Esta nota de aplicação resume informações importantes sobre transdutores de ondas de cisalhamento com incidência normal, como os da nossa série V150-V157 e V220-V222. Esses transdutores são comumente usados com medidores de espessura ultrassônicos, detectores de defeitos ou pulsadores/receptores para medir a velocidade das ondas de cisalhamento em materiais de teste, geralmente em conexão com o cálculo do módulo de elasticidade, conforme descrito na nossa nota de aplicação sobre Medição de módulo de elasticidade.
Como funcionam os transdutores de ondas de cisalhamento com incidência normal
Os transdutores de ondas de cisalhamento com incidência normal são transdutores de contato de elemento único que introduzem as ondas de cisalhamento diretamente na amostra sem usar a conversão do modo de refração. Por definição, essas ondas se propagam perpendicularmente à superfície de teste, ao mesmo tempo que o movimento da partícula é paralelo à superfície. Os transdutores usam secções de elementos piezoelétricos perpendiculares à direção do polo elétrico, de modo que, quando pulsados, eles vibram no modo de cisalhamento (transverso) em vez de no modo longitudinal (compressivo) quando uma tensão de excitação é aplicada, conforme pode ser visto no desenho conceitual abaixo.
Elemento de onda longitudinal |
Elemento de onda de cisalhamento |
Cinco considerações importantes ao se usar transdutores de ondas de cisalhamento
Devido à sua natureza especializada, os transdutores de ondas de cisalhamento exigem atenção aos fatores observados abaixo para se obter uma boa resposta.
1. Limite de pulso de excitação
Sempre conduza os transdutores de ondas de cisalhamento com a tensão de excitação mais baixa possível em um teste, de preferência 100 volts. Quando muita energia é fornecida ao transdutor durante algum tempo, o elemento pode ser reposicionado como um elemento de modo longitudinal. Esse efeito pode ocorrer com o uso prolongado da pulsação de 300 a 400 V disponível na maioria dos detectores de defeitos. Os elementos de frequência mais alta (5 MHz e acima) são mais suscetíveis a este reposicionamento porque são mais finos. Não há forma de reverter esse efeito. Quando danificado desse jeito, o transdutor reposicionado se torna essencialmente um transdutor de onda longitudinal.
2. Acoplamento
Um acoplante de ondas de cisalhamento de alta viscosidade, como o SWC-2 (Q7700010), deve ser usado para acoplar uma onda de cisalhamento com incidência normal a uma amostra. Acoplantes ultrassônicos padrão não funcionarão porque eles são líquidos ou géis. Uma propriedade básica de um líquido é que ele não suporta tensão de cisalhamento. Deste modo, líquidos de baixa e média viscosidade, como acoplantes ultrassônicos convencionais, não transmitirão as ondas de cisalhamento.
Para obter melhores resultados, use uma camada bem fina do acoplante de alta viscosidade SWC-2, com uma pressão de acoplamento firme. O procedimento sugerido é colocar uma quantidade bem pequena de acoplante no transdutor e espalhá-la em uma camada fina com uma lâmina ou navalha reta, em seguida, acoplar sobre a amostra e remover ainda mais o excesso de acoplante girando o transdutor. Normalmente, você verá a amplitude do eco aumentar à medida que a camada de acoplante for ficando progressivamente mais fina.
3. Direção da polarização
A direção da polarização da onda de cisalhamento (o eixo do movimento da partícula) em nossos transdutores de ondas de cisalhamento está nominalmente alinhada com o conector de ângulo reto nos encapsulamentos tipo RM e RB padrão. Os transdutores de ondas de cisalhamento com conectores SB ou SM têm uma linha gravada no encapsulamento, a qual marca o eixo de polarização. Nos materiais anisotrópicos, é comum que a amplitude e o tempo de trânsito do pulso variem conforme o transdutor é girado na superfície da amostra, o que altera a orientação do movimento da partícula com respeito à variação direcional das propriedades mecânicas do material.
4. Atenuação do material
A propagação da onda de cisalhamento é normalmente boa em cerâmicas e metais de preparação comum, a menos que uma estrutura de grãos grossos esteja presente. No entanto, a atenuação da onda de cisalhamento é geralmente extremamente alta em materiais flexíveis, como borracha e plásticos macios. Desta forma, normalmente não haverá eco da onda de cisalhamento utilizável, mesmo com o acoplante adequado. Plásticos duros, como o acrílico, assim como compósitos estruturais, geralmente transmitem ondas de cisalhamento utilizáveis em frequências baixas de teste ultrassônico, mas deve-se tomar cuidado com a seleção do transdutor e a configuração do instrumento.
5. Artefatos da onda longitudinal
Todos os elementos de onda de cisalhamento com incidência normal também geram alguma energia de onda longitudinal subjacente. Normalmente, esse componente longitudinal é pelo menos 30 dB mais baixo do que o sinal de cisalhamento. No entanto, em materiais com atenuação de cisalhamento muito alta e atenuação de onda L mais baixa (como plásticos flexíveis) ou em situações em que acoplantes não viscosos são usados, o componente de cisalhamento pode ser altamente atenuado ao mesmo tempo que alguma energia da onda L permanece e é vista como a forma de onda primária na tela. Esse fenômeno também pode ocorrer quando os transdutores de ondas de cisalhamento tiverem sido danificados por tensões de excitação excessivamente altas, conforme observado na seção sobre limite de pulso de excitação acima.
Para mais informações sobre os transdutores de ondas de cisalhamento com incidência normal, contato conosco.
