Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete

7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete

1/40

UNDELE ULTRASONORE

Notiuni Generale

Ele sunt de aceeasi natura ca sunetele pecare noi le parcurgem

Hz

Clasificarea urmarind frecventele

0

Infrasunete Sunete Ultrasunete Hipersunete

20 Hz 20 KHz 150 MHz

Auzibile eauzibile


2/40

!roprietati

Importanta practic a ultrasunetelor este legat delungimea de und mic a acestora. Din aceast cauz,de exemplu, ultrasunetele pot f emise si se propag casi razele de lumin sub orm de ascicule, spredeosebire de sunetele obisnuite care se mprstie ntoate directiile. Astel se constat experimental c dac

lungimea undei emise este mai mic dect dimensiunileliniare ale sursei unda se va propaga n linie dreapt suborm de ascicul. n aar de aceasta, datorit lungimiide und mici, enomenul de diractie !ocolireaobstacolelor" nu apare dect pentru obstacolele dedimensiuni oarte mici n timp ce sunetele obisnuite

ocolesc practic aproape orice obstacol ntlnit n cale." Ultrasunetele sufer# refle$ia si refractia la suprafata de

separare a dou# medii diferite la fel ca undele luminoase% &olosindacest fenomen au fost construite oglinzi conca'e sau lentile specialecare s# concentreze (ntr)un punct fascicule de ultrasunete%


3/40

Generarea undelor ultrasonore

Generatorul piezoelectric. #ectul piezoelectric constn aptul c supunnd un cristal la deormri de tractiunesau comprimare dup anumite directii, pe etele saleapar sarcini electrice egale de semne contrare care sisc$imb rolul dac nlocuim tractiunea prin comprimaresi invers. #xist si eectul piezoelectric invers sauelectrostrictiunea, pe care se bazeaz producereaultrasunetelor, care const n dilatri si comprimri

succesive ale cristalului sub actiunea unui cmp electricalternativ.

" !artea esential# a generatorului const# dintr)o lam#

piezoelectric# de obicei de cuart pe fetele c#reia sunt aplicati doi

electrozi* sub forma unor straturi subtiri metalice* legati la o surs# de

tensiune alternati'#% Sub actiunea c+mpului electric alternati' lama(ncepe s# 'ibreze cu o frec'ent# egal# cu cea a tensiunii aplicate%

,ibratiile lamei sunt transmise (n mediul (ncon-ur#tor sub form# de

ultrasunete% .u astfel de generatori se poate a-unge p+n# la frec'ente de

cca% 150 000 /Hz si la intensit#ti ale radiatiei ultrasonore de la c+te'a

zeci de ati pe cm2

p+n# la c+te'a sute de ati pe cm2

%


4/40

MODURI DE PROPAGARE A

ULTRASUNETELOR

Ultrasunetele corespund unei 'ibratii care se

propaga in interiorul materiei din aproape in

aproape* se poate spune din atom in atom 'ecin

Doua mari moduri de roa!are "

) Modul longitudinal

) Modul trans'ersal


5/40

Notiuni de fi#ica

Amplitudine

istanta

Amplitudine

imp

Lungime de unda

Perioada

= . % 3.

&

. este e$primata in m4s

& este e$primat in H

este e$primat in s

este e$primata in m


6/40

Mediu $ite#a Lon!itudinala

%m&s'

$ite#a transversala

%m&s'

tel 5650 7270

Aer 771

Aluminiu 8220 7060Argint 7800 1590

.admium 2:60 1500

.auciuc 1;:9

.auciuc artificiel 2700

.upru ;:00 2280

Apa la 20< 1;67

.ositor 7720 18:0

&onta cenusie ;800 2180

Sticla 7960 1990

=licerina 1927

Ulei 1250

Ulei de transformator 1790

Alama ;;70 2125

Magneziu ;600

Mangan ;880 2750

ic>el 5870 2980

r 72;0 1200!latina 7980 18:0

!lumb 2180 :00

.uartz 55:0 7515

antal 7750

itanat de bariu 8050

!le$iglas 2:00

?inc ;1:0 2;10

=rafit 1800

$ite#e lon!itudinale si transversale

, 3

$ 2

, 3 'iteza in m4s

3 distanta in m

3 timp in s


7/40

$ite#a unei unde ultrasonore

Intr)un mediu omogen izotrop @cel care prezinta aceleasi

caracteristici acustice in toate directiile o unda ultrasonorase propaga in linie dreapta cu o 'iteza constanta si

