Control Nedistructiv 2

Introducere

Principii de bază Examinarea cu ultrasunete foloseste energia sunetelor de frecvenţe înalte

pentru examinarea si efectuarea măsuratorilor. Examinarea cu ultrasunetele poate fi folosită pentru: detectarea/examinarea defectelor, măsurări, caracterizarea materialelor etc. Pentru a prezenta cum se realizează testul, este ilustrată o examinare impuls/ecou:

O inspecţie obişnuită cu ultrasunete se realizează cu aparatură cum ar fi:

impuls/receptor, traductor şi ecran. Aparatul impuls/receptor este un aparat electronic care poate produce pulsuri electrice de voltaj mare. Condus de generatorul de impulsuri, traductorul generează energie ultrasonică de frecvenţă înaltă. Energia sunetului este introdusă şi propagată în material în formă de unde. Când apare o discontinuitate (cum ar fi o defecţiune) în drumul undelor, o parte din energie se va reflecta înapoi din suprafaţa defectă. Semnalul de undă reflectat este transformat în semnal electric de către traductor şi este afişat pe ecran. În examinarea prezentată anterior, puterea semnalului reflectat este prezentat în funcţie de timpul de când semnalul a fost generat şi până a fost recepţionat ecoul datorat defectului. Timpul drumului efectuat de semnal poate fi legat cu distanţa parcursă de acesta. Cu ajutorul semnalului se pot obţine informaţii referitoare la locul reflexiei, mărimea, orientarea etc.

Examinările cu ultrasunete reprezintă o metodă foarte utilă şi vastă in controlul nedistructiv. Câteva avantaje a examinării cu ultrasunete sunt - este sensibilă la discontinuităţile suprafeţelor - adâncimea la care se face studiul pentru detectarea defecţiunilor sau măsurătorilor este superioară altor metode de control nedistructiv - este nevoie de acces doar la o parte a materialului atunci cand se foloseşte tehnica impuls/ecou - are o acurateţe foarte mare în determinarea poziţiei de reflectare şi estimarea marimii şi formei defecţiunii - necesită pregătiri minime înainte de examinare - echipamentele electronice asigură rezultate exacte - pot fi reprezentate imagini detaliate

- mai are şi alte utilizări cum ar fi măsurarea grosimii La fel ca toate metodele de examinare nedistructivă şi examinarea cu

ultrasunete are unele limite: - suprafaţa trebuie să fie accesibilă să transmită unde - pregatirea personalului este mult mai scumpă faţă de alte examinări - în mod normal necesită un mediu cuplă pentru a se realize transferal energiei sunetului în material - materialele care sunt dure, cu forme iregulate, foarte mici neomogene sunt greu de examinat. - defectele liniare orientate paralel cu raza sunetului pot trece nedetectate - sunt necesare nişte referinţe pentru calibrarea echipamentelor şi caracterizarea defectelor

Istoria ultrasunetelor Înainte de al doilea război mondial, tehnica trimiterii undelor de sunete prin

apă şi studierea ecoului pentru a caracteriza obiecte cufundate, au fost începutul pentru aplicarea ultrasunetelor în diagnosticul medical. În 1929 şi 1935 Sokolov a studiat utilizarea undelor ultrasonice pentru detectarea metalelor. Mulhauser în 1931 a patentat utilizarea undelor ultrasonice, folosind două traductoare pentru detectarea defectelor în solide. Firestone (1940) şi Simons (1945) au dezvoltat examinarea ultrasonică cu impulsuri folosind tehnica impuls/ecou.

La scurt timp după terminarea celui de-al doilea razboi mondial, cercetători din Japonia au început cercetarea capabilităţii diagnosticării medicale cu ultrasunete.

Cercetările japonezilor au fost cunoscute în America şi Europa înainte de 1950. Cercetătorii au prezentat comunităţii medicale internaţionale descoperirile lor în utilizarea ultrasunetelor pentru detectarea pietrelor la fiere. Japonia a fost de altfel prima ţară care a aplicat ultrasunetele Doppler, o aplicaţie a ultrasunetelor care detectează obiectele care se mişcă cum ar fi sângele curgând prin inimă pentru investigaţii cardiovasculare.

În Statele Unite, cercetatorii au realizat mari progrese, utilizând ultrasunetele pentru a detecta potenţialul cancer şi pentru a vizualiza tumori în ţesuturi. Introducerea ultrasunetelor Doppler color a ajutat la indicarea cu ajutorul diferitelor culori a vitezei sângelui şi direcţia de curgere a acestuia.

Inceputul examinărilor nedistructive

Examinările nedistructive au fost practicate încă cu câteva zeci de ani in urmă. În timpul celui de-al doilea război mondial a avut loc o dezvoltare rapidă şi de atunci până în zilele noastre preocuparea principlă este detectarea defectelor.

La începutul anilor ’70, s-a produs o mare schimbare. Continua îmbunătăţire a tehnologiei, în particular detectarea micilor defecte, a condus la neplăcuta situaţie ca din ce în ce mai multe obiecte să fie respinse. Acest lucru a dus la o nouă filosofie. Componentele care au defecte cunoscute se pot utiliza în continuare atâta timp cât defectele sunt stabilizate şi nu vor creşte la un nivel critic.

O nouă provocare a fost aceea ca detectarea nu era de ajuns, ci se dorea şi obţinerea de informaţii cantitative despre dimensiunea defectului pentru a servi ca predicţie a duratei de viaţă a mecanismului defect.

În ziua de azi Examinările cu ultrasunete au început să fie practicate cu mai multe decenii

în urmă. Iniţial dezvoltarea rapidă a instrumentelor a fost sporită de dezvoltarea continuă a tehnologiei din 1950 pană azi. Începând cu 1980 şi continuând şi până azi, cu ajutorul calculatoarelor s-au realizat instrumente din ce în ce mai mici şi mai complexe pentru examinări cu ultrasunete.

Măsurarea grosimii este un exemplu de instrument care a fost rafinat pentru a reduce eroarea operatorului şi timpul de citire a înregistrărilor. Acest aparat a redus nevoia de a scrie şi a ajutat operatorii să înregistreze mai mult de 54000 de valori înainte să descarce valorile pe calculator. Alte instrumente au capacitatea să înregistreze formele de undă ceea ce a ajutat la citirea grosimii fară ca operatorul să stea lângă instrument. Mai multă cercetare şi dezvoltare a avut loc pentru înţelegerea reflexie sunetelor dintr-o suprafaţă care conţine “ciupituri” sau eroziuni cum s-au gasit pe interiorul unei ţevi. Asta a dus la măsurători mult mai exacte.

De ceva timp detectorului de defecte ultrasonic i-a fost incorporată o funcţie trigonometrică care ajută la o localizare mai exactă când se face o inspecţie prin defazarea undelor. Tuburile cu raze catodice în cea mai mare parte au fost înlocuite cu ecrane LED sau LCD.

Traductoarele pot fi programate cu ajutorul unor setări a unui instrument predeterminat. Tehnicianul trebuie doar să poziţioneze traductorul în contact cu instrumentul, iar instrumentul va seta variabilele cum ar fi frecvenţa, limitele şi întârzierea, variabile care sunt direcţionate spre traductor.

Odată cu calculatoarele, roboţii au contribuit la evoluţia examinării cu ultrasunete. Cu ajutorul acestor roboţi, scanarea componentelor a devenit mai rapidă decât când se folosea scanarea de mână. Totusi problemele au apărut de la mărimea şi forma obiectelor şi de la costul ridicat a roboţilor.

Sistemele de imersie au avansat în multe direcţii din 1960. În timp ce roboţii încă nu existau, “tancurile de imersie” au oferit cercetări în alte metode de examinare. Calculatoarele pot fi programate în ziua de azi pentru a inspecta obiecte cu forme complexe, cu ajutorul unuia sau mai multor traductoare care culeg informaţii. Aceste informaţii sunt culese de calculator pentru evaluare, transmisia către un client şi în final obţinerea unei imagini a obiectului care v-a ajuta la menţinerea calităţii în anii care urmează.

În viitor

Privind în viitor, examinarile nedistructive vor avea un nou set de oportunităţi impresionante. Drumuri, clădiri, avioane, reprezintă o nouă ţintă în ceea ce priveşte măsurarea şi monitorizarea lor cu ajutorul examinărilor nedistructive.

Evaluarea cantitativă nedistructivă va creşte volumul de informaţie despre modurile de defectare şi viteza cu care informaţiile pot fi obţinute.

Aparate de simulare evoluate vor contribui la creşterea aplicaţiilor în domeniul examinărilor nedistructive. Cu această creştere v-a fi nevoie şi de creşterea cunoştinţelor examinatorilor, ceea ce înseamnă că odată cu avansarea aparatelor de simulare, vor apărea studenţi cu cunoştinţe mult mai bogate despre comportarea sunetelor în materiale. Un exemplu fiind Iowa State University unde s-a dezvoltat un aparat foarte folositor în laboratoarele universităţii chiar de către studenţi.

Cum globalizarea continuă, companiile vor încerca să dezvolte domeniul prin creşterea frecvenţei de lucru, o practică foarte utilizată. Acest drum va duce ca în examinarea nedistructivă să apară simulări care vor putea fi communicate electronic.

Fizica ultrasunetelor

Propagarea undelor Testul cu ultrasunete se bazează pe variaţia în timp a deformaţiilor şi

vibraţiilor în materiale, care în general se referă la acustica materialului. În solide, undele sunetelor se pot propaga în 4 feluri care se bazează pe

oscilaţia particulelor. Sunetul se poate propaga în unde longitudinale, unde defazate, unde de suprafaţă şi în materiale subţiri ca unde metalice. Undele longitudinale şi cele defazate sunt 2 moduri de propagare cele mai utilizate în ultrasunete. Mişcarea particulelor responsabile pentru propagarea longitudinala şi defazată a undelor este ilustrată mai jos.

În undele longitudinale, oscilaţiile se regăsesc în direcţie longitudinală sau

în direcţia propagării undelor. De când forţele de dilatare şi de compresie sunt active în aceste unde, ele se mai numesc unde de presiune sau compresiune. De altfel uneori se mai numesc unde de densitate fiindcă densitatea particulelor fluctuează odată cu mişcarea lor. Unde de compresie pot fi generate atât în lichide cât şi în solide deoarece energia merge prin structura atomică ca o serie de mişcări de compresie şi expansiune.

În undele transversale sau defazate, particulele oscilează la un unghi drept sau transversal cu direcţia de propagare. Undele defazate necesită un material solid acustic pentru propagarea efectivă şi nu sunt efectiv propagate în materiale ca lichide sau gaze. Undele defazate sunt relativ mai slabe în comparaţie cu undele longitudinale. De fapt, undele defazate sunt generate de obicei în material utilizând energie de la undele longitudinale

Modurile de propagare a undelor acustice

În aer, sunetul se propagă cu comprimare şi rarefiere de molecule ale aerului în direcţia de propagare. Oricum, în solizi, moleculele pot suporta vibraţiile în alte direcţii, deci, mai multe tipuri de unde acustice sunt posibile. Cum am menţionat anterior, undele longitudinale şi transversale sunt mult mai folosite în examinarea cu ultrasunete. Oricum, la suprafeţe şi interfeţe, diferite tipuri de vibraţii eliptice sau complexe ale particulelor fac posibile apariţia altor unde. Unele dintre aceste tipuri de unde, ca de exemplu Razleigh şi Lamb sunt de asemenea folositoare la controlul nedistructiv cu ultrasunete

Tabelul următor prezintă o serie de unde posibile în solide Tipul undei Vibraţia particulelor

Longitudinal Paralel cu direcţia undelor Transversal (Defazate) Perpendicular cu direcţia undelor Suprafaţă - Rayleigh Orbită eliptică - mod simetric Unde metalice - Lamb Componentă perpendiculară pe

suprafaţă (unde extinse) Unde metalice - Love Paralel cu planul, perpendicular pe

direcţia undelor Stoneley (Leaky Rayleigh Waves) Unde ghidate în lungul interfeţei Sezawa Mod antisimetric

Undele de suprafaţă străbat suprafaţa unor materiale solide relativ groase,

patrunzând în adâncime o lungime de undă. Mişcarea particulelor este de orbită eliptică. Aceste unde sunt foarte precise la defectele de suprafaţă şi dat fiind faptul că urmăresc conturul suprafeţei, aceste unde pot inspecta zone care alte unde nu le pot inspecta.

Undele metalice pot fi transmise numai în metale foarte subţiri. Undele Lamb sunt cele mai folosite unde metalice în examinarea nedistructivă. Undele Lamb au o vibraţie complexă care străbat întreaga grosime a materialului. Aceste unde depind de densitatea şi elasticitatea obiectului şi sunt influenţate de frecvenţa selectată şi de grosimea materialului.Cu undele Lamb mai multe moduri de vibraţii a particulelor sunt posibile, dar cele mai cunoscute sunt simetric şi asimetric.

Lungimea de undă şi detectarea defectelor

În testarea cu ultrasunete examinatorul trebuie să decidă frecvenţa traductorului. Din schimbul frecvenţei când viteza sunetului este fixă va rezulta schimbarea lungimii de unde a sunetului. Lungimea de undă a ultrasunetelor folosite are un efect important în probabilitatea detectării unei discontinuităţi în material. O regulă generală este ca o discontinuitate trebuie să fie mai mare de jumătate din lungimea undei pentru ca aceasta să fie detectată.

Senzitivitatea şi rezoluţia sunt doi termeni foarte des folosiţi în examinarea cu ultrasunete pentru a descrie tehnici de localizare a defectelor. Senzitivitatea este abilitatea de a localiza mici discontinuităţi. Senzitivitatea în general creşte odată cu creşterea frecvenţei. Rezoluţia este abilitatea sistemului de a localiza discontinuităţi

care sunt foarte apropiate în material sau care sunt localizate în apropierea suprafeţei. Rezoluţia creşte odată cu creşterea frecvenţei.

Frecvenţa poate de asemenea să influenţeze o examinare în sens nefavorabil. Selectarea frecvenţei optime implică selectarea unei balanţe între rezultate favorabile şi rezultate nefavorabile. Înainte de a selecta o frecvenţă, trebuie ca structura particulelor, grosimea materialului, dimensiunea, tipul şi eventual locaţia discontinuităţii să fie luate în considerare.

Deoarece mai multe lucruri într-un material sunt posibile să împrăştie o porţiune a energiei sonore la frecvenţe mari, puterea de penetraţie (sau adâncimea maximă într-un material la care fisurile pot fi detectate) este de asemenea redusă. Frecvenţa de asemenea are forma unui fascicul de ultrasunet.

Trebuie menţionat că şi alte variabile influenţează localizarea defectelor prin ultrasunete, nu numai frecvenţa. Există variabile cum ar fi lungimea impulsului, tipul si voltajul aplicat cristalului, proprietăţi ale cristalului, diametrul traductorului etc. şi schema electrică a receptorului.

Atenuarea sunetului Când sunetul trece printr-un mediu, intensitatea lui se diminuează odată cu

distanţa parcursă. În materiale ideale, presiunea sunetului (amplitudinea semnalului) este redusă de întinderea undei. Materialele naturale, oricum, toate produc un efect care fac să scadă sunetul. Acest efect rezultă din două cauze de bază, care sunt împrăstierea şi absorţia. Efectul combinat a celor două se numeşte atenuare.

Atenuarea adesea serveşte ca unitate de măsură care conduce la formarea teoriilor pentru a explica fizic sau chimic fenomenul care duce la descreşterea intesităţii ultrasunetelor.

Atenuarea ultrasunetelor este ritmul de scădere a radiaţiilor mecanice la frecvenţa ultrasunetelor odată cu propagarea prin material. O scădere a undelor plane are expresia:

z0 eAA α−⋅=

A0 – amplitudinea undei într-un loc oarecare A – amplitudinea redusă după ce unda a parcurs distanţa z α - coeficientul de atenuare după ce unda s-a deplasat în direcţia z [decibeli/lungime]

Atenuarea este în general proporţională cu pătratul frecvenţei sunetului. Valorile atenuării sunt adesea date de o singură frecvemţă, dar o valuare a atenuării poate fi dată şi de media mai multor frecvenţe stabilite.

Impedanţa acustică

Sunetul trece prin material sub influenţa presiunii sunetului. Deoarece moleculele sau atomii unui solid sunt legaţi elastic unii de alţii, excesul de presiune rezultat într-un undă se propagă prin solid.

Impedanţa acustică a unui material este definită ca produsul densităţii şi a vitezei acustice a materialului.

Impedanţa acustică este importantă în: 1. determinarea transmisiei acustice şi reflexiei la frontieră a două materiale care au impedanţă acustică diferită.

2. crearea traductorului ultrasonic. 3. evaluarea absorţiei sunetului într-un mediu

Coeficentul reflexiei şi trasmisiei Undele ultrasonice sunt reflectate la frontiera unde se regasesc diferite

impedanţe acustice. Cu cât nepotrivirea impedanţelor e mai amre, cu atât e mai mare procentul de enegie ce va fi reflectat la interfaţă.

Fracţia intensităţii undei incidente care este refractată poate fi derivată deoarece viteza particulei şi presiunea locală a particulei trebuie să fie continue în lungul frontierei. Când impedanţa acustică a materialului pe ambele parţi ale frontierei este cunoscută, fracţia intensităţii undei incidente care este reflectată poate fi calculată cu ecuaţia:

2

12

12

zzzzR ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−

=

Valoarea rezultată este cunoscută ca fiind coeficientul de reflexie. Din moment ce cantitatea de energie reflectată plus energia transmisă

trebuie sa fie egală cu cantitatea de energie incidentă, coeficientul de transmisie este calculat prin scaderea din 1 a coeficientului de reflexie.

Coeficientul de reflexie si cel de transmisie sunt cel mai des exprimaţi în decibeli.

