偏铌酸铅压电陶瓷及其超声无损检测应用

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偏铌酸铅是一种重要的钨青铜结构高居里温度功能陶瓷,在高温领域具有很大的应用前景,但其存在压电活性低,难以烧结等问题,这些问题限制了该陶瓷的应用.元素掺杂取代是改性偏铌酸铅陶瓷的研究热点.综述了偏铌酸铅陶瓷的特点以及部分改性后的陶瓷在超声无损检测等领域的应用前景,对用偏铌酸铅陶瓷制作换能器的研究工作具有一定的借鉴意义.
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为解决在材料表面缺陷检测用空气耦合超声换能器的研制中,压电陶瓷材料与空气之间存在的巨大阻抗失配问题,将空心玻璃微珠和环氧树脂进行复合,制备出密度为550kg·m-3,声速为2300 m·s-1,声阻抗为1.3 MRayl,声衰减系数(2.25 MHz下)为344 dB·m-1的低声阻抗、低衰减的匹配层材料,并采用1/4波长匹配原理进行换能器设计.在此基础上制作空气耦合超声换能器,对其进行导纳谱测试和回波信号测试分析.结果表明,研制出的空气耦合超声换能器中心频率为204 kHz,-6 dB相对带宽为21.0
基于三维压电加速度传感器,设计了一款适用于低频的同振式矢量水听器,分析计算了其在水中的声学性能,并对制作的矢量水听器样品进行了性能验证.制成的球型矢量水听器样品直径为78 mm,在驻波管中对该矢量水听器进行了灵敏度和指向性检测,检测结果与理论计算结果吻合.该矢量水听器在低频频段内具有较好的灵敏度和“8”字型指向性,适合用于浮标、潜标、UUV(无人水下航行器)等平台的水声监测模块.
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单晶PMN-PT(铌镁钛酸铅)可有效提高超声换能器的灵敏度和带宽等性能.介绍了一款基于PMN-PT单晶材料的医用超声相控阵换能器,该换能器选用PMN-32%PT(001方向)单晶材料,采用两匹配层结构进行设计.在该基础上制作样品,并对其进行回波信号测试分析.结果表明,所研制的超声换能器中心频率约为2.6 MHz,-6 dB相对带宽为80%以上,具有较好的灵敏度和带宽.
研究了400℃下,不同时效核电厂主蒸汽隔离阀备件阀杆的非线性超声和力学性能的变化规律.试验结果表明,在时效过程中,17-4PH不锈钢的冲击功降低,而布氏硬度、抗拉强度和屈服强度提高;硬度、拉伸性能与非线性超声表现出明显的关联性;非线性超声对时效过程中17-4PH不锈钢的显微组织变化敏感,可用来对17-4PH不锈钢进行无损评估表征.
基于DNVGL-ST-F101-2017规范的要求,结合海底管线U型坡口焊缝的特点,选择直径为168 mm,壁厚为18.6 mm及管径为508 mm,壁厚为31.8 mm的两种规格管线,制作一系列焊接缺陷,焊接缺陷分布于焊缝根部、热焊、填充及表面区域,缺陷类型包括未熔合、气孔及层间未熔合等.使用TOFD(超声衍射时差法)和PAUT(相控阵超声检测)工艺对试验焊缝进行扫查,评定不同位置缺陷的尺寸,对所有评定的缺陷进行金相试验,通过对比TOFD和PAUT测量结果与金相试验结果的偏差,确定TOFD和PAUT检测
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