inspecter, la fréquence nationale changera par rapport à la même pièce sans défauts, et l'état de résonance changera également (changements de fréquence de résonance), de sorte que l'existence du défaut peut être détectée en conséquence . Par exemple, il est utilisé pour mesurer la dureté des métaux, pour inspecter la qualité du soudage à la tôle, en particulier pour les défauts de liaison des matériaux composites et des structures collées (telles que des gel pauvres et non liés, etc.) et la détection de la détection de Force de liaison. La méthode de détection de vibration acoustique est conçue pour vérifier la qualité des joints de colle.

Une application typique des caractéristiques de résonance à ultrasons est un testeur de dureté à ultrasons, qui mesure la dureté au moyen d'un changement de fréquence de résonance de la barre de capteur à ultrasons. Il est principalement utilisé pour déterminer la dureté d'un métal et peut également être utilisé pour d'autres mesures par une méthode de comparaison. La mesure de la dureté à ultrasons présente les avantages de dommages minimaux à la surface de la pièce d'essai, de vitesse de mesure rapide et de procédure de fonctionnement simple. Il convient particulièrement à l'inspection à 100% des pièces finies et peut détecter directement la pièce en tenant la sonde, particulièrement adaptée à de grandes échelles difficiles à déplacer. Pièces de travail qui ne sont pas facilement démontées, qui sont mesurées. Ce qui suit est un exemple du testeur de dureté à ultrasons, qui a produit. Sous la pression de contact uniforme, la pointe du capteur est en contact avec la surface de la pièce d'essai et la fréquence de résonance du capteur suivra la pièce d'essai. La dureté de la pièce d'essai est déterminée en mesurant le changement de la fréquence de résonance du capteur.