La generación de ondas ultrasónicas y el principio del detector de fallas ultrasónico.
El ultrasonido es una onda sonora con una frecuencia superior a 20.000 Hz y es una onda mecánica. La frecuencia de las ondas ultrasónicas utilizadas en la detección de defectos metálicos es de 0,5 a 10 MHz, de los cuales 2 a 5 MHz son las más utilizadas.
Generación y recepción de ondas ultrasónicas
El método piezoeléctrico se utiliza para generar ondas ultrasónicas en la detección de defectos. El método piezoeléctrico utiliza láminas de cristal piezoeléctrico para generar ondas ultrasónicas. La oblea de cristal piezoeléctrica es un material de cristal especial. Cuando la oblea de cristal piezoeléctrico se deforma bajo la acción de una tensión de tracción o de compresión, aparecerán cargas en la superficie de la oblea; por el contrario, se deformará bajo la acción de cargas o campos eléctricos. El primero se llama efecto piezoeléctrico positivo y el segundo se llama efecto piezoeléctrico inverso.
La generación y recepción de ondas ultrasónicas se logra utilizando el efecto piezoeléctrico de la pieza de cristal piezoeléctrico en la sonda ultrasónica. La oscilación eléctrica generada por el detector de defectos ultrasónico se carga en ambos lados de la lámina de cristal piezoeléctrico de la sonda en forma de voltaje de alta frecuencia. Como resultado del efecto piezoeléctrico inverso, la lámina de cristal piezoeléctrico producirá una deformación continua por expansión y contracción en la dirección del espesor. Se forma vibración mecánica.
Si hay un buen acoplamiento entre la pieza de cristal piezoeléctrico y la superficie de la pieza de trabajo, la vibración mecánica se propagará a la pieza de trabajo bajo inspección en forma de ondas ultrasónicas, que es la generación de ondas ultrasónicas. Por el contrario, cuando la lámina de cristal piezoeléctrico sufre deformación por expansión y contracción bajo la acción de ondas ultrasónicas, el efecto piezoeléctrico positivo provocará que se generen cargas con diferentes polaridades en ambas superficies de la lámina de cristal piezoeléctrico, formando un voltaje de alta frecuencia de frecuencia ultrasónica para hacer eco de la onda eléctrica. La forma de la señal la muestra el detector de defectos, que es la recepción de ondas ultrasónicas.
Propiedades de las ondas ultrasónicas
El ultrasonido tiene buena directividad Debido a que la longitud de onda de las ondas ultrasónicas es muy corta, pueden propagarse en líneas rectas como las ondas de luz en medios elásticos. Además, la velocidad de propagación de las ondas ultrasónicas en un medio fijo es constante, por lo que su distancia de propagación se puede calcular en función del tiempo de propagación, lo que proporciona una base para localizar defectos durante la detección de fallas.
Las ondas ultrasónicas pueden propagarse en medios elásticos pero no en el vacío En la detección general de fallas, el medio aéreo generalmente se trata como un vacío, por lo que se cree que las ondas ultrasónicas no pueden propagarse a través del aire.
Las ondas ultrasónicas, al igual que las ondas sonoras, tienen diferentes tipos de ondas cuando pasan a través de un medio, dependiendo de la relación entre la dirección de vibración de las partículas del medio y la dirección de propagación de la onda.
⑴Onda longitudinal (L) Cuando una onda de sonido se propaga en un medio, la onda en la que la dirección de vibración de las partículas del medio es la misma que la dirección de propagación de la onda se llama onda longitudinal. Puede propagarse en sólidos, líquidos y gases.
⑵ Onda transversal (S) Cuando una onda de sonido se propaga en un medio, la dirección de vibración de la partícula del medio y la dirección de propagación de la onda son perpendiculares entre sí, lo que se denomina onda transversal. Las ondas transversales sólo pueden propagarse en sólidos.
La detección de defectos de ondas transversales tiene ventajas únicas, como una mayor sensibilidad y una mejor resolución. A menudo se utiliza en la detección de defectos en soldaduras y en ocasiones en las que las ondas longitudinales son difíciles de detectar, y se utiliza ampliamente.
⑶Onda superficial (R) La onda sonora que solo se propaga sobre la superficie sólida y las partículas en la superficie del medio hacen un movimiento elíptico se llama onda superficial. En la detección de defectos real, las ondas superficiales se utilizan a menudo para inspeccionar las grietas superficiales de la pieza de trabajo y la calidad de la superficie de la capa cementada o capa de cobertura.
Para el acero ordinario, la velocidad de la onda longitudinal en la que se propagan las ondas ultrasónicas es la más rápida, seguida de la velocidad de la onda transversal y la velocidad de la onda superficial es la más lenta. Por lo tanto, para ondas ultrasónicas de la misma frecuencia, las ondas longitudinales tienen la longitud de onda más larga, seguidas de las ondas transversales y las ondas superficiales tienen la longitud de onda más corta. Dado que la resolución de detección de defectos está relacionada con la longitud de onda, la resolución de longitud de onda corta es alta, por lo que la resolución de detección de ondas superficiales es mejor que las ondas transversales, y las ondas transversales son mejores que las ondas longitudinales.
En resumen, dado que las ondas ultrasónicas pueden pasar a través de diferentes tipos de ondas con diferentes velocidades de propagación en medios metálicos, se debe seleccionar el tipo de onda ultrasónica requerido al realizar la detección de fallas en soldaduras metálicas. El análisis anterior es relativamente bueno, por lo que la detección de fallas real generalmente se elige como onda de corte; de lo contrario, la señal del eco se confundirá y no se obtendrá el resultado correcto de la detección de fallas.
4． Las ondas ultrasónicas tienen la propiedad de penetrar materiales y atenuarse en los materiales
Esta propiedad de las ondas ultrasónicas es similar a la de los rayos, pero la energía de las ondas ultrasónicas es muy grande, por lo que tiene una capacidad de penetración más fuerte. Cuando las ondas ultrasónicas se propagan en la mayoría de los medios, especialmente en materiales metálicos como el acero, la pérdida de transmisión es pequeña y la distancia máxima de propagación puede alcanzar varios metros. Por lo tanto, la detección de fallas por ultrasonidos puede tener una profundidad de detección mayor, lo cual es una ventaja que otros métodos de detección de fallas no tienen.
Cuando las ondas ultrasónicas se propagan en un medio, el fenómeno de que su energía se debilita gradualmente a medida que aumenta la distancia de propagación se denomina atenuación de las ondas ultrasónicas. En la detección ultrasónica de fallas en materiales metálicos, la principal causa de la atenuación ultrasónica es la dispersión, y su presión sonora se atenúa según una ley exponencial negativa. La ley es la siguiente:
PX=P0e-αx
En la fórmula, Px – la presión del sonido en el punto X alejado de la superficie de la lámina de cristal piezoeléctrico (Pa); P0——Presión sonora original de la onda ultrasónica (Pa); e——la base del logaritmo natural; α——coeficiente de atenuación del material metálico (dB/m); X——La distancia de propagación de la onda ultrasónica en materiales metálicos (m).