Dacă reflexia şi transmisia la interfeţe urmăresc întocmai componenta, numai un procentaj mic din energia iniţială se întoarce la traductor, chiar şi atunci când pierderea prin atenuare este ignorată. Spre exemplu, considerăm examinarea unui bloc de oţel. Energia sunetului pleacă din traductor, traversează prin apă, întâlneşte suprafaţa frontală a oţelului, întâlneşte suprafaţa din spate şi reflectă înapoi prin suprafaţa din frontală în drumul ei spre traductor înapoi. La interfaţa dintre apă şi otel (suprafaţa frontală) 12 % din energie este transmisă. La suprafaţa din spate 88% din cei 12% care s-au transmis la suprafaţa frontală se reflectă. Aceasta înseamnă 10.6% din intensitatea undei de incidenţă initială. Cum unda iese prin partea din spate a suprafeţei frontale, doar 12% din cei 10.6% sau 1.3% din energia iniţială se întoarce la traductor.

Refracţia Când o undă ultrasonică trece prin interfaţa dintre două materiale la un

unghi oblic, şi materialele au indici diferiţi de refracţie, se produce şi reflexie şi refracţie a undelor.

Refracţia are loc la interfaţa dintre materialele care au viteza acustică a

undelor diferită. Viteza sunetului în fiecare material este determinată de proprietăţile de material.

Legea lui Snell a formulat o relaţie între unghiul şi viteza undelor.

21 L

2

L

1

Vsin

Vsin θ

=θ

VL1 – viteza undei longitudinale în materialul 1 VL2 – viteza undei longitudinale în materialul 2

Când o undă longitudinală trece de la un material încet la un material mai rapid, apare un unghi de incidenţă care face ca unghiul de refracţie pentru unde să fie de 900. Acest unghi este cunoscut ca primul unghi critic. La acest unghi critic de incidenţă, mare parte a energiei acustice este de forma unei unde de compresie neomogenă, care trece de-a lungul interfeţei şi scade exponenţial cu adâncimea de la interfaţă. Aceste unde sunt uneori folositoare deoarece nu depind prea mult de suprafaţă şi de asprimea materialului.

Raportul semnal/zgomot

Detectarea unui defect implică mai mulţi factori decât relaţia lungimii de undă sau mărimea defectului. Spre exemplu, cantitatea de sunet care reflectă de la un defect este o nepotrivire a impedanţei acustice între fisură şi material. Un gol este în general un reflector mai bun decât o componentă metalică, deoarece nepotrivirea impedanţei este mai mare între aer şi metal.

O metodă bună de detectare a unei fisuri este raportul semnal/zgomot. Raportul semnal/zgomot măsoară semnnalul de la defect care se compară cu alte reflecţii de fundal (catalogate drept zgomote). Un raport semnal/zgomot de 3 până la 1 este necesar ca minim. Nivelul absolut de zgomot şi puterea absolută a unui ecou de la un defect “mic” depinde de un număr de factori: - mărimea probei - frecvenţa probei, amplitudinea undei - drumul şi distanţa examinată - amplasarea fisurii, respectiv a fascicului de incidenţă.

Raportul semnal/zgomot, şi detectarea defectelor au următoarele proprietăţi: - creşte odată cu creşterea fisurii - detectarea fisurilor este invers proporţională cu lăţimea fasciculului traductorului. - creşte cu descreşterea lăţimii pulsului. Altfel spus, detectarea fisurii este incers proporţional cu durata pulsului produs de un traductor ultrasonic - descreşte în materiale cu densitate mare sau cu viteză ridicată ultrasonică. Raportul semnal/zgomot este invers proporţional cu densitatea de material şi viteza acustică.

Interacţiunea între unde

Când undele interacţionează, ele se suprapun şi amplitudinea presiunii sunetului sau înlocuirea particulelor în orice punct al interacţiunii este suma amplitudinii celor două unde individual.

Când undele sunt în fază, practic amplitudinea se dublează, când undele nu sunt în fază, practic cele două amplitudini se anulează.

Echipamente şi traductoare

Tipuri de traductoare Conversia impulsurilor electrice în vibraţii mecanice şi conversia vibraţiilor

mecanice care se întorc înapoi în energie electrică este practic baza examinării cu ultrasunete. Elementul activ este traductorul care converteşte energia electrică în energie acustică şi vice versa. Elementul activ este practic o piesă de material polarizată (ex. unele molecule sunt încărcate pozitiv, în timp ce alte molecule sunt încărcate negativ) cu electrozi ataşaţi la două feţe opuse. Când un câmp electric este aplicat de-a lungul materialului, moleculele polarizate se vor alinia cu câmpul electric, rezultând structura cristalului a materialului.

Elementul activ a celor mai multe traductoare acustice este în ziua de azi o ceramică piezoelectrică, care poate fi tăiată în diferite feluri pentru a produce diferite feluri de unde. O astfel de piesă poate fi văzută în poza de mai jos.

Precedent acestei piese de ceramică, încă din 1950 s-a folosit un cristal

piezoelectric făcut din cristale de cuarţ. Grosimea elementului activ este determinată de frecvenţa dorită pentru

traductor. Un element subţire vibrează cu o lăţime a undei dublă faţă de grosimea elementului.

Traductoarele de ultrasunete sunt fabricate pentru o varietatea de aplicaţii şi pot fi adaptate când e nevoie. Trebuie însă atenţie mare pentru alegerea corectă a traductorului. În “lungimea de undă acustică şi detectarea defectelor” au fost prezentaţi factorii care influenţează detectarea defectelor. Deci, trebuiesc alese traductoarele care se potrivesc ca frecvenţă şi lăţimea benzi. Mai des traductoarele sunt alese ori pentru a spori sensibilitatea ori pentru rezoluţia sistemului.

Traductoarele sunt clasificate în funcţie de aplicaţia la care sunt utilizate - traductoare de contact folosite pentru examinări în care există contact şi sunt manipulate manual - traductoare care nu au contact cu componenta. Aceste traductoare sunt făcute să lucreze într-un mediu lichid.

Traductoarelor li se pot ataşa diverse forme de lentile.

Cupla Cupla este un material (de obicei lichid) care facilitează transmisia energiei

ultrasonice de la traductor la obiectul de testat. Cupla este necesară deoarece apare o nepotrivire între impedanţa acustică a aerului şi a solidului, ca şi cum obiectul este mare şi toată energia este reflectată şi foarte puţin transmisă în material. Cupla deplasează aerul şi face posibil transferul a mai multă energie a sunetului în obiect astfel încât să fie obţinut semnalul ultrasonic necesar. De obicei se foloseşte ulei, glicerină sau apă ca cuplă. Evident că lichidul este selectat în funcţie de vâscozitatea sa.

Un traductor care nu are nevoie de cuplă este traductorul electromagnetic acustic care are cu totul alt principiu. Când un fir este pus lângă o suprafaţă a unui conductor electric şi este parcurs de un curent dorit la o frecvenţă ultrasonică dorită, curenţii Eddy vor fi induşi în apropierea suprafeţei obiectului. Dacă un câmp magnetic static este de asemenea prezent, aceşti curenţi Eddy vor genera forţe Lorentz care au formula:

BJF ×= unde J este densitatea de curent, iar B este inducţia magnetică statică.

EMAT oferă multe avantaje bazate pe faptul că nu există cuplă. Aceste avantaje includ posibilitatea de a opera în medii diverse la diferite temperaturi şi viteze şi de a produce măsuratori foarte precise.

Generator de impulsuri – receptor Acest echipament poate fi folosit împreună cu traductoarele şi osciloscopul

necesar pentru detectarea fisurilor şi a grosimii la o varietate mare de metale, plastice, ceramici şi compozite. Generator de impulsuri – receptor oferă o capabilitate de măsurare ultrasonica la un preţ redus.

Partea generatorului de impulsuri generează impulsuri electrice scurte sau largi a energiei controlate, care sunt convertite în impulsuri ultrasonice scurte când sunt aplicate unui traductor ultrasonic. Funcţia de control asociată cu circuitul generatorului de impuls include: - lungimea impulsului (timpul necesar până impulsul este aplicat traductorului) - energia impulsului (voltajul aplicat traductorului. Circuitul tipic de impuls v-a aplica de la 100 volti la 800 volti unui traductor)

În partea receptorului, voltajul semnalului produs de traductor, care reprezintă impulsul ultrasonic, sunt amplificate. Funcţia de control asociată cu circuitul receptor include: - rectificarea semnalului (semnalul de radio frecvenţă poate fi vizualizat ca o semiundă pozitivă, semiundă negativă sau undă plină). - filtrarea pentru conturarea şi netezirea semnalelor de întoarcere - control de reject

Generator de funcţii

Formele de undă arbitrare generate permit utilizatorului să creeze şi să genereze virtual orice formă de undă în plus la semnalele funcţiilor standard. Formele de undă sunt generate digital de la memoria unui calculator şi toate intrumentele permit descărcarea acestor fişiere cu formele de undă.

Impulsurile ultrasonice generate trebuie să fie variate astfel încât să se realizeze acomodarea cu diferite traductoare de ultrasunete.

Traductoare umede, folosite, spre exemplu, în generarea de puteri mari, necesită o stimulare de la o unitate de generator separată. Uneori aceleaşi traductoare pot fi stimulate diferit, spre exemplu, în studiul dispersiei unei atenuări ultrasonice a materialului sau pentru a caracteriza traductoarele ultrasonice.

Prezentarea datelor Datele ultrasunetelor pot fi colectate şi afişate în diferite formate. Cele mai

cunoscute trei formate de prezentare a datelor în control nedistructiv sunt A-scan, B-scan şi C-scan. Fiecare prezentare oferă un mod diferit de a vedea evaluarea regiunilor materialului care a fost inspectat. Calculatoarele moderne pot sa afişeze toate cele trei prezentări odată.

Prezentarea A-scan afişează cantitatea de energie ultrasonică recepţionată ca funcţie de timp. Cantitatea relativă a energiei recepţionate este pe axa verticală şi timpul (care poate fi relativ la timpul drumului făcut de energia sunetului prin material) este afişat pe axa orizontală.

Prezentarea B-scan este o vedere din profil (sectiune transversală) a

obiectului pe care s-a realizat examinarea. In B-scan, timpul drumului făcut de energia sunetului este prezentat pe verticală şi poziţia liniară a traductorului este prezentată pe orizontală. Adâncimea reflectorului şi dimensiunile liniare aproximative ale lui în direcţia scanării pot fi determinate cu B-scan.

Prezentare C-scan oferă o vedere în plan a poziţionării şi a dimensiunilor

obiectului testat. Planul imaginii este paralel cu modelul scanat de traductor. Prezentarea C-scan este produsă cu un sistem de achiziţii automat.

Se pot realiza scanări cu rezoluţii mari care reproduc imagini foarte

detaliate a obiectului studiat. Mai jos este o monedă care a fost scanată folosind tehnica impuls-ecou, traductorul scanând peste capul monedei. În imaginea din stanga s-a setat capturarea amplitudinii sunetului reflectat din suprafaţa frontala, în timp ce în cealaltă imagine s-a setat înregistrarea intensităţii sunetului reflectat din suprafaţa de jos a monedei. Se observa detaliile parţii din spate, dar se văd şi detalii de pe partea din faţă a monedei.

Tehnici de măsurare Examinare normala a semnalului

Măsurătorile supersonice impuls-ecou pot să determine locul unei discontinuităti sau structura exactă mãsurand timpul necesar pentru ca un impuls scurt supersonic generat cu un traductor să parcurgă o grosime de material, reflectaţi de la spatele sau suprafaţa unei discontinuităţi şi să fie întoarsã la traductor. În majoritatea aplicaţiilor, acest interval este de câteva micro-secunde sau mai puţin. Timpul de tranzit măsurat este împărţit la 2, pentru a obţine calea de voiaj şi înmulţit cu viteza sonică în materialul de test. Rezultatul este exprimat in relatia:

2/vtd = sau t/d2v = unde d este distanta de la suprafaţă la discontinuitate în piesa de încercare, v este viteza undei acustice sonice în material şi t este timpul de tranzit măsurat dus-intors.

Diagrama de mai jos permite sã vedeţi un traductor peste suprafata unui banc de testare a otelului si sã vedeti ecourile de întoarcere pe un osciloscop. Traductorul folosit este un traductor de 5 Mhz de bandã largã 0,25 inci în diametru. Semnalele au fost generate cu un soft de calculator asemãnãtor cu cel folosit in modelul de masurare Thompson-gray si UTSIM dezvoltat la Centrul pentru Testare Nondestructiva de la Iowa State University.

O varietate largã de traductoare cu trăsături diverse acustice au fost

dezvoltate să întruneasca nevoile de aplicatii industriale. De obicei, frecvente mai joase sunt folosite pentru a optimiza pătrunderea când se măsoara materiale mai groase, iar frecvenţe mai înalte pentru materiale mai subţiri.

Masurând în grosime, tehnicile supersonice permit măsurarea făra a necesita acces la ambele părti ale unui obiect. Este posibilă măsurarea ultrasonică a celor mai multor materialele de construcţii, incluzând metale, plastice, obiectele din ceramicã, părţile componente, răşinile epoxidice, sticlã. Aparatură modernă care se paote ţine în mână sunt simplu de folosit si foarte de încredere.

Semnal in unghi Traductorii de semnal în unghi sunt de obicei folosiţi pentru a introduce o

undã transversalã refractatã în materialul de test. Calea unui sunet în unghi permite fasciculului sonor stabil sa intre printr-o parte, în felul acesta îmbunătăţind detectabilitatea de defecte în şi din jurul suprafeţelor sudate.

Aplicaţii

Inspectia unei sine de cale ferata Una dintre problemele majore pe care cãile ferate le-au înfruntat din

vremuri timpurii este prevenirea de esecurile de serviciu în pista de rulare. Aşa cum este acum cazul, eşecul unei componente esenţiale poate cauza consecinte majore. Cãile ferate Nord Americane au inspectat cea mai costisitoare infrastructura a lor, linia, din 1920. Cu circulaţie sporită la viteze superioare şi cu sarcinile pe osie de ax mai grele în 1990, inspecţia liniilor este mult mai importantã astãzi decât avea vreodatã să fie. Deşi inspecţia pare a fi o inspecţie a unei bucăti bine-definite de oţel, variabilele testării prezente sunt semnificative şi fac procesul de inspecţie mai greu.

Inspecţiile liniilor iniţial au fost executate doar cu medii vizuale. Desigur,

inspecţiile vizuale vor detecta numai defectele externe şi uneori semnele subtile de probleme mari interne. Nevoia pentru o metodã de inspecţie mai bunã a devenit o prioritate înaltã din cauza unei deraierii la Manchester, NY în 1911, în care 29 oameni a fost ucişi şi 6060 au fost răniţi serios. În ancheta accidentului, o linie ruptã a fost determinatã drept cauza deraierii. Anchetatorii au stabilit că eşecul liniei a fost cauzat de un defect care a fost în întregime intern şi nu putea fi determinat cu metode vizuale. Liniile ferate au inceput investigarea acestui defect si au gasit mai multe linii fisurate în acelasi mod.

Una din metodele de inspecţie a liniei este controlul cu ultrasunete. Ambele tehnici semnal normal şi semnal în unghi se întrebuinţeazã, precum şi impuls-ecou. Aranjările traductorului diferite oferă posibilitãţi de inspecţie diferite. Contactul

manual este utilizat pentru a evalua părtile mici de linie, dar controlul cu ultrasunete a fost automatizat să permitã inspecţia de cantităţi mari de linie.

Sperry Rail Services, una dintre companiile care executã inspecţia liniilor, foloseşte Roller Search Units (RSU) cuprinzând o combinaţie de unghiuri de traductor diferite pentru a realiza inspecţia cea mai bunã posibilã.

Sudura articulaţiilor Cele mai obişnuite defecte în sudarea articulaţiilor sunt porozitatea,

incluziuni de zgură, lipsa zidului de fuziune, lipsa rădăcinii de penetrare, subtăierea, crăpăturile longitudinale sau transversale.

Cu excepţia porozităţii celelalte defecte pot fi observate prin ultrasunete. Detectarea fisurilor prin ultrasunete este de mult metoda preferată pentru examinarea nedistructivă a sudurilor. Această tehnică sigură şi simplă a împins ultrasunetele în fruntea tehnologiei de examinare.

Examinarea prin ultrasunete a sudurii de obicei este realizată folosind traductorul cu fascicul drept împreună cu un traductor cu fascicul de unghi. Traductorul cu fascicul drept produce o undă longitudinală la incidenţa normală în piesa testată, în primul rând pentru a localiza orice laminare în sau lângă zona sudată. Acest lucru este important deoarece traductorul cu fascicul de unghi s-ar putea să nu fie capabil s-ă ofere un semnal de întoarcere de la o fisură laminară.

Pasul al doilea în inspecţie implică utilizarea unui traductor cu fascicul în unghi pentru a inspecta sudura efectivă. Traductorul cu fascicul de unghi foloseşte principiile de refracţie si modul de conversie pentru a produce refracţie defazată sau unde longitudinale în materialul testat. Procesul inplică scanarea suprafeţei materialului în jurul sudurii cu traductorul. Cu tehnicile corespunzătoare de fascicul în unghi, ecourile care se întorc de la locul sudurii permit determinarea locaţiei şi tipului de discontinuitate.

DEFECTOSCOPIE INDUSTRIALA 1

12.1 Particularităţi ale examinărilor US 12.1.1. Scurt istoric

In anul 1847 James Prescott Joule (1818 –1889) a descoperit efectul

magnetostrictiv. In 1880 fraţii Jaques şi Pierre Curie au descoperit efectul piezoelectric. Prima aplicaţie practică a fost propusă de fizicianul englez M.L.F. Richardson. In

anul 1912, după ce s-a scufundat vaporul “Titanic” ca urmare a ciocnirii acestuia cu un gheţar, în cercurile tehnice se discuta deja despre modalităţile de detectare a gheţarilor. Richardson a avansat propunerea de a se încerca detectarea acestora cu ajutorul sunetelor, a conceput un sistem pentru care adepus un prim brevet de invenţie. Punerea în practică a acestei idei s-a făcut însă abia în timpul primului război mondial pentru detectarea submarinelor. Cercetările pentru aplicaţiile militare au fost dezvoltate de Paul Langevin şi Constantin Chilowsky. Tehnica de localizare a submarinelor cu ajutorul ultrasunetelor a fost perfecţionată într-un mod accelerat între cele două războaie mondiale. Utilizarea acestei tehnici s-a extins apoi rapid în domeniul topografiei marine.

