Principi di classificazione, funzione e selezione delle sonde utilizzate nel rilevamento di difetti ad ultrasuoni
1. Classificazione delle sonde ad ultrasuoni:
Nel rilevamento dei difetti ad ultrasuoni, sono necessari diversi tipi di sonde a causa delle diverse forme, materiali, scopi di rilevamento dei difetti e condizioni di rilevamento dei difetti dei pezzi testati. Le sonde ad ultrasuoni possono essere classificate secondo diversi metodi di induzione, generalmente ne esistono le seguenti tipologie.
1) In base al tipo di onda generato nel pezzo rilevato, può essere suddiviso in sonda a onda longitudinale, sonda a onda trasversale, sonda a onda piatta (onda Lamb), sonda a onda strisciante e sonda a onda superficiale.
2) Secondo la direzione del raggio sonoro incidente, può essere diviso in sonda diritta e sonda obliqua.
3) In base alla modalità di accoppiamento della sonda e alla superficie del pezzo testato, può essere suddivisa in sonda a contatto e sonda a immersione in liquido.
4) In base al materiale del wafer piezoelettrico nella sonda, può essere suddiviso in sonda wafer piezoelettrica ordinaria e sonda wafer piezoelettrica composita.
5) In base al numero di wafer piezoelettrici nella sonda, può essere suddivisa in sonda a cristallo singolo, sonda a doppio cristallo e sonda policristallina.
6) A seconda che il raggio sonoro ultrasonico possa essere focalizzato, è diviso in sonda focalizzata e sonda non focalizzata.
7) Secondo lo spettro di frequenza ultrasonico, può essere diviso in sonde a banda larga e a banda stretta.
8) In base alla curvatura del pezzo di rilevamento corrispondente, può essere suddiviso in sonda piatta e sonda curva.
9) Sonda speciale. Oltre alle sonde generali, esistono alcune sonde in condizioni speciali e per scopi speciali.
2. Il ruolo delle sonde tipiche comuni
1) Le sonde ad onda longitudinale sono solitamente chiamate sonde diritte, che sono principalmente utilizzate per rilevare difetti paralleli alla superficie di rilevamento, come lamiere, getti, forgiati, ecc.
2) Le sonde oblique a onde di taglio utilizzano il rilevamento delle onde di taglio. L'angolo incidente è compreso tra il primo angolo critico e il secondo angolo critico e l'onda rifratta è pura onda di taglio. Viene utilizzato principalmente per rilevare i difetti perpendicolari o ad una certa angolazione rispetto alla superficie di rilevamento. Utilizzato per l'ispezione di saldature, tubi e pezzi fucinati.
3) La sonda obliqua ad onda longitudinale è una sonda il cui angolo di incidenza è minore del primo angolo critico. Lo scopo è utilizzare onde longitudinali a piccolo angolo per l'ispezione dei difetti o, quando l'attenuazione dell'onda trasversale è troppo grande, utilizzare le caratteristiche di una forte penetrazione dell'onda longitudinale per eseguire l'ispezione incidente obliqua dell'onda longitudinale. Durante l'utilizzo, prestare attenzione alla presenza di interferenza di onde trasversali nel campione.
4) Sonda a onde striscianti. Poiché l'angolo di un'onda strisciante è compreso tra 75º～83º, che è quasi perpendicolare alla direzione dello spessore del pezzo da ispezionare, ed è vicino a 90º con la fessura verticale nel pezzo, ha una buona sensibilità di rilevamento per le crepe verticali , e ha una buona sensibilità di rilevamento per il pezzo. Il requisito di rugosità superficiale non è elevato ed è adatto per il rilevamento di crepe superficiali e vicino alla superficie.
5) L'angolo di incidenza della sonda dell'onda di superficie (onda di Rayleigh) dovrebbe essere vicino all'angolo critico in cui viene generata l'onda di Rayleigh, solitamente leggermente più grande del secondo angolo critico. Poiché l'energia dell'onda superficiale è concentrata entro 2 lunghezze d'onda al di sotto della superficie, la sensibilità dell'ispezione delle crepe superficiali è estremamente elevata e l'ispezione riguarda principalmente i difetti superficiali o vicino alla superficie.
