B 0NIENISZCZACE

BADANIA ULTRADZWI~KOWE, I

cz~sc 1 I PODSTAWY TEORETYCZNE

Biuro, ul. Matejki 11, 80-283 Gdansk

tel/fax (0-58) 345-68-58, 346-15-93

Magazyn/Serwis, ul. Stokrotkowa 14, 87-100 Torun

tel/fax (0-56) 654-66-27

Biuro Gamma, mgr Boguslaw Osuchowski

AI. Waszyngtona 41/128, 04-015 Warszawa

tel/fax (0-22) 810-70-54

Sklad komputerowy:

Rysunki komputerowe:

Bartosz H. Lipnicki

Andrzej Wojcieszek

Fox Graphic Studio

ul. Matejki 11 , 80-283 Gdatisk

W celu okreslenia wlasnosci wyrob6w oraz pewnosci (jakosci wy-

konania lub stanu technicznego) konstrukcji stosuje si~ w praktyce pr6by ibadania, kt6re mozna podzielic na niszczetce i nieniszczetce.

Badania niszczace przeprowadza si~ na specjalnie przygotowanychpr6bkach lub na gotowych wyrobach. Jedne jak i drugie w trakcie ba-dania ulegajet zniszczeniu, stetd stosowanie tego typu badanograniczone jest najcz~sciej do kilku (3 -7- 5) sztuk tzw. reprezentatyw-nych.Badania nieniszczace stanowiet natomiast grup~ metod badan, kt6redostarczajet informacji 0 wlasnosciach przedmiotu badanego bez po-zbawienia go wartosci uzytkowych, tzn. bez zmiany jegoeksploatacyjnej przydatnosci. Umozliwia to prowadzenie badan tegotypu w r6znych stadiach procesu produkcyjnego. POCZetwszyod kon-troli material6w wyjsciowych, przez kontrole mi~dzyoperacyjne, a nakontroli odbiorczej/ostatecznej Jub kontroli prowadzonej dalej w czasieuzytkowania skonczywszy (Rys. 1).

BADANIE

MATERIAt6w

WY J5CIOWYCH

KONTROLA

MI~DZYOPERACY JNA

KONTROLA

OSTATECZNA

WYROBU

KONTROLA

DZIALANIA

OKRESOWE

PRZEGLI\DY

NAPRAWY

REMONTY

4Badania nieniszGzqce znane Sq coraz szerzej przede wszystkim jakobadania defektoskopowe, tzn. takie badania nieniszczqce, kt6rychcelem jest wykrycie i ocena wad majqcych charakter nieciqgloscimaterialu (Pficherze, wtrqcenia, rozwarstwienia, pfiknificia, itp.).Na gwaltowny rozw6j i szerokie zastosowanie badati nieniszczqcychzlotylo sifi wiele przyczyn. Pierwszoplanowq rolfi odegraly czynnikiekonomiczne i bezpieczenstwa.Zagadnienie bezpieczenstwa przesqdzilo 0 zastosowaniu badatinieniszczqcych przede wszystkim w takich dziedzinach jak np.: lot-nictwo, astronautyka, energetyka jqdrowa, przemysl wydobywczyi petrochemiczny, stoczniowy, a ostatnio takte motoryzacyjny.Wzgl~dy ekonomiczne uzasadniajq potrzebfi stosowania badati nie-niszczqcych wszfidzie tam, gdzie mamy do czynienia z produkcjqmasowq czy wielkoseryjnq lub drogimi w skutkach awariami.

Stosowanie badati nieniszczqcych zapewnia:a) oszczfidnosci osiqgane przez eliminowanie z procesu produkcji

p6!wyrob6w lub wyrob6w wadliwych (np. badani.aosk6rowanych.pr~-t6w eliminujqz dalszejobr6bkiskrawanlemte pr~ty,ktore nle nadajqSl~.nazapasowewalypompze wzgl~duna ujawnionewady;ujawnieniewaddoplerow gotowychwalachpowodowalobyduzestratyrobocizny,energiii materialu).

b) zmniejszenie do minimum awaryjnosci urzqd~eti (unikasi~ cz~stobardzogroznychawarii,kt6rychskutkimogqpowodowacstratybezposrednle-zwiqzanenp.z uszkodzeniemkotla lub turbinyw.elektrocieplowniorazstratyposrednieb~dqceskutkiemwt6rnymtej awarll,jak np. brak ogrzewanlawszpitalach,szklarniach),

c) podwytszonq jednorodnosc, a tym samym por6wnywalnq ja-kosc wyrob6w (np. pod wzgl~dem wlasnosci wytrzymalosciowych,trwalosci,grubosciscianek).

Przewidujetc udziat badan nieniszczetcych w procesie pro,dukc~j-nym mozna cz~sto juz na etapie projektu tak uksztattow~c wyrobi opracowac jego technologi~, zeby mozliwe byto tatwe I wygod-ne stosowanie jednej lub kilku metod nieniszczetcych.Wymaga to jednak przynajmniej elementarnej wiedzy na temat cechbadati nieniszczqcych od projektant6w i technolog6w.

Istnieje wiele metod defektoskopowych i sposob6w ich stosowania,sposr6d kt6rych motna wybrac jednq lub kilka optymalnych. .,W praktyce przemyslowej zaleca sifi stosowanie i1lu~ ~ykorz.ystuJe slfimetody najprostsze, najtatisze i dajqce czytelne wynlkl badan.

5

Wsr6d najczfisciej stosowanych metod badati wymienic nalety takiejak:

- badania zwane oglfidzinami zewnfitrznymi,- badania szczelnosci,- badania penetracyjne,- badania magnetyczno-proszkowe,- badania prqdami wirowymi,- badania radiograficzne,- badania ultradzwifikowe.

Przy odpowiedzialnych urzqdzeniach, a takte w przypadku r6tnegocharakteru i r6tnorodnej orientacji spodziewanych wad, nalety korzy-stac jednoczesnie z dw6ch lub wificej metod. Postfipowac tak trzebaprzede wszystkim z uwagi na brak metody uniwersalnej.Musimy bowiem zdac sobie sprawfi z faktu, te poszczeg61ne metodydopelniajq sifi wzajemnie, a nie konkurujq ze sobq jak cZfisto mylnieuwata sifi. Wady i zalety p05zczeg61nych metod badati, a takte przy-datnosc wybranych metod do wykrywania niekt6rych rodzaj6w wadmaterialowych zostanq om6wione dalej.Dla dokonania analizy posiadanych informacji i wyboru optymalnejmetody badania naletaloby rozwatyc nastfipujqCe grupy zagadnieti: •

a) charakterystyka kontrolowanego wyboru- rodzaj materialu (metal, niemetal, magnetyczny, niemagne-

tyczny),- struktura materialu (drobnoziarnista tub gruboziarnista, mar-

tenzytyczna, austenityczna, itp.),- stan powierzchni (surowa, obrabiana, chropowata, gladka,

malowana, platerowana, itp.),- wymiary zewnfitrzne i grubosci kontrolowane (male, duze),- ksztalt (prosty, skomplikowany),- rodzaj ze wzglfidu na metodfi wytwarzania (odlew, odkuwka,

element spawany, itp.),b) charakterystyka szukanych wad

- rodzaj wady (zewnfitrzne, wewnfitrzne, technologiczne, eksplo-atacyjne, plaskie, przestrzenne),

- wymiary (punktowe, liniowe, rozlegle),- orientacja (wzdluzne, poprzeczne, promieniowe, skosne),- lokalizacja (powierzchniowe, podpowierzchniowe),- normy i wzorce (istniejq lub nie, przydatne lub nie),

4Badania nieniszGzqce znane Sq coraz szerzej przede wszystkim jakobadania defektoskopowe, tzn. takie badania nieniszczqce, kt6rychcelem jest wykrycie i ocena wad majqcych charakter nieciqgtoscimateriatu (pli)cherze,wtrqcenia, rozwarstwienia, pli)knili)cia,itp.).Na gwattowny rozw6j i szerokie zastosowanie badari nieniszczqcychztozyto si~ wiele przyczyn. Pierwszoplanowq rol~ odegraty czynnikiekonomiczne i bezpieczenstwa.Zagadnienie bezpieczenstwa przesqdzHo 0 zastosowaniu badarinieniszczqcych przede wszystkim w takich dziedzinach jak np.: lot-nictwo, astronautyka, energetyka jqdrowa, przemyst wydobywczyi petrochemiczny, stoczniowy, a ostatnio takze motoryzacyjny.Wzgl~dy ekonomiczne uzasadniajq potrzeb~ stosowania badari nie-niszczqcych wsz~dzie tam, gdzie mamy do czynienia z produkcjqmasowq czy wielkoseryjnq lub drogimi w skutkach awariami.

Stosowanie badari nieniszczqcych zapewnia:a) oszcz~dnosci osiqgane przez eliminowanie z procesu produkcji

p6twyrob6w lub wyrob6w wadliwych (np. badan~aosk6rowanychpr~-t6w eliminujqz dalszejobr6bkiskrawanlemte pr~ty,ktore nle nadaJqSl~. nazapasowewalypompze wzgl~duna ujawnionewady;ujawnieniewaddoplerow gotowychwalachpowodowalobyduzestratyrobocizny,energiii materialu).

b) zmniejszenie do minimum awaryjnosci urzqd~eri (unikasi~ cz~stobardzogroznychawarii,kt6rychskutkimogqpowodowacstratybezposrednle-zwiqzanenp. z uszkodzeniemkotla lub turbinyw.elektrocieplowniorazs~ratyposrednieb~dqceskutkiemwt6rnymtel awarll,]ak np. brak ogrzewanlawszpitalach,szklarniach),

c) podwyzszonq jednorodnosc, a tym samym por6wnywalnq ja-kosc wyrob6w (np. pod wzgl~dem wlasnosci wytrzymalosciowych,trwalosci,grubosciscianek).

Przewiduj~c udziat badan nieniszcz~cych w procesie pro,dukc~j-nym mozna cz~sto juz na etapie projektu tak uksztattow~c wyrobi opracowac jego technologi~, zeby mozliwe by to tatwe I wygod-ne stosowanie jednej lub kilku metod nieniszcz~cych.Wymaga to jednak przynajmniej elementarnej wiedzy na temat cechbadari nieniszczqcych od projektant6w i technolog6w.

Istnieje wiele metod defektoskopowych i sposob6w ich stosowania,sposr6d kt6rych mozna wybrac jednq lub kilka optymalnych. .,W praktyce przemystowej zaleca si~ stosowanie i/lu~ ~korz'ystuJe Sl~metody najprostsze, najtarisze i dajqce czytelne wynlkl badan.

5

Wsr6d najcz~sciej stosowanych metod badari wymienic nalezy takiejak:

- badania zwane ogl~dzinami zewn~trznymi,- badania szczelnosci,- badania penetracyjne,- badania magnetyczno-proszkowe,- badania prqdami wirowymi,- badania radiograficzne,- badania ultradzwi~kowe.

przy odpowiedzialnych urzqdzeniach, a takze w przypadku r6znegocharakteru i r6znorodnej orientacji spodziewanych wad, nalezy korzy-stac jednoczesnie z dw6ch lub wi~cej metod. Post~powac tak trzebaprzede wszystkim z uwagi na brak metody uniwersalnej.Musimy bowiem zdac sobie spraw~ z faktu, ze poszczeg61ne metodydopetniajq si~ wzajemnie, a nie konkurujq ze sobq jak cz~sto mylnieuwaza si~. Wady i zalety poszczeg61nych metod badari, a takze przy-datnosc wybranych metod do wykrywania niekt6rych rodzaj6w wadmaterialowych zostanq om6wione dalej.Dla dokonania analizy posiadanych informacji i wyboru optymalnejmetody badania nalezatoby rozwazyc nast~pujqce grupy zagadnieri: .

a) charakterystyka kontrolowanego wyboru- rodzaj materiatu (metal, niemetal, magnetyczny, niemagne-

tyczny),- struktura materiatu (drobnoziarnista tub gruboziarnista, mar-

tenzytyczna, austenityczna, itp.),- stan powierzchni (surowa, obrabiana, chropowata, gladka,

malowana, platerowana, itp.),- wymiary zewn~trzne i grubosci kontrolowane (male, duze),- ksztatt (prosty, skomplikowany),- rodzaj ze wzgl~du na metod~ wytwarzania (odlew, odkuwka,

element spawany, itp.),b) charakterystyka szukanych wad

- rodzaj wady (zewnli)trzne,wewnli)trzne, technologiczne, eksplo-atacyjne, plaskie, przestrzenne),

- wymiary (punktowe, liniowe, rozlegle),- orientacja (wzdluzne, poprzeczne, promieniowe, skosne),- lokalizacja (powierzchniowe, podpowierzchniowe),- normy i wzorce (istniejq lub nie, przydatne lub nie),

7

Zaszeregowanie spodziewanych wad do jednej z wyzej wymienionychgrup wpfywa zasadniczo na wyb6r metody kontroli nieniszczqcej, przypomocy kt6rej mozna te wady wykrye.Z uwagi na szerokie i zr6znicowane mozliwosci poszczeg61nych me-to? kon~~~1inie~isz~.zqcej. uzasadnione jest przewidywanie rodzaju,o~lentac~1I 10~ahzacJIwad. Do tego celu przydatne okazae si~ mogqwledza I podzlaf wad ze wzgl~du na ich genez~ lub inaczej mecha-nizmy ich powstawania, r6wniez na dwie grupy:

a) wady technologiczne - Sq scisle zwiqzane z metodq wytwa-rzania elementu lub konstrukcji badanej i powstajq w trakcie lubna skutek bf~dnie przeprowadzonej operacji technologicznej(np. jamy skurczowelub niespawydlaodlew6w, zakuciadla odkuwek,brakiprzetopui p~cherzedlazlqczyspawanych);

b) ~ady eksploatacyjne - spowodowane Sq srodowiskiem pracyIflub charakterem obciqzenia elementu lub konstrukcji badanej(np. kor~zjaw:i.erowaspowodowanaagresywnymsrodowiskiem,p~kni~ciazm~czenlowespowodowanecykliczniezmiennyminapr~:i.eniami,korozjana-pr~zenlowa spowodowananapr~:i.eniamii agresywnym oddzialywaniemsrodowiska).

StosujqC badania nieniszczqce zmierzamy do okreslenia rodzaju,wielkosci i nasilenia wad w celu stwierdzenia ich dopuszczalnosci lubkoniecznosci ich usuni~cia, 0 ile to mozliwe.W obliczu terminologii wprowadzanej normami europejskimi trzebawspomniee, ze mamy do czynienia z jeszcze jednym podziafem wadw dotychczasowym rozumieniu. Normy europejskie wprowadzajq ter-minologi~ opierajqcq si~ 0 kryterium czysto prawne, nie techniczne,tzn. poj~cie niezgodnosci i wady.Niezgodnosc oznacza brak spefnienia cechy lub cech jakosciowychustalonych w specyfikacji wymagari. W dotychczasowej terminologiipowiedzielibysmy, ze jest to wada dopuszczalna lub niedopusz-czalna-naprawialna, czyli taka kt6ra nie dyskwalifikuje bezpowrotnieobiektu badari.Wada stanowi natomiast brak spefnienia cechy lub cech jakosciowychw zakresie wymagari zwiqzanych z zamierzonym uzytkowaniemobiektu. W dotychczasowej terminologii nazywana ona byfa wadqniedopuszczalnCl i nienaprawialnCl czyli takq, kt6ra bezpowrotniedyskwalifikuje obiekt badari.W dalszej cz~sci b~dziemy stosowali dotychczasowq terminologi~.

c) organizacja kontroli_ spos6b prowadzenia badari (r~czny, p6lautomatyczny, auto-

matyczny, ciqgly, wyrywkowy),_ metody i sprz~t do badari b~dqce w dyspozycji,_ dost~p do przedmiotu badania (Iatwy, utrudniony),- technika badania (rutynowa, specjalna),_ wskazania wad (bezposrednie, cyfrowe, ciqgle),- kryteria oceny i interpretacji wynik6w,_ warunki bhp podczas prowadzenia kontroli,

d) fqczne koszty badania_ inwestycyjne (zakup opracowan, aparatury, szkolenia),_ badawcze (dob6r metody i techniki badania, badania pr6bne),_ prowadzenia kontroli (materialy, wynagrodzenia, itp.).

Powyzsze zestawienie pokazuje jak r6znorodne zagadnienia nalezyrozpatrzye przy wyborze najwfasciwszej metody badari.Jednoczesnie nalezy zdae sobie spraw~, ze ujawnienie wskazari mo-\gqcych bye wadami to dopiero pierwszy etap dziafania. Dalsze etapy,cz~sto duzo trudniejsze, to interpretacja wskazari, a nast~pnie ocenawynik6w badania i ich wpfywu np. na trwafose obiektu.

1.2. Wady materialowe w uj~ciu og61nymW najbardziej og61ny spos6b wad~ mozna scharakteryzowae ja-

ko cech~ lub wfasnose materiafu bqdi: wyrobu niezgodnq zokreslonymi wymaganiami, np. z dokumentacjq technicznq.

Wsr6d wad b~dqcych przedmiotem poszukiwari metodami nienisz-cZqcymi mozna wyr6znie dwie podstawowe grupy wad w zaleznosciod ich potozenia w badanym materiale lub wyrobie. Sq to:

a) wady zewn~trzne_ geometryczne (odchyleniawymiarowe,ubytkikorozyjnelub erozyjne,

wadyksztaltu),_ powierzchni (np. porowatosc, zawalcowania, zakucia, niespawy,

otwartep~kni~cia,nieszczelnosci,w:i.erykorozyjne,uszkodzeniamecha-niczne);

b) wady wewn~trzne(rozumiane najcz~sciej jako wszelakiego rodzaju wewn~trzne nie-ciqglosci materialu w skali makro, np. wtrqcenia, p~cherze, zuzle,p~kni~cia, ).

8W grupie wad z jakimi spotykamy si.fi w pra~tyce, najbardziej niebez-pieczne Sq wady ptaskie, a wsr6d nIch Pfikn~fi~la. ".f"Jad~ te Sq.cZfistotrudne do wykrycia, a niejednokrotnie wykrycle Ich Jest nIemozllwe (np.przy rownoleglym uslawieniu wady do osi wiqzki fal ullradzwll~kowych w przypadkuslosowania melody ullradzwi~kowej lub proslopadlym uslawlenlu wady do wlqzkl pro-mieniowania X lub y w melodzie radiograficznej).Wady sferyczne, jak np. pficherze, nie powodujq tak duzego niebez-pieczenstwa, gdyz ostabiajq one przekr6j czynny elementu,. nIeprowadzqc jednak do takiego spifitrzenia naprfizen jak wady ptaskle.

Trzeba zdawae sobie sprawfi, ze wykonanie konstrukcji bez jakich-kolwiek wad jest niemozliwe. W zwiqzku z tym bardzo istotnq sprawqstaje sifi okreslenie wad dopuszczalnych dla danej konstrukcji, tzn. ichrodzaju, wielkosci i nasilenia. Ograniczenia dopuszczalnosci wad po-winny bye okreslone dla danej konstrukcji przez jej p.rojektanta I~binstytucje powotane do nadzoru technicznego. W takl sam sposobpowinien bye okreslony zakres stosowania i rodzaj kontroli.

1.3. Wady wyrob6w hutniczychWady 0 charakterze nieciqgtosci materiatowych w r6znego ro-

dzaju wyrobach hutniczych pochodzq najczfisciej od wadwystfipujqcych we wlewku hutniczym (Rys.2.). Typowe wady wlewkato:

a) jama usadowa - jest to nieciqgtose usytuowana w osi wlew-ka, w jego g6rnej cZfisci zwanej gtOWqwlewka lubnieco ponizej, spowodowana skurczem podczaskrzepnificia ptynnego materiatu, w okolicy tej wadycZfisto wystfipujq rzadzizny;

b) wtrCl.cenianiemetaliczne - zuzle, tlenki i siarczki r6~nego ..pochodzenia mogq wystfipowae w cateJ obJfitosclwlewka, ale najwifiksze ich skupiska znajdujq sifiw okolicy gtowy wlewka, w pozostatej cZfisci wlewka wtrqcenia wystfipujqZ mniejszym natfizeniem;

c) p~cherze - nieciqgtosci spowodowane uwifizieniem wydoby- .wajqcych sifi gaz6w w krzepnqcym metalu, naJ-cZfisciej Sq to wady wewnfitrzne mogqcewystfipowae w catym wlewku (tak jak wtrqcenia nie-metaliczne);

gtowawlewka_.-

d) porowatosci - tworzone Sq podobnie jak Pficherze (najcz~sciejz pary wodnej) z tym, ze Sq to zazwyczaj wady ze-wnfitrzne;

e) r6znego rodzaju segregacje - powstajq pod wptywem nie-jednakowych warunk6w w catej objfitosci wlewka(sktad chemiczny, temperatura, szybkosc stygni~cia,itp.).

Gtowa wlewka jest odcinana w celu usunificia z dalszej przer6bkimateriatu z najwifikszymi wadami. .Po tej operacji wlewek podlega wstfipnej przer6bce plastycznej nakfisiska kwadratowe i ptaskie oraz kfiSY. Wady wystfipujqCe jeszcze wpozostatej CZfisci wlewka zmieniajq swoje rozmiary i ksztatt.

10

Nast~pnie podczas kucia, walcowania i pro~i1owania ~ o~j~tosci~wychwad takich jak: pozosta~osci jamy usadoweJ, wtrqCenla n1emetali~zne,pory i p~cherze powstawac b~dq rozwarstwienia (Rys.3-a), ~USkl,za~walcowania, pojedyncze i pasmowe wtrqcenia (Rys.3-b), naderwanla ~p~kni~cia powierzchniowe, kt6re spotkac mozna w blachach, rurach I

r6znych profilach hutniczych. .Wszystkie te wady b~dq mia~y najcz~sciej charakter wqskoszczelino-wych wad p~askich, zorientowanych prawie zawsze poprzecznie dokierunku sit zgniatajqcych materia~ lub kierunku najwi~kszej przer6bkiplastycznej.

Rys.3. Wady wyrob6w hutniczych (wlewka po przer6bce plastycznej):a) rozwarstwienia, b) wtrqcenia niemetaliczne (pasmowe i punktowe).

\

M.K.Lipnicki - "Badania ultradzwit<kowe", cz. 1 - "Podstawy teoretyczne" / ~ozdzial 1

11

1.4. Wady odlew6w i odkuwek

1.4.1. Wady odlew6w

Rzadzizna - (tzw. gqbczastosc) jest to skupisko drobnych jamskurczowych powstajqcych podczas krzepniecia, stanowi g~sto zloka-Iizowane pustki 0 ostrych konturach i r6znych rozmiarach, najcz~sciejjest wadq wewn~trznq, rzadziej powierzchniowq.

P~cherze obj~tosciowe pustki gazowe 0 r6znych ksztal-tach, wielkosci i nasileniu, mogq bye wewn~trzne, podsk6rne ipowierzchniowe; w szczeg61nych warunkach mogq wyst~powac zduzym nasileniem jako sitowatosc (wewn~trzne skupisko bardzo drobnych

i licznych p~cherzy), naklucia (grupowo wyst~pujace drobne otworki/kanaliki po-

wierzchniowe, polqczone najcz~sciej z wi~kszymi p~cherzami podpowierzchniowymi),

ospowatosc (plytkie i liczne powierzchniowe wgl~bienia okrqglego ksztaltu, sta-

nowiqce slady p~cherzy zewn~trznych lub podsk6rnych).

P~kni~cia powierzchniowe lub wewn~trzne przerwy w ciq-glosci metalu tworzqce si~ jako jedne z trzech rodzaj6w: p~kni~cia nagorct.co (powstajq w temperaturach powyzej 1250°C dla stali w~glowych, posiadajqnieregularny i poszarpany ksztalt, a scianki najcz~sciej pokryte warstwq twardych t1en-

k6w) , na zimno (powstajq w zakresie temperatur odksztalceri spr~zystych, majqcharakter powierzchniowy lub na wskros, zazwyczaj pojedyncze z nielicznymi odgal~-zieniami, 0 powierzchni nieposzarpanej, nieutlenionej, ze slabymi nalotami, przelom

zazwyczaj ziarnisty), mi~dzykrystaliczne (liczne, drobne, przebiegajqce po gra-

nicach ziarn).

Niespaw - (tzw. niespojenie lub falda) jest to niez~qczenie si~warstw metalu wyst~pujqce na powierzchni~, wada wqskoszczelinowazblizona charakterem do spawalniczego przyklejenia, moze wyst~po-wac jako wada powierzchniowa, si~gajqca wglqb lub na wskros.

1.4.2. Wady odkuwek

Zakucie - jest najcz~sciej wadq powierzchniowq, stanowizafaldowanie materialu/kraw~dzi odkuwki z jednoczesnym przylgni~-ciem do g~6wnej masy metalu bez sp6jnosci (identyczny wyglqd icharakter jak zawalcowanie).

P~kni~cia stanowiq wqskoszczelinowe przerwy w ciqglo-sci materialu, Sq wadami zewn~trznymi lub wewn~trznymi

12

przebiegajqcymi wglqb lub na wskros. Powstajq n~ skutek napr~tencieplnych lub mechanicznych podczas procesu kucla.Podczas kucia wysokostopowych stali maloplastycznych (np.~zyb~otnC\.-cych stali narz~dziowych)p~kni~cia wewn~trzne cz~sto ukladajq Sl~ wcharakterystycznym ksztalcie krzyi:a lub pierscienia.

Krzyz kucia - najcz~sciej jest wadq wewn~trznq 0 charakte-rze r6tnie zorientowanych p~kni~c gwiazdzistych, kt6re Sqzlokalizowane w srodkowej cz~sci obj~tosci elementu, przy czymgl6wna os wady jest prostopadla do kierunku kucia.

Rozsadzenie - jest obj~tosciowq wadq powierzchniowq I.ubwewn~trznq 0 nieregularnych, ostrokraw~dziowych ksztattach. Naj~cz~sciej usytuowana r6wnolegle do kierunku ziarn. Mote wyst~powacw procesie kucia, walcowania lub przeciqgania.

Pfatki sniezne - wada ta stanowi skupisko drobnych, r6tniezorientowanych p~kni~c wewn~trznych, przebiegajqcych przez ziarna.Wyst~pujq gl6wnie w stalach chromowych i chromoniklowych. Nazgladzie widoczne jako cienkie, srebrne "platki"

1.5. Inne wadyP~kni~cie hartownicze - jest wadq wqSkOSzc~elinow~ po-

wstajqcq przy hartowaniu, przebiega zazwyczaj p~ gr~n1c~ch zlaren.Jest bardzo wyrazne, pojedyncze lub grupowe, najcz~sclej. proste I~blukowate, z reguly gl~bokie. Wyst~puje najcz~sciej w okollcy ro~~owi otwor6w konstrukcyjnych. Charakteryzuje si~ nieodw~glonyml sClan-kami (odwEilglenieswiadczy 0 powstaniu wady przed obr6bkq cieplnq lub wtrakcie grzania do hartowania).

P~kni~cie sezonowe - jest wadq powstajqc~ w te~per~-turze pokojowej bez udzialu sit zewn~trznych w wY~lku d~lalanianapr~ten wewn~trznych, uszkodzen korozyjnych pow.lerzchnl ~ na-pr~teniami wewn~trznymi lub wzrostu napr~ten w czasle starzenla.

