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Test ultrasonici a impulsi echi

1940
  • Floyd Firestone
Technician conducting pulse-echo ultrasonic testing on a metal pipe in a laboratory.

The pulse-echo method is the foundation of most ultrasonic testing. A transducer emits a short, high-frequency sound pulse into a material. This pulse travels until it hits a boundary or flaw, reflecting some energy back as an echo. The same transducer detects this echo, and the time-of-flight is used to calculate the reflector’s depth, enabling flaw detection and thickness measurement.

The pulse-echo technique operates on a simple principle of timing sound waves. A specialized device called a pulser-receiver generates a high-voltage electrical pulse. This pulse is sent to a transducer, which contains a piezoelectric element that vibrates in response, creating a high-frequency ultrasonic wave. This wave propagates through the test material. When it encounters an interface with a different acustico impedance, such as a crack, void, or the back wall of the material, a portion of the wave’s energy is reflected.

The reflected wave, or echo, travels back to the transducer. The piezoelectric element converts this returning acoustic energy back into an electrical signal. The receiver component of the pulser-receiver amplifies this weak signal. The system’s internal clock measures the precise time elapsed between the initial pulse transmission and the reception of the echo. This is known as the ‘time-of-flight’ (ToF).

Knowing the velocity of sound in the specific material being tested ([latex]c[/latex]), the distance ([latex]d[/latex]) to the reflector can be calculated using the formula [latex]d = (c times ToF) / 2[/latex]. The division by two is necessary because the measured time accounts for the sound traveling to the reflector and back again. The results are typically displayed on a screen as an A-scan, which plots signal amplitude versus time, allowing a trained operator to identify the location, size, and orientation of internal flaws.

UNESCO Nomenclature: 3322
– Materials science

Tipo

Metodo di test

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • sviluppo del sonar per il rilevamento subacqueo
  • scoperta dell'effetto piezoelettrico da parte di Jacques e Pierre Curie
  • comprensione fondamentale della propagazione delle onde sonore nei solidi
  • necessità industriale di rilevamento di difetti interni nella produzione e nelle infrastrutture

Applicazioni

  • ispezione delle saldature in strutture critiche
  • misurazione dello spessore di tubi e serbatoi
  • ecografia medica per l'imaging degli organi
  • ispezione di materiali compositi aerospaziali per delaminazione
  • mappatura della corrosione nell'industria petrolifera e del gas

Brevetti:

  • US2280226

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