Application of Piezoelectric Ceramics in NDT non-destructive testing

Применение пьезокерамики в системах ультразвукового неразрушающего контроля (НК)

1. Методы и значение неразрушающего контроля

1.1. Сущность и цели неразрушающего контроля

Неразрушающий контроль (НК) — это комплекс методов и технологий, предназначенных для исследования свойств материалов, обнаружения дефектов и оценки целостности конструкций без какого-либо повреждения или изменения объекта контроля. Основная цель — выявление внутренних и поверхностных дефектов (трещин, пор, расслоений, включений), которые могут compromize безопасность, надёжность и долговечность изделия.

1.2. Основные методы НК

В промышленности применяется широкий спектр методов НК, каждый из которых основан на различных физических принципах:

• Ультразвуковой контроль (УЗК)
• Радиографический контроль (РК)
• Магнитопорошковый контроль (МПК)
• Капиллярный контроль (ПВК)
• Вихретоковый контроль (ВТК)
• Акустико-эмиссионный контроль (АЭ)
• Визуальный контроль (ВК)
• Тепловой/Инфракрасный контроль (ТК)

1.3. Области применения

НК является критически важным инструментом в отраслях, где failure конструкции недопустим:

• Аэрокосмическая промышленность (контроль деталей двигателей, планера)
• Машиностроение и автомобилестроение
• Нефтегазовая отрасль (контроль трубопроводов, сосудов давления)
• Энергогенерация (контроль турбин, реакторов, лопаток)
• Строительство (мониторинг конструкций, сварных швов)
• Транспорт и инфраструктура

2. Ультразвуковой неразрушающий контроль (УЗК)

Данная статья focuses на ультразвуковом методе, где пьезокерамика играет ключевую роль.

2.1. Физический принцип работы УЗК

Метод основан на свойстве high-frequency звуковых волн (обычно >1 МГц) распространяться в материале и отражаться от границ раздела сред, таких как внутренние дефекты или задняя стенка изделия.

2.2. Технология процесса контроля

• Ультразвуковой пьезопреобразователь (трандьюсер), приводимый в действие пьезоэлементом, генерирует short acoustic импульс и направляет его в контролируемый object.
• Звуковые волны propagate через material.
• При встрече с дефектом (неоднородностью) или границей раздела акустический impedance изменяется, causing часть энергии волны reflect обратно к преобразователю.
• Тот же самый или separate преобразователь принимает отражённые сигналы (эхо).
• Анализируя time of flight (время прохождения сигнала туда и обратно), amplitude (амплитуду) и shape (форму) возвращённого сигнала, инспектор может определить:
  • Глубину залегания дефекта.
  • Его размер и ориентацию.
  • Тип дефекта (трещина, пора, расслоение).

2.3. Преимущества ультразвукового метода

• Высокая проникающая способность (для металлов, композитов).
• Высокая чувствительность к малым дефектам.
• Возможность точного определения глубины залегания.
• Безопасность для оператора (в отличие от радиографического метода).
• Портативность оборудования.

3. Пьезоэлектрические элементы для УЗ-преобразователей НК

Эффективность и точность УЗК напрямую зависят от характеристик пьезоэлектрического преобразователя.

3.1. Конструкция и требования

В applications УЗК typically используются однослойные пьезоэлектрические датчики. К ним предъявляются stringent требования:

• Генерация коротких импульсов: Для обеспечения high resolution по глубине (возможности разделять два близко расположенных дефекта).
• Работа на высоких частотах: Частотный диапазон от 1 МГц до 20 МГц и выше. Более высокие частоты обеспечивают лучшее разрешение, но меньшую глубину проникновения.
• Высокая чувствительность: Способность детектировать weak отражённые signals от мелких дефектов.
• Стабильность характеристик: Постоянство параметров в различных environmental условиях.

3.2. Ключевые материалы и продукты

Для удовлетворения этих требований оптимальным выбором является наш материал PZT-40. Преобразователи на его основе обычно выполняются в виде тонких дисков или пластин, которые:

• Эффективно работают на very high частотах.
• Генерируют very short acoustic импульсы, критически важные для хорошего разрешения.
• Обладают high piezoelectric coefficient, обеспечивающим excellent чувствительность как на transmission, так и на reception.

3.3. Продукция HE-SHUAI для УЗК

Компания HE-SHUAI производит широкий спектр high-quality пьезокерамических элементов для УЗК, включая:

• Стандартные пьезодиски и пьезопластины
• Специализированные преобразователи под конкретные application
• Изделия, полностью соответствующие strict industrial стандартам

Наша продукция отличается высокой чувствительностью, стабильностью и надёжностью в самых demanding условиях эксплуатации.

Хотите повысить точность и эффективность ваших систем неразрушающего контроля? Обращайтесь в HE-SHUAI для консультации и подбора оптимальных пьезокерамических решений. Наши эксперты готовы помочь вам выбрать именно те продукты, которые отвечают вашим техническим требованиям.