توليد الموجات فوق الصوتية ومبدأ كاشف الخلل بالموجات فوق الصوتية.

الموجات فوق الصوتية هي موجة صوتية بتردد أكبر من 20000 هرتز، وهي موجة ميكانيكية. تردد الموجات فوق الصوتية المستخدمة في الكشف عن العيوب المعدنية هو 0.5 إلى 10 ميجا هرتز، منها 2 إلى 5 ميجا هرتز هي الأكثر استخدامًا.

1. توليد واستقبال الموجات فوق الصوتية

يتم توليد واستقبال الموجات فوق الصوتية من خلال الاستفادة من التأثير الكهرضغطي للقطعة البلورية الكهرضغطية في مسبار الموجات فوق الصوتية. يتم تحميل التذبذب الكهربائي الناتج عن كاشف الخلل بالموجات فوق الصوتية على جانبي لوح الكريستال الكهرضغطي في المسبار على شكل جهد عالي التردد. نتيجة للتأثير الكهروضغطي العكسي، فإن لوحة الكريستال الكهرضغطية سوف تنتج تشوهًا مستمرًا في التمدد والانكماش في اتجاه السُمك. يتم تشكيل الاهتزاز الميكانيكي.

إذا كان هناك اقتران جيد بين قطعة الكريستال الكهرضغطية وسطح قطعة العمل، فسوف ينتشر الاهتزاز الميكانيكي إلى قطعة العمل قيد الفحص في شكل موجات فوق صوتية، وهو توليد موجات فوق صوتية. على العكس من ذلك، عندما تتعرض الطبقة البلورية الكهروضغطية لتشوه التمدد والانكماش تحت تأثير الموجات فوق الصوتية، فإن التأثير الكهرضغطي الإيجابي سوف يتسبب في توليد شحنات ذات أقطاب مختلفة على كلا سطحي اللوحة البلورية الكهرضغطية، مما يشكل جهدًا عالي التردد قدره تردد الموجات فوق الصوتية لصدى الموجة الكهربائية. يتم عرض شكل الإشارة بواسطة كاشف الخلل وهو استقبال الموجات فوق الصوتية.

خصائص الموجات فوق الصوتية

2. الموجات فوق الصوتية لديها اتجاهية جيدة
3. لأن الطول الموجي للموجات فوق الصوتية قصير جدًا، فيمكن أن ينتشر في خطوط مستقيمة مثل موجات الضوء في الوسائط المرنة. علاوة على ذلك، فإن سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في وسط ثابت تكون ثابتة، لذلك يمكن حساب مسافة انتشارها بناءً على وقت الانتشار، مما يوفر أساسًا لتحديد العيوب أثناء اكتشاف الخلل.
   يمكن أن تنتشر الموجات فوق الصوتية في الأوساط المرنة ولكنها لا تنتشر في الفراغ
4. في الكشف العام عن الخلل، عادة ما يتم التعامل مع وسط الهواء على أنه فراغ، لذلك يُعتقد أن الموجات فوق الصوتية لا يمكن أن تنتشر عبر الهواء.
   الموجات فوق الصوتية، مثل الموجات الصوتية، لها أنواع موجية مختلفة عند مرورها عبر وسط ما، اعتمادًا على العلاقة بين اتجاه اهتزاز جزيئات الوسط واتجاه انتشار الموجة.
5. ⑴موجة طولية (L) عندما تنتشر موجة صوتية في وسط ما، فإن الموجة التي يكون فيها اتجاه اهتزاز جزيئات الوسط هو نفس اتجاه انتشار الموجة تسمى موجة طولية. ويمكن أن ينتشر في المواد الصلبة والسوائل والغازات.

يتمتع اكتشاف عيوب الموجة المستعرضة بمزايا فريدة، مثل الحساسية الأعلى والدقة الأفضل. غالبًا ما يستخدم في الكشف عن العيوب في اللحامات والمناسبات التي يصعب فيها اكتشاف الموجات الطولية، ويستخدم على نطاق واسع.

