Metoda de Examinare Cu Ultrasunete

7/25/2019 Metoda de Examinare Cu Ultrasunete

1/12

Universitatea POLITEHNICA din Bucuresti

METODA DE EXAMINARE CU ULTRASUNETE Prelipceanu Ilie

METODA DE EXAMINARE CU ULTRASUNETE

1. Introducere

Metda de e!a"inare cu ultrasunete pate #i aplicata unei $a"e e!tinse de "ateriale pentru

detectarea discntinuitatilr ascunse% #isuri% pri% $luri% inclu&iuni sau alte de#ecte si"ilare' Cu tateca "a(ritatea aplicatiilr se re#era la depistarea discntinuitatilr in tel si alte alia(e "etalice%

de#ectscpia ultrasnica se #lseste si pentru "aterial plastice% c"p&ite% cera"ice% sticla )

Printre aplicatiile u&uale se nu"ara*

+ E!a"inarea sudurilr , cea "ai i"prtanta aplicatie pentru de#ectscpia ultrasnica

+ E!a"inarea "aterialelr in prductie , ta-le% tevi% -are% #r(ate% turnate )

+ E!a"inarea in#rastructurii , structuri "etalice% $rin&i% pduri )

+ Inspectii in petrc.i"ie , cnducte% tancuri% vase su- presiune )

+ Inspectii in+service , a!e si -$.iuri de cale #erata% "tare si trenuri de ateri&are aviane )

+ E!a"inarea c"p&itelr , c"pnente aernatuice% palete de tur-ina% c"pnente aut )

+ Cercetarea "aterialelr si structurilr , c"prtarea la -seala% "ecanica ruperii )

2. Ultrasunete

Ultrasunetele sunt unde "ecanice cu #recventa peste /01H& ce se prpa$a in "edii $a&ase% lic.idesau slide' D"eniul de #recvente u&ual in de#ectscpie este cuprins intre 2001H& si /0MH&% dar in

aplicatii speciale se #lsesc atat #recvente "ai (ase 3e!a"inarea "aterialelr de cnstructii , -etn%BCA% rca )4 cat si #recvente "ai inalte 3e!a"inarea #liilr "etalice #arte su-tirii% caracteri&area

"aterialelr speciale )4'

Ener$ia ultrasnica se prpa$a in "aterial in "ai "ulte "duri% in #unctie de "iscarea "leculelr"ediului in care se prpa$a si directia de prpa$are' Mdurile cele "ai i"prtante de prpa$are

3care se #lsesc si in de#ectscpia ultrasnica4 sunt* unde ln$itudinale% transversale si desupra#ata 3Ra5lei$.4' E!ista "ulte alte tipuri de unde in #unctie de "dul de prpa$are si directia de

vi-ratie a "leculelr "ediului% cu" ar #i undele La"-% alte tipuri de unde de placa si unde $.idate ce

se prpa$a in "edii cu $e"etrie speci#ica 3placi% tu-uri )4'

Undele longitudinale sunt acele unde in care particulele "ediului scilea&a paralel cu directia deprpa$are a #rntului de unda' Sunetele , unde "ecanice in d"eniul /0H& ) /06H& , sunt une!e"plu tipic de unde ln$itudinale' Undele ln$itudinale sunt undele cu cea "ai "are vite&a de

prpa$are si sunt des #lsite in de#ectscpia ultrasnica' 7ite&a tipica a undelr ln$itudinale intel este de apr!' 2'8/0 "9s 3varia&a in #unctie de tipul telului4'


2/12

Undele transersale sunt undele pentru care "leculele 9 at"ii "ediului scilea&a perpendicular

pe directia de prpa$are a undei' Pentru ca intr+un "ediu sa se pata prpa$a unde transversale%intre "leculele 9 at"ii "ediului respectiv tre-uie sa e!iste le$aturi puternice ce per"it interactiunea

si antrenarea particulelr in "iscarea de scilatie perpendicular pe directia de prpa$are a undei' Din

aceasta cau&a undele transversale se prpa$a dar in "edii slide' Undele transversale au vite&ade prpa$are "ai "ica decat a undelr ln$itudinale 3valarea pentru tel este de apr!' :'/20 "9s4si% pentru aceeasi #recventa% au lun$i"e de unda "ai "ica' Undele transversale se pt cnverti in

unde ln$itudinale prin re#le!ia sau re#ractia la inter#ata dintre dua "edii acustic di#erite'

Undele de su!ra"ata 3cunscute si su- nu"ele de unde Ra5lei$.4 se prpa$a pe supra#ata unui

