1. Princípios ultrassônicos básicos
A. O que é ultrassom?
O som gerado acima da faixa auditiva humana (normalmente 20 kHz) é chamado ultra-som. No entanto, a faixa de frequência normalmente empregada em um teste de ultrassom não destrutivo e medição de espessura é de 100 kHz a 50 MHz.
Embora o ultrassom se comporte de maneira semelhante ao som audível, tem um comprimento de onda muito menor. Isso significa que ele pode ser refletido muito pequeno superfícies tais como defeitos dentro dos materiais. É esta propriedade que faz ultrassom útil para testes não destrutivos de materiais.
O espectro acústico na Figura 1 divide o som em três faixas das frequências. A escala ultrassônica é dividida então para baixo mais em três subseções.
B. Frequência, período e comprimento de onda
As vibrações ultrassônicas viajam na forma de uma onda, semelhante à maneira como a luz viaja. No entanto, ao contrário das ondas de luz, que podem viajar no vácuo (vazio espaço), o ultrassom requer um meio elástico, como um líquido ou um sólido.
Mostrados na Figura 2 são os parâmetros básicos de uma onda contínua (cw). Estes parâmetros incluem o comprimento de onda (l) e o período (T) de um ciclo completo.
O número de ciclos completados em um segundo é chamado de frequência (f) e é medidos em hertz (Hz), com múltiplos do seguinte modo;
– 1 ciclo/segundo = 1 Hz
– 1000 ciclos/segundo = 1 kHz
– 1.000.000 ciclos/segundo = 1 MHz
O tempo necessário para completar um ciclo completo é o período (T), medido em segundos. A relação entre frequência e período em uma onda contínua é dada na Equação 1.
C. Velocidade do ultra-som e comprimento de onda
A velocidade do ultrassom (c) em um material perfeitamente elástico em um dado temperatura e pressão são constantes. A relação entre c, f, l, e T é dada pelas equações 2 e 3:
D. Propagação de ondas e movimento de partículas
Os métodos mais comuns de exame ultrassônicos usam ondas longitudinais ou ondas de cisalhamento (ondas transversais).
Outras formas de propagação do som existem, incluindo ondas de superfície e ondas de lamb.
– Uma onda longitudinal é uma onda de compressão em que a o movimento da partícula está na mesma direção que a propagação da onda.
– Uma onda de cisalhamento é um movimento de onda em que o movimento de partículas sao perpendiculares à direção da propagação.
– As ondas de superfície (Rayleigh) têm um movimento de partículas elípticas e viajam através da superfície de um material. Sua velocidade é aproximadamente 90% da velocidade da onda de cisalhamento do material e sua profundidade de penetração é aproximadamente igual a um comprimento de onda.
– As ondas de placa (Lamb) apresentam uma vibração complexa materiais onde a espessura é menos do que o comprimento de onda de ultrassom introduzido nele.
E. Aplicando o Ultrassom
O teste não destrutivo ultrassônico introduz ondas sonoras de alta frequência em um objeto de teste para obter informações sobre o objeto sem alterar ou danificá-lo de qualquer maneira. Duas quantidades básicas são medidas em ultrassom teste; eles são o tempo de voo, ou a quantidade de tempo para o som para viajar através da amostra, e da amplitude do sinal recebido. Baseado em
velocidade e tempo de ida e volta do voo através do material, a espessura do material pode ser calculada do seguinte modo:
As medidas da mudança relativa na amplitude do sinal podem ser usadas em dimensionar falhas ou medir a atenuação de um material. A mudança relativa na amplitude do sinal é comumente medido em decibéis. Os valores de decibéis são o valor logarítmico da razão de duas amplitudes de sinal. Isto pode ser calculado usando a seguinte equação. Algumas relações úteis também são apresentadas na tabela abaixo;
F. Sensibilidade e Resolução
– A sensibilidade é a capacidade de um sistema de ultra-sons para detectar reflectores (ou defeitos) a uma determinada profundidade num material de ensaio. Quanto maior o sinal que é recebido de um determinado refletor, o mais sensível o sistema do transdutor.
– A resolução axial é a capacidade de um sistema de ultrassons para produzir indicações simultâneas e distintas dos refletores Iocated em quase a mesma posição em relação ao som feixe.
– A definição da Próximo-superfície é a capacidade do sistema ultrassônico para detectar refletores localizados perto da superfície do teste peça.