caracteristica materialului%

Viteza = Functie (constanta de elasticitate a materiei,

masa volumica si a modului de propagare).

Pentru un tip de unda data :

Undele trans'ersale se propaga mai incet ca undelelongitudinale%

) Undele longitudinale in otel 3 5900 m4s

) Undele trans'ersale in otel 3 7270 m4s


8/40

Transmisia ultrasunetelor intre doua medii

Atunci cand o unda ultrasonora se propaga intr)un mediu si

intalneste o interfata la separatia de un alt mediu* propagarea deunda este modificata%

Unda incidenta

Unda transmisa

Unda reflectata

Mediu 1 Mediu 2Interfata

O parte din unda este transmisa in al doilea mediu, o alta parte

este reflectata


9/40

Transmisii ultrasononore intre doua medii

.antitatile de energie transmise si reflectate sunt functie de

impedantele acustice a celor doua medii

Unda incidenta

Unda reflectata

tel Aer

Unda incidenta

Unda reflectata

tel &onta

Unda transmisa

( ) C

) ? 3 Impedanta acustica

) . 3 ,iteza undei in materie

) = asa 'olumica

O unda care se propaga intr-un otel si intalneste o interfata cu aer va fi

complet reflectata. ceeasi unda care intalneste o interfata cu fonta va fi

in parte transmisa in fonta.


10/40

Transmisia ultrasunetelor intre doua medii

%Un!*i de incidenta nenul'

Atunci cand incidenta este oblica* o parte din unda transmisa

este denumita unda refractata%

!ndele reflectate si refractate fac un ung"i cu interfata

care este dat de catre legea de #escartes

otel$

apa$

%

a

%

%

sin

sin=

Unda incidenta Unda reflectie

Unda refractata

aa

b

. B 'iteza in apa

. B 'iteza in otel

A!A

EC


11/40

Atenuarea ultrasunetelor

Prin a+sortie

) parte a energiei se transforma in caldura

@partea de energie prin efect Doule

Prin difu#ie

) atorita discontinuitatilor intalnite in materie

@marime granulatie mare* porozitati* interfete%%%

Prin diver!enta fascicolului

) atorat geometriei fascicolului ultrasonor

@In campul indepartat* fascicolul se largeste* acopera

o suprafata mai mare si deci energia in fiecare punct

scade%


12/40

Aaratura ultrasonora

1 producerea ultrasunetelor B

Pentru a genera ultrasunetele, ne tre%uie o vi%ratie

mecanica. &e utilizeaza o piezo-electricitate pentru

transformarea unei energii electrice in energie mecanica si

reciproca.

Impuls electric

,ibratie mecanicaraductor

'lementul care asigura aceasta transformare se numeste traductor

( cuartul este elementul piezoelectric cel mai cunoscut)


13/40

Catoare ultrasonore

raductor dreapta raductor cu releu

5

2

11

: :

5

9

10;

88

7

6 6

,' Cutie- .' /ire electrice-

0' Pastila ie#o1electrica- 2' Conector-

3' Protectie- 4' Ca+lu coa5ial-

6' Amorti#or- 7' Linie de intar#iere-

8' A+sor+ant- ,9' :ucsa-


14/40

Catoare ultrasonore

raductor de ung>i raductor bi)elemente@emitator receptor separate

1

2

28

7

:

87

;;