"aterial% adanci"ea de penetrare #iind de apr!' lun$i"e de unda' Particulele "ediului scilea&ape traiectrie eliptica perpendiculara pe directia de prpa$are' Sunt #lsite pentru depistarea

#isurilr si "icr#isurilr de supra#ata'

#. $enerarea ultrasunetelor. Traductoare ultrasonice

;enerarea ultrasunetelr se -a&ea&a pe / #en"ene #i&ice* e#ectul pie&electric si e#ectul

"a$netstrictiv'

E#ectul pie&lelectric se re#era la prprietatea anu"itr "ateriale de a se de#r"a cand sunt

intrduse intr+un ca"p electric' Daca acest ca"p electric este varia-il peridic% aceste "ateriale

vi-rea&a si e"it unde "ecanice cu aceeasi #recventa cu cea a ca"pului electric in care se a#la'


3/12

E#ectul este reversi-il si de#r"atiile acestr "ateriale deter"ina aparitia pe #etele lr a unr sarcini

electrice si deci a unui ca"p electric' Cel "ai cunscut "aterial natural cu aceste prprietati estecuartul' Materialele cele "ai #lsite la cnstructia traductarelr ultrasnice au #st insa c"pusi

pie&lelectrici 3"etani-at sau &ircnat de -ariu4 precu" si nile pie&+cera"ici si pie&+c"p&ite

ce pre&inta un "dul pie&lelectric "ai -un% sunt "ai sta-ile in ti"p% "ai re&istente si pt #i prelucrate"ai usr'

E#ectul "a$netstrictiv se re#era la prprietatea unr "ateriale de a se de#r"a cand sunt supuseunui ca"p "a$netic' Daca acest ca"p este varia-il peridic% "aterialul va vi-ra si e"ite unde

"ecanice cu #recventa ca"pului "a$netic' Si acest e#ect este reversi-il% dar este #lsit in cnstructia

traductarelr ultrasnice dar pentru cateva aplicatii speciale'

Tipic% ele"entul active al unui traductr ultrasnic este un cristal pie&lelectric su-tire 3$rsi"eadeter"ina #recventa n"inal a traductrului4 de #r"a circulara% patrata sau rectan$ulara carecnverteste ener$ia electrica in ener$ie "ecanica su- #r"a de unde "ecanice 9 ultrasnice si

invers' Cand cristalul este e!citat cu un i"puls electric% el e"ite unde ultrasnice% iar cand vi-rea&a lainteractiunea cu undele ce se intrc el $enerea&a un se"nal electric' Cristalul pie&electric este in

"d nr"al prte(at la u&ura cu un "aterial de prtectie% "e"-rana sau lentila acustica% Pe #atapusa% un "aterial a-sr-ant atenuea&a undele $enerate in interirul traductrului' Acest ansa"-lu

este "ntat intr+ carcasa si este preva&ut cu cne!iuni electrice'

Tipurile de traductare u&uale sunt "n+cristal de cntact% du-lu+cristal% un$.iular% cu linie de

intar&iere sau de i"ersie'


4/12

Traductare "n+cristal% du-lu+cristal si un$.iular , dia$ra"a interna

Traductarele "n+cristal si du-lu+cristal nr"ale e"it in $eneral unde ln$itudinale' Traductarele

un$.iulare% prin cnversia undelr ln$itudinale e"ise de catre cristalul pie&electric la re#ractia lainter#ata cu "aterialul inspectat% $enerea&a unde transversale in "aterial' Pentru aplicatii speciale

3te.nica TO


5/12

In #unctie de "dul de a#isare a se"nalelr pe ecran% e!ista "ai "ulte tipuri de pre&entari* A+scan% B+scan% C+scan ) Cea "ai utili&ata si si"pla pre&entare este A+scan ce a#isea&a pe ecranulde#ectscpului a"plitudinea ecurilr pe verticala% respectiv ti"pul de prpa$are 9 distanta peri&ntala' Pre&entarea B+scan are pe verticala ti"pul de prpa$are 9 distanta iar pe ri&ntaladeplasarea traductrului'

&. E'a(inarea cu traductoare nor(ale

E!a"inarea cu traductare "n+cristal nr"ale este in $eneral #lsita pentru depistarea

discntinuitatilr paralele cu supra#ata 3cu" ar #i dela"inari% strati#icari% #isuri paralele )4 si adiscntinuitatilr vlu"etrice 3inclu&iuni% $luri% pri )4 in piese cu" ar #i ta-le% turnate% #r(ate%

c"p&ite% cera"ice ) Se pt #lsi traductare nr"ale de cntact% cu linie de intar&iere% du-lu+cristal sau de i"ersie% tate $enerand un #ascicul de unde ln$itudinale perpendicular pe supra#ata

piesei e!a"inate'


