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Legge di rifrazione di Snell per le onde ultrasoniche

1940
  • Willebrord Snellius
Configurazione del test a ultrasuoni per l'ispezione delle saldature nella produzione, utilizzando la legge di Snell.

Quando un ultrasuoni Quando un'onda colpisce il confine tra due materiali diversi con un angolo, si rifrange o cambia direzione. Ciò è regolato dalla legge di Snell, che mette in relazione gli angoli di incidenza e di rifrazione con le velocità delle onde nei due mezzi: [latex]\frac{\sin\theta_1}{c_1} = \frac{\sin\theta_2}{c_2}[/latex]. Questo principio è fondamentale per le prove con travi angolari, utilizzate per ispezionare componenti come le saldature non accessibili direttamente dall'alto.

La legge di Snell è una pietra miliare della fisica delle onde, originariamente formulata per la luce ma ugualmente applicabile alle onde sonore. Nelle prove a ultrasuoni, è indispensabile per progettare ispezioni in cui è impossibile un approccio diretto. Questo è il caso più frequente dell'ispezione delle saldature, dove il tappo della saldatura impedisce di posizionare un trasduttore direttamente sulla superficie. Si utilizza invece un trasduttore a fascio angolare, che consiste in un elemento piezoelettrico montato su un cuneo di plastica.

La formula [latex]\frac{\sin\theta_1}{c_1} = \frac{\sin\theta_2}{c_2}[/latex] detta il comportamento, dove [latex]\theta_1[/latex] è l'angolo di incidenza nel primo mezzo (il cuneo), [latex]c_1[/latex] è la velocità del suono nel cuneo, [latex]\theta_2[/latex] è l'angolo di rifrazione nel secondo mezzo (il provino, per es.g., acciaio) e [latex]c_2[/latex] è la velocità del suono nel pezzo in esame. Scegliendo con cura l'angolo del cuneo e il materiale, gli ispettori possono generare un'onda di taglio o un'onda longitudinale con un angolo preciso e desiderato all'interno del pezzo in prova per interrogare efficacemente il volume della saldatura.

Un aspetto critico è la conversione di modo. Quando un'onda longitudinale colpisce un'interfaccia con un angolo, può generare sia un'onda longitudinale rifratta sia un'onda di taglio rifratta, ciascuna con un angolo diverso, come previsto dalla legge di Snell (poiché le onde di taglio e longitudinali hanno velocità diverse). I tecnici utilizzano spesso l'onda di taglio generata perché la sua lunghezza d'onda più corta offre una migliore sensibilità ai piccoli difetti.

UNESCO Nomenclature: 3301
- Acustica

Tipo

Principio fisico

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • L'opera originale di Willebrord Snellius sulla rifrazione ottica nel XVII secolo
  • Il principio di Huygens che spiega la propagazione delle onde e i fronti d'onda
  • la comprensione che il suono si comporta come un'onda e si propaga attraverso i solidi
  • lo sviluppo di trasduttori a fascio angolare e cunei per l'ispezione industriale

Applicazioni

  • ispezione della saldatura a fascio angolare nella produzione e nell'edilizia
  • test di immersione di componenti industriali di forma complessa
  • progettazione di cunei angolati per trasduttori ultrasonici
  • sterzatura del fascio negli ultrasuoni phased array medici
  • l'analisi delle onde sismiche in geofisica per comprendere gli strati della terra

Brevetti:

NA

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