Principios de clasificación, función y selección de las sondas utilizadas en la detección de fallas por ultrasonidos
1. Clasificación de sondas ultrasónicas:
En la detección ultrasónica de fallas, se necesitan diferentes tipos de sondas debido a las diferentes formas, materiales, propósitos de detección de fallas y condiciones de detección de fallas de las piezas de trabajo probadas. Las sondas ultrasónicas se pueden clasificar según diferentes métodos de inducción, generalmente existen los siguientes tipos.
1) Según el tipo de onda generada en la pieza detectada, se puede dividir en sonda de onda longitudinal, sonda de onda transversal, sonda de onda de placa (onda Lamb), sonda de onda progresiva y sonda de onda superficial.
2) Según la dirección del haz de sonido incidente, se puede dividir en sonda recta y sonda oblicua.
3) Según el modo de acoplamiento de la sonda y la superficie de la pieza de trabajo probada, se puede dividir en sonda de contacto y sonda de inmersión en líquido.
4) Según el material de la oblea piezoeléctrica en la sonda, se puede dividir en una sonda de oblea piezoeléctrica ordinaria y una sonda de oblea piezoeléctrica compuesta.
5) Según el número de obleas piezoeléctricas en la sonda, se puede dividir en sonda de cristal único, sonda de doble cristal y sonda policristalina.
6) Según si el haz de sonido ultrasónico se puede enfocar, se divide en sonda enfocada y sonda no enfocada.
7) Según el espectro de frecuencias ultrasónicas, se puede dividir en sondas de banda ancha y de banda estrecha.
8) Según la curvatura de la pieza de trabajo de detección correspondiente, se puede dividir en sonda plana y sonda curva.
9) Sonda especial. Además de las sondas generales, existen algunas sondas en condiciones especiales y para fines especiales.
2. El papel de las sondas típicas comunes
1) Las sondas de onda longitudinal generalmente se denominan sondas rectas, que se utilizan principalmente para detectar defectos paralelos a la superficie de detección, como placa, fundición, forja, etc.
2) Las sondas oblicuas de ondas de corte utilizan la detección de ondas de corte. El ángulo de incidencia está entre el primer ángulo crítico y el segundo ángulo crítico y la onda refractada es una onda de corte pura. Se utiliza principalmente para detectar defectos perpendiculares o en cierto ángulo a la superficie de detección. Se utiliza para la inspección de soldaduras, tuberías y forjados.
3) La sonda oblicua de onda longitudinal es una sonda cuyo ángulo de incidencia es menor que el primer ángulo crítico. El propósito es utilizar ondas longitudinales de ángulo pequeño para la inspección de defectos, o cuando la atenuación de la onda transversal es demasiado grande, utilizar las características de una fuerte penetración de ondas longitudinales para realizar la inspección de incidentes oblicuos de ondas longitudinales. Al usarlo, preste atención a la presencia de interferencias de ondas transversales en la muestra.
4) Sonda de onda progresiva. Dado que el ángulo de una onda progresiva está entre 75º ～ 83º, que es casi perpendicular a la dirección del espesor de la pieza de trabajo a inspeccionar, y está cerca de 90º con la grieta vertical en la pieza de trabajo, tiene una buena sensibilidad de detección de grietas verticales. y tiene una buena sensibilidad de detección de la pieza de trabajo. El requisito de rugosidad de la superficie no es alto y es adecuado para la detección de grietas en la superficie y cerca de la superficie.
5) El ángulo de incidencia de la sonda de la onda de superficie (onda de Rayleigh) debe estar cerca del ángulo crítico donde se genera la onda de Rayleigh, normalmente un poco más grande que el segundo ángulo crítico. Dado que la energía de la onda superficial se concentra dentro de 2 longitudes de onda debajo de la superficie, la sensibilidad de la inspección de las grietas superficiales es extremadamente alta, y la inspección es principalmente para defectos superficiales o cercanos a la superficie.