6) Sonda a doppio cristallo. La sonda a doppio cristallo ha due wafer piezoelettrici, uno è utilizzato per trasmettere onde ultrasoniche e l'altro è utilizzato per ricevere onde ultrasoniche. In base alla differenza dell'angolo di incidenza αL, è diviso in sonda diritta a doppio cristallo a onda longitudinale e sonda obliqua a doppio cristallo a onda trasversale. La sonda a doppio cristallo presenta i seguenti vantaggi: alta sensibilità, meno ingombro, piccola area cieca, piccola lunghezza del campo vicino nel pezzo e campo di rilevamento regolabile. La sonda a doppio cristallo viene utilizzata principalmente per rilevare i difetti vicino alla superficie.
3. Il principio di selezione della sonda nel rilevamento dei difetti ad ultrasuoni
Esistono molti tipi di sonde ultrasoniche con prestazioni diverse. Pertanto, in base alla forma dell'oggetto di rilevamento dei difetti ad ultrasuoni, all'attenuazione degli ultrasuoni e ai requisiti tecnici, una selezione ragionevole della sonda è la base per garantire risultati di rilevamento dei difetti corretti e affidabili. La scelta della sonda ad ultrasuoni si riflette principalmente in: tipo di sonda, frequenza della sonda, dimensione del chip della sonda e angolo della sonda, ecc.
3.1 Tipo di sonda
Generalmente, la forma della sonda deve essere selezionata in base alla forma del pezzo e alla posizione e alla direzione del difetto che può verificarsi e cercare di rendere l'asse del raggio ultrasonico perpendicolare al difetto. Per i dettagli, fare riferimento alla parte funzionale delle sonde tipiche comuni sopra menzionate.
3.2 Frequenza della sonda
La frequenza di rilevamento dei difetti ad ultrasuoni è compresa tra 0,5 e 15 MHz e l'intervallo di selezione è relativamente ampio. In generale, quando si seleziona la frequenza, è necessario considerare i seguenti fattori.
1) A causa della diffrazione delle onde ultrasoniche, la sensibilità del rilevamento dei difetti ultrasonici è di circa metà lunghezza d'onda. Nello stesso materiale, la velocità dell'onda ultrasonica è costante, quindi aumentando la frequenza si accorcia la lunghezza d'onda ultrasonica e si migliora la sensibilità di rilevamento, utile per trovare difetti più piccoli.
2) La frequenza è alta, la larghezza dell'impulso è piccola e la risoluzione è alta, il che è utile per distinguere i difetti adiacenti e migliorare la risoluzione.
3) Dalla formula di diffusione si può vedere che se la frequenza è alta, la lunghezza dell'ultrasuono è breve, l'angolo di semidiffusione è piccolo, il raggio sonoro ha una buona direttività e l'energia ultrasonica è concentrata, il che è favorevole alla ricerca e localizzazione dei difetti, con elevata accuratezza quantitativa.
4) Dalla formula per la lunghezza della zona del campo vicino, è noto che l'alta frequenza, la lunghezza dell'onda ultrasonica e la grande lunghezza della zona del campo vicino sono sfavorevoli per il rilevamento dei difetti.
5) Si può vedere dalla formula di attenuazione e assorbimento che l'attenuazione delle onde ultrasoniche aumenta bruscamente con l'aumento della frequenza ultrasonica e della granulometria media.
Attraverso l'analisi di cui sopra, si può vedere che la frequenza ha una maggiore influenza durante il rilevamento dei difetti ad ultrasuoni, la frequenza è elevata, la sensibilità e la risoluzione del rilevamento dei difetti sono elevate e la direttività del raggio è buona, il che è vantaggioso per il rilevamento dei difetti. Tuttavia, l'alta frequenza, l'area del campo vicino lungo e l'attenuazione media grande non sono utili per il rilevamento dei difetti. Pertanto, quando si seleziona la frequenza della sonda, è necessario tenere in considerazione un'analisi completa di vari fattori e una selezione ragionevole. In linea di massima, sulla base del presupposto di soddisfare i requisiti di sensibilità alla rilevazione dei difetti, è opportuno scegliere il più possibile la sonda con frequenza più bassa; per i pezzi fucinati, laminati e saldati con grani più fini si scelgono generalmente sonde a frequenza più elevata, solitamente 2,5-5,0 MHz. Per getti con grani grossi, acciaio austenitico e altri pezzi, dovrebbe essere utilizzata una sonda morbida a bassa frequenza, solitamente 0,5 ~ 2,5 MHz, altrimenti se la frequenza è troppo alta, l'energia ultrasonica sarà seriamente attenuata.
