EXAMINAREA NEDISTRUCTIVǍ A UNUI SCHIMBATOR DE CǍLDURǍ CU SUPRAFAŢA 200 MP

CAPITOLUL 1

LUCRARE

DE

LICEN EXAMINAREA NEDISTRUCTIV A

UNUI SCHIMBATOR DE CLDUR

CU SUPRAFAA 200 MP

Cuprins

PARTEA. I TEORIE

PARTEA.II...5

1.1. Scurt istoric al metodelor de excaminare nedistructiva...5

1.2 Clasificarea metodelor fizice de examinare nedistuvtiva...5

CAP II. PREZENTAREA METODELOR FOLOSITE...7

2.1.Bazele fizice ale examinrilor cu lichide penetrante7

2.2.Clasificarea metodelor capilare. Tipuri de materiale utilizate n examinarea cu lichide penetrante .11

2.3.Tehnica examinrii nedistructive prin metode capilare.132.4.Sensibilitatea metodei16CAP. III PRINCIPII FIZICE ALE EXAMINRILOR

NEDISTRUCTIVE MAGNETICE...17

3.1. Generaliti17

3.2. Materiale magnetice...18

3.3. Tipuri de examinri nedistructive magnetice.23

3.4.Tipuri de magnetizri.23

3.5.Examinarea nedistructiv cu pulberi magnetice26

CAP. IV PRINCIPII FIZICE ALE EXAMINRILOR NEDISTRUCTIVE

ULTRASONICE..30

4.1.Oscilaii i unde. Definiii. Caracteristici generale30

4.2.Viteze sonice si alti parametrii ai undelor..31

4.3.Difracia si difuzia undelor ultrasonice..33

4.4.Atenuarea energiei ultrasonic

REF p4_5 \h \* MERGEFORMAT

4.5.Reflexia i refracia undelor ultrasonice la suprafaa de separare a mediilor cu impedan acustic diferit

4.6.Generarea ultrasunetelor. Caracteristicile fasciculului ultrasonic


4.7. Constructia si functionarea palpatoarelor ultrasonic


4.8. Rolul cuplantului in examinarile ultrasonic

REF cap5 \h \* MERGEFORMAT

CAP. V METODE DE INVESTIGARE ULTRASONIC


5.1.Metode analogice de investigare ultrasonica


5.2.Metode digitale utilizate n investigaiile ultrasonice


5.3.Blocuri de calibrare. Blocuri de referin


5.4.Studiul cmpului ultrasonic i a caracteristicilor instalaiei de lucru


5.5.Detecia discontinuitilor


CAP. VI FENOMENE FIZICE CARE CARACTERIZEAZ RADIATIILE

PENETRANTE


6.1.Aspecte generale ce privesc radiaiile penetrante


6.2.Natura si caracteristicile radiaiilor X si (


6.3.Interactiunea radiatiilor penetrante cu materia


CAP. VII FILMUL RADIOGRAFIC

7.1.Elemente ale radiografiei cu film


7.2.Sensitometria filmului radiografic


7.3.Sensibilitatea de detecie


7.4.Sensibilitatea radiologic experimental relativ

7.5.Factori care influeneaz calitatea imaginii radiografice


7.6.Indicatoare ale calitii imaginii (ICI)

REF Bibliografie \h \* MERGEFORMAT

BIBLIOGRAFIE

PARTEA.II

CAP.I MODUL DE LUCRU SI INREGISTRAREA DATELOR.87

CAP.II CONCLUZII.901.1. Scurt istoric al metodelor de excaminare nedistructiva

Mirosul, vzul, pipitul, gustul, auzul sunt examinri nedistructive pe care majoritatea fiinelor vii le folosesc fie ca soluie de supravieuire, fie ca surs de descoperire ambiental.

De la stadiul de sim pn la stadiul de metod de investigare, omenirea a parcurs o cale ndelungat.

Nendoios c odat cu inventarea sudurii cu ajutorul unui aliaj care se topete uor, de ctre Glaucus din Chios n jurul anilor 700 .e.n. s-au pus primele probleme de sudabilitate a metalelor, dar desigur la un nivel primar.

Metodele utilizate de o comunitate sau alta nu aveau ntotdeauna aceeai for probatorie n faa unei autoriti sau instane din alt colectivitate; cu alte cuvinte nu exista o recunoatere reciproc a unor norme de investigare.

Practic, abia n secolul al XVIII-lea, odat cu apariia revoluiei industriale (Anglia) s-au pus bazele primelor norme sistematice de control i interpretare a informaiilor.

Descoperirile tiinifice de la sfritul secolului al XIX-lea precum fotografia, radiografia, cinematografia sau radioactivitatea natural i, mai trziu, cea artificial, au dat un nou impuls cercetrilor tiinifice interdisciplinare, constituindu-se noi discipline tiinifice n medicin, industrie, detecie, art i restaurare etc.

n aceeai perioad, s-au conturat ca metod de examinare nedistructiv metoda radiografic industrial, precum i cea sonic i ultrasonic n detecia de submarine i, respectiv, n studiul metalelor.

Din nevoie i n momente de criz a umanitii, s-au nscut metode de examinare, criterii de calitate, tehnologii noi, tiine noi.

Protejarea mediului nconjurtor i a populaiei constituie dezideratele de la care o metod de examinare nedistructiv nu trebuie s se abat. Astfel c, la ora actual, oamenii de tiin privesc dezvoltarea tehnologiilor avansate la nivel globalizat i studiaz impactul asupra vieii i a mediului cu maxim responsabilitate.

1.2 Clasificarea metodelor fizice de examinare nedistuvtiva

Controlul nedistructiv reprezint ansamblul de metode i mijloace de investigare ce au ca scop obinerea de informaii maxime cu degradri minime ale subiectului analizat.

O ramur important a controlului nedistructiv o constituie defectoscopia nedistructiv, tiin ce se ocup cu investigarea prin metode nedistructive cu scopul deteciei de defecte i punerii n eviden a acestora.

Metodele fizice de investigare nedistructiv sunt variate i vom enumera cele mai cunoscute i mai utilizate dintre acestea:

A. Aplicaii bazate pe simurile umaneVzul pe acest sim se bazeaz examinrile vizuale n domeniul industrial, dar i n medicin, biologie, criminalistic etc.

Gustul st la baza oenologiei sau tiina degustrii vinurilor i a buturilor derivate precum i n examinri gustative n aciunile de identificare i deosebire a unor droguri.

Pipitul este metod de examinare nedistructiv n industria pielriei, a textilelor, n confecii, precum i n medicin la examenele clinice primare ale subieciilor umani sau animalieri.

Auzul este i astzi o metod infailibil de verificare a integritii roilor, axurilor i a obezilor de pe vagoane i locomotive precum i a inelor de cale ferat prin ascultarea sunetului produs prin lovirea cu un ciocan metalic a pieselor examinate.

este utilizat de populaiile primitive la stabilirea unor distane prin sunet aerian sau terestru.

cu ajutorul su pot fi detectate unele deficiene n orologerie, automobilism, aviaie etc.

B. Investigaiile care au la baz principiile metodelor radiograficen aceast categorie, pot fi menionate gamagrafia, roentgenografia, examinarea cu particule accelerate, cu neutroni etc., avnd aplicaii industriale sau n domenii judiciare precum criminalistica. De asemenea, metodele radiografice sunt utilizate n medicin, biologie, geologie, art, arheologie, spionaj industrial sau militar.

C.Examinrile nedistructive ultrasonice au aplicaii similare cu cele radiografice i ctig tot mai mult teren datorit nocivitii biologice i de mediu mult mai reduse dect metoda radiografic.

D.Investigaii cu ajutorul mijloacelor electrice, magnetice i electromagnetice. Acestea pot fi:

D.1.Investigaii cu ajutorul curenilor turbionari, care sunt utilizate ca metod n industrie la diagnoza materialelor feroase, n aplicaiile militare pentru detecia cmpurilor minate sau a minelor metalice neexplodate precum i la detecia de armament sau corpuri metalice n activiti vamale sau de securitate. D.2.Investigaii cu ajutorul cmpurilor magnetice distribuite i diagnoza cu pulberi magnetice prin care se pot identifica defectele superficiale sau din imediata vecintate a suprafeei examinate n industrie sau la construcii metalice cum sunt podurile, grinzile metalice etc., precum i n domenii judiciare, la culegerea de probe n criminalistic. De asemenea, cmpurile magnetice distribuite sunt utilizate la determinarea adncimii fisurilor i studiul evoluiei lor n timp.

D.3.Investigaii prin mijloace electrostatice prin care se realizeaz colectarea de probe n criminalistic sau studiul evoluiei unor defecte din domeniul industrial prin metode tensometrice.

E.4 Lichide penetrante se utilizeaz n detecia sau reconstituirea unor amprente; n acest scop se folosesc:

lichide de contrast ce pot pune n eviden existena unor defecte de suprafa n domeniul industrial, n unele cazuri chiar i n domeniul construciilor, dar i detecia unor boli de piele de natur coroziv n medicin, n criminalistic etc.

lichidele fluorescente se utilizeaz att n domenii judiciare, dar i n domeniile sus-amintite, precum i n cosmetic la diagnoza pielii.

lichidele polimerizate au proprietatea de a obine amprente i de a fi utilizate fie n diagnoz, fie n reconstituiri att n domeniile mai sus amintite, ct i n art, geologie, stomatologie etc.

CAP. II PREZENTAREA METODELOR FOLOSITE

2.1.Bazele fizice ale examinrilor cu lichide penetrante

Examinrile nedistructive cu lichide penetrante se bazeaz pe proprietatea unor lichide de a umecta suprafeele corpurilor solide i de a ptrunde n cavitile discontinuitilor cu deschidere la suprafa. Intruct acest fenomen se bazeaz pe principiul capilaritii, acest tip de examinri este cunoscut i sub denumirea de metode capilare.

O propietate interesant a lichidelor este aceea c suprafaa liber este supus aciunii forelor de tensiune superficial care tind s micoreze aceast suprafa. Starea de echilibru termodinamic corespunde situaiei n care suprafaa liber este minim.

Se definete

2.1.1

ca fiind coeficientul de tensiune superficial a lichidului, unde F este forta care se aplic unei pelicule dreptunghiulare de lichid de suprafat dreptunghiular cu ltimea (x si lungimea l iar (S = l(x, lucrul mecanic al fortelor de tensiune superficial. Deoarece rezultanta F a forelor de tensiune superficial provine de la ambele suprafee libere ale peliculei, ea se exercit pe lungimea 2l, deci coeficientul de tensiune superficial este numeric egal cu fora de tensiune superficial, care actioneaz asupra unittii de lungime din suprafaa liber a lichidului. Din relatia 8.1.1 se deduc dimensiunile si unitatea de msur a coeficientului ( n Sistemul Internaional:

2.1.2

Valoarea coeficientului de tensiune superficial depinde de natura lichidului si de temperatur. Astfel, coeficientul ( scade cnd temperatura creste, ajungnd s se anuleze la temperatura de fierbere a lichidului.

Gradul de aderent sau de udare sau neudare a lichidului depinde de natura suprafetelor aflate n contact.

Lichidele cu menisc concav ud pereii vasului (fig. 2.1,b), n timp ce lichidele cu menisc convex nu ud peretii vasului (fig. 2.1,a).

Figura 2.1.Forma meniscurilor unor lichide introduse n tuburi capilare.

