Princípios de classificação, função e seleção de sondas usadas na detecção ultrassônica de falhas
1. Classificação das sondas ultrassônicas:
Na detecção ultrassônica de falhas, diferentes tipos de sondas são necessários devido aos diferentes formatos, materiais, propósitos de detecção de falhas e condições de detecção de falhas das peças testadas. As sondas ultrassônicas podem ser classificadas de acordo com diferentes métodos de indução, geralmente existem os seguintes tipos.
1) De acordo com o tipo de onda gerada na peça detectada, ela pode ser dividida em sonda de onda longitudinal, sonda de onda transversal, sonda de onda de placa (onda de Lamb), sonda de onda rastejante e sonda de onda superficial.
2) De acordo com a direção do feixe sonoro incidente, pode ser dividido em sonda reta e sonda oblíqua.
3) De acordo com o modo de acoplamento da sonda e a superfície da peça testada, ela pode ser dividida em sonda de contato e sonda de imersão em líquido.
4) De acordo com o material da pastilha piezoelétrica na sonda, ela pode ser dividida em uma sonda piezoelétrica comum e uma sonda piezoelétrica composta.
5) De acordo com o número de wafers piezoelétricos na sonda, ela pode ser dividida em sonda de cristal único, sonda de cristal duplo e sonda policristalina.
6) De acordo com se o feixe de som ultrassônico pode ser focado, ele é dividido em sonda focada e sonda não focada.
7) De acordo com o espectro de frequência ultrassônica, pode ser dividido em sondas de banda larga e banda estreita.
8) De acordo com a curvatura da peça de detecção correspondente, ela pode ser dividida em sonda plana e sonda curva.
9) Sonda especial. Além das sondas gerais, existem algumas sondas sob condições especiais e para propósitos especiais.
2. O papel das sondas típicas comuns
1) As sondas de ondas longitudinais são geralmente chamadas de sondas retas, que são usadas principalmente para detectar defeitos paralelos à superfície de detecção, como placa, fundição, forjamento, etc.
2) As sondas oblíquas de onda de cisalhamento usam detecção de onda de cisalhamento. O ângulo incidente está entre o primeiro ângulo crítico e o segundo ângulo crítico e a onda refratada é onda de cisalhamento puro. É usado principalmente para detectar defeitos perpendiculares ou em um determinado ângulo em relação à superfície de detecção. Usado para a inspeção de soldas, tubos e forjados.
3) A sonda oblíqua de onda longitudinal é uma sonda cujo ângulo de incidência é menor que o primeiro ângulo crítico. O objetivo é usar ondas longitudinais de pequeno ângulo para inspeção de defeitos ou, quando a atenuação da onda transversal for muito grande, usar as características de forte penetração da onda longitudinal para realizar a inspeção incidente oblíqua da onda longitudinal. Ao usar, preste atenção à presença de interferência de onda transversal na amostra.
4) Sonda de onda rastejante. Uma vez que o ângulo de uma onda crescente está entre 75º ～ 83º, que é quase perpendicular à direção da espessura da peça a ser inspecionada, e está próximo a 90º com a trinca vertical na peça, tem boa sensibilidade de detecção de trincas verticais , e tem boa sensibilidade de detecção para a peça de trabalho. O requisito de rugosidade da superfície não é alto e é adequado para detecção de rachaduras na superfície e perto da superfície.
5) O ângulo incidente da sonda de onda de superfície (onda Rayleigh) deve estar próximo ao ângulo crítico onde a onda Rayleigh é gerada, geralmente um pouco maior do que o segundo ângulo crítico. Uma vez que a energia da onda superficial está concentrada em 2 comprimentos de onda abaixo da superfície, a sensibilidade da inspeção de rachaduras superficiais é extremamente alta, e a inspeção é principalmente para defeitos superficiais ou próximos à superfície.
6) Sonda de cristal duplo. A sonda de cristal duplo possui dois wafers piezoelétricos, um é usado para transmitir ondas ultrassônicas e o outro é usado para receber ondas ultrassônicas. De acordo com a diferença do ângulo incidente αL, é dividido em sonda reta de cristal duplo de onda longitudinal e sonda oblíqua de cristal duplo de onda transversal. A sonda de cristal duplo tem as seguintes vantagens: alta sensibilidade, menos confusão, pequena área cega, pequeno comprimento do campo próximo na peça de trabalho e faixa de detecção ajustável. A sonda de cristal duplo é usada principalmente para detectar defeitos próximos à superfície.
3. O princípio de seleção da sonda na detecção ultrassônica de falhas
Existem muitos tipos de sondas ultrassônicas com desempenhos diferentes. Portanto, de acordo com a forma do objeto de detecção ultrassônica de falha, a atenuação ultrassônica e os requisitos técnicos, uma seleção razoável da sonda é a base para garantir os resultados de detecção de falha corretos e confiáveis. A escolha da sonda ultrassônica se reflete principalmente em: tipo de sonda, frequência da sonda, tamanho do chip da sonda e ângulo da sonda, etc.
3.1 Tipo de sonda
Geralmente, a forma da sonda deve ser selecionada de acordo com o formato da peça de trabalho e a localização e direção do defeito que pode ocorrer, e tentar fazer o eixo do feixe ultrassônico perpendicular ao defeito. Para obter detalhes, consulte a parte da função das sondas comuns comuns mencionadas acima.
3.2 Frequência da sonda
A frequência de detecção de falha ultrassônica está entre 0,5 e 15 MHz, e a faixa de seleção é relativamente grande. Geralmente, os seguintes fatores devem ser considerados ao selecionar a frequência.
1) Devido à difração de ondas ultrassônicas, a sensibilidade da detecção de falhas ultrassônicas é de cerca de metade do comprimento de onda. No mesmo material, a velocidade da onda ultrassônica é constante, portanto, aumentar a frequência encurtará o comprimento de onda ultrassônica e melhorará a sensibilidade de detecção, o que é útil para localizar defeitos menores.
2) A frequência é alta, a largura de pulso é pequena e a resolução é alta, o que é benéfico para distinguir defeitos adjacentes e melhorar a resolução.
3) Pode-se ver a partir da fórmula de difusão que se a frequência for alta, o comprimento do ultrassom é curto, o ângulo de meia-difusão é pequeno, o feixe de som tem boa diretividade e a energia ultrassônica é concentrada, o que é propício para encontrar e localização de defeitos, com alta precisão quantitativa.
4) A partir da fórmula para o comprimento da zona de campo próximo, sabe-se que a alta frequência, o comprimento da onda ultrassônica e o grande comprimento da zona de campo próximo são desfavoráveis para a detecção de falhas.
5) Pode-se observar pela fórmula de atenuação e absorção que a atenuação das ondas ultrassônicas aumenta acentuadamente com o aumento da frequência ultrassônica e do tamanho médio do grão.
Através da análise acima, pode ser visto que a frequência tem uma influência maior durante a detecção ultrassônica de falhas, a frequência é alta, a sensibilidade e a resolução de detecção de falhas são altas e a diretividade do feixe é boa, o que é benéfico para a detecção de falhas. No entanto, a alta frequência, a longa área de campo próximo e a grande atenuação média não são boas para a detecção de falhas. Portanto, ao selecionar a frequência da sonda, deve-se considerar uma análise abrangente de vários fatores e uma seleção razoável. De um modo geral, com a premissa de satisfazer os requisitos de sensibilidade de detecção de falhas, a sonda com menor frequência deve ser selecionada, tanto quanto possível; para forjados, peças laminadas e peças soldadas com grãos mais finos, sondas de maior frequência são geralmente selecionadas, geralmente 2,5-5,0 MHz. Para fundições com grãos grossos, aço austenítico e outras peças de trabalho, uma sonda macia de baixa frequência deve ser usada, geralmente 0,5 ~ 2,5 MHz, caso contrário, se a frequência for muito alta, a energia ultrassônica será seriamente atenuada.
3.3 Tamanho do chip da sonda
A forma do wafer da sonda é geralmente redonda e quadrada. O tamanho do chip da sonda tem uma certa influência nos resultados da detecção ultrassônica de falhas. Os seguintes fatores devem ser considerados ao selecionar
1) Ângulo de meia difusão. A partir da fórmula do ângulo de difusão, pode-se ver que o aumento no tamanho do wafer, a diminuição no ângulo de semidifusão, a boa diretividade do feixe e a energia ultrassônica concentrada são benéficos para a detecção de falhas.
2) Detecção de falha perto da área de campo. A partir da fórmula para o comprimento da zona de campo próximo, pode-se ver que o aumento no tamanho do wafer e o aumento no comprimento da zona de campo próximo não são bons para a detecção de falhas.
3) O tamanho do chip é grande, a energia ultrassônica irradiada é forte e o alcance de varredura da área de não difusão da sonda' s é grande e a capacidade de encontrar defeitos de longa distância é aprimorada.
Para peças com uma grande área de detecção de falhas, a fim de melhorar a eficiência da detecção de falhas, uma grande sonda de cavacos deve ser usada; ao detectar uma peça de trabalho com grande espessura, uma grande sonda de cavacos deve ser usada para localizar defeitos de longa distância com eficácia; para peças pequenas, a fim de melhorar a localização de defeitos. Para precisão quantitativa, devem ser usadas sondas de pequenos chips; para peças com superfícies irregulares e grandes curvaturas, sondas de pequenos cavacos devem ser usadas para reduzir a perda de acoplamento.
3.4 Ângulo
Na inspeção, o eixo do feixe ultrassônico deve ser perpendicular ao defeito, tanto quanto possível. Portanto, a escolha do ângulo deve ser baseada no tipo e na posição do defeito que pode existir no objeto de inspeção e nas condições de detecção permitidas da peça de trabalho. Use as leis de reflexão e refração e o conhecimento geométrico relacionado para selecionar o ângulo apropriado. Probe. Tomando o valor K da sonda na detecção de onda transversal, por exemplo, o ângulo de refração tem um impacto maior na sensibilidade de detecção, na direção do eixo do feixe de som e no caminho do som da onda primária (a distância do ponto incidente para o ponto de reflexão inferior). Para a detecção de peças de aço com sondas oblíquas de plexiglass, quando β=40 ° (K=0,84), a transmitância recíproca da pressão sonora é a mais alta, ou seja, a sensibilidade de detecção é a mais alta. Pode-se ver que o valor K é grande, o valor β é grande e o caminho do som da onda primária é grande. Portanto, na detecção real, quando a espessura da peça de trabalho é pequena, um valor K maior deve ser selecionado para aumentar o caminho do som da onda primária e evitar a detecção na área de campo próximo. Quando a espessura da peça de trabalho é grande, um pequeno valor K deve ser selecionado para reduzir a atenuação causada pelo caminho de som excessivo, e é conveniente encontrar os defeitos na grande profundidade. Na inspeção de solda, também é necessário garantir que o feixe sonoro principal possa fazer a varredura de toda a seção de solda. Para raízes de soldagem unilateral sem penetração, o problema de reflexão do ângulo final deve ser considerado. K=0,7 ～ 1,5, porque K< 0,7="" ou="" k=""> 1,5, a refletividade do ângulo final é muito baixa, o que é fácil de causar perda de inspeção.