3.3 Dimensioni del chip della sonda
La forma del wafer della sonda è generalmente rotonda e quadrata. La dimensione del chip della sonda ha una certa influenza sui risultati del rilevamento dei difetti ad ultrasuoni. I seguenti fattori dovrebbero essere considerati quando si seleziona
1) Angolo di semidiffusione. Dalla formula dell'angolo di diffusione, si può vedere che l'aumento delle dimensioni del wafer, la diminuzione dell'angolo di semidiffusione, la buona direttività del raggio e l'energia ultrasonica concentrata sono utili per il rilevamento dei difetti.
2) Rilevamento di difetti vicino all'area di campo. Dalla formula per la lunghezza della zona del campo vicino, si può vedere che l'aumento della dimensione del wafer e l'aumento della lunghezza della zona del campo vicino non sono buoni per il rilevamento dei difetti.
3) La dimensione del chip è grande, l'energia ultrasonica irradiata è forte e il raggio di scansione dell'area di non diffusione della sonda' è ampio e la capacità di trovare difetti a lunga distanza è migliorata.
Per i pezzi con un'ampia area di rilevamento dei difetti, al fine di migliorare l'efficienza del rilevamento dei difetti, è necessario utilizzare una sonda per trucioli di grandi dimensioni; quando si rileva un pezzo con uno spessore elevato, è necessario utilizzare una sonda per trucioli di grandi dimensioni per trovare efficacemente i difetti a lunga distanza; per pezzi piccoli, al fine di migliorare la localizzazione dei difetti Per la precisione quantitativa, dovrebbero essere utilizzate sonde a truciolo piccolo; per pezzi con superfici irregolari e grandi curvature, dovrebbero essere utilizzate sonde a truciolo piccolo per ridurre la perdita di accoppiamento.
3.4 Angolo
Nell'ispezione, l'asse del raggio ultrasonico dovrebbe essere il più possibile perpendicolare al difetto. Pertanto, la scelta dell'angolo dovrebbe essere basata sul tipo e sulla posizione del difetto che può esistere nell'oggetto da ispezionare e sulle condizioni di rilevamento consentite del pezzo. Utilizzare le leggi di riflessione e rifrazione e le relative conoscenze geometriche per selezionare l'angolo appropriato. Sonda. Prendendo il valore K della sonda nel rilevamento di onde trasversali, ad esempio, l'angolo di rifrazione ha un impatto maggiore sulla sensibilità di rilevamento, sulla direzione dell'asse del raggio sonoro e sul percorso del suono dell'onda primaria (la distanza dal punto incidente al punto di riflessione inferiore). Per il rilevamento di pezzi in acciaio con sonde oblique in plexiglass, quando β=40°(K=0.84), la trasmittanza alternata della pressione sonora è la più alta, cioè la sensibilità di rilevamento è la più alta. Si può vedere che il valore K è grande, il valore β è grande e il percorso del suono dell'onda primaria è grande. Pertanto, nel rilevamento effettivo, quando lo spessore del pezzo è piccolo, è necessario selezionare un valore K maggiore per aumentare il percorso del suono dell'onda primaria ed evitare il rilevamento nell'area del campo vicino. Quando lo spessore del pezzo è grande, dovrebbe essere selezionato un piccolo valore K per ridurre l'attenuazione causata dall'eccessivo percorso del suono ed è conveniente trovare i difetti alla grande profondità. Nell'ispezione della saldatura, è anche necessario assicurarsi che il raggio sonoro principale possa scansionare l'intera sezione di saldatura. Per le radici di saldatura su un solo lato senza penetrazione, è necessario considerare il problema della riflessione dell'angolo finale. K=0,7～1,5, poiché K<0,7 o="" k="">1,5, la riflettività dell'angolo finale è molto bassa, il che può facilmente causare una mancata ispezione.