In questa nota applicativa vengono riassunte informazioni importanti sui trasduttori ad onde trasversali con incidenza normale, come la nostra serie V150-V157 e V220-V222. Questi trasduttori sono in genere usati con i misuratori di spessori ad ultrasuoni, i rilevatori di difetti o i pulsatori-ricevitori per misurare la velocità di propagazione dell'onda trasversale nei materiali da ispezionare, spesso in correlazione con il calcolo dei moduli elastici, come descritto nella nostra nota applicativa Misura dei moduli elastici.
La modalità di funzionamento dei trasduttori ad onde trasversali con incidenza normale
I trasduttori ad onde trasversali con incidenza normale sono trasduttori a contatto a singolo elemento che trasmettono le onde trasversali direttamente nella componente da ispezionare, senza l'impiego della conversione della modalità di rifrazione. Per definizione queste sonde si propagano perpendicolarmente alla superficie della componente mentre il movimento delle particelle è parallelo alla superficie. I trasduttori utilizzano degli elementi piezoelettrici disposti perpendicolarmente alla direzione del polo elettrico, in modo che, quando trasmettono, vibrano in modalità trasversale piuttosto che in modalità longitudinale (compressione) quando viene applicata una tensione di eccitazione, come illustrato nel seguente diagramma concettuale.
Elemento dell'onda longitudinale |
Elemento dell'onda trasversale |
5 considerazioni principali quando si utilizzano i trasduttori a onde trasversali
A causa delle loro caratteristiche specifiche, il funzionamento ottimale dei trasduttori ad onde trasversali dipende dai seguenti aspetti.
1. Limite dell'impulso di eccitazione
Utilizzare sempre i trasduttori ad onde trasversali con la tensione di eccitazione più bassa in una determinata ispezione, preferibilmente a 100 volt. Quando viene trasmessa nel tempo un'eccessiva energia al trasduttore, l'elemento può essere ripolarizzato a un elemento in modalità longitudinale. Questo effetto può verificarsi con un utilizzo prolungato della trasmissione 300–400 V disponibile nella maggior parte dei rilevatori di difetti. Gli elementi a maggiore frequenza (pari o superiore a 5 MHz) sono più soggetti a questa ripolarizzazione visto che sono più sottili. Non è possibile invertire questo effetto. Quando viene danneggiato in questo modo, il trasduttore ripolarizzato essenzialmente diventa un trasduttore a onda longitudinale.
2. Accoppiante
Per accoppiare un'onda trasversale a incidenza normale alla componente da ispezionare deve essere usato un accoppiante a alta viscosità come l'SWC-2 (Q7700010). I normali accoppianti ad ultrasuoni non funzioneranno perché sono a base liquida o gel. Un liquido ha come proprietà di base l'incapacità di supportare una sollecitazione da onda trasversale. Pertanto i liquidi a bassa o media viscosità come gli accoppianti per ultrasuoni convenzionali non trasmetteranno le onde trasversali.
Per ottenere i migliori risultati, utilizzare uno strato molto sottile dell'accoppiante ad alta viscosità SWC-2 esercitando un'intensa pressione per l'accoppiamento. La procedura consigliata consiste nell'applicare una quantità ridotta di accoppiante sul trasduttore e distribuendolo su uno strato sottile con una lametta o un bordo dritto. In seguito accoppiare il trasduttore con la componente da ispezionare e distribuire ulteriormente l'accoppiante ruotando il trasduttore. In genere si vedrà un aumento dell'ampiezza dell'eco con il progressivo assottigliamento dello strato di accoppiante.
3. Direzione della polarizzazione
La direzione di polarizzazione dell'onda trasversale (l'asse del movimento delle particelle) nei nostri trasduttori a onde trasversali è nominalmente in linea con il connettore ad angolo retto in telai standard RM e RB. I trasduttori ad onde trasversali con i connettori SB o SM possiedono una linea incisa nel telaio che indica l'asse di polarizzazione. Nei materiali anisotropici è comune che il tempo e l'ampiezza di trasmissione dell'impulso varino con la rotazione del trasduttore sulla superficie della componente da ispezionare. Questo cambia l'orientazione del movimento delle particelle in rapporto alla variazione direzionale delle proprietà meccaniche del materiale.
4. Attenuazione del materiale
La propagazione delle onde trasversali è in genere ottimale nei comuni metalli e ceramiche impiegati in ambito ingegneristico, a meno che sia presente una struttura a elevata granulometria. Tuttavia l'attenuazione dell'onda trasversale è in genere estremamente alta nei materiali flessibili come la gomma e le plastiche morbide. Pertanto non sarà possibile ottenere un'utile eco dell'onda trasversale, anche con l'impiego di un accoppiante ottimale. Le plastiche dure (es: plastiche acriliche) e i materiali compositi strutturali in genere trasmettono delle utili onde trasversali a basse frequenze di controllo ad ultrasuoni, tuttavia ci si dovrebbe concentrare sulla scelta del trasduttore e sulla configurazione dello strumento.
5. Artefatti delle onde longitudinali
Anche tutti gli elementi a onda trasversale a incidenza normale generano un'energia di fondo di onda longitudinale. In genere questa componente longitudinale è almeno 30 dB inferiore rispetto al segnale trasversale. Tuttavia nei materiali con un'attenuazione dell'onda trasversale molto alta e un'attenuazione dell'onda longitudinale inferiore (es: plastiche flessibili) o nelle situazioni dove vengono impiegati accoppianti non vischiosi, la componente trasversale potrebbe essere altamente attenuata, conservandosi parte dell'energia dell'onda longitudinale, visualizzata nel display come la principale forma d'onda. Questo fenomeno può inoltre verificarsi quando i trasduttori ad onde trasversali sono stati danneggiati da tensioni di eccitazione eccessivamente alte, come riportato nella precedente sezione sul limite dell'impulso di eccitazione.
Per maggior informazioni sui trasduttori ad onde trasversali con incidenza normale è possibile contattarci.