P~kni~cia szlifierskie - wqskoszczelinowe, p~ytkie, po-wierzchniowe wady w postaci siatki drobnych lub pOJedynczych,kr6tkich p~kni~c; poszczeg61ne p~kni~cia Sq zazwyczaj prostopadledo kierunku szlifowania.

P~kni~cia zm~czeniowe - powierzchniow~ w.ady 0 r6tnejgl~bokosci, najcz~sciej prostopadle do po~.lutnej ?S~ elementu, po-wstajq w okolicy zmian ksztattu i koncentracjl napr~zen zmlennych.

M.K.Lipnicki _ "Badania ultrad:i.wi«kowe", cz. 1 - "Podstawy teoretyczne" / Rozdzial I

13

Wady spoin - patrz norma PN-75/M-69703 (Spawalnictwo. Wadyzlqczy spawanych. Nazwy i okreslenia) lub EN26520:91 (Klasyfikacja nie-zgodnosci spawalniczych w zlqczach spawanych metali wraz zobjasnieniami) oraz poradnik IISystematyka i przyczyny powstawaniawad w zlqczach spawanych" - J.Czuchryj, Biuro Gamma, Warszawa1998.

1.6. KorozjaKorozjq metali i ich stop6w nazywamy procesy niszczenia przez che-miczne lub elektrochemiczne reakcje z otaczajqcym srodowiskiem.Wyr6tnia si~ r6tne rodzaje i mechanizmy korozji, kt6re z uwagi naznaczenie wielu czynnik6w zewn~trznych stanowiq bardzo szerokie itrudne zagadnienie - nie spos6b tutaj om6wic wszystkie z nich. Spr6-buj~ jednak przedstawic pewnq systematyk~ i kr6tkq charakterystyk~.

Wszystkie podzialy i klasyfikacje zwiqzane Sq z mechanizmem proce-su korozyjnego i jego warunkami. Zaletnie od rodzaju mechanizm6wprocesu wyr6tnic motna korozj~ chemicznct i elektrochemicznct.

Natomiast po uwzgl~dnieniu innych czynnik6w zewn~trznych nasilajq-cych podstawowy mechanizm procesu niszczenia wymienic naletykorozj~: napr~zeniowct (tzw. p~kanie korozyjne wywolane agresywnymsrodowiskiem i naprEilzeniamistatycznymi), zm~czeniowct (spowodowanqsrodowiskiem korozyjnym i cyklicznie zmiennym obciqzeniem), ciernct (wy-wolanq przede wszystkim czynnikami mechanicznymi, a dopiero w drugiejkolejnosci chemicznymi), biologicznct (powodowanq bakteriami, grzybami,wodorostami, ...), atmosferycznct (morskq, przemyslowq, miejskq lub tro-pikalnq zaleznie od skladu chemicznego atmosfery), gazowct (np. tlenowq iwodorowq), elektrokorozj~ (wywolanq uplywajqcymi prqdami stalymi lubzmiennymi, tzw. prqdami blqdzqcymi), kawitacj~ (majqcq gl6wnie charaktermechaniczny polqczony niekiedy z chemicznym, np. w przypadku, gdy czyn-nik jest agresywny).

Wedlug kryteri6w rodzaju zniszczen spowodowanych korozjq wymie-niane Sq: korozja r6wnomierna (powierzchniowa), nier6wnomierna(plamowa, wzerowa, punktowa) i mi~dzykrystaliczna.

1.7. PrzeglCld przemysfowych metod nieniszczClcychW pierwszej cZEilscitego rozdzialu podane zostaly wstEilpne informacjedotyczqce badan nieniszczqcych, kryteri6w ich doboru i efekt6w uzy-skiwanych w wyniku ich stosowania.Teraz podane zostanq najczEilsciej stosowane metody badan zeszczeg61nym podkresleniem ich zasad fizycznych, zakresu zastoso-wan, wad i zalet.przed przystqpieniem do badania kt6rqkolwiek z dalej om6wionychmetod nieniszczqcych trzeba zdae sobie sprawEil z koniecznosci prze-·prowadzenia tzw. badan wstEilpnych, kt6re sprowadzajq siEildo :

- ogl~dzin zewn~lrznych (tzw. wzrokowych) prowadzonychnieuzbrojonym okiem lub z zastosowaniem prostych urzq-dzen dodatkowych jak np. lupa, latarka oraz specjalne luster-ka, jesli to konieczne;

- badan stuchowych - ostukiwanie i osluchiwanie.Badania wstEilpne majq na celu wykrycie ewidentnych wad i wyelimi-nowanie z dalszych badan element6w lub obszar6w wadliwych zjednej strony, bqdz wytypowanie element6w lub obszar6w 0 wqtpliwejjakosci do dalszych badan szczeg6lowych z drugiej strony.W dalszej cZEilscitego rozdzialu zostanq kr6tko om6wione nastEilpujq-ce metody:

15

- badania szczelnosci,- badania penetracyjne,- badania magnetyczno-proszkowe,- badania radiograficzne,- badania ultradzwiEilkowe,

kt6re podzielono na dwie grupy w zaleznosci od ich predyspozycji dowykrywania wad zewnEiltrznych lub zewnEiltrznych i wewnEiltrznych.

1.7.1. Melody wykrywania wad zewn~lrznych

• Melody badania 5zczelnosciKontrola szczelnosci polega na doprowadzeniu odpowiednio do-

branego czynnika cieklego lub gazowego do jednej ze stron badanejpowierzchni i wykrywaniu slad6w przejscia tego czynnika po drugiejstronie tej samej powierzchni (w swietle bialym lub ultrafioletowym).W przypadku konstrukcji zamkniEiltych (zbiornik6w, rurociqg6w, itp.) kon-trola szczelnosci moze bye r6wniez pr6bq wytrzymatosci. Trzebajedynie wewnqtrz tej konstrukcji wytworzye odpowiednio duze cisnie-nie (okreslone przepisami), notujqc jednoczesnie ewentualne wahaniacisnienia i temperatury w okreslonych odstEilpach czasu. NajczEilsciejstosowane pr6by szczelnosci om6wione zostanq ponizej na przykla-dzie kontroli zbiornik6w. PominiEilto tutaj metodEil penetracyjnq, gdyzzostanie ona om6wiona oddzielnie, jako ze kontrola szczelnosci jesttylko jednym z jej zastosowan.Pr6ba hydrauliczna - jest stosowana najczEilsciej jako pr6ba wytrzy-matosciowa przez producent6w i instytucje odbiorowo-klasyfikacyjne.Przeprowadza siEiljq najczEilsciej na specjalnych stanowiskach. Za-mkniEilty szczelnie zbiornik podlqcza siEil do przewodu Uocznegowyposazonego w manometr i termometr oraz napelnia siEilgo wodq.Po uzyskaniu odpowiedniego cisnienia i po uplywie okreslonego cza-su prowadzi siEil kontrolEil cisnienia na manometrze, temperatury natermometrze i oglEildziny zbiornika ze szczeg61nym uwzglEildnieniemwszystkich polqczen, kr6ec6w i wlaz6w.

Pr6ba "baniek mydlanych" - jest stosowana na zbiornikach 0 bar-dzo duzych rozmiarach, kt6re nie mogq bye badane w miejscu pracy zpowodu olbrzymich obciqzen dzialajqcych na fundament i podpory, apochodzqcych od czynnika wypelniajqcego (tzn. wody). Zbiornik napel-nia siEil gazem pod niewielkim nadcisnieniem i nastEilpnie wszystkie

14

Wykrywanie i rejestrowanie postEilPU zniszczen korozyjnych jestutrudnione zwlaszcza na konstrukcjach tzw. jednostronnie dostEilpnych(rurociqgi, kominy, zbiorniki, kadtuby statk6w)..Konstrukcje takie powinnybye poddawane okresowej ocenie ze wzglEild6w bezpieczenstwa (wy-trzymatosci konstrukcji, toksycznosci medi6w) lub ekonomicznych (stratyczynnika, koszty usuwania wyciek6w, kary za zanieczyszczanie srodowiska,niska sprawnosc instalacji).Do pomiar6w grubosci i szacowania ubytk6w korozyjnych najpow-szechniej jest stosowana metoda ultradzwiEilkowa, kt6ra w corazwiEilkszej Iiczbie galEilziprzemyslu jest stosowana do tzw. monitoringu.

Stosowanie grubosciomierzy i/lub defektoskop6w ultradzwiEilkowychpozwala w prosty spos6b wykrywae skutki korozji r6wnomiernej i wze-rowej. Inne rodzaje korozji wymagajq specjalnego wyposazenia lubniekonwencjonalnych technik i Sq bardzo trudne do wykrycia (zwlasz-cza w poczqtkowym stadium rozwoju).

16

miejsca podlegajqce ogl~dzinom pokrywa si~ wodq mydlanq. W miej-scach nieszczelnosci pojawiajq si~ tzw. banki mydlane.Pr6ba zanurzenia - moze bye stosowana wytqcznie do badania ma-tych zbiornik6w, kt6re po napetnieniu gazem zanurza si~ catkowicie wwodzie. P~cherzyki powietrza wychodzqce .na powierzchni~ wodyswiadczq 0 nieszczelnosci (Ten spos6b badania jest dobrze znany posiada-

czom pojazd6w, kt6rzy lokalizowali miejsce nieszczelnosci w d~tce).

Pr6ba "nafty i kredy" - jest to jedna ze starszych metod. Polegaona na tym, ze np. wewn~trznq powierzchni~ zbiornika pokrywa si~kredq rozrobionq z wodq (mieszanina,). Po wyschni~ciu tej powierzchninanosi si~ na przeciwnq powierzchni~ naft~ podgrzanq do temperatu-ry okoto 40°C. Miejsca nieszczelnosci widoczne Sq po stronie "kredy"jako ciemniejsze piamy. Dla podniesienia wykrywalnosci mozna donafty dodae barwnika kontrastujqcego.

• Metody penetracyjneMetody te wykorzystujq zjawisko wtoskowatosci. Wszelkiego ro-

dzaju zewn~trzne wady szczelinowe zachowujq si~ jak kapilary, wkt6re wnika ciecz zwana penetrantem.Wykrywane mogq bye skuteczne wszystkie wady zewn~trzne w wyro-bach z dowolnych materiat6w nieporowatych.Proces badania penetracyjnego pokazano na rysunku 4.Najwi~ksze znaczenie dla zastosowan przemystowych zyskaty dwiemetody: barwna i fluorescencyjna. R6zniq si~ one przede wszystkimrodzajem oswietlenia podczas ogl~dzin i wykrywalnosciq. Metoda flu-orescencyjna jest duto bardziej czuta, wymaga ona jednakzaciemnienia miejsca badan i stosowania oswietlenia ultrafioletowegoo okreslonym nat~zeniu promieniowania UV podczas ogl~dzin.

Zalety metod penetracyjnych :_szybki i prosty proces badania, niezbyt wysokie kwalifikacje;_ mozliwose badania r6znych materiat6w i wyrob6w 0

dowolnych ksztanach i wymiarach;_tatwose wykrywania wad 0 wielkosci od ok. 0,001 mm;_tatwose stosowania w warunkach warsztatowych i

terenowych;- niskie koszty badania;~mozliwose mechanizacji procesu badania;_duta skutecznose wykrywania wad eksploatacyjnych.

6 ".ilIf Ji~

a.:*,"::0"/'

2 , S 2 ) 2 , )szczotka piaskowanie para wodna zmywacz

~d=s ~(j------------ r43>b ~~t----r-------5~~ (

+( , S

zanurzanie p~dzel waerozolu elektrostatycz.

C 2 " ) '" ~6~2 , )

gqbka, szmaty p~dzel woda ( max. 5bar ) zmywacz

d 2 I ) 2 l' ) ~ma~

suszenie naturalne szmaty pawietrze pawietrze gorqce

~~ ± + i/ .f)e 2 T ) 2 r ) 2 l' )

puder

nieuzbr. ~ folia ~akaf

2 r ) oS 2 r )

Rys.4. Etapy procesu badania penetracyjnego:a) oczy~zc~enie p~wierzchni, b) naniesienie penetranta,c) usum~~/e nad:maru p'enetranta po czasie jego wnikania,d) suszen.le p~wlerzc~?I, e) naniesienie wywolywacza,f) poszuklwame wad Ilch dokumentowanie (zapis).

Wady metod penetracyjnych :- koniecznose wst~pnego oczyszczenia i odUuszczenia

powierzc~ni badanej oraz oczyszczenia powierzchni po badaniu;- wykrywanle tylko wad otwartych, a zatem wptyw rodzaju obr6bki

na s~utecznosc kontroli (niewykrywalne sa, wady, kt6re zostaly "zacia,-gnl~te podczas szhfowania, srutowania, piaskowania, itp.);

- wptyw temperatury obiektu na wtasnosci preparat6w (popularne pre-paraty penetracYJne pozwalaja, badac obiekty 0 temperaturze od +10 do ok.+50°C, stosowanie specjalnych preparat6w poszerza zakres temperatur bada-nego obiektu od -20°C do +80°C, a ostatnio az do okolo +250°C);

- starzenie si~ preparat6w;- najcz~sciej duza toksycznosc preparat6w, a zatem koniecznose

18

zapewnienia dobrej wentylacji podczas stosowania w pomiesz-czeniach zamkni~tych;

_koniecznose stosowania specjalnych preparat6w do stali auste-nitycznych (zagrozenie korozjq mi~dzykrystalicznq-napr~zeniowaJ'

~D~~~~~~~~.--~CGJ~~" -'~, ~~-- ~L2J'~, ~~~~~-- ---------.~ - ._-~'~\._---~ - ----------..

= ~ ~ : : ~ : ~ : = ~ : : = : ~ ~ ~ ~ ~ : : : ~ : :: == ~ = : : :=:- ---------~ - --- . ~-._-- - ---- ------- - - . - - - - - - ~ - - - - ~, :- - - ". -- - - - - - ~- . - - --..

• Metody magnetyczno-proszkoweBadania te (obok badari prqdami wirowymi) Sq najcz~sciej stosowanq

metodq kontroli wsr6d badan elektromagnetycznych. Wykorzystujqone zjawisko rozproszenia pola magnetycznego lub zmiany przenikal-nosci magnetycznej w miejscach wyst~powania wad. Mogq bye zatemstosowane wytqcznie do badania element6w z materiat6w ferroma-gnetycznych, tzn. wszystkich stali konstrukcyjnych opr6cz staliwysokostopowych - austenicznych.Skutecznie wykrywane mogq bye wszystkie wady zewn~trzne, a nie-kiedy r6wniez wady podpowierzchniowe. Jednakze. mozliwosewykrywania tych ostatnich zalezy od ich ksztaUu i wielkosci, i nie zaw-sze daje jednoznaczny wynik kontroli. W czasie badania napowierzchni~ badanego obiektu nanosi si~ podczas jej magnesowa-nia drobnoziarnisty proszek magnetyczny w postaci suchej (puder -

metoda sucha) lub mokrej (zawiesina - metoda mokra).Jesli w badanym elemencie nie ma wad, to linie sit pola magnetycz-nego zobrazowane usytuowaniem ziaren proszku b~dq ukladae si~bez zmiany kierunku. Natomiast b~dq odchylae si~ w miejscu z wadq(zjawisko rozproszenia pol a magnetycznego).

Skupiska proszku odwzorowujq zatem na powierzchni badanej ksztaUwady. Najskuteczniejszq wykrywalnose uzyskuje si~ przy prostopa-dlym usytuowaniu wady do kierunku linii sit pola magnetycznego.Sposoby magnesowania przedstawia rysunek 5.

Na pelny cykl badania skladajq si~ nast~pujqce czynnosci :_ rozmagnesowanie powierzchni badania Uesli jest konieczne),

_przygotowanie powierzchni badanej (oczyszczenie, przeprowadzenie

ogl~dzin, ewentualne naniesienie kontrastu),- wzbudzenie pola magnetycznego i jednoczesne naniesienie

proszku lub zawiesiny proszku magnetycznego,_ogl~dziny badanego obszaru i oznaczenie wad (ogl~dziny mogq

bye prowadzone w swietle ultrafioletowym w przypadku badania metodq metodq

fluorescencyjnq - ziarna proszku pokryte luminoforem),

_ rozmagnesowanie koncowe (jesli jest konieczne) ..

bezposredniprzepiyvvprqdu 0 dutym natrtteniu

przez badany obiekt(pole kolowe)

nawinirtcie przewodu,przez kt6ry piynie prqd

o dutym natrtteniu(cewka - pole podlutne)

prqd piynqcyprzez przewodnikumieszczony wotworze obiektu(pole kolowe)

prqd piynqcy w przewodzienawinirttym na badanym

obiekcie(cewka - pole kolowe)

Rys.5. Badania magnetyczno-proszkowe:a) przebieg linii sil pola magnetycznego,b) praktyczne sposoby magnesowania obiektu badanego

- przebieg linii sil pola magnetycznego.

Metody magnetyczno-proszkowe posiadajq nast~pujqce:a) zalety

- duza skutecznose wykrywania wad,- znacznie mniejsza wrazliwose na zabrudzenie powierzchni ba-

danej oraz tzw. zamkni~cie wad jak w metodach penetracyjnych,

- szybki i prosty proces badania.

21

filmu (np. rozwarstwienia, przyklejenia milildzywarstwowe, itp.),- wysokie rezimy bezpieczenstwa.

b) wady_aparatura bardziej skomplikowana jak w metodzie penetracyjnej,- skutecznose tylko dla materialow ferromagnetycznych,_cz~sto koniecznose oczyszczania i rozmagnesowania elementu

przed i po kontroli. ~>~,<" ' .'

1.7.2. Metody wykrywania wad zewn~trznychiwewm~trznych

• Metody radiacyjneW metodach tych wykorzystuje si~ zjawiska towarzyszetce promienio-waniu jonizujetcemu, a przede wszystkim zjawisko fotochemiczne.Promieniowanie jonizujetce posiada zdolnose przenikania przez roznematerialy oraz zdolnose naswietlania blony fotograficznej. lIose pro-mieniowania przenikajetcego przez material zmienia si~ dla roznychmaterialow wraz ze zmianet ich g~stosci, a dla tych samych materia-low zaleznie od ich grubosci lub obecnosci w nich wad izanieczyszczen. Uproszczony schemat badania przedstawia rysunek 6.W badaniach tych stosuje si~ promieniowanie rentgenowskie - X (ra-diografia) lub promieniowanie gamma - y (gammagrafia).Na wywolanej blonie otrzymuje si~ dwuwymiarowy, plaski obraz, b~-detcy rzutem badanego obiektu lub jego fragmentu.Cz~sci obiektu 0 mniejszych grubosciach Set reprezentowane na ra-diogramie przez obszary 0 wi~kszym zaczernieniu. Wady materialowewidoczne Setnajcz~sciej jako miejsca 0 zaczernieniu roznietcym si~ odlokalnego tla. 0 wymiarze wady w kierunku rozchodzenia si~ prom ie-niowania swiadczy stopien zaczernienia ich obrazu w porownaniu zestopniem zaczernienia lokalnego tla.Metody radiacyjne charakteryzujet si~ nast~pujetcymi zaletami:

_ mozliwose badania materialow 0 dowolnych wlasnosciach,_dobra wykrywalnose wad stanowietcych ubytek grubosci bada-

nego obiektu od okolo 5%,- trwaly wynik badania w postaci radiogramu.

Do wad natomiast zaliczye nalezy :- wysokie koszty aparatury, sprz~tu i prowadzenia badan,- ograniczona wykrywalnose wad w elementach grubosciennych

i elementach 0 skomplikowanych ksztaltach,_brak wykrywalnosci plaskich wad rownoleglych do powierzchni

.Ii

Rys.6. Schemat powstawania radiogramu podczas badaniaradiograficznego lub gammagraficznego.

• Metody ultradzwi~kowe

Badania ultradzwi~kowe wykorzystujet zjawiska towarzyszqce roz-chodzeniu si~ fal 0 cz~stotliwosci ultradzwi~kowej, tzn. wi~kszej odgornej gran icy slyszalnosci ucha ludzkiego (ponad 16.000 Hz lub ponad20.000 Hz wg r6znych zr6del).

22Obecnie ta metoda badan jest powszechnie uznana i stosowana.Jeszcze kilkanascie lat temu budzHa ona jednak nieuzasadnione pro-testy i brak zaufania ze strony "niewtajemniczonych".

Aparat ultradzwi~kowy jest urzqdzeniem elektronicznym, mierzqcymczas przejscia fali ultradzwi~kowej w badanym materiale.Za wytwarzanie i wprowadzanie do badanego obiektu fal jest odpo-wiedzialna gtowica ultradzwi~kowa, kt6rej gt6wnym elementem jestprzetwornik. Jest on najcz~sciej cienkq ptytkq z materiatu piezoelek-trycznego, wytwarzajqcq kr6tkotrwate drgania rezonansowe 0 cz~sto-tliwosci rz~du miliona cykli na sekund~ (MHz - megaherca).Gtowic~ przyktada si~ do powierzchni badanego obiektu poprzezcienkq warstw~ cieczy, kt6ra eliminuje szczelin~ powietrznq pod gto-wicq. Drgania przetwornika przenoszone Sq do materiatu, powodujqcspr~zyste, periodyczne odksztakenia - najpierw powierzchni, a na-st~pnie dalszych warstw materiatu.Pobudzanie przetwornika piezoelektrycznego impulsami elektryczny-mi oraz "nastuch" impuls6w akustycznych przetworzonych w gtowicyponownie na elektryczne odbywa si~ za pomocq defektoskopu ultra-dzwi~kowego, kt6ry obrazuje przebieg wiqzki fal w czasie.

Najcz~sciej stosowanq metodq w tech nice badan ultradzwi~kowychjest tzw. metoda echa. Polega ana na nadawaniu fal i ich odbiorze poodbiciu od wady lub powierzchni ograniczajqcych badany element.

Wytwarzana przez gtowic~ fala ultradzwi~kowa rozchodzi si~ w bada-nym materiale i po odbiciu powraca do przetwornika, pobudzajqc godo drgan. Drgania te zamieniane Sq na impulsy elektryczne i w mo-mencie odbioru przez gtowic~ sygnatu odbitego ukazuje si~ echo naekranie defektoskopu. Odlegtose echa mierzona wzdtuz ekranu apa-ratu jest proporcjonalna do czasu odpowiadajqcego drodze przebytejprzez fal~.

1m blizej powierzchni badania znajduje si~ wada, tym wczesniej po-wraca do gtowicy odbita fala i tym blizej poczqtku ekranu (jego lewejstrony) pojawi si~ impuls informujqcy 0 istnieniu tej wady.1m wi~ksza jest wykryta wada, tym wi~kszy impuls pojawia si~ naekranie lampy oscyloskopowej aparatu.Zalety:

- duza uniwersalnose i skutecznose metody (zwlaszcza dla elemen-t6w 0 grubosci powyzej okolo 10mm),

- szybkose badania i bezposrednia dost~pnose wynik6w,

23

- mozliwose doktadnej lokalizacji wad (wewn~trznych i zewn~trznych),- mozliwose pomiaru grubosci element6w jednostronnie dost~p-

nych z doktadnosciq rz~du 0,1 mm lub wi~kszq,- przenosna i lekka aparatura.

Wady:- konieczne wysokie kwalifikacje badajqcego,- utrudnione lub niemozliwe badania element6w bardzo matych,- wptyw struktury badanego materialu na wykrywalnose wad,

a zatem utrudnione badanie materiat6w niejednorodnych i gru-boziarnistych,

- koniecznose dobrego przygotowania powierzchni badania.

1.8. Dokumentowanie wynik6w badariWynikiem koncowym kontroli przeprowadzonej przy uzyciu dowol-

nej metody badan jest sprawozdanie zawierajqce opis metody, para-metry badania, wyszczeg6/nienie aparatury, cechy obiektu badanegoistotne dla danej metody, uzgodnienia odbiorcze, wyniki badan oraznazwisko i pod pis operatora. Zapis wynik6w jest bezwartosciowy, gdyjest podany bez dodatkowych zatqcznik6w pozwalajqcych stwierdzieprawidtowose wykonania badania j ponownq ocen~ jego wynik6w. Je-dynie w metodzie radiograficznej otrzymuje si~ zapis w postaci trwa-tego radiogramu, do kt6rego zatqczony jest opis wad i ich ocena. Wpozostatych metodach kontroli jedynym s/adem jest sprawozdaniesporzqdzone przez osob~ wykonujqcq badania.

W trakcie badan penetracyjnych lub magnetyczno-proszkowych wa-dliwe miejsca widoczne Sq w postaci linii utworzonych przez penetrant/ub zawiesin~ proszku magnetycznego na powierzchni badanej.

W metodzie ultradzwi~kowej wada rejestrowana jest na ekranie tylkow chwili padania na niq wiqzki fal i cz~sto tylko dla jednego (scisleokreslonego) ustawienia gtowicy. Poza tym na zdolnose wykrywania tqmetodq wptyw ma tzw. czutose badania, kt6ra (w uproszczeniu) jest takdobranym wzmocnieniem echa odebranego ad wady, aby jedno-znacznie zobrazowae je na ekranie defektoskopu. Widae wi~c, zeszczeg61nie przy tej metodzie kontroli sprawozdanie badania powinnozawierae wyczerpujqce informacje odnosnie sposobu badania, ro-dzaju aparatury, parametr6w badania i obszaru przesuwu gtowic orazlokalizacji wykrytych wad i ich rozmiar6w.

24Dobrze sporzqdzone sprawozdanie powinno zapewniae powtarzal-nose wynik6w badania, a zgodnie z wymaganiami np. PN-EN 45001powinno zawierae (niezaleznie od metody bad an) szereg bardzo szcze-g6towych informacji, nie zawsze zwiqzanych bezposrednio z bada-niami.

,••".,fl;e~

o badania nieniszcz'lce metodami- ultradZwi«kow'l- magnetyczn'l- wiropr'ldow'l- penetracyjn'l- radiograficzn'l- tensometryczn'l (badania uzupelniaj'lce)

o pomiary nieniszcz'lce grubosci scianekelement6w jednostronnie dost«pnych i gru-bosci powlok

o pomiary gt«bokosci p«kni«co opracowywanie warunk6w technicznych

instrukcji, norm, itp.o okresowa kontrola aparaturyo opracowywanie dokumentacji technicznej

urz'ldzei\ dla potrzeb rejestracj i w UDTo wdrozenia i modernizacjao ocena stanu technicznego maszyn, konstru-

kcji itp.o odbiory techniczneo uslugi w zakresie eksportu i importu

Prowadzimy sprzedaz wyposazenia do badai\nieniszcz'lcych i materiat6w pomocniczycho skale ekranowe OWR do wszystkich

defektoskop6w ultradzwi«kowycho wzorce stalowe z wadami por6wnawczymi-

sztucznymi, pomocne przy badaniach zl'lczyspawanych 0 grubosciach :

8-30 mm -J kpl. - 10wzorc6w3-8 mm - 4 podkpl.:

dla spoin ptaskichdla spoin obwodowych rur - <jl30-45mmdla spoin obwodowych IUr - <jl48-76mmdla spoin obwodowych rur - <jl80-133mmwzorce W I iW2

o defektoskopy magnetyczne (z magnesamistatymi, umozliwiaj'lce bezpieczne badanie wobiektach zamkni«tych)

o Odczynniki do badai\ magnetyczno-_proszkowych

"EKOPOL GORNOSLJ\SKJ- {J'ie4 "CENTRALNE LABORATORlUM

BADAN NIENISZCZJ\CYCHI USLUG TECHNICZNYCH

41-506 Chorz6w, ul. Raclawicka 20A, POLANDtel. 32 246-12-49 ; 32246-47-59 ; (090) 319-050 ;

fax 32 246-12-49 ; E-mail: ekopjrl@kki.net.pl

o odczynniki do badan penetracyjnycho lampy do badan w swietle ultrafioletowymo wzorce do metody magnetyczno-proszkowej

i penetracyjnej (Bertholda, PSM5 itp.)o pisaki i markery przemystowe pisz'lce na roz-

norodnych powierzchniacho tlumaczenia norm DIN i ENo btony rtg- DetestDT7, DT5, DT4o wzorce i wyposazenie niezb«dne do wyko-

nywania badan radiograficznycho inny sprz«t do badan: spoinomierze, termo-

metry specjalistyczne, czujniki tempera-turowe, endoskopy itp.

Przeprowadza badania nast«puj'lcych element6wiwyrob6w:

- pot'lczen spawanych i zgrzewanych- pol'lczen nitowanych i lutowanych- pol'lczen ciernych (wciskanych)- blach i plaskownik6w- rur, pr«t6w i profili- odkuwek i odlew6w

lin i drut6w- material6w ze stali, staliwa, zeliwa

aluminium, metali szlachetnych i kolo-rowych, material6w budowlanych itp.

- pomiary warstw antykorozyjnych, ochro-nnych i innych

Doswiadczona kadra, posiadaj'lca certyfikaty IIIstopnia-PTBN oraz uprawnienia Rzeczoznawc6wSIMP jest w stanie poradzic sobie z kazdymproblemem.Laboratorium posiada wlasny System Jakoscizatwierdzony przez UDT.Do naszych Kliem6w nalez,pll. in.:Huta "Baddon", Hula "Batory", Huta "Zabrze", Huta"Pok6j", ZUT "ZGODA", EL "Chorz6w", FMG"Pioma", EL "Halemba", Cementownia "Malogos2cz","JOY" M.G., FK "Rafako", WZUP "Noma-Industry","Danone"-Polska, "Van Den Bergh Foods"-Polska, FiatAulo Poland, Consilium CMH Babcock-Szwecja,Mannesmann Demag-Niemcy, Caillard-Dunkerqe-Francja, GK "Mifama", ZEC-Kalowice, PEC-RudaSI'lska,

V EN T LJS i""'" PRZEDSf~BfORSTWOPRODUKCYJNO - USLUGOWE

83 - 100 Tczew, uf. 30 Stycznia 40

Telefony:Centrala

(069) 31-03-/7fax (069) 31-14-71

Stacja paliw(069) 31-00-10

Sklep spawalniizy(069) 31-00-10

Hurtawnia stali(069) 31-00-10

Balik Gdmiskio/Tczew10401279-1300-1 fi-3

Balik Wlasllosc;Pracowniczejo/Tczew1410 1030-228-27C-1 0

Regan008144862

KONSTRUKCJE STALOWE * HYDROTECHNIKA * BUDOWNICTWOSTACJA PALlW * HANDEL - STAL I SPRZE;T SPAWALNICZY

WYKONAWSTWO ORAZ REMONTYwszelkich konstrukcji stalowych i aluminiowych

SPAWALNICTWOdoradztwo w zakresie spawalnictwa. Opracowaniespecjalnych technologii spawania, ~p. napraw~konstrukcji mostowych. Kontrola SpOInmetodamlnieniszczqcymi oraz ich klasyfikacja.

ZABEZPIECZENIA ANTYKOROZY JNEczyszczenie wszelkich konstrukcji metodq po-wietrzno-strumieniowq. Malowanie hydrodyna-miczne. Metalizacja cynkiem.

"VENTUS" posiada duze doswiadczenie w wy-konawstwie oraz montazu konstrukcj i hydro-technicznych oraz konstrukcji narazonych na duzeobciqzenia.

Zaklad nasz ma uprawnienia:Polskiego Rejestru Statk6wKolejowego Dozoru Technicznego

252. PODSTAWY TEORETYCZNE

BADAN ULTRADZWI~KOWYCH

2.1. Podstawy fizyczne

2.1.1. Ruch drgajClcy

W otaczajqcym nas swiecie ruch jest zjawiskiem powszechnym.Obserwowane ruchy mogq miee charakter dwojakiego rodzaju:

a) ruch post~powy - cechuje go przemieszczanie si~ z miejscana miejsce, np. ruch slizgajqcego si~ krqzka ho-kejowego, ruch fal morskich w stron~ plazy, ruchporuszajqcych si~ pojazd6w, ruch spadajqcychprzedmiot6w, itp.

b) ruch drgajqcy - jest powodowany przemieszczeniami porusza-jqcego si~ obiektu w poblizu jednego ustalonegomiejsca, kt6re nazywane bywa po~ozeniem r6w-nowagi, np_ oscylacje wahad~a, drgania struny,drgania elektron6w w atomach, itp.

Badania ultradzwi~kowe wykorzystujq drgania 0 cz~stotliwosciachultradzwiQkowych, stqd nasze zainteresowanie drganiami.

Jezeli struktur~ materia~u wyobrazimy sobie jako zbi6r PO~qczonychpunkt6w 0 bardzo ma~ych masach (Rys.10), to te punkty majq jakiespo~ozenia r6wnowagi. Z takiej pozycji mogq one bye przemieszczane.Jesli jednak zabierzemy sH~ wywo~ujqCq przemieszczenie, to wr6cqone po chwili do wyjsciowego po~ozenia i jednoczesnie zaleznie odswych w~asnosci spr~zystych b~dq oddzia~ywa~y na sqsiednie punkty(model- rys.10).

Na rysA przedstawiono spr~zysty pr~t, kt6ry lezqc na podporach (po-loienie r6wnowagi) zosta~ uderzony (impuls-przemieszczenie). Dop6kipr~t jest spr~zysty, dqzy do zaj~cia po~ozenia r6wnowagi, kt6re osiq-ga, wykonujqc ruchy ponizej i powyzej tego po~ozenia. Takq kolejnoseruchu nazywamy cyklem (RysA - a, b, c, d).

Wiele zjawisk fizycznych przebiega cyklicznie tak, ze wartosci cha-rakterystycznych dla nich wielkosci fizycznych (np. napi~cia, cisnienia,wychylenia, itp.) powtarzajq si~ w czasie.

26/

I~ ruchkartki a)

K K ~ ~ K K

a) b) c) d)

Rys.4. Zachowanie si~ spr~tystego pr~ta pod wplywem udelZenia(impulsu).

Tak przebiegajqce zjawiska nazywamy zjawiskami 0 przebiegachokresowych.

W dalszej cz~sci tego rozdzia{u interesowac nas b~det poj~cia i pro-blematyka zwietzane ze zjawiskami 0 przebiegach okresowych, tj.zjawiskami ruchu drgajetcego i falowego.

Okres - jest to czas potrzebny do wykonania jednego pe{negocyklu lub inaczej czas, po kt6rym wartosci chwilowepowtarzajet si~ i nast~puje jedna pe{na zmiana wiel-kosci charakteryzujetcej zjawisko fizyczne 0 przebie-gu okresowym (Rys.5).

Oznaczenie: TJednostki: [s] , [ms] , [,u s]

1s = 1 000 ms = 1 000 000 ,u s

Czestotliwosc - jest to wielkosc fizyczna okreslajetca liczb~ pe{nychdrgan, kt6re wystctPietw jednostce czasu; obliczyc jetmozna jako odwrotnosc okresu.

1Oznaczenie: f f = -

TJednostki: [Hz], [kHz], [MHz]

11 Hz = - ,1kHz = 1 000 Hz

s1 MHz = 1 000 kHz = 1 000 000 Hz

-nRys.5. Przebiegi okresowe:

b) 0 stalej amplitudzie,a) schemat rejestracji,

c) 0 zmiennej amplitudzie

Diwi~k jest drganiem posiadajetcym jakets okreslonet cz~stotliwosc.Cz~stotliwosci diwi~ku s{yszalne przez cz{owieka Setnizsze od 20.000Hz, a cz~sto w granicach (nieco wi~ksze od) 16.000 Hz.

Ultradzwieki Setdrganiami mechanicznymi 0 cz~stotliwosciachpowyzej granicy s{yszalnosci cz{owieka, to znaczy powy-zej 16+20 kHz. Wi~kszosc urzetdzen do przemys{owychbadan ultradiwi~kowych emituje drgania 0 cz~stotliwo-sciach od 0,5 MHz do 10 MHz, a nawet 15 MHz.

Amplituda - jest to sta{a dodatria, okreslajetca wartosc wychyleniaod po{ozenia r6wnowagi; z pewnym uproszczeniem moz-na scharakteryzowac amplitud~ jako najwi~kszet wartoscwychylenia od po{ozenia r6wnowagi zaobserwowanet wciqgu okresu (Rys. 5 - b, c).

Oznaczenie : A

28Faza - jest to poj~cie wyst~pujOlCe w przebiegach okresowych,

np. 0 charakterze sinusoidalnym, dajOlcych si~ opisaezaleznosciOl:

a = A· sin ( 2· 11: . f .t + ({J ),

gdzie a - wartosc chwilowa wychylenia,A - amplituda,f - cz~stotliwosc,t - czas,

({J - kOltzalezny od wyboru momentu naliczania czasu.

FazOlprzebiegu b~dzie wi~c argument funkcji sinus mierzony w radia-nach lub stopniach, tj. wychylenie kOltowe, przy kt6rym drgajOlca CZOlst-ka osiqga jakOls chwilowOl wartosc wychylenia od polozeniar6wnowagi.

o przebiegach okresowych m6wimy, ze sOl w jednakowej fazie, gdyargumenty funkcji sinus sOljednakowe dla kazdego momentu czasu,tzn.:

- przebiegi muszOl miee jednakowOl cz~stotliwosc11 =12 = ...

- wychylenia poczOltkowe sOljednakowe({J, = ({J2 = ...

Przebiegi zgodne fazowo osiqgajOl wartosci zerowe i maksymalne wtych samych momentach czasu (Rys.6.)

Drgania swobodne - sOlto drgania uklad6w wzbudzonych w chwilipoczOltkowej, a nast~pnie drgajOlcych swobodnie bez in-gerencji z zewnOltrz.

Drgania swobodne nieUumione - sOlto drgania nierzeczywiste,stanowiOl model drgan stworzony do rozwazan teoretycz-nych, np. drgania harmoniczne bez tlumi~nia(Rys.7-a).

Rys. 6. Fazy przebieg6w sinusoidalnych:a) fazy zgodne b) fazy niezgodne

Drgania swobodne Uumione - wyst~pujOl w warunkach rzeczywis-tych. CharakteryzujOl si~ one tym, ze w ukladzie drgajOl-cym wyst~puje tarcie powodujOlce tlumienie (zamianaenergii ruchu na cieplo). Amplituda maleje wraz z uplywemczasu az do zupelnego wygasni~cia drgan (patrz Rys.7-b). CechOl charakterystycznOl tych drgan jest amplitudamaksymalna Ama."" kt6ra wraz z uplywem czasu zmniej-sza si~ do zera.

Przebiegi takie nazywane sOlprzebiegami impuisowymi, a amplitudaAmax nazywana bywa amplitud~ impulsu.

Drgania wymuszone

Jezeli uklad spr~zysty drga swobodnie, to drgania odbywajOl si~ z tzw.cz~stotliwosciOl wlasnOl. W praktyce zOldamy od ukladu drgajOlcego,aby drgal z okreslonOl cz~stotliwosciOl i amplitudOl.Mozemy to osiqgnOlc, stosujOlC pobudzanie do drgan silOlwymuszajOl-Cet okresowo zmiennOl 0 stalej amplitudzie i cz~stotliwosci (patrzR~.~. .

Rys.7. Organia swobodne : a) nietlumione (harmoniczne),b) tlumione

slabe/tlUmienie

silnetlumienie

Rys.8. Wymuszanie drganuk/adu spr~tystego.

Rys.9. Amplituda drgandla rezonansu.

31

Poczqtkowo amplituda drgan b~dzie narasta/a, a nast~pnie ustali si~.Wartose amplitudy b~dzie zaleza/a od indywidualnych w/asnosci uk/a-du i od stosunku cz~stotliwosci wymuszajqcej (I) do cz~stotliwoscidrgan w/asnych uktadu (/0)'Maksymalna amplituda wystqpi dla jednakowych cz~stotliwosci1 =10' Mamy w6wczas do czynienia ze zjawiskiem rezonansu mi~-dzy uk/adem drgajqcym i si/q wymuszajqcq (Rys. 9).

Dla rozwazan teoretycznych cz~sto sprowadza si~ cia/o mate-rialne do zbioru nieskonczenie ma/ych mas (punkt6w materialnych)potqczonych ze sobq spr~zyscie (Rys. 10).

Rys. 10. Poglqdowy modelspr~tysty cia/asta/ego

Jezeli wprowadzimy w ruch drgajqcy jednq, dowolnq czqstk~. towskutek spr~zystych potqczen ruch ten b~dzie przekazywany kolejnocZqstkom sqsiednim.

Ruch falowy - jest to zjawisko rozchodzenia si~ zaburzenia 0

charakterze ruchu drgajqcego.

Zjawisko rozprzestrzeniania si~ ruchu drgajqcego w osrodku material-nym nazywamy falq spr~zystq.Cz~stotliwose drgan punkt6w osrodka jest taka sama jak cz~stotli-wose drgan zr6dta emitujqcego fal~.Amplituda maleje wraz z oddalaniem si~ od zr6dta fal.

32

Fala kulista - fala emitowana przez zr6dto punktowe (bardzo male),powierzchnia czotowa takiej fali jest powierzchniq kuli-stq.

Fala pfaska - fala emitowana przez zr6dto ptaskie - ptytk~ 0 wymiarach kilkudziesi~ciu dtugosci fali, punkty po-wierzchni ptytki drgajq z jednakowq fazq i amplitudq(np. drgania t1okowe); powierzchnia czotowa takiej falijest ptaska.

Zasada HUVClens'a - katdy punkt osrodka, do kt6rego docieraczoto fali, staje si~ samodzielnym zr6dtem wysytajq-cym fale kuliste elementarne (czqstkowe). Powierzch-nia styczna do wszystkich fal kulistych elementarnychstanowi nowe czoto fali (Rys. 11).

falakulista

falaplaska

Interferencja - zjawisko naktadania si~ fal (w literaturze motnaspotkac termin "superpozycja").

Og61nie biorqc interferencja mote prowadzic d~ wzmocnienia lubostabienia, a nawet zupetnego wygaszenia naktadajqcych si~ tal.

Na rys.12 przedstawiono interferencj~ (wzajemne oddzialywanie przebie-g6w czasowych na siebie) dw6ch fal Uednqzaznaczono liniq przerywanq, a.drugq liniq kreska-kropka), kt6re posiadajq:

33a) r6tne amplitudy, zgodne fazy

- maksymalne wzmocnienie,b) r6tne amplitudy, przeciwne fazy

- ostabienie,

c) jednakowe amplitudy, przeciwne fazy

- catkowite wygaszenie.

Gruba linia ciqgta przedstawia fal~ wypadkowq.

34

DlUQOSC fali - odlegfosc mi~dzy najblizszymi cZqstkamiosrodka, drgajqcymi w tej samej fazie, mierzona w kie-runku rozchodzenia si~ fali.

A=~ [mm],f

gdzie: c - pr~dkosc rozchodzenia si~ fali [mm/ J1s ]f - cz~stotliwosc [MHz]

(lambda)

[mm]

Predkosc rozchodzenia sie fali - jest to pr~dkosc rozprzestrze-niania si~ ruchu drgajqcego, zalezy ona przede wszyst-kim od rodzaju osrodka i jest scisle okreslona dla danegoosrodka, nazywana bywa pr~dkosciq grupowq fali.Tab.2 podaje srednie pr~dkosci rozchodzenia si~ fal ul-tradzwi~kowych podfuznych i poprzecznych w r6znychosrodkach.

Jednostki: [:], [ :~ ] , m 3 [mm]1-= 10- -s J1s

Akustyczna opornosc falowa (impedancja falowa) - jest towielkosc charakterystyczna dla okreslonego rodzajuosrodka i rodzaju fali.

z = p. c [ kg ]~

gdzie: p - g~stosc osrodka [kg/m3] ,

c - pr~dkosc rozchodzenia si~ danego rodzajufali w okreslonym osrodku [m/s]

Patrz tab. 20

35

Cisnienie akustyczne - amplituda napr~zen w osrodku mater-ialnym wywofywana drganiami cZqsteczek, jedyna prak-tycznie mierzalna wielkosc ruchu falowego.

p= p·c·2·n:of·A

Jednostki : [N / m2 = Pa]

Natei:enie fali - ilosc energii przeniesiona w jednostce czasuprzez jednostk~ powierzchni prostopadfej do kierunkurozchodzenia si~ fali.

I= f (A)

I= f (p)

~ I=O,5-poc(2·n:·f·A)2

~ l=p2: (2.p.c)

[W / m2]

2.2. Przetworniki ultradzwi~kowe

Przetworniki ultradzwi~kowe przeksztafcajq energi~ elektrycznqna mechanicznq (nadajnik) i odwrotnie (odbiornik).Najbardziej znane rodzaje przetwornik6w to :

- piezoelektryczne - najpowszechniej stosowane;- elektromagnetyczne - emitujq tzw. wirodzwieki, prqdy wiro-

we wytworzone prqdem zmiennym w zwojnicy Sq odpychanei przyciagane przez magnes staly;

- magnetostrykcyjne - wykorzystujq zjawisko magnetostryk-cji polegajace na zmianie wymiar6w (kszlaltui obj~losci)ciala-ferromagnetyku pod wplywem pola magnetycznego.

Ze wzgl~du na najwi~ksze zastosowanie w defektoskopii ultradzwi~-kowej przetwornik6w piezoelektrycznych, tylko one zostanq nizejom6wione.Przetwornik tego typu dziafa jak mikrofon lub gfosnik. Zjawisko piezo-elektryczne polega na tym, ze zmiany cisnienia wywieranego naprzetwornik powodujq zmiany r6znicy potencjafow mi~dzy powierzch-niami przetwornika. Jest one odwracalne. Znaczy to, ze zmiana po-tencjafu (zmienny impuls eleklryczny doprowadzonydo okladek) wywofujezmieniajqce si~ odksztafcenie przetwornika (drganie mechanicznepo-wierzchniprzelwornika,powodujqceimpulsy akuslyczne) - napi~cie zmiennepowoduje drgania przetwornika w rytm zmian napi~cia.

11111111

Rys. 13. /lustracja zjawiska piezoelektrycznego:

a) <;>dksztalcenie zmienia sift na skutek zmian potencjalu,b) r6tnica potencjal6w zmienia sift pod wplywem zmiennego

cisnienia (np. akustycznego).

Jesli wysokie napi~cie zmienne podamy w tormie kr6tkiego impulsu,to drgania przetwornika b~dq trwa+y jeszcze po zanikni~ciu impulsuelektrycznego. Przetwornik b~dzie drgat z cz~stotliwosciq drgan wta-snych.Na grubosci przetwornika "g" utworzy si~ p6t tali podtuznej (maksymal-na amplituda drgan przetwornika wystqpi przy powierzchni, a w srodku gru-bosci cZqstki przetwornika nie b~dq drgaly) - rys.14.Cz~stotliwosc drgan wtasnych ptytki 0 grubosci "g" dla materiatuprzetwornika, w kt6rym tala rozchodzi si~ z pr~dkosciq "c" obliczamy zzaleznosci:

f= ~2g

Materiaty piezoelektryczne tie przewodzq prqd elektryczny i w zwiqzkuz tym Sq pokrywane srebrem lub ztotem (do takich "okladek" mocowaneSq przewody elektryczne Iqczqce przetwornik z gniazdami glowicy ultradz-wi~kowej, a dalej z aparatem).

Jesli przetwornik jest kotowq ptytkq, to jego wielkosc okreslona jestsrednicq "d", kt6ra w por6wnaniu z dlugosciq tali wynosi:

d = (kilka -+- kilkanascie) .A

37

Materiaty piezoelektryczne (Tab. 3) :a) krysztaty naturalne: - kwarc (Si02),

- turmalin,- s61 Seignett'a (czyt. Senieta);

b) krysztaty sztuczne: - siarczan Iitu (LiS04),

- metaniobian otowiu;c) polikrystaliczne materialy ceramiczne:

- tytanian baru (BaTi03),- tytanian mowiu (PbTi03),- cyrkonian otowiu (PbZr03),- cyrkono-tytanian otowiu;

d) niekt6re tworzywa sztuczne.

Wiazka fal - Sq to tale, kt6re rozchodzq si~ w obszarze ograniczo-nym powierzchniq 0 ksztakie zblizonym do powierzchnistozkowej (dla przetwornika kolowego) lub do powierzchniostrostupa 0 podstawie czworokqtnej (dla przetwornikaprostokqtnego lub kwadratowego).

38

Wielkosc przetwornika jest, jak powiedziano wczesniej, wielokrotno-sciq dtugosci fali. Powierzchnia 0 takiej wielkosci jest zbyt duza, abyuwazac jq za ir6dto fal kUlistych oraz zbyt mata dla utworzenia faliptaskiej.

Przyjmuje si~ (upraszczaj<tc), ze blisko przetwornika fala ma charakterfali ptaskiej (wystfilpujq tutaj duze wahania cisnienia), a daleko od prze-twornika przechodzi w drgania 0 charakterze fali kulistej, przy czymnajsilniejsze drgania wyst~pujq zawsze w osi wiqzki - rys. 15.

39

ponadto obliczenia rozktadu cisnienia akustycznego w osrodku, dokt6rego przylega przetwornik, wykonuje si~ stosujqC kolejne uprosz-czenie - przyjmuje si~, ze przetwornik drga w spos6b "tfokowy", po-wodujqc fal~ ciqgtq (zmiany grubosciowe przebiegajq sinusoidalnie - wgsinusoidy) - rys. 16-a.

pole bliskie - obszar silnych wahan cisnienia akustycznegospowodowanych interferencjq fal emitowanych z r6znychpunkt6w ir6dta.Dtugosc tego obszaru mierzy si~ od powierzchni prze-twornika do ostatniego maksimum cisnienia(Rys.17). W zakresie tego obszaru nie wyst~puje roz-bieznosc wiqzki.

N

[mm], [m]

2 ,2N = D"'k - /\0

4A.

I

rG%'a)

D2 D2·f 2·fN = _,\k_ = ,'k = 0,235. D [mm]4·A. 4·c c

A, - dtugosc fali w [mm]

f - cz~stotliwosc w [MHz]c - pr~dkosc rozchodzenia si~ fali w [mm/Ils]

Iwychylenie

D.lk - 0,97 D - dla przetwornika kotowego

D'k = ..J 4· N . A,+ A,2 - dla przetwornika kotowego i nieko-

towego, jesli znana jest dtugoscpola bliskiego;

dla matych dtugosci fali (A.2 "" 0): D'k == .)4. N· A.

Rys. 16. a) fala ciqgla i model tlokowego ir6dla fali ciqgleja przebiegu sinusoidalnym,

b) fala impulsowa wysylana przez aparatur~ ultradiwi~-kowq do materialowych badafl defektoskopowych.

1-D

t

N = 1 3 x 0,94 x a x b, 4A

N=137xO,94.a2

, 4A

poziom cisnienia

akuslycznego

N

Rys.17. a) obliczanie dlugosci pola bliskiego dla prze-twornika niekolowego(prostokqtnego i kwadratowego),

b) zmiany cisnienia wzdlut osi wiqzki fal.

Pole dalekie - obszar wiqzki fal oddalony od przetwornika niemniej nii 0 3 dfugosci pola bliskieg , cechq znamiennqdla tego obszaru jest brak wahan cisnienia, rozbieinoscwiqzki oraz zmiennosc cisnienia odwrotnie proporcjonal-na do odlegfosci.

Kat rozbieznosci wiazki - okresla ksztaft wiqzki dla zr6dfa kofowe-go emitujqcego fal~ 0 dfugosci A przy spadku cisnieniaakustycznego 0 ~p.

. k A cslne= ·-=k·---D'k D'k' f

gdzie k - wsp6fczynnik zaleiny od spadku cisnienia ~p(patrz tab. 4)

41

~erokosc wiazki - podawana jest w funkcji odlegfosci "[" odprzetwornika.

Oznaczenie : bw

Jednostki : [mm]

bw ksztalt wiqzki- dla6p= 10dB

Przyktad dla gtowicy 2LN25:

osrodek - stal (Fe), pr~dkosc fali CL = 5,94 mm//-ls

2LN25 - pojedyncza gfowica normalna fal podfuinycho srednicy przetwornika D = 25mm i cz~stotliwoscidrgan f = 2,0 MHz

252.2dfugosc pola bliskiego: N = 0,235· -- = 49,45mm

5,94kqt rozbieinosci wiqzki fal dla spadku cisnienia 0 10dB:

~ k = 0,87 (z tab. 4)

e = arc sine = arc (0,87. 5,94 ) = 606'59,9"097·25· 2't 6, '?o

szerokosc wiqzki w odlegfosci pola bliskiego N:

bw(N) = 2·49,45· tg 606'59,9" = 10,6mm

42

szerokosc wiqzki w odleglosci pola bliskiego 4N:

bw(4N) = 2·4·49,45· tg6°6'59,9"= 42,4mmSzkic pola ultradzwi~kowego (uproszczony ksztalt) dla glowicy 2LN25przedstawia rys. 19.

2.4. Rodzaje fal stosowanych w badaniachuItradzwi~kowych

Fale ultradzwi~kowe r6zniq si~ mi~dzy sobq kierunkiem ruchucZqsteczek osrodka w stosunku do kierunku rozchodzenia si~ fali.Jedynymi osrodkami, w kt6rych mozliwe jest rozchodzenie si~ wszyst-kich rodzaj6w fal ultradzwi~kowych, Sq ciala stale. Podstawowe, naj-cz~sciej stosowane rodzaje fal ultradzwi~kowych om6wiono kr6tkoponizej.

Fale podluzne - cZqstki osrodka drgajq zgodnie z kierunkiem roz-chodzenia si~ fali, powstajq na przemian zag~szcze-nia i rozrzedzenia cZqsteczek osrodka (tlokowy charakter

drgari); fale te powodujq oscylacyjne zmiany g~stosciosrodka i mogq rozchodzic si~ w kazdym osrodku,niezaleznie od jego stanu skupienia (ciala stale, ciecze igazy).

Oznaczenie : L ,Pr~dkosc rozchodzenia si~ fali "L" - CL

E (1-v)cL = _. ----- gdzie:

p (1+v)(1-v)'E - modul Young'a,p - g~stosc osrodka,v - liczba Poisson'a

Fale poprzeczne - tzw. fale scinania, powodujq napr~zenia tnqce,styczne; rozchodzeniu tych fal nie towarzyszq zmianyg~stosci osrodka, cZqstki osrodka drgajq w plasz-czyznie prostopadlej do kierunku rozchodzenia si~ fali;rozchodzq si~ one tylko w osrodkach stalych.

