Examinarea cu ultrasunete a pieselor turnate si forjate

1. Domeniul de lucruDefectele interne ale pieselor turnate si forjate le constitue discontinuitatile de forma ca: fisuri, sufluri, fulgi si incluziuni.Gama mare de piese turnate si forjate, existente in incdustrie, atat in ceea ce priveste forma, dimensiunile, cat si calitatea materialului face ca la unele piese acest control sa fie aplicabil, in timp ce la altele sa nu se poata aplica, chiar in cazul luarii unor masuri suplimentare in ceea ce priveste tehnica de lucru cu ultrasunete.Factorii care influenteaza negativ examinarea cu ultrasunete a pieselor turnate si forjate sunt structura grosolana a materialului si rugozitatea suprafetei. Primul factor, structura grosolana, face ca atenuarea ultrasunetului sa fie asa de mare, incat sa nu se obtina ecou de fund de la peretele opus suprafetei pe care se face palparea. Al doilea factor, rugozitatea suprafetei, face imposibila asigurarea unui cuplaj satisfacator intre palpator si piesa.Recurgerea la o astfel de verificare cu ultrasunete este indicata pentru piesele la care urmeaza sa se faca prelucrari mecanice de inalta precizie, ca arbori si carcase de turbine, generatori electrici etc. Localizarea defectelor permite eliminarea acestora prin remedieri sau prin schimbarea cotelor de debitare inainte de efectuarea unor prelucrari costisitoare. Verificarea cu ultrasunete se poate face si la materiale ca: fonta cenusie, alama, bronz si aluminiu. Piesele turnate din cupru, zinc si plumb, datorita numarului mare de incluziuni si pori, nu permit o astfel de verificare.2. Examinarea pieselor turnate din otelIn cazul unui examen riguros se vor executa operatiunile de sablare si prelucrare pe doua suprafete, la 90 una fata de cealalta, sau chiar pe intreaga suprafata. Examinarea se va face cu fascicul ultrasonic longitudinal, utilizand palapatoarele de 0,25; 0,5 sau 1 MHz. Cuplantul va fi ales cu vascozitate ridicata, de preferat vaselina, clei de piele, pasta de celuloza, solutie de zahar.Ca domeniu, pe scala aparatului se va alege:a) in cazul masurarii grosimii materialului intr-o anumita zona, un domeniu astfel incat sa se obtina mai multe ecouri de fund;b) in cazul verificarii discontinuitatilor in material, se va alege domeniul astfel incat sa se obtina doua ecouri de fund.Discontinuitatile din material conduc la aparitia de ecouri intermediare sau chiar la disparitia ecourilor de fund, in cazul unor discontinuitati mari.

3. Examinarea pieselor turnate din fontaLa piesele turnate din fonta, verificarea cu ultrasunete se aplica cu precadere pentru masurarea grosimilor, precum si la stabilirea zonelor poroase. In general, limita de masurare a grosimilor este de 200 mm si numai la fonta cenusie cu rezistenta mai mare de 20 kgf/mm2 se poate depasi aceasta limita. Examinarea se face cu fascicul ultrasonic longitudinal, cu palpatoare de 0,25 la 1 MHz. In cazul in care se efectueaza in mod curent, cu acelasi aparat, numai verificari la fonta, se recomanda a se executa o gama de etaloane de diverse grosimi de material, reglandu-se in laborator aparatul, pentru metalul ce se verifica. A se avea in vedere ca la o asemenea reglare exista pericolul de electrocutare, fiind necesare scule cu izolatie pentru inalta tensiune. In rest examinarea se face la fel ca si la piesele turnate din otel, cu recomandarea ca grafitul nodular produce ecouri pertubatoare, ce nu se iau in consideratie.

4.Examinarea pieselor forjate din hotelExaminarea pieselor forjate se escuta de la caz la caz, cu fascicul ultrasonic longitudinal si transversal.La examinarea unei piese forjate, trebuie avut in vedere, ca suprafetele de examinare sa fie alese in functie de modul in care s-a facut forjarea. Fasciculul ultrasonic trebuie sa fie perpendicular pe fibra de forjare, deoarece defectele sunt aplatizate, turtite si ofera astfel o foarte buna reflexie a fasciculului ultrasonic, in timp ce daca fasciculul ultrasonic este pe aceeasi directie cu fibra de forjare nu se obtin ecouri de la defecte decat daca acestea sunt foarte mari (fig. 1).

Din punct de vedere al greutatii piesele forjate pot avea de la cateva zeci de kilograme la cateva zeci de tone, in timp ce din punct de al geometriei , pentru controlul cu ultrasunete, piesele forjate se pot clasifica astfel: rectangulare sau paralelipipedice, cu suprafete paralele prelucrate mecanic (fig. 2a); cilindrice pline, caz in care ambele capete vor fi taiate perpendicular pe axa si prelucrate mecanic (fig. 2b); cilindrice inelare (fig. 2c); sub forma de disc (fig. 2d); cu forme complexe (fig. 2e), caz in care piesa forjata are schimbari de sectiune, curburi si alte configuratii, portiuni ce creeaza dificultati in examinarea cu ultrasunete sau in unele cazuri, conduc la imposibilitatea de a verifica partial sau total piesa.

Ca regula generala verificarea cu ultrasunete a unei piese forjate se face dupa tratamentul termic si inainte de a se executa prelucrari de genul: gauri, caneluri etc. care conduc la aparitia de ecouri false.Suprafata piesei forjate ce trebuie verificata se va curata in prealabil de praf, vopsea, depuneri de zgura si se va prelucra astfel ca sa aiba o rugozitate de maximum 12,5m.Inainte de examinarea cu ultrasunete, suprafata piesei forjate se va controla vizual pentru observarea unor eventuale defecte exterioare. Prezenta unor discontinuitati pe suprafata piesei forjate se va confirma cu ajutorul pulberilor magnetice sau a lichidelor penetrante. Este de dorit ca verificarea cu lichide penetrante sa fie facuta inainte de a acoperi piesa cu ulei, vaselina, glicerina, deaorece impiedica patrunderea in discontinuitati a penetrantului; daca totusi a fost unsa se va degresa cu solventi suprafata piesei.In cazul in care piesa forjata prezinta discontinuitati vizibile pe suprafata este obligatorie indepartarea acestora si apoi efectuarea controlului cu ultrasunete.In privinta alegerii palpatoarelor se recomanda palapator de cuart cu frecventa de 2-2,5 MHz, iar in cazul palpatoarelor ceramice este de preferat palpatorul de 1 Mhz. Palpatoarele cu frecventa de 1 MHz se recomanda pentru materiale cu granulatie mare sau pentru examinarea la distanta si detectarea defectelor aliniate altele decat in planul normal al fasciculului ultrasonic.Referitor la defectul minim detectabil, daca avem o discontinuitate orientata favorabil, teoretic exista posibilitatea de a spune ca se poate evidentia un defect cu marimea de 1/10 din lungimea de unda a palpatorului folosit. In practica insa, datorita supraftei de cuplare, atenuarii, granulatiei rezulta ca defectul minim detectabil poate fi o data si jumatate, pana la o treime din lungimea de unda. Daca de exemplu trebuie puse in evidenta discontinuitati de marimea 1 mm cu ajutorul unui palpator de 1 MHz la care lungimea de unda este de 6 mm, acest lucru nu se va putea realiza.In ceea ce priveste dimensiunea palpatoarelor acestea pot fi de diametrul 25-30 mm pentru examinari longitudinale si de 20 x 22 sau 8 x 9 pentru fascicul ultrasonic transversal. Pentru piese forjate cu dimensiuni mici se pot utiliz palpatoare miniaturale normale cu diametrul de 10 mm.Cuplantul folosit poate fi: vaselina, uleiuri minerale, glicerina, pasta de celuloza, solutie de zahar etc., iar in cazul unei suprafete foarte bune, chiar apa. De retinut este faptul ca se va utiliza acelasi cuplant la etalonarea pe bloc cat si la examinarea pe piesa forjata,Privitor la suprafetele pe care se deplaseaza palapatorul si directiile fascicului ultrasonic este bine de stiut urmatoarele: piesele forjate rectangulare sau paralelipipedice se vor examina minimum pe doua suprafete la 90 una fata de cealalta; piesele forjate cilindrice pline se vor examina cu unde longitudinale pe generatoare, 360 pe circumferinta, iar de cate ori este posibil si pe directie axiala; piesele forjate disc se vor examina cu und longitudinale pe cel putin o fata si radial de pe circumferinta de cate ori este posibil; piesele forjate inelar se vor examina cu unde transversale pe circumferinta inelului si cu unde longitudinale pe directie axiala, daca este posibil.Pentru a asigura o verificare completa a piesei forjate esre necesar ca la deplasarea palapatorului pe suprafata sa se suprapuna cel putin 15% la fiecare trecere, iar viteza de deplasare a palpatorului nju trebuie sa depaseasca 100 mm/s.Aprecierea marimii defectelor se evalueaza prin: metoda dieferentei de amplificare de 6 dB sau 20 dB; metoda amplitudinii maxime prin miscarea palpatorului; metoda defectului artificial echivalent reflectat de la un bloc de referinta; metoda diafragmelor AVG.Metoda amplitudinii maxime prin miscarea palpatorului se foloseste la detectarea defectelor importante dupa urmatorul procedeu: se fixeaza palpatorul astfel ca ecoul de defect sa fie maxim, se deplaseaza palpatorul catre marginile defectului pana cand ecoul de defect este egal cu ecoul de fund, centrul palpatorului delimiteaza marginile defectului, iar conturul defectului se determina prin unirea pozitiilor centrului palpatorului.La examinarea pieselor forjate cu unde longitudinale reglarea sensibilitatii se poate realiza in urmatoarele moduri:a) se regleaza aparatul de ultrasunete astfel ca dintr-o zona unde piesa nu prezinta defecte sa se obtina un ecou de fund cu o inaltime de 50%, 75% sau 100% din inaltimea ecranului;b) se regleaza aparatul de ultrasunete pe un bloc de referinta astfel ca sa se obtina un ecou de la gaura cu fundul plat de o anumita inaltime, lucru care de altfel se precizeaza la contractare daca are loc dupa normele ASME (The American Society of Mechanical Engineers);c) reglarea sensibilitatii cu ajutorul blocului de calibrare A1; A2 metoda folosita la scalele AVG.In timpul examinarii piesei forjate nu se vor modifica parametrii de lucru ai aparatului ci din contra, se vor face periodic verificari pe blocul de referinta spre a ne convinge ca aparatul isi mentine valorile stabilite de etalonare.Micsorarea ecoului de fund in timpul examinarii se poate datora prezenta unui defect, unui contact necorespunzator cu suprafata piesei forjate, cuplantului insuficient sau variatiei locale a transmisiei fasciculului ultrasonic prin piesa forjata.In cazul in care piesa forjata prezinta incluziuni situate central ca in figura 3 oscilograma va arata mai multe ecouri unite la baza si ecoul de fund avand o inaltime mare, atenuarea data de incluziuni fiind in general mica.