Examinarea materialelor şi a corpului uman cu ajutorul ultrasunetelor a fost propusă pentru prima oară de fizicianul rus S. Sokolov în 1928.

In timpul celui de al doilea război mondial, între anii 1940 şi 1943, trei mari fizicieni ai lumii au introdus ultrasunetele în controlul nedistructiv, aproape în paralel, fără să ştie unul de celălalt:

- în SUA - F. A. Firestone; - în Anglia -D.O. Sproule; - în Germania - Trost. Au fost detectate în componentele tancurilor defecte cum ar fi: stratificări şi retasuri

fine. Trost a lucrat cu palpatoare emisie şi recepţie, rezultatele controlului fiind asemănătoare celor obţinute prin radiografiere. Metoda lui purta denumirea de "cleştele ultrasonic Trost". Firestone a dezvoltat metoda bazată pe reflexie cu un singur palpator emisie/recep:tie, metodă care s-a dovedit a fi de mare viitor, iar Sproule a lucrat numai cu palpatoare emisie + recepţie, primul aparat construit pe baza cercetărilor lui fiind confecţionat de firma Hughes.

Primele aparate industriale au fost fabricate după cel de-al doilea război mondial. Dezvoltarea rapidă a echipamentelor de examinare cu ultrasunete s-a produs în ultimii 50 de ani şi a fost determinată în principal de dezvoltarea domeniului nuclear şi a construcţiilor aerospaţiale. Exigenţele impuse controlului şi evaluării caracteristicilor materialelor utilizate în condiţii tot mai dificile: temperatură joasă sau înaltă, presione, tensiuni etc au condus la dezvoltarea domeniului şi extinderea aplicării ultrasunetelor într-un mod de-a dreptul spectaculos.

In comparaţie cu examinările bazate pe proprietăţile radiaţiilor penetrante, care sunt costisitoare şi necesită măsuri de protecţie complicate, capacitatea de penetrare mare şi implicit posibilitatea de a examina produse cu grosime sau lungime mare au determinat succesul ultrasunetelor în defectoscopia nedistructivă tehnică şi medicală.

12.1.2. Particularităţile examinării şi domeniul de aplicare


Examinarea cu ultrasunete prezintă, în raport cu alte metode de examinare, următoarele avantaje:

controlul cu ultrasunete pune în evidenţă aproape toate tipurile de discontinuităţi tri sau bidimensionale;

nu necesită măsuri speciale de protecţie nici pentru operator şi nici sub aspect ecologic;

rezulatele controlului se obţin imediat, adică în timp real; sensibilitatea metodei este la nivelul de 0,5 mm pentru defecte tridimensionale;

defectele bidimensionale foarte fine cu dimensiuni oricât de mici ca deschidere, care au totuşidouă dimensiuni comparabile cu lungimea de undă US pot fi detectate mult mai bine decât prin control radiografic;

probabilitatea de detectare a discontinuităţilor, la grosimi de material mai mari de 20-30 mm este superioară defectoscopiei cu radiaţii;

detectarea defectelor situate la adâncime mare în materiale metalice omogene (peste 10 m lungime produse laminate sau forjate din oţel);

localizarea defectelor în raport cu suprafaţa de examinare; posibilităţi de estimare a formei defectelor;

măsurarea defectelor cu o bună aproximare, în 2D şi în unele cazuri, în 3D; măsurarea grosimilor de pereţi atunci când produslui examinat este accesibil pe

o singură suprafaţă: cazane, conducte, ţevi etc.; determinări de constante elastice ale materialelor; echipament portabil cu greutate minimă în jur de 300 g, ceea ce permite

examinarea uşoară în condiţii de şantier sau pe teren; posibilitatea de automatizare a examinării; integrarea în sisteme IT; din punct de vedere economic, controlul US este mai ieftin decât controlul cu

radiaţii. Principalele limite în controlul US sunt:

în cele mai multe cazuri necesitatea contactului dintre palpator şi piesa examinată;

pasul mic de control, timp mare de examinare; necesitatea utilizării unui material de cuplare; dificultăţi la examinarea materialelor cu granulaţie mare sau a celor eterogene; operaţiile de control şi interpretarea rezultatelor sunt complexe ceea ce impune

un nivel ridicat de calificare competenţă şi conştiinciozitate din partea personalului operator.

Domeniul de utilizare al controlului US cuprinde în principal următoarele:


∗ table şi benzi, ţagle şi bare rotunde laminate; ∗ şine de cale ferată şi tramvai; ∗ ţevi sudate sau nesudate; ∗ îmbinări sudate cap la cap prin topire şi prin presiune; ∗ componente pentru autovehicule, piese pentru avioane şi rachete; ∗ instalaţii din domeniul energetic; ∗ componente pentru industria nucleră; ∗ butelii de gaz şi tuburi pentru proiectile; ∗ valţuri şi conducte; determinarea caracteristicilor unor materiale metalice; ∗ materiale placate; ∗ arbori şi axe, poansoane, matriţe; ∗ în condiţii speciale, materiale nemetalice: beton, compozite etc.

12.2 Standarde şi norme. Terminologie.

12.2.1. Principalele standarde

a. STAS 6914-90 Control nedistructiv acustic. Defectoscopie ultrasonică. Terminologie.

Acest standard îl înlocuieşte pe cel din 1975 şi stabileşte terminologia utilizată în domeniul controlului nedistructiv cu ultrasunete. Practic, standardul conţine o listă a termenilor specifici domeniului cu definirea acestora şi trimiteri la alte standarde, în unele cazuri.

Se consideră ca standarde conexe: STAS 737/7-83 Unităţi ale mărimilor caracteristice fenomenelor periodice şi conexe. STAS 737/12-81 Unităţi de măsură ale mărimilor caracteristice acusticii.

b. SR EN 1713-2000 Examinări nedistructive ale sudurilor. Examinarea cu ultrasunete. Caracterizarea indicaţiilor din suduri.

Versiune în limba română a normei europene EN 1713 - 1998, standardul defineşte o procedură sub forma unei scheme logice pe bază căreia se clasifică indicaţiile de defect obţinute în examinarea US în două categorii: indicaţii care provin de la defecte plane şi indicaţii care provin de la defecte tridimensionale.

Schema logică comportă 5 etape:

1 - ecourile de amplitudini foarte mici se consideră ca indicaţii neconcludente şi nu se clasifică; 2 - ecourile cu amplitudini mari se consideră ca indicaţii provenite de la discontinuităţi plane; 3 - clasificarea preferenţială a lipsei de topire; 4 - clasificarea preferenţială a incluziunilor; 5 - clasificarea preferenţială a fisurilor.


Indicaţiile combinate, rezultate, de exemplu, din asocierea unor indicaţii de incluziuni şi a lipsei de topire sunt clasificate ca plane, conform procedurii precizate în normă. In cazul în care indicaţiile obţinute nu permit încadrarea clară într-o categorie sau alta, examinarea US se va completa fie cu o altă metodă de examinare, de exemplu, radiografiere, fie cu o analiză US suplimentară: folosirea unor palpatoare adiţionale, analiza aspectului ecodinamic al examinării într-o mişcare laterală

c. SR EN 1714-2000 Examinări nedistructive ale sudurilor. Examinarea cu ultrasunete a îmbinărilor sudate.

Reprezintă traducerea în limba română a normei EN 1714 - 1997 şi înlocuieşte standardul 9552-87. Acest standard descrie o metodă de examinare cu ultrasunete a îmbinărilor suadte, cerinţele privind calificarea personalului implicat în examinarea US a îmbinărilor sudate, condiţiile impuse echipamentului necesar, recomandări privind volumul controlat, modul de pregătire a suprafeţelor, recomandări privind examinarea materialului de bază, tehnicile de examinare recomandate şi cerinţele privind conţinutul rapoartelor de examinare. Intr-o anexă, sunt precizate nivelurile de examinare pentru diferite tipuri de îmbinări sudate.

d. STAS 12377 - 85 Controlul ultrasonic al placărilor prin sudare, laminare şi explozie.

Standardul se referă la examinarea materialelor placate cu grosimea stratului placat cuprinsă între 3 şi 15 mm şi conţine referiri la:

condiţiile tehnice de efectuare a controlului: - aparatura de control: defectoscopul ultrasonic şi condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească, palpatoarele necesare;

- sistemul defectoscop - palpator şi condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească; - starea suprafeţei de examinare;

- mediul de cuplare (apă, ulei, vaselină, glicerină); - condiţii privind competenţa personalului care efectuează examinarea.

procedee de examinare: - cu palpator normal monocristal de unde longitudinale; - cu palpator dublu cristal; - cu palpatoare înclinate de unde longitudinale şi/sau de unde transversale;

aprecierea rezultatelor; menţiuni în raportul de examinare.

d. STAS 12671 - 91 Defectoscopie ultrasonică. Controlul ultrasonic al ţevilor din oţel.

e. STAS 7802 - 79 Blocuri de calibrare pentru verificarea şi reglarea defectoscoapelor. f. STAS 8866 - 82 Controlul ultrasonic al laminatelor din oţel. 12.2.2 Terminologie


Extras din STAS 6914-90 Control nedistructiv acustic. Defectoscopie ultrasonică. Terminologie.

Defectoscop ultrasonic - instalaţia care permite evidenţierea şi localizarea unui defect într-o piesă, cu ajutorul impulsurilor ultrasonore.

Amplificare - modificarea controlată a înălţimii semnalelor vizualizate de defectoscopul ultrasonic.

Atenuare - diminuarea intensităţii unui fascicul ultrasonic. Baza de timp - urmă luminoasă, orizontală, pe ecranul tubului catodic al

defectoscopului, obţinută astfel încât distanţele măsurate de-a lungul ei sunt proporţionale cu timpul, respectiv parcursul electronic.

Bloc de etalonare sinonim bloc de calibrare - piesă cu dimensiuni precizate şi proprietăţi fizice cunoscute, utilizată pentru calibrarea şi verificarea echipamentului de control cu ultrasunete.

Bloc de referinţă - Piesă care ajută la interpretarea rezultatelor obînute de la o instalaţie de control ultrasonic, în general din acelaşi material cu obiectul controlat, având dimensiuni şi forme semnificative. Blocul de referinţă poate conţine sau nu defecte artificiale sau naturale.

Cuplare - asigurarea unei transmisii acustice corespunzătoare între traductor şi piesa de examinat.

Ecou - impulsul US reflectat şi recepţionat de traductor. Ecou de defect - ecou provenit din reflexia impulsului ultrasonic incident de

pe o discontinuitate a piesei de examinat. Ecou de fund - ecou provenit de la suprafaţa piesei, opusă suprafeţei pe care

este aşezat traductorul. Termenul se referă în general la traductiare normale. Ecou de muchie - ecou provenit de la muchia unei piese. Termenul se referă în

general la traductoare înclinate. Ecoul de referinţă - ecou provenit de la un reflector cunoscut (gaură, muchie,

canelură, suprafaţa piesei) folosit la regalrea şi/sau controlul sensibilităţii, uneori şi la aprecierea importanţei defectelor.

Ecou fals - ecou indirect al defectului obţinut prin reflexii intermediare parazite.

Ecouri multiple - ecouri provenite de la reflexia repetată a impulsului ultrasonic între suprafaţa de examinare şi o discontinuitate a piesei sau fundul piesei.

Iarbă - ecouri mici ce apar, în prezentarea A, datorită zgomotului de amplificare şi zgomotului de material şi care se suprapun peste axa orizontală, dându-i un aspect de iarbă.

Indicaţie - semnal pe ecranul defectoscopului, care indică recepţia unui ecou.


Interfaţă sinonim dioptru acustic sinonim suprafaţă de separare - suprafaţa de separare dintre două medii cu proprietăţi acustice diferite.

Prezentare A - formă de prezentare pe tubul catodic, în coordonate rectangulare, având în abscisă timpul de propagare iar în ordonată amplitudinea impulsului reflectat.

Prezentarea B - formă de prezentare pe tubul catodic, în coordonate rectangulare, având în abscisă deplasarea traductorului (în general rectilinie), iar în ordonată timpul de propagare a impulsului reflectat.

Prezentare C - formă de prezentare pe tubul catodic, în coordonate rectangulare, care corespund cu coordonatele suprafeţei de examinare (deplasarea traductorului) înregistrându-se amplitudinea ecoului

Prezentare D - formă de prezentare pe tubul catodic, în coordonate rectangulare, care corespund coordonatelelor de deplasare a traductorului (distanţa de la defect).

Reflector - discontinuitatea unei piese care produce reflexia fasciculului ultrasonic incident. Reflectorul poate fi plan, cilindric, sferic etc.

Sensibilitatea aparatului - raportul (în decibeli) dintre puterea impulsului de emisie şi puterea unui ecou echivalent care egalează în înălţime zgomotul aparatului.

Sensibilitatea de evidenţiere - mărimea minimă a defectului al cărui ecou poate fi distins prin amplitudinea sa de alte ecouri de pe ecranul aparatului, în condiţii date de examinare.

Sonogramă - reprezentarea grafică a părţii utile a fasciculului ultraonic produs de un anumit traductor.

Traductor sinonim palpator - unitate constructivă cuprinzând unul sau mai multe piezoelemente care emit şi/sau recepţionează energia acustică..

Traductor normal - traductor care emite unde sub un unghi de zero grade faţă de normala la suprafaţa de contact.

Traductor înclinat sinonim traductor unghiular - traductor care emite unde transversale sau longitudinale în intervalul dintre unghiurile critice corespunzătoare materialului.

Transparenţă ultrasonică - proprietatea unui material de a permite trecerea undelor ultrasonore cu o anumită atenuare.

Unghi de incidenţă - unghiul din traductor dintre axa fasciculului şi normala la talpa traductorului.

Unghi de pătrundere al traductorului - unghiul în piesă format între axa fasciculului şi talpa traductorului corespunzător unui anumit material.

Zona moartă - zona din materialul controlat, măsurată de la traductor spre interiorul piesei, în care nu pot fi obţinute indicaţii defectoscopice.


12.3 Aspecte teoretice 12.3.1 Generalităţi. Tipuri de unde. Oscilaţiile mecanice într-un mediu material format dintr-o mulţime de puncte legate

între ele prin forţe elastice se propagă sub formă unde elastice. In funcţie de modul în care mişcarea oscilatorie se transmite de la o particulă la alta

şi de direcţie de propagare a mişcării, undele elastice pot fi: a. Unde longitudinale sau de compresiune, când direcţia de oscilaţie a particulelor este paralelă cu direcţia de propagare (fig.12.1). Acolo unde particulele sunt aglomerate, zonă de comprimare, presiunea va fi mai mare decât în regiunile unde aceste particule sunt mai rare, zonă de rarefiere.

Extras din STAS 6914-90 "Undă longitudinală - undă elastică la care direcţia de vibraţie a particulelor mediului este paralelă cu direcţia de propagare (se numeşte şi undă de compresie)".

"Undă longitudinală târâtoare - undă emisă la 900 într-un material, însoţită de o undă transversală emisă la 330".

Comprimare Rarefieredirectia de oscilatie, ,

directia,de propagare

Fig.12.1 Unde longitudinale.

Propagarea undelor longitudinale este legată de variaţii locale de presiune, de densitate şi de volum specific. Fiecare particulă de material o împinge pe următoarea aşa încât perturbarea iniţială care a generat oscilaţia primelor particule, se propagă în orice mediu. Undele longitudinale se propagă în medii solide lichide şi gazoase. Propagarea undei longitudinale se face cu viteza sonică, CL, caracteristică fiecărui material.

Această viteză este în mare măsură independentă de frecvenţă, dar depinde starea de agregare, de structura cristalină, de temperatură, de presiunea statică a mediului de propagare şi de modulul de elasticitate al materialului.

b. Unde transversale sau de forfecare, când direcţia de oscilaţie a particulelor este perpendiculară pe direcţia de propagare (fig.12.2). Undele transversale se propagă


doar în medii solide deoarece gazele şi lichidele nu opun nici un fel de rezistenţă faţă de solicitări de forfecare. Acest tip de undă mai apar în coarde vibrante: vioară, chitară etc. Formarea undelor transversale nu este posibilă decât în mediile care pot prelua

tensiuni de forfecare, adică în mediile care au o anumită rigiditate transversală (modulul de elesticitate trasnversală este diferit de zero).

Pentru propagarea acestor unde ultrasonore este necesar ca fiecare particulă să

exercite o forţă de atracţie asupra particulelor învecinate. Propagarea se face fără variaţie de volum specific şi se bazează pe modul de exercitare a forţelor de atracţie care au componente longitudinale şi transversale. Oscilaţia primelor particule se transmite celor următoar, componentele longitudinale se anulează reciproc şi componentele transversale se însumează şi pun în mişcare particula urmoare tot în direcţie transversală faţă de direcţia de propagare.


directia de oscilatie,,

Fig.12.2. Unde transversale.

Viteza de propagare a undelor transversale este mai mică decât viteza de propagare a undelor longitudinale.

In situaţia în care materialul este mărginit, există şi alte tipuri de unde, care se formează din unde longitudinale sau transversale sau care se compun din combinaţii ale acestora.

c. Unde de placă sau unde Lamb (sau de bară) când undele elastice sunt generate în plăci sau în bare subţiri, apar vibraţii complexe care depind de grosimea materialului, de lungimea de undă şi de tipul materialului solid.

Undele Lamb apar în locul undelor transversale când dimensiunile corpului solid sunt comparabile cu lungimea de undă a ultrasunetelor.

Particulele mediului efectuează o mişcare pe o traiectorie eliptică într-un plan perpendicular pe direcţia de propagare a frontului de undă.

Undele Lamb pot fi simetrice sau de dilatare (fig.12.3) sau asimetrice sau de încovoiere (fig.12.4.).


directia de oscilatie, ,

,directiade propagare

Fig. 12.3. Unde Lamb simetrice.

O undă longitudinală ajunsă în incidenţă oblică pe suprafaţa unui obiect de examinat poate conduce la generarea undelor Lamb. O undă simetrică afectează întreaga grosime a plăcii sau barei subţiri de că şi cum aceasta s-ar dilata şi s-ar comprima succesiv după o direcţie perpendiculară pe direcţia de propagare.