Oznaczenie: T, I I I 1 I I I I I I>

Pr~dkosc rozchodzenia si~ fali "T" - CT, CT < CL

cT = ~ = ~. 2(1: v) ,gdzie: G - modul Kirchhoffa

D

1- "I1-

""

'j', ,, , ,

I

I

I

POLE

BLiSKIE

STREFAPRZEJSCIOWA

POLEDALEKIE

Rys, 19. Szkic pola ultradiwi~kowego dla glowicy 2LN25(uproszczony kszta/t wi£izki fal, pokazuj£icy jej poszczeg61ne

strefy i charakter)

44W wielu materialach prE2dkosc rozchodzenia siE2fali poprzecznej jestokafo 2 razy mniejsza niz fali podluznej, stqd dlugosc fali poprzecz-nej (przy tej samej cz~stotliwosci drgan) jest okolo dwukrotnie mniejsza.

Fale powierzchniowe - (Rayleigh'a - czyt. Releja), rozchodzq siE2na powierzchni swobodnej (granicznej) ciala sta-lego, penetrujq osrodek na glE2bokosci r6wnej wprzyblizeniu jednej dlugosci fali; cZqstki osrodkadrgajq w kierunku rozchodzenia siE2fali, jak i wkierunku prostopadlym do kierunku rozchodzeniasiE2fali, stqd wypadkowy ruch cZqstek odbywa siE2po smuklej elipsie.

Oznaczenie: R, ~~4PrE2dkoscrozchodzenia siE2fali "R" - CR

CR < CT < CL

cR = a .~ = a· CT

Fale podpowierzchniowe - kqt padania fali "L" jest tak dobrany,ze kqt zalamania fali "L" w osrodku badanym wy-nosi 90°, w materiale rozchodzi siE2wiqzka falpodluznych; fale te wykazujq brak czulosci nanier6wnosci powierzchni (wykrywanie wad bliskopowierzchni 0 malej gladkosci).

Fale plytowe (Lamba) - elementy ograniczone powierzchniamir6wnoleglymi 0 grubosciach rZE2dujednej dlugo-sci fali Sq badane tymi falami.Fale plytowe mogq przebiegac w osrodku cien-kosciennym na wiele sposob6w, zaleinie odsposobu ich wzbudzania. Fale te Sq jedynym ro-dzajem fal ultradzwiE2kowych, kt6re posiadajq kil-ka postaci (symetryczne lub asymetryczne).

Fale Love'a - fale poprzeczne rozchodzqce siE2wzdluz cienkichwarstw (powloki, warstwy galwaniczne, hartowane,naw~glane, azotowane, itp.).

45

2.5. Granica osrodk6w zjawiska na granicy osrodk6w

g,ranica osrodk6w - powierzchnia rozdzielajqca dwa r6zne osrodki(tzw. powierzchnia graniczna).

R6zne osrodki - Sq to takie osrodki, kt6re r6zniq siE2akustycznie,tzn. ze prE2dkosci rozchodzenia siE2fal Sq w nich r6zne(Cl 1= C2) lub r6zne Sq ich akustyczne opornosci falowe(Zl 1=Z2)'

Z uwagi na fakt, ze w badaniach ultradzwiE2kowych wykorzystujemyfale odbite od granicy osrodk6w typu "cialo stale - gaz" (np. PE2kniE2cia,PE2cherze,rzadzizny, niespawy, zakucia, rozwarstwienia, przyklejenia,braki przetopu) lub "cialo stale - cialo stale" (np. zuzle, wtrqcenia me-taliczne i niemetaliczne) istotnq sprawq jest znajomosc zjawisk za-chodzqcych na granicy dw6ch r6znych osrodk6w.

Na gran icy osrodk6w mogq wystqpic nastE2PujqCezjawiska:- odbicie fal,

- zafamanie fal,- transformacja fal,

- rozproszenie fal,

- ugiE2ciefal.

Fala padajaca - fala rozchodzqca siE2w jednym osrodku i docierajq-ca (padajqca) na granicE2tego osrodka z innym.

Punkt padania - punkt przeciE2ciasiE2fali padajqcej z granicq osrod-k6w.

Normalna - prosta prostopadla do gran icy dw6ch osrodk6w w punk-cie padania.

Zjawiska na granicy osrodk6w sprowadzamy do plaszczyzny, tzn. roz-patrujemy je w plaszczyznie przechodzqcej przez normalnq i os wiqzkipadajqcej oraz os wiqzki odbitej, zalamanej i/lub transformowanej.

Dla rozpatrywania zjawisk na granicy osrodk6w trzeba znac rodzaje falmogqcych rozchodzic siE2w t)ich osrodkach i prE2dkosci rozchodzeniasiE2danego typu fali charakterystyczne dla rodzaju osrodka.

462.5.1. Odbicie, zafamanie, transformacja, rozpraszanie

i ugi~cie fal

a- kqt padaniay - kqt odbicia

f3 - kqt zalamania

Rys.20. Kqty na granicy osrodk6w.

Odbicie - zachodzi, gdy osrodki charakteryzujq si~ r6znymi aku-stycznymi opornosciami falowymi. Kqt odbicia jest r6wnykqtowi padania dla tego samego rodzaju fali, to znaczy, ze:

La = LyNa rys. 21 przedstawiono poglqdowo mechanizm zjawiska odbicia dlagranicy "ciato state - gaz". Mechanizm odbicia przedstawiony jest tu namodelu ciata spr~zystego przy wykorzystaniu zjawiska zderzer'l spr~-zystych ciat (kul) 0 jednakowych masach. Kula 1 wprowadzona w ruchzderzy si~ z kolejnq kulq i przekaze jej swojq energi~. Proces ten b~-dzie powtarzac si~ az do momentu osiqgni~cia granicy osrodka (kula9), gdzie nastqpi odwr6cenie kierunku przekazywania energii (od 9 do1) - wystqpi w tym przypadku niemalze catkowite odbicie.

47N~ rys., 22 ~rzedstawion? o~isane ~yzej zjawisko odbicia dla granicyosrodkow "clato state - clecz lub "clato state - ciato state". R6zne ma-~y kulek obrazujq r6z.n~ g~~tosci osrod.k6w, a r6zne potqczenia spr~-zyste mas przedstawlaJq r6zne pr~dkosci rozchodzenia si~ fal w tychosrodkach.Z uwagi na r6zne g~stosci i pr~dkosci fali, kulka 5 przekaze kulce 6tylko cz~sc energii, a pozostata cz~sc zostanie przekazana z powro-tem kulce 4, wystqpi wi~c zjawisko odbicia Uednak CZli!sc fali "przejdzie"do druglego osrodka, odbicie bli!dzie zatem niecatkowite).

1\

"\\. \

Rys.21. Odbicie fal dlaprzypadku

"cialo stale - gaz".

Rys. 22. Odbicie fal dlaprzypadku

"cialo stale - ciecz" lub"cialo stale - cialo stale".

~afamanie - wyst~puje tylko przy padaniu fali na granic~ osrodk6wpod pewnym kqtem (kqt padania :;to° - skosne padaniefali) i jest spowodowane r6znicq pr~dkosci rozchodzeniasi~ fali w przylegajqcych do siebie osrodkach (Rys. 23),

Transformacja - zjawisko zwiqzane z powstawaniem wiqzki fal ,in-nego typu nit fala padajqca, towarzyszy ukosnen:upadaniu fali, a wi~c zjawisku odbicia i zalamanla .0 liew danym osrodku mogq wyst~powa6 r6tne rodzaJe fal(patrz. Rys.24).

Po transformacji kqty odbicia i zalamania dla fali podlutnej "L" Sq zaw-sze wi~ksze nit dla fali poprzecznej "T" :

YL> YT f3L> f3TZjawisko transformacji nie wyst~puje przy prostopadlym padaniu fali

na granic~ osrodk6w (La = or·Oznaczenie: L ~ L + T pada fala "L", fala "T" pojawia si~ p~ .

transformacji fali "L", zatem po odblCIUlub zalamaniu wystqpiq dwa rodzajefal;pada fala "T", fala "L" jest obserwo-wana po transformacji, zatem po od-biciu lub zalamaniu wystqpiq dwa ro-dzaje tal.

Rys.24. Zjawisko transformacji fali na granicy osrodk6w(fala po transformacji - gruba linia przerywana).

Rozpraszanie fali - zjawisko to zachodzi podczas padania fali nanier6wnq granic~ osrodk6w, nazywane bywa odbiciem"dyfuzyjnym", zjawisku temu towarzyszy spadek ener-gii fali w wyniku jej odbi6 i zalaman, wyst~puje zak~6-cenie kierunkowego charakteru fali (Rys. 25).

Rys.25. Rozpraszanie fali na nier6wnej powierzchni :a) wewnrttrznej, tzw. dna badanego elementu,b) zewnrttrznej, z kt6rej wprowadzamy fale.

50

.Ugiecie tali - nazywane dyfrakcjq polega na odchyleniu ~i~zki .fal naprzeszkodach duzo mniejszych od dfugosci fall.

2.5.2. Prawo Snellius'a, k~ty graniczne

Prawo Snellius'a, zwane r6wniez prawem zafamania, okreslazwiqzek mi~dzy kqtami padania, odbicia i zafamania dla r6znych ro-dzaj6w fal rozchodzqcych si~ po obu stronach granicy osrodk6w.

Ponizsza zaleznosc stanowi og61ny zapis tego prawa:

sinal =.:isin a2 c2

Dla przypadk6w pokazanych na rys.26 - a i b zapis prawa Snellius'ab~dzie nast~pujqcy:- dla rys. 26-a :

sinaJL sinYlL sin Y IT sin /3n sin /3 2T=ClL ClL C1T Cn C2T

- dla rys. 26-b :sinalT sin YIT sin YlL sin /32T sin /3 2T

ClT C1T ClL C2T Cn

Rys.26. Odbicie i za/amanie oraz transformacja fali na granicy dw6chosrodk6w, w kt6rych mogq rozchodzi6 si~ fale podlutne i pop-rzeczne: a) fa/a padajqca jest fa/q podlutnq "L",

b) fa/a padajqca jest fa/q poprzecznq" T",(w oznaczeniach kqt6w i pr/idkosci pierwszy indeks to osrodek, a drugi rodzaj fali)

51K~ty gr~niczn.e (nazywane tez krytycznymi) Sq charakterystycznymi,dla daneJ granlcy osrodk6w, kqtami padania fali podfuznej "L" i wyni-kajqz prawa Snellius'a :

I kat graniczny - taki kqt padania fali "L", przy kt6rym w drugimosrodku nast~puje cafkowite zafamanie fali pa-dajqcej, wi~c:

f32L == 90° a zatem sinf32L== 1

• I ClL~ smaiL =-

ClL Cn Cn- taki kqt padania fali "L", przy kt6rym w drugim

osrodku nast~puje cafkowite zafamanie fali po-przecznej "T" powstafej po transformacji padajq-cej fali "L", wi~c:

f32T == 90°

• I! ClL~ slnalL =-

ClL C2T C2T

- taki kqt padania fali "L", przy kt6rym w drugimosrodku wystqpi fala powierzchniowa "R", a za-tem f32R == 90° i sinf32R== 1,

sinalL 1• l!l ClL

~ smaIL =--CIL C2R C2R

Jak widac wartosci kqt6w granicznych Sq okreslone przez stosunkipr~dkosci rozchodzenia si~ fal skfadowych.Stosunki pr~dkosci bywajq nazywane wsp6kzynnikami zafamania.

2.5.3. Wsp6lczynn~k odbicia i przenikania dla tali normalnej

Wsp6lczynnik cisnieniowy - informuje 0 rozfozeniu cisnieniaakustycznego w fali odbitej i zafamanej

a) wsp6fczynnik cisnieniowy odbicla

aA == amplituda cisnienia fali odbitejamplituda cisnienia fali padaj'l.cej

Z2 - ZlaA==

Z2 +Zl

zaletnosc ta obowiqzuje dla prostopa-dfego padania na granic~ osrodk6w:

52

ZI- odpornosc akustyczna osrodka 1,Z2 - odpornosc akustyczna osrodka 2.

Jesli fala pada na osrodek mniej sztywny (0 mniejszej akustycznejopornosci falowej), tzn. Z2 < Z1, to nast~puje zmiana fazy, cisnieniowywsp61czynnik dla takiego przypadku b~dzie ujemny.

b) wsprnczynnik cisnieniowy przenikania (przepuszczania)

f3A = amplituda cisnienia fali przechodzacejamplituda cisnienia fali padaj'l.cej

2z2f3A -----Z2 + Z,

zaleznosc obowiqzuje dla prostopa-diego padania na granic~ osrodk6w

1 + aA = f3A

Wsp61czynnik energetyczny - informuje 0 podziale energii

a) wsp61czynnik energetyczny odbicia

aE = natezenie tali odbitej

(z;~~:~n);ifa); pa:I:::Oo (k

q! padan;a " 0'1

aE = Z2 + Z, '

b) wsp61czynnik energetyczny przenikaniaf3E = natezenie :ali ~rzech?dz~cej

nat~zente fail padaj'l.ceJ

13 - 4zl· Z2 dla La=O°E- (Z2 +ZI)2

Przenikanie ech

W metodzie impulsowej echa duze znaczenie ma wsp6lczynnik prze-nikania ech, kt6ry okresla stosunek amplitudy cisnienia echaodebranego przez glowic~ do amplitudy cisnienia fali emitowanejprzez glowic~.

53

Ws~6lczynnik przenikania ech jest okreslony przez iloczyn wsp61czyn-nlkow czqstkowych. Oznaczamy go f3Ae.Wyliczany jest on z zaleznosci:

f3Ae = f3AI.2 X f3A2-1gdzie: f3A1-2 - wsp61czynnik przenikania

z osrodka 1 do 2,f3A2-1 - wsp6lczynnik przenikania

z osrodka 2 do 1.

Rys.27. Zaleinas6 wsp61czynnika przenikania ech f3Ae ad kqt6w zalamaniai padania dla przypadku rozchadzenia sift fal "L- T-L"(granica osrodk6w "PMM - stal- PMM").

2.5.4. Zaleznosci ilosciowe opisujClce zjawiska na granicydw6ch osrodk6w

W punkcie tym om6wione zostanq graficznie przedstawionezaleznosci wsp6lczynnik6w odbicia lub przenikania od kqt6w padaniafal dla nast~pujqcych praktycznych przypadk6w granicy osrodk6w:

a) padanie fali podluznej "L" na granic~ osrodk6w "woda-stal",b) padanie fali podluznej "L" na granic~ osrodk6w "stal-powietrze"jc) padanie fali poprzecznej "T" na granic~ "stal-powietrze",d) padania fali poprzecznej "T" na tzw. naroze (granica osrodk6w

"stal-powietrze") .

54

Padanie fal"L" na gran ice "woda-stal" (Rys. 28)W wodzie rozchodzi si~ tylko fala podluzna "L", CL = 1 480 m/s.

W stali mogq rozchodzic si~ fale:podluzna "L"poprzeczna "T"powierzchniowa "R" CR = 3 050 m/s.

Podzial energii mi~dzy wyzej wymienione rodzaje fal zalezy od kqtapadania fali podluznej "L" na granic~ osrodk6w.

CL = 5 940 mis,CT = 3 520 mis,

,

-[--..."\

0,20

0.15

0,10

0,05~Ae o 80 90 ~2l

CXll ../1

,

"- \\

--'V0,05~Ae

a 90 ~2T

Wsp61czynnik przenikania ech (amplitudowy) ,,{3Ae" dla granicyosrodk6w "woda-stal" i padajqcej fali podluinej "L" oraz:

a) zalamanej fali podluinej "L" , ..b) zalamanej fali poprzecznej "T" (po transformaCji).

- CX1L = 0°W stali wyst~puje tylko fala "L", {3Ae "" 0,12

M.K.Lipnicki _ "Badania ultradzwil<kowe", cz. 1 - "Podstawy teoretyczne" / Rozdzial2

_ 0° < CX1L < 14,5°

W stali po zalamaniu fali "L" rozchodzq si~ 2 rodzaje fali, "L" i "T".Cisnienie fali "L" maleje, a fali "T" rosnie (maksimum wyst~puje dlaCX1L ",,13°), a nast~pnie spada do 0 wraz ze wzrostem CX1L.

Przy kqtach padania 0° + 10° wady w stali mozna wykrywac za po-mocq fali "L", wsp6lczynnik przenikania ech dla fali "L" jest wysoki, adla tali "T" niski.

- CX1L = 14,5° (I kqt graniczny)

W stali wyst~puje tylko fala "T", natomiast fala "L" slizga si~ wzdluzpowierzchni (calkowite zalamanie fali "L").

- 14,5° < CX1L ~ 27,6°

W stali wyst~puje tylko fala "T", wsp6lczynnik {3Ae osiqga maksimumdla kqt6w padania CX1L = (16°+ 26°).Zakres kqt6w padania fali "L" (16°+ 26°) jest przydatny dla wykry-wania wad w stali przy pomocy zalamanej fali "T".

- CX1L > 27,6° (CX1L =27,6° - II kqt graniczny)

W stali nie wyst~pujq fale "L" i "T". Pojawia si~ na powierzchni stalitala powierzchniowa "R" (CX1L"" 28°).

Padanie fali "L" na gran ice "stal-powietrze" (Rys. 29)

Granica "stal-powietrze" to po prostu powierzchnia badanego ele-mentu stalowego lub powierzchnia takich nieciqgfosci jak np.: p~kni~-cia, rozwarstwienia, jamy skurczowe czy p~cherze.przy prostopadfym padaniu fali podluznej "L" na powierzchni~ gra-nicznq nast~puje, dla przypadku jak wyzej, niemalze cafkowite odbicie.Natomiast przy padaniu ukosnym fali "L" mamy do czynienia z po-dziafem energii mi~dzy fale odbite (L ~ L + T). Przy czym podziaf tenzalezy od kqta padania fali podfuznej "L".

- CX1L = 0°W stali wyst~puje tylko fala "L", nast~puje prawie cafkowite odbicie(CXALL"" 1)

30 32 33° 'YH~ '11'-1 .~~-a

\ :<ILL

\1\ -,A

I \ ' I\

- T aALT \ / \

I~/ \

I;

~LL 0,6

a:<ILT 0,4

ao 20 40 60 80 90° 1L

Rys.29. Padanie fal podluznych "L" na granic~ osrodk6w"stal-powietrze"(dla wsp6lczynnik6w cisnieniowych odbicia pierwszy indeks oznaczafa1fi padajqcq, drugi natomiast fa1fi odbitq).

- 0° < U1L ~ 45°Wyst~puje fala "L" i "T". W odbitej wietzce fali "L" cisnienie maleje,natomiast w odbitej wietzce fali "T" cisnienie rosnie i dla U1L = 45°osiqga maksimum (UALT'" 0,6).

_ 45° < U1L ~ (60° +- 70°)Cisnienie w odbitej wietzce "L" maleje i dla U1L '" (60° +- 70°) osiqga

minimum (UALL'" 0,13).Cisnienie w odbitej fali poprzecznej "T" spada.

_ (60° +- 70°) < U1L ~ 90°Cisnienie w odbitej wiqzce fal podtutnych "L" rosnie do wartosci wyj-

sciowej.Natomiast cisnienie w odbitej wietzce fali poprzecznej "T" maleje do

zera.

Dla kett6w padania fali "L" od okoto 35° do okoto 80° cisnienie odbitejfali "T" jest wi~ksze od cisnienia odbitej fali "L".

100

\ 1

-----'- i1a=O,95dz 2, ,~\ ~'"

~3

\ ~ ~ ~4

Droga i rodzaj jali np. dla echa nr 2 :

drogajali O~l ~l' ~l" ~O

rodzajjali L ~ T ~ L ~L

Rys.30. Badanie pr~ta smuklego z powierzchni czolowej(droga fali w pr~cie i obraz oscyloskopowy) :

echa tzw. dna nr 1 i 5,echa transformacyjne nr 2, 3 i 4.

Szczeg61nym przypadkiem jest badanie element6w smuktych (pr~t6w)gtowicet normalnet fal "L" zwtaszcza, gdy gtowica znajduje si~ bliskokraw~dzi przedmiotu badanego (Rys.30).Jest to przypadek tzw. padania slizgowego fali "L".Skrajne promienie padajet na powierzchni~ r6wnolegtet do osi wietzkipod kettem bliskim 90°. W wyniku transformacji powstajet tzw. echadodatkowe (transformacyjne). Znaczy to, ze powstaje drugi rodzaj fali -fala poprzeczna "T" odbita pod kettem okoto 33°, kt6ra po przejsciu wpoprzek grubosci pr~ta, transformuje si~ ponownie na fal~ "L" naprzeciwlegtej powierzchni pr~ta.

58

CZ~Sc jej odbija si~ jednak dalej jako fala poprzeczna "T".Z uwagi na fakt, te fala "T" jest wolniejsza od fali "L", echa dodatkowe(po transformacji) wyst~pujq za echem dna. Echa transformacyjne przytym rodzaju padania fali "L" Sq op6znione do echa dna 0 czas At, coodpowiada na ekranie odlegtosci Aa.Na podstawie ech dodatkowych (transformacyjnych) motna okreslic np.srednic~ badanego pr~ta (elementu smuklego) :

[ dz· :~ ] = [mm]

l~~]~[dZJdAa=0,76x--

ppc

Odbicie fal"T" od granicy "stal-powietrze"

Zaletnosc cisnieniowych wsp6kzynnik6w odbicia dla odbitych fal "L" i"T" od kqta padania fali "T" przedstawia rys.31.

W odbitej wiqzce fal "T" przebieg zmian i wartosci wsp6tczynnika od-bicia aAD jest taki sam jak wsp6kzynnika aALL (Rys.29). Ze wzrostemkqta padania an cisnienie maleje (od aAD = 100%), minimum osiqgadla kqta an = 28° -:-32° (aAD = 13%), nast~pnie rosnie do wartosciwyjsciowej to jest aAD = 100%.W odbitej wiqzce fal "L" cisnienie rosnie ze wzrostem kqta padania fali"T" (an). Przy kqcie granicznym an'" 33.•3° cisnienie fali "L" jest okoto5 razy wi~ksze od cisnienia fali padajqcej "T" (aAD = 100% , aATL =470%).Dla kqt6w padania an> 33,2° nie wyst~puje odbita fala "L".

Badania za pomocq wiqzki fal poprzecznych "T" prowadzic nalety tak,aby kierowac wiqzk~ fal na granic~ "stal-powietrze" pod kqtem wi~k-szym od 33,2° (unika si~ w ten spos6b powstawania fal podluznych "L", kt6-re mogq powodowac pojawianie sit;l dodatkowych impuls6w znacznieutrudniajqcych interpretacjt;luzyskiwanych obrazow).

a 90An[%]

80

- ~--

an - '--

0° 10° 20° 30° 33°-1+-;:::::i I__ I~I I

-,- II

.•..•..•.. -f-+-'\ -1-1-

\\ ,\ aAn

I

\ T,

r\ II I

\ I II

1\ I

f I

\ I

I

1\ I.\ I I

I

~i....- f I

r

\ / TI

V \ II

1/ I

l- . IaATl 1/ • '\ I./ ,,,- - I

I

v' I

I,,-I,

10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° 90°

YllRys.31. Padanie fal poprzecznych "T" na granic,? osrodk6w"stal-powietrze"

(wsp6/czynniki cisnieniowe odbicia)

Odbicie fal"T" od naroza

W praktyce naroze jest tworzone przez powierzchnie badanego~rzedmiotu lub wady usytuowane prostopadle do powierzchni mate-flatu (szczeg6lnie wqskoszczelinowe pt;lknit;lciawychodzqce na powierzch-ni~).

60Wiqzka fal "T" dochodzi do narota i pada na jego sciany 1 i 2 pod kq-tami a1 i a2 =(90° - (1)' Wiqzka jest odbita tak, jakby na drodze falznajdowala si~ granica "stal-powietrze" usytuowana prostopadle doosi wiqzki (Rys.32-a).Wsp6lczynnik odbicia dla przypadku podw6jnego odbicia - naroze -zalety od kqta padania inaczej nit dla plaskiej granicy osrodk6w(Rys.31 i 32-d).Wiemy jut, te dla przypadku odbicia fali poprzecznej "T" od granicy"stal-powietrze" nalety dqtyc do tego, aby wiqzka fal padala na t~granic~ pod kqtem wi~kszym od 33,2°.

o 20 40 60 80 100

am [%]

Rys.32. Padanie fal poprzecznych"T" na tzw. narote :a), b), c) - przebieg fal w narotud) - zaletnosc wsp6lczynnika odbicia od kqta padania fali Te) - zaletnosc kqta padania fali od kqta "[3,, glowicy skosnej.

61

Jesli dodatkowo uwzgl~dnimy fakt, te suma kqt6w w tr6jkqcie wynosi180° (Rys. 32-c), to mamy dla narota nast~pujqce zaletnosci kqtowe:

a1 + a2 90°a1 > 33;20 ~ i CX2 > 33~2°

oraz a1 = 90 - a2 "'. a2 = 90 - a190° - a2 > 33,2° .....,. 90° - a1 > 33,2°

90° - 33,2° > a2 ···.....~o - 33,2° > a1

56,8° > a2 56,8° > a1

Z obliczer'l wynika, te kqty padania "a" i zalamania ,,~" (Rys. 32-e) dlafali poprzecznej "T" przy efekcie narota powinny miescic si~ w zakre-sie 34° -:-56°. Potwierdza to wykres zaletnosci wsp6lczynnika odbicia"aAn" od kqta padania "a" fali T przedstawiony na rys. 32-d.

2.6.1. Przyczyny tlumienia

Amplituda cisnienia fali rozchodzqcej si~ w materiale maleje wraz zewzrostem przebytej drogi z powodu :

- strat zwiqzanych z rozbieznosciq wiqzki

- proces6w rozpraszania

- tarcia wewn~trznego - pochlaniania (energia drgari mechanicz-nych zamienia si~ na cieplo).

Tlumienie - oslabienie fal spowodowane rozpraszaniem i pochlania-niem; zalezne (dla danego rodzaju tali) od rodzaju mate-rialu, w kt6rym rozchodzi si~ fala ultradzwi~kowa

Rozpraszanie jest zwiqzane przede wszystkim ze zjawiskami .takimijak:

a) odbicia na granicach ziarn krystalicznych,b) zalamania na granicach ziarn krystalicznych,c) odbicia i zalamania na drobnych wtrqceniach, porach,

wydzieleniach, itp.przy rozpraszaniu energia fal nie jest zamieniana na cieph Rozpra-szanie znacznie rosnie ze wzrostem cz~stotliwosci f13l (Iub inaczej wrazze zmniejszaniem si~ dlugosci fali).

62Nalezy stosowae odpowiednio dtugie tale (dlugose f~li p~winna bye conajmniej 6 razy wi~ksza od rozmiaru ziarna) - rys.33. Unlka Sl~ w ten spo-sob szumow strukturalnych pochodzqcych od granicy ziarn, a zakt6-cajqcych badanie (bardzo szerokie i nieczytelne echa).Gdy dtugose tali rowna jest okoto dziesi~ciu rozmiarom ziarna (tzw. ob-szar rozpraszania Rayleigh'a), to wspokzynnik rozpraszania mozna poli-czye z zaleznosci:

4 3Ur = C2x f X 0gdzie: C2 - stata charakterystyczna dla danego materiatu

o - sredni rozmiar ziarna

Pochtanianie powodujq zjawiska takie jak :a) strata energii tali spowodowana zasilaniem drgar'l cieplnych,b) tale ultradzwi~kowe wprawiajq w ruch drgajqcy elektrony i jony,

c) tale ultradzwi~kowe powodujq drgania dyslokacji,d) w materiatach magnetycznych wprowadzane Sq w ruch drgajq-

cy elementarne dipole magnetyczne.