In cazul in care piesa forjata prezinta fisuri si fulgi situati central ca in figura 4 ecourile vor fi inalte, abrupte cu baza mica, iar ecoul de fund va avea o inaltime mica deoarece energia ultrasunetului reflectata de suprafetele plane ale fisurilor este mare.Cele de mai sus pot fi confirmate daca se executa si o miscare pe circumferinta si in acest caz ecoul de defect se deplaseaza si variaza in inaltime ca in figura 5.

Examinarea cu fascicul ultrasonic transversal se aplica la piesele forjate de tip inel sau la cele cu scobituri. Aparatul ultrasonic se va regla astfel ca sa se obtina un ecou de la crestatura cu o inaltime de aproximativ 50% din inaltimea ecranului.Indicatiile obtinute pe ecranul osciloscopului la examinarea cu unde longitudinale pot fi clasificate in discontinuitati continue, semicontinue si izolate.Din cadrul discontinuitatilor continue fac parte: ecourile ce se mentin in acelasi plan indiferent de amplitudine si se gasesc pe o suprafata cu diametrul de doua ori mai mare decat diametrul palpatorului; ecourile ce depasesc 50% din inaltimea ecranului; ecourile obtinute de la suprafete plane de reflexie cu axa principala mai mare de 25 mm; orice reducere a ecoului de fund cu 20% din valoarea initiala cu o sporire suplimentara a amplificarii cu 10%.Discontinuitatile semicontinue sunt considerate cel mult 5 ecouri de format ciorchine intr-un volum de 50x0 mm. In caz ca sunt mai multe se vor clasifica drept discontinuitate continua.Discontinuitatile izolate le constitue restul ecourilor ce apar sporadic in timpul examinarii piesei.La examinarea cu unde transversale sunt luate in consideratie discontinuitatile egale sau care depasesc 50% din indicatiile de la crestatura de referinta.Rezultatele obtinute sunt materializate printr-un buletin de verificare care va cuprinde:a) date despre piesa forjata: seria de fabricatie, comanda interna, denumirea piesei, dimensiuni caracteristice, numar desene piesa, numar sarja-culen, calitatea materialului;b) date despre