Sub o suprafat curb, presiunea este diferit de presiunea exercitat la suprafata lichidului de ctre mediul exterior, p0. Astfel:

1.In interiorul unei picturi de lichid de raz R, presiunea este mai mare dect presiunea atmosferic, p0, fiind de forma urmtoare:

2.1.3

2.In interiorul unei bule de aer, format n interiorul unui lichid, de raz r

2.1.4

3.In interiorul unui balon de spun, de raz (

2.1.5

Forele de atracie care se exercit ntre moleculele a dou corpuri diferite se numesc fore de adeziune. Atunci cnd un lichid i un solid vin n contact, suprafeele lor care se ntlnesc, se intersecteaz sub un unghi determinat, care se numete i unghi de contact (fig. 2.2).

Figura 2.2.Contact lichid-solid. Forme de adeziune:

a)lichidaderentlasuprafta,solidului; b)lichid neaderent la suprafata solidului.

Cnd unghiul ( (fig. 2.2,a) are valori ( < 90, se spune c lichidul ud solidul iar, cnd ( > 90, lichidul, dimpotriv,nuudsolidul (fig. 2.2,b). Valoarea unghiului ( depinde att de natura lichidului, ct i de cea a solidului cu care vine n contact si este influenat ntr-o oarecare msur i de mediul gazos n care se afl ansamblul lor.

Fiind la echilibru, aceast suprafa este aezat perpendicular pe fora care acioneaz asupra ei, . Aceasta este rezultanta forelor de adeziune i de coeziune care solicit moleculele de la suprafaa lichidului, n apropierea peretelui vasului.

Sub imediata suprafa a lichidului se exercit o presiune suplimentar pozitiv sau negativ, dup cum suprafaa este convex sau concav. Fenomenul este semnificativ n cazul tuburilor nguste (cu diametru sub 1 mm), numite tuburi capilare.

Figura2.3.Studiul fenomenelor de aderen/non-aderen:

a)lichid aderent; b)lichid neaderent.

Lichidul se va urca n tubul capilar, pn la nlimea h fa de suprafaa lichidului din vas (fig. 2.4). Relaia de legtur ntre raza r a tubului i raza R a calotei sferice a meniscului i unghiul de racord ( este:

r = R cos(. 2.1.6

Figura 2.4.Ilustrarea fenomenului de capilaritate.

La echilibru, presiunea lichidului ridicat n tubul capilar echilibreaz depresia provenit de la fenomenul de capilaritate, adic:

2.1.7

deci

2.1.8

unde ( este densitatea lichidului iar g acceleraia gravitaional.

Rezult:

2.1.9

denumit i legea lui Jurin.

Atunci cnd lichidul ud complet pereii vasului (( = 0), legea lui Jurin devine:

2.1.10

In acest caz meniscul este o semisfer de raz r.

Pentru crpturi (fisuri) cu distana ntre perei notat cu b, relaia lui Jurin se scrie similar.

2.1.11

Intruct legea lui Jurin ia n consideraie numai condiiile echilibrului static, este necesar a se determina timpul n care se stabilete acest echilibru.

Timpul de penetrare, dup [2, 17] corespunde urmtoarelor relaii:

pentru caviti tubulare strpunse (fig. 2.5,a):

2.1.12

pentru crpturi (fisuri) strpunse (fig. 2.5,b):

2.1.13

pentru caviti tubulare nfundate (fig. 2.5,c):

2.1.14

Figura 2.5.Tipuri de discontinuiti cu deschidere la suprafa:

a)cavitate strpuns cu seciune circular;

b)crpturstrpuns; c)cavitate tubular nfundata

d)crptur nfundat.

pentru crpturi (fisuri) nfundate (fig. 2.5,d)

2.2.Clasificarea metodelor capilare. Tipuri de materiale utilizate n examinarea cu lichide penetrante

2.2.1.Clasificarea metodelor capilare

Principalele metode de control cu lichide penetrante sunt:

metoda colorrii, la care contrastul pentru revelarea defectelor este un contrast

metoda fluorescent, la care contrastul pentru revelarea defectelor se obine prin examinarea n lumin ultraviolet

metode radioactive, la care evidenierea discontinuitilor de suprafat se realizeaz prin impresionarea unui film de ctre substantele radioactive introduse n soluia folosit ca penetrant .

- metoda colorrii-fluorescentei, care combin primele dou metode. Examinarea se poate face att n lumin, obisnuit ct si n lumin ultraviolet.

Lichidele penetrante se pot clasifica dup urmtoarele criterii:

a)dup contrast:

penetranti colorati

penetrani fluorescenti

penetrani radioactivi

b)dup solubilitate:

penetranti solubili n apa

penetrani solubili n solveni organici

penetrani cu postemulsionare

La rndul lor, developanii se clasific n:

developani pulbere;

developani suspensie.

Compoziia lichidelor penetrante variaz n limite largi. In funcie de materialul de investigat se alege un set penetrant-developant astfel c starea suprafeei sau chiar materialul s nu aib de suferit i n acelai timp rezultatele s poat fi diagnosticabile.

Penetranii au n componen un solvent organic, un agent umectant i un colorant fluorescent sau pigmentat.

Developatul este compus dintr-un solvent i o suspensie higroscopic.

Penetranii se caracterizeaz printr-o vscozitate sczut. De asemenea, trebuie asigurat un compromis ntre lavabilitate i aderen, spre a nu fi ndeprtai cu prea mult uurin din locurile cu defecte. Se caracterizeaz i printr-o tensiune superficial sczut, ceea ce permite ptrunderea n cele mai fine fisuri sau pori.

Este foarte important ca un penetrant s-i pstreze nsuirile la diverse temperaturi, ntre 15(60C, precum i stabilitatea pigmentului la lumina alb, respectiv, la lumina ultraviolet.

Developanii trebuie s asigure extragerea penetrantului din caviti si, ulterior, s-si modifice proprietile de absorbie ntr-un timp foarte scurt, pentru a inhiba lirea exagerat a indicaiei de defect.

2.2.2.Materiale folosite n examinarea cu lichide penetrante

Penetrani

In general, unui penetrant i se impun urmtoarele cerine:

s aib capacitate mare de umectare a suprafeei, deci tensiune superficial mic;

s aib fluorescen intern (n cazul penetranilor fluoresceni);

s aib activitate suficient pentru impresionarea filmului fotografic (n cazul penetranilor radioactivi);

s fie stabili n timp (pentru penetranii colorai sau fluoresceni);

s aib un timp de njumtire rezonabil (pentru cei radioactivi);

s se ndeprteze cu uurin de pe suprafaa examinat (preferabil prin splare cu ap);

s nu fie coroziv sau duntor ntr-un alt fel fa de materialul piesei;

s nu fie toxic, exploziv sau inflamabil;

s aib un cost accesibil.

Developani

Se consider un developant bun acea substan care asigur depunere ntr-un strat ct mai uniform pe suprafaa examinat;

De asemenea, un developant bun trebuie s satisfac urmtoarele cerine:

extragerea ct mai bun a penetrantului din cavitile discontinuitilor;

asigurarea unui bun contrast ntre indicaia de defect i fond;

ndeprtarea uoar, dup examinare, prin splare sau tergere;

s nu afecteze materialul piesei examinate.

In componena unui developant se regsesc: oxidul de magneziu, silicagelul, zeolitul, talcul, creta, caolinul etc.

Dimensiunile granulelor pulberilor de developant variaz ntre 5si20 de microni.

2.3.Tehnica examinrii nedistructive prin metode capilare

Principial, examinarea cu lichide capilare parcurge urmtoarele etape:

a)pregtirea suprafeei ce va fi expus examinrii, materializat prin ndeprtarea impuritilor, degresarea suprafeei etc.;

b)depunerea penetrantului pe suprafa (penetrarea);

c)ndeprtarea excesului de penetrant, dup un timp tp denumit si timp de penetrare;

d)developarea;

e)examinarea propriu-zis, dup un timp td denumit si timp de developare.

2.3.1.Pregtirea suprafeei pentru examinare

Se acord o atenie deosebit curirii suprafeei de examinat. Astfel, prezena impuritilor solide precum aglomerrii de oxizi, zgur, nisip, praf, pot crea indicaii false. Dimpotriv, existena pe suprafa a grsimilor, uleiurilor etc., pot modifica gradul de penetrabilitate sau pot camufla defecte deschise de suprafa.

Metodele cele mai puin recomandabile n pregtirea suprafeelor sunt:

curirea mecanic (slefuire cu substane abrazive);

sablarea.

de culoare (de obii ntr-un caz i n cellalt defectele deschise de suprafa pot fi obturate, iar detecia este neconcludent.

Metode propice de curare sunt:

insuflarea de aer sub presiune;

splarea cu jet de ap;

splarea cu solveni organici;

splarea cu detergeni, care nu interacioneaz cu materialul controlat;

decaparea cu baze nclzite sau acizi parcurgnd etapele: degresare (neutralizare) decapare splare cu ap neutralizare splare cu ap uscare;

curarea electrochimic;

curarea cu ultrasunete.

Dup curirea printr-una din metodele de mai sus, se recomand uscarea suprafeelor n jet de aer cald. Uscarea aplicat naintea examinrii are ca scop ndeprtarea urmelor de soluii de curire sau de ap de pe suprafeele piesei precum i din cavitile discontinuitilor.

In afar de uscarea n jet de aer cald se mai pot utiliza i uscri lente n aerul nconjurtor, nclzirea n cuptor sau n dulapuri de uscare cu aer cald.

De asemenea, foarte eficiente sunt nclzirea la temperaturi ridicate n vid sau n mediu de gaze protectoare. Aceste dou din urm metode de uscare asigur o penetrare eficient n defecte extrem de fine de ordinul nanometrilor.

2.3.2.Aplicarea penetrantului

Penetrantul poate fi aplicat prin pulverizare, imersare, prin pensulare sau prin reinere electrostatic.

Aplicarea prin pensulare este cea mai simpl i cea mai la ndemn att n examinri din domeniul cercetrii tiinifice, ct i din domeniul industrial, acolo unde nu se pretinde o productivitate ridicat;

Aplicarea prin pulverizare este cea mai des utilizat. Pulverizarea se poate face:

mecanic, la presiune nalt (5 ( 105 250 ( 105 Pa);

cu aer comprimat (3 ( 105 6 ( 105 Pa);

spray.

Aplicarea prin pulverizare n cmp electrostatic este similar vopsirii n cmp electrostatic i asigur un strat de penetrant de o uniformitate remarcabil.

Aplicarea prin imersie impune existena unor bi cu penetrant destinate numai examinrii cu lichide penetrante. Se recomand produciei n serie.

Temperatura de penetrare nu poate fi mai mic de 5(10C ntruct de la aceast temperatur n jos, ncepe s creasc vscozitatea. De asemenea, nu trebuie s depeasc 50(60C, ntruct de la aceast temperatur n sus ncepe degradarea penetrantului, cu toate c o temperatur ridicat presupune o dilatare a cavitilor i o capilaritate mai ridicat a penetrantului.

Timpul de penetrare este n funcie de calitatea penetrantului, de tipul materialului examinat i de temperatur. La temperatura mediului ambiant, timpul de penetrare se situeaz ntre 5(20 minute. La materialele plastice, timpul de penetrare este ntre 5(10 minute. La materiale metalice, timpul de penetrare este ntre 15(20 minute. De la caz la caz, timpul de penetrare poate fi i mai ndelungat, cum este cazul oelurilor austenitice, la care timpul de penetrare poate fi i de 1(2 ore.

Dac examinarea se face la temperatur mai sczut, timpul de penetrare crete.

Indeprtarea excesului de penetrant se efectueaz dup scurgerea timpului de penetrare. Se urmrete ndeprtarea complet a penetrantului de la suprafaa piesei, astfel nct s nu fie ndeprtat i penetrantul din cavitile cu defecte. O splare excesiv poate s duc la scoaterea penetrantului din discontinuiti, ceea ce conduce la falsificarea examinrii, dar o splare insuficient face s rmn penetrant pe suprafa.

Pentru penetranii solubili n ap excesul de penetrant se poate nltura prin cltire sau stropire cu jet de ap i tergere cu tampoane din materiale textile fr scame.

Pentru penetranii solubili n solveni organici se terge excesul de penetrant cu tampoane textile fr scame iar restul de penetrant rmas se ndeprteaz prin tamponarea sau pulverizarea atent i discret cu solvent, urmat de tergerea cu material textil uscat. Se va evita splarea excesiv.

.

2.3.3.DevelopareaDepunerea developantului pe suprafata controlata trebuie s fie fcut n strat uniform, subtire, fr depozite sau aglomerri locale de pulbere. Developantul poate fi depus n stare uscat sau sub form de suspensie.

Developanii pulbere se aplic prin presrare, cernere sau pulverizare.

Developanii suspensie se aplic prin imersare, pulverizare sau pensulare.

Timpul de developare este situat n domeniul (0,3(1) din timpul de penetrare.

2.3.4.Examinarea. Interpretarea rezultatelor

Examinarea se poate face, n funcie de tipul penetrantului n lumin alb sau n lumin ultraviolet, dup caz.

Pentru examinarea n lumin alb, se recomand lmpi de 80100W cu o iluminare de 500 lux la 1 m distan de suprafaa de examinat. Poziionarea lmpii trebuie s fie astfel nct s nu apar umbre, defecte false sau defecte parazite.

Pentru examinarea n lumin ultraviolet, se recomand ncperi ntunecate i o iluminare de maximum 30 lux.

In situaia interpretrii rezultatului pot aprea:

indicaii neconcludente, care pot fi datorate:

degresrii insuficiente,

penetrare n exces,

developant n exces sau dimpotriv, insuficient,

penetrani diluai,

developant alterat sau slab absorbant.

indicaii false, care se pot datora:

existenei crustelor pe suprafaa examinat,

existenei unor denivelri sau rugozitate excesiv.

Prezena unei cantiti de penetrant pe fondul developantului indic posibilitatea existenei unei discontinuiti.

Indicaiile relevante se grupeaz n:

indicaii liniare,

indicaii rotunjite sau eliptice.

Mrimea discontinuitii poate fi aproximat numai imediat dup aplicarea developantului. Dup marcarea locului de defect urmeaz examinarea vizual n vederea stabilirii naturii sale, iar apoi curirea suprafeelor de penetrant i developant.

Examinarea se recomand a se face n cteva etape, astfel:

o observare dup circa 1 minut de la nceperea developrii. In aceast faz se pot pune n eviden defectele cu deschidere mare, precum i indicaiile false sau neconcludente;

observri dup 5; 15; 30 minute, ocazii cu care se pot pune n eviden defecte din ce n ce mai fine.

Dup efectuarea examinrii i interpretrii rezultatelor, acestea se trec ntr-un buletin de analize i rezultate.

Piesa se curate cu jet de apa si se usuca in final.

2.4.Sensibilitatea metodei

Stabilirea sensibilitii se poate face prin comparaia cu indicaiile pe etaloane cu discontinuiti practicate artificial de dimensiuni cunoscute.

Se recomand realizarea de piese de tipul etaloanelor imitatoare de fisuri realizate din materialul similar cu al piesei (pieselor) examinate (fig. 2.6.a, b).

Spaiile marcate cu A n figurile 2.6,a, b se asimileaz cu o fisur si se pot regla cu ajutorul uruburilor de strngere.

Figura 2.6.Exemple de etaloane utilizate n examinarea cu lichide penetrante:

a)Etalon Miller; b)Etalon Johansson.

Sensibilitatea absolut se definete ca valoarea dimensional a celui mai mic defect detectabil i poate depinde de doi parametri, definii ca fiind:

8.4.1

Principalele metode de control cu lichide penetrante sunt:

metoda colorrii, la care contrastul pentru revelarea defectelor este un contrast

metoda fluorescent, la care contrastul pentru revelarea defectelor se obine prin examinarea n lumin ultraviolet

metode radioactive, la care evidenierea discontinuitilor de suprafat se realizeaz prin impresionarea unui film de ctre substantele radioactive introduse n soluia folosit ca penetrant .

.

Figura 2.7.Ilustrarea dependenei sensibilitii geometrice de tipul penetranilor alei.

Factorii care influeneaz sensibilitatea examinrilor cu lichide penetrante sunt:

calitatea materialelor folosite;

starea suprafeelor pregtite pentru examinare;

operaiile anteriocei rou pe fond alb);

-timpul de penetrare

-timpul de developare

-temperature de lucru

-modul de iluminare a suprafetei in timpul examinarii

-experienta examinatorului

CAP. III PRINCIPII FIZICE ALE EXAMINRILOR

NEDISTRUCTIVE MAGNETICE METODE DE EXAMINARE

NEDISTRUCTIV CU PULBERI MAGNETICE

3.1. Generaliti

La sfritul secolului al XIX-lea rsted descoperea relaia cauzal dintre curentul electric i magnetism.

Intensitatea cmpului magnetic depinde, n cazul conductorilor drepi, de intensitatea I a curentului electric i de distana r pn la axa conductorului strbtut de curent

3.1.1

Pentru o bucl circular de diametru d, intensitatea cmpului magnetic este:

3.1.2

Pentru o bobin cu n spire de diametru d i lungime l, intensitatea cmpului magnetic va fi:

3.1.3

In toate cazurile intensitatea cmpului magnetic are ca unitate de msur n Sistemul Internaional de Msuri i Uniti, Amperul/metru (A/m).

Fluxul magnetic ( se msoar n Weberi (Wb) sau V(s iar inducia electromagnetic B se msoar n Tesla (T).

3.2. Materiale magnetice

Din punctul de vedere al magnetizrii materiale magnetice sunt: dia , para , fero , antifero , sau ferimagnetice.

Pentru a descrie caracteristicile acestor tipuri de materiale trebuie s determinm tangenta unghiului de pierderi i permeabilitatea complex.

3.2.1. Materialele feromagnetice

Materialele feromagnetice se caracterizeaz prin i

Din punct de vedere microscopic, spre deosebire de substanele paramagnetice, momentele magnetice proprii n substanele feromagnetice nu sunt distribuite haotic.

In starea de nemagnetizare, un corp feromagnetic se prezint macroscopic ca un tot nemagnetic i nepolarizat.

Cele mai cunoscute substane feromagnetice sunt: fierul, cobaltul, nichelul, gadolinium, aliajele i compusii acestora.

La aceste substane, relaiile:

i

3.2.19

au pe i ca funcii variabile dependente de intensitatea cmpului magnetic, H, iar permeabilitatea magnetic relativ poate lua valori foarte mari, de ordinul a

Privind la microscop, o plachet lefuit din material feromagnetic pe care se depune pulbere fin magnetic, se remarc separaia n domenii magnetice spontane, denumite i domenii Weiss. Grosimea pereilor care separ dou domenii Weiss este de 50(50000 constante de reea. Aceti perei se numesc perei Bloch (fig. 3.9).

In pereii Bloch ai materialelor feromagnetice tranziia de la o valoare i un sens al magnetizrii ctre cea din zona celuilat domeniu Weiss se face prin schimbarea treptat a orientrii momentelor magnetice (nu prin micorarea valorii lor) aa cum se arat n figura 3.9,b.

La valori reduse ale intensitii cmpului magnetic, denumite i cmpuri slabe, efectul este reversibil iar pereii domeniilor se deplaseaz, extinzndu-se n mod deosebit domeniile cu orientare magnetic spontan orientate favorabil fa de cmpul extern (fig. 3.10). La dispariia cmpului, pereii care s-au deplasat elastic revin la poziia iniial, deci este vorba de un proces reversibil.

Figura 3.9. a) Prezentare schematic a magnetizrii spontane n domeniile elementare; b)Detaliu privind trecerea treptat a magnetizrii spontane dintr-o direcie spre cealalt n interiorul peretelui Bloch.

Figura 3.10. Dependenele B(H), ((H), (m(H) pentru o substan feromagnetic

.La cmpuri mai intense apar deplasri ireversibile ale pereilor Bloch prin salturi (efect Barkhausen) care extind mult unele domenii n defavoarea altora, conducnd i la dispariia unor perei. Domeniul ireversibil de pe diagrama din figura 3.10, B=B(H) se extinde pn cnd toate domeniile Weiss ating aceeai orientare magnetic sau aproximativ apropiat cu orientarea cmpului extern. In zona 3 a curbei B=B(H) din figura 3.10, mai rmn acele domenii Weiss care au avut orientri diametral opusecualecmpului exterior. Prin cresterea valorii cmpului exterior si acestea din urm se rotesc n sensul liniilor de cmp ale cmpuluiexterior.Zona3secaracterizeazaprin evoluie lent pn la o valoare maxim a induciei, denumit si inducie de saturaie, Bs. La temperatura Tc, denumit i temperatura Curie, ordinea feromagnetic dispare, materialul rmnnd paramagnetic.

Magnetizarea variaz n continuare cu temperatura dup o lege de tip Curie-Weiss

3.2.20

unde: Tc este temperatura Curie,

C constanta Curie-Weiss.

Liniile de cmp sunt puternic distorsionate de prezena unei substane feromagnetice (figura 3.12).

Figura 3.12. Deformarea liniilor de cmp magnetic extern la interacia cu o pies feromagnetic.

Magnetizarea si demagnetizarea pieselor feromagnetice n raport cu intensitatea cmpului magnetic aplicat se pot descrie cu ajutorul curbelor de magnetizare (fig. 3.13), care prezint efectul de histerezis.

Figura 3.13. Mrimi caracteristice ale curbei de histerezis:

Bs inducia de saturaie,

Br inducia remanent,

Hc intensitatea cmpului coercitiv,

Ph pierderea prin histerezis.

Parametri importanti sunt si permeabilitatea magnetic relativ definit ca

3.2.21

precum si permeabilitatea diferenial definit ca:

3.2.22

ca si permeabilitatea relativ reversibil

3.2.23

Suprafata buclei de histerezis (fig. 3.13), Ph, corespunde pierderilor datorate fenomenelor de magnetizare-demagnetizare.

In cazul examinrilor nedistructive cu pulberi magnetice, se tinde s se aleag o intensitate a cmpului de magnetizare care s corespund unei permeabilitti magnetice maxime, cci cu ct este mai mare permeabilitatea, cu att este mai mare cmpul de dispersie (de scpri) de deasupra unei fisuri i cu att mai usor se pot magnetiza marginile care delimiteaz fisurile pieselor.

Figura 3.14. Refracia liniilor de for magnetic.

Trebuie precizat c la trecerea dintre medii componenta tangenial a intensitii cmpului magnetic i componenta normal a induciei au un caracter continuu.

Se observ c la interfaa a dou medii cum ar fi aerul i fierul exist raportul:

3.2.25

adic deci ceea ce explic formarea fluxului magnetic de dispersie deasupra unei fisuri de la suprafaa unei piese feromagnetice (fig. 3.15 i fig. 3.16).

Figura 3.15. Ilustrarea apariiei cmpului de scpri la suprafaa unei discontinuiti deschise (fisur).

De asemenea, aceeai lege explic acumulrile de pulbere magnetic i implicit apariia unor cmpuri de scpri la limita de structur (dintre un material clit i unul neclit) adic ntre un material neferomagnetic i unul cu feromagnetism pronunat.

Figura 3.16. Tipuri de discontinuiti i limitele punerii n valoare pe baza cmpurilor de scpri.

Mrimea Hc din figura 3.13, care se numete i for coercitiv sau cmp coercitiv, depinde de un mare numr de factori, ca: natura mate-rialului, omogenitatea i densitatea sa, geometria piesei, intensitatea cmpului iniial etc.

De asemenea, Br, inducia remanent, este dependent de: caracteristicile magnetice ale materialului, intensitatea cmpului aplicat, direcia de magnetizare, geometria piesei etc.

3.3. Tipuri de examinri nedistructive magnetice

In funciedemodulncaresuntpusenevidenacmpurile magnetice de scpri, metodele magnetice de examinare nedistructiv se mpart n:

metode cu pulberi magnetice, care pun n eviden cmpurile de scpri cu ajutorul unor pulberi din particule feromagnetice, care se aglomereaz n aceste zone;

metode magnetografice, la care se nregistreaz prezena cmpului magnetic de scpri pe o band magnetic. Ulterior, aceasta este analizat iar datele furnizate sunt prelucrate informatic.

metode cu ferosonde, care nregistreaz gradientul cmpului magnetic de scpri cu ajutorul unei sonde n micare, ce transform mrimile magnetice n mrimi electrice, mult mai uIor de prelucrat si de interpretat.

Inrudite cu metodele electromagnetice,darbazate pe legea induciei sunt si metodele de investigaie cu cureni turbionari.

In capitolele urmtoare vor fi analizate, pe larg, diferite metode magnetice de examinri nedistructive.

3.4.Tipuri de magnetizri

In activitatea curent exist o mare diversitate de metode de magnetizare, care folosesc aproape n exclusivitate curentul electric.

Astfel, se deosebesc:

magnetizri n curent continuu;

magnetizri n curent alternativ;

magnetizri n curent pulsatoriu.

In funcie de modul de producere a cmpului magnetic n piesa examinat, magnetizarea se poate realiza:

prin introducerea piesei ntr-un cmp magnetic;

prin trecerea curentului electric prin pies.

Magnetizarea pieselor bazat pe folosirea magneilor permaneni constituie o excepie.

In funcie de direcia linilor cmpului n raport cu o ax de simetrie a piesei examinate, cmpul magnetic poate fi:

longitudinal;

transversal.

De aici deriv trei tipuri principale de magnetizare i anume:

3.4.1.Magnetizarea liniar

Magnetizarea liniar, are loc atunci cnd direcia cmpului magnetic este paralel cu axa longitudinal (fig. 3.4.1).

Figura 6.1. Tipuri principale de mangnetizare longitudinal:

a) cu magnet permanent; b) cu electromagnet; c) prin introducerea piesei ntr-un solenoid.

3.4.2. Magnetizarea transveral

Magnetizarea transveral are loc atunci cnd cmpul magnetic urmrete conturul periferic al piesei (fig. 3.4.2).

Figura 6.2. Tipuri principale de magnetizare transversal: a)prin trecerea axial a curentului electric prin pies (cu contacte fixe); b)cu conectori mobili; c)cu ajutorul unui conductor strbtut de curent introdus prin piesa examinat.

3.4..3.Magnetizarea mixt

Magnetizarea mixt const n aplicarea simultan a unei magnetizri transversale i a uneia longitudinale.

Fiecrui tip de magnetizare i este specific detectarea unui anumit tip de discontinuiti dac au o orientare favorabil respectivei magnetizri (fig.3.4.3).

Figura 3.4.3.Punerea n eviden a discontinuitilor n funcie de tipul de magnetizare: a)magnetizare longitudinal; b)magnetizare transversal.

1 indicaie sigur;

2 nu se obine indicaie;

3 indicaie sigur;

4 indicaie cu ambiguiti (incert).

In acelai timp exist, ns, defecte cu orientare defavorabil care scap detectrii. In acest sens se apeleaz la:

magnetizarea mixt;

inversarea polilor magnetici prin inversarea curenilor electrici;

mrirea gradului de magnetizare n zonele cu indicaii ambigue etc.

3.4.4.Magnetizarea n cmp alternativ

Deoarece aparatele moderne de examinare cu pulbere magnetic folosesc aproape n exclusivitate curentul alternativ se impune studierea fenomenelor fizice care particip la aceasta.

Spre deosebire de examinrile n curent continuu, la magnetizrile n curent alternativ, att mrimile electrice, ct i cele magnetice variaz periodic, cu frecvena curentului alternativ aplicat.

Tensiunea de inducie este dat de legea lui Faraday

3.4.1

unde n estenumrul de spire al bobinei;

i viteza de variaie a fluxului magnetic.

Dar

3.4.2

de unde, nlocuind (3.4.2) n (3.4.1), rezult

3.4.3

Din relaia

3.4.4

deducem

3.4.5

Mrimea

3.4.6

n care recunoatem inductana bobinei, se mai numete i coeficient de autoinducie.

Tangenta decalajului de faz, (, are valoarea

3.4.7

unde este pulsaia,

f frecvena,

R rezistena electric.

Aplicarea cmpurilor magnetice alternative, mai ales n piese feromagnetice masive, se manifest i prin apariia unei reaciuni, adic apariia unor cmpuri de sens contrar celor create de curentul electric. Aceste cmpuri de reacie se localizeaz spre exteriorul piesei, respectnd relaiile lui Maxwell (3.1.9) i (3.1.10) i purtnd numele de cureni peliculari sau cureni turbionari.

Concentrarea la suprafa a liniilor de cmp magnetic, n cazul magnetizrii n curent alternativ este avantajoas pentru controlul cu pulberi magnetice. Chiar n cazul examinrii pieselor feromagnetice cu geometrie complicat, cmpul se distribuie uniform, iar magnetizarea remanent rmne n stratul din apropierea suprafeei. Pe de alt parte demagnetizarea este mult mai simpl dect n cazul magnetizrii cu curent continuu sau cu magnei permaneni.

3.4.5Procedee de demagnetizare

Demagnetizarea ulterioar examinrilor este necesar i obligatorie ntruct magnetismul remanent din pies poate induce tensiuni interne, dificulti de prelucrare, perturbarea funcionrii aparatelor electromagnetice, creterea susceptibilitii la coroziune etc.

Se recomand demagnetizarea cu ajutorul acelorai instalaii care au produs magnetizarea pentru examinare.

Pentru piesele magnetizate longitudinal n curent continuu, se aplic un cmp contrar pn la anularea induciei n pies. Dup ncetarea acestui cmp i decuplarea de la pies, domeniile magnetice revin la ultima orientare i, practic, piesa rmne parial magnetizat.

O alt metod se bazeaz pe aplicarea unui cmp alternativ descresctor, prin micorarea curentului pn la anularea buclei de histerezis. Aceast metod nu se aplic pentru piese de dimensiuni sau gabarite mari. Pentru demagnetizri longitudinale n curent continuu se poate aplica un curent de sens contrar celui iniial de magnetizare. Ulterior se schimb polaritatea i se scade valoarea noului curent de magnetizare. Etapele se succed prin schimbarea polaritii i diminuarea pn la anulare a curentului electric.

Acolo unde este posibil n procesul tehnologic se poate aplica o metod de magnetizare cu bune rezultate i anume ridicarea temperaturii n cuptoare cu temperatur controlat pn la atingerea strii paramagnetice urmat de o rcire foarte lent. Domeniile magnetice se vor reorienta n poziiile avute naintea magnetizrii i astfel, pe ansamblu, corpul va deveni nemagnetic.

3.5.Examinarea nedistructiv cu pulberi magnetice

3.5.1.Tipuri de pulberi magnetice

Detecia discontinuitilor la suprafaa corpurilor magnetizate se realizeaz prin depunerea unor pulberi feromagnetice i aglomerarea acestor particule n zona discontinuitilor.

In funcie de modul de depunere a pulberii pe suprafaa piesei ce urmeaz a fi examinat, se deosebesc dou grupe de metode de examinare:

metode uscate, n care pulberea are ca agent purttor aerul iar depunerea se face prin pulverizare sau cernere;

metode umede, n care pulberea are ca agent purttor un lichid iar depunerea se face de regul prin pulverizare i mai rar prin pensularea suspensiei magnetice.

Metodele uscate se recomand a fi utilizate pentru examinarea suprafeelor cu rugozitate mare i pentru detecia discontinuitilor de la suprafaa pieselor magnetizate. Pulberile, odat folosite nu se colecteaz n vederea reutilizrii.

Pe de alt parte, prin pulverizarea lor n atmosfer pot afecta sntatea examinatorilor sau a personalului existent n zon.

Metodele umede sunt indicate pentru detecia discontinuitilor fine de suprafa i din imediata apropiere a suprafeei.

Indiferent de modul n care se utilizeaz, pulberile magnetice sunt materiale feromagnetice cu permeabilitate magnetic mare. In mod uzual, sunt folosii oxizi de fier de tip Fe3O4, Fe2O3 etc. precum i compui compleci cu ioni de Fe, Co, Ni, Gd.

Forma particulelor de pulbere magnetic poate fi granular, sferic sau acicular iar dimensiunile acestora sunt ntre 0,1 i100 (m.

Pulberile pot fi colorate prin adugare de pigment (galben, rou, negru etc.) sau pot fSuspensiile magnetice, denumite impropriu i lichide magnetice, sunt folosite n metodele umede. Acestea se obin prin dispersarea pulberilor feromagnetice normale, colorate sau fluorescente n derivai ai petrolului (petrol lampant sau amestecuri ale petrolului lampant cu uleiuri minerale, white-spirt etc.) sau n ap.

De regul, firmele productoare dau indicaii privind proporiile de pulbere magnetic n agentul purttor.

Un avantaj n cazul metodelor umede apoase const n diminuarea riscului fa de incendii precum i protecia fa de posibile dermatoze. Un alt avantaj n constituie preul relativ sczut al apei.

Ca dezavantaje pentru situaia folosirii apei ca agent purttor se pot enumera: coroziunea instalaiilor de examinare precum i a pieselor examinate; aderen relativ insuficient cu suprafaa pieselor; limite n asigurarea unei omogeniti satisfctoare a lichidului magnetic. Nu n ultimul rnd, mediul umed poate crea probleme serioase instalaiilor electrice.

Fisurile adnci produc indicaii bune la o concentraie sczut a pulberii si, dimpotriv, o concentratie mai ridicat va pune n eviden defectele fine.Se recomand ca vscozitatea cinematic s se incadreze de la,112 mm2/s la 20C. O vscozitate excesiv mpiedic formarea indicaiilor.

3.5.2.Tehnica examinrii cu pulberi magnetice

Principalele operaii care alctuiesc o tehnic de examinare nedistructiv cu pulberi magnetice sunt:

a)pregtirea suprafeelor piesei de examinat;

b) magnetizarea piesei;

c)aplicarea pulberii magnetice;

d)interpretarea rezultatelor;

e) demagnetizarea piesei.

Din punctul de vedere al pregtirii suprafeelor piesei de examinat se au n vedere eliminarea urmelor de substane grase, care pot altera aderena sespensiilor umede sau, dimpotriv, pot mpiedica aezarea dup liniile de cmp a pulberilor uscate, precum i impuritile, depunerile, rezultatele coacerilor etc., care pot conduce la indicaii false. cu aceast ocazie se va proceda i la demagnetizrile remanente probabil existente mai ales n piese prelucrate pe maini cu sistem de prindere magnetic.

Sub aspectul magnetizrii se ine seama de geometria piesei i de discontinuitile probabile ce pot fi detectate ntr-o anume zon sau per ansamblul piesei.

Se recomand n acest sens respectarea urmtoarelor principii:

pentru piesele n form de disc se aplic magnetizarea n dou etape, prin rotirea cmpului la 90;

pentru piesele inelare magnetizarea se face circular prin introducerea axial a unui conductor electric aa cum este indicat n figura 6.2,c;

pentru arbori cotii sau piese cu geometrii complicate se apeleaz la magnetizri mixte, longitudinale i transversale (fig. 6.2,a i b);

pentru table sudate se recomand magnetizri de tipul celei din figura 6.2,b;

pentru zone de col se apeleaz la electromagnei cu poli rabatabili.

Aplicarea pulberii magnetice se face pe baza recomandrilor fabricantului, distribuit ct mai uniform pe ntreaga suprafa de examinat i n cantitatea strict necesar.

Pentru pulberile uscate se utilizeaz pulverizarea cu aer comprimat. curentul de aer trebuie s aib vitez sczut. Calitatea depunerii depinde de construcia pulverizatorului precum i de distana dintre acesta i suprafaa piesei. Surplusul de pulbere se ndeprteaz, de asemenea, cu un jet de aer curat a crui presiune trebuie s fie astfel reglat pentru a nu elimina complet pulberea de pe suprafaa piesei. De regul, fabricantul de pulbere uscat indic n prospect presiunea aerului i distanele optime.

La metodele umede, aplicarea suspensiei magnetice se face prin spray, prin imersie i mai rar prin pensulare.

Sub aspectul interpretrii rezultatelor se urmresc aglomerrile de particule, care poart numele de indicaie. Indicaiile pot proveni de la o discontinuitate real, caz n care se numesc indicaii relevante sau pot proveni de la tehnici de magnetizare defectuoase, suprafee cu impuriti, geometrii ale pieselor care pot induce ambiguiti, caz n care se numesc indicaii false.

Indicaiile pe baza crora nu se poate stabili existena unor discontinuiti reale, poart numele de indicaii neconcludente. In acest caz se recomand reluarea examinrii.

Cu alte cuvinte, nu orice indicaie arat existena unui defect sau a unei discontinuiti de structur. In acest caz trebuie s se analizeze factorii care ofer informaii suplimentare i cu ajutorul crora s se poat da un verdict corect al diagnosticului.

Astfel, trebuie s se in seama de:

materialul piesei i caracteristicile sale fizice;

tehnologia de realizare a piesei i de discontinuitile probabile pe care le poate genera;

aspectul si localizarea indicaiei.

Tipurile de discontinuiti pot fi:

alungite;

rotunjite;

grup de discontinuiti.

Din punct de vedere practic putem deosebi:

depuneri sub form de linii frnte sau drepte care pot fi rezultatul unor fisuri tehnologice, de oboseal sau provenite de la o sudare cu rcire rapid;

grupuri sau singulariti de linii scurte curbe sau drepte ce pot indica existena fulgilor sau exfolierilor; existena unor segregaii pe fibrajul piesei se manifest prin apariia unor fisuri fine cu linii drepte sau foarte uor curbate;

indicaii neconcludente asemntoare fisurilor, dar care pot fi rizuri de rectificare apar ca reea fin de linii paralele transversal pe direcia de rectificare;

indicaii neconcludente de tip coaj de portocal pot fi rezultatul unei rugoziti grosiere (Ra > 12,5 (m) caracteristic pieselor turnate sau matriate;

indicaii rotunjite pot fi puse pe seama porilor de suprafa sau a suflurilor alungite situate n apropierea suprafeei.

Criteriile de admisibilitate sau rejecie n situaia punerii unui diagnostic sunt reglementate prin norme, standarde sau recomandri la nivel de tehnolog, de comunitate, zonal, naional sau internaional.

La stabilirea diagnosticului se va ine seama nu numai de litera legii, ci si de eforturile la care va fi supus piesa ulterior.

Astfel, dac n norm se d ca admisibil o indicaie de o anume dimensiune, dar dac piesa urmeaz s fie o component important ntr-un angrenaj sau un utilaj de mare periculozitate sau care va lucra cu substane care ar putea pune n pericol mediul sau populaia dintr-o zon, este de preferat ca examinatorul s reia controlul sau, si mai indicat, s recomande remedierea, iar acolo unde nu este posibil, s dea diagnostic de rebutare a piesei.

Dup interpretarea rezultatelor, piesa rmne magnetizat. Asa cum s-a discutat n capitolul anterior magnetizrile remanente pot conduce la evoluii ale discontinuitilor sau la accelerarea coroziunilor fisurate.

Demagnetizarea este, deci, un proces extrem de important si imperios necesar a se aplica dup terminarea controlulul. Aceasta presupune reducerea gradului de magnetizare la minimum posibil aa cum s-a prezentat n capitolul anterior.

Ca metode de demagnetizare sunt cunoscute:

demagnetizarea cu bobin n curent alternativ;

demagnetizarea cu bobin alimentat n curent continuu;

demagnetizarea cu jug magnetic;

Pentru detalii privind aceast problem se poate consulta si lucrarea profesorului Vollcer Deutsch Controlul fisurilor cu pulbere magnetic. Principii si practic [16].

3.5.3. Sensibilitatea examinrilor cu pulberi magnetice

Metodele de examinare cu pulberi magnetice sunt metode de msur cu citire direct. Stabilirea sensibilitii se face prin comparare cu mrimi sau etalonare de referin lund n considerare:

deschiderea celei mai mici indicaii relevante sesizabile prin metoda respectiv;

adncimea maxim de la care se pot obine indicaii relevante de o anumit dimensiune.

In principiu, pot fi detectate discontinuiti deschise de suprafat de 12 (m, precum i discontinuiti situate la adncimi de 310 mm fa de suprafata piesei n functie de tipul si de intensitatea de magnetizare.

Putem concluziona c sensibilitatea examinrii cu pulberi magnetice depinde de:

direcia cmpului magnetic;

felul si mrimea curentului electric folosit la magnetizare (curent continuu, curent alternativ, curent pulsant, absena curentului electric prin folosirea magneilor permaneni etc.);

felul metodei de control (umed sau uscat);

configuraia geometric a piesei examinate;

momentul ntreruperii curentului de magnetizare;

caracteristicile pulberilor magnetice;

poziia suprafeei examinate (orizontal, nclinat, vertical etc.);

modul de examinare (cu lumin alb sau ultraviolet);

calitile si experiena examinatorilor.

CAP. IV PRINCIPII FIZICE ALE EXAMINRILOR NEDISTRUCTIVE

ULTRASONICE

4.1.Oscilaii i unde. Definiii. Caracteristici generaleAa cum se tie, micarea alternativ a unui mobil ntre dou limite simetrice fa de poziia sa de echilibru poart denumirea de micare oscilatorie.

Dac sistemul oscilant este format dintr-o mulime de corpuri (sau particule materiale), atunci oscilaia fiecruia se transmite i la celelalte particule din aproape n aproape sub form de unde elastice.

Parametrii importani care caracterizeaz undele sunt:

frecvena (Hz),

lungimea de und (m),

viteza sunetului (m/s),

presiunea sonic (N/m2)

amplitudinea (m),

elongaia (m).

Tipuri de unde:

a)unde longitudinale la aceste tipuri de unde direcia de micare a particulelor coincide cu direcia de propagare a undei . Undele longitudinale se propag n medii solide, lichide i gazoase.

b)unde transversale se caracterizeaz prin faptul c direcia de oscilaie a particulelor mediului este perpendicular pe direcia de propagare a undei. Propagarea are loc n medii solide.

c)unde de suprafa (unde Rayleigh) sau unde seismice

Apar la suprafaa corpurilor de dimensiuni mari, la interfaa solid-gaz sau lichid-solid. Modelul de propagare este similar cu cel al aruncrii pietrei n ap, doar c traiectoriile nu sunt circulare, ci eliptice . Puterea de ptrundere n mediul solid este de doar civa milimetri.

Condiia necesar pentru ca acest tip de unde s apar este ca grosimea materialului investigat s fie mai mare dect lungimea de und ( iar suprafeele de separare dintre medii s fie caracterizate de impedane acustice diferite (oel-aer, esut tegumentar-aer etc.).

d)unde care apar n plci sau n tabled1)unde transversale de suprafa Sunt de tip bidimensional i se caracterizeaz printr-o atenuare mai mic dect a undelor longitudinale sau transversale de volum.

Acest tip de unde se propag i dup muchiile corpului investigat, ceea ce le face recomandabile la detecia i diagnoza discontinuitilor de suprafa.

Figura 4.4. Unde de suprafa.

d2)unde Lamb simetrice (sau de dilatare)

d3)unde Lamb asimetrice (sau de ncovoiere)

Aceste tipuri de unde apar pe plci subiri, evi sau table cu dimensiuni comparabile sau mai mici dect lungimea de und a ultrasunetelor.

4.2.Viteze sonice si alti parametri ai undelor

a)unde longitudinaleViteza longitudinal a undelor ultrasonice este de tipul:

4.2.1

unde E este coeficientul lui Young, iar

reprezint contracia/alungirea specific transversal longitudinal.

b)unde transversale

4.2.2

unde G este modulul de rigiditate de alunecare sau modulul de elasticitate transversal, iar

( densitatea mediului.

Pentru majoritatea corpurilor solide:

c)unde Lamb

4.2.3

unde: ( este unghiul de inciden,

viteza undelor longitudinale incidente,

viteza de faz a undelor Lamb,

f frecvena,

( lungimea de und a undei longitudinale

Ali parametri caracteristici care prezint interes pentru examinri nedistructive cu ultrasunete sunt:

Densitatea de energie acustic sau energia specific unitii de volum, w:

4.2.4

unde W este energia total a undei la un moment dat,

(V elementul de volum,

( densitatea mediului,

v viteza de faz,

p presiunea sonic,

u viteza undei la un moment dat

4.2.5

A elongaia maxim (amplitudinea),

( pulsaia.

Cantitatea de energie transportat de o und ntr-un timp dt, printr-un element de suprafa dS, perpendicular pe direcia de propagare a undei

4.2.6

Fluxul de energie este energia care strbate elementul de suprafa dS n unitatea de timp, adic:

4.2.7

Densitatea fluxului de energie este fluxul de energie prin unitatea de suprafa perpendicular pe direcia de propagare:

4.2.8

Intensitatea ultrasunetelor reprezint valoarea medie a densitii fluxului de energie.

Dac notm U = A(, rezult c presiunea acustic maxim se poate scrie:

4.2.9

4.2.13

De regul, ns, presiunea acustic P nu este n faz cu viteza particulei mediului care oscileaz, deci n domeniul complex, avem de-a face cu o impedan acustic specific.

4.2.10

Mrimile I, P, Ra, Za se numesc mrimi ultraacustice specifice.

4.3.Difracia si difuzia undelor ultrasonice

Undele ultrasonice prezint proprietatea de difracie (aparenta ocolire) a obstacolelor n mod asemntor cu undele electromagnetice. In cadrul examinrilor ultrasonice, obstacole pot fi discontinuitile pe care cutm s le punem n eviden, de regul prin variaii brute ale impedanei acustice, cum ar fi fisuri, pori, obturaii etc.).

Difracia este observabil dac discontinuitatea este comparabil cu lungimea de und. Fenomenul const n micorarea domeniului de umbr din spatele discontinuitii, perpendicular pe direcia de propagare.

Unghiul de difracie, pentru fante circulare de diametru D, este dat de relaia:

4.3.1

unde ( este lungimea de und a radiaiei ultrasonice.

Fenomenul de difracie a undelor se explic pe baza principiului lui Huyghens, potrivit cruia undele care se propag n afara unei suprafee nchise care conine sursa de oscilaie, sunt identice cu acelea care s-ar obine suprimnd aceast surs i nlocuind-o prin surse elementare separate, convenabil distribuite pe toat suprafaa i a cror nfurare constituie noul front de und. Consecinele fenomenului de difracie sunt evaluate de regul n cercetrile de finee, fiind neglijate n tehnicile curente de examinare ultrasonic.

In afar de fenomenul de difracie, la ntlnirea unui obstacol, intervine i fenomenul de difuzie a undelor, care se caracterizeaz prin aceea c o parte din energia ultrasonic este deviat de pe direcia de propagare.

Figura 4.7.Unde ultrasonice introduse ntr-o plac cu fee plan-paralele.

In figura 4.7, deschiderea a este dat de:

dac ( este exprimat n radiani.

Transmind unde ultrasonice sferice ntr-o plac de oel situat n aer, perpendicular pe una din feele ei orizontale, se observ c undele se vor reflecta pe suprafeele plcii (fig. 4.7), astfel c presiunea iniial p va deveni dup reflexii succesive:

pe peretele posterior

i

pe peretele anterior (fig. 4.8).

-Figura 4.8.Ilustrarea fenomenului de difuzie ntr-o plac de oel cu fee plan-paralele.

La trecerea unui front de und printr-o suprafa de separare a dou medii, acesta i schimb o parte din caracteristici, putnd fi focalizat sau mprtiat n cazul suprafeelor curbe sau modificndu-i parametrii (amplitudine, vitez, etc.) n funcie de caracteristicile de mediu ntlnite (fig. 4.9 i fig. 4.10).

Figura 4.9.Distorsiunea frontului de und sferic la trecerea unei unde ultrasonice din mediul ap n mediul oel.

Se remarc focalizarea undei n punctul A (fig. 4.9).

Figura 4.10.Distorsiunea undelor ultrasonice la trecerea printr-o suprafa curb ntre dou medii diferite (de impedane acustice diferite).

Discontinuitile ce trebuie detectate i identificate au forme i compoziii foarte diverse, putnd fi:

discontinuiti de material (structur intim, microfisuri intercristaline etc.);

discontinuiti cu proprieti acustice diferite (zgur, oxizi, materiale plastice ncorporate etc.).

In vederea evalurii acestor discontinuiti, se compar amplitudinea sau presiunea undelor reflectate de suprafaa lor cu amplitudinea sau presiunea undelor reflectate de suprafaa unor discontinuiti de referin, realizate artificial cu dimensiuni i structur cunoscute (fig. 4.11).

Dac o discontinuitate face un unghi ( cu axa fasciculului, o parte din energia acestuia este difuzat iar o parte difractat.

Notnd cu p presiunea undei incidente pe o discontinuitate circular de raz r i cu pr presiunea undei difuzate, presiunea rezultant va fi:

4.3.2

unde:

4.3.3

.

4.4.Atenuarea energiei ultrasonicMediul de propagare influeneaz parametrii fasciculului ultrasonic, astfel c o parte din energia acestuia se transfer mediului, ceea ce conduce la o atenuare a undei. De regul transferul de energie cedat mediului se soldeaz prin pierderi calorice.

Atenuarea are dou cauze principale: mprtierea i absorbia.

Imprtierea (difuzia) undei are loc pe structura discret a mediului de propagare sau pe diverse neomogeniti care modific traiectoria fasciculului ultrasonic.

Absorbia se manifest prin trecerea unei pri a energiei acustice n mediu sub form de cldur (pierderi calorice).

Neomogenitile care provoac mprtierea energiei sonice pot fi:

incluziuni dintr-un alt material,

pori, discontinuiti gazoase,

fisuri,

structura intim a materialului (izotropia sau, respectiv anizotropia mediului).

In cazul materialelor metalice dac dimensiunile cristalitelor sunt de 100 ( 1000 ori mai mici dect lungimea de und, atenuarea prin mprtiere este nesemnificativ, dar dac lungimea de und, (, este de circa 10 ori mai mare dect dimensiunile cristalitelor sau a componenilor sintetizai, avem de-a face cu o substan anizotrop, difuz, care va face ca investigaia ultrasonic s fie aproape imposibil de efectuat sau de interpretat.

Absorbia se produce prin fenomene precum:

pierderi de energie prin frecare intern (vscozitate),

conductibilitate termic,

radiaie termic,

fenomene de relaxare,

variaia energiei cinetice a moleculelor,

variaii de densitate,

difuzie datorit diferenei de presiune,

termodifuzie etc.

Ambele tipuri de pierderi constituie o piedic n interpretarea informaiei i stabilirea unui diagnostic. Absorbia poate fi combtut printr-o putere mrit a emitorului ultrasonic i printr-o amplificare mai mare a ecoului recepionat. Imprtierea este rezultatul a numeroase reflexii, care parcurg drumuri diferite n diferite durate de timp, perturbnd semnalele originale. Manifestarea acestor semnale parazite poart denumirea de iarb i poate uneori prin dimensiunile sale, s fac imposibil de detectat un semnal la msurare sau diagnosticare. In asemenea cazuri, se recomand investigarea cu o frecven ultrasonic mai redus.

Presiunea undei ultrasonice, depinde de atenuare i de distana dup o lege de tipul urmtor:

4.4.1

4.5.Reflexia i refracia undelor ultrasonice la suprafaa de separare a mediilor cu impedan acustic diferit

In practic nu avem de-a face cu medii infinite, omogene i izotrope. Cel mai adesea undele ultrasonice, n propagarea lor, ntlnesc suprafee de separare ntre medii caracterizate de impedane acustice diferite. La ntlnirea cu astfel de suprafee de separare se produc fenomene de reflexie i de refracie, ceea ce face ca o parte din energia ultrasonic s se reflecte i alta s ptrund n mediul cellalt. In unele cazuri suprafeele de separare a celor dou medii se comport ca oglinzi sau ca lentile, care afecteaz parametrii iniiali ai fasciculului ultrasonic.

S analizm reflexia i transmisia sub inciden normal.

In acest caz putem vorbi de dou medii de impedane acustice diferite, Z1 i Z2, separate printr-o suprafa plan (fig. 4.13).

Figura 4.13.Reflexia i transmisia la inciden normal.

Condiiile de continuitate la interfa, n orice moment sunt:

4.5.1

unde sunt presiunile sonice ale undei la inciden, transmise i, respectiv, ale celei reflectate, iar

vitezele sonice ale undei de inciden, transmise i, respectiv, ale celei reflectate.

Mrimile:

4.5.2

i

4.5.3

reprezint coeficienii de reflexie i, respectiv, cei de transmisie ai presiunii sonice.

Krautkrmer [5] arat c relaiile pentru R i D pot fi exprimate i n funcie de impedanele acustice ale mediilor strbtute de fasciculul ultrasonic, astfel:

i

4.5.4

De asemenea, aa cum artam n paragraful precedent, este mai intuitiv exprimarea raporturilor (4.5.2) i (4.5.3) n decibeli

4.5.5

Ilustrativ este exemplul comportamentului ultrasonic la interfaa oel-ap din figura 4.14.

Figura 4.14.Evoluia presiunilor ultrasonice la reflexia pe interfaa oel-ap i ap-oel.

In cazul n care Z1Z2 apare o diferen de faz ntre unda incident i cea reflectat, egal cu (. Acestei diferene de faz i corespunde jumtate din lungimea de und motiv pentru care se spune c reflexia are loc cu pierderea unui (/2.

Dac Z1=Z2, R = 0, nu exist reflexie, ntregul sunet trece n cel de-al doilea mediu i reciproc, dac Z1Z2, R = 1, D = 0.

Din bilanul ecuaiei presiunii sonice (2.5.1) mprind cu p0, rezult

4.5.6

adic

D = 1 + R.4.5.7

Intr-un mod similar se pune problema n cazul studiului Legii refraciei undelor transmise oblic pe suprafaa de separare a dou medii de impedane acustice diferite. Unda acustic ce se propag unghiular sufer la suprafaa de separare a dou medii un proces de descompunere n unde refractate i unde reflectate. Acestea, la rndul lor se descompun n cte alte dou componente, una de unde longitudinale iar cealalt de unde transversale (fig. 4.15).

Figura 4.15.Refracia i transformarea undelor:

LI unda longitudinal incident,

LR unda longitudinal reflectat,

LT unda longitudinal refractat (transmis),

TR unda transversal reflectat,

TT unda transversal refractat (transmis).

Conform legii lui Snell i utiliznd notaiile din figura 4.15, putem scrie:

4.5.8

unde este viteza undei longitudinale incidente, viteza undei longitudinale reflectate, , viteza undei transversale reflectate, viteza undei longitudinale transmise, viteza undei transversale transmise.

Deoarece viteza de propagare a undelor transversale este mai mic dect a undelor longitudinale, unghiurile fa de normal a undelor transversale reflectate i, respectiv, refractate vor fi mai mici dect cele ale undelor longitudinale (fig. 4.15).

Undele transversale sunt polarizate n planul de inciden.

Dac mediul 1 este gazos sau lichid iar mediul 2 este solid, nu apar unde transversale reflectate. Dac mediul 1 este solid iar mediul 2 este gazos sau lichid, nu apar unde transversale refractate. Dac ambele medii sunt solide, la inciden oblic apar toate undele.

Mrind unghiul de inciden, unghiul (2 de refracie a undei longitudinale refractate crete i poate deveni egal cu (/2, moment n care spunem c avem reflexia total a componentei longitudinale, n cel de-al doilea mediu propagndu-se numai unde transversale (fig. 4.16).

Figura 2.16.Reflexia total a undei longitudinale. Obinerea primului unghi critic.

Unghiul de inciden, pentru acest caz, se numete primul unghi critic.

Din legea lui Snell, cu sin (2 = 1, se obine:

4.5.9

sau

4.5.10

Mrind i mai mult unghiul de inciden se obine cel de-al doilea unghi critic, pentru care se obine reflexia total a undelor transversale (fig. 4.17).

Figura 4.17.Reflexia total a undei transversale. Obinerea celui de-al doilea unghi critic.

Rezultatul deriv tot din legea lui Snell:

4.5.11

sau

4.5.12

4.6.Generarea ultrasunetelor. Caracteristicile fasciculului ultrasonic

4.6.1.Generarea ultrasunetelor

Producerea i recepionarea oscilaiilor ultrasonice, continue sau n impulsuri (fig. 4.18), se face n general cu ajutorul unor plcue plane cu fee plan-paralele cilindrice sau paralelipipedice.

Figura 4.18.Exemplificarea emisiilor continue (a) i n impulsuri (b) la generarea ultrasonic.

Conform principiului lui Huyghens, din fiecare punct al unei suprafee emitoare pleac o und sferic, deci cmpul ultrasonic dintr-un punct oarecare din mediul de propagare reprezint suprapunerea dup amplitudine i faz a acestor unde elementare.

Lng suprafaa de emisie, punctele emitoare nu oscileaz n faz, astfel c forma cmpului n aceast zon este neuniform i mai ales neconcludent n msurtori. Aceast zon poart numele de cmp apropiat sau zon Fresnell.

In zona Fresnell frontul de und este paralel cu discul emitor, dar apar puternice variaii ale presiunii sonice cu distana. In aceste condiii, un semnal sonic provenit de la o discontinuitate poate s fie recepionat, sau poate da semnale false, eronate.

Figura 4.19.Ilustrarea apariiei cmpului apropiat i a cmpului ndeprtat la o surs ultrasonic circular.

In cmpul ndeprtat sau zona Fraunhofer, situat la distana N, mai sus formulat, dup ultimul maxim de interfa, suprafeele de und sunt sferice, avnd un centru comun cu cel al sursei de emisie ultrasonic. Presiunea sonic scade proporional cu 1/z ca i n cazul unei unde sferice, cmpul sonic se deschide iar energia sonic se distribuie pe o suprafa din ce n ce mai mare (fig. 4.19).

In zona Fraunhofer, presiunea sonic scade monoton cu distana, dup o lege de tipul

4.6.1

Pentru caracterizarea cmpului ndeprtat este suficient s se cunoasc la ce distane de axa central presiunea scade la jumtate (6 dB) sau la o esime (20 dB) fa de valoarea central:

4.6.3

r fiind raza emitatorului

4.6.2.Caracteristicile fasciculului ultrasonic

In controlul nedistructiv ultrasonic este esenial cunoaterea repartiiei cmpului n interiorul fasciculului ultrasonic.

Aceeai discontinuitate poate da un rspuns diferit dup modul n care este aezat n faa fasciculului, deci cunoaterea intim a structurii energetice a acestuia devine important.

Pentru a stabili distribuia energiei sonore n interiorul fasciculului se fac cteva ipoteze simplificatoare:

fiecare emitor oscileaz sinusoidal continuu n domeniul frecvenelor centrate pe f0;

toate punctele de pe suprafaa emitorului oscileaz n faz;

la nivelul suprafeei emitorului, amplitudinea emisiei este constant; Reprezentnd variaia presiunii acustice ntr-un plan meridian, se obine aa-numita diagram polar, care, pe lng fasciculul principal conine i lobi secundari (fig. 4.21, a). Prezena acestora din urm se datoreaz fenomenelor secundare, care au loc n imediata vecintate a suprafeei de transfer dinspre emitor i mediul de investigare i are ca rezultat formarea undelor superficiale.

Directivitatea emisiei ultrasonice este dat de divergena fasciculului, conform unei relaii de tipul (4.3.1)

unde: v este viteza undelor sonice,

f frecvena undelor,

D diametrul plcuei emisive (fig. 4.21,a,c).

Figura4.21.Cmpul sonic al unei plcue piezo disc circular.

a)reprezentare schematic,

b)presiunea sonic (n valoare absolut) pe axa median,

c)reprezentarea deschiderii unghiulare a cmpului sonic.

Se observ o legtur invers proporional ntre divergena (() i produsul dintre frecven i diametru (f(D), redat sugestiv i n figura 4.22. Directivitatea nu este influenat de felul reflectorului i, deci, divergena unui semnal reflectat pe un perete sau obstacol reflectorizant va fi egal cu divergena emisiei.

Figura 4.22.Dependena directivitii de diametrul plcuei emisive.

In figura 4.23 este prezentat sonograma tipic a unui palpator ultrasonic, (n cazul de fa, un palpator nclinat). Se remarc trei zone semnificative:

A zon de convergen sau de focalizare;

B zon de focalizare maxim de diametru cvasi-constant;

C zon divergent, de regul cea mai extins.

Figura 4.23.Sonograma tipic a unui palpator nclinat.

In zona de maxim focalizare i n prima parte a zonei divergente gradul de detectabilitate este maxim, att ca detecie n profunzime i localizare, ct i ca mrime minim de defect. In sonograma din figura 4.23 se observ o cretere a preciziei de detecie a defectului minim detectabil, de la 4 mm, n zona a, ctre 0,5mm n zona e. In zona f defectul minim detectabil este de circa 1 mm.

4.7. Constructia si functionarea palpatoarelor ultrasonic Palpatorul ultrasonic este alcatuit din traductorul piezoelectric propriuzis si ansamblul electric de conectarela aparat.Trebuie realizat incat zgomotul intern sa nu pertuturbe,prin semnale parazite false obtinute pentru anumiti parametri ai investigatiei.

Traductorul este dispozitivul care transforma energia electrica in energie mecanica si invers. Palpatoarele constituie ,in cadrul tuturor metodelor de control nedistructiv cu ultrasunete,cheia pentru obtinerea unui control optim calitativ si cantitativ.Alegerea palpatorului adecvat fiecarei situatii de examinare (in functie de geometria piesei sau conditii dificile de examinare),este hotaratoare pentru calitatea si gradul de incredere al fiecarei decizii privind examinarea si evaluarea controlului.

4.8. Rolul cuplantului in examinarile ultrasonicSe stie ca ultra sunetele se propaga bine in solide si lichide, in aer insa undele transversale nu se propaga, iar cele longitudinale se atenueaza foarte repede.La interfata dintre aer-solid sau lichid-aer apare o ecranare sonica.Pentru inlaturarea acestui inconvenient ,intre palpator si piesa de examinat se introduce o substanta lichida sau vascoasa care asigura trecerea ultrasunetelor in mediul de investigat ,aceasta substanta se numeste cuplant. Cel mai bun cuplant este mercurul.Iar cel mai folosit cuplant in examinarile nedistructive este uleiul mineral. Un mediu de cuplare bun trebuie sa aibe urmatoarele calitati:

-o buna adziune la suprafata de examinat;

-sa fie omogen;

-sa nu intre in rectie cu materialul examinat;

La alegerea cuplantului se mai tine seama de:

-rugozitatea suprafetei;

- structuta fizica si chimica a materialului;

-temperatura materialului;

Inainte de aplicarea cuplantului suprafata se curate de impuritati si se degreseaza

Deasemenea se recomanda folosirea aceluiasi cuplant la operatiunilede calibrare etalonare,cat si la investigarea propriu-zisa.

CAP. V METODE DE INVESTIGARE ULTRASONIC5.1.Metode analogice de investigare ultrasonica Reprezentrile B sau C ofer, n general, informaii sugestive i calitative, spre deosebire de reprezentarea A, care dei este mult mai simplist, poate furniza informaii att despre poziia discontinuitilor, dar i despre natura acestora. O combinaie computerizat a reprezentrilor A i C o confer tomografia n reprezentare D, dar datorit preurilor prohibitive, la ora actual, are o rspndire relativ redus.

In sensul celor spuse mai sus vom detalia mai mult problema pe aparatura n reprezentare A (fig. 5.10.).

Figura 5.10. Schema-bloc a unei instalaii dedicate examinrilor ultrasonice n reprezentare A.

In principiu un astfel de aparat se compune dintr-un generator de impulsuri electrice de nalt frecven, aplicate unui palpator ultrasonic, care transform energia electric n energie mecanic.

Impulsurile mecanice sunt reflectate de materialul piesei examinate i o parte din acestea sunt recepionate de palpator, care le retransmite spre monitor. Monitoarele aparatelor din generaia trecut erau de tipul tuburilor catodice similare cu ale osciloscoapelor (ceea ce i sunt: nite osciloscoape catodice cu baz de timp adaptat experimentelor i dispozitivelor ultrasonice). Monitoarele din generaia actual sunt terminale de computer, dar despre aceasta vom vorbi ceva mai departe.

Ecranul monitorului n reprezentarea A este ecranul unui tub catodic utilizat n osciloscoape. Ca i la osciloscopul catodic acestea au pe axa x timpul de parcurs al impulsului ultrasonic iar pe axa y intensitatea sau amplitudinea semnalului emis i, respectiv, recepionat.

Tensiunea de accelerare a electronilor pentru aparatele cu tub catodic clasic este de ordinul a 1 5 kV.

5.2.Metode digitale utilizate n investigaiile ultrasonice

5.2. 1 Conversia analog-digital a datelor

O generaie mai recent de defectoscoape o reprezint trecerea de la stadiul aparatelor analogice la cele digitale. Acestea din urm au n componena lor convertoare analog-digitale sau analog-numerice, pe scurt CAN, care transform o mrime cu variaie analogic care sosete de la palpatorul ultrasonic ntr-o mrime numeric, deci cu variaie discret la ieirea din CAN (fig. 3.14).

Figura 3.14. Schema de principiu a unui convertor analog-numeric.

Funcia de transfer a unui CAN este dat de:

5.2.1

adic este definit pe domeniul R al numerelor reale cu valori n mulimea N a numerelor naturale.

Cel mai adesea sunt utilizate CAN cu dependen liniar

5.2.2

n care X este mrimea analogic la intrare, al crui domeniu de variaie este

(se ia

Mrimea X prin digitalizare se mparte n m intervale (n general egale), denumite i cuante sau canale.

Figura 5.15. Caracteristica de transfer a CAN.

Fiecrui canal , sau treapt de cuantificare i se atribuie un numr deci vor exista N canale (trepte). In figura 3.15,a este reprezentat caracteristica de transfer a unui CAN, n care se pun n eviden (la scar mrit) treptele de cuantificare.

Limea treptei de cuantificare sau a canalului va fi dat de

5.2.3

denumit i bit de semnificaie minim.

Eroarea se reduce cu att mai mult cu ct limea canalului (sau a intervalului) este mai mic, deci cu ct numrul acestora este mai mare.

Numerele de la ieirea CAN pot fi exprimate n diferite coduri, cum ar fi codul binar, codul binar-zecimal (BCD) etc. In codarea binar uzual, ieirea se face pe n bii corespunznd la m = 2n bii combinaii, adic

5.2.4

Din figura 3.15,b se observ c eroarea de cuantificare este egal cu jumtate din valoarea bitului de semnificaie minim

Aceast eroare este caracteristic oricrui aparat cu conversie analog-numeric, deci i defectoscoapelor digitale datorit operaiei de cuantificare i nu poate fi depit de clasa de precizie a aparatului.

In afar de eroarea de cuantificare, exist i alte tipuri de erori, cum ar fi: erori de neliniaritate de tip integral sau de tip diferenial etc.

Figura 3.16. Erori de decalibrare (a) i de offset (b).

erori de decalibrare:

iniial;

de deriv termic (fig. 5.16,a).

erori de offset (fig. 5.16,b):

iniial;

de deriv termic;

erori de nemonotonie;

Pe lng erorile de tip static, exist i erori de tip dinamic.

Exist diferite tipuri de convertoare analog-numerice, dintre care cele mai folosite sunt convertoarele cu integrare cu dubl ramp sau cu patru rampe [7].

La CAN cu integrare se integreaz tensiunea Vx, care corespunde mrimii de intrare, pe o anumit durat de timp, iar valoarea obinut se transform ntr-o mrime numeric. Prin integrare se face o medie n timp a mrimii de msurat care conduce la o rejecie a zgomotului de nalt frecven proprie circuitelor electronice folosite.

Figura 5.17. Schema de principiu a unui CAN cu integrare cu dubl ramp.

In figura 5.17. este prezentat schema de principiu a unui CAN cu integrare cu dubl ramp (a) i diagramele de tensiuni i intervalele n care sunt numrate impulsurile n timpul respectivelor perioade (b i c).

5.3.Blocuri de calibrare. Blocuri de referin

5.3.1.Blocuri de calibrare

In domeniul industrial reglarea i calibrarea ansamblurilor ultrasonice se realizeaz cu ajutorul unor blocuri de calibrare. Pentru investigaiile n serie sau pe acelai tip de material cu aproximativ aceleai dimensiuni, exist aparate dedicate pre-etalonate ale cror domeniu de aplicaie este limitat de indicaiile crii tehnice a aparatului

Blocul de calibrare A1Blocul A1 (fig. 5.3.1) se realizeaz din oel carbon colmat OL52-3, elaborat n cuptoare Siemens-Martin sau electrice, cu o granulaie uniform. Forma i dimensiunile sunt prezentate n figura 5.3.1. Din punct de vedere acustic, blocul de calibrare nu trebuie s prezinte variaii locale mai mari de (1 dB, iar viteza de propagare ultrasonic s fie de 5920 ( 20 m/s. Sunt interzise operaiuni de brunare sau durificare a suprafeelor.

Figura 5.3.1.Blocul de calibrare A1.

Calibrrile i verificrile pe blocul A1 sunt valabile numai pentru examinarea pieselor din oel nealiat, unde viteza ultrasonic este egal cu cea din bloc. Pentru piese din oeluri nalt aliate sau realizate din alte materiale, unde viteza ultrasonic este diferit de cea din blocul A1, se impun calibrri pe blocuri corespunztoare realizate din materiale similare cu ale pieselor ce urmeaz a fi examinate. In caz contrar, dup calibrarea aparatului pe un bloc A1 i examinarea pieselor executate din alte materiale, deci cu alte viteze ultrasonice apar erori de interpretare sau de poziionare a discontinuitilor ceea ce va conduce la invalidarea examinrii sau, mai grav, la tolerarea unor defecte ce ulterior ar conduce la avarii.

Blocul de calibrare A1 are nglobat o pies cilindric din plexiglas, cu diametrul de 50 mm i grosimea de 23 mm, care corespunde cu timpul de propagare (dus-ntors) a undelor longitudinale prin 50 mm oel echivalent.

Una din suprafeele cilindrului de plexiglas este acoperit cu past de argint sau cu argint depus n vid pentru mrirea calitilor reflecto-rizante.

De asemenea, blocul este prevzut cu un orificiu de diametru 1,5 mm i dou fante, precum i indicaii gradate corespunztoare determinrii unghiurilor de emisie a palpatoarelor unghiulare i o scal gradat n uniti de lungime, aa cum se poate observa n figura 5.3.1.

Cu acest tip de bloc se pot determina urmtoarele:

calibrarea scrii distanelor;

corecia punctului de zero;

verificarea liniaritii scrii de msurare a distanelor (baze de timp);

verificarea amplificrii;

verificarea i reproducerea sensibilitii aparaturii i a sensibilitii de detectare;

verificarea zonei moarte;

verificarea puterii separatoare n adncime;

verificarea i determinarea punctului de inciden al palpatoarelor nclinate;

verificarea i determinarea unghiului de ptrundere al palpatoarelor nclinate;

trasarea caracteristicilor de directivitate n plan orizontal i vertical pentru palpatoare nclinate;

verificarea unor diferene structurale ntre materialul din care este realizat blocul A1 i alte sortimente de oel sau alte materiale.

Blocul de calibrare A2Acesta este un bloc miniatural care este destinat calibrrii aparatelor pe care sunt instalate palpatoare ultrasonice unghiulare. Este realizat din acelai material ca i blocul A1, avnd forma i dimensiunile din figura 4.2.


Reflectorul de referin l constituie gaura de diametru ( = 5 mm.

Ca i blocul A1 este prevzut cu indicaii gradate.

Cu acest tip de bloc se pot face urmtoarele determinri:

calibrarea scrii de msurare a distanelor;


verificarea liniaritii bazei de timp i a amplificrii;

calibrarea scrii de msurare a distanelor n distane proiectate i distane proiectate reduse;

verificarea i reproducerea sensibilitii aparaturii i a sensibilitii de detectare;

determinarea sau verificarea punctului de inciden al palpatorului;

determinarea sau verificarea unghiului de ptrundere al palpatorului;

stabilirea unor diferene structurale ntre materialul din care este realizat blocul A2 i alte sortimente de oeluri sau alte materiale.

Blocul de calibrare A3

Acest bloc este destinat calibrrii ansamblului ultrasonic ce utilizeaz palpatori dublu-cristal de unde longitudinale miniaturale cu diametrul exterior mai mic de 15 mm, de frecven ridicat (de regul de peste 4 MHz) cu zona moart sub 4 mm.


Este realizat din acelai material cu cel al blocurilor A1 i A2 i este destinat urmtoarelor determinri:

calibrarea scrii de msurare a distanelor n domeniul 5, 10, 15, i 25 mm;


Blocul de calibrare A4Servete la determinarea puterii separatoare n adncime a ansamblului instalaiei de control, att pentru palpatoare normale, ct i pentru cele nclinate (fig. 5.3.4). Este realizat din acelai material ca i blocurile de calibrare descrise mai nainte.


5.3.2.Blocuri de referin

Blocurile de referin sunt n numr mare i au dimensiuni i forme variate, care satisfac anumite cerine pentru un domeniu de investigare dinainte stabilit. Materialele din care se realizeaz aceste blocuri de referin sunt foarte diferite, ntotdeauna similare cu materialul din care sunt realizate piesele de investigat.

In figura 5.3.5 sunt prezentate cteva tipuri de blocuri de referin, de form paralelipipedic, cu guri ptrunse. Aceste tipuri de blocuri de referin se pot realiza din materialele din care sunt executate piesele ce urmeaz a fi investigate.

Exist i alte tipuri de blocuri de referin cum ar fi cele din figurile 5.3.65.3.8.

Dimensiunile blocului din figura 5.3.6 sunt redate n tabelul 5.3.1.

Tabelul 5.3.1

TipH0

(mm)H1(mm)H2(mm)H3(mm)(1(mm)(2(mm)Material

A352719375W1.4541 forjat

B231813364W1.4541 forjat

C1814,2512,25353W1.4541 forjat

Figura 5.3.5.

Figura 4.6. Bloc de referin n trepte.

Figura 5.3.7. Bloc de referin cu guri cu fund plat de adncimi variabile.

Dimensiunile elementelor din seciunile blocului de referin din figura 5.3.7 sunt cele din tabelul 5.3.2.

Tabelul 5.3.2

TipL1

(mm)L2

(mm)L3

(mm)(1(mm)(2(mm)H

(mm)Material

A331911753W1.4541 forjat

B23138643W1.4541 forjat

C1810,56,75533W1.4541 forjat

Figura 5.3.8.Blocuri de referin pentru studiul sudurilor de col i n T.

Specialistul n investigaii ultrasonice nedistructive indic tehnologului tipul de bloc de referin care s-ar preta cel mai bine obinerii unor informaii utile.

Blocurile de referin, spre deosebire de blocurile de calibrare se realizeaz ntotdeauna din materialul din care este executat piesa de investigat.

5.4.Studiul cmpului ultrasonic i a caracteristicilor instalaiei de lucru

Pentru ca o discontinuitate s fie detectabil, trebuie:

s se deosebeasc acustic de restul omogen al materialului;

s aib o mrime minim raportat la lungimea de und de investigare;

s reflecte ctre palpator suficient energie sonic.

Discontinuiti mai mici dect 0,2 ( nu sunt practic detectabile, ceea ce impune utilizarea unor fascicule ultrasonice de frecven mai mare i lungime de und mai mic.

O informaie bun cu privire la existena unei discontinuiti reflectorizante impune ca fasciculul ultrasonic s baleieze perpendicular pe suprafea acesteia, n caz contrar fasciculul poate fi deviat, fr a mai reajunge la plcua piezoceramic a palpatorului.

O reflexie redus sau nglobat n zgomotul de structur sau iarb poate fi nedecelabil i n acest caz se impune, dim-potriv, scderea frecvenei de examinare i respectiv mrirea lungimii de und.

Un avantaj substanial al examinrilor ultrasonice const n posibilitatea de localizare a discontinuitii n profunzimea materialului. Pentru aceasta este necesar o calibrare exact a instalaiei de examinare ultrasonic pentru care sunt utilizate blocuri de calibrare sau blocuri de referin de tipul celor din 5.3.2

Aciuni preliminare examinrii cu unde longitudinale la inciden normal

Undele longitudinale pot parcurge distane de pn la 15 metri n oeluri cu transparen sonic bun. La pregtirea examinrii ultrasonice cu unde longitudinale trebuie parcurse cteva etape i anume:

a)stabilirea scrii distanelor;

b)controlul proporionalitii scrii distanelor;

c)reglarea sensibilitii;

d)determinarea zonei moarte;

e)corecia punctului zero;

f)verificarea puterii separatoare n adncime.

a)Stabilirea scrii distanelor pentru domeniul corespunztor de examinat se face cu ajutorul blocului de calibrare A1 (figura.5.4.9). In acest sens se alege un domeniu egal ca grosime cu cel al piesei sau un domeniu alctuit din multipli ai acesteia.

Acelai lucru se poate face i cu blocul A2, ns se recomand ca aceast etalonare s se fac n condiii externe, de teren, cnd nu se poate transporta blocul de calibrare A1.

Citirea poziiei ecourilor se face prin alegerea unui referenial, cum ar fi: panta ascendent, vrful sau panta descendent a semnalelor i pstrarea cu consecven a referenialului ales. Practicienii recomand ca referenial, panta ascendent a semnalului.

Deoarece la etalonri primul ecou este alterat de zona moart se recomand deplasarea trenului de reflexii succesive i urmrirea talonrii pe ecourile de fund (o deplasare cu cel puin dou ecouri de fund). Acolo unde atenuarea n material nu permite observarea unor ecouri de fund, se tolereaz controlul fr deplasarea trenului de reflexii succesive, ns pot aprea ambiguiti de interpretare n zona apropiat suprafeei pe care se face penetrarea ultrasonic (unde se pune palpatorul).

b)Controlul proporionalitii scrii distanelor se realizeaz tot cu ajutorul blocului de calibrare A1, aducnd ecourile 2 i 4 pe poziiile 2 i 8 ale ecoului aparatului (fig. 5.4.9,a); celelalte ecouri intermediare nu trebuie s se abat cu mai mult (0,1 diviziuni. In caz contrar aparatul este considerat decalibrat din punct de vedere electronic.

Figura 5.4.9.Stabilirea scrii distanelor cu ajutorul blocului de calibrare A1.

c)Reglarea sensibilitii. Aparatele ultrasonice de reprezentare A sunt prevzute cu posibilitatea reglrii amplificrii att a semnalului emis, ct i a celui recepionat. Reglarea sensibilitii se face pe blocurile de calibrare A1 sau A2 aducnd dou ecouri de fund pe monitor, astfel nct al doilea ecou s fie la 50% din nlimea ecoului anterior (fig. 5.4.10).

Figura5. 4.10.Reglarea sensibilitii.

d)Determinarea zonei moarte se face cu ajutorul blocurilor de calibrare A1 i A3 ori cu blocuri speciale. Limita zonei moarte este egal cu acea grosime pentru care cel puin jumtate din ecoul provenit de la reflector se afl separat de semnalul de emisie (fig.5. 4.11).

Figura5. 4.11.Delimitarea zonei moarte.

e)Corecia punctului zero. Stratul de cuplant, eventualele folii protectoare ori corpuri de adaptare din plexiglas introduc un decalaj ntre emisia impulsului ultrasonic i momentul ptrunderii acestuia n piesa de examinat, ceea ce poate altera unele interpretri la examinare. Reglajul se realizeaz aducnd primul ecou de fund n poziia zero a scalei (fig. 5.4.12,b) prin translatarea trenului de reflexii. Se noteaz poziia celui de-al doilea ecou pe ecranul aparatului i exact n aceeai poziie se retranslateaz trenul de reflexii, astfel nct primul ecou de fund s se aeze pe poziia anterioar a celui de-al doilea ecou. In felul acesta primul ecou de emisie va fi corect amplasat pe ecranul aparatului.

Figura5. 4.12.Corecia punctului zero.

f)Determinarea deschiderii fasciculului ultrasonic. Aceasta se execut pentru o grosime dat cu ajutorul a dou palpatoare, unul de emisie (cel de lucru) i unul de recepie (palpator spion sau palpator etalon etc.) aa cum se poate observa n figura5. 4.13.

Figura5. 4.13.

EXAMINAREA NEDISTRUCTIVǍ A UNUI SCHIMBATOR DE CǍLDURǍ CU SUPRAFAŢA 200 MP

Documents

Transcript of EXAMINAREA NEDISTRUCTIVǍ A UNUI SCHIMBATOR DE CǍLDURǍ CU SUPRAFAŢA 200 MP