Fig. 12.4. Unde Lamb asimetrice.

Unda de încovoiere, Lamb asimetrică, se transmite de ca şi cum placa s-ar ondula perpendicular pe direcţia de propagare. Din cauza modului mai complex de propagare, o combinaţie între undele transversale şi cele longitudinale, viteza de propagare a undelor Lamb este mai mică decât a celorlalte luate separat.

c. Unde Rayleigh sau unde de suprafaţă (fig.12.5) - unde care afectează numai un strat subţire, la suprafaţa materialului, pe o adâncime de câteva lungimi de undă. Undele Rayleigh sunt unde bidimensionale cu o atenuare mai mică decât cea a undelor longitudinale sau transversale şi, la fel ca şi undele Lamb, se propagă numai în medii solide.

Sub acţiunea acestor unde, suprafaţa obiectului examinat va avea o mişcare combinată longitudinală şi transversală, particulele de material având o mişcare de


oscilaţie după o traiectorie eliptică. Condiţia apariţiei acestui tip de undă, care afectează o grosime a corpului solid ceva mai mare decât lungimea de undă este un unghi de pătrundere în material mai mare decât cel de al doilea unghi critic şi o suprafaţă de separare a două medii cu impedanţe acustice foarte diferite (de exemplu: oţel-aer).


miscarea,particulei

a

b

miscareaparticulei,

Unde Rayleigh in otel

Unde Rayleigh

Unde de suprafata

,

,

,

c

Fig. 12.5. Unde Rayleigh: a - mişcarea particulelor şi direcţia de propagare; b - schematizarea undelor Rayleigh; c - propagarea undelor de suprafaţă într-un corp finit.

In ansamblu, undele Rayleigh sunt constituite dintr-un număr de cicluri, ceea ce

înseamnă că toate particulele vor descrie traiectorii eliptice, de aceeaşi formă la diverse adâncimi de la suprafaţă.

Undele de suprafaţa, de acelaşi tip, sunt generate, de exemplu, de cutremurele de pământ şi se propagă la distanţe mari.

Intrucât undele Rayleigh se propagă şi după muchiile obiectului de investigat, ele pot fi folosite la detectarea defectelor de suprafaţă, în cazul unor suprafeţe greu


acces

sub acţiunea unor forţe exter

eristice ale undelor US.

se propagă undele US este carac rizată de urmoarele mărimi fizice: elongaţie, fază, frecvenţă, amplitudine, viteză

ibile. In figura 12.5.a sunt prezentate schematic: traiectoria unei particule atunci când ea este implicată într-o mişcare oscilatorie tip Rayleigh, în figura 12.5.b este schematizatropagarea undei de suprafaţă într-o manieră care s;a permitarea cu celelalte tipuri de unde şi în figura 12.5.c propagarea undelor într-un corp solid. Se evidenţiază grosimea de material afectată în comparaţie cu lungimea de undă

Corpurile solide au particulele componente strâns legate între ele aşa încât poziţia relativă a atomilor sau moleculelor se poate modifica foarte puţin

ioare. In structurile cristaline, nodurile reţelei sunt centrele în jurul cărora oscilează atomii. In timpul unei solicitări în domeniul elastic, reţeaua cristalină se deformează şi revine la forma iniţială după ce solicitarea exterioară încetează. Atomii din reţeaua cristalină interacţionează între ei prin forţe de atracţie şi respingere. La întindere, forţele de atracţie se opun îndepărtării atomilor şi la compresiune se opun apropierii forţele de respingere. Existenţa forţelor de atracţie şi respingere explică tendinţa sistemului de a reveni la starea de echilibru.

12.3.2 Mărimi caract

Mişcarea fiecărei particule din mediul în care te

Viteza sonică, viteza de propagare a undelor, notată cu c, este dependentă de natura

mediului şi anume de densitatea acestuia şi de viteza de propagare.

Viteza undelor longitudinale este dată de realaţia:

ρ

=EcL , [m/s] (12.1)

unde, E este mo ul de el

ρ - densitatea materialului.

Viteza ă de relaţia:

dul asticitate longitudinală;

undelor transversale este dat

ρ=

GcT , [m/s] (12.2)

unde, G este mo lul de el

Vite undelor transversale, astfel:

Viteza undelor de su

uzu

or US la temperaturi 15-20 C.

du asticitate transversală. za undelor de suprafaţă este mai mică decât viteza

cT = (0,55...0,60) cL (12.3)

prafaţă, cS = (0.90...0,95) cT In tabelul 12.1 sunt precizate câteva valori ale vitezelor de propagare în materialeal examinate sau folosite în controlul cu ultrasunete.

Tabelul 12.1 Câteva mărimi caracteristice la propagarea undel 0


Nr. Medi103 Kg/m3 m/s m/s

cL 1

ul de propagare

Densitatea, ρ

Viteza, cL

Viteza, cT Impedanta

acustica, ρ. 06 kg. s /m2

1. Oţel 7,85 5940 3230 45,9 2. Aer 1,29 3 333 . 10 1 - 0,92 3. Aluminiu 2,7 63 00 30 0 8 17 4. Araldit 1,2 2500 1070 3 5. Argint 10,5 3600 1590 38 6. Cadmiu 228,02 2780 1500 ,8 7. Cauciuc 0,91 1479 - 2,09 8. Cauciuc artificial dur 1,2 2300 - 2,8 9. Cupru 8,93 4600 22 0 6 41 10. Ap 1,ă 0,999 1483 - 43 11. Apă de mare 1 1,025 1510 - ,5512. Fier 7,87 5850 - 46 13. Fontă cenuşie 6 350 0 2200 200 ,9...7,35 0...580 ...3 - 14. Magneziu 3 1,7 5800 080 9,1 15. Molibden 10,2 6250 3350 7 3,716. Nichel 8,9 5600 2960 50 17. Aur 19,32 3240 1200 63 18. Plexiglas 1,2 2680 1250 3,2 19. Plumb 2 11,4 2160 700 4,620. Oţel inoxidabil 7,9 5650 3060 45 21. Cuarţ 2,65 5720 3515 15,2 22. Titan 4,5 5990 3120 27 23. Wolfram 19,3 5460 2620 83 24. Zinc 7,1 4170 2410 2 9,625. Zirconiu 6,51 4650 2300 3 0,3

In cazul oţelurilor obişnuite dulul de itate lon inală, E, poate varia

tre 185.10 N/mm2 la 210.103 N/mm2, în funcţie de conţinutul de carbon. în timp ce coefi

e puritatea şi de compoziţia chimică, în cazul aliajelor şi de temp

I e caracteristică a mediului. Impedanţa acustică este foarte mică pentru gaze, astfel pentru o bună transmitere a energiei

, mo elastic gitud3în

cientul lui Poisson şi densitatea rămân aproape constante. In aceste condiţii, viteza undelor longitudinale poate varia între 5570 m/s şi 5940 m/s, cu o valoare de 5880 m/s pentru oţel moale.

Valorile vitezelor acustice depind de starea materialului: brut turnat, recopt, recristalizat etc., d

eratură. De aceea valorile sunt uşor diferite de la autor la autor. In general.autorii precizează valorile medii.

mpedanţa acustică, z = ρ . c, este o mărim


ultrasonore în materialul piesei de investigat este necesar să se folosească un material de cuplare lichid, cu o impedanţă acustică mult mai bună.

Lungimea de undă, λ = c / f , depinde de frecvenţa f şi de viteza de propagare.

Această caracteristică a undelor are o deosebită importanţă în determinarea măefectului minim detectabil. Astfel, de exemplu pentru apă, în cazul utilizării unei

rimii unde

cu f

mai mare decât lungimea de undă a undei util

.3 Proprietăţi şi fenomene utile în defectoscopia US

ia. Dintre acestea numai unele sunt în mod deosebit utile în defectoscopia US.

al propagării undelor prin aceea

12.6) care produce un front de undă pe suprafaţa S1 are o valoare p1 şi la

o di

drecvenţa de 4 MHz, λ este 0,37 mm. La examinarea materialelor metalice, exprimând într-un mod simplist, se poate spune

că defectul minim detectabil trebuie să fie izate.

12.3 Ultrasunetele au numeroase proprietăţi în interacţiunea cu mater

Intrucât majoritatea defectelor detectabile US sunt discontinuităţi în material, discontinuitate care se caracterizează din punctul de vedere

că are o impedanţă diferită, cele mai importante proprietăţi ale US sunt cele care se manifestă la interfaţa a două medii: material piesă-discontinuitate.

Atenuarea US în funcţie de distanţa strabătută.

Dacă se consideră o sursă US punctiformă (fig.feric se observă că la o distanţă r1, presiunea sonicăs

stanţa dublă, 2 r2, presiunea sonică pe suprafaţa S2 are o valoare p2 mai mică decât p1.

r

2r1

1

p1

p2

S 1 2S

Fig. 12.6. Variaţia presiunii sonice în funcţie de distanţă.

Presiunile sonice distanţa:

pe cele două suprafeţe variază invers proporţional cu

2

212 r

pp

= (121 r

2.4)

Dacă se consideră r1 =1 se obţine legea de variaţie a presiunii în funcţ

)

Difracţia şi difuzia undelor

ie de distanţă.

p = p1 . 1/r (12.5

ultrasonore


difracţie - de ocolire - a obstacolelor "umbrei" din spatele unui obstacol şi

este

ebuie să se ţină cont de unghiul η,

să acest raport este mai mare, dar apro

ie, sunt iden

Undele sonice prezintă proprietatea de fig.12.7). Fenomenul constă în diminuarea mărimii (

asemănător fenomenului de ocolire specific luminii. In cazul examinării cu ultrasunete, cunoaşterea difracţiei are o importanţă practică

deosebită deoarece la aprecierea mărimii defectului real trcare caracterizează fenomenul de ocolire. In figura 12.7 se poate observa că o

discontinuitate cu dimensiunea caracteristică a va determina un efect de umbră de dimensiune a'< a. Raportul în care stau cele două mărimi depinde de forma şi mărimea obstacolului şi de lungimea de undă a fasciculului US.

Dacă dimensiunea caracteristică a defectului raportată la lungimea de undă este mai mică decât 1, atunci indicaţia de defect va fi a'. Dacă, în

piat de 1 şi obstacolul se află în interiorul unei piese cu o grosime mult mai mare decât lungimea de undă atunci zona de "umbră" determinată de defect nu se mai manifestă deloc în exteriorul piesei. Astfel perturbaţia produsă de defect asupra fasciculului US devine nefolositoare controlului întrucât nu poate fi recepţionată.

Fenomenul de difracţie a undelor se explică pe baza principiului lui Huygens: "undele care se propagă în afara unei suprafeţe închise, conţinând sursa de oscilaţ

tice cu undele care s-ar obţine înlocuind sursa respectivă cu surse elementare separate, convenabil repartizate pe toată suprafaţa şi a căror înfăşurătoare constituie noul front de undă".

D

a

a' < a

a

a' < a

a > 1 > 1a

a

< 1a

a

Fig.12.7. Dependenţa fenomenului de ocolire a obstacolelor de mărimea acestuia şi de lungimea de undă.

Discontinuităţile din m lângă difracţie şi fenomenul de difuzie a undelor.

prin materialul străbătut.

i sau în structura cristalină a ace

Difuzia este una dintre cauzele principale ale atenuării.

aterial - obstacole - pot produce pe

In STAS 6914-90, difuzia este definită ca fiind: scăderea presiunii ultrasonice ca rmare a reflexiei, sau refracţieiu

Fenomenul de difuzie înseamnă deci, o anumită împrăştiere cauzată de mici reflexii şi refracţii în interiorul materialului, la limitele de grăunţ

stuia, sau altfel spus, abaterea unei părţi a energiei ultrasonore de la direcţia de propagare a fasciculului


Atenuarea energiei ultrasonore

In afară de atenuarea în funcţie de distanţă, ca urmare a interacţiunii US cu mediul în se transferă mediului, se consumă deci, ceea ce .

asciculului o parte din energia acestuia se tran nsmiterea miş

(12.6)

0

mat rsă, iar α e obicei atenuarea se exprimă în decibeli (20logP/P ) sau în procente.

Cor

dB 0 1 2 3 4 5 6 12 20 4

care se propagă, o parte de energie conduce la o atenuare a energiei sonore

Atenuarea are două cauze principale: absorbţia şi difuzia sau împrăştierea. Absorbţia se produce datorită faptului că o parte din energia ultrasonoră este direct

convertită în căldură. La propagarea fsformă în căldură ca urmare a microfrecărilor care se manifestă la tracării de oscilaţie de la o particulă la alta, în radia;tie termică, varia;tii ale energiei

cinetice a moleculelor, difuzie datorita diferentie de presiune etc.. Difuzia sau împraştierea determină o diminuare a energiei fasciculului întrucât o

parte din energie se consumă pe altă direcţie decât direcţia principală de propagare a undei incidente.

Atenuarea poate fi descrisă printr-o relaţie exponenţială, denumită legea lui Lambert: xePP α−⋅= 0

nde, P şi P sunt presiunile sonice, după ce fasciculul a străbătut o grosime x de uerial şi, respectiv, presiunea la su este coeficientul de atenuare. D 0espondenţa între aceste două scări este dată în tabelul 12.2.

Tabelul 12.2 Corespondenţa dB → %

0 100

% 100 89 79 71 25 10 1 0,001 63 50 40

Coe ientu e at are e dependent de frecvenţ ău r c li u lu i de cial [5] este precizată rela n c se considerare aceste influenţe:

G - dimeniunea medie a grăunţilor cristalini şi k1, k2 nişte constante de pro litate.

Primcorespupoate fi nsiunea medie a grăunţilor cristalini.

fic l d enu α est ă şi dimensiunea gr nţilorista ni. In nele crăr spe itate o ţie î are iau în

43

21 fGkfk ⋅⋅+⋅≅α (12.7)

unde, f este frecvanţa, porţiona

ul termen din relaţia de mai sus este direct proporţional cu frecvenţa şi nde absorbţiei. Al doilea termen depinde de anizotropia şi structura mediului care

aracterizată prin mărimea G - dime cRelaţia de mai sus este valabilă atât timp cât G este mult mai mic decât lungimea de

undă. Dacă G este mult mai mare decât λ, relaţia 12.7 devine:

Gkfk / (12.8) 31 +⋅≅α


Câteva valori ale coeficientului de atenuare în diverse tabelul 12.3.

longitudinale cu frecvanţa de

materiale sunt prezentate în

Tabelul 12.3 Valori ale coeficientului de atenuare α în cazul undelor

2 MHz

Material α (dB/m)

Oţel 5 - 50 Aluminiu 1 - 5

Apă 1 Fontă 2 0 - 200

Pl s 5 exigla 00

Cunoscând coeficienţii de atenuare precum si cauze mină acest fenomen se pot stabili o serie de re practice în vederea stabilirii, pe de o parte, a opo

ste în ă (fig

Fig.12.8. Sensul de cre orii coeficientului de atenuare liniare pentru diverse ilor.

rm sen

Fig.12.9. Sensul de creştere a atenuării în funcţie de tehnologia

de prelucrare a produsului examinat Produsele lam i inoxidabile

austenitice precum angan, unele aliaje neferoase cum ar fi ala la US numai în anumite

le care detercomandări

rtunităţii aplicării controlului US şi, pe de altă parte, a măsurilor de prevedere pentru compensarea atenuării sau pentru stabilirea limitelor de aplicabilitate.

De exemplu, produsele laminate din oţel, aluminiu şi magneziu se pot controla fără probleme cu frecvenţe de 2 - 6 MHz, în timp ce piesele turnate tot din oţel sunt controlabile, cu mari precauţii cu frecvenţe de 0,5 - 1 MHz.

Ultrasunetele sunt puternic absorbite în gaze şi slab absorbite în lichide şi solide. Atenuarea delimitează practic penetrabilitatea undelor. Din punct de vedere al componenţilor structurali ai oţelului, atenuarea maximă e

ită şi minime în martensitaustenită, urmată de ferită, are valori medii în perl.12.8). Produsele turnate prezintă o atenuare superioară structurilor deformate, chiar

la aceeaşi mărime a granulaţiei.

austenită martensită ferită perlită α

ştere al valcomponente structurale ale oţelur

Din

sului precizat în figura 1 punctul de vedere al tehnologiei de prelucrarea atenuarea creşte confo

2.9.

inate, forjate şi în mod special cele turnate din oţelur şi oţelurile nichel sau m refractare, bogat aliate cu crom,

mele şi bronzurile se pot contro

turnare laminare forjare α


caz

ă diferită, z1< z2, o undă afaţă se transmite doar parţial în mediul 2 întrucât o parte se o undă se transmite sau/şi se reflectă depinde de impedanţele

acust

uri particulare, în funcţie de compoziţia chimică efectivă, structură şi dimensiunea caracteristicăunţilor cristalini. în general, materialele mai sus enumerate se controlează greu cu ultrasunete având un coeficient de atenuare mare. Pentru a mări puterea de penetrare este necesar să se folosească unde cu lungime de undă mai mare, astfel încât să fie mult mai mare decât dimensiunea grăunţilor cristalini.

Reflexia şi refracţia

La limita de separare a două medii cu impedanţă acusticincidentă normală la suprreflec ă. Proporţia în caret

ice ale celor două medii. In figura 12.10 este prezentat schematic cazul incidenţei normale pe o suprafaţă de

separaţie plană.

Und

a in

cide

nt

a, , ta

, ,

Und

a re

flect

a

Und

a tra

nsm

isa

,

,

1

Unda incidenta ,

,

Suprafatade separare

,1

2

Fig.12.10. Reflexia şi transmisia undei ultrasonore plane la o interfaţă plană sub

incidenţă normală.

Fig.12.11. Solicitarea la compresie şi efortul tangenţial produse de o undă incidentă sub

un unghi la interfaţa a două medii.


Nor

mal

a,

Li

rT

rL

TL

TT

1 1

1

2

2

'

'

,

,

Unda incidenta

Fig.12.12. Reflexia şi refracţia la interfaţa a două medii cu impedanţă acustică diferită, cazul incidenţei oblice: Li – unda longitudinală incidentă; Lr – unda longitudinală reflectată; LR – unda

longitudinală refractată; Tr – unda transversală reflectată; TR – unda transversală refractată.

'2

1 1

TT

TL

L

,

Nor

mal

a

i Lr

2

1 Lichid

Solid

2

Solid

Tr1

Lichid

22iL rL

Unde de suprafata,

,

Fig. 13. Reflexia totală a undei longitudinale.

Fig. 14. Reflexia totală a undei transversale.


L L

LLL

L

TTT

T T

T

d

L

Fig. 15. Transformarea undelor într-o epruvetă metalică cu pereţi paraleli.

(camp apropiat) (camp indepartat)IIo

Zona Fresnel Zona Fraunhofer,

8

a 2a22 2

Fig. 16. Variaţia intensităţii de-a lungul axei unei surse ultrasonore circulare.

Zona FraunhoferZonaFresnelcamp

apropiat

aD

Sensibilitate 100 %Unghi solid oSensibilitate 10 %

Fig. 17. Zona Fresnel şi unghiul de directivitate.

Fig. 18. Difracţia ultrasunetelor.

+ (-)

oscilatii mecanice

incarcare electricaoscilanta

aparatde masura

, ,

,

, , , oscilatii mecanice,

+(-)

,oscilatii electrice

sursa de curentalternativ

,

a b Fig. 19. Efectul piezoelectric sau efectul Curie:

a – încărcare electrică oscilantă; b – producerea oscilaţiilor mrcanice.


E

emisie

R

receptie,

E / R

receptie,emisie /

E / RRE

emisie emisie /receptie, ,receptie Fig. 20. Palpatoare normale – simbolizare. Fig. 21. Palpatoare înclinate –

simbolizare. E R

a b c

fisa palpatorului

carcasa

material fonoabsorbant

material piezoelectric

suprafete metalizate

talpa de cuplare

conductori

,

,

,,

Fig. 22. Palpatoare: a – dublu cristal; b – cu focalizare cilindrică; c – cu focalizare sferică.

Fig. 23. Construcţia palpatorului normal.

suprafete metalizate

material piezoelectric

,

talpa de cuplare,

material fonoabsorbant

fisa palpatorului, carcasa

,

conductori

Fig. 24. Construcţia palpatorului înclinat.

microsursa

unde sferice

infasuratoarea undelor sferice

unde plane

interfata

,

,

,

,

,

Fig. 25. Producerea fasciculului ultrasonic.


100

I[%]

50

1 2 3 f [MHz]

bandade

frecventa

,

,

frecventa,inscrisa pe

palpator

,

Fig. 1. Frecvenţa us.

D

N

camp apropiat

zona Fresnel

camp indepartat

zona Fraunhofer

,

placuta piezoelectrica

zona moarta,

, ,,

p 1 2p

1/2p 2/2p

- 6dB

Fig. 2. Caracteristica sonică la “-6dB” a unui palpator emisie / recepţie.


E/R

A1 2A 2A 1A>

palpator emisie / receptie

discontinuitate cu suprafata mica de reflexie

senzitivitate mica senzitivitate mare

, ,

,

,

,

Fig. 3. Senzitivitatea palpatoarelor.

E/R

rezolutie bunarezolutie slaba

,

d 1d 2 D1

D2

d = d - d2 1d - mic

,

, ,

ecou provenit de la D1

ecou provenit de la D2

Fig. 4. Rezoluţia sau puterea separatoare.

I

d

reflector mic

I

d

reflector mare

Fig. 5. Reflexia dependentă de mărimea reflectorului.

DEFECTOSCOPIE INDUSTRIALA

23

I

dN n fd

I

N

I max.nmax.fI

Palpatoare normale Palpatoare focalizate

max.fI max.nI>fN nN<

Fig. 6. Variaţia intensităţii fasciculului US în funcţie de distanţă.

f

f

t cr

t = r / 2 f c2

elementepiezoelectrice

Fig. 7. Focalizarea electronică.

1

Lucrarea nr. 9

METODE DE EXAMINARE CU ULTRASUNETE

1.Noţiuni generale şi terminologie

Metoda cu impuls reflectat (sinonime: metoda ecoului, puls-echo) – metodă de examinare cu ultrasunete, emise sub formă de impulsuri, la care se inregistrează cu acelaşi traductor ecoul primit de la un reflector (discontinuitate, fundul piesei, muchia tablei etc).

Metoda cu impuls transmis (sinonim : metoda umbrei) – metodă de examinare cu ultrasunete, la care se înregistrează, cu un al doilea traductor, impulsurile care au străbătut materialul examinat, afectate sau nu de prezenţă unei discontinuităţi.

Metoda cu ecouri repetate - metodă de examinare cu ultrasunete, la care se înregistrează ecourile multiple (repetate) produse prin reflexia de mai multe ori a impulsurilor pe suprafeţele opuse ale piesei sau /şi discontinuităţilor.

Examinare prin contact – examinare la care palpatorul se găseşte în contact cu piesa examinată, prin intermediul unui cuplant.

Examinare prin imersie – examinare la care traductorul şi piesa examinată sunt cufundate parţial sau total într-o baie cu lichid.

Examinare cu fascicul direct – examinare la care fasciculul ultrasonor ajunge direct în zona care interesează, fără reflexii intermediare.

Examinare cu fascicul reflectat − examinare la care fasciculul ultrasonor ajunge în zona care interesează, după una sau mai multe reflexii pe suprafaţele piesei.

Examinare (cu incidenţă) normală − examinare la care undele ultrasonice sunt introduse perpendicular pe suprafaţa piesei.

Examinare (cu incidenţă) oblică − examinare la care undele ultrasonice sunt introduse sub un unghi în raport cu normala la suprafaţa piesei.

Tehnică de examinare pozitivă – mod de examinare la care discontinuităţile sunt evidenţiate prin apariţia unui semnal.

Tehnică de examinare negativă – mod de examinare la care discontinuităţile sunt evidenţiate prin absenţa unui semnal.

2. Metoda impulsului reflectat (metoda ecoului)

Ecou – impuls ultrasonic reflectat de o suprafaţă de separare şi recepţionat de

palpator (sinonim cu termenul general: indicaţie). Ecou de defect – ecou provenit din reflexia impulsului ultrasonic incident pe

suprafaţa unei discontinuităţi a piesei. Ecou fals – ecou indirect al discontinuităţii, obţinut prin reflexii intermediare

nedorite. Ecou de fund, ecou de muchie – v. lucrarea nr. 1.

Schema de bază (examinare cu unde longitudinale), v. figura 3.1.

E / RI

F

I F

E / R

F

II F

D

F

E / RI I D

D

D

sKs

d

K d

• Un singur palpator; • Distanţele parcurse de

impulsul ultrasonic sunt proporţionale cu distantele dintre ecourile obţinute pe display;

• Discontinuitatea este complet determinată în planul xy şi pe adâncimea z;

• Distanţa până la discontinuitate se poate măsura pe baza de timp (scara distanţelor);

• Tehnică de examinare pozitivă.

Notaţii: I – impulsul iniţial; D –defect; F – fundul piesei; • Amplitudinea ecoului

este proporţională cu mărimea suprafeţei reflectorului.

Fig. 3.1. Examinarea cu unde longitudinale.

Schema de bază (examinare cu unde transversale) v. figura 3.2

2

E / R I Mi

Mi

Mi

Mi

I

D

D

MsI Ms

I

E / R

B

E / R

E / R

• Pentru tablele cu lungime mare, ecoul de muchie poate lipsi;

• Tehnică de exminare pozitivă;

• Examinare cu

fascicul direct; • Examinare cu

fascicul reflectat; • Examinare cu

fascicul reflectat de mai multe ori.

Fig. 3.2. Exemple de examinare cu unde transversale.

Distanţă proiectată, dp – proiecţia pe suprafaţa de examinare a parcursului sonor dintre indexul palpatorului înclinat şi un reflector (fig. 3.3, a).

3

Distanţă proiectată redusă, dr – distanţa dintre partea frontală a palpatorului

înclinat şi proiecţia reflectorului pe suprafaţa de examinare. Ea este egală cu distanţa proiectată minus distanţa dintre indexul palpatorului şi partea frontală a acestuia (sinonim: distanţă redusă).

E / R

β

d

d p

d

E / R

a) b)

d rb

dp = d sinα dr = dp – b

dr = d sin α - b Fig. 3.3. Distanţa proiectată şi distanţa redusă.

Observaţie: calibrarea scării distanţelor poate fi făcută şi în distanţe proiectate sau distanţe reduse.

3. Metoda ecourilor repetate Examinarea cu ecouri repetate constituie un caz particular al examinării cu

impuls reflectat. Sporind energia impulsurilor şi amplificarea se poate obţine o succesiune de ecouri provenite de la reflexia repetată a undelor ultrasonore pe acelaşi reflector (fundul piesei sau suprafaţa discontinuităţii).

E / RI

E / RI

E / R

sd

s

d

Fig. 3.4. Examinarea cu ecouri repetate.

Examinarea cu ecouri repetate, folosind unde transversale, este mai puţin

folosită din cauza dificultăţii obţinerii ecourilor prin reflexia undelor pe suprafeţe opuse. În cazul în care amplificarea şi enegia undelor sunt suficient de mari se pot obţine mai multe categorii de ecouri repetate care pot îngreuna interpretarea oscilogramei, aşa cum rezultă şi din figura 3.5. Pentru identificarea ecourilor se vor lua în considerare distanţa dintre ecouri şi amplitudinea lor (ecourile repetate au amplitudine din ce în ce mai mică). Astfel:

F1 este ecou de fund; F2 este ecou de fund repetat; D1 este ecou de defect; D2 … D6 ecouri de defect repetate; D’1 este ecou de defect obţinut după prima reflexie a undei principale; D’2 şi D’3, ecourile repetate ale lui D’1.

Adeseori printr-un reglaj corespunzător al defectoscopului (de exmplu prin reducerea amplificării) o parte din aceste ecouri repetate dispare. 4

Fig. 3.5. Oscilogramă complexă conţinând ecouri repetate. 4. Metoda de examinare cu impuls transmis

Schema de baza (v. fig. 3.6 şi 3.7) presupune folosirea a două palpatoare, aliniate, astfel încât unul să îndeplinească funcţia de emitor E iar cel de al doilea, funcţia de receptor R. Cele două palpatoare se cuplează la defectoscop la mufe diferite.

E

R

E

R

E

R

AA

1

A 1 < A

• Discontinuitatea este pusă în evidenţă prin micşorarea amplitudinii semnalului receptat sau dispariţia totală a acestuia;

• Tehnică de examinare negativă; • Discontinuitatea este localizată prin proiecţia ei în planul x – y dar nu se poate preciza adâncimea la care ea se află; • Dificultăţi la alinierea palpatoarelor.

Fig. 3.6. Examinarea prin metoda umbrei cu unde longitudinale.

5

E

R

E R

s

L = s t gB

L = 2 st B

• Examinare cu fascicul direct; palpatoarele amplasate pe feţele opuse ale piesei;

• Alinierea este asigurata prin respectarea distantei L şi orientarea palpatoarelor în acelaşi plan. • Examinare cu fasciul reflectat; palpatoarele amplasate pe aceeaşi faţă a piesei; Oscilograme, la fel ca în fig. 3.6.

Fig. 3.7. Examinarea prin metoda umbrei, folosind unde transversale. 5. Examinarea cu palpator emisie- recepţie (E – R)

Palpatorul emisie-recepţie (dublu - cristal) poate fi folosit pentru a examina o anumită zonă de sub suprafaţa palpată (fig. 3.8.). Modul de cuplare la defectoscop este identic cu cel folosit la examinarea prin metoda cu impuls transmis (la mufe diferite).

E - R

Zona

moa

rtaM

axim

de

sens

ibili

tate

Dom

oniu

l de

lucr

u

Fig. 3.8. Folosirea palpatorului emisie- recepţie:

a – caracteristica sonică; b – determinarea zonei de maximă sensibilitate folosind un bloc de referinţă în trepte.

Oscilogramele obţinute la examinarea cu palpator E – R sunt prezentate în figura 3.9.

6

discontinuitate aflată la adâncimea de maximă sensibilitate produce un semnal cu amplitudine maximă.

Când discontinuitatea se află sub adâncimea de maximă sensibilitate sau deasupra acesteia, semnalul recepţionat are amplitudine mică sau lipseşte.

O oscilogramă fără semnal recepţionat arată că în zona de sensibilitate a palpatorului (haşurată dublu în fig.9.8,a) nu există o discontinuitate.

Fig. 3.9. Oscilograme obţinute la examinarea cu palpatoare E – R.

5. Modul de lucru Folosind blocurile de referinţă din dotarea laboratorului, studenţii vor

experimenta metodele de examinare descrise la punctele 2…5 şi vor interpreta oscilogramele obţinute.

Se întocmeşte o fişă de observaţie în care se consemnează: - metoda de examinare folosită; - schiţa de amplasare a palpatoarelor; - oscilogramele obţinute; - observaţii asupra metodei (aplicabilitate, avantaje – dezavantaje, factori

perturbatori etc).

7

Control Nedistructiv

Sisteme de control cu ultrasunete

Istoria ultrasunetelor

Datorita celui de-al doilea razboi modial,sonarul, adica tehnica prin care se trimiteau undele sonore prin apa si se observau ecourile care se intorceau de la obictele de sub apa, i-au inspirat pe unii dintre primii investigatori ai ultrasunetelor sa exploreze cai de aplicare a conceptului in domeniul medical.In anul 1929 si anul 1935, Sokolov a studiat folosirea undelor sonore in detectarea metalelor. Mulhause, in 1931, a obtinut un patent pentru folosirea ultrasunetelor , folosind 2 traductoare pentru a detecta defectele din solide. Firestone in 1940 si Simons in 1945 au dezvoltat o tehnica de dezvoltare cu pulsuri ultrasonice folosind metoda puls-ecou.

Putin dupa cel de-al doilea razboi mondial cercetatorii din Japonia au inceput sa exploreze capabilitatile ultrasunetelor din punct de vedere medical. De abia in anii 50 japonezii au prezentat americanilor si europenilor cercetarile pe care le-au realizat in domeniul medical folosind ultrasunetele pentru a gasi tumori si galemele mamare.In urmatoarele decenii americanii au facut mai multe descoperiri in acest domeniu ajungandu-se sa se detecteze cu ultrasunetele cancerul, sa se vizualizeze tumorile in subiecti vii.Controlul cu ultrasunete este practicat de multe decenii.O rapiditate in dezvoltarea instrumentelor s-a datorat avantajelor tehnologice din anii 1950 si pana in prezent.Computerele au ajutat la dezvoltarea aceste tehnici deoarece le-au procurat tehnicienilor aparate mai mici si cu mai multe capabilitati.Odata cu aceste computere s-au dezvoltat si senzorii de miscare si robotii care au adus un aport major in dezvoltarea testarii cu ultrasunete.Uitandu-ne in viitor, cei care lucreaza in domeniul controlului nedistructiv vad noi oprtunitati. Armata si industriile nucleare joaca un rol important in dezvolarea domeniului de control nedistructiv. Crescand competitia globala se vor produce schimbari majore in dezvoltarea de produse noi.

Avantajele controlului nedistructiv cu ultrasunete

Testarea cu ultrasunete este sensibila la discontinuitatile de suprafata dar si cele din subsoladancimea de penetrare pentru detectia si masurarea defectelor este net superioara celorlalte metode de control nedistructivnumai accesul pe o singura parte este necesara cand tehnica pulsatorie este folositaare o mare acuratete in determinarea pozitiei reflectorului si in a estima marimea si formaeste nevoie de o pregatire minimalaechipamentul electronic procura rezultate instantaneecu sistemele automate pot fi produse imagini detaliateare si alte scopuri, ca masurarea grosimii ca un plus la determinarea defectului

Dezavantajele controlului nedistructiv cu ultrasunete

suprafata trebuie sa fie accesibila ca sa se trimita ultrasunetelepregatirea si iscusinta trebuie sa fie mai bune ca la celelate metodein mod normal necesita un mediu de cuplare ca sa se poata realiza transferul de energie sonora in specimenul de testatmaterialele care sunt dure, au forme neregulate, foarte mici ca dimensiuni foarte subtiri sunt foarte greu de inspectat turnarea fierului si alte materiale de proasta calitate sunt dificil de inspectat datorita transmisiei scazute de sunet si a semnalului de zgomot foarte maredefectele liniare orientate paralel cu unda sonora pot sa fie nedectatestandardele sunt necesare atat pentru calibrarea echipamentului dar si pentru caracterizarea defectelor

Principiu de control

În principiu, ultrasunetele sunt reflectate de orice suprafaţă şi de orice defect intern. În majoritatea cazurilor acelaşi traductor emite şi recepţionează ultrasunetele. Impulsurile ultrasonice sunt convertite în semnale electrice afişate pe ecran. Amplitudinea semnalului reflectat este oarecum proporţională cu mărimea defectului. Timpul sonic parcurs ne dă informaţii privind locul defectului. Suprafaţele frontale şi de fund dau ecouri mari. Zona de control este încadrată într-o poartă electronică în interiorul căreia vor fi evaluate numai defectele. Se stabileşte un prag care decide dacã defectul găsit este critic. Mărimea acestui prag se determinã uzual, folosind fie amplitudinea ecoului de la un reflector cunoscut, cum ar fi ecoul de fund, fie ecoul provenit de la un defect artificial.

Metode

si

echipamente

de control cu ultrasunete:

Echograph

Electronica digitală modernă poate comanda un sistem de control cu foarte multe canale. Versiunea actualã a sistemului electronic digital ECHOGRAPH oferã o mare varietate de parametri liber programabili. Important pentru beneficiari este folosirea a pînă la patru porţi de control. Fiecare poartă de control poate evalua ecourile după trei praguri diferite. Semnalele cele mai slabe pot fi amplificate cu mai mult de 100 dB. Frecvenţă mare de repetiţie şi bandă largã de frecvenţă sunt două lucruri obişnuite pentru acest sistem. Deasemeni se poata adapta un algoritm de suprimare a zgomotului.DAV – sistem de admistrarea datelorPentru corecta documentare a controlului ultrasonic se recomandă un sistem de administrare a datelor. Parametrii de control şi datele rezultate sunt prezentate în tabele, grafice şi statistici.

