Принципи класифікації, функції та вибору зондів, що використовуються при ультразвуковому виявленні дефектів
1. Класифікація ультразвукових зондів:
При ультразвуковому виявленні дефектів необхідні різні типи зондів через різну форму, матеріали, цілі виявлення дефектів та умови виявлення дефектів випробуваних заготовок. Ультразвукові зонди можна класифікувати за різними методами індукції, як правило, існують такі типи.
1) Відповідно до типу хвилі, що генерується у виявленій заготовці, її можна розділити на зонд поздовжньої хвилі, зонд поперечної хвилі, зонд пластинчастої хвилі (хвиля Лемба), зонд повзучої хвилі та зонд поверхневої хвилі.
2) За напрямком падаючого звукового променя його можна розділити на прямий зонд і косий зонд.
3) За режимом з'єднання зонда та поверхнею випробуваної заготовки його можна розділити на контактний зонд та зонд для занурення в рідину.
4) За матеріалом п’єзоелектричної пластини в зонді її можна розділити на звичайний п’єзоелектричний пластинковий зонд та композитний п’єзоелектричний пластинковий зонд.
5) За кількістю п’єзоелектричних пластин у зонді його можна розділити на монокристалічний зонд, подвійний кристалічний зонд та полікристалічний зонд.
6) Залежно від того, чи можна сфокусувати ультразвуковий звуковий промінь, він поділяється на сфокусований зонд і нефокусований зонд.
7) За ультразвуковим спектром частот його можна розділити на широкосмуговий та вузькосмуговий зонди.
8) Відповідно до кривизни відповідного заготовки для виявлення, його можна розділити на плоский зонд та вигнутий зонд.
9) Спеціальний зонд. На додаток до загальних зондів, є деякі зонди за особливих умов та спеціального призначення.
2. Роль загальних типових зондів
1) Зонди поздовжньої хвилі зазвичай називають прямими зондами, які в основному використовуються для виявлення дефектів, паралельних поверхні виявлення, таких як плита, лиття, кування тощо.
2) Косі зонди зсувної хвилі використовують виявлення зсувної хвилі. Кут падіння знаходиться між першим критичним кутом і другим критичним кутом, а заломлена хвиля є чистою хвилею зсуву. В основному використовується для виявлення дефектів, перпендикулярних або під певним кутом до поверхні виявлення. Використовується для огляду зварних швів, труб і поковок.
3) Косий зонд поздовжньої хвилі - це зонд, кут падіння якого менший за перший критичний кут. Мета полягає у використанні поздовжніх хвиль малого кута для перевірки дефектів, або коли поглинання поперечної хвилі занадто велике, використовують характеристики сильного проникнення поздовжньої хвилі для проведення огляду косого інциденту поздовжньої хвилі. При використанні зверніть увагу на наявність поперечних хвильових перешкод у зразку.
4) Зонд повзучої хвилі. Оскільки кут повзучої хвилі знаходиться між 75º ～ 83º, що майже перпендикулярно напрямку товщини заготовки, що перевіряється, і становить близько 90º при вертикальній тріщині в заготовці, вона має хорошу чутливість виявлення для вертикальних тріщин , і він має хорошу чутливість виявлення для заготовки. Вимога до шорсткості поверхні не висока, і вона підходить для виявлення поверхневих та приповерхневих тріщин.
5) Кут падіння зонда поверхневої хвилі (хвиля Релея) повинен бути поблизу критичного кута, де генерується хвиля Релея, зазвичай трохи більше другого критичного кута. Оскільки енергія поверхневої хвилі концентрується в межах 2 довжин хвиль під поверхнею, чутливість огляду поверхневих тріщин надзвичайно висока, і це огляд в основному на поверхневі або приповерхневі дефекти.
6) Подвійний кристалічний зонд. Подвійний кристалічний зонд має дві п'єзоелектричні пластини, одна використовується для передачі ультразвукових хвиль, а друга - для прийому ультразвукових хвиль. Згідно з різницею кута падіння αL, його поділяють на подвійний кристал прямокутного зонда поздовжньої хвилі та подвійний кристал косого зонда поперечної хвилі. Подвійний кристалічний зонд має такі переваги: висока чутливість, менша захаращеність, мала площа сліпої зони, мала довжина ближнього поля в заготовці та регульований діапазон виявлення. Подвійний кристалічний зонд в основному використовується для виявлення приповерхневих дефектів.
3. Принцип вибору зонда при ультразвуковому виявленні дефектів
Існує безліч типів ультразвукових зондів з різними характеристиками. Отже, відповідно до форми об’єкта ультразвукового виявлення дефектів, ультразвукового загасання та технічних вимог, розумний вибір зонда є основою для забезпечення правильних та надійних результатів виявлення дефектів. Вибір ультразвукового зонда в основному відображається на: типі зонда, частоті зонда, розмірі мікросхеми зонда та куті зонда тощо.
3.1 Тип зонда
Як правило, форму зонда слід вибирати відповідно до форми заготовки та місця та напрямку дефекту, який може виникнути, і намагатися зробити вісь ультразвукового пучка перпендикулярною дефекту. Для отримання детальної інформації зверніться до функціональної частини вищезазначених типових типових зондів.
3.2 Частота зонда
Частота ультразвукового виявлення дефектів становить від 0,5 до 15 МГц, а діапазон вибору є відносно великим. Як правило, при виборі частоти слід враховувати наступні фактори.