5

5

,' Cutie- 8' /ire electrice-

0' Amorti#or- .' Pana %le5i!lass'-

3' Pastila ie#o1electrica 2' :ariera acustica

6' Conector-


15/40

,' Detectarea si caracteri#area defectelor %locali#are si dimensionare'

) etectare fisuri* goluri* incluziuni@bunuri de ec>ipament* cordoane de sudura* discuri de frane* c>iulasa%

) etectare destratificari @lame compozite* table sandic>%) etectare coroziune%) .ontrolul aderentei insertii @brat de suspensie* discuri de frana* c>iulasa%

0' Masurare de !rosimi %inceand de e o fata'

) Masurare grosimi de table%) Masurare grosimi de garnituri @c>iulasa* cartere motor%) Masurare grosimi de te'i%

3' Caracteri#are de materiale si de structuri %caracteristici metalur!ice si mecanice'

) Masurare 'iteza @determinarea modulului de elasticitate%) Masurarea atenuarii @masurarea sanatatii materialului* porozitate c>iulasa%

Tiuri de alicatii


16/40

efectoscopia ultrasonora

Dintre numeroasele aplicatii ale ultrasunetelor vom

mentiona aici, in principal defectoscopia ultrasonor. Controlul nedistructiv ultrasonorpermite stabilirea

existentei unor deecte !fsuri, goluri" n interiorul unorpiese metalice masive. %rincipalele tipuri dedeectoscoape ultrasonore utilizeaz transmisia sau

re&exia.


17/40

Lant de masurare

Aarat ultrasonor

E R

raductor!iesa cu defect

Ecograma

ultrasonora


18/40

Aaratura ultrasonora

3' Aarat ultrasonor

) =enerator B

!roduce o tensiune de e$citatie la traductor%

eglari B tensiune* timp* frec'enta* forma%%%

) eceptor B

!rimeste si transforma semnalul returnat de

traductor% eglari B coeficientul de amplificare%%%

) sciloscop sau ecran de 'izualizare B

!ermit de 'izualizat semnalul ultrasonor amplificat

in functie de timp%

eglari B scara 'olt4timp* sincronizarea%%%


19/40

Membrana

fle$ibila

raductoare asamblate

E$tremitate perforata

@membrana fle$ibila !arteacilindrica Elementsensibil


20/40

Metode de masurare ultrasonore

,' Metoda rin transmisie

'mitatorul transmite o energie ultrasonora

Propagarea undei ultrasonore in piesa

eceptorul situat pe cealalta fata primeste energia transmisa

Analiza pierderilor de energieEcograme corespondente

Ecou de emisie Ecou de fund

A'anta- B 1 singura tra'ersare a fascicolului @acces necesar la 2 fete

E

E

Cimitari B acces necesar la 2 fete* nelocalizat in grosime A.IA ) %I%,% 4 Ser'%M ;70&ormare ultrasunete 4 M%!opescu


21/40

Metode de masurare ultrasonore

0' Metoda rin ecou

raductor : emitator*receptor

efle+ia undei ultrasonore pe fata opusa paralela cu fata deintrare.

Aarat ultrasonor

E R

!iesa cu defect

raductor

A'anta- B 1singur traductor* acces la 1 singura fata* localizarea in grosime%

Cimitari B .azul grosimilor reduse* cazul materialelor foarte absorbante%


22/40

Procedeele de unere in alicare a ultrasunetelor

,' Prin contact

vantae : Punere in aplicare rapid, masurare de grosimi

Limitari : utomatizare dificila, e+perienta operator,

reproducti%ilitate in atenuare.