0,1 0,3 2 5

Rys.33. Wplyw struktury materialu na tlumienie (przy stale) cz~stot/iwosci)_ sredni rozmiar ziama a wsp61czynnik tlumienia.

Metale charakteryzujq si~ wspotczynnikiem pochtaniania <X.p oblicza-nym z zaleznosci przyblizonej, jako iloczyn statej charakterystycznejdla danego materiatu (C1) i cz~stotliwosci tali (t) :

up = C1 X f

2.6.2. Wsp6lczynnik Uumienia

Wsp6lczynnik Uumienia fal ultradzwi~kowych - jest to wartosezmniejszenia amplitudy cisnienia(wysokosci impulsu) przypadajqca najednostk~ dtugosci drogi tali w danymosrodku, na ktorej to zmniejszenie za-chodzi.

Oznaczenie : at

Jednostka : [dB/m] , [dB/mm] .

Wspokzynnik Uumienia zalezy od :

- cz~stotliwosci (dtugosci) tali - im wyzsza cz~stotliwose tymwi~kszy wspokzynnik Uumienia;

- struktury materiatu (wielkosci i usytuowania ziarn) najwi~kszerozpraszanie, gdy rozmiar ziarna jest (3 -;-4) razy mniejszy oddtugosci tali;

- sktadu chemicznego i temperatury materiatu badanego.

Wspokzynnik Uumienia mozna przedstawie jako sum~ wspokzynni-kow pochtaniania i rozpraszania:

at = ap + ar

W zyciu codziennym przy porownywaniu przyj~to si~ mowie, ze jednojest kilkakrotnie wi~ksze lub mniejsze od drugiego. Ma to swoje uza-sadnienie, bo por6wnujemy takie same cechy w podobnych warun-kach (np. wymiary, ci~zar, wiek), a nasza ocena nie musi bye bardzoprecyzyjna (bardzo cz~sto por6wnujemy "na oko").

W badaniach ultradzwi~kowych, podobnie jak w akustyce, oprocz po-pularnych krotnosci stosuje si~ tzw. skal~ decybelow'l dla por6wny-wania wielkosci takich jak wysokosci impulsow, amplitudy cisnier'l, czywielkosci wad wykrytych w materiale.

Skala decybelowa opiera si~ 0 zaleznose logarytmicznq.

64

Oznaczony "KdB" poziom wielkosci por6wnywanych wyraza 20-krotnqwartosc logarytmu dziesi~tnego ze stosunku wielkosci por6wnywa-nych, czyli z popularnej krotnosci "k".

(decybel - jednostka poziomu wiel-kosci por6wnywanych)

gdzie: KdB - poziom wielkosci por6w-nywanych wyrazonyw decybelach [dB]

k - poziom wielkosci po-r6wnywanych wyrazonyjako ich i10raz (krotnosc)

~stqd k = 10 20

Zaleznosc pOwyZSZq mozna stosowac jedynie dla wielkosci nie zwiq-zanych z mocq, energiq i nat~zeniem fali.

W praktyce badan ultradzwi~kowych skala decybelowa jest po-wszechnie stosowana i dlatego opanowanie jej jest niezb~dne.

Najcz~sciej por6wnywanymi wielkosciami jest amplituda impulsu (A)lub inaczej wysokosc impulsu (h) na ekranie aparatu. Stosunek tychwielkosci nazywamy krotnoscict (k), a poziom wielkosci wyrazony w·decybelach - wzmocnieniem decybelowym (KdB = L1WdB)·

Zwiqzek pomi~dzy poziomem w decybelach (KdB) i wartosciq stosunku_ krotnosciq (k), przedstawia tablica 1.

Dla cel6w badan ultradzwi~kowych wystarczy posfugiwac si~ w prak-tyce wartosciami wzmocnienia, b~dqcymi liczbami cafkowltyml. Naog6f wystarcza dokfadnosc ,,±1dB" lub ,,±2dB".

Taka a nie inna dokfadnosc wynika bezposrednio z wielkosci skokudecybelowego regulatora wzmocnienia defektoskopu. ..,Wsp6fczesne defektoskopy cyfrowe dysponujq juz dokfadnosclamlponizej 1dB (cz~sto rz~du 0,5dB).

Przyklad

Na ekranie defektoskopu otrzymalismy obraz jak ponizej, tzn. dwaecha:

1 echo 0 wysokosci 1H

2 echo 0 wysokosci O,4HNalezy okreslic poziom:

impulsu 1 wzgl~dem 2,a nast~pnie 2 wzgl~dem 1.

1

\ 2

1\

H

J-, I

~Najpierw nalezy okreslic stosunek, tzn.krotnosc "k" por6wnywanych wielkosci:

~ IH1 wzgl~dem 2 ~ - = -- = 2,5

~ O,4H

h O,4H2 wzgl~dem 1 ~ --.2. = -- = 0,4

~ IHKrotnosci wynoSZq wi~c odpowiednio 2,5 i 0,4. Teraz dla kazdegoprzypadku nalezy odczytac z tab.1 najblizszy poziom wzmocnienia od-powiadajqcy obliczonej krotnosci:

dla k = 2,5a dla k = 0,4

KilB = I1W = 8dB,

KdB = I1W = -8dB

Z powyzszego przykfadu widac, ze poziom wielkosci wyrazony w de-cybelach jest w badaniach ultradzwi~kowych niczym innym jak r6znicqwzmocnien decybelowych dla impuls6w pokazujqcych si~ naekranie defektoskopu. Zaleznie od tego, kt6re z ech przyjmowalismyza odniesienie (w przykladzie), r6znica ta wynosHa ,,+8dB" lub ,,-8dB".Czyli doprowadzajqc wysokosc 2-echa do wysokosci 1, powinnismyzwi~kszyc wzmocnienie 0 8dB (znak ,,+"), a w przeciwnym przypadkuzmniejszyc wzmocnienie 0 8dB (znak ,,-").Zaleznosc podanq na poczqtku tego punktu mozna zapisac wi~c na-st~pujqco:

A~W = 201oglo-

Ao

66gdzie: 11W - zmiana wzmocnienia w dB,

A (h) - koncowa amplituda impulsu(wysokosc impulsu "h") pozmianie wzmocnienia 0 11W

Ao(ho) - poczqtkowa amplituda im-pulsu (wysokosc echa "ho").

W niemalze wszystkich przypadkach (z praktycznie wystarczajqcq do- .kladnosciq) mozna obliczyc wartosc r6znicy wzmocnien z danej krotno-sci i odwrotnie krotnosc dla danej r6znicy wzmocnien (np. odczytanychz aparatu), posiugujqC si~ wiasnosciami skali decybelowej.

Wiasnosci te wynikajq z wfasnosci logarytm6w i Sq nast~pujqce:

a) mnozeniu krotnosci odpowiada dodawanie r6znic wzmocnien

k = 0,8 . _1_ = 2,5 1 H

0,4 0,8 O,8H

~ W = 6 + 2 = 8dB O,6H

O,4H

O,2H

+2dB ~

+8dB

+6dB

\ \ \Rys.34. °

b) dzieleniu krotnosci odpowiada odejmowanie r6znic wzmocnien

1 1 1 Hk=-:-

0,2 0,4

k = _1_. 0,4 = 0,4 = 20,2 1 0,2

~W = 14+ (-8)~W=14-8=6dB

Rys.35.

c) jezeli krotnosci "k" odpowiada r6znica wzmocnien ",1W', to krotno-

1sci - odpowiada ,,-,1W' (patrz przykiad powyzej);k

w uj~ciu og6lnym, jesli:,1W > 0, to,1W < 0, to

k>1O<k<1

ZAPAMIETAJdla swobodnego posiugiwania si~skalq decybelowq:

~W= 1 dB k = 1,12

2 dB 1,26

6 dB 28 dB 2,5

20 dB 10

PrzykfadPosiugujqc si~ wiasnosciami skali decybelowej okresl brakujqce:

a) krotnosci dla danych zmian wzmocnienia w aparacie,b) odpowiednie zmiany wzmocnienia dla danych krotnosci.

4 dB = 2 + 2 dB ~

k = 1,59 = 1,26 x 1,26 ~

-10 dB = -2 + -8 dB ~

k=1 1 1

~- = --x-3,15 1,26 2,5

... dB = ... + ... dB ~

k= = ... x ... ~

4 = 2 x 2 ~tJ.W= 12dB = 6 + 6 ~

1/4 1/2 x 1/2 ~

tJ.W= -12 dB = -6 + -6 ~

8 ... x ... ~

tJ.W= ••. dB = ... + ... ~

LAMPY ULTRAFIOLETOWE UV-A, -B i -CAmerykanskiej firmy Spectronics Corp.

Ponad 30 roznych typowSPEt.NIAJA NAJOSTRZEJSZE WYMAGANIA(MIL, oTo, Pratt & Whitney Rolls Royce, ASME/ASTM, ...)

Jedyne na rynku:

- ze szktem powiekszajClcym(seria lamp 022) ~

- bezpiecznezasilane z akumulatorow / baterii(seria lamp B i E, CH-50,latarka UV-4B)dwunapi~ciowe ';:::j24V/;:j220V- idealne dla energetyki(zasilaczsam rozpoznajezr6dlo zasilania,lampa z serii SB-100),

- stanowiskowe(0 mocy do 400W)

Ostony OCZUi twarzyZastosowania:* Badania nieniszczqce* Dermalologia * ~smelyka* Ochrona mienia * Kryminalislyka* Konlrola skazen * Idenlyfikacja

insekl6w i baklerii * Archeologia* Filalelistyka * Wele innych

Serwisw Gdansku i Toruniu

693. SPRZ~T DO BADAN ULTRADZWI~KOWYCH

3.1. Budowa defektoskopu ultradzwi~kowego

Najbardziej rozpowszechnionymi aparatami w ultradzwi~kowejtechn.ice pomiarowo-badawczej sc\. przyrzC\.dy impulsowe, tzn. takie,kt6re z przetwornik6w generujC\. "paczki" fal ultradzwi~kowych 0 cha-rakterze kr6tkich impuls6w .CharakterystycznC\. cechC\.defektoskopu impulsowego jest wi~c nada-wanie kr6tkich impuls6w ultradzwi~kowych oraz odbi6r impuIs6w poprzejsciu przez osrodek i/lub po odbiciu od gran icy osrodk6w.Elementem nie wchodzC\.cym w sktad podzespot6w defektoskopu, alebez kt6rego nie mote on wprowadzac i odbierac impuls6w z badane-go materiatu, jest gtowica ultradzwi~kowa (zabudawany przetwarnik).

Gl6wne podzespoly ultradzwi~kowego defektoskopu impulsowegoto:

a) lampa oscyloskopowa,

b) generator impuls6w synchronizujC\.cych - uruchamia pozostatezespoty wIg okreslonego rytmu czasowego,

c) nadajnik impuls6w - pobudza przetwornik elektro-akustyczny,

d) generator podstawy czasu,

e) odbiornik impuls6w - wzmacnia sygnaty odebrane przezprzetwornik elektroakustyczny,

f) uktad zobrazowania.

Budowa ultradzwi~kowego defektoskopu impulsowego, z wyszczeg61-nieniem jego podzespot6w oraz wyst~pujC\.cych za nimi przebieg6welektrycznych, zostata przedstawiona schematycznie na rys. 36.Szczeg6towych informacji na temat budowy i zasad dziatania defekto-skopu impulsowego szukac motna w litraturze (paz. 3, 4,8,10).

Lampa oscyloskopowa (Rys. 37) jest barikC\.szklanC\.0 wysokiejpr6tni, bywa nazywana r6wniet lampC\.elektropromienio-wq; strumieri elektron6w jest w niej skupiony do wiC\.zki0jak najmniejszym przekroju poprzecznym i rozp~dzany -elektronom nadaje si~ dute przyspieszenie.

Tp

l' ~ ~

2' ~ ~

71

Moina wyr6inic w niej nast~pujqce podzespofy (Rys. 37-a) :a) wyrzutnia elektronowa skfadajqca si~ z katody (K), siatki steru-

jqco-skupiajqcej (8) regulujacej g~stosc strumienia elektron6wi jasnosc plamki Uasnosc obrazu), zespofu anod (A1, A2) 0 ros-nqcym potencjale - anody te skupiajq promien elektronowy jaksoczewka i nadajq elektronom przyspieszenie;

b) ukfad odchylajqcy wiqzk~ elektron6w, skfada si~ on zdw6ch par pfytek - jednej pary odchylania poziomego Pxi jednej pary odchylania pionowego Py - rys. 37-b;

c) ekran (E).

opoznienie startu ' ,'~ NADAJNIK ~

, ~ opoznienie startu' '~_~_5__' PODST.CZASU~ •• ~~ __

Wyrzutniaelektronowa

Uk/adodchylajqcy

Rys. 37. Lampa oscyloskopowa

a) schemat og61ny lampy: K - katoda; 5- siatka sterujqco--skupiajqca; A 1, A2 - zesp6/ anod (dwie anody);Py - p/ytki odchylania pionowego; Px - p/ytki odchylania po-ziomego; E - ekran lampy oscyloskopowej (defektoskopu);

Rys.36. Schemat blokowy impulsowego aparatu ultradiwi~kowego

1 - generator impuls6w synchronizujqcych; 2 - uk/ad op6iniajqcystart nadajnika impuls6w; 3 - nadajnik mpuls6w; 4 - uk/ad op6i-niajqcy start generatora podstawy czasu; 5 - generator podstawyczasu; 6 -Iampa oscyloskopowa (zaznaczono p/ytki Px iPy);7 - prze/qcznik elektroniczny rodzaju pracy; 8 - odbiomik impuls6w(wzmacniacz); 9 - badany przedmiot; 10 - g/owica ultradiwi~kowa;R, T - gniazda dla pod/qczenia g/owic

b)

hN.,."••,,,.ksztaltne z gene·ratora podstawyczasu

Impuls z glowicywzmocnionywodbiorniku

b) uk/ad odchylajqcywiqzk~ elektron6w.

72

Generator impuls6w synchronizujacych - uruchamia kr6tkimi im-pulsami elektrycznymi (z okreslonq cz~stotliwosciq powta-rzania) gl6wne zespoly aparatu, jest tr6dlem impuls6wwyzwalajqcych dzialanie pozostalych podzespol6w.

Nadajnik impuls6w - w momencie, gdy impuls synchronizujqcy do-trze do nadajnika (stale op6znienie), wytwarzany jest kr6tkiimpuls napi~cia nazywany impulsem nadawczym.Impuls ten jest doprowadzany do okladek plytki piezo-elektrycznej. Pod wplywem impulsu nadawczego a cha-rakterze uderzenia plytka/przetwornik wykonuje seri~drgan tlumionych a cz~stotliwosci rezonansowej (zaleznej .od grubosci plytki - patrz str. 25). Cz~stotliwosc ta jest cz~-stotliwosciq pracy glowicy. Pokr~tlem ENERGIA i SZE-ROKOSC IMPULSU mozna regulowac amplitud~, a tymsamym i czas trwania impulsu nadawczego.

Generator podstawy czasu - jest uruchamiany przez generatorimpuls6w synchronizujqcych lub tworzy z nim wsp61nypodzesp61, wysyla impulsy piloksztaltne docierajqce naplytki odchylania poziomego (Px) lampy oscyloskopowej;czas trwania impulsu piloksztaltnego jest z reguly wielo-krotnie kr6tszy niz okres odpowiadajqcy cz~stotliwoscipowtarzania (aby wszystkie impulsy wysylane do badanegoosrodka mialy czas zaniknqc).Moment startu generatora podstawy czasu wybiera si~pokr~tlem OP6ZNIENIE (DELAY) wzgl~dem momentustartu nadajnika impuls6w.

Odbiornik (wzmacniacz) - uklad wzmacniajqcy impuls elektryczny,kt6ry powstaje na okladkach przetwornika pod wplywem .impulsu akustycznego, jaki wraca do glowicy po odbiciuad dna lub wady. Wzmocnienie jest regulowane w szero-kich granicach decybelowym regulatorem wzmocnienia,kt6ry jest dzielnikiem napi~cia (przelqcznik obrotowy,przyciskowy lub inny) - regulator ten sluzy do "powi~k-szania" lub "zmniejszania" wysokosci impuls6w na ekra-nie - pokr~tlo WZMOCNIENIE (GAIN).

Powstawanie oscyJogramuOscylogr~m jest obrazem czasowych przebieg6w napi~cia naprze~onlku glowlcy. Powstaje on na skutek odchylania stru-mlenla elektron6w przez napi~cie generatora podstawy czasupodane na plytki Px lampy oscyloskopowej oraz jednoczesne~Ionowe odchylanie tego strumienia przez napi~cie wywolaneImpulse~ odebranym przez glowic~ i podane na plytki P

y.

Odl.eglo~c Impulsu odebranego ad impulsu nadawczego (na osipozlomeJ ekranu lampy oscyloskopowej) jest miarq odleglosci re-flektora (wady lub dna) ad glowicy.~ysoko~C (a~~lituda) impulsu jest natomiast w pewnym stopniumlarq. wieikosci reflektora odbijajqcego fale. Obraz widziany naekranle aparatu przedstawia przebiegi napi~cia w przedzialeczasu ?d t1. do t2 (od chwili startu nadajnika); precyzyjnego wyboruodp~~ledniego przedzialu czasu mozna dokonac takimi pokr~-tlaml )ak: ZASI~G (RANGE), PR~DKOSC (VELOCITY) iOP6ZNIENIE (DELAY).

~braz kreslony na ekranie w czasie (t1 - t2) widziany jest jakoclqgly, poniewaz jest on kreslony wielokrotnie na sekund~.

Monitor .- nazywany sygnalizatorem wad, jest podzespolem sygnali-zUJqcym obecnosc impulsu w wybranym fragmencie zakresuob~e~acji. W momencie pojawienia si~ echa (0 amplitudziewyzszeJod tzw. ~rogu czulosci monitora - najcz~sciej wartosc regu-lowa~a) w ~b~~ble szerokosci bramki monitora wlqczany jest sy-gnallzator sWletlny i akustyczny.

\ 1 4

3

\ 2

\. ~

Prog czulosci

(wysokosc progowa echa)

Pocz~tek br:;;! ~erokosc bramki

(Szerokosc znacznika)

74Regulacja monitora polega na ustaleniu pofotenia bramki, tj. poczqtkui szerokosci bramki, kt6ra zobrazowana jest na ekranie tzw. znaczni-kiem bramki (w postaci ruchomej belki lub lokalnie podwyzszonej podstawyczasu - we wsp61czesnychdefektoskopach cyfrowych bramka monitora - conajmniej jednego, posiada regulowany pr6g czulosci, a niekiedy moze przy-bierae r6wniez ksztalt wykreslonej przez operatora krzywej OKA - odleglo-sciowej korekcji amplitudy).

3.2. Obstuga defektoskopu

Zasilanie - defektoskopy Sq zasilane z sieci i/lub z akumulator6w(baterii). 8tacjonarne defektoskopy (duze, wielofunkcyjne) zasila-ne Sq tylko z sieci, natomiast najbardziej rozpowszechnionedefektoskopy przenosne, terenowe, do badan r~cznych Sq za-silane bateryjnie. Nowoczesne defektoskopy Sq wyposatone wukfad stabilizujqcy napi~cie (dla zmniejszenia b1li!d6wpomiar6w).tadowanie akumulator6w i montat baterii nalety przeprowa-dzae scisle wedfug instrukcji producenta.Defektoskop osiqga gotowose do pracy po czasie okreslonyminstrukcjq producenta. W czasie nagrzewania parametry pracyulegajq zmianie, wyst~puje tzw. pfyni~cie toru X (przesuwaniesili! ech na ekranie w kierunku poziomym) i toru Y (zmieniajq sili!wy-sokosci ech bez zmiany wzmocnienia i warunk6w sprzli!zenia).

Uktad "aparat-gtowica"

Gniazda glowicowe:

- gniazdo ODBIORNIK (oznaczane ,,0", "E" lub "R")- gniazdo NADAJNIK (oznaczane ,N', ,,8" lub "T")

oraz przefqcznik RODZAJ PRACY.

Gfowice nadawczo-odbiorcze Uednoprzetwornikowe) Sq fqczonedo gniazda ODBIORNIK, przefqcznik rodzaju pracy powinienbye w odpowiednim pofoteniu.Gfowice dwuprzetwornikowe (podw6jne) lub dwie gfowice (me-toda przepuszczania i metody pracy dwiema glowicami w r6znychukladach - np. tandem) fqczone Sq dwoma kablami do obugniazd, ODBIORNIKA i NADAJNIKA (przelqcznik rodzajupracy w polozeniu dla dw6ch glowic).

75UWAGA: Nalety zwr6cie uwag~ na to, aby:

- unikae stosowania gfowic i aparatu r6tnych producent6w(mogq, ale nie muszq bye niedopasowane),

- stosowae kable zalecane przez producenta defektoskopui gfowic,

- okresowo sprawdzae jakose pofqczenia kabel-defektoskopi kabel-gfowica (jesli jest rozlqczne) przez poruszaniekabla w okolicy zfqcza (nie powinny wystli!powaezmianyamplitudy impuls6w widocznych na ekranie aparatu).

"ENERGIA" - jest to pokr~Uo sfutqce do zmiany amplitudy i czasutrwania impulsu nadawczego, energia rosnie wraz ze wzro-stem amplitudy i czasu trwania impulsu, pokr~Uo to motebye opisane "IMPUL8" lub ,,8ZEROKOSC IMPUL8U". Pofo-tenie tego pokr~Ua nalety notowae w protok61e badania.

Rys. 39. Oscylogramy:a) bez podci~cia (ustawione na "zero'Jb) z podci~ciem (r6ine ad "zera'J

llPODCIECIE" - ukfad utytkowy wsp6fpracujqcy ze wzmacniaczem,sfuty do usuwania niepotqdanych szum6w (tzw. trawy).Nie nalety stosowae podci~cia przy korzystaniu z ekrano-wych skal OWR lub krzywych OKA (nalezy ustawie je na zero,wylqczye).

76

Poziom wzmocnienia - (PW), cz~sto bywa nazywamy poziomemimpulsu, okreslony jest przez wzmocnienie "W" wyrazonew decybelach, przy kt6rym wierzchotek impulsu ma wy-sokosc umownq "ho" dziatek pionowej skali ekranuaparatu. Przyjmuje si~, ze: ho = O,4H (ho = 2dz), gdzie:H - catkowita wysokosc ekranu (ekran jest najcz~sciej po-dzielony na 5 dzialek). Wyznaczajqc poziom impulsuodebranego trzeba ustawic "PODCI~CIE" w potozeniezerowe. Wzmocnienie "W" zalezy od typu defektoskopui gtowicy oraz od potozenia pokr~tta "ENERGIA".

Oznaczenie poziomu wzmocnienia:PW (hopis reflektora = O,4H) = ... dB lub PW (hopiS reflektora = O,4H) = ... dB

Przyklad

1. Na wzorcu W1 (grubosc 25 mm) umieszczono gtowic~ normalnqi uzyskano pierwsze echo 0 wysokosci O,4H przy wzmocnieniuW = 12dB:

\1\ , -r

O,4H

~oo~2. Na wzorcu W1 - promier'! 100mm, umieszczono gtowic~ skosnq i

przy wzmocnieniu 35dB uzyskano drugie echo 0 wysokosci O,4H :

PW (2 x R100 = O,4H) = 35dB

77

Skalowanie - ZAKRES OBSERWACJI (ZO)

Zakres obserwacji ustawiamy na ekranie defektoskopu za pomocqtrzech pokr~tet regulujqcych generator podstawy czasu:

- ZASI~G (regulacja skokowa lub plynna),- PR~DKOSC (regulacja plynna),- OPOZNIENIE lub ZERO (regulacja plynna).

Dla wykonania prawidlowego skalowania:

1. niezb~dne sc! co najmniej 2 echa ze znanej odleglosci,

2. nie wolno uzywae do skalowania impulsu nadawczego,

3. odleglose wzorcowa nie moze bye wi~ksza od dlugoscizakresu obserwacji

ppc - podziatka podstawy czasu w [ :; ], informuje ile

milimetr6w odlegtosci w materiale przypada na 1 dziatk~poziomej skali ekranu.

dlugosc~ 20ppe=

A [:;l[:;lppc= ~ -~

A

Jesli dana jest odlegtosc "I" [mm] reflektora od gtowicy, a chcemyobliczyc miejsce "a" [dz] wystqpienia echa na ekranie, to skorzystacnalezy z zaleznosci:

1- opea=

ppe [mm d ]

mm/dz = z

Jesli echo wyst~puje na dziatce "a", to odlegtosc "I" [mm] reflektora odgtowicy wynosi:

[mm+dz, :; = mmlope - op6znienie podstawy czasu

(ope = L1 [mm] patrz rys.40).

(dlugosc zakresuobserwacji) =

= (L2- LI)

Spos6b 2 (Rys.42)Skalujemy ekran defektoskopu dla ZO = (100 + 600)mm na

podstawie 1 i 6 echa pr6bki 0 grubosci 1OOmm. Nast~pnie notujemyodchytki potozenia pozostatych ech rzeczywistych, tzn. echa nr 2, 3, 4 i5 (w stosunku do ich polozen teoretycznych, wyliczonych). Odchytki swiad-CZq 0 nieliniowosci toru X, a najwi~ksza z nich stanowi nieliniowoscdefektoskopu.

Rys. 40Zakresobserwacji

0 125T T1\

2 dz -y\ [~\ \ \ , 1 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

b)c) O,1dz

A"'~~;:::?

1 ~~'--- 2

" ~ \ ~

//'

~ //o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 01234 5 6 7 8 9 10

~

~o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

3.3.1. Liniowosc toru X

Tor X jest liniowy, gdy ruch plamki swietlnej w kierunku pozio-mym na ekranie defektoskopu (wzdluz podstawy czasu) odbywa si~ zestatq pr~dkosciq. Brak liniowosci jest przyczynq bt~dnej lokalizacjiwady.

Wyznaczanie Iiniowosci toru X :

Spos6b 1 (Rys.41)

Skalujemy ekran defektoskopu dla ZO = (0 + 125)mm i pr6bki 0

grubosci 25mm (Rys. 41-a).Wybieramy dwa kolejne echa dna (np. 4 i 5), nast~pnie przesuwamyte echa wzdtuz ekranu pokr~Uem "OP6ZNIENIE". Kontrolujqc odle-gtosc mi~dzy echami, notujemy wyst~pujqce odchylenia. Jesli Sq oner6zne od zera, to swiadczy to 0 nieliniowosci toru X.

Rys.41. Ocena liniowosci toru X - spos6b 1:a) skalowanie zakresu obserwacji (echa wielokrotne),b) spos6b odczytu odchylek odleglosci mi'i!dzy echami,c) spos6b graficznego przedstawienia nieliniowosci

(1 -linia prosta dla liniowego toru X, bez odchylek,2 - linia krzywa, odczytane odchylki odmierzone odfinii prostej 1 dla danego polotenia ech).

81

Spos6b 2 - wygodny do praktycznego stosowania.Procedura: - uzyskac echo dna dowolnej pr6bki;

- doprowadzic echo do petnej wysokosci ekranu H (5 dz);- zmniejszac wzmocnienie "W" skokowo co 2 dB, jedno-

czesnie po kazdej zmianie wzmocnienia sprawdzacczy wysokosci echa przyjmujq ponizsze wartosci:

100~

600~

I

~-- J2 - - - ~

- - 34

- -5-6, ,

"'~ ~

0 2 4 6 8 10 12 14 20

5 3,96 3,14 2,5 1,98 1,58 1,25 1,00 0,5w I

~jesli tak. to charakterystyka toru Y jest liniowa.

3.3.3. Dynamika zobrazowania (DZ)

- jest to wartosc wzmocnienia !'1W, 0 kt6rq nalezy zmienicwzmocnienie wyjsciowe W 0, zeby wysokosc echa na ekranie zmienitasi~ 0 okreslonq wartosc (od ho do h).

Zapis: DZ (ho ~ h) = !'1WPomiaru dynamiki zobrazowania (DZ) nalezy dokonywac po wytqcze-niu "PODCI~CIA". Producenci defektoskop6w podajq tzw. dynamik~zobrazowania na catq wysokosc ekranu (Rys.43), tzn. r6znic~ wzmoc-nien, dla kt6rej wysokosc echa zmienia si~ od petnej wysokosci ekra-nu H do wartosci progowej (echo przestaje bye widoczne na ekranie).Najwygodniej okreslac dynamik~ zobrazowania jako:

DZ (H ~ 0,2H) = 14dB

Wartosc dynamiki zobrazowania w dB wynika z krotnosci wysokosciech (poczqtkowego i koricowego. po zmianie wzmocnienia).

2 3 4 ~r6 7 8 9 10oLL ~0,2

3.3.2. Charakterystyka toru Y_ jest to zaleznosc wartosci odchylenia plamki swietlnej na ekra-

nie w funkcji amplitudy impulsu napi~cia uzyskanego na przetworniku .gtowicy odbierajqcej "echa".W praktyce do wyznaczania lub sprawdzania liniowosci charakterysty-ki toru Y stosowac mozna jeden z dw6ch sposob6w.

Spos6b 1 - polega na wykresleniu zaleznosci "h" od "W" przy zato-zeniu, ze decybelowy regulator wzmocnienia jest doktadny. Jesliotrzymany wykres jest liniq prostq, to charakterystyka jest linio-

wa.Procedura post~powania:

- dowolna gtowica i pr6bka;_ uzyskac echo i nast~pnie zmieniajqc wzmocnienie "W"

notowac odpowiednie wysokosci ech "h";_ wyniki pomiaru przedstawic na wykresie. przy czym na

osi odci~tych odmierza si~ wzmocnienie "W" w dB(podziatka liniowa), a na osi rz~dnych odmierza si~ od-powiadajqce wysokosci ech "h" w dziatkach (podziatkalogarytmiczna).

1\ I I IW2 dB +--

\

1\

I I IW1 dB f--

\

1\ .-o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Rys.43. Dynamika zobrazowania na ca/q wysokos6 ekranu:DZ (H -) O,05H) = W1- W2 [dB]

823.3.4. Doktadnosc regulatora wzmocnienia

Jest to bardzo wai.ny parametr defektoskopu, szczegolnie przyocenianiu rozmiaru rownowai.nego znalezionych reflektorow (wad),.przy pomiarze tlumienia i wyznaczaniu strat sprzE~i.~ni~. .MOi.liwosc kontroli tego parametru przez ui.ytkownlka Jest ogranlczonaze wzgl~du na koniecznosc stosowania specjalnej aparatu~.. .Chcqc szacunkowo ocenic doktadnosc regulatora wzmOCnienla, moz-na sprawdzic czy:

- zmiana wzmocnienia np. 0 6 dB spowoduje dwukrotnq zmian~wysokosci echa w catym zakresie regulacji wzmocnienia

3.3.5. Stabilnosc tor6w X i Y

Parametr ten jest zwiqzany z brakiem stabilnosci toru X i Y powtqczeniu aparatu - z tzw. plyni~ciem toru X i Y (patrz punkt 3.2. -Zasilanie).Miarq ptyni~cia toru X Sq zmiany poloi.enia ech w stosunku do dtugo-sci ekranu przedstawione w funkcji czasu.Tor X jest stabliny, gdy nie wyst~puje ptyni~cie w czasie pracy defek-toskopu. Niestabilnosc toru X, tak jak nieliniowosc, prowadzi dobt~dnej interpretacji oscylogramu, tzn. bt~dnego (niedoktadnego).

odczytu gt~bokosci zalegania wady. . .Miarq ptyni~cia toru Y jest wartosc zmiany wysokosci echa w czas.l~(np. 5 lub 10 minut). Tor Y jest stabilny, jesli obserwowana wysokoscecha nie ulega zmianie w czasie pracy aparatu.Niestabilnosc toru Y (tak jak nieliniowos6) prowadzi rowniei. do bt~d-nej interpretacji oscylogramu polegajqcej na bt~dnej ocenie w~soko-sci echa, a w konsekwencji rozmiaru reflektora odpowladaJqcegotemu echu.

3.3.6. Poziom szum6w elektronicznych

Wysokosc szumow (tzw. trawy) na ekranie defektoskopu rosniewraz ze wzrostem wzmocnienia.Poziom szumow elektronicznych okresla si~ jako wzmocnienie wyra-i.one w decybelach, przy ktorym szumy na ekranie aparatu osiqgajqwysokosc jednej (Iub polowy) dziatki pionowej skali ekranu:

hsz = 0,2 H (Iub 0,1 H).

3.4. SprzQzenie akustyczneSprz~i.enie akustyczne zapewnia przechodzenie drgan emitowa-

nych przez gtowic~ do materiatu badanego. Najmniejsza nawet szcze-lina powietrzna dziata jak bariera akustyczna, powodujqc niemalzecatkowite odbicie fal od granicy "gtowica-powietrze".Osrodek sprz~gajqcy stosuje si~ w celu wyeliminowania powietrzami~dzy powierzchniq gtowicy i badanego elementu.Badanie kontaktowe - to takie badanie, podczas ktorego gtowica"slizga si~" na warstewce osrodka sprz~gajqcego, ktorego gruboscjest niewielka i na ogol wynosi znacznie mniej nii. 1mm.Badanie zanurzeniowe - badany obiekt jest zanurzony w cieczy;gtowica znajduje si~ nad badanym obiektem i jest oddzielona warstwqcieczy, ktora stanowi jednoczesnie osrodek sprz~gajqcy (sprzt;!zeniecieczowe).Istniejq rowniei. badania b~dqce wariantem posrednim.Rodzaje osrodkow sprz~gajqcych: .- woda - powszechnie dost~pna, powoduje korozj~, przed stoso-

waniem powinna "odstac" (eliminuje sit;! w ten spos6b pt;!che-rzyki powietrza w niej zawarte);

- oleje (smary state) - bardzo dobry "sprz~gacz"; nie wolno gostosowac przed malowaniem powierzchni badanej, obrobkqskrawaniem i spawaniem;

- roztw6r kleju malarskiego - szczegolnie wygodny przy badaniupowierzchni stromych, tatwo daje si~ usuwac po wyschni~ciu(ostatnio czt;!stozastt;!pujesit;!go klejem do tapet), powoduje ko-rozj~, niekiedy intensywnq.

- inne specjalne - z inhibitorami korozji, do wysokich temperatur, ..

W przypadku glowic z przetwornikami wykonujqcymi drgania po-przeczne, wyi.ej wymienione osrodki sprz~gajqce nie Sq przydatne.Zaleca si~ stosowac wowczas osrodki 0 bardzo dUi.ej lepkosci.o poprawnym sprz~zeniu akustycznym podczas badan glowicq nor-malnq sWiadczy impuls dna badanego elementu, ktory jest widocznyna ekranie defektoskopu w trakcie badania. Sytuacja przedstawia si~zupelnie inaczej podczas badania glowicq skosnq. W trakcie tego typubadania brak jest impulsu dna i dlatego nalei.y zwrocic szczegolnquwag~ na zapewnienie dobrego sprz~i.enia akustycznego.

3.5. Wzorce i ich znaczenieWzorzec - (materiat odniesienia) element posiadajC\.eypowierzehnie

lub kraw~dzie b~dC\.eereflektorami odniesienia (wzorco-wymi)dla fal ultradzwi~kowyeh. Wzorzee mote zawiera6 reflektoryb~dC\.eewadami sztueznymi lub znane, seisle okreslone przypomoey innyeh metod badania (np. radiologicznie) wady natu-ralne.

Reflektorem fal ultradzwi~kowyeh jest graniea osrodk6w 0 r6tnyehwtasnoseiaeh akustyeznyeh (najlepszym reflektorem jest grani-ca osrodk6w "stal-powietrze").

Reflektorem wzorcowym (odniesienia) jest taki reflektor, kt6ry od-bija fale ultradzwi~kowe w znany, seisle okreslony spos6b.

Najog61niej wzoree mozna podzieli6 na:

- wzorce kontrolne - przeznaezone sc\.do kontroli i wyznaezaniaparametr6w gtowie i defektoskopu oraz prowadzeniawszelkiego rodzaju kalibraeji, reflektory wzoreowe wtego typu wzoreaeh sc\.reflektorami sztueznymi;

- wzorce porownawcze - przeznaezone sc\.do nastawiania para-metr6w badania, zawierajC\.wady sztuezne lub natu-raine, przygotowuje si~ je najez~seiej z materiatubadanego elementu;

- inne wzorce speejalnego przeznaezenia.

We wszystkieh wzoreaeh mamy do ezynienia z reflektorami, kt6re zewzgl~du na ieh wielkos6 dzielimy na:

- reflektory duze - wymiary tyeh reflektor6w sc\.wi~ksze od prze-kroju wi C\.Zki ultradzwi~kowej, dla wi~kszosei przy-padk6w praktyeznyeh mozna przyjC\.cpo uproszeze-niu, te sc\. to reflektory 0 wymiaraeh wi~kszyeh odwymiar6w przetwornika stosowanej gtowiey ultradz-wi~kowej;

- reflektory mate - wymiary tyeh reflektor6w sc\.mniejsze od prze-kroju wiC\.Zki,albo upraszezajC\.e, mniejsze od wymia-r6w przetwornika.

rnc1J

<!>d • I I .•

dJrn

Rys.44. Przyklady reflektor6w wzorcowych (sztucznych) :a) dla glowic normalnych,b) dla glowic skosnych.

Wsr6d wielu wzore6w stosowanyeh w praktyee nalezy wymiani6 kilkanajwazniajszyeh, do kt6ryeh naletC\.:

a) wzorzee kontrolnyW1 (IIW, PN-75/M-70051, DIN54120, ...);b) wzorzee kontrolny Nr2 [W2] (PN-EN 27963:1993);e) wzorzee kalibraeyjno-kontrolny A5 (lOW, 882704);d) wzoree mikrosekundowe (PN-75/M-70056);e) wzoree sehodkowe (np. UNIPAN typu UG-1, UG-4);f) wzoree do sporzC\.dzania skal OWR

- dla gtowie normalnyeh,- dla gtowie skosnyeh;

g) wzoree do kontroli rozdzielezosei gtowie(np. A7 wg 882704 dla gtowic skosnych).

W dalszej ez~sei tego punktu wybrane sposr6d w/w wzore6w zostanC\.kr6tko om6wione z punktu widzenia praktyeznego wykorzystania,bardziej szezeg6towyeh informaeji nalety szuka6 w odpowiedniehnormaeh i literaturze oraz w osrodkaeh szkoleniowyeh.

86Nalezy zwr6cic szczeg61nq uwag~ na wzorce W1 (IIW), Nr2 [W2] i A5(lOW), kt6re Sq najpowszechniej stosowanymi wzorcami 0 znaczeniumi~dzynarodowym (opracowane przez Mi~dzynarodowy illub BrytyjskiInstytut Spawalnictwa, obowiqzujqce i/lub zalecane w wielu krajach).

Wzorzec W1 - reflektory i ich przeznaczenie (Rys.45) :

- pfaskie powierzchnie A1 i A2 odlegfe 0 25mm Sqreflektorami duzymi wykorzystywanymi do skalowania ZOi wyznaczania parametr6w badania dla gfowic normalnych;

- pfaskie powierzchnie 81 i 82 odlegfe 0 100mm oraz pfaskiepowierzchnie C i 0 odlegfe 0 200mm wykorzystywane Sqdo skalowania ZO dla gfowic normalnych;

- pfaska powierzchnia E odlegla od powierzchni 81 0 91mmskalujqc ZO = (0-91 )mm dla gfowicy normalnej fal podfuz-nych uzyskujemy ZO = (O-50)mm dla fal poprzecznych(gfowic skosnych);

- dno naci~cia G, kt6re z powierzchniami 82 i E tworzy trzylezqce blisko siebie reflektory sfuzqce do okreslenia roz-dzielczosci ukfadu "defektoskop-gfowica normalna"(Rys. 45-a);

- powierzchnia walcowa F 0 promieniu R=100mm orazboczne sciany dw6ch rowk6w H w powierzchni A1 i A2

przechodzqce przez srodek krzywizny powirzchni F, zesp6ftych reflektor6w sfuzy do skalowania ZO dla gfowic sko-snych (Rys. 45-b) i nastawiania czufosci apartu pracujqce-go z gfowicami skosnymi;

- walcowa powirzchnia I otworu okrqgfego 0 srednicy 50mmuzywana jest mi~dzy innymi do pomiaru kqta zafamniagfowic skosnych (Rys. 45-c);

- otw6r 0 srednicy 1,5mm, kt6rego powierzchnia walcowa Jsfuzy do pomiaru kqta zafamania gfowic skosnych i nasta-wiania czufosci ukfadu "defektoskop-gfowica normalna";

- krqzek z PMM-u K 0 grubosci 23mm wprasowany w otw6ro srednicy 50mm. .

25 I·t'

r~100

~

r r

11~.5

o o

88

Wzorzec Nr2 [W2] - reflektory i ich przeznaczenie (Rys.46 - a, b, c).

- plaskie powierzchnie A1 i A2 oddalone od siebie 0 12,5 mmsluzq do skalowania lO dla glowic normalnych(pojedynczych i podw6jnych);

- powierzchnie walcowe B 0 promieniu R = 25mm i C 0 pro-mieniu R = 50mm sluzq do skalowania zakres6w obser-wacji (la, lax, losx, lay) dla glowic skosnych(Rys.46 - a, b, c);

- powierzchnia cylindryczna D otworu przelotowego 0 sredni-cy 5 mm sluzy do kontroli kqta zalamania glowic skosnychoraz do nastawiania i kontroli czulosci badania uklad6w"aparat-glowica normalna" i "aparat-glowica skosna".

kolejne echa b~dq z odleglosci:

li25 = 25 + 75 . (i - 1)

gdzie i -.numer echa

1, 3 - impulsy odbierane

2 - impuis wyUumiony,nie trafiajqcy doprzetwo rnika

~(20)

Rys. 46 - a. Wzorzec kontro/ny Nr2 [W2] - podstawowe wymiaryi reflektory wzorcowe

Przebieg wiqzki ultradzwi~kowej we wzorcu Nr2 [W2j oraz odleglosci,w jakich wystqpiq kolejne echa dla odpowiednich ustawien glow icyskosnej (niezaleinie od kqta zalamania fali) przedstawiono na stronienast~pnej - rys. 46-b i 46-c.Odleglosc (umowna droga fali) mi~dzy kolejnymi echami odpowiadazawsze sumie promieni wsp6lsrodkowych powierzchni walcowych, tojest dlugosci 75 mm (25mm + 50mm).

kolejne echa b~dq z odleglosci:

li50 = 50 + 75· (i - 1)1, 3 - impulsy odbierane

2 - impuls wyUumiony,nie trafiajqcy doprzetwornika

Rys.46. Wzorzec kontrolny Nr2 [W2]:

b) przebieg wiqzki fal przy ustawieniu glowicy skosnejw kferunku powierzchni cy/indrycznej 0 promieniu R25,

c) przebieg wiqzki fal przy usfawieniu glowicy skosnejw kierunku powierzchni cylindrycznej 0 promieniu R50.

90Wzorce mikrosekundowe - to walce 0 tak dobranej wysokosci, ze

Iqczny czas przejscia fal ultradzwi~k?wych od ,p~-wierzchni do dna i z powrotem jest wlelokrotnoSClq1 mikrosekundy (3,4,5,10,20 IlS).Sluzq do skalowania podstawy czasu w jednost-kach czasu.

Wzorce schodkowe - sluzq do skalowania ZO przy pomiarach .grubosci prowadzonych grubosciomie~zem I/Iu~defektoskopem ultradzwi~kowym; maJq postacplytki schodkowo zmieniajqcej swojq grubosc lubwalc6w 0 r6znych grubosciach (np. 1-;-10mm lub1-;-8mm ze skokiem co 1mm).

Wzorce do sporzCldzania wykres6w OWR - pr6bki z na~iercony~i.otworami, kt6rych plaskie dna znajduJq Sl~ w r~z-nej odleglosci od powierzchni przylozenia glowlcy(Rys.47).

913.6. Gtowice ultradzwi~kowe

Glowica ultradzwi~kowa stanowi odpowiednio zabudowany i do-strojony elektrycznie przetwornik piezoelektryczny.GI6wne elementy skladowe glowicy, to:

- obudowa - spelniajqca rol~ uchwytu i konstrukcji nosnej,- oslona - chroniqca przetwornik przed scieraniem i uszkodzeniem

mechanicznym (w glowicach normalnych jest to cienkaplytka, w glowicach skosnych klin z PMM-u),

- masa Uumiqca - Uumi drgania wlasne przetwornika oraz wytlumianiepozqdane fale trafiajqce do glowicy (w glowicach sko-snych),

- cewka - element dostrajajqcy aparat do rezonansu z pojemnos-ciq elektrycznq przetwornika i kabla.

Rodzaj glowicy okresla: - rodzaj obudowy,- rodzaj wzbudzanych tal,- kqt zalamania wiqzki fal w stali,- liczb~ przetwornik6w,- ksztalt wiqzki fal,- wielkosc Uumienia przetwornika.

Najbardziej rozpowszechnione glowice, to giowice do badan r~cznycho nieformowanym ksztaicie wiqzki z przetwornikiem 0 normalnym(niepodwyzszonym) Uumieniu. Najpopularniejsze rodzaje giowic to:

a) pojedyncze (jednoprzetwornikowe) giowice normalne fal podiuz-nych (zwane potocznie glowicami normalnymi),

b) giowice podw6jne fal podiuznych (tzw. glowice podw6jne),c) pojedyncze giowice skosne fal poprzecznych

(zwane potocznie glowicami skosnymi lub kqtowymi),d) podw6jne giowice skosne fal poprzecznych,e) pojedyncze giowice fal powierzchniowych.

Najwazniejsze parametry giowic to:- cz~stotliwosc drgan (patrz pkt. 2.2),- wymiary przetwornika (patrz pkt. 2.2, 2.3),- kqt zaiamania wiqzki fal w stali (patrz pkt. 2.5.1., 3.6.2.),- kqt rozbieznosci wiqzki i szerokosc wiqzki tzw. charakterystyka

giowicy (patrz pkt. 2.3.).Rys.47. Wzorce specjalne do sporzqdzania wykres6w OWR

a) dla glowic nonnalnychb) dla glowic skosnych 0 kqcie za/amania {3.

923.6.1. Gfowice normalne fal podfuznych

cewkadostrajajqca

b) gtowic zagranicznych:- SLF4-10 (Sonatest), f = 4 MHz, 0 = 10 mm, ~ = 0°

(z wymiennymi membranami od czola);'- SLP5-5 (Sonatest), f = 5,0 MHz, 0 = 5 mm, ~ = 0°

(miniaturowa, z utwardzonym czolem);

- SCSF10-4 (GB Inspection Systems), f= 4,0 MHz, 0= 10 mm, ~= 0°(z wymiennymi membranami od czola);

B2SE (Krautkriimer), f = 2 MHz, 0 = 24 mm, ~ = 0°;MB4S-E (Krautkriimer), f = 4 MHz, 0 = 10 mm, ~ = 0°;

Inne informacje - patrz zatqczniki i literatura.

Przeznaczenie:_ wykrywanie wewn~trznych wad przestrzennych,_ wykrywanie wewn~trznych wad ptaskich usytuowanych r6wno-

legle lub nachylonych pod matym kqtem do powierzchni badanej(tj. tej, z kt6rej wprowadzamy fale ultradzwi~kowe),

- pomiar grubosci,- pomiar Uumienia,_ pomiar pr~dkosci rozchodzenia si~ tal.

Istotne dla gtowic normalnych parametry, takie jak kqt rozbieznosciwiqzki i szerokosc wiqzki, mozna obliczac z zaleznosci podanych wpunkcie 2.3.Kqt rozbieznosci wiqzki, szerokosc wiqzki oraz kqt zboczenia osiwiqzki Sq parametrami, kt6re mozna wyznaczac na drodze pomiaro-wej. Szczeg6towych informacji na ten temat nalezy szukac w Iiteratu-rze (poz. 3, 8,10).

Oznaczenia (przyklady oznaczen pojedynczych glowic normalnych):a) gtowic krajowych:

- 2LN25 (Unipan)2 - cz~stotliwosc (MHz)L - tale podluzneN - glowica normalna ( = 0°)

25 - srednica przetwornika (mm)

- 4Loo15C (INCO)4 - cz~stotliwosc (MHz)L - tale podluzne0° - glowica normala15 - srednica przetwornika (mm)C - rodzaj przetwornika

Rys. 49 - a. Glowica skosna fal poprzecznych - budowa.

Przeznaczenie:- wykrywanie wad wewn~trznych 0 ksztattach przestrzennych,- wykrywanie wewn~trznych wad ptaskich usytuowanych skosnie

do powierzchni wprowadzania fal,- wykrywanie wad wewn~trznych tworzqcych naroza z

powierzchniq badania.

Dtugosc pola bliskiego obliczana jest inaczej dla gtowic skosnych nizdla gtowic normalnych z uwagi na znacznq drog~ fali w klinie zatamu-jqcym - cz~sc dtugosci pola bliskiego w klinie (Rys.49-b).

Srodek gfowicy - punkt, w kt6rym os wiqzki ultradzwi~kowej opusz-cza klin z PMM-u i przecina powierzchni~ badanego materiatu; srodekgtowicy nalezy sprawdzac okresowo, bo w miar~ wycierania si~ klinaulega on przesuni~ciu (najcz~sciej do tylu glowicy).

95Spos6b 1 - pomiar bezposredni za pomocq wzorca Nr 2 (W2),

stosowany najcz~sciej do kontroli kqta w warunkach te-renowych. Ustawic gtowic~ w odpowiednim potozeniu,uzyskac maksymalne echo i odczytac kqt zatamania zpodziatki kqtowej naniesionej na wzorcu (Rys.51).

1st IpMM-+--=1Nst NpMM

t-_·····································_············.

N = Nst

.(1- IpMM )l NpMM-_ .

-

- --- - -

MAKSYMALNE ECHO

I

1\ ~ .

gdzie: IpMM· dlugos6 drogi tali "L" w klinie z PMM-u; NpMM -dlugos6 "N" obliczonadla tali "L" w PMM-ie; Nst - dlugos6 "N" obliczona dla tali" T' w stali

Rys.49 . b. Glowica skosna fal poprzecznych ..dlugos6 pola bliskiego

1\ MAKSIMUM

,

\\.

Rys.51. Wyznaczanie rzeczywistego kqta zalamania glowicy skosnej- spos6b 1.

Spos6b 2 (zalecany) - pomiar mechanic~ny, wzorzec W1 (Rys.52).

"...

MAKSYMALNE ECHO

I I\

I,\.

r70

~30

o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 LRys. 50. Wyznaczanie rzeczywistego srodka glowicy skosneja) zgrubne (np. podczas badarl w terenie),b) dokladne (zalecane).

XI -35tgPl = --- ~1 = ...

70X2 - 35

tgP2 = --- P2= ...30

KC\t zalamania - przed przystqpieniem do badari nalezy po spraw-dzeniu srodka gtowicy skosnej, sprawdzic r6wniet kqt zatamaniawiqzki fal. Odchylenia od wartosci kqta nominalnego mogq bye spo-wodowane bt~dami wykonania lub scieraniem si~ klina z PMM-u (naj-cz~sciej zmniejszanie si~ kqta zatamania). Dopuszczalna odchytka kqtanominalnego wynosi ± 2°.

Rys.52. Wyznaczanie rzeczywistego kqta zalamania glowicy skosnej- spos6b 2 (dokladny, zalecany).

96Spos6b 3 - pomiar ultradiwi~kowy, wzorzec W1 (Rys.53).

Przeprowadzic skalowanie, nast~pnie uzyskac maksy-maine echo od powierzchni walcowej 0 50mm na wzorcuW1.

1\ MAK'SYMALNE ECHOI- I-- - 1- - -

,,\.

b) gtowic zagranicznych- Orion2-60ZT (Sonatest)

t = 2,0 MHz, przetwornik <1>1Omm,~ = 60°, gniazdo Lemo 00 z gory;- Orion4-70ZR (Sonatest)

t = 4,0 MHz, przetwornik <1>1Omm,~ = 70°, gniazdo Lemo 00 z tylu;- SA5-45DR (Sonatest)

t = 4,3 MHz, przetwornik 10x8 mm, ~= 45°, gniazdo Microdot z tylu;- MWS70-4 (GB Inspection Systems)

t = 4 MHz, przetwornik 8x9 mm, ~ = 70°, gniazdo Lemo 00 z tylu;- WB45-2E (Krautkramer)

t = 2 MHz, przetwornik 20x22 mm, ~ = 45°, gniazdo Lemo 1- MWB70-4E (Krautkramer)

t = 4 MHz, przetwornik 8x9 mm, ~ = 70°, gniazdo Lemo 00.

Inne informacje - patrz zatqczniki i literatura.

o 1 2 3 4 51 6 7 8 9 10....a [dz]

LZO = (0 -;-L) mm ppc = - [mm/dz] I = a . ppc [mm]

1070

cos~ = -- ~ = ...1+25

Rys.53. Wyznaczanie rzeczywistego kqta zalamania glowicy skosnej- spos6b 3.

Dla gtowic skosnych mozna przeprowadzic jeszcze pomiary parame-trow takich jak kqt rozbieznosci wiqzki (charakterystyka pozioma i piono-wa glowicy) oraz kqt zboczenia osi wiqzki. Zainteresowanych odsytamdo literatury (poz. 3, 8,10).Oznaczenia (przyklady):

a) gtowic krajowych- 2T70° 1Ox10 (INCO)

2 - cz~stotliwosc (MHz)T - tala poprzeczna70° - ka,tzatamania wia,zki1Ox10 - wymiary przetwornika (kwadratowy)[mm]

- 4T60-18C (INCO)4 - cz~stotliwosc (MHz)T - tala poprzeczna60° - ka,tzalamania wia,zki18 - wymiary przetwornika (mm)C - rodzaj przetwornika (ceramiczny)

Charakterystycznq cechq bUdowy gtowic podwojnych tal podtuznychjest znaczne opoinienie tali w gtowicy - przetworniki Sq przyklejone dowktadek z PMM-u 0 znacznej grubosci. Dobierajqc grubosc tych wkta-dek, tzw. dtugosc Iinii opoiniajqcej, moina wptywac na prnoieniekorica pola bliskiego przetwornika nadawczego. Poza tym iqdanyksztaU pola ultradZwi~kowego osiqga si~ przez roine usytuowanieprzetwornikow (r6wnolegte lub skosne do czota gtowicy) - rys. 55.

