Mit dem kontinuierlichen Aufkommen neuer Technologien und der kontinuierlichen Aktualisierung von Prüfgeräten nimmt die Ultraschallprüftechnik als eine der fünf wichtigsten Prüftechnologien in der zerstörungsfreien Prüfung eine wichtige Position in der zerstörungsfreien Prüfung ein.



Im Inspektionsprozess spielt neben dem Ultraschall-Fehlererkennungsgerät auch die Sonde, die Ultraschallwellen aussendet und empfängt, eine wichtige Rolle. Daher wirken sich die Leistung der Sonde und die geeignete Auswahl der Sonde während des Fehlererkennungsprozesses direkt auf die Genauigkeit der Fehlererkennungsergebnisse aus. . Im Folgenden geht es um die Klassifizierung, Funktion und Auswahlprinzipien piezoelektrischer Ultraschallprüfköpfe.
  1. Klassifizierung von Ultraschallprüfköpfen

Bei der Fehlererkennung mit einem Ultraschall-Fehlerdetektor müssen aufgrund der unterschiedlichen Form, des Materials, der Größe, der Oberflächenbeschaffenheit, des Fehlererkennungszwecks und der Fehlererkennungsbedingungen des zu prüfenden Werkstücks unterschiedliche Formen von Ultraschallsonden verwendet werden. Ultraschallsonden können je nach Induktionsmethode unterschiedlich klassifiziert werden, im Allgemeinen einschließlich der folgenden.

1) Klassifizierung nach Wellentyp: Je nach Wellentyp, der im gemessenen Werkstück erzeugt wird, kann es in Longitudinalwellensonde, Transversalwellensonde, Plattenwellensonde (Lambwelle), Kletterwellensonde und Oberflächenwellensonde unterteilt werden.

2) Klassifizierung nach Kopplungsmethode: Je nach Kopplungsmethode zwischen der Sonde und der Oberfläche des zu messenden Werkstücks kann sie in Direktkontaktsonden und Flüssigkeitseintauchsonden unterteilt werden.

3) Klassifizierung nach der Richtung des einfallenden Schallstrahls: Je nach Richtung des einfallenden Schallstrahls kann dieser in gerade Sonden und schräge Sonden unterteilt werden.

4) Klassifizierung nach Anzahl der Elemente: Entsprechend der Anzahl der piezoelektrischen Elemente in der Sonde kann sie in Einkristallsonden, Doppelkristallsonden und Polykristallsonden unterteilt werden.

5) Klassifizierung nach Chipmaterial: Je nach Material des piezoelektrischen Chips in der Sonde kann diese in gewöhnliche piezoelektrische Chipsonden und zusammengesetzte piezoelektrische Chipsonden unterteilt werden.

6) Klassifizierung nach Schallstrahlform: Je nachdem, ob der Ultraschallstrahl konzentriert ist oder nicht, kann er in fokussierte Sonden und nicht fokussierte Sonden unterteilt werden.

7) Klassifizierung nach Spektrum: Nach dem Ultraschallspektrum kann es in Breitband- und Schmalbandsonden unterteilt werden.

8) Klassifizierung nach der Krümmung des zu messenden Werkstücks: Entsprechend der Krümmung des zu messenden Werkstücks kann es in flache Sonden und gekrümmte Oberflächensonden unterteilt werden.

9) Spezialsonden: Neben allgemeinen Sonden gibt es auch einige Sonden, die unter besonderen Bedingungen und für spezielle Zwecke eingesetzt werden. Zum Beispiel eine mechanische Rasterschaltsonde, eine elektronische Rastersonde, eine Hochtemperatursonde, eine Sonde mit variablem Winkel (einstellbar von 0° bis 90°), eine Flachsonde zur Erkennung von Porzellanflaschenfehlern (Längswelle) und eine S-Typ-Sonde (Querwelle). usw.
  1. Gemeinsame Funktionen typischer Ultraschallsonden

1) Longitudinalwellensonde: Die Longitudinalwellensonde wird üblicherweise als gerade Sonde bezeichnet und wird hauptsächlich zur Erkennung von Fehlern parallel zur Erkennungsoberfläche verwendet, wie z. B. Schmiedeteile, Gussteile, Stangen, Platten, Wellen (wie Poren, Blasen, Einschlüsse, Falten). und andere Mängel) Erkennung usw. .

2) Scherwellen-Schrägsonde: Die Scherwellen-Schrägsonde nutzt die Scherwellenerkennung. Es handelt sich um eine Sonde, deren Einfallswinkel zwischen dem ersten kritischen Winkel und dem zweiten kritischen Winkel liegt und bei der die gebrochene Welle eine reine Scherwelle ist. Es wird hauptsächlich zur Detektion senkrecht zur Detektionsoberfläche oder in einem bestimmten Winkel zur Detektionsoberfläche verwendet. Es dient zur Erkennung von Fehlern in Schweißnähten (z. B. mangelnder Verschmelzung und unvollständiger Durchdringung), Rohren und Schmiedeteilen (z. B. Rissen, Einschlüssen usw.).

3) Längswellen-Schrägsonde: Die Längswellen-Schrägsonde ist eine Sonde, deren Einfallswinkel kleiner als der erste kritische Winkel ist. Der Zweck besteht darin, Longitudinalwellen mit kleinem Winkel zur Fehlerprüfung zu verwenden oder, wenn die Dämpfung von Scherwellen zu groß ist, die Eigenschaften der starken Penetrationsfähigkeit von Longitudinalwellen zu nutzen, um eine Inspektion von Longitudinalwellen mit schrägem Einfall durchzuführen. Bei der Anwendung ist auf die gleichzeitige Beeinflussung der Probe durch Scherwellen zu achten.

4) Kletterwellensonde: Die Kletterwellensonde ist ein Wandler, der die Kletterwellenerkennung nutzt. Da der Winkel einer Steigwellensonde zwischen 75° und 83° liegt, was nahezu senkrecht zur Dickenrichtung des zu messenden Werkstücks ist, und nahe bei 90° zu den vertikalen Rissen im Werkstück liegt, ist dies der Fall gute Erkennungsempfindlichkeit für vertikale Risse. Es ist unempfindlich gegenüber Oberflächenrauheiten, hat eine hohe Geschwindigkeit, große Energie und eine große Wellenlänge. Die Detektionstiefe ist tiefer als die Oberflächenwelle. Die Anforderungen an die Oberflächengüte des Werkstücks sind geringer als die Oberflächenrauheit. Es ist für die Oberflächen- und oberflächennahe Risserkennung geeignet. Die Hauptenergie, die bei der Ultraschallprüfung verwendet wird, sind Longitudinalwellen.

5) Oberflächenwellensonde: Die Oberflächenwellensonde (Rayleigh-Welle) ist ein Sonderfall der Schrägsonde. Wenn der Einfallswinkel auf einen bestimmten Winkel ansteigt, sodass der Brechungswinkel der Transversalwelle im Werkstück 90° beträgt, können im Werkstück Oberflächenwellen erzeugt werden. Wenn die gerade Sonde schräg in der Flüssigkeit auf das Werkstück trifft, kann sie ebenfalls Oberflächenwellen erzeugen. Da die Energie von Oberflächenwellen innerhalb von zwei Wellenlängen unterhalb der Oberfläche konzentriert ist, ist die Empfindlichkeit der Untersuchung von Oberflächenrissen hoch. Es wird hauptsächlich zur Prüfung von Oberflächenfehlern oder oberflächennahen Fehlern verwendet, z. B. zur Fehlererkennung bei dünnen Blechen, dünnwandigen Rohren, dünnwandigen Behältern und zur Erkennung kleiner oberflächennaher Fehler. warte.
6) Doppelelementsonde: Eine Doppelelementsonde enthält zwei unabhängige Elemente in einer Sonde, auch bekannt als geteilte Sonde oder kombinierte Doppelsonde. In einem Sondenhalter sind zwei piezoelektrische Chips verbaut. Ein Chip sendet Ultraschallsignale aus und der andere empfängt sie. Sie können einen bestimmten Chip für die Übertragung entwerfen oder ihn für die Übertragung an einen beliebigen Chip entwerfen.

Dual-Element-Sonden werden entsprechend dem Einfallswinkel αL in Longitudinalwellen-Dual-Element-Geradsonden und Transversal-Dual-Element-Schrägsonden unterteilt. Die Doppelelementsonde bietet folgende Vorteile: hohe Empfindlichkeit, weniger Störgeräusche und kleiner Blindbereich, geringe Länge des Nahfeldbereichs im Werkstück und einstellbarer Erfassungsbereich. Der Aufbau einer Doppelelementsonde, die auf der einen Seite sendet und auf der anderen Seite empfängt, eignet sich besonders für die Erkennung von Defekten sehr nahe an der Sensorposition. Da sowohl der Sende- als auch der Empfangsteil der Dual-Element-Sonde mit Verzögerungsblöcken ausgestattet sind, eliminiert dieses Design oberflächennahe Defekte weitgehend. Der Blindbereich ist für die Erkennung von Oberflächenfehlern sehr vorteilhaft. Doppelelementsonden haben sehr wichtige Anwendungen bei der Fehlererkennung ultradünner Teile und der Ultraschalldickenmessung.
  1. Grundsätze für die Auswahl von Ultraschallprüfköpfen

Es gibt viele Arten von Ultraschallsonden mit unterschiedlichen Leistungen. Daher ist je nach Form des Ultraschall-Fehlererkennungsobjekts, der Dämpfung der Ultraschallwellen und den technischen Anforderungen eine rationelle Auswahl der Sonden die Grundlage für die Gewährleistung korrekter Fehlererkennungsergebnisse. Die Wahl der Ultraschallsonde wird hauptsächlich durch Folgendes beeinflusst: Sondentyp, Sondenfrequenz, Sondenchipgröße und Sondenwinkel usw.

3.1 Sondentyp des Ultraschall-Fehlerdetektors

Im Allgemeinen wird die Form der Sonde basierend auf der Form des Werkstücks sowie der Lage und Richtung möglicher Fehler ausgewählt und die Ultraschallstrahlachse steht möglichst senkrecht zum Fehler. Einzelheiten finden Sie oben im Abschnitt „Allgemeine typische Sondenfunktionen“.

3.2 Auswahl der Frequenz der Ultraschallprüfsonde

Die Frequenz der Ultraschallfehlererkennung liegt zwischen 0,5 und 15 MHz und der Auswahlbereich ist groß. Im Allgemeinen sollten bei der Auswahl der Frequenz die folgenden Faktoren berücksichtigt werden.

1) Aufgrund der Beugung von Ultraschallwellen beträgt die Empfindlichkeit der Ultraschall-Fehlererkennung etwa eine halbe Wellenlänge. Die Geschwindigkeit der Ultraschallwellen ist innerhalb desselben Materials konstant, sodass eine Erhöhung der Frequenz die Ultraschallwellenlänge verkürzt und die Empfindlichkeit der Fehlererkennung erhöht, was beim Auffinden kleinerer Fehler von Vorteil ist.

2) Hohe Frequenz, kleine Impulsbreite und hohe Auflösung sind hilfreich für die Unterscheidung benachbarter Defekte und die Verbesserung der Auflösung.

3) Aus der Diffusionsformel ist ersichtlich, dass bei hoher Frequenz und kurzer Ultraschallwellenlänge der Halbdiffusionswinkel klein ist, die Richtwirkung des Schallstrahls gut ist und die Ultraschallenergie konzentriert ist, was vorteilhaft ist Fehler zu finden und zu lokalisieren, und die quantitative Genauigkeit ist hoch.

4) Aus der Formel für die Länge des Nahfeldbereichs ist ersichtlich, dass die Frequenz hoch, die Ultraschallwellenlänge kurz und die Länge des Nahfeldbereichs groß ist, was sich nachteilig auf die Fehlererkennung auswirkt.

5) Aus den Dämpfungs- und Absorptionsformeln ist ersichtlich, dass die Dämpfung von Ultraschallwellen mit zunehmender Ultraschallfrequenz und mittlerer Korngröße stark zunimmt.

Aus der obigen Analyse geht hervor, dass die Frequenz der Ultraschallsonde einen größeren Einfluss auf die Ultraschall-Fehlererkennung hat. Hohe Frequenz, hohe Fehlererkennungsempfindlichkeit und -auflösung sowie eine gute Strahlrichtwirkung sind für die Fehlererkennung von Vorteil. Allerdings ist die Frequenz hoch, der Nahfeldbereich lang und die mittlere Dämpfung groß, was für die Fehlererkennung ungünstig ist. Daher sollten bei der Auswahl der Frequenz der Ultraschallsonde umfassende Überlegungen angestellt, alle Faktoren analysiert und eine angemessene Auswahl getroffen werden. Im Allgemeinen sollte unter der Voraussetzung der Anforderungen an die Fehlererkennungsempfindlichkeit so weit wie möglich eine Sonde mit einer niedrigeren Frequenz ausgewählt werden; Für Schmiedeteile, gewalzte Teile und geschweißte Teile mit feiner Körnung wird im Allgemeinen eine Sonde mit einer höheren Frequenz verwendet, üblicherweise werden 2,5–5,0 MHz verwendet. . Für Werkstücke wie Gussteile und austenitische Stähle mit relativ groben Körnern sollte eine weiche und niederfrequente Sonde verwendet werden, normalerweise 0,5–2,5 MHz. Andernfalls wird die Ultraschallenergie bei zu hoher Frequenz stark gedämpft.

3.3 Auswahl der Chipgröße der Ultraschall-Prüfsonde

1) Halber Diffusionswinkel: Gemäß der Diffusionswinkelformel nimmt der halbe Diffusionswinkel mit zunehmender Chipgröße ab, die Strahlrichtwirkung ist gut und die Ultraschallenergie wird konzentriert, was sich positiv auf die Fehlererkennung auswirkt.

2) Nahfeldbereich zur Fehlererkennung: Aus der Formel für die Länge des Nahfeldbereichs geht hervor, dass mit zunehmender Chipgröße die Länge des Nahfeldbereichs zunimmt, was sich nachteilig auf die Fehlererkennung auswirkt.

3) Große Chipgröße: Die abgestrahlte Ultraschallenergie ist stark, der Scanbereich des nicht diffundierten Bereichs der Sonde ist groß und die Fähigkeit, Defekte über große Entfernungen zu erkennen, wird verbessert.

Bei der Erkennung von Werkstücken mit einem großen Fehlerbereich sollte zur Effizienz der Fehlererkennung eine große Chipsonde verwendet werden; Bei der Erkennung von Werkstücken mit großer Fehlerdicke sollte eine große Spansonde verwendet werden, um weit entfernte Fehler zu finden. Bei kleinen Werkstücken sollte zur genauen Lokalisierung und Quantifizierung von Fehlern ein großer Spantaster eingesetzt werden. Wählen Sie eine kleine Elementsonde aus; Bei Werkstücken mit unebenen Oberflächen und großen Krümmungen sollte zur Reduzierung von Kopplungsverlusten eine kleine Elementsonde gewählt werden.

3.4 Auswahl des Ultraschall-Prüfkopfwinkels

Während der Inspektion sollte die Achse des Ultraschallstrahls möglichst senkrecht zum Defekt stehen. Daher sollte die Winkelauswahl auf der Art und Lage der Fehler basieren, die im Prüfobjekt vorhanden sein können, sowie auf den zulässigen Fehlererkennungsbedingungen des Werkstücks. Zur Auswahl des geeigneten Winkels sollten das Reflexions- und Brechungsgesetz und damit verbundene geometrische Kenntnisse genutzt werden. Sonde. Am Beispiel des K-Werts der Sonde bei der Scherwellendetektion hat der Brechungswinkel einen großen Einfluss auf die Detektionsempfindlichkeit, die Richtung der Schallstrahlachse und den Schallweg der Primärwelle (den Abstand vom Einfallspunkt). zum unteren Reflexionspunkt).

0,7 oder K

1,5, das Endwinkelreflexionsvermögen ist sehr gering, was leicht dazu führen kann, dass Inspektionen verpasst werden.1.5, the end-angle reflectivity is very low, which can easily lead to missed inspections.


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