Đặc điểm, tính chất và ứng dụng của sóng siêu âm (Phần 1)

Đặc điểm, tính chất của sóng siêu âm:

Sóng siêu âm là sóng dọc, tức là dao động cùng chiều với chiều lan truyền của sóng. Siêu âm chỉ lan truyền trong môi trường giãn nở (không thể lan truyền trong chân không). Sóng âm tạo nên một sức ép làm thay đổi áp lực môi trường. Tại một vị trí nào đó trong môi trường, ở nửa chu kỳ đầu của sóng áp lực tại đó tăng. Trong nửa chu kỳ sau, áp lực lại giảm gây ra hiệu ứng cơ học của siêu âm.

Tốc độ lan truyền của sóng siêu âm phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ môi trường truyền âm, không phụ thuộc vào tần số. Tốc độ truyền âm trong không khí là rất thấp khoảng 342 m/s, parafin: 1400 m/s, nước: 1500 m/s, cơ thể:1540 m/s và thép 5000 m/s.

Năng lượng siêu âm là động năng dao động và thế năng đàn hồi của các phần tử trong môi trường, được tính theo công thức:

e= 1/2 .w.w.a.a = k.a.a.f.f

   trong đó:        e – năng lượng siêu âm

r – mật độ môi trường

w = 2πf

f – tần số siêu âm

a – biên độ siêu âm

Cường độ siêu âm là năng lượng siêu âm truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sóng và tính bằng công thức:

 I = wv = k.a.a.f.f.v.l

          trong đó: I – cường độ siêu âm

v – vận tốc truyền âm

Như vậy cường độ siêu âm tỷ lệ thuận với bình phương của tần số và bình phương của biên độ sóng.

Sự hấp thụ và độ xuyên thấu của sóng siêu âm: năng lượng siêu âm dưới dạng cơ học khi vào tổ chức thì sẽ bị tổ chức hấp thụ và giảm năng lượng. Hệ số hấp thu được tính theo công thức:

a= f*f*h*k

          trong đó:  a – hệ số hấp thu năng lượng

h – độ nhớt của môi trường

k – hệ số không đổi đối với một môi trường

Như vậy, theo công thức thì cùng một môi trường hệ số hấp thu tỷ lệ thuận với bình phương tần số siêu âm. Nguồn siêu âm có tần số càng lớn thì năng lượng càng cao nhưng hệ số hấp thu lớn nên khả năng xuyên sâu càng giảm.

Nguyên lý kiểm tra bằng sóng siêu âm :

- Sử dụng sóng siêu âm để tiến hành kiểm tra và thực hiện các phép đo. Hệ kiểm tra bằng siêu âm điển hình gồm bộ phát xung, biến từ, bộ phận hiển thị.

- Bộ phát xung là thiết bị điện tử có thể tạo ra xung điện áp, kích thích biến tứ phát ra sông siêu âm. Năng lượng siêu âm được hình thành và lan truyền qua vật liệu ở dạng sóng.

- Khi có sự không liên tục (như nứt, rỗ) trên đường truyền song, một phần năng lượng sẽ bị phẩm xạ trở tại từ bề mặt khuyết tật. Tín hiệu sóng phản xạ sẽ được chuyển thành tín hiệu điện nhờ biến từ và thể hiện trên màn hình.

- Thời gian huyền tín hiệu gắn liền với khoảng cách truyền qua. Từ thông tin nhân được này người ta có thể biết được vị trí, kích thước của khuyết tật và độ chắc đặc của vật liệu đang kiểm tra.

Ứng dụng của sóng siêu âm

• Dùng siêu âm để kiểm tra chất lượng sản phẩm

Ngày nay, nhờ những tiến bộ về khoa học kỹ thuật mà các thiết bị kiểm tra bằng siêu âm được phát triển rất đa dạng và trong nhiều lĩnh vực như: Siêu âm kiểm tra chiều dày, độ đồng đều, phát hiện khuyết tật trong kim loại và mối hàn kim loại, siêu âm phát hiện vị trí, đường kính cốt thép và chiều dày lớp bê tông bảo vệ trong bê tông cốt thép, siêu âm kiểm tra độ đồng nhất, phát hiện vết nứt, đo chiều sâu vết nứt và tính cường độ của bê tông, siêu âm kiểm tra chất lượng bê tông cọc khoan nhồi ...

Nguyên lý kiểm tra bằng sóng siêu âm :

- Sử dụng sóng siêu âm để tiến hành kiểm tra và thực hiện các phép đo. Hệ kiểm tra bằng siêu âm điển hình gồm bộ phát xung, biến từ, bộ phận hiển thị.

- Bộ phát xung là thiết bị điện tử có thể tạo ra xung điện áp, kích thích biến tứ phát ra sông siêu âm. Năng lượng siêu âm được hình thành và lan truyền qua vật liệu ở dạng sóng.

- Khi có sự không liên tục (như nứt, rỗ) trên đường truyền song, một phần năng lượng sẽ bị phẩm xạ trở tại từ bề mặt khuyết tật. Tín hiệu sóng phản xạ sẽ được chuyển thành tín hiệu điện nhờ biến từ và thể hiện trên màn hình.

- Thời gian huyền tín hiệu gắn liền với khoảng cách truyền qua. Từ thông tin nhân được này người ta có thể biết được vị trí, kích thước của khuyết tật và độ chắc đặc của vật liệu đang kiểm tra.

• Hàn bằng siêu âm:

Hàn bằng siêu âm tương tự như hàn ma sát. Các dao động siêu âm (tần số cỡ 20 kHz được kích thích bởi tín hiệu từ máy phát dao động điện công suất lớn) tác động vào một vùng nhỏ của mối hàn làm cho vùng cần hàn trở nên dẻo, sau đó dùng lực ép (cơ học hoặc khí nén) đẩy các chi tiết cần nối lại với nhau tới khoảng cách tương tác của lực giữa- các nguyên tử sẽ phát sinh mối liên kết chặt chẽ thành mối hàn có cấu trúc vật liệu thay đổi ít nhất.

Coi nguyên bài viết ở :
Đặc điểm, tính chất và ứng dụng của sóng siêu âm (Phần 1)