Echograph

1155

Sistemul

liber

programabil

Ecograph

1155 poate

fi

folosit

in controlul

ultrasonic automat al:barelortevilorprofilelortaglelorbuteliilorrecipientilor pentru gazeCa o completare

a acestui

aparat

se poate

oferii

sistemul

de administrare

a datelor

DAV, respectiv

componentele

electronice

necesarepentru

prelucrarea

datelor

de control

Echograph

1155

Reglarea instalaţiei de control prin intermediul consolei de deservire care conţine ASR şi DSR. SR este folosit pentru prezentarea semnalelor ultrasonice şi a porţilor, iar DSR pentru reglarea parametrilor de control siafisarea digitala a datelor de control

Reglarea instalaţiei de control cu ASR şi DAV. Dacă se foloseşte DAV, unitateaDSR poate sa lipseasca

Echograph

1155

Prezentarea digitală a datelor de la o funcţie de control. În fiecare poartă sunt indicate amplitudinea şi dacă s-a depăşit pragul de respingere

Ieşirea sub formă de grafic a tuturor rezultatelor controlului. Rezultatele controlului sunt corelate culungimea pieselor controlate

Sistemul

electronic de administrare

a datelor

E1155

Sistemul de administrare a datelor este o componentă suplimentară a electronicii ultrasonice. În timp ce partea electronică ultrasonică colectează datele de control în timp real, DAV colectează aceste date şi le procesează ulterior.Programul de operare DAV poate fi folosit de calculatoarele compatibile IBM şi este utilizat pentru evaluarea datelor în interesul clientului de ex.: prezentarea grafică a valorilor măsurate, o documentare aconstatărilor controlului sun formă de tabele sau statistici. Configurarea şi conţinutul programului DAV se stabileşte de obicei de comun acord cu beneficiarul în funţie de sarcina de control:Dacă există DAV, atunci parametrii de control ai electronicii ultrasonice se reglează Ajutoru acesteia.Evaluare statistică a rezultatelor controlului.Afişarea traductoarelor care au depistat defecte şi localizarea precisă a lor;Interfaţă de mare viteză pentru transferul datelor la un calculator central (opţional).

Sistemul

electronic de administrare

a datelor

E1155

Pe display sunt prezentate amplitudinile ecourilor ultrasonice în concordanţă cu lungimea piesei de controlat. Exemplul de mai sus prezintă rezultatele unui control cu eddy current (EC) şi ale unui control ultrasonic pentru defectele longitudinale şi transversale. Sunt de asemenea prezentate şi rezultatele măsurătorilor diametrului şi a grosimii de perete. În partea inferioară a diagramei sunt prezentate traductoarele care au depistat defecte şi rezultatele controlului funcţionării

Evaluarea statistică a rezultatelor controlului pentru o comandă, sau (şarjă, schimb, etc.).

Controlul ultrasonic al ţevilor RPS -

ECHOGRAPH 1150

Instalaţie de control ultrasonic adaptată la un domeniu de diametre de la 30 mm la 360 mm şi un domeniu de grosimi de perete de la 2,5 mm la 28 mm, sistem de control prin rotire Rotier-Prüf-System (RPS). Pentru o examinare de 100 % ţeava de controlat se deplasează prin instalaţia de control cu o mişcare helicoidală. Cuplarea se face de jos, prin imersie. Palpatoarele sunt scufundate complet în apă şi emit vertical în sus, iar ţeava de controlat se scufundă deasupra lor numai câţiva cm, în cuva cu apă. Se controlează în total cu 40 de palpatoare:2 linii cu câte 8 oscilatoare pentru controlol defectelor longitudinale (1).18 palpatoare US pentru controlul defectelor transversale şi oblice(pentru optimizarea unghiului de incidenţă a ultrasunetului se poate modifica unghiul la aceste palpatoare) (2).>6 palpatoare pentru măsurarea grosimii peretelui (3).Pentru a reduce la minim influenţa reciprocă a palpatorilor, aceştia sunt poziţionaţi, pentru cele 3 sarcini de control, în 3camere de control diferite.

Cameră compactă de control cu oscilatoare ultrasonice multiple (8-buc), cu reglare precisă a unghiului de penetrare prin măsurarea lui cu un ceas indicator, dispozitiv de ghidarea după ţeavă dotat cu traductoare de proximitate pentru începutul şi şfîrşitul ţevii

RPS -

ECHOGRAPH 1150

Masa de control cu 2 sisteme de control aşezate unul după altul în direcţie axială, pentru controlul grosimii, defectelor longitudinale (1) şi transversale/înclinate(2)

Controlul ultrasonic rapid al ţevilor şi barelor

HRP - ECHOGRAPH 1155-15/180sistem de control ultrasonic

cu viteza

mare


Caseta cu 16 traductoare ultrasonice de control de înaltă rezoluţie pentru controlul defectelor longitudinale. Unghiul de incidenţă se reglează centralizat, pentru toate cele 16 traductoare, cu ajutorul unui şurub fară

sfârşit

prevăzut cu indicarea digitală a poziţiei


Camera de control, fără elementele de ghidare, în poziţia de calibrare, cu sistemul de reglare a unghiului în partea de sus a camerei de control şi indicarea digitală apoziţiei

Camera de control cu ţeava etalon aşezată pe suportul de centrare. Prin răsucirea ţevii etalon (defectele etalon se găsesc în poziţie axială faţă de traductoare), se realizează în cîteva secunde calibrarea automată a sensibilităţii de control.


Schema de principiu de acoperirea secţiunii barei, pentru diferite diametre de bare la utilizarea a 9 palpatoare (3 cu pentrare vertical″, 6 cu penetrare oblic″).


Palpatoare curbate cu oscilatoare cu folie, pentru controlulmaterialelor rotunde

Controlul ultrasonic al ţevilor sudate helicoidal, sub flux

Cărucior dublu pentru controlul cordonului de sudură şi separat pentru corpul ţevii. Partea din dreapta a căruciorului conţine partea mecanică pentru controlul cordonului de sudură şi terminalul de operare a electronicii ultrasonice ECHOGRAPH 1150


Partea mecanică pentru controlul cordonului de sudură. Fiecare traductor poate fi reglat separat cu ajutorului unui şurub. Distanţa pînă la cordon poate fi citită de pe un ceas indicator. Întreg căruciorul poate fi rotit şi reglat în funcţie de unghiul cordonului de sudură


Partea mecanică pentru controlul corpului ţevii


Suporţii cu articulaţii cardanice, pentru traductoare. Ridicarea şi coborîrea traductoarelor se face pneumatic. Pălpile glisează direct pe suprafaţa de sus a ţevii. În centrul imaginii se observă traductoarele de proximitate ale sistemului de urmărire a cordonului de sudură


Suporţii pentru traductoatele oscilante - pentru controlul corpului ţevii


Sistemul oscilant de control


Sistemul de marcare - montat în linie


Tăierea ţevii.

Controlul ultrasonic al ţevilor sudate longitudinal sub flux

Sistemul de ghidare al traductoarelor ultrasonice


Suporţi pentru traductoare cu penetrare unghiulară, cuplate cu jet de apa


Suporţi pentru traductoare cu penetrare perpendiculară, cu cuplare prin jet de apă (control dubluri şi suprapuneri).

Controlul ultrasonic al benziilor

din oţel

BAPS - ECHOGRAPH 1150 - 610/1920 Sistem de control ultrasonic al benzii pentru ţevi sudate IF până la Ø max = 24”.Materialul de controlat benzi pentru ţevi sudate cu curenţi de IF, înainte de intrarea în maşina de formare, cu lăţimea conform gamei dimensionale a liniei de sudare:Material de bază : rulouri laminate la cald sau la rece;Lăţime 110 - 1920 mm;Grosime 2 - 16 mm;Marginile benzii : ambele prelucrate;Ondulare max. ± 20 mm la lungimea de 2 mStarea suprafeţei: rugozitate de laminare, fără ţunder liber;Temperatura: 5 pînă la 45° C.

Controlul ultrasonic al benziilor

din oţel

Detalii la sistemele de ghidare pentru controlul mijlocului tablei (sus) şi a muchiilor (jos).

Controlul ultrasonic al buteliilor pentru gaze lichefiate

ECHOGRAPH 1150-4L/4Q/2W

Controlul ultrasonic al buteliilor pentru gaze lichefiate

ECHOGRAPH 1150-4L/4Q/2W

Instalaţie de control cu două suporturi multiple pentru traductoare

INSTALAŢIE DE CONTROL ULTRASONIC AL ŞINELOR

TIP SCHN –

ECHOGRAPH 1155 –

7K / 8S / 5F

Maşina de control cu 20 de traductoare ultrasonice şi blocuri cu role de ghidare.

Amplasarea traductoarelor US

INSTALAŢIE DE CONTROL ULTRASONIC AL ŞINELOR

TIP SCHN –

ECHOGRAPH 1155 –

7K / 8S / 5F

Maşina de control cu 6 planuri de control şi cu 12 traductoare ultrasonice

Bloc cu role de ghidare

TTPS -

bazin pentru controlul ultrasonic in imersie

RPS - ECHOGRAPH 1150 – 4K / 2500x1000x800pentru controlul ultrasonic în

imersie al materialelor rotunde

TTPS -


Traversa cu 4 traductoare şi cu sistemul de deplasare al traduc-toarelor ultrasonice.

TTPS -


Traversa cu sistemul numeric de comandă al cursei de control atît în calibrare cît şi în control.

Noutati

Noul aparat de control ultrasonic ECHOGRAPH 1090, face controlul ultrasonic mai simplu şi mai uşor: mai simplu, deoarece aparatul cu toate că are dimensiuni foarte mici, este echipat cu un display color deosebit de mare (diagonala de 16,5 cm), pe care se pot observa chiar de la distanţe mai mari ecourile, rezultatele măsurătorilor şi meniul de deservire. Deasemeni este mai simplu deoarece pe lângă cele 5 taste pentru diferite funcţii de reglare ale aparatului, toate funcţiile se prezintă pe ecran şi în text clar şi pot fi astfel selectate.Suplimentar controlorii ultrasonici cu mai mică experienţă, sunt îndrumaţi pentru deservirea traductorilor ultrasonici şi la reglarea aparatului dacă activează funcţia de “asistenţă” şi execută apoi indicaţiile care apar pe ecran.Este mai uşor, deoarece carcasa robustă din Aluminiu, inclusiv acumulatorii inglobaţi din Lithiu-Ioni (pentru 13 ore de fucţionare) cântareşte numai 1,6 kg.Aparatul foarte compact cu înaltimea de numai 50 mm, conţine printre altele un echipament digital electronic – ultrasonic rapid cu o rată ridicată de palpare pâna la 1000 Hz frecvenţa de succesiune a impulsurilor, 2 porţi electronice, pentru măsurarea timpului sonic parcurs şi a amplitudinii ecourilor, memorie mare pentru imaginiile A şi două lămpi de control pe placa frontală pentru supravegherea depaşirii pragurilor porţiilor electronice.Noul ECHOGRAPH 1090 reprezintă astfel aparatul ideal de control ultrasonic. Un cadru din cauciuc în mai multe culori asigură o poziţie fâra alunecare pe suporţi netezi şi oferă protecţie în condiţii aspre de mediu înconjurător.Deoarece pentru ieşirile semnalelor de la porţiile electronice s-au prevăzut ieşiri digitale deparazitate statistic, aparatul poate fi utilizat şi pentru sarcini simple de control automat

NoutatiPentru o firmă italiană s-a conceput şi realizat o instalaţie de controlul ultrasonic al ţevilor cu viteze ridicate tip HRP, pentru diametrul ţevii de până la 170 mm. La conceptul HRP secţiunea ţevii de controlat se scufundă complet în apă. Astfel se eliminăindicaţile deranjante, tipice cuplării cu apă curgătoare sau cu jeturi de apă şi sunt provocate de apa care se scurge pe suprafaţă şi de bulele cu aer Astfel sensibilitatea controlului se poate mării şi se pot evidenţia chiar şi defecte foarte mici.Din cele 48 de canale de control disponibile, în fucţie de diametrul ţevii se utilizeaza pentru evidenţierea defectelor longitudinale până la 40 de traductoare ultrasonice focalizate cu folie. Acest număr mare de traductoare ultrasonice este necesar pentru evidenţierea fâră suprafeţe necontrolate şi a unor poziţii de defecte orientate desavantajos – de ex. fisuri sub formă de aşchii suprapuse. Incidenţa fascicolelor ultrasonice a jumătate din traductoare este în sensul acelor de ceasornic şi cealaltă jumătate în sens invers în direcţia circomferinţei ţevii.Alte 8 canale servesc pentru măsurarea grosimii peretelui În opt poziţii repartizate pe circomferinţa ţevii se măsoară cu o precizie ridicată grosimea peretelui, cu o rezoluţie de 0,01 mm. Cu aceaşi precizie se determină şi excentricitatea, respectiv ovalitatea ţevii.Un echipament hidraulic nou, care lucrează cu presiunea apei la 10 bar, acţionează mecanismul de închiderea a camerei de control şi asigură timpi cât mai mici posibili de deschidere şi închidere a mecanismului de închidere.Avantajul constă în pierderi foarte mici de apă la intrarea şi ieşirea ţevii, capete scurte de ţevi necontrolate şi evită stropi de apă pe peretele interior al ţevii. Apa in interiorul ţevii duce de multe ori la semnalizări ireale şi astfel la psodorebuturi şi deci trebuie evitată.Şaibele de control pentru preluarea şi poziţionarea traductorilor ultrasonici, s-au prevăzut cu noi posibilităşi de reglare, astfel ca să se asigure un control ultrasonic şi mai precis. Aceste şaibe se livrează precon-figurate şi ajustate.Avantajul determinant al instalaţiilor de control HRP este capacitatea ridicată de control şi concomitent găsirea poziţiilor cu defecte scurte. Deasemeni tote datele de control pot fi reglate de la un calculator central, se pot memora şi refolosi. Suplimentar se pot aduna date pentru evaluarea statistică a controalelor şi se pot prezenta grafic. Astfel această nouă instalaţie de control abia mai lasă deschise alte dorinţe

Noutati

Traductoare ultrasonice noi, mai fiabile

După revizuirea traductoarelor ultrasonice de ER şi a traductoarelor ultrasonice normale cu diametre mai mici, traductoarele noastre ultrasonice cu oscilatoare de 24 mm capătă un nou aspect. Forma nouă se ţine acum şi mai bine în mână, ca urmare controlul pe o durată mai lungă aproape nu mai oboseşte; Practicienii ştiu să aprecieze acest lucru. Codificarea suplimentară în culori a traductorilor ultrasonici –galbenpentru 2 MHz şi albastru pentru 4 MHz, permite recunoaşterea rapidă a frecvenţei de control şi astfel o greşală de amestec este aproape exclusă. Folia din Vulcollan uşor de înlocuit, protejează traductorul ultrasonic la uzură mecanică şi ca urmare suprafeţele rugoase se pot controla fâră prejudecăţi.

Materiale piezoelectrice pentru oscilatoarele traductorilor

ultrasonici

Materialele piezoelectrice disponibile acum, au caracteristici fizice complementare. La realizarea traductoarelor ultrasonice este important să se utilizeze materialul piezoectric cu caracteristicile cele mai potrivite. Ca urmare există posibilitatea să se realizeze traductoare ultrasonice speciale pentru sarcini de control în condiţii dificile. Pe lăngă aspectele tehnice joacă şi un rol important punctele de vedere economice, nu numai pentru producător ci şi pentru utilizator. Astfel în decursul anilor PZT(Plumb Zirconat

Titanat

)

a devenit un material

piezoelectric foarte competitiv. Aceasta nu a fost mereu aşa. De aici ne aşteptăm, ca piezocompositele

promiţătoare tehnic

pentru utilizatori, să aibe

o evoluţie asemănătoare. Încă de acum se pot utiliza la rezolvarea multor probleme de control, nu

numai la probleme speciale.

Control NedistructivControl Nedistructiv

Sisteme

de control cu ultrasunete

IstoriaIstoria

ultrasunetelorultrasunetelorDatorita celui de-al doilea razboi modial,sonarul, adica tehnica prin care se trimiteauundele sonore prin apa si se observau ecourile care se intorceau de la obictele de sub apa, i-au inspirat pe unii dintre primii investigatori ai ultrasunetelor sa exploreze cai de aplicare a conceptului in domeniul medical.In anul 1929 si anul 1935, Sokolov a studiatfolosirea undelor sonore in detectarea metalelor. Mulhause, in 1931, a obtinut un patent pentru folosirea ultrasunetelor , folosind 2 traductoare pentru a detecta defectele din solide. Firestone in 1940 si Simons in 1945 au dezvoltat o tehnica de dezvoltare cu pulsuri ultrasonice folosind metoda puls-ecou.

Putin dupa cel de-al doilea razboi mondial cercetatorii din Japonia au inceput saexploreze capabilitatile ultrasunetelor din punct de vedere medical. De abia in anii 50 japonezii au prezentat americanilor si europenilor cercetarile pe care le-au realizat in domeniul medical folosind ultrasunetele pentru a gasi tumori si galemele mamare.In urmatoarele decenii americanii au facut mai multe descoperiri in acest domeniuajungandu-se sa se detecteze cu ultrasunetele cancerul, sa se vizualizeze tumorile in subiecti vii.Controlul cu ultrasunete este practicat de multe decenii.O rapiditate in dezvoltareainstrumentelor s-a datorat avantajelor tehnologice din anii 1950 si pana in prezent.Computerele au ajutat la dezvoltarea aceste tehnici deoarece le-au procurattehnicienilor aparate mai mici si cu mai multe capabilitati.Odata cu aceste computere s-au dezvoltat si senzorii de miscare si robotii care au adus un aport major in dezvoltareatestarii cu ultrasunete.Uitandu-ne in viitor, cei care lucreaza in domeniul controlului nedistructiv vad noioprtunitati. Armata si industriile nucleare joaca un rol important in dezvolareadomeniului de control nedistructiv. Crescand competitia globala se vor produce schimbari majore in dezvoltarea de produse noi.