0' In imersie

vantae : utomatiza%ila pentru controlul in serie,reproducti%ilitate, inregistrare

Limitari : $azul pieselor cu geometrie comple+a, imersiune

uneori interzisa

T * i i d l


23/40

Te*nici de control

!rin contact In imersie

e

raductor

e !iesa

ed

raductor

d

e !iesa

A!A

A'anta-eB apiditate si facilitate* costuri mici

Incon'enienteB .ontrol lent* neautomatizabil*

cupla- aleatoriu* uzura traductor

A'anta-eB &oarte bun cupla-*

automatizabil* fara uzura traductor

Incon'enienteB .osturi* instalatie

comple$a

fl i lt t l


24/40

efle$ia ultrasunetelor

Atunci cand ultrasunetele intalnesc un obstacol pe traseul lor* ele sunt intoarse de acesta* inmaniera unui fascicol luminos reflectat de catre reflector%

Atunci cand cele doua fete ale piesei nu sunt paralele fascicolul ultrasonor este de'iat si nure'ine intotdeauna la traductorF in acest caz controlul este mai dificil sau imposibil%

Ecou de intrare

@EE Ecou de fund

@E&

EE E&

Ecou de defect

EE EEE&

defect

Fascicolul revine latraductor dar traseul

este mai lung

Fascicolul nu revine la

traductor

O%stacol : Fundul piesei O%stacol : #efectul si Fundul piesei

E l d t l


25/40

E$emple de control

a bc

a b

b

ac

a ca

a

b

bE4

E4

a

c

b

a c

E

E4

c

c ba

a b

E4

a

a

E4

P d d i l lt t l


26/40

Procedee de unere in lucru a ultrasunetelor

7 In imersie locala

; .u -eturi de apa

!iese@in rotatie

.amera cu

aparaductor

apa

vanta : neimersiunea totala a piesei, se

preteaza %ine la controlul pieselor lungi

Limitari : precautii de luat pentru etanseitate

pentru evitarea %ulelor de aer

apa

apa

E

R

-et de apa

-et de apa

Galeia-

Galeia-

Cama compozita

vanta : neimersia piesei, et indreptat

de unda

Limitari : punere in lucru delicata


27/40

$i#uali#area ultrasunetelor

ip A sau A)S.A

eprezentarea ecogramei

naliza amplitudinii semnalului si a timpului

raductor

eflector

$i li lt t l


28/40


G)S.A

Vedere in sectiune urmarind planul de propagare al undelor

Suprafata de palpare =oluri a$iale

&und

i'el de culoare

5 'olts

0 'olt


29/40


.artografie .)S.A

Vedere in proiectie a piesei e+aminate

estratificare


30/40

.ontrolul nedistructi' al sudurii electrice prin puncte de

rezistenta

Pentru fiecare captor, cu reglajele aparatului ultrasonor identice si o valoare de

amplificare proprie, o ecograma de referinta este relevata si arhivata . Valoarea

amplificarii proprie fiecarui captor este aleasa pentru ca primul ecou de fund sa aiba o

amplitudine cuprisa intre 80 si 90%. Fiecare ecograma este caracterizata de un numar de

ecouri de fund propiu captorului corespunzator (amplitudinea ultimului ecou de fund 5%).

Verificarea lantului de masurare consta in :

1) a captura ecogramele cu aceleasi reglaje.

2) a compara amplitudinea primului ecou de fund cu a celui din ecograma de referinta.

3) a compara numarul de ecouri de fund.

Ecarturile de amplitudine trebuie sa fie inferioare cu 10% si cele doua ecograme

comparate trebuie sa aiba acelasinumar de ecouri de fund cu 1 ecou de fund.

Eco!rame de referinta entru diferiti catori


31/40

CAPTOR 3 mm CAPTOR 4 mm

Eco!rame de referinta entru diferiti catori

CAPTOR 6 mm CAPTOR 8 mm


32/40

CALITATEA SI CONFORMITATEA PUNCTELOR DE

SUDURA

Metoda de control nedistructiva pusa in lucru este

ecografia ultrasonora prin contact. Ea permite a se

pronunta asupra conformitatii punctului de sudura

diagnosticand clasele de calitate : bun, lipit, detasat,

diametru miezului insuficient, scanteie, dubios.

Aceasta metoda este aplicabila la toate tablele de otel de

diferite grosimi, acoperite sau nu, la ansamblari de doua

sau trei table. Ea este in egala masura aplicata la tablele de

aluminiu.