6/12

Pentru piesa cu discntinuitate plana paralela cu supra#ata% parte din #ascicul se re#lecta pe

supra#ata discntinuitatii iar parte pe supra#ata pusa a piesei' Pe pre&entarea A+scan va apareaast#el% in a#ara i"pulsului initial de la supra#ata piesei si a ecului de #und% si un i"puls de la re#le!ia

pe supra#ata discntinuitatii' P&itia i"pulsului este prprtinala cu distanta 9 adanci"ea pana la

discntinuitate% iar inalti"ea 9 a"plitudinea i"pulsului este prprtinal cu cantitatea de ener$iere#lectata% deci cu supra#ata 9 "ari"ea discntinuitatii'

). E'a(inarea cu traductoare ung*iulare

Daca e!a"inarea cu traductare nr"ale este #arte e#icienta pentru depistarea si evaluareadiscntinuitatilr la"elare paralele cu supra#ata% aceasta "etda nu este e#icienta pentru e!a"inarea

sudurilr% unde discntinuitatile nu sunt rientate in $eneral paralel cu supra#ata' C"-inatia dintre

$e"etria sudurii% pre&enta suprainaltarii si a radacinii% deter"ina necesitatea inspectiei din lateralul

crdnului de sudura cu un traductr ce $enerea&a un #ascicul de unde transversale su- un anu"it

un$.i'

Traductrul un$.iular cnsta in $eneral dintr+un cristal pie&electric si pana de re#ractie ce pate #iinte$rata in carcasa traductrului sau detasa-ila 9 intersc.i"-a-ila' La -a&a $enerarii #asciculului de

unde transversale su- un anu"it un$.i sta #en"enul cnversiei undelr ln$itudinale in undetransversale datrita re#ractiei la inter#ata cu "aterialul piesei e!a"inate'


7/12

Un$.iurile standard de re#ractive cele "ai #lsite in de#ectscpie sunt =2>% ?0> si @0>' Un$.iul deincidenta necesar pentru a prduce un anu"it un$.i de re#ractie in "aterial se calculea&a cu le$ealui Snell*

In inspectiile u&uale% #asciculul de ultrasunete se prpa$a la un$.iul $enerat de catre traductr catrepartea in#eriara a piesei si se re#lecta la acelasi un$.i catre partea superiara a piesei' Deplasarea

traductrul inainte si inapi deter"ina ca #asciculul ultrasnic sa acpere intrea$a inalti"e a sudurii'

Aceasta "iscare de scanare per"ite inspectia intre$ului vlu" al sudurii si detectia discntinuitatilr

atat in sudura cat si in &na de in#luenta ter"ica sau "aterialul de -a&a adiacent crdnului de

sudura'


8/12

Ca si in ca&ul e!a"inarii cu traductare nr"ale% in inspectia cu traductare un$.iulare peratrul

ur"areste re#le!iile pe eventualele discntinuitati' In ti"pul cali-rarii si setarii ec.ipa"entului%peratrul tre-uie sa identi#ice ecurile datrate suprainaltarii si $e"etriei crdnului de sudura'

Ecurile ce apar in plus in &na sudurii pt prveni de la eventualele discntinuitati , lipsa de tpire%

#isuri% pri% crestaturi "ar$inale ) O anali&a a acestri ecuri per"ite deter"inarea tipului% p&itiei si"ari"ii acestr discntinuitati' In e!e"plul de "ai (s% #asciculul de ultrasunete traversea&a &na#ara discntinuitati si deci #ara re#le!ii si indicatii se"ni#icative pe ecran' O discntinuitate in &na

crdnului deter"ina re#le!ie puternica in &na de interes "arcata de parta rsie'

Pentru a acperi intre$ul vlu" si lun$i"e a crdnului de sudura% traductrul tre-uie deplasat pe unparcurs inainte+inapi pe intrea$a lun$i"e a crdnului' Para"etrii acestei traiectrii se deter"ina in

#unctie de caracteristicile traductrului si $rsi"ea sudurii'


9/12

In ""entul depistarii unei discntinuitati% traductrul se va rti in (urul a!ei sale si in (uruldiscntinuitatii pentru lcali&area si evaluarea precisa a "ari"ii ei'

Anu"ite prceduri prevad si scanarea ln$itudinala a sudurii pentru depistarea discntinuitatilr

transversale in crdnul de sudura'

E!a"inarea c"ple"entara a "aterialului de -a&a adiacent crdnului de sudura cu un traductr

nr"al per"ite depistarea eventualelr discntinuitati de tip la"elr ce se pt e!tinde catre sudura'

+. Metode de ealuare a (ari(ii discontinuitatilor

Daca lcali&area discntinuitatilr este relative si"pla% evaluarea "ari"ii discntinuitatilr este peratie critica "ai di#icila% crectitudinea ei deter"inand re&ultatele inspectiei' Principalele "etde

de evaluare a "ari"ii discntinuitatilr sunt*

+ (etoda ) d,

+ (etoda D$S - A.$

+ (etoda DAC - T.$

+ "etda AS D'+ "etda API

Metoda )d, se aplica pentru discntinuitati plane% paralele cu supra#ata si "ai "ari decattraductrul' Este "etda si"pla prin care se ur"areste cnturul discntinuitatii cu traductrul

p&itinat pe "ari$inea sa 3in asa #el ca a"plitudinea ecului sa #ie 20 din valarea sa "a!i"a ,respectiv +?dB4'

Metoda D$S-A$ este te.nica de evaluare a "ari"ii discntinuitatilr ce crelea&a a"plitudinea

ecului de la un re#lectr cu cea de la $aura cu #und plat a#lata la aceasi adanci"e 9 distanta'

Acesta este cunscut su- nu"ele de Mari"ea De#ectului Ec.ivalent 3ERS Euivalent Re#lectr Si&e4'

D;S este un acrni" de la Distance9;ain9Si&e si este practic te.nica "ate"atica ce sta-ileste

le$atura dintre distanta pana la discntinuitate% a"plitudinea ecului si "ari"ea unui re#lectr plan

a#lat la aceasi adanci"e' In plus% te.nica per"ite crectii cu atenuarea in "aterial si "dul de


10/12

cuplare' Traditinal% dia$ra"ele D;S9A7; sunt niste $ra#ice pe care peratrul pate interplain#r"atiile le$ate de a"plitudine si distanta pentru a deter"ina "ari"ea de#ectului ec.ivalent ERS%

In de#ectscapele "dern% aceste cur-e sunt $enerate electrnic iar evaluarea "ari"ii de#ectului

ec.ivalent se #ace aut"at'

Metoda DAC 3Distance A"plitude Crrectin4 #lseste cur-a a variatiei a"plitudinii re#lectrilr de

aceeasi "ari"e dar a#lati la adanci"i di#erite' Acesti re#lectri vr prduce ecuri cu a"plitudini

descrescatare cu distanta datrita atenuarii in "aterial si diver$entei #asciculului in ca"pulindepartat' In acest #el tate discntinuitatile cu aceleasi di"ensiuni cu ale re#lectrilr de re#erinta

vr $enera ecuri ce vr cadea pe cur-a DAC indi#erent la ce distanta se a#la in piesa'


11/12

Metoda T$ 3Ti"e 7aried ;ain4 c"pensea&a atenuarea cu adanci"ea cu aceeasi #actri acustici

ca si in ca&ul cur-elr DAC' In lc sa a#ise&e cur-a DAC pe ecranul de#ectscpului% T7; "arestea"pli#icarea in #unctie de ti"p 9 adanci"e aducand ast#el la aceeasi inalti"e tate ecurile prvenite

de la re#lectri de aceeasi "ari"e indi##erent de adanci"ea la care se a#la' In "d current ecurilesunt aduse la 0 din inalti"ea ecranului' De#ectscapele "derne per"it utili&area a"-elr

"etde si trecerea rapida de la "etda la alta'

/. Conclu0ii

Metda ultrasnica este una dintre "etdele de e!a"inare nedistructiva cele "ai #lsite datritaavanta(elr ei% printre care*

+ Aplica-ilitate e!tinsa + per"ite e!a"inarea unei $a"e #arte lar$i de "ateriale+ Acuratete + per"ite depistarea% lcali&area si evaluarea "ari"ii discntinuitatilr interne si de

supra#ata

+ Incredere , pr-a-ilitate de detectie de peste @0 3te.nicile c"-inate UT9TO


12/12

Metda ultrasnica a capatat valente ni prin de&vltarea te.nicilr TO

Documents

Metoda de Examinare Cu Ultrasunete