Phase analysis in the determination of material separation using ultrasound

Ứng dụng sử dụng phân tích pha trong kiểm tra siêu âm

Sử dụng kiểm tra không phá hủy để đánh giá tính toàn vẹn của liên kết giữa các vật liệu khác nhau có trở kháng âm thấp và trở kháng âm cao như nhựa, sợi thủy tinh, cao su hoặc epoxy liên kết với kim loại, thủy tinh hoặc gốm, hay khi cần phân tích trạng thái đông đặc của lớp keo.

Một trong số các ứng dụng cụ thể điển hình cho thử nghiệm này là liên kết vật liệu tổng hợp cacbon / sợi / nhựa với nền thép, liên kết các lớp lót nhựa trong ống và bồn chứa kim loại, lớp phủ an toàn bằng nhựa trên thủy tinh, lớp phủ cao su trên con lăn trục kim loại và lớp phủ epoxy trên các bộ phận kim loại. Kỹ thuật này cũng đã được sử dụng trên các ổ trục kim loại mà kim loại mềm, trở kháng thấp, chẳng hạn như babbit, được liên kết với kim loại cứng, trở kháng cao (thép hoặc đồng thau).

Khó khăn khi kiểm tra

Kỹ thuật phổ biến nhất khi sử dụng kiểm tra siêu âm là đánh giá tính toàn vẹn của liên kết hoặc mối hàn là xem xét biên độ của tín hiệu phản xạ từ mặt phân cách giữa hai vật liệu. Phương pháp này hoạt động tốt khi hai vật liệu được ghép nối có trở kháng âm tương tự nhau, chẳng hạn như kim loại với kim loại hoặc nhựa với nhựa. Tuy nhiên, khi hai vật liệu khác nhau rất nhiều về trở kháng âm, chẳng hạn như liên kết nhựa với kim loại, thì sự thay đổi biên độ của tín hiệu phản xạ giữa các liên kết tốt và xấu ít đi rất nhiều. Trong những trường hợp này, sự khác biệt dễ nhận thấy nhất giữa liên kết tốt và không liên kết là sự đảo ngược pha hoặc phân cực của xung phản xạ từ bề mặt phân cách khi liên kết được kiểm tra từ mẫu có trở kháng thấp hơn.

Thiết bị sử dụng

Thử nghiệm này có thể được thực hiện với thiết bị siêu âm cung cấp màn hình hiển thị dạng sóng RF chưa chỉnh lưu như máy siêu âm khuyết tật cầm tay EPOCH 650 and EPOCH 6LT.

Quy trình thực hiện

Cả pha (hoặc cực) và biên độ của tín hiệu phản xạ tại ranh giới giữa hai vật liệu được xác định bởi trở kháng âm tương đối của hai vật liệu. Pha hoặc cực của xung phản xạ từ ranh giới giữa các vật liệu bị đảo ngược hoặc đổi pha khi thứ tự của trở kháng âm tương đối bị đảo ngược (thấp đến cao so với cao xuống thấp).

Thử nghiệm phải được thực hiện từ phía vật liệu có trở kháng thấp hơn. Ngoài ra, cần lưu ý là phép thử này giúp xác định có hay không có liên kết siêu âm, nhưng nó không định lượng được độ bền của liên kết.

Hình 1 và 2 cho thấy xung phản xạ lần lượt từ mặt phân cách nhựa / không khí và nhựa / kim loại, thể hiện sự đảo pha. Các số liệu này được tạo ra bằng cách sử dụng máy siêu âm khuyết tật loạt EPOCH và đầu dò tiếp xúc băng thông rộng V109 có tần số 5 MHz.

Hình 1 cho thấy xung phản xạ từ mặt đáy của miếng nhựa Plexiglass phẳng dày 0,2 inch / 5 mm, được nhìn thấy bởi đầu dò tiếp xúc băng thông rộng 5 MHz với máy EPOCH 650 được thiết lập ở chế độ sóng chưa chỉnh lưu RF.

Khi vật liệu có liên kết không tốt, sẽ có một lớp không khí giữa vật liệu nhựa Plexiglass và lớp nhôm. Trong trường hợp này, năng lượng âm thanh phản xạ từ ranh giới giữa vật liệu trở kháng tương đối cao (nhựa) và vật liệu trở kháng rất thấp (không khí). Với thiết lập này, xung phản xạ trở lại từ mặt phân cách trở kháng cao đến thấp này được coi là xung phản xạ phân cực âm.

Khi có liên kết tốt giữa hai lớp vật liệu nhựa Plexiglass và lớp nhôm, lớp không khí sẽ không tồn tại giữa 2 vật liệu, tín hiệu sẽ phản xạ từ ranh giới vật liệu trở kháng tương đối cao tới vật liệu thấp cho xung phản xạ cực dương.

Âm trở của nhôm là 17.1 gm-cm / giây, của Plexiglass là 3.505 gm-cm / giây. Glycerin là chất tiếp âm phổ biến có trở kháng âm là 2,42 x 10 gm-cm / giây so với 1,61 của propylen glycol, khoảng 1,5 đối với dầu động cơ, và 1,48 đối với nước.

Âm trở của một số vật liệu phổ biến

Xem thêm: Đặc tính âm học của một số vật liệu thường gặp.

Chú ý

Phân cực xung phản xạ được hiển thị là tùy ý tùy thuộc vào quá trình xử lý tín hiệu trong thiết bị. Trong khi máy siêu âm sử dụng trong bài tạo ra màn hình hiển thị trong bài viết, các thiết bị khác có thể hiển thị tín hiệu ngược lại. Khối mẫu thử nghiệm có thể giúp xác định các thông tin này nhưng kỹ thuật kiểm tra vẫn dựa trên nguyên tắc cơ bản của sự đảo pha xuất hiện ơ·ranh giới trở kháng từ thấp đến cao được áp dụng trong mọi trường hợp.