Klasifikace, funkce a principy výběru sond používaných při ultrazvukové detekci vad
1. Klasifikace ultrazvukových sond:
Při ultrazvukové detekci vad jsou potřebné různé typy sond z důvodu různých tvarů, materiálů, účelů detekce vad a podmínek detekce vad testovaných obrobků. Ultrazvukové sondy lze klasifikovat podle různých indukčních metod, obecně existují následující typy.
1) Podle typu vlny generovaného v detekovaném obrobku jej lze rozdělit na sondu podélných vln, sondu s příčnými vlnami, sondu deskových vln (jehněčí vlna), sondu plazivých vln a sondu povrchových vln.
2) Podle směru dopadajícího zvukového paprsku jej lze rozdělit na přímou sondu a šikmou sondu.
3) Podle způsobu vazby sondy a povrchu zkoušeného obrobku ji lze rozdělit na kontaktní sondu a kapalinovou ponornou sondu.
4) Podle materiálu piezoelektrické destičky v sondě ji lze rozdělit na běžnou piezoelektrickou destičku a kompozitní piezoelektrickou destičku.
5) Podle počtu piezoelektrických destiček v sondě ji lze rozdělit na sondu s jedním krystalem, sondu s dvěma krystaly a sondu polykrystalickou.
6) Podle toho, zda lze ultrazvukový zvukový paprsek zaostřit, se dělí na zaostřenou sondu a neostřenou sondu.
7) Podle ultrazvukového frekvenčního spektra jej lze rozdělit na širokopásmové a úzkopásmové sondy.
8) Podle zakřivení odpovídajícího detekčního obrobku jej lze rozdělit na plochou sondu a zakřivenou sondu.
9) Speciální sonda. Kromě obecných sond existují i některé sondy za zvláštních podmínek a pro zvláštní účely.
2. Úloha běžných typických sond
1) Sondy pro podélné vlny se obvykle nazývají přímé sondy, které se používají hlavně k detekci defektů rovnoběžných s detekčním povrchem, jako je deska, odlitek, kování atd.
2) Šikmé sondy smykových vln používají detekci smykových vln. Úhel dopadu je mezi prvním kritickým úhlem a druhým kritickým úhlem a lomená vlna je čistě smyková vlna. Používá se hlavně k detekci defektů kolmo nebo v určitém úhlu k detekční ploše. Používá se pro kontrolu svarů, trubek a výkovků.
3) Šikmá sonda podélné vlny je sonda, jejíž úhel dopadu je menší než první kritický úhel. Účelem je použít pro kontrolu defektů podélné vlny malého úhlu, nebo když je příčný útlum vln příliš velký, použít vlastnosti silného proniknutí podélných vln k provedení kontroly šikmých dopadů podélných vln. Při použití dávejte pozor na přítomnost interference příčných vln ve vzorku.
4) Sonda plazivých vln. Protože úhel plíživé vlny je mezi 75 ° º 83 °, což je téměř kolmo ke směru tloušťky kontrolovaného obrobku a je blízko 90 ° se svislou trhlinou v obrobku, má dobrou detekční citlivost pro svislé praskliny a má dobrou detekční citlivost obrobku. Požadavek na drsnost povrchu není vysoký a je vhodný pro detekci trhlin na povrchu a blízkém povrchu.
5) Úhel dopadu sondy povrchové vlny (Rayleighova vlna) by měl být blízko kritického úhlu, kde je generována Rayleighova vlna, obvykle o něco větší než druhý kritický úhel. Vzhledem k tomu, že energie povrchové vlny je koncentrována do 2 vlnových délek pod povrchem, je citlivost kontroly povrchových trhlin extrémně vysoká a kontrola je prováděna hlavně u defektů povrchu nebo povrchu.
6) Duální krystalická sonda. Sonda s dvěma krystaly má dvě piezoelektrické destičky, jedna slouží k přenosu ultrazvukových vln a druhá k přijímání ultrazvukových vln. Podle rozdílu úhlu dopadu αL se dělí na dvojitou krystalovou přímou sondu s podélnou vlnou a šikmou sondu s dvojitým krystalem s příčnou vlnou. Sonda s dvěma krystaly má následující výhody: vysoká citlivost, menší nepořádek, malá slepá oblast, malá délka blízkého pole v obrobku a nastavitelný rozsah detekce. Sonda s dvěma krystaly se používá hlavně k detekci vad blízkého povrchu.
3. Princip výběru sondy při ultrazvukové detekci vad
Existuje mnoho typů ultrazvukových sond s různým výkonem. Proto podle tvaru objektu ultrazvukové detekce vad, ultrazvukového útlumu a technických požadavků je rozumný výběr sondy základem pro zajištění správných a spolehlivých výsledků detekce vad. Volba ultrazvukové sondy se odráží hlavně v: typu sondy, frekvenci sondy, velikosti čipu sondy a úhlu sondy atd.
3.1 Typ sondy
Obecně by měl být tvar sondy zvolen podle tvaru obrobku a umístění a směru defektu, ke kterému může dojít, a pokusit se vytvořit osu ultrazvukového paprsku kolmo k defektu. Podrobnosti najdete ve funkční části výše uvedených běžných typických sond.
3.2 Frekvence sondy
Frekvence detekce vad ultrazvuku je mezi 0,5 a 15 MHz a rozsah výběru je relativně velký. Při výběru frekvence je obecně třeba vzít v úvahu následující faktory.