6) Sonda de doble cristal. La sonda de doble cristal tiene dos obleas piezoeléctricas, una se utiliza para transmitir ondas ultrasónicas y la otra para recibir ondas ultrasónicas. Según la diferencia del ángulo de incidencia αL, se divide en sonda recta de doble cristal de onda longitudinal y sonda oblicua de doble cristal de onda transversal. La sonda de doble cristal tiene las siguientes ventajas: alta sensibilidad, menos desorden, área ciega pequeña, pequeña longitud del campo cercano en la pieza de trabajo y rango de detección ajustable. La sonda de doble cristal se utiliza principalmente para detectar defectos cercanos a la superficie.
3. El principio de selección de la sonda en la detección de fallas por ultrasonidos
Hay muchos tipos de sondas ultrasónicas con diferentes prestaciones. Por lo tanto, de acuerdo con la forma del objeto de detección de fallas ultrasónico, la atenuación ultrasónica y los requisitos técnicos, una selección razonable de la sonda es la base para garantizar resultados de detección de fallas correctos y confiables. La elección de la sonda ultrasónica se refleja principalmente en: tipo de sonda, frecuencia de la sonda, tamaño del chip de la sonda y ángulo de la sonda, etc.
3.1 Tipo de sonda
Generalmente, la forma de la sonda debe seleccionarse de acuerdo con la forma de la pieza de trabajo y la ubicación y dirección del defecto que puede ocurrir, y tratar de hacer que el eje del haz ultrasónico sea perpendicular al defecto. Para obtener más información, consulte la parte de función de las sondas típicas comunes mencionadas anteriormente.
3.2 Frecuencia de la sonda
La frecuencia de detección de fallas por ultrasonidos está entre 0.5 y 15MHz, y el rango de selección es relativamente grande. Generalmente, se deben considerar los siguientes factores al seleccionar la frecuencia.
1) Debido a la difracción de las ondas ultrasónicas, la sensibilidad de la detección de defectos ultrasónicos es de aproximadamente la mitad de la longitud de onda. En el mismo material, la velocidad de la onda ultrasónica es constante, por lo que aumentar la frecuencia acortará la longitud de onda ultrasónica y mejorará la sensibilidad de detección, lo que es útil para encontrar defectos más pequeños.
2) La frecuencia es alta, el ancho de pulso es pequeño y la resolución es alta, lo que es beneficioso para distinguir defectos adyacentes y mejorar la resolución.
3) Se puede ver en la fórmula de difusión que si la frecuencia es alta, la longitud ultrasónica es corta, el ángulo de semidifusión es pequeño, el haz de sonido tiene buena directividad y la energía ultrasónica está concentrada, lo que es propicio para encontrar y localización de defectos, con alta precisión cuantitativa.
4) De la fórmula para la longitud de la zona de campo cercano, se sabe que la alta frecuencia, la longitud de la onda ultrasónica y la gran longitud de la zona de campo cercano son desfavorables para la detección de fallas.
5) Puede verse en la fórmula de atenuación y absorción que la atenuación de las ondas ultrasónicas aumenta bruscamente con el aumento de la frecuencia ultrasónica y el tamaño de grano medio.
A través del análisis anterior, se puede ver que la frecuencia tiene una mayor influencia durante la detección ultrasónica de fallas, la frecuencia es alta, la sensibilidad y resolución de detección de fallas son altas y la directividad del haz es buena, lo cual es beneficioso para la detección de fallas. Sin embargo, la alta frecuencia, el área de campo cercano larga y la atenuación media grande no son buenas para la detección de fallas. Por lo tanto, al seleccionar la frecuencia de la sonda, se debe considerar exhaustivamente el análisis exhaustivo de varios factores y una selección razonable. En términos generales, con la premisa de satisfacer los requisitos de sensibilidad de detección de fallas, la sonda con menor frecuencia debe seleccionarse en la medida de lo posible; para piezas forjadas, piezas laminadas y piezas soldadas con granos más finos, generalmente se seleccionan sondas de frecuencia más alta, generalmente 2.5-5.0 MHz. Para piezas fundidas con granos gruesos, acero austenítico y otras piezas de trabajo, se debe usar una sonda suave de baja frecuencia, generalmente 0.5 ~ 2.5MHz; de lo contrario, si la frecuencia es demasiado alta, la energía ultrasónica se atenuará seriamente.