99Duze ~p6zni.enie w ~~~-ie po~iqga za sobq zupefny brak strefyma~~J.. Mo~e ~Stqpl~ Jedn~k zJawisko zwane przesfuchem mi~dzynadaJnlklem I odblormklem. Mlarq jakosci gfowicy podw6jnej jest wiel-kosc impulsu przesfuchu.

o 10~ ~

o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Rys.56. Glowice podw6jne - impuls przesluchu.

b) gfowic zagranicznych:

- CDF5-10 (Sonatest) 0 - glowica podw6jna (dwa przetworniki)5 - cz~stotliwosc [MHz]10 - srednica przetwornika w [mm]

- TCSF1 0-4 (GB Inspection Systems)

TC - miniaturowa giowica podwojna tal L10 - dwa przetworniki 0 srednicy 10mm4 - cz~stotliwosc [MHz]

- MSEB4E (Krautkramer) MSEB - miniaturowa giowica podwojna fal L4 - cz~stotliwosc [MHz]

Linia

op6Zniajqca

Oznaczenia (przyklady) :

a) gfowic krajowych:- 4L-/1 0/2C (INCO)

Rys.55. Glowice podw6jne fal podlutnych:a) pole czulosci na malej g/~bokosci,b) pole czulosci na dutej g/~bokosci,c) parametry pola czulosci glowicy podw6jnej.

Przeznaczenie gfowic podw6jnych:

- wykrywanie mafych wad wewn~trznych;

- wykrywanie mafych wad wewn~trznych znajdujqcych si~ bliskopowierzchni, z kt6rej prowadzi si~ badanie;

- pomiar grubosci element6w cienkosciennych (od okafo 1 mm dlaglowic dobrej klasy).

m--

,,~ -.\ . 10" --.1

4 - cZEi!stotliwosc iN [MHz]L - fala podluzna10 - przetwornik kwadratowy (1Ox1O)mm2C - dwa przetworniki ceramiczne4 - cZEi!stotliwosc w [MHz]L - fala podluznao - glowica podw6jna (dwa przetworniki)L - dluga ogniskowa13 - srednica przetwornika w [mm]S - krotka ogniskowapozostale symbole jak wyzej

100

3.6.4. Glowice fal powierzchniowych ..Sq to gtowice skosne (identyczna budowa) a tak dobranym khnle

z PMM-u, ze kqt padania fali "L" na granic~ osrod~6w "P~M-stal" jestIII-kqtem krytycznym, a wi~c wyst~pujq fale powlerzchnlowe na po-wierzchni badania.Przeznaczenie:

- wykrywanie wad lezqcych na powierzchni (rys~), .- wykrywanie wad lezqcych tuz pod powierzchnlq badanla,- wykrywanie wad wychodzqcych na powierzchni~ (p~kni~cia).

Oznaczenia (przyklady) :a) gtowic krajowych

- 4S15 (Unipan) 4 - cz~stotliwosc (MHz)S - tale powierzchniowe15 - wymiar przetwornika (mm) - 15x7

- 2R90018C (INCO) 2 - cz~stotliwosc (MHz)R - tale powierzchniowe90° - kqt zalamania ~ = 90°18 - srednica przetwornika (mm)C - rodzaj przetwornika (ceramiczny);

b) gtowic zagranicznych - tak jak kqtowych dla kqta ~=90°.

3.6.5. Glowice do badan zanurzeniowych

Sq to gtowice fal podtuznych wykonane jako wOd~szcze.lne.(specjalna obudowa i przylqcza kablowe). Za pomocq t~ch gtowlc moz~abadac materiaty falami L, T, R lub Lamba, stosuJqC rozne ~qty padanl~fali L na granic~ "woda-stal". Bardzo cz~sto ~tosuJ~ Sl~ ~oc.ze~klskupiajqce, kt6re powodujq zwi~kszenie cisni~n1a fall na nlewlelklmobszarze oraz przyblizenie poczqtku pola daleklego.

3.6.6. Inne glowice specjalnego przeznaczenia

Do tej grupy gtowic b~dq zaliczane ws.zyst~ie gtowice, kt6reswojq budowq lub innymi cechami eksploatacYJnyml b~dq stosowanedo niekonwencjonalnych, specjalnych badari. B~dq to np.:

- gtowice do badania element6w gorqcych (t ~ 200+450°C):- wieloprzetwornikowe gtowice do badari automatycznych, Itp.

1013.7. Zaleznosc i wykresy OWR3.7.1. Zalei:nosc OWR i jej wlasnosci

Om6wiono juz ksztatt wiqzki ultradzwi~kowej i wymiary charak-teryzujqce go dla danej gtowicy. W niniejszym punkcie zajmiemy si~wtasnosciami wiqzki, kt6rych znajomosc jest potrzebna do zrozumie-nia zasad okreslania rozmiar6w wykrytych wad.Wyjasniono juz okreslenia takie jak: reflektor, reflektor wzorcowy,reflektor duty j maly. Dla potrzeb oceny rozmiaru wad wprowadzimyjeszcze poj~cie reflektora tzw. r6wnowaznego.

Reflektor rownowai:ny jest to reflektor ptaski, 0 ksztakie kotowym igtadkiej powierzchni, usytuowany prostopadle do kierunku rozchodze-nia si~ fal ultradzwi~kowych i znajdujqCy si~ w osi wiqzki tal. Potocznietaki reflektor bywa nazywany reflektorem typu "tarcza".Jesli taki reflektor znajdzie si~ w wiqzce ultradzwi~kowej, to cz~sc jejb~dzie odbijana w stron~ gtowicy, powodujqc zmiany potencjatu naprzetworniku i nast~pnie echo na ekranie defektoskopu. Wysokoscimpulsu uzyskanego na ekranie b~dzie najwi~ksza (przy stalym wzmoc-nieniu), gdy reflektor b~dzie oddalony od przetwornika 0 dtugosc polabliskiego gfowicy (maksimum cisnienia w odleglosci N, nast~pnie spadekcisnienia wraz ze wzrostem odleglosci "reflektor-glowica"). Przy stafymwzmocnieniu decybelowym i odlegtosci reflektora, wysokosc echab~dzie zalezata od tego, jak duza cz~sc wiqzki zostanie odbita odreflektora w stron~ gtowicy lub po prostu od powierzchni reflektora.Reasumujqc, wysokosc echa zalezy wi~c od :

- odlegfosci "reflektor-gfowica" (0),- wzmocnienia nastawionego w aparacie w dB (W),- powierzchni (rozmiaru) reflektora r6wnowaznego (R).

Zaleznosc wysokosci echa od trzech w/w wielkosci nazywana jestzaleznosciq OWR (Odlegtosc-Wzmocnienie-Rozmiar).InteresujqCy nas rozmiar wady wykrytej w danej odlegtosci da si~opisac wysokosciq echa na ekranie i wzmocnieniem w dB.

Zaleznosc OWR posiada inne wtasnosci dla reflektor6w duzych i innedla reflektor6w matych. Ponizej dla kazdego z tych reflektor6w przed-stawiono charakterystyczne zmiany wysokosci echa przy stafymwzmocnieniu, zmiany te stanowiq podstawowe wtasnosci zaleznosciOWR.

L02Reflektor duzy (" 00" - tzw. dno) - jest trafiany cafq wiqzkq fal

ultradzwi~kowych.

1°. W polu bliskim wysokosc echa niewielesi~ zmienia (wiqzka prawie w caloscijest odbijana do przetwornika).

2°. W miar~ oddalania si~ "dna" od prze-twornika wysokosc echa maleje.

3°. W polu dalekim echo maleje wprostproporcjonalnie do wzrostu odleglosci

1p--

[

Rys.57

Dwukrotny wzrost odleglosci powoduje dwukrotny spadekwysokosci echa (0 6dB) reflektora duzego w polu dalekim.

MaW reflektor r6wnowazny - jest trafiany tylko cz~sciq wiqzki fali stqd do gfowicy dociera po odbiciu jedynie cz~sc wiqzkizaleznie od rozmiaru reflektora, jego usytuowania wwiqzce i odlegfosci od przetwornika.

10. W odleglosci r6wnej dlugosci polabliskiego echo jest maksymalne.

2°. Dla odleglosci mniejszych od "N"wysokosc echa maleje (zaletnoscOWR jest niejednoznaczna).

3°. Dla odleglosci wi~kszych od "N"wysokosc echa maleje szybciej jakdla dna (bardziej "stromo") .

4°. W polu dalekim zachodzq zaletnosci

1 n·d2

p-- p--- (p - d\[2 4

- --- - f-- --r---.. •••......

•••......1'--- __

--

/.....•..•

'" .....•...I'-... -

3.7.2. Wykresy OWRGraficznq interpretacj~ zaleznosci OWR przedstawiajq wykresy

OWR zbudowane w ukfadzie wsp6kz~dnych jak na szkicu ponizej.Dla poszczeg61nych krzywychwykresu parametrem jest sre-dnica reflektora r6wnowaznegowady mafej.Dla przedstawienia cafego za-kresu odlegfosci "reflektor-gfowica" odlegfosc odmierzasi~ na osi poziomej wedfugpodziafki logarytmicznej. - OdlegioSc --

Rys.59. Wykres OWR

W celu przyblizenia zasad budowy wykresu OWR zostanie podanyopis sposobu sporzqdzania wykresu dla danej gfowicy ultradzwi~kowej(na przykladzie dotyczqcym glowicy normalnej).

Spos6b sporzqdzania wykresu OWR :1. Zafozenia wst~pne:

- materiaf pr6bek nie Uumi fal ultradzwi~kowych,- material pr6bek jest bez wad materiafowych,- powierzchnia badania jest pfaska i gfadka,- sprz~zenie dla wszystkich pr6bek jest niemalze identyczne,- echo 0 wysokosci ho = 0,4 H jest tzw. poziomem odniesienia.

2. Wykorzystujemy probki z pfaskodennymi otworami 0 r6znychsrednicach i r6znej odlegfosci den otwor6w od powierzchni badania(Rys. 47-a) oraz pr6bki bez otwor6w 0 takiej samej odlegfosci denpr6bek jak odlegfosci den otwor6w.

3. Stawiamy gfowic~ normalnq kolejno na pr6bkach bez otworow,dopro.wadzamy echa pokr~Uem wzmocnienia aparatu do wysoko-sci ho = 0,4 H i notujemy odpowiednio wzmocnienie ,,wo".Nast~pnie dla kolejnych odlegfosci obliczamy r6znice wzmocnieriW = Wo - WO(lmin) - tzn., ze reflektor duzy pofozony w malej odle-glosci od przetwornika stanowi tzw. reflektor odniesienia.

I I [mm] I WD [dB]

Dwukrotny wzrost odleglosci reflektora malego w polu dalekimspowoduje czterokrotny spadek wysokosci echa (0 12 dB).

Dwukrotny wzrost powierzchni reflektora malego w polu dalekimspowoduje dwukrotny wzrost wysokosci echa (0 6 dB) lub

wzrost srednicy r6wnowaznej reflektora .fi razy spowodujedwukrotny wzrost wysokosci echa (0 6 dB).

1044. Tak samo post~pujemy z pr6bkami z otworami ptaskodennymi 0

srednicy "d". Zwracamy szczeg61nq uwag~ na uzyskanie takiegopotozenia gtowicy, dla kt6rego echo jest maksymalne. Notujemywzmocnienie "Wd" dla echa 0 wysokosci hd = 0,4 H.Nast~pnie dla kolejnych odlegtosci "I" obliczamy r6znice wzmoe- .nien W = Wd - WO(lmin), przyjmujqc reflektor odniesienia tak jak wpunkcie 3. Dla kazdej srednicy reflektora matego post~pujemy wten sam spos6b.

I d [mm] I [mm] I Wd [dB) I W [dB]

5. Nanosimy w uktadzie wsp6trz~dnych przedstawionym powyzej(Rys.59) punkty uzyskane na przeci~ciu wartosci r6znicy wzmoe-nien "W" odtozonej wzdtuz osi rz~dnych i odlegtosci "I" odfozonejwzdfuz osi odci~tych (podzialka logarytmiczna) odpowiednio dla re-flektora duzego (" 00 ") i dla reflektor6w matych 0 okreslonej sredni-cy r6wnowaznej "d".

6. tqCZqC punkty dla reflektora duzego i nast~pnie dla reflektor6wmatych 0 jednakowej srednicy otrzymujemy zbi6r krzywyeh stano-wiqcyeh wykres OWR zwany nieunormowanym, aktualny tylko dladanej gtowicy (niezaleznie od typu defektoskopu), dla kt6rej prowa-dzono pomiary i notowano dane.

Przyktady nieunormowanyeh wykres6w OWR dla gtowie produkowa-nyeh seryjnie zamieszezono na koncu poradnika.Spos6b i eel korzystania z nieunormowanego wykresu OWR wyjasniaponizszy przyktad.

PrzykladW trakcie badania elementu stalowego 0 grubosci 180 mm znaleziono

plaskq, okrqglq wadEil na glEilbokosci 80 mm. Cele~ badari )est nie tylkostwierdzenie obecnosci wad, ale r6wniez okreslenie Ich rozmlaru. Poslugu-jemy siEilw tym celu wykresem OWR.

1. Jak juz powiedziano wczesniej, poziomemodniesienia bEildziemy nazywali echo 0 wy-sokosci 0,4 H. rPrzyjmujemy ponadto, ze dno, ~adanegoelementu polozone na glEilbokoscl 180 mm 180bEildzie reflektorem odniesienia. 1',

-+80

1052. Umieszczamy glowicEil na badanym przedmiocie. Wysokosc echa reflek-

ktora odniesienia (dna) ustawiamy pokrEiltlem wzmocnienia aparatu tak,aby wynosila ona O,4H. Notujemy dla tego przypadku wzmocnienie Wo =19 dB.

3. Przesuwamy glowicEil nad wadEil. przy takim samym wzmocnieniu wadanie jest widoczna na ekranie defektoskopu. Impuls wady jest znaczniemniejszy niz impuls dna. Trzeba wiEilczwiEilkszyc wzmocnienie waparaciei znalezc dokladnie maksimum echa wady. NastEilpnie doprowadzamy wy-sokosc echa wady do poziomu odniesienia (O,4H) i notujemy wzmocnie-nie Ww = 41 dB.

4. Wzrost wzmocnienia (pokrEiltlo defektoskopu) wynosi wiEilct::,.W= Ww - Wo = 41-19 = 22 dB,

a zgodnie z wlasnosciami skali decybelowej nalezaloby napisac ,,-22 dB".Stqd wlasnie zwrot osi wzmocnienia na wykresach OWR jest ujemny (wd61), a dla uproszczenia poslugujemy siEilwartosciami dodatnimi.

5. Przechodzimy teraz na wykres OWR.Wiemy, ze reflektorem odniesienia jest dno polozone w odleglosci 180mm. Punkt odniesienia (na wykresie ponizej - 0) wyznaczamy prowadzqcpionowq prostq dla odleglosci 180 mm az do przeciEilcia z krzywq reflekto-ra odniesienia (" 00 ").

Teraz nalezy poprowadzic poziomq liniEil w odleglosci 22 dB ponizejpunktu odniesienia i na tej wysokosci znalezc punkt odpowiadajqcy odle-glosci wady (80 mm). Tak okreslony punkt (na wykresie ponizej - 1) wy-znacza rozmiar wady, kt6ry mozna odczytac bezposrednio z wykresu.

HjO 80 1~0o: 4LN1'0

10

~22dBl 30

40

I 50WdB

I 60, 70

10

lic):22dB _v

l30

40

I 50WdB

I 60, 70

10 2030 50 100 200 400--odleglosc-

10 2030 50 100200 400--odleglosc-

Znalez;ona wada plaska pos;ada w;ftC sredn;cft 1,5 mm.

Wszystkie wykresy OWR dotqczane do gtowie produkowanych seryj-nie Sq sporzqdzane dla stali konstrukcyjnych (wEilglowych i niskostopo-wych). Badanie materiat6w r6znych od stali powoduje koniecznoscsporzqdzania specjalnyeh wykres6w nieunormowanych OWR lub dla

106tej samej glowicy koniecznose przeliczania odleglosci w stali na odle- .glosci w badanym materiale:

l - l . ell/atmat - stal

C,tal

W praktyce badawczej cz~sto stosuje si~ badania za pomocq kilkur6znych glowic, do kt6rych trzeba posiadae odpowiednie wykresynieunormowane. Aby umozliwie prac~ z jednym wykresem, zbudowa-no tzw. wykresy unormowane OWR (mozna r6wniez spotkae nazwlil -uniwersalne wykresy OWR). Unormowany wykres OWR jest aktualny dladowolnych przetwornik6w (0 ksztalcie kolowym i prostokqtnym) wysylajq-cych fale podluzne i poprzeczne. Wykresy te r6zniq si~ od om6wio-nych wczesniej tym, ze odleglose i rozmiary reflektor6w wyrazone Sqliczbami niewymiarowymi (unormowanymi).Unormowana odleglosc (A) jest wyrazona wielokrotnosciq dlugoscipola bliskiego i obliczana jest z zaleznosci:

lA = - A - odleglose unormowana reflektora od przetwornikaN

107Najbardziej praktycznq i powszechnie stosowanq formq wykorzystaniazaleznosci OWR i wykres6w OWR Sq skale ekranowe (tzw. skale na-kladane). Sq one nakladkami z przezroczystego materialu, kt6re mon-tuje si~ na ekranie defektoskopu.Umozliwiajq one powtarzalne nastawianie czulosci badania oraz po-wtarzalnq lokalizacj~ i ocen~ rozmiar6w wykrytych wad. Bardzo waznqcechq skal ekranowych jest fakt, ze naniesione na nich krzywe roz-miaru reflektora Sq aktualne dla jednego zakresu obserwacji orazokreslonego typu glowicy i aparatu.

Wykorzystuje si~ je zwlaszcza podczas badania zlqczy spawanych,odkuwek i odlew6w danego rodzaju.

Skale ekranowe mozna wykonae samodzielnie w spos6b uproszczo-ny, dla odleglosci odpowiadajqcych polu dalekiemu glowicy, jesli dys-ponujemy pr6bkami z otworami plaskodennymi 0 jednakowej srednicy.Dna otwor6w powinny znajdowae si~ w r6znych odleglosciach odpowierzchni przylozenia glowicy (punkty krzywej dla stalego "W" (dB)). Powykresleniu krzywej dla danej srednicy otworu mozna wykreslie do-datkowe krzywe w oparciu 0 wlasnosci zaleznosci OWR Krzywe za-rejestrowane dla tego samego otworu przy wzmocnieniach wi~kszychlub mniejszych 0 np. 6, 8 i 12 dB odpowiadajq (zgodnie z wlasnosciqzaleznosci OWR dla malych reflektor6w r6wnowaznych) otworom 0 polupowierzchni wi~kszym lub mniejszym 2, 2,5 i 4 razy oraz odpowied"

nio srednicom otwor6w J2, .,fi3 i .J4 razy wi~kszym lub mniej-

szym.

l- odleglose rzeczywista reflektor+przetwornik (mm)N - dlugose pola bliskiego glowicy (mm)

Unormowana srednica r6wnowazna (R) jest bezwymiarowym roz-miarem r6wnowaznym wady wyrazonym wielokrotnosciq srednicyskutecznej przetwornika glowicy i obliczana jest z zaleznosci:

R = ~ R - unormowana srednica r6wnowazna reflektoraDsk

d - srednica r6wnowazna reflektora(mm)D.\k - srednica skuteczna przetwornika glowicy (mm)

Unormowany wykres OWR przedstawiono na stronie 152.

Uwagi!1) Wykresy OWR nie powinny bye stosowane w zakresie odleglosci

mniejszych od dlugosci pola bliskiego (praktycznie dla I ::;1,5N zalez-nose OWR nie jest jednoznaczna).

2) Ocena rozmiaru wady naturalnej polega na okresleniu srednicyreflektora r6wnowaznego, kt6rego wymiar nie musi odpowiadaewymiarom rzeczywistym wady naturalnej.

Przyklad (stosowanie wykresu unormowanego)

Nalezy zbadae element stalowy (CL = 5,94 mm/Ils), stosujqC glowic~normalnq fal podluznych 2LN25. Powierzchnie badanego elementu Sqgladkie, a material wykazuje Humienie bliskie zeru. Wiadomo,· ze nawzorcu W1 echo dna z odleglosci 1=100 mm ma wysokose r6wnqO,4H, a zakres obserwacji wynosi ZO=100+200 mm.o ile dB trzeba zwi~kszye wzmocnienie, aby echo wady odpowiadajq-cej reflektorowi malemu 0 srednicy r6wnowaznej d = 1,5 mm mialo wpolowie zakresu obserwacji wysokose 0,4 H ?

Rozwiqzanie - strona nast~pna:

108srednica skuteczna przetwornika: Dsk = 0,97 . 25 = 24,25 mm

ND2sk . f (24,25)2.2

dfugosc pola bliskiego "N": = - ---- = 495mm4c 4 ·5,94 '

unormowana odlegfosc dna wzorca W1 (100mm):R = 00 10 = 100

A = ~ = 100 = 202N 49,5 '

z wykresu unormowanego OWR odczytujemy wzmocnienie dlapunktu odniesienia ~ Wo• = 4dB,

unormowany rozmiar i odlegfosc wady:

R =_d_=~=006w Dsk 24,25 '

A =~= 150 =303w N 49,5 '

Z wykresu unormowanego OWR odczytujemy wzmocnienie dlapunktu odpowiadajqcego wadzie - Ww• = 49 dB.

Wzmocnienie nastawione w aparacie, po ustawieniu echa dnawzorca W1 na wysokosc 0,4 H, nalezy zwi~kszyc 0 r6znic~wzmocnien odczytanych z wykresu OWR dla punktu odniesienia iwady.

Zatem f:"W=Ww• -Wo• =49-4=45dB.

1093.7.3. Wady rzeczywiste a zaleznosc OWR

Omawiane wykresy OWR przedstawiajq zaleznosci dla pfaskichmafych reflektor6w kofowych, dla kt6rych wysokosc echa jest odwrot-nie proporcjonalna do kwadratu odlegfosci reflektora od przetwornika.Ponizej podano przykfady wad rzeczywistych, dla kt6rych ustalono, zewysokosc echa zalezy (wg poz. 3 - literatura):

a) odwrotnie proporcjonalnie do i"- dla kr6tkich rowk6w,- kulistych den otwor6w okrqgfych,- pojedynczych zuzli i p~cherzy punktowych;

b) odwrotnie proporcjonalnie do fi3- dla cylindrycznych powierzchni bocznych otwor6w- fancuch6w p~cherzy i zuzli;

c) odwrotnie proporcjonalnie do "I"- dla dfugich p~kni~c 0 nier6wnej powierzchni,- rozlegfych rozwarstwien.

Nalezy pami~tac 0 tym, ze dwa r6zne reflektory odpowiadajqce sobieprzy pewnej odlegfosci, nie b~dq odpowiadafy sobie przy innej odle-gfosci (wysokosci ech od tych reflektor6w b~dq r6i:ne).

IWdB,

2,02 3,03--- A •.

3.8. Parametry ukladu "defektoskop-glowica"

3.8.1. Zapas wzmocnienia

Jest on jednym z najwazniejszych parametr6w ukfadu "defekto-skop-gfowica". Definiowany jest on jako wartosc r6znicy wzmocnien,przy kt6rej wysokosci echa odniesienia i echa szum6w (tzw. trawy)r6zniq si~ dwukrotnie (tzn. 0 6 dB).

ZW = Wsz - Wo (dB)

gdzie: W sz - wzmocnienie odczytane z pokr~Ua defektosko-pu, dla kt6rego szumy elektroniczne majq wyso-kosc 0,2 H;wyznaczajqc to wzmocnienie umieszczamy gfo-wic~ na wzorcu W1 (I = 100 mm); jesli szumy Sqnizsze od 0,2 H dla W max, to w6wczas przyjmu-jemy Wsz = Wmax

110

W 0 - wzmocnienie odczytane z pokr~Ua defektoskopu,dla kt6rego echo reflektora odniesienia ma wyso-kosc 0,4 H;wyznaczajqc to wzmocnienie nalezy przyjqe za re-flektor odniesienia powierzchnie wzorca W1 od-dalone 0 25 mm - dla gfowic normalnych lubpowierzchnie cylindryczne wzorca W1 (R1 00), alboW2 (R25 lub R50) - dla gfowic skosnych.

Przykfadowy zapis zapasu wzmocnienia:ZW (h25 = 0,4 H) = 55 dB,ZW (hR50 = 0,4 H) = 58 dB.

Zapas wzmocnienia mozna zaznaczye na wykresie OWR i okreslie wten spos6b (dla konkretnego ukfadu "defektoskop-gfowica") odlegfoscigraniczne dla poszczeg61nych rozmiar6w wad (inaczej maksymalneodleglosci dobrej wykrywalnosci) lub minimalny rozmiar wady dajqcej wdanej odlegfosci echo 0 wysokosci 2x wi~kszej od tzw. trawy. .Spos6b zaznaczania zapasu wzmocnienia pokazano na rys. 50-a.Linia pozioma wykreslona na wykresie OWR w odlegfosci ZW [dB]ponizej punktu odniesienia (dla kt6rego poziom odniesienia oznaczono nawykresie Wo) wyznacza graniczne (najwi~ksze) odlegfosci wykrywaniawad 0 danych srednicach r6wnowaznych (w miejscach przeci~cia zkrzywymi poszczeg61nychreflektor6w r6wnowaznych).

Nad liniq zapasu wzmocnienia znajduje si~ obszar, w kt6rymecha wad b~dq co najmniej dwukrotnie wyzsze od szum6w. Obszarten jest wi~c obszarem pewnego (100%) wykrywania wad.

3.8.2. Strefa martwa

Jest to dfugose drogi fal w materiale, jaka odpowiada cz~sci za-kresu obserwacji "zaj~tej" przez impuls nadawczy na wysokosci 0,1 H(wyznaczanie - gfowica jest czysta, sucha i nie ma kontaktu z jakim-kolwiek materiafem).

Zapis:dla Wo (patrz pkt. 3.8.1.) : m(O dB) = M mmdla Wo + W1 m(W1) = M1 mm

111

Praktyczne interpretacje strefy martwej:

- wady lezqce blizej niz "M" mm od gfowicy nie mogq bye wykryteprzy wzmocnieniu W 0 dB;

- wady wykrywalne przy wzmocnieniu wi~kszym 0 "W1" dB b~dqwykryte, jesli lezq w odlegfosci wi~kszej niz "M1" mm od gfowicy;

- wartose dfugosci strefy martwej mozna naniese w postaci krzywejna wykres OWR, w obszarze po lewej stronie tej krzywej impulsnadawczy uniemozliwia wykrycie wad.

Interpretacj~ graficznq i sens fizyczny przedstawiono na rys.50.

--m(W2dB)~--m(W1 dB)---j----m(O dB)--j I

orlW;~W1

W2 t 20zwU:a) I jL 50

W:z-60-

zO=(O < L) mmIN Wo dB

II\II 0.1H

"0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

Rys. 60. Parametry ukladu"defektoskop-glowica ":

a) interpretacja graficznastrefy martwej i zapasuwzmocnienia na wykresieOWR;

b) sens fizyczny strefymartwej.

3.8.3. Rozdzielczosc

Rozdzielczosc jest miarq rozroznlania wad pofozonych bliskosiebie (na r6i:nej gtE?bokosci). Okresla si~ jq jako najmniejszq r6znic~odlegfosci "r" w mm (od powierzchni badanej) wad dajqcych echa r6z-niqce si~ 0 "n" dB. Przy czym mi~dzy echami jest "wkl~sni~cie" wyno-sZqce 6 dB ponizej mniejszego echa (do potowy wysokosci mniejszegoecha) - rys. 61-a.