1) Kvůli difrakci ultrazvukových vln je citlivost ultrazvukové detekce vad přibližně poloviční vlnové délky. Ve stejném materiálu je rychlost ultrazvukových vln konstantní, takže zvýšení frekvence zkrátí vlnovou délku ultrazvuku a zlepší citlivost detekce, což je užitečné při hledání menších defektů.
2) Frekvence je vysoká, šířka impulsu je malá a rozlišení je vysoké, což je výhodné pro rozlišení sousedních vad a zlepšení rozlišení.
3) Z difuzního vzorce je patrné, že pokud je frekvence vysoká, ultrazvuková délka je krátká, poloviční difúzní úhel je malý, zvukový paprsek má dobrou směrovost a ultrazvuková energie se koncentruje, což vede k nalezení a lokalizace defektů s vysokou kvantitativní přesností.
4) Ze vzorce pro délku zóny blízkého pole je známo, že vysoká frekvence, délka ultrazvukové vlny a velká délka zóny blízkého pole jsou nepříznivé pro detekci vad.
5) Z vzorce útlumu a absorpce je patrné, že útlum ultrazvukových vln se prudce zvyšuje s nárůstem ultrazvukové frekvence a střední velikosti zrna.
Prostřednictvím výše uvedené analýzy lze vidět, že frekvence má větší vliv během ultrazvukové detekce vad, frekvence je vysoká, citlivost a rozlišení detekce vad jsou vysoké a směrovost paprsku je dobrá, což je výhodné pro detekci vad. Vysoká frekvence, dlouhá oblast blízkého pole a velký střední útlum však nejsou dobré pro detekci chyb. Při výběru frekvence sondy by proto měla být komplexně zvážena komplexní analýza různých faktorů a rozumný výběr. Obecně řečeno, za předpokladu splnění požadavků citlivosti detekce vad by měla být co nejvíce vybrána sonda s nižší frekvencí; pro výkovky, válcované díly a svařované díly s jemnějším zrnem se obvykle volí sondy s vyšší frekvencí, obvykle 2,5-5,0 MHz. Pro odlitky s hrubými zrny, austenitickou ocelí a jinými obrobky by měla být použita měkká nízkofrekvenční sonda, obvykle 0,5 ~ 2,5 MHz, jinak, pokud je frekvence příliš vysoká, bude ultrazvuková energie vážně oslabena.
3.3 Velikost čipu sondy
Tvar oplatky sondy je obecně kulatý a čtvercový. Velikost čipu sondy má určitý vliv na výsledky detekce ultrazvukové vady. Při výběru je třeba vzít v úvahu následující faktory
1) Poloviční difúzní úhel. Z vzorce difuzního úhlu je patrné, že zvětšení oplatky, zmenšení úhlu poloviční difúze, dobrá směrovost paprsku a koncentrovaná ultrazvuková energie jsou prospěšné pro detekci vad.
2) Detekce vad poblíž oblasti pole. Z vzorce pro délku zóny blízkého pole je vidět, že zvětšení velikosti oplatky a zvětšení délky zóny blízkého pole nejsou dobré pro detekci vad.
3) Velikost čipu je velká, vyzařovaná ultrazvuková energie je silná a rozsah skenování nedifuzní oblasti sondy&# 39 je velký a je zlepšena schopnost najít defekty na velké vzdálenosti.
U obrobků s velkou oblastí detekce vad by se měla použít velká sonda čipu, aby se zlepšila účinnost detekce vad; při detekci obrobku s velkou tloušťkou by měla být použita velká sonda čipu k efektivnímu nalezení závad na velké vzdálenosti; pro malé obrobky, aby se zlepšilo umístění defektů Kvantitativní přesnost by se měly používat sondy s malými čipy; pro obrobky s nerovným povrchem a velkými zakřiveními by měly být použity sondy s malými třískami, aby se snížila ztráta spojky.
3.4 Úhel
Při kontrole by měla být osa ultrazvukového paprsku co nejvíce kolmá k defektu. Volba úhlu by proto měla být založena na typu a poloze defektu, který může existovat v kontrolním objektu, a na povolených podmínkách detekce obrobku. Pomocí zákonů o odrazu a lomu a souvisejících geometrických znalostí vyberte vhodný úhel. Sonda. Vezmeme-li například hodnotu K sondy při detekci příčných vln, má úhel lomu větší dopad na citlivost detekce, směr osy zvukového paprsku a zvukovou cestu primární vlny (vzdálenost od bodu dopadu) ke spodnímu bodu odrazu). Pro detekci ocelových obrobků pomocí šikmých sond z plexiskla, když β=40 ° (K=0,84), je vratná propustnost akustického tlaku nejvyšší, tj. Citlivost detekce je nejvyšší. Je vidět, že hodnota K je velká, hodnota β je velká a zvuková cesta primární vlny je velká. Proto při skutečné detekci, když je tloušťka obrobku malá, by měla být zvolena větší hodnota K, aby se zvýšila zvuková cesta primární vlny a zabránilo se detekci v oblasti blízkého pole. Pokud je tloušťka obrobku velká, měla by být zvolena malá hodnota K, aby se snížilo útlum způsobený nadměrnou zvukovou cestou, a je vhodné najít vady ve velké hloubce. Při kontrole svaru je také nutné zajistit, aby hlavní zvukový paprsek mohl skenovat celou svarovou část. U jednostranných svařovacích kořenů bez průniku je třeba zvážit problém odrazu koncového úhlu. K=0,7 ～ 1,5, protože KGG <; 0,7="" nebo="" kgg=""> 1,5, je odrazivost koncového úhlu velmi nízká, což snadno způsobí zmeškanou kontrolu.