3.3 Tamaño del chip de la sonda
La forma de la oblea de la sonda es generalmente redonda y cuadrada. El tamaño del chip de la sonda tiene cierta influencia en los resultados de la detección ultrasónica de fallas. Los siguientes factores deben tenerse en cuenta al seleccionar
1) Ángulo de semidifusión. A partir de la fórmula del ángulo de difusión, se puede ver que el aumento del tamaño de la oblea, la disminución del ángulo de semidifusión, la buena directividad del haz y la energía ultrasónica concentrada son beneficiosos para la detección de fallas.
2) Detección de fallas cerca del área de campo. De la fórmula para la longitud de la zona de campo cercano, se puede ver que el aumento en el tamaño de la oblea y el aumento en la longitud de la zona de campo cercano no son buenos para la detección de fallas.
3) El tamaño del chip es grande, la energía ultrasónica radiada es fuerte y el rango de escaneo del área de no difusión de la sonda&# 39 es grande, y se mejora la capacidad de encontrar defectos a larga distancia.
Para piezas de trabajo con un área de detección de fallas grande, para mejorar la eficiencia de la detección de fallas, se debe usar una sonda de viruta grande; al detectar una pieza de trabajo con un gran espesor, se debe usar una sonda de viruta grande para encontrar de manera efectiva defectos a larga distancia; para piezas pequeñas, con el fin de mejorar la ubicación de los defectos Para una precisión cuantitativa, se deben utilizar sondas de chip pequeño; para piezas de trabajo con superficies irregulares y grandes curvaturas, se deben utilizar sondas de viruta pequeña para reducir la pérdida de acoplamiento.
3.4 Ángulo
En la inspección, el eje del haz ultrasónico debe ser perpendicular al defecto tanto como sea posible. Por lo tanto, la elección del ángulo debe basarse en el tipo y la posición del defecto que pueda existir en el objeto de inspección y las condiciones de detección permitidas de la pieza de trabajo. Utilice las leyes de reflexión y refracción y el conocimiento geométrico relacionado para seleccionar el ángulo apropiado. Investigacion. Tomando el valor K de la sonda en la detección de ondas transversales, por ejemplo, el ángulo de refracción tiene un mayor impacto en la sensibilidad de detección, la dirección del eje del haz de sonido y la trayectoria del sonido de la onda primaria (la distancia desde el punto de incidencia hasta el punto de reflexión inferior). Para la detección de piezas de acero con sondas oblicuas de plexiglás, cuando β=40 ° (K=0,84), la transmitancia recíproca de la presión sonora es la más alta, es decir, la sensibilidad de detección es la más alta. Puede verse que el valor de K es grande, el valor de β es grande y la trayectoria del sonido de la onda primaria es grande. Por lo tanto, en la detección real, cuando el grosor de la pieza de trabajo es pequeño, se debe seleccionar un valor de K mayor para aumentar la trayectoria del sonido de la onda primaria y evitar la detección en el área de campo cercano. Cuando el grosor de la pieza de trabajo es grande, se debe seleccionar un valor de K pequeño para reducir la atenuación causada por la trayectoria del sonido excesiva, y es conveniente encontrar los defectos a gran profundidad. En la inspección de la soldadura, también es necesario asegurarse de que el haz de sonido principal pueda escanear toda la sección de soldadura. Para raíces de soldadura de un solo lado sin penetración, se debe considerar el problema de reflexión del ángulo final. K=0,7 ～ 1,5, porque K< 0,7="" o="" k=""> 1,5, la reflectividad del ángulo final es muy baja, lo que es fácil de hacer que se pierda la inspección.