1\ ~dB

1\cidB

''l I--

~o 1 234 5 678 9 1

r(ndB)

Ir(ndB)

Rys. 61 - a.lIustracjadefinicjirozdzielczosci.

t II t \.-a

t I\.

~1 2.3 456 7 8 9 1

o 1 2 3 4 5 6 7 8 l10• I 2.8dz

\\\ l.

11'\

Rys. 61 - b.

RozdzielczoscI'"

..1...:.""I..

o 1 2 3 4 5 ~ 71 8 9 10

~

IILJT

150T Rozdzielczosc "procentowa":

r% = a-.b.1 00%a

= 3dz-1 ,2dz .100%3dz

r% = 60%

150T

Rys. 61 - c. Przyklad praktycznego sprawdzenia rozdzielczosci ukladu"aparat - glowica normalna"

(rozdzielczosc ukladu "aparat - glowica skosna" moinasprawdzac jak wyiej na specjalnym wzorcu - A 7 wg 882704).

o 1 2 3 4 5 ~ 17 8 9 10

~

Koli Sp. Z 0.0.Matejki 11, 80·283 GdariskT/F 346·15·93/345·68·58

Zamawiaj'lcy

Konstrukcja

SPRAWOZDANIEBadan Ultradzwi~kowych

ULTRASONIC EXAMINATION

115

Tablica 1. Zwiqzek pomi~dzy poziomem KdB[dB] i wartosciq stosunku amplitud k

KdB=~W [dB], k=A/Ao

Nr:

StronaPage

AW friRl' AI A.·50 0.00316-49 0,0035·48 0,00398·47 0,0045-46 0,005-45 0,0056-44 0,0063-43 0,0071·42 0,0079·41 0,0089·40 0,01-39 0,011-38 0,0126·37 0,014-36 0,0158---.-..35--- ... •.... 0;i")1-i3.. ----- ....-34 0,02·33 0,022·32 0,025-31 0,028-30 0,032-29 0,035-28 0,04-27 0,045

.. _._:.~§.--_ .. +---_Q&~----.... ----·25 : 0,056-24 ' 0,063-23 0,071·22 ' 0,079-21 0,089-20 0,1

·19 I:: 0,112-18 0,126-17 , 0,141·16 i 0158····--:15·-···-·-···o~i78··---······14 0,2·13 0,224-12 0,251-11 0,282-10 0,316- 9 0,355- 8 0,398- 7 0,447

.--- .. :.§.--... +_ .. -Q,!?,Q.1- .... -----.- 5 i 0,562·4 i 0,631·3 ! 0,708- 2 1 0,794- 1 1 0,891

:jf~aJiltittmilil </litlllitifi!J}'

Nadz6r Material___M..llYf.[jflL __

Grubosc__-'fl'.Lc.:~tte~!.~__

Przyg. powierzchniSu lIce conditiono ICzysta, ...

_______lf~t;q!!~:.'i..'!.~fl~J!!!_o !Czyszczona,• ~_~klttgJl~d. _o ISzlif., piask.

IGroundobr. cieplna.heat treatment

TemperaturaTem Jerllfure

przed 1 po obiektu i otocz.:~a~tQ::..~Pl~~L_j_~!!~!~~!!'

procisn.hl'draulic fe,vt

Aparat Sonatest Glowica(e)!typDefee/or _y.~·!!J!.J2!'!.L~!!L0!1)1YL ~_._~ ~_~_. _'i'ypTi.;;,-;'" ····88230--· wymiar!size [mm)

-Spr-iiwdzony ·-·-·-TO··-···Checked 1

WzorceCalibratioll block

Typ ,_rJ1U: ~---~-~-·-~-~.-Wymiary 1Dimell,\';oll.\' I ., ...

Otworek odniesieniaRe erem:e hole

RodzajJ:!Jl1!Ll!!!!iiti!!!L ~-~-~-~~-~-Srednica !Hole diameter I

.....'nlkl badan Re,w!tSi~ Naprawy oznacz.7' Re mil'S marked

k,.,j.,'.l,.,.. ',i~,.•,...... D i ~a o!bie~cie:. L l!!llJ~E _D i Na szkicultabeli

1 all sketch/ tahle

Sprawdzono nawzorcu

Checked Oil cali!Jr. b!ock

cz~stotliwoscJ!:~'1!~~~I.CJ:.lt-:1.~.z.L..... :.'.: .... .'.:.: ... _ka.t

.'!~!K1~ L~1.. _..:.'.:_.__-'_:.' .srodek • "but"shoe [mm]

Wzm. odniesienia ! .. , dB Zakres obserwacjiJ3J!.1~f!!lLC;!LR..lli1J J.. Ran e

Poprawki i .,. dBCorrection '-CZ-uio~t-i;ada·ri;a--·---l,----------------Examillin ' sensitivitySkale ekran.Sc;reen scalesPr6g rejestr.TreslwldSprz~g.Coulli" '

!O10

EnergiaPowerPodci~cieRe'ect

Bad.bezposr.Direct lath

O ! Naprawiane, badaneRe mired reexamined

Zala.cznikiE"c;!o.Hire,\'IJ···~~~~·T··············~;~·:~;~····

Inne uwagiOther remarks

AW fdBl i AI A.0,0 I: 1,0000,5 1,059

~:~ I,' ~ :~~~

3,0 1,4134,0 i 1,585

--- !?"Q ~ ....•. .12?.Q... -..6,0 i 1,9957,0 i 2,2398,0 1 2,5129,0 ! 2,818

10 : 3,162

~~ ! ~:~~~13 i 4,46714 I 5,01215 1 5,623----i·6··---···T·····i3:31·6·---····-17 1 7,07918 ! 7,94319 i 8,91320 1 10,00

~~ i::,1 g:~~23 14,1324 15,8525 i 17,78- _ + -- -26 1 19,9527 1 22,5928 i 25,122fJ ! 28,1830 1 31,6231 35,4832 I,' 39,8133 44,6734 1 50,12

..--~-~ .1.._.~~J.?L .36 63,1037 70,7938 79,4339 89,1340 100,041 112,242 125,943 141,344 158,5

.. --~.~ _.+ !?.?J?.. .46 1 199,547 ! 223,948 ! 251,249 1 281,850 1 316,2

55 562,360 100065 177870 316275 562380 1000085 1778390 31 62395 56234

100 i 1000001

odpowiedniekrotnosci

dla wskazanych

wartosciwzmocnien

Tablica 2Lp. MATERIAt.

(osrodek)

__L _~!~.Q~_QLt:lM9_"YY _2 Aluminium------------------------3 Bakelit4 -i3elon---------------5 -i3iimut--------------6 -Cyna----------------7 :~x6~::::::::::::::::8 Gliceryna

---g-- -"G-uma-twa-rda------10 -KacirTi---------------11 Kwarc12 -Magriei-------------

-1-3-- -MiedT-------------14 :~~~!:<i~~::::::::::15 Nikiel16 :9J~:I6J~6x:::::::::17 Olej maszynowy18 -0i6w----------------

------------------------19 Parafina20 -PciT(twa-rdyy-----21 _.!:!~~y.~?. _22 _.!:9..~~tx~r:!1 _23 _.E'_MM.lRl~-'5iL __24 _.!:9..~~_ty.~r:~ _25 Porcelena------------------------26 Powietrze27 :}31~C::::::::::::::28 Srebro------------------------29 Stal stopowa30 -Stal-a-usieiiii~-----31 Stal - wzorce32 -siiiiiwo-------------

------------------------33 Szklo34 -Szkio-kwarcowe--35 -Tefion---------------

------------------------36 _IY.l?.~ _37 Uran------------------------38 _~~9!~~~_~P.i.~~_~!1_r:_39 Woda (+20°C)40 -Wolfraiii------------

------------------------41 Zloto42 -leiiwo-;;-~~;;-----

116

Dane akustvczne materiat6w

G~stos6 !:!_~~~?_~~_~?~_?_h?..9..~_:_~!~__~]~L__fal fal

podluznych poprzecznych

7.850---6:900-----3:iioo--

2.600---2:200--

4.540-1-8:7-00--11.000

1.000-1-g:I-00---1-g:300--

7.200

Akustycznaopornosc falowa

dla fal L

________ ~L,___ ___ _ CT - --- -~I,.~I? - ~.!-.-3--m 1 s -----rrlis----- kg 1 m s x 10

1.180 - ~_~Q_6j-fc)---:---6:3-S0---- --3:(j60-~-::i.-1-50---17.037 + 17.145----------------2~590---- ----------------=--- ---------------------i626--4~200---:;:---4:600--------------------=.--- ---8:400----~------9:200-----------------2~r80---- ------------1-.-fo-6--- -------------------21~364-----------------3:320---- ------------1-.670--- -------------------2"4:236-----------------4~1-70---- --2~;f10_:-2-.49-6--- -------------------2-9~667-----------------1:920---- ----------------=.--- ---------------------2~496--2~2()O---:---2~4-00---- ----------------=--- ---2~f,_40----~------2~880-----------------2:780---- ------------Tso6--- -------------------2"3:908-

5.760 - 15.264-5~650---:---S790----- ------------3.050--- ---9:605----~------9~843--4~650---:---4~780---- --2~2-60-~-2-.32-5----;f1~3-85----~----42~63-1---i900---:---4~430---- --2~1-20-;-2.-58-0--- -3-1~5-90----~----35~883-----------------5~6-30---- ------------2-.-960--- -------------------49~540-----------------1~9-23---- ----------------=--- ---------------------1~770-----------------1~7-40---- ----------------=.--- ---------------------1~514-2~160----:---2~4-6o---- -----700--:-79-6--- -------------------24~624--- ------------------------- ---------------------- ------------_._--------------

2.200 - 1.820-----------------------._- ---------------------- -----------------------------2.395 1.060 3.3533.960 1.670 84.744------------------------------------------------- -----------------------------2.340 925 2.200--------------------------- ---------------------- -----------------------------

2.730 + 2.750 1.330 + 1.430 3.221 + 3.245---------------- -- ---- ----- ----- -------------- --- -----------------------------2.350 1.150 2.490--------------------------- ---------------------- -----------------------------5.300 + 5.600 3.500 12.720 + 13.440--33-1-----:-----333---- ----------------=.--- --------------------------0---------------------------- ---------------------- -----------------------------1.450 - 19.700------------------------- -- ------ --------------- - -----------------------------

3.600 1.590 37.800--------------------------- ---------------------- -----------------------------5.918 + 5.945 3.230 + 3.260 46.590 + 46.668

--------------------------- ----------------------5.680 + 6.100 3.130 + 3.360

5.920 3.250----------------- ------- --- ------ ----------------3.500 2.200

----------------4:260---- ------------2~S60------------------------------ ----------------------

5.570 3.515--------------------------- ----------------------1.350 -

----------------6:230---- ------------3".-180------------------------------ ----------------------

3.200 ---------------------------- ----------------------6.800 4.000-----------------------_._-_.--------------------1.480 ---------------------------- ----------------------5.460 2.620-------------------------.- ----------------------3.240 1.200--------------------------- ----------------------

4.500 + 4.800 2.160 + 2.650

46.472-----------------------------24.150-----------------------------15.336-----------------------------14.482-----------------------------2.970-----------------------------

------------------_?_~,?..§:!-59.840----------------._-----------74.800-----------------------------1.480--_._------------------------104.28-----------------------------62.532-----._----------------------

32.400 + 34.560

117

I ka Ica a enaty plezoe e tryczne i ich wtasnosciRodzaj mate- Pr~dkos6 Dopuszcz. Akustyczna wsp. Inne

rialu piezo- G~stoscfali "L" temp. pracy opornosc piezo- wlas-

elektr. (p-kt Curie) falowa elektr. nosci

p CL- - - -~~~p- - - --

z d (*)-kg/rr?- --------- -k~ilm3s-- ----------m 1 s °C m/Vx 103 x 103 X 103

Kwarc- ci~cie X 2,65 5.740 576 15.211 2,3- ci~cie Y 2,65 3.900 576 10.335

Siarczan litu 2,06 5.460 75 11.248 15,0 rozpusz-(LiS04) cza·si~ w

wodzie

Tytanian baru 5,40 5.600 110+140 30.240(PbZrTi03)Metaniobianolowiu 5,80 2.760 550 16.008 80,0

(BaTi03)Cyrkono-tyta-nian olowiu 7,30 5.000 320+330 36.500(PbZrTi03)Ceramika

365piezoelektr. 7,75 3.880 30.070 374,0

PZT-5A(Clevite - USA)

S61Seignett'a

5 + 35 starzejesi~

*1 d wsp61czynnik piezoelektryczny charakteryzuje odwrotne zjawisko piezo-elektryczne, bywa okreslany jako stala nadawcza przetwornika

Tablica 4. Wsp61czynnik "k" zalezny od przyj~tej wartosci spadku

poziomu cisnienia ,,~p" mierzonego mi~dzy granicq

wiqzki i osiq wiqzki (obliczanie szerokosci wiqzki fal)

Spadek cisnienia3 6 10 20 c:x:::::>dP [dB]

Spadek amplitudy30 50 70 90 100

o okoto ... [%)

Wsp6kzynnik k 0,51 0,70 0,87 1,08 1,22

119cd. - Tablica 5.Tabhca 5. un cJe rygonome ryczne

a sin a cos a t ~ a[ 0 1 + 0° + 05° + 0° + 0 5° + 0° + 05°

0 0,000 0,009 1,000 1,000 0,000 0,0091 0,017 0,026 1,000 1,000 0,017 0,0262 0,035 0,044 0,999 0,999 0,D35 0,0443 0,052 0,061 0,999 0,998 0,052 0,0614 0,070 0,078 0,998 0,997 0,070 0,0785 0,087 0,096 0,996 0,995 0,087 0,0966 0,105 0,113 0,995 0,994 0,105 0,1147 0,122 0,131 0,993 0,991 0,123 0,1328 0,139 0,148 0,990 0,989 0,141 0,1499 0,156 0,165 0,988 0,986 0,158 0,167

10 0,174 0,182 0,985 0,983 0,176 0,18511 0,191 0,199 0,982 0,980 0,194 0,20312 0,208 0,216 0,978 0,976 0,213 0,22213 0,225 0,233 0,974 0,972 0,231 0,24014 0,242 0,250 0,970 0,968 0,249 0,25915 0,259 0,267 0,966 0,964 0,268 0,27716 0,276 0,284 0,961 0,959 0,287 0,29617 0,292 0,301 0,956 0,954 0,306 0,31518 0,309 0,317 0,951 0,948 0,325 0,33519 0,326 0,334 0,946 0,943 0,344 0,35420 0,342 0,350 0,940 0,937 0,364 0,37421 0,358 0,367 0,934 0,930 0,384 0,39422 0,375 0,383 0,927 0,924 0,404 0,41423 0,391 0,399 0,921 0,917 0,424 0,43524 0,407 0,415 0,914 0,910 0,445 0,45625 0,423 0,431 0,906 0,903 0,466 0,477

26 0,438 0,446 0,899 0,895 0,488 0,499

27 0,454 0,462 0,891 0,887 0,510 0,52128 0,469 0,477 0,883 0,879 0,532 0,54329 0,485 0,492 0,875 0,870 0,554 0,56630 0,500 0,508 0,866 0,862 0,577 0,589

31 0,515 0,522 0,857 0,853 0,601 0,61332 0,530 0,537 0,848 0,843 0,625 0,63733 0,545 0,552 0,839 0,834 0,649 0,66234 0,559 0,566 0,829 0,824 0,675 0,68735 0,574 0,581 0,819 0,816 0,700 0,71336 0,588 0,595 0,809 0,804 0,727 0,74037 0,602 0,609 0,799 0,793 0,754 0,76738 0,616 0,623 0,788 0,783 0,781 0,79539 0,629 0,636 0,777 0,772 0,810 0,82440 0,643 0,649 0,766 0,760 0,839 0,85441 0,656 0,663 0,755 0,749 0,869 0,88542 0,669 0,676 0,755 0,737 0,900 0,91643 0,682 0,688 0,731 0,725 0,933 0,94944 0,695 0,701 0,719 0,713 0,966 0,98345 0,707 0,713 0,707 0,701 1,000 1,018

a sin a cos a tg a[ 0] 0 +0,5 0 +0,5 0 +0,5

46 0,719 0,725 0,695 0,688 1,036 1,05447 0,731 0,737 0,682 0,676 1,072 1,09148 0,743 0,749 0,669 0,663 1,111 1,13049 0,755 0,760 0,656 0,649 1,150 1,17150 0,766 0,772 0,643 0,636 1,192 1,21351 0,777 0,783 0,629 0,623 1,235 1,25752 0,788 0,793 0,616 0,609 1,280 1,30353 0,799 0,804 0,602 0,595 1,327 1,35154 0,809 0,814 0,588 0,581 1,376 1,40255 0,819 0,824 0,574 0,566 1,428 1,45556 0,829 0,834 0,599 0,552 1,483 1,51157 0,839 0,843 0,545 0,537 1,540 1,57058 0,848 0,853 0,530 0,522 1,600 1,63259 0,857 0,853 0,515 0,508 1,664 1,69860 0,866 0,870 0,500 0,492 1,732 1,76761 0,875 0,879 0,485 0,477 1,804 1,84262 0,883 0,887 0,469 0,462 1,881 1,92163 0,891 0,895 0,454 0,446 1,963 2,00664 0,899 0,903 0,438 0,431 2,050 2,09765 0,906 0,910 0,423 0,415 2,145 2,19466 0,914 0,917 0,407 0,399 2,246 2,30067 0,921 0,924 0,391 0,383 2,356 2,41468 0,927 0,930 0,375 0,367 2,475 2,53969 0,934 0,937 0,358 0,350 2,605 2,67570 0,940 0,943 0,342 0,334 2,747 2,82471 0,946 0,948 0,326 0,317 2,904 2,98972 0,951 0,954 0,309 0,301 3,078 3,17273 0,956 0,959 0,292 0,284 3,271 3,37674 0,961 0,964 0,276 0,267 3,487 3,60675 0,966 0,968 0,259 0,250 3,732 3,86776 0,970 0,972 0,242 0,233 4,011 4,16577 0,974 0,976 0,225 0,216 4,331 4,51178 0,978 0,980 0,208 0,199 4,705 4,91579 0,982 0,983 0,191 0,182 5,145 5,39680 0,985 0,986 0,174 0,165 5,671 5,97681 0,988 0,989 0,156 0,148 6,314 6,69182 0,990 0,991 0,139 0,131 7,115 7,59683 0,993 0,994 0,122 0,113 8,144 8,77784 0,995 0,995 0,105 0,096 9,514 10,38585 0,996 0,997 0,087 0,D78 11,430 12,70886 0,998 0,998 0,070 0,061 14,301 16,35087 0,999 0,999 0,052 0,044 19,081 22,90488 0,999 1,000 0,D35 0,026 28,636 38,18889 1,000 1,000 0,017 0,009 57,290 114,58990 1,000 - 0,000 - -

~ !

IIII ilV

, '0'\ ,] ,I\it!il! I I' l !,II;'j!!:/'"-o\ 'I :1 t !III I ! i ,I 1:111

I' I ~ I' I ill 1 II I ~I I Iii' 'I'I, II I' I, I I I II I! Ii

: r: ,

1,/ i i-r-r-

I I iI i IIIIc~z0-<:;u~A0:;u~rnZ-<(/)

~=:ttt,,1'~ .~

, 04.

o i ~~o./ l/ v V v v Y /1 v~,/ ! ,II,/ / ,/ .;')AQ,,:.;' J/i y I 1/

N ".;'.;' /~~ V .;' / t)!1 I II! :o V ~L 1,;'/ I, II! /

.A '?/ Y, I i I i 1/hO i i I I I41~ ;'1,

I 1,.°, ~:~; 1;7; Tr:; : I; / j

IT+: : i;!I:; i;,!, ,i:i7' , !" I,;! V .T ,-Vtf:'::'

,'- , '-,

I 1 I11 \ I,

I.•.•,.;'

1/II).

i

II) 1,1, J11 'IT)/II I V !I

l/j 1/1/1 /..', 1/I/, 'Y: v/1, ','17'.11' / I

:~ /;..,;; i£, :/, :.•••I -~.A

,ll1"j .;'.;'I .... V

I '•• I" I I

-E-J-- l!!10 to-

- bl~ enw.!!! "'"' to- ~ :!: ~- Clll.. ceCI)-J Z IJ v .;'

- C)(I) 0Q en J 11'1/

,/ ••~ v v /::

~

- ----- 1/ ~-- ,,-

J v v V ,/ /

I v v~v .;' .;'

.;' I> I .;' ""

IY /

..;' ,/ V 1/ ,/"t /1

i II 1/ V V [,,II' v l%IIII' 1/ 1.11.1 I

1/1.1 V V VV vv v V V ~11 1111 , V 1.11/ V

vV v Ir,

~ r~,II \I I,Y ! VV 1/ V 1/ V

\I 1/ 1/1.1 \I 1/ VI

- H--: -

i ,I

1/ 1/ I

- - - Jl ~( I I1\ II i

i

!I

I

EoSll")oM8+1 .,..

EE

ll")NII08.,..

Wykres 2, Nieunormowany wykres OWR dla glowicynormalnej fal podluznych - SLF1·25 '-my SONA TEST

J+, ,

I I

I

o(ii'ni:J ...>"'00roo

i I [

I!Jt !I I ,

+-~-H- I I. i : I

~-~t9L, :~~LLl'~

, , 1 '?,i

I r~

'" " I ""

!I' :1

1 ! II ! I II! I I! Iqt,-f.'- ~ -"I

III \ 1tI !'

-+ j-- " ..-·-t'-h7

! ,1J'f, I

Ii I

IIIy. II

III~IIy'I

1+ lit. VI t-

~ --h-- /

-17 11~_,~ --{11

o i iIf II

11-I

-t -I Ht'ilI-I II

(J) 00o ::0 G'l

Z o~L'»0 C!:_ .-f -llo. III Im .lQ •...(J) '!Ill'-f Q 3;-

1

I I

123

POJEDYNCZE GlOWICE NORMALNE FAL PODlUZNYCHSONATEST (UK)

TRANSDUCER DIMENSIONS (mm)Element DimensionDiameter A B C D E

10 33 21 19 24 14

15 33 26 24 24 19

25 39 36 34 24 29

TRANSDUCER CODES

Freq Element Diameter

MHz 10 15 251.25 SLFI-25

2.25 SLF2-1O SLF2-15 SLF2-25

4.0 SLF4-10 SLF4-25

5.0 SLF5-10 SLF5-15 SLF5-25

Wykres 3, Nieunormowany wykres OWR dla glowicyskosnej fal poprzecznych - ORION 4-70 f-my SaNA TEST 15

I'D15DU5tl

251'0250L2511

Membrane packs

Delay lines

10FOIO

DUOIl

I' B 'j

ID

5.0 SLP5-5 SLP5-1O SLP5-15 SLP5-20

1

124 125PODWOJNE GlOWICE FAL PODlUZNYCH POJEDYNCZE GlOWICE SKOSNE FAL POPRZECZNYCH

SONATEST (UK) SONATEST (UK)

Typ CDF Typ D Typ Orion Typ SA

rlj I' C"I ~ ..~

~D=fI >- :::,.JJIII". C

~ B

I· B .,~ TRANSDUCER DIMENSIONS (mm) TRANSDUCER DIMENSIONS (mm)

TRANSDUCER DIMENSIONS (mm)

IA

IB

IC

I I

A

IB

IC

IElement Dimension TRANSDUCER DIMENSIONS (mm) . 34 17 25.5 27 16 19Diameter A B C

Element DimensionTRANSDUCER CODES

10 34 21 19 Size A B C TRANSDUCER CODES

17 7Freq Angle Element

5 0 11 Code MHZ (Steel) Diameter Freq Angle Element15 34 26 24 Code MHz (Steel) Diameter100 17 12 16 ORION2-38 2.0 38 10

20 40 36 34 SA2-38 2.3 38 lOx 10

2 x 5 x 2.5 13 9 12 ORION2-45 2.0 45 1025 40 36 34 SA2-45 2.3 45 lOx 10

ORION2-60 2.0 60 10TRANSDUCER CODES SA2-60 2.3 60 lOx 10

Freq Elemenl Diameter TRANSDUCER CODES ORION2-70 2.0 70 10MHz 10 15 20 25 SA2-70 2.3 70 10 x 10

Freq Element Dimensions ORION4-38 4.0 38 101.25 - - - - - - - - - - - - CDFI-25 MHz 5 0 100 2 X 5 X 2.5 SA5-38 4.3 38 10 x 8

2.25 02-10 ORION4-45 4.0 45 102.25 CDF2-10 CDF2-t5 CDF2-20 CDF2-25 - - - - - - - - SA5-45 43 45 10 x 8

05-10 ORION4-60 4.0 60 10SA5-60 4.3 60 10 x 85.0 CDF5-IO CDF5-15 CDF5-20 CDF5-25 5.0 05-5 TMP4

ORION4-70 4.0 70 10 SA5-70 4.3 70 10 x 8

M.K.Lipnicki - "Badania ultradzwi~kowe", cz. 1 - "Podstawy teoretyczne" / Zali\.czniki M.K.Lipnicki - "Badania 1IItradzwi~kowe", cz. I - "Podstawy teoretyczne" / Zali\.czniki

- )~

126

PODWOJNE GLOWICE SKOSNE FAL POPRZECZNYCHSONATEST (UK)

Freq Angle ElementCode MHz (Steel) Diameter

CDA2-45 2.\ 45 2xlOx5

CDA2-60 2.1 60 2xlOx5

CDA2-70 2.1 70 2xlOx5

CDA5-45 4.6 45 2x8x5

CDA5-60 4.6 60 2x8x5

CDA5-70 4.6 70 2x8x5

MOSTOSTAL GDANSK SA80- 955 Gdansk, ul. Marynarki Polskiej 96tel. Centrala (058) 343 16 61tel. Zarzltd (058) 343 0 I 23Fax. (058) 343 10 08

LABORATORIUM ZAKLADOWEprowadzi dzialalnosc od 1968 r.dziala: w Systemie Jakosci finny wg ISO - 9001.posiada: wdrozony: System Jakosci wg PN- N 45001

uznanie: Polskich i Zagranicznych TowarzystwKlasyfikacyjnych

uznanie: Urz~du Dozoru Technicznego.

o najwyzszych kwalifikacjach, wiedzy i d swiadczeniuuzyskanym przy realizacji kontrakt6w w krajui za granicll.renomowanych firm krajowych i zagranicznychspelniajllCYwymagania norm polskichi mi~dzynarodowych.certyfikowanych dostawc6w krajowych i zagranicznych.

I. Badania nieniszczqce NDT:- radiograficzne:- przy wykorzystaniu

izotop6w- przy wykorzystaniu

aparat6w rentgenowskich (X)- ultradzwit(kowe- magnetyczno - proszkowe- penetracyjne- pomiary grubosci

POSIADAMY:Per onel

II. Badania niszczqce DT:- statystycznc pr6bywytrzymalosciowe(rozciqganie,zginallie)

- pr6by udarnosci- pomiary twardosci

sposobem Brillell'a,Rockwell'a i Vickers'a

- metalografia- sklad chemiczlly

III. rnne:- Ekspertyzy- Orzecznictwo- Konsultacje- Porady- Szkolenia