⑶الموجة السطحية (R) تسمى الموجة الصوتية التي تنتشر فقط على السطح الصلب وتقوم الجزيئات الموجودة على السطح المتوسط ​​بحركة بيضاوية بالموجة السطحية. في الكشف الفعلي عن الخلل، غالبًا ما تستخدم الموجات السطحية لفحص الشقوق السطحية لقطعة العمل وجودة سطح الطبقة المكربنة أو طبقة التغطية.

بالنسبة للفولاذ العادي، فإن سرعة الموجة الطولية التي تنتشر فيها الموجات فوق الصوتية هي الأسرع، تليها سرعة الموجة المستعرضة، وسرعة الموجة السطحية هي الأبطأ. لذلك، بالنسبة للموجات فوق الصوتية ذات التردد نفسه، فإن الموجات الطولية لها أطول طول موجي، تليها الموجات المستعرضة، والموجات السطحية لها أقصر طول موجي. نظرًا لأن دقة اكتشاف العيوب مرتبطة بطول الموجة، فإن دقة الطول الموجي القصير تكون عالية، وبالتالي فإن دقة اكتشاف الموجات السطحية أفضل من الموجات المستعرضة، والموجات المستعرضة أفضل من الموجات الطولية.

لتلخيص ذلك، نظرًا لأن الموجات فوق الصوتية يمكن أن تمر عبر أنواع مختلفة من الموجات بسرعات انتشار مختلفة في الوسائط المعدنية، يجب تحديد نوع الموجة فوق الصوتية المطلوبة عند إجراء الكشف عن العيوب في اللحامات المعدنية. التحليل أعلاه جيد نسبيًا، لذلك عادةً ما يتم اختيار موجة القص للكشف عن الخلل الفعلي، وإلا سيتم الخلط بين إشارة الصدى ولن يتم الحصول على النتيجة الصحيحة للكشف عن الخلل.

4． الموجات فوق الصوتية لها خاصية اختراق المواد والتخفيف منها

تشبه خاصية الموجات فوق الصوتية خاصية الأشعة، لكن طاقة الموجات فوق الصوتية كبيرة جدًا، لذا فهي تتمتع بقدرة اختراق أقوى. عندما تنتشر الموجات فوق الصوتية في معظم الوسائط، وخاصة في المواد المعدنية مثل الفولاذ، يكون فقدان الإرسال صغيرًا، ويمكن أن تصل أقصى مسافة انتشار إلى عدة أمتار. لذلك، يمكن أن يكون لاكتشاف الخلل بالموجات فوق الصوتية عمق اكتشاف أكبر، وهي ميزة لا تمتلكها طرق الكشف عن الخلل الأخرى.

عندما تنتشر الموجات فوق الصوتية في وسط ما، فإن ظاهرة ضعف طاقتها تدريجياً مع زيادة مسافة الانتشار تسمى توهين الموجات فوق الصوتية. في الكشف عن الخلل بالموجات فوق الصوتية للمواد المعدنية، يكون السبب الرئيسي للتوهين بالموجات فوق الصوتية هو التشتت، ويخفف ضغط الصوت وفقًا لقانون الأسي السلبي. القانون كالتالي:

PX=P0e-αx

في الصيغة، Px – ضغط الصوت عند النقطة X بعيدًا عن سطح الطبقة البلورية الكهرضغطية (Pa)؛

P0——ضغط الصوت الأصلي للموجة فوق الصوتية (Pa)؛

e——قاعدة اللوغاريتم الطبيعي;
α——معامل التوهين للمواد المعدنية (ديسيبل / م)؛
X——مسافة انتشار الموجات فوق الصوتية في المواد المعدنية (م).
α——attenuation coefficient of metal material (dB/m);
X——The distance of ultrasonic wave propagation in metal materials (m).