1) Через дифракцію ультразвукових хвиль чутливість ультразвукової дефектоскопії становить приблизно половину довжини хвилі. У цьому ж матеріалі швидкість ультразвукової хвилі постійна, тому збільшення частоти скорочує довжину ультразвукової хвилі та покращує чутливість виявлення, що корисно для виявлення менших дефектів.
2) Частота висока, ширина імпульсу мала, а роздільна здатність висока, що вигідно розрізняти сусідні дефекти та покращувати роздільну здатність.
3) З формули дифузії видно, що якщо частота висока, ультразвукова довжина коротка, кут напівдифузії невеликий, звуковий промінь має хорошу спрямованість, а ультразвукова енергія концентрується, що сприяє пошуку і виявлення дефектів з високою кількісною точністю.
4) З формули довжини зони ближнього поля відомо, що висока частота, довжина ультразвукової хвилі та велика довжина зони ближнього поля є несприятливими для виявлення дефектів.
5) З формули загасання та поглинання видно, що загасання ультразвукових хвиль різко зростає із збільшенням ультразвукової частоти та середнього розміру зерен.
Завдяки вищезазначеному аналізу можна побачити, що частота має більший вплив під час ультразвукового виявлення дефектів, частота висока, чутливість та роздільна здатність дефектоскопа високі, а спрямованість променя хороша, що є корисним для виявлення дефектів. Однак висока частота, довга близька зона поля та велике середнє загасання не є хорошими для виявлення дефектів. Тому при виборі частоти зонду слід всебічно розглянути всебічний аналіз різних факторів та обґрунтований вибір. Взагалі кажучи, з точки зору задоволення вимог чутливості до виявлення дефектів, зонд з нижчою частотою слід вибирати якомога більше; для поковок, прокатних та зварених деталей з більш дрібними зернами зазвичай вибирають зонди з більшою частотою, як правило, 2,5-5,0 МГц. Для виливків з грубими зернами, аустенітною сталлю та іншими заготовками слід застосовувати м'який низькочастотний зонд, як правило, 0,5 ~ 2,5 МГц, інакше, якщо частота занадто висока, ультразвукова енергія буде серйозно послаблена.
3.3 Розмір мікросхеми зонда
Форма пластини зонда, як правило, кругла і квадратна. Розмір мікросхеми зонда має певний вплив на результати ультразвукового виявлення дефектів. При виборі слід враховувати наступні фактори
1) Кут напівдифузії. З формули кута дифузії видно, що збільшення розміру пластини, зменшення кута напівдифузії, хороша спрямованість пучка та концентрована ультразвукова енергія є корисними для виявлення дефектів.
2) Виявлення дефектів поблизу поля. З формули довжини зони ближнього поля видно, що збільшення розміру пластини та збільшення довжини зони ближнього поля не є добрими для виявлення вад.
3) Розмір мікросхеми великий, випромінювана ультразвукова енергія сильна, а діапазон сканування зонда' зона недифузії зонда велика, і можливість виявлення дефектів на великі відстані посилена.
Для заготовок із великою площею виявлення дефектів, щоб підвищити ефективність виявлення дефектів, слід використовувати великий зонд мікросхеми; при виявленні заготовки з великою товщиною слід використовувати великий зонд для стружки, щоб ефективно знаходити дефекти на великі відстані; для невеликих заготовок, щоб поліпшити локалізацію дефектів Для кількісної точності слід використовувати зонди з дрібною мікросхемою; для заготовок з нерівними поверхнями та великою кривизною слід застосовувати зонди з дрібними стружками, щоб зменшити втрати на зчеплення.
3.4 Кут
При огляді вісь ультразвукового променя повинна бути максимально перпендикулярною до дефекту. Отже, вибір кута повинен ґрунтуватися на типі та положенні дефекту, який може існувати в об’єкті огляду, та допустимих умовах виявлення заготовки. Використовуйте закони відбиття та заломлення та відповідні геометричні знання, щоб вибрати відповідний кут. Зонд. Наприклад, приймаючи значення K зонда при поперечному виявленні хвилі, кут заломлення має більший вплив на чутливість виявлення, напрямок осі звукового променя та звуковий шлях первинної хвилі (відстань від точки падаючої до нижньої точки відображення). Для виявлення сталевих заготовок з косими зондами з оргскла при β=40 ° (K=0,84) коефіцієнт передачі зворотно-поступального звукового тиску є найвищим, тобто чутливість виявлення є найвищою. Видно, що значення K велике, значення β велике, а звуковий шлях первинної хвилі великий. Отже, при фактичному виявленні, коли товщина заготовки невелика, слід вибирати більше значення K, щоб збільшити звуковий тракт первинної хвилі та уникнути виявлення в області ближнього поля. Коли товщина заготовки велика, слід вибрати мале значення K, щоб зменшити затухання, спричинене надмірним звуковим шляхом, і зручно знаходити дефекти на великій глибині. Під час перевірки зварного шва також необхідно переконатися, що основний звуковий промінь може сканувати всю секцію зварного шва. Для одностороннього зварювального коріння без проникнення слід розглянути проблему відбиття кінцевого кута. K=0,7 ～ 1,5, оскільки K< 0,7="" або="" k=""> 1,5, відбивна здатність кінцевого кута дуже низька, що легко викликати пропущений огляд.