AvantajeleAvantajele

controluluicontrolului

nedistructiv cu nedistructiv cu ultrasuneteultrasunete

Testarea cu ultrasunete este sensibila la discontinuitatile de suprafatadar si cele din subsoladancimea de penetrare pentru detectia si masurarea defectelor estenet superioara celorlalte metode de control nedistructivnumai accesul pe o singura parte este necesara cand tehnica pulsatorieeste folositaare o mare acuratete in determinarea pozitiei reflectorului si in a estimamarimea si formaeste nevoie de o pregatire minimalaechipamentul electronic procura rezultate instantaneecu sistemele automate pot fi produse imagini detaliateare si alte scopuri, ca masurarea grosimii ca un plus la determinareadefectului

DezavantajeleDezavantajele

controluluicontrolului

nedistructiv cu nedistructiv cu ultrasuneteultrasunete

suprafata trebuie sa fie accesibila ca sa se trimita ultrasunetelepregatirea si iscusinta trebuie sa fie mai bune ca la celelate metodein mod normal necesita un mediu de cuplare ca sa se poata realizatransferul de energie sonora in specimenul de testatmaterialele care sunt dure, au forme neregulate, foarte mici ca dimensiuni foarte subtiri sunt foarte greu de inspectatturnarea fierului si alte materiale de proasta calitate sunt dificil de inspectat datorita transmisiei scazute de sunet si a semnalului de zgomot foarte maredefectele liniare orientate paralel cu unda sonora pot sa fie nedectatestandardele sunt necesare atat pentru calibrarea echipamentului dar sipentru caracterizarea defectelor

Principiu de controlPrincipiu de controlÎn principiu, ultrasunetele sunt reflectate de orice suprafaţă şi de orice defect intern. În majoritatea cazurilor acelaşi traductor emite şi recepţionează ultrasunetele. Impulsurile ultrasonice sunt convertite în semnale electrice afişate pe ecran. Amplitudinea semnalului reflectat este oarecum proporţională cu mărimea defectului. Timpul sonic parcurs ne dă informaţii privind locul defectului. Suprafaţele frontale şi de fund dau ecouri mari. Zona de control este încadrată într-o poartă electronică în interiorul căreia vor fi evaluate numai defectele. Se stabileşte un prag care decide dacã defectul găsit este critic. Mărimea acestui prag se determinã uzual, folosind fie amplitudinea ecoului de la un reflector cunoscut, cum ar fi ecoul de fund, fie ecoul provenit de la un defect artificial.

MetodeMetode

sisi

echipamenteechipamente

de control cu de control cu ultrasuneteultrasunete::

EchographEchograph

Electronica digitală modernă poate comanda un sistem de control cu foarte multe canale. Versiunea actualã a sistemului electronic digital ECHOGRAPH oferã o mare varietate de parametri liber programabili. Important pentru beneficiari este folosirea a pînă la patru porţi de control. Fiecare poartă de control poate evalua ecourile după trei praguri diferite. Semnalele cele mai slabe pot fi amplificate cu mai mult de 100 dB. Frecvenţă mare de repetiţie şi bandă largã de frecvenţă sunt două lucruri obişnuite pentru acest sistem. Deasemeni se poataadapta un algoritm de suprimare a zgomotului.DAV – sistem de admistrarea datelorPentru corecta documentare a controlului ultrasonic se recomandă un sistem de administrare a datelor. Parametrii de control şi datele rezultate sunt prezentate în tabele, grafice şi statistici.

Controlul ultrasonic al ţevilorControlul ultrasonic al ţevilor

RPS RPS --

ECHOGRAPH 1150ECHOGRAPH 1150Instalaţie de control ultrasonic adaptată la un domeniu de diametre de la 30 mm la 360 mm şi un domeniu de grosimi de perete de la 2,5 mm la 28 mm, sistem de control prin rotire Rotier-Prüf-System (RPS). Pentru o examinare de 100 % ţeava de controlat se deplasează prin instalaţia de control cu o mişcare helicoidală. Cuplarea se face de jos, prin imersie. Palpatoarele sunt scufundate complet în apă şi emit vertical în sus, iar ţeava de controlat se scufundă deasupra lor numai câţiva cm, în cuva cu apă. Se controlează în total cu 40 de palpatoare:2 linii cu câte 8 oscilatoare pentru controlol defectelor longitudinale (1).18 palpatoare US pentru controlul defectelor transversale şi oblice(pentru optimizarea unghiului de incidenţă a ultrasunetului se poate modifica unghiul la aceste palpatoare) (2).>6 palpatoare pentru măsurarea grosimii peretelui (3).Pentru a reduce la minim influenţa reciprocă a palpatorilor, aceştia sunt poziţionaţi, pentru cele 3 sarcini de control, în 3camere de control diferite.

Cameră compactă de control cu oscilatoare ultrasonice multiple (8-buc), cu reglare precisă a unghiului de penetrare prin măsurarea lui cu un ceas indicator, dispozitiv de ghidarea după ţeavă dotat cu traductoare de proximitate pentru începutul şi şfîrşitul ţevii

RPS RPS --

ECHOGRAPH 1150ECHOGRAPH 1150

Masa de control cu 2 sisteme de control aşezate unul după altul în direcţie axială, pentru controlul grosimii, defectelor longitudinale (1) şi transversale/înclinate (2)

Controlul ultrasonic rapid al ţevilor şi Controlul ultrasonic rapid al ţevilor şi barelorbarelor

HRP - ECHOGRAPH 1155-15/180sistem de control ultrasonic

cu viteza

mare


Caseta cu 16 traductoare ultrasonice de control de înaltă rezoluţie pentru controlul defectelor longitudinale. Unghiul de incidenţă se reglează centralizat, pentru toate cele 16 traductoare, cu ajutorul unui şurub fară

sfârşit

prevăzut cu indicarea digitală a poziţiei


Camera de control, fără elementele de ghidare, în poziţia de calibrare, cu sistemul de reglare a unghiului în partea de sus a camerei de control şi indicarea digitală apoziţiei

Camera de control cu ţeava etalon aşezată pe suportul de centrare. Prin răsucirea ţevii etalon (defectele etalon se găsesc în poziţie axială faţă de traductoare), se realizează în cîteva secunde calibrarea automată a sensibilităţii de control.


Schema de principiu de acoperirea secţiunii barei, pentru diferite diametre de bare la utilizarea a 9 palpatoare (3 cu pentrare vertical″, 6 cu penetrare oblic″).


Palpatoare curbate cu oscilatoare cu folie, pentru controlulmaterialelor rotunde

Controlul ultrasonic al ţevilor sudate Controlul ultrasonic al ţevilor sudate helicoidalhelicoidal, sub flux, sub flux

Partea mecanică pentru controlul cordonului de sudură. Fiecare traductor poate fi reglat separat cu ajutorului unui şurub. Distanţa pînă la cordon poate fi citită de pe un ceas indicator. Întreg căruciorul poate fi rotit şi reglat în funcţie de unghiul cordonului de sudură


Sistemul de marcare - montat în linie


Tăierea ţevii.

Controlul ultrasonic al ţevilor Controlul ultrasonic al ţevilor sudate longitudinal sub fluxsudate longitudinal sub flux

Sistemul de ghidare al traductoarelor ultrasonice


Suporţi pentru traductoare cu penetrare unghiulară, cuplate cu jet de apa


Suporţi pentru traductoare cu penetrare perpendiculară, cu cuplare prin jet de apă (control dubluri şi suprapuneri).

Controlul ultrasonic al Controlul ultrasonic al benziilorbenziilor

din din oţeloţel

BAPS - ECHOGRAPH 1150 - 610/1920 Sistem de control ultrasonic al benzii pentru ţevi sudate IF până la Ø max = 24”.Materialul de controlat benzi pentru ţevi sudate cu curenţi de IF, înainte de intrarea în maşina de formare, cu lăţimea conform gamei dimensionale a liniei de sudare:Material de bază : rulouri laminate la cald sau la rece;Lăţime 110 - 1920 mm;Grosime 2 - 16 mm;Marginile benzii : ambele prelucrate;Ondulare max. ± 20 mm la lungimea de 2 mStarea suprafeţei: rugozitate de laminare, fără ţunder liber;Temperatura: 5 pînă la 45° C.

Controlul ultrasonic al Controlul ultrasonic al benziilorbenziilor

din din oţeloţel

Detalii la sistemele de ghidare pentru controlul mijlocului tablei (sus) şi a muchiilor (jos).

INSTALAŢIE DE CONTROL ULTRASONIC AL INSTALAŢIE DE CONTROL ULTRASONIC AL ŞINELORŞINELOR

TIP SCHN TIP SCHN ––

ECHOGRAPH 1155 ECHOGRAPH 1155 ––

7K / 8S / 5F7K / 8S / 5FMaşina de control cu 20 de traductoare ultrasonice şi blocuri cu role de ghidare.

Amplasarea traductoarelor US

INSTALAŢIE DE CONTROL ULTRASONIC AL INSTALAŢIE DE CONTROL ULTRASONIC AL ŞINELORŞINELOR

TIP SCHN TIP SCHN ––

ECHOGRAPH 1155 ECHOGRAPH 1155 ––

7K / 8S / 5F7K / 8S / 5FMaşina de control cu 6 planuri de control şi cu 12 traductoare ultrasonice

Bloc cu role de ghidare

NoutatiNoutatiPentru o firmă italiană s-a conceput şi realizat o instalaţie de controlul ultrasonic al ţevilor cu viteze ridicate tip HRP, pentru diametrul ţevii de până la 170 mm. La conceptul HRP secţiunea ţevii de controlat se scufundă complet în apă. Astfel se elimină indicaţile deranjante, tipice cuplării cu apă curgătoare sau cu jeturi de apă şi sunt provocate de apa care se scurge pe suprafaţă şi de bulele cu aer Astfel sensibilitatea controlului se poate mării şi se pot evidenţia chiar şi defecte foarte mici.Din cele 48 de canale de control disponibile, în fucţie de diametrul ţevii se utilizeaza pentru evidenţierea defectelor longitudinale până la 40 de traductoare ultrasonice focalizate cu folie. Acest număr mare de traductoare ultrasonice este necesar pentru evidenţierea fâră suprafeţe necontrolate şi a unor poziţii de defecte orientate desavantajos – de ex. fisuri sub formă de aşchii suprapuse. Incidenţa fascicolelor ultrasonice a jumătate din traductoare este în sensul acelor de ceasornic şi cealaltă jumătate în sens invers în direcţia circomferinţei ţevii.Alte 8 canale servesc pentru măsurarea grosimii peretelui În opt poziţii repartizate pe circomferinţa ţevii se măsoară cu o precizie ridicată grosimea peretelui, cu o rezoluţie de 0,01 mm. Cu aceaşi precizie se determină şi excentricitatea, respectiv ovalitatea ţevii.Un echipament hidraulic nou, care lucrează cu presiunea apei la 10 bar, acţionează mecanismul de închiderea a camerei de control şi asigură timpi cât mai mici posibili de deschidere şi închidere a mecanismului de închidere.Avantajul constă în pierderi foarte mici de apă la intrarea şi ieşirea ţevii, capete scurte de ţevi necontrolate şi evită stropi de apă pe peretele interior al ţevii. Apa in interiorul ţevii duce de multe ori la semnalizări ireale şi astfel la psodorebuturi şi deci trebuie evitată.Şaibele de control pentru preluarea şi poziţionarea traductorilor ultrasonici, s-au prevăzut cu noi posibilităşi de reglare, astfel ca să se asigure un control ultrasonic şi mai precis. Aceste şaibe se livrează precon-figurate şi ajustate.Avantajul determinant al instalaţiilor de control HRP este capacitatea ridicată de control şi concomitent găsirea poziţiilor cu defecte scurte. Deasemeni tote datele de control pot fi reglate de la un calculator central, se pot memora şi refolosi. Suplimentar se pot aduna date pentru evaluarea statistică a controalelor şi se pot prezenta grafic. Astfel această nouă instalaţie de control abia mai lasă deschise alte dorinţe

NoutatiNoutati

Traductoare ultrasonice noi, mai fiabile

După revizuirea traductoarelor ultrasonice de ER şi a traductoarelor ultrasonice normale cu diametre mai mici, traductoarele noastre ultrasonice cu oscilatoare de 24 mm capătă un nou aspect. Forma nouă se ţine acum şi mai bine în mână, ca urmare controlul pe o durată mai lungă aproape nu mai oboseşte; Practicienii ştiu să aprecieze acest lucru. Codificarea suplimentară în culori a traductorilor ultrasonici –galben pentru 2 MHz şi albastru pentru 4 MHz, permite recunoaşterea rapidă a frecvenţei de control şi astfel o greşală de amestec este aproape exclusă. Folia din Vulcollan uşor de înlocuit, protejează traductorul ultrasonic la uzură mecanică şi ca urmare suprafeţele rugoase se pot controla fâră prejudecăţi.

Examinari

nedistructive

Dezvoltarea

metodelor

de END

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2003

Dez

volta

rea

echi

pam

entu

lui s

i ex

tinde

rea

dom

eniu

lui d

e ut

iliza

re

OV

RP

PM

LP

US

CT

MT

Scurt

istoricIn 1880 fraţii Jaques şi Pierre Curie au descoperit efectul piezoelectric.

In anul 1912, după ce s-a scufundat vaporul “Titanic” ca urmare a ciocnirii acestuia cu un gheţar, în cercurile tehnice se discuta deja despre modalităţile de detectare a gheţarilor. S-a avansat propunerea de a se încerca detectarea acestora cu ajutorul sunetelor.

Punerea în practică a acestei idei s-a făcut însă abia în timpul primului război mondial pentru detectarea submarinelor.

Tehnica de localizare a submarinelor cu ajutorul ultrasunetelor a fost perfecţionată într-un mod accelerat între cele două războaie mondiale.

Examinarea materialelor şi a corpului uman cu ajutorul ultrasunetelor a fost propusă pentru prima oară de fizicianul rus S. Sokolov în 1928.

In timpul celui de al doilea război mondial trei mari fizicieni ai lumii au introdus ultrasunetele în controlul nedistructiv, aproape în paralel, fără să ştie unul de celălalt: în SUA -

F. A. Firestone; în Anglia -D.O. Sproule; în Germania -

Trost.

Particularităţile

examinării

US şi

domeniul

de aplicare

Controlul cu ultrasunete pune în evidenţă aproape toate tipurile de discontinuităţi tri sau bidimensionale.

Nu necesită măsuri speciale de protecţie nici pentru operator şi nici sub aspect ecologic.

Rezulatele controlului se obţin imediat, adică în timp real.

Sensibilitatea metodei este la nivelul de 0,5 mm pentru defectetridimensionale; defectele bidimensionale foarte fine cu dimensiuni oricât de mici ca deschidere, care au totuşi două dimensiuni comparabile cu lungimea de undă US pot fi detectate mult mai bine decât prin control radiografic.

Probabilitatea de detectare a discontinuităţilor, la grosimi de material mai mari de 20-30 mm este superioară defectoscopiei cu radiaţii.

Detectarea defectelor situate la adâncime mare în materiale metalice omogene (peste 10 m lungime produse laminate sau forjate din oţel).

Particularităţile

examinării

US si

domeniul

de aplicare (continuare)

Localizarea defectelor în raport cu suprafaţa de examinare; posibilităţi de estimare a formei defectelor.

Măsurarea defectelor cu o bună aproximare, în 2D şi în unele cazuri, în 3D.

Măsurarea grosimilor de pereţi atunci când produsul examinat este accesibil pe o singură suprafaţă: cazane, conducte, ţevi etc.

Determinări de constante elastice ale materialelor.

Echipament portabil cu greutate minimă în jur de 300 g, ceea ce permite examinarea uşoară în condiţii de şantier sau pe teren.

Posibilitatea de automatizare a examinării.

Integrarea în sisteme IT.

Din punct de vedere economic, controlul US este mai ieftin decât controlul cu radiaţii.

Principalele

limite

în

controlul

US

•

In cele mai multe cazuri necesitatea contactului dintre palpator şi piesa examinată.

• Pasul mic de control, timp mare de examinare.

• Necesitatea utilizării unui material de cuplare.

• Dificultăţi la examinarea materialelor cu granulaţie mare sau a celor eterogene.

•

Operaţiile de control şi interpretarea rezultatelor sunt complexe ceea ce impune un nivel ridicat de calificare competenţă şi conştiinciozitate din partea personalului operator.

Domeniul

de utilizare

al controlului

US

Table şi benzi, ţagle şi bare rotunde laminate. Sine de cale ferată şi tramvai.Tevi sudate sau nesudate.

Imbinări sudate cap la cap prin topire şi prin presiune.Componente pentru autovehicule, piese pentru avioane şi rachete. Instalaţii din domeniul energetic.

Componente pentru industria nucleră. Butelii de gaz şi tuburi pentru proiectile.Valţuri şi conducte.Determinarea caracteristicilor unor materiale metalice. Materiale placate. Arbori şi axe, poansoane, matriţe. Materiale nemetalice: beton, compozite etc.

Principalele

standardeSTAS 6914-90 Control nedistructiv acustic. Defectoscopie ultrasonică. Terminologie

SR EN 1713-2000 Examinări nedistructive ale sudurilor. Examinarea cu ultrasunete. Caracterizarea indicaţiilor din suduri.

SR EN 1714-2000 Examinări nedistructive ale sudurilor. Examinarea cu ultrasunete a îmbinărilor sudate.

STAS 12377 -

85 Controlul ultrasonic al placărilor prin sudare, laminare şi explozie

STAS 12671 -

91 Defectoscopie ultrasonică. Controlul ultrasonic al ţevilor din oţel.

STAS 7802 -

79

Blocuri de calibrare pentru verificarea şi reglarea defectoscoapelor.

STAS 8866 -

82

Controlul ultrasonic al laminatelor din oţel.

Terminologie

(1)Defectoscop ultrasonic

- instalaţia care permite evidenţierea şi localizarea

unui defect într-o piesă, cu ajutorul impulsurilor ultrasonore.

Amplificare

- modificarea controlată a înălţimii semnalelor vizualizate de defectoscopul ultrasonic.

Atenuare - diminuarea intensităţii unui fascicul ultrasonic.

Baza de timp - urmă luminoasă, orizontală, pe ecranul tubului catodic al defectoscopului, obţinută astfel încât distanţele măsurate de-a lungul ei sunt proporţionale cu timpul.

Bloc de etalonare

sinonim

bloc de calibrare - piesă cu dimensiuni precizate şi proprietăţi fizice cunoscute, utilizată pentru calibrarea şi verificarea echipamentului de control cu ultrasunete.

Bloc de referinţă - Piesă care ajută la interpretarea rezultatelor obtinute de la o instalaţie de control ultrasoinic, în general din acelaşi material cu obiectul controlat. Blocul de referinţă poate conţine sau nu defecte artificiale sau naturale.

Cuplare

- asigurarea unei transmisii acustice corespunzătoare între traductor şi piesa de examinat.

Terminologie

(2)Ecou

-

impulsul US reflectat şi recepţionat de traductor.

Ecou de defect

-

ecou provenit din reflexia impulsului ultrasonic incident de pe o discontinuitate a piesei de examinat.

Ecou de fund

-

ecou provenit de la suprafaţa piesei, opusă suprafeţei pe care este aşezat traductorul. Termenul se referă în general la traductiare normale.

Ecou de muchie - ecou provenit de la muchia unei piese. Termenul se referă în general la traductoare înclinate.

Ecoul de referinţă - ecou provenit de la un reflector cunoscut (gaură, muchie, canelură, suprafaţa piesei) folosit la regalrea şi/sau controlul sensibilităţii, uneori şi la aprecierea importanţei defectelor.

Ecou fals

-

ecou indirect al defectului obţinut prin reflexii intermediare parazite.

Ecouri multiple - ecouri provenite de la reflexia repetată a impulsului ultrasonic între suprafaţa de examinare şi o discontinuitate a piesei sau fundul piesei.

Terminologie

(3)Iarbă -

ecouri mici ce apar, în prezentarea A, datorită zgomotului de

amplificare şi zgomotului de material şi care se suprapun peste axa orizontală, dându-i un aspect de iarbă.

Indicaţie - semnal pe ecranul defectoscopului, care indică recepţia unui ecou.

Interfaţă

sinonim dioptru acustic sinonim suprafaţă de separare - suprafaţa de separare dintre două medii cu proprietăţi acustice diferite.

Prezentare A - formă de prezentare pe tubul catodic, în coordonate rectangulare, având în abscisă timpul de propagare iar în ordonată amplitudinea impulsului reflectat.

Prezentarea B - formă de prezentare pe tubul catodic, în coordonate rectangulare, având în abscisă deplasarea traductorului (în general rectilinie), iar în ordonată timpul de propagare a impulsului reflectat.

Prezentare C - formă de prezentare pe tubul catodic, în coordonate rectangulare, care corespund cu coordonatele suprafeţei de examinare (deplasarea traductorului) înregistrându-se amplitudinea ecoului

Terminologie

(4)Reflector

-

discontinuitatea unei piese care produce reflexia

fasciculului ultrasonic incident. Reflectorul poate fi plan, cilindric, sferic etc.

Sensibilitatea aparatului

-

raportul (în decibeli) dintre puterea impulsului de emisie şi puterea unui ecou echivalent care egalează în înălţime zgomotul aparatului.

Sensibilitatea de evidenţiere - mărimea minimă a defectului al cărui ecou poate fi distins prin amplitudinea sa de alte ecouri de pe ecranul aparatului, în condiţii date de examinare.

Traductor

sinonim

palpator - unitate constructivă cuprinzând unul sau mai multe piezoelemente care emit şi/sau recepţionează energia acustică.

Traductor normal

-

traductor care emite unde sub un unghi de zero grade faţă de normala la suprafaţa de contact.

Traductor înclinat

sinonim traductor unghiular -

traductor care emite unde transversale sau longitudinale în intervalul dintre unghiurile critice corespunzătoare materialului.

Transparenţă ultrasonică

-

proprietatea unui material de a permite trecerea undelor ultrasonore cu o anumită atenuare.

Unghi de incidenţă

-

unghiul din traductor dintre axa fasciculului şi normala la talpa traductorului.

Unghi de pătrundere al traductorului

-

unghiul în piesă format între axa fasciculului şi talpa traductorului corespunzător unui anumit material.

Zona moartă

- zona din materialul controlat, măsurată de la traductor spre interiorul piesei, în care nu pot fi obţinute indicaţii defectoscopice.

Terminologie

(5)

Aspecte teoretice. Tipuri

de unde.

Unde longitudinale

sau de compresiune, când direcţia de oscilaţie a particulelor este paralelă cu direcţia de propagare Acolo unde particulele sunt aglomerate, zonă de comprimare, presiunea va fi mai mare decât în regiunile unde aceste particule sunt mai rare, zonă de rarefiere.

Extras din STAS 6914-90

Comprimare Rarefieredirectia de oscilatie, ,


Tipuri

de unde

(continuare)

Unde transversale

sau de forfecare, când direcţia de oscilaţie a particulelor este perpendiculară pe direcţia de propagare.Undele transversale se propagă doar în medii solide deoarece gazele şi lichidele nu opun nici un fel de rezistenţă faţă de solicitări de forfecare.

Acest tip de undă mai apar în coarde vibrante: vioară, chitară etc.


directia de oscilatie,,

Tipuri

de unde

(continuare)


,directiade propagare

Unde de placă sau unde Lamb

(sau de bară) când undele elastice sunt generate în plăci sau în bare subţiri, apar vibraţii complexe care depind de grosimea materialului, de lungimea de undă şi de tipul materialului solid.

Undele Lamb apar în locul undelor transversale când dimensiunile corpului solid sunt comparabile cu lungimea de undă a ultrasunetelor.Undele Lamb pot fi simetrice

sau de dilatare sau asimetrice

sau de încovoiere



Unde Rayleigh

sau unde de suprafaţă - unde care afectează numai un strat subţire, la suprafaţa materialului, pe o adâncime de câteva lungimi de undă.Undele Rayleigh sunt unde bidimensionale cu o atenuare mai mică decât cea a undelor longitudinale sau transversale şi, la fel ca şi undele Lamb, se propagă numai în medii solide.

Tipuri

de unde

(continuare)

d irec tia,de p ropagare

m iscarea,particu le i

a

b

m iscareap articu le i

,

U nd e R ay le igh in o te l

U nde R ay le igh

U nde de sup rafa ta

,

,

,

c

Mărimi

caracteristice

ale undelor US (1)

Viteza sonică, viteza de propagare a undelor, notată cu c, este dependentă de natura mediului şi anume de densitatea acestuia şi de modulul

de elasticitate.

Viteza undelor longitudinale este dată de realaţia:

[m/s]

unde, E este modulul de elasticitate longitudinală;ρ

-

densitatea materialului.

Viteza undelor transversale

este dată de relaţia:

unde, G este modulul de elasticitate transversală.

ρ=

Ec L

ρ=

Gc T

Mărimi

caracteristice

ale undelor US (2)

Viteza undelor transversale este mai mică decât viteza undelor longitudinale, astfel: cT = (0,55...0,60) cL

Viteza undelor de suprafaţă, este mai mică decât viuteza undelor transversale,

cS = (0.90...0,95) cT

Impedanţa acustică, z = ρ . c, este o mărime caracteristică a mediului.

Impedanţa acustică este foarte mică pentru gaze, astfel pentru o bună transmitere a energiei ultrasonore în materialul piesei de investigat este necesar să se folosească un material de cuplare lichid, cu o impedanţă acustică mult mai bună.

Lungimea de undă, λ

= c / f

, depinde de frecvenţa f şi de viteza de propagare.

Examinări prin ultrasuneteExaminări prin ultrasunete-

Introducere -

Principii de bază

Examinări prin ultrasuneteExaminări prin ultrasunete- Tehnici de măsurare -

Examinarea normală a semnalului


Semnal în unghi

Diferite tipuri de traductoareDiferite tipuri de traductoare


Introducere -

Principii de bază


Introducere -

Istoria ultrasunetelor

Înainte de al doilea război mondial – tehnica trimiterii undelor de sunete prin apă

1929 –

1935 – Sokolov studiază utilizarea undele ultrasonice pentru detectarea metalelor

1931 –

Mulhauser a patentat utilizarea undelor ultrasonice pentru detectarea defectelor în solide

1940 şi 1945 –

Simons şi Firestone au studiat examinarea ultrasonică cu impulsuri folosind tehnica impuls/ecou

După al doilea razboi mondial –

în Japonia a început studierea capabilităţii diagnosticării medicale cu ultrasunete

Japonia a fost prima ţară care a aplicat ultrasunete Doppler.

În ceea ce priveşte detectarea defectelor, acest lucru a devenit

o preocupare încă din al doilea razboi mondial.


Fizica ultrasunetelor -

Propagarea undelor


Lungimea de undă şi detectarea defectelor

Atenuarea sunetului

Impedanţa acustică

Coeficientul reflexiei şi transmisiei

Refracţia

Raportul semnal/zgomot

Interacţiunea între unde



Propagarea undelor

-

Unde longitudinale

-

Unde transversale




Tipul

undei Vibraţia

particulelor

Longitudinal Paralel

cu direcţia

undelor

Transversal (Defazate) Perpendicular cu direcţia

undelor

Suprafaţă

-

Rayleigh Orbită

eliptică

-

mod simetric

Plane

-

Lamb Componentă

perpendiculară

pe

suprafaţă

(unde

extinse)

Plane

-

Love Paralel

cu planul, perpendicular pe

direcţia

undelor

Stoneley

(Asemănătoare cu undele Razleigh) Unde

ghidate

în

lungul

interfeţei

Sezawa Mod antisimetric



Coeficientul reflexiei şi transmisiei

Considerăm

examinarea

unui

bloc de oţel. Energia

sunetului

pleacă

din traductor, trace

prin

apă, întâlneşte

suprafaţa frontală

a oţelului, întâlneşte

suprafaţa

din spate şi

reflectă

înapoi

prin

suprafaţa

frontală

în

drumul

ei

spre

traductor

înapoi. La interfaţa

dintre

apă şi otel (suprafaţa frontală) 12 % din energie

este

transmisă. La suprafaţa

din spate 88% din cei

12% care s-au transmis

la suprafaţa frontală

se reflectă. Aceasta

înseamnă

10.6% din intensitatea

undei

de incidenţă

initială. Cum unda

iese

prin

partea

din spate a suprafeţei

frontale, doar

12% din cei

10.6% sau

1.3% din energia

iniţială

se întoarce

la traductor.


Echipamente şi traductoare -

Tipuri de traductoare

Cupla

Generator de impulsuri –

receptor

Generator de funcţii

Prezentarea datelor



Tipuri de traductoare

Traductoarele

sunt

clasificate

în

funcţie

de aplicaţia

la care sunt

utilizate:-

traductoare

de contact folosite

pentru

examinări

în

care există

contact şi

sunt

manipulate manual-

traductoare

care nu

au contact cu componenta

şi

care

sunt

făcute

să

lucreze

într-un mediu

lichid.



Prezentarea datelor

3 formate de prezentare:-

A-scan-

B-scan- C-scan



Prezentarea datelor

C-scan



Semnal în unghi

Examinări prin ultrasuneteExaminări prin ultrasunete- Aplicaţii -

Inspecţia unei şine de cale ferată

Sudura articulaţiilor

Înainte de al doilea război mondial, tehnica trimiterii undelor de sunete prin apă si studierea ecoului pentru a caracteriza obiecte cufundate, au fost începutul pentru aplicarea ultrasunetelor în diagnosticul medical

În 1929 si 1935 Sokolov a studiat utilizarea undelor ultrasonice pentru detectarea metalelor

Mulhauser în 1931 a patentat utilizarea undelor ultrasonice, folosind două traductoare pentru detectarea defectelor în solide

Firestone (1940) si Simons (1945) au dezvoltat examinarea ultrasonică cu impulsuri folosind tehnica impuls/ecou.

Testul cu ultrasunete se bazează pe variaţia în timp a deformaţiilor şi vibraţiilor în materiale, care în general se referă la acustica materialului

În solide, undele sunetelor se pot propaga în 4 feluri care se bazează pe oscilaţia particulelor. Sunetul se poate propaga în unde longitudinale, unde defazate, unde de suprafaţă şi în materiale subţiri ca unde metalice

Undele longitudinale şi cele defazate sunt 2 moduri de propagare, cele mai utilizate în ultrasunete.

În undele longitudinale, oscilaţiile se regăsesc în

direcţie longitudinală sau în direcţia propagării undelor.

În undele transversale sau defazate, particulele oscilează la un unghi drept sau transversalcu direcţia de propagare

metoda cu impulsul ultrasonic

metoda de rezonanta

metoda impuls ecou

Exemplu aparatură utilizata: impuls/receptor, traductor si ecran

In figura de mai jos se prezintã metoda impuls-ecou de analiza de frecventa bazata pe principiul reflexiei: unda - impuls are reflexii multiple intre suprafetele reflectoare. Unda – ecou soseste la suprafata testata la intervale periodice, rezultand o caracteristica de frecventa cu forma de unda care este dependenta de distanta pana la suprafata reflectoare:

un generator ultrasonor emite un impuls care se va propaga prin stratul asfaltic pana cand intalneste suprafata de separatie dintre doua straturi, moment în care o parte din semnal se reflecta iar cealalta parte va trece prin refractie in stratul urmator in care fenomenele de reflexie si refractie se vor repeta la întâlnirea urmatoarei suprafete de separatie si aşa mai departe. Semnalele reflectate sunt receptionate cu ajutorul unui traductor ultrasonic receptor, amplificate si prelucrate de sistem.

Aparatul este foarte simplu si poate fi folosit de catre firmele de constructii fara personal specializat si nu prezinta probleme privindprotectia mediului inconjurator.Performantele tehnice ale echipamentului propus sunt:

Echipament de control nedistructiv cu manevrabilitate usoara (carucior)Echipament portabil (baterii acumulatoare de 12 V, cu incarcator DC/DC de la baterie de 12V)Consum redus = maxim 50 W (regim continuu) si 20 W (regim impulsuri)Determinarea grosimii a 2 starturi asfaltice-

g max

strat 1 = 5 cm

-

g max

strat 2 = 10 cmGrosimea minima masurata = 2 cmNumar maxim de masurari = 100Software specializat

Principiu de controlPrincipiu de controlÎn principiu, ultrasunetele sunt reflectate de orice suprafaţă şi de orice defect intern. În majoritatea cazurilor acelaşi traductor emite şi recepţionează ultrasunetele. Impulsurile ultrasonice sunt convertite în semnale electrice afişate pe ecran. Amplitudinea semnalului reflectat este oarecum proporţională cu mărimea defectului. Timpul sonic parcurs ne dă informaţii privind locul defectului. Suprafaţele frontale şi de fund dau ecouri mari. Zona de control este încadrată într-o poartă electronică în interiorul căreia vor fi evaluate numai defectele. Se stabileşte un prag care decide dacã defectul găsit este critic. Mărimea acestui prag se determinã uzual, folosind fie amplitudinea ecoului de la un reflector cunoscut, cum ar fi ecoul de fund, fie ecoul provenit de la un defect artificial.

MetodeMetode

sisi

echipamenteechipamente

de control cu de control cu ultrasuneteultrasunete::

ConcluziiConcluzii::

ExaminareaExaminarea cu cu ultrasuneteultrasunete se se poatepoate aplicaaplica sudurilorsudurilor, cap , cap la cap la cap sisi de colt, a de colt, a materialelormaterialelor de de bazabaza pentrupentru tevitevi sisitable, table, pentrupentru piesepiese turnateturnate sisi forjateforjate etc. etc. MaterialeleMaterialele cecese pot se pot supunesupune examinariiexaminarii sunt sunt otelurileotelurile sisi aliajelealiajeleacestoraacestora, , maimai putinputin anumiteanumite tipuritipuri de de otelurioteluri austenitice, austenitice, fontelefontele cenusiicenusii, , bronzurilebronzurile sisi aliajelealiajele de de aluminiualuminiu, , precumprecumsisi pieselepiesele din PE.din PE.IndicatiileIndicatiile relevaterelevate sunt sunt fisurilefisurile, , lipsalipsa de de topiretopire, de , de penetrarepenetrare, , stratificarilestratificarile sisi alunecareaalunecarea planaplana, , incluziunileincluziunilede de zgurazgura, , gazoasegazoase sausau metalicemetalice, , santurilesanturile marginalemarginale etc etc

TESTAREA NEDISTRUCTIVA ULTRASONICA A PALETELOR

TURBINELOR EOLIENE

Paletele turbinelor eoliene

• Sunt compuse din mai multe straturi

• Au o grosime variabila

• Contin multe neomogenitati

• Au o forma speciala, curbata, aerodinamica

• Trebuie sa reziste perioade indelungate

• Sunt supuse unor forte foarte mari din partea vantului

• Sufera eroziuni

• Sunt atacate de radiatiile UV

• Defectele din timpul fabricatiei, in general nu pot fi detectate cu ajutorul inspectiei optico‐vizuale

Controlul paletelor

Cea mai folosita tehnica de detectare a defectelor paletelor turbinelor eoliene este tehnica impuls-ecou

• Se foloseste pentru a determina locul unei discontinuitati sau

pentru analiza structurii materialului

• Se bazeaza pe masurarea timpului

neces pentru ca un impuls ultrasonic sa se reflecte

• De la traductor se trimite un impuls ultrasonic, aceste fiind inapoi reflectat

spre acelasi traductor de suprafata unei discontinuitati

Exemple experimentale

Defect realizat artificial pe stratul 3,

avand un diametru de 81 mm

Traductor ultrasonic la 2.2 MHz Traductor ultrasonic la 400 KHz

Defecte realizate artificial

Traductor ultrasonic la 2.2 MHz Traductor ultrasonic la 400 KHz

Reprezentare unei sectiuni transversale

Reprezentare pe o lungime de 7 m

Control Nedistructiv 2

Documents

Transcript of Control Nedistructiv 2