Ультразвукові перетворювачі занурення є основним обладнанням для промислового неруйнівного тестування. Його принцип роботи спирається на характеристики поширення звукових хвиль у різних носіях. У цьому документі систематично аналізує основний принцип цієї технології з трьох аспектів: фізичний механізм, обробка сигналів та структура системи.
Основним компонентом перетворювача є п'єзоелектричний керамічний кристал. Коли зовнішній електричний імпульс (як правило, 50–100 В) застосовується по всьому кристалі, механічна вібрація відбувається через зворотну п'єзоелектричну дію. Ця вібрація поширюється як поздовжні хвилі через навколишнє середовище, як правило, в межах частот 1–20 МГц. Вибір частоти безпосередньо впливає на продуктивність:
High-frequency waves (>5 МГц) пропонують більш високу роздільну здатність, придатну для тонкостінних компонентів.
Низькочастотні хвилі (<2 MHz) provide higher penetration, ideal for thick materials.
Критичне значення водної муфти
Унікальною особливістю тестування занурення є використання води як середовища зчеплення. Після випромінювання з перетворювача звукова хвиля спочатку потрапляє у шар води. Через значну різницю в акустичному опорі між водою (≈1,5 × 10⁶ кг/(м²-S)) та повітрям (≈415 кг/(м²-S)) більше 99% звукової хвилі відбивається на інтерфейсі водного повітря. Точний контроль товщини шару води (як правило, 5-100 мм) забезпечує ефективну передачу енергії до тестового зразка.
Акустичне розповсюдження та механізм виявлення дефектів
Звукові хвилі входять у матеріал і поширюються відповідно до принципу Гюйгенса. Дефекти (наприклад, тріщини, порожнечі) викликають відбиття інтерфейсу та розсіювання. Ехо -сигнал, отриманий перетворювачем, складається з двох основних компонентів:
Задня стінка відлуння: Відбиття від нижньої поверхні матеріалу.
Дефекти відлуння: ранні роздуми від взаємодій дефектів.
Вимірюючи різницю в часі (Δt) між цими відгомоном та швидкістю хвилі "C" в матеріалі (сталь ≈ 5900 м/с, алюміній ≈ 6300 м/с), можна обчислити глибину дефекту:
Методи обробки та візуалізації сигналів
Сучасні системи занурення включають цифровий процесор сигналу (DSP) для наступних функцій
ГОЛОВНА КОМПОНАЦІЯ: Автоматичне коригування сили сигналу до ослаблення.
Фільтрування шуму: усунення навколишнього шуму за допомогою смугового фільтра.
Аналіз форми хвилі: вилучення функцій дефектів за допомогою алгоритму FFT.
Розширена система може візуалізувати місце дефекту та морфологію за допомогою B-сканів (2D-картографування поперечного перерізу) та C-сканів (3D об'ємне відображення).