33/40

Determinarea diametrului de miez teoretic de sudura otel

Table otel

Grosimea de referinta al

ansamblului sudat

(e)

Diametru de miez teoritic

(Dt)

0,57 mm e 0,82 mm Dt 3 mm

0,82 mm


34/40

Asamblajelor de table din otel simplu

Micrografia de mai jos este cea a unui asamblaj de table groase simple.

Asamblaj 2 grosimi minim : 1,5 mm + 1,5 mm .

(ona fondata

Metal de +a#a

(ona afectata termic

(ona de

le!atura

Distanta intre ecourile ultrasonore


35/40

Baza de timpi a ecogramelor (axa absciselor) este reglata astfel incat sa vizualizeze o

serie de reflexii a ultrasunetelor la traversarea asamblajului.

Fiecare dus-intors al ultrasunetelor dealungul asamblajului este materializat pe

ecograma printr-un varf (sau ecou).

Distanta intre doua varfuri dintr-o ecograma este proportionala cu timpul parcurs de

ultrasunete in asamblaj. Viteza ultrasunetelor fiind constanta, distanta intre doua varfuri

este egal proportionala cu grosimea asamblajului.

Datorita distantei intre varfuri, exista asadar posibillitatea de a detecta punctele lipite

cele mai critice dand loc la table detasabile. Ecograma obtinuta este aceeasi cu cea care

va fi obtinuta pe o tabla simpla. Este deasemenea posibil de masurat distanta asamblului la nivelul zonei analizate si de

a estima astfel valoarea indentitatii.

Distanta intre ecourile ultrasonore

.

;meEI

2

;meEI

Ta+la simla

raductor

ultrasono

Ta+la ,

Ta+la 0

Punctsudura

3

lea

EI

ecou

,

ulrecou intermediar

0

lea EI

8

;meEI

6

;meEI

interfata

Im+inare sudata

raductor

ultrasonor

0

;meE/

ecou

,

erecou de fund

3

;meE/

6

;meE/

Ta+la 0

Ta+la,

interfata


36/40

Punct de sudura corect sudat:

Semnalul ultrasonor este bine atenuat prin largimea mizului. Descresterea

ecourilor este puternica. Nu exista ecouri intermediare.

Traductor

ultrasonor

Eco!rama ultrasonora

Ta+la ,

Ta+la 0

Punct de sudura detasat :


37/40

Punct de sudura detasat:

Nici o legatura nu este formata si ecograma este de tip simplu de tabla,

putin atenuat. Distanta intre doua ecouri corespunde grosimii de tabla in

contact cu captorul.

Ta+la ,

Ta+la 0

Traductor

ultrasonor



38/40

Punct de sudura cu diametru miezului insuficient:

Ecograma este intermediara intre cea a unui punct lipit si cea a unui punct bun.

Ea poate prezenta ecouri intermediare intodeauna reprezentand un punct neconform.Amortizarea este adesea mai puternic decat cel al unui punct lipit si mai slab decat cel al unui

punct bun dar intotdeauna diferentiabil.

Traductorultrasonor

Ta+la ,

Ta+la 0



39/40

Punct de sudura ars sau scanteie:

Punctul de sudura are un aspect ars, foarte crestat si uneori gol.

Din cauza suprafetei deformate, adesea de lighean, controlul punctelor este

dificil si aproape imposibil. Ecograma prezinta un amortizare brutala, ecourile de fund sunt foarte

apropiate si grosimea masurata este mult inferioara fata de cea a imbinarii

Traductorultrasonor

Ta+la ,

Ta+la 0



40/40

Remarca : Aceste date teoretice sunt baza

controlului prin ultrasunete a punctelor

sudate, ele conditioneaza reflexia pentru a

evalua calitatea imbinarilor sudate.

De fapt din diversitatea de table, de grosimi,de acoperiri, este necesar a completa aceste

date prin ecograme de referinta urmarind

asamblajele de controlat.

Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete

Documents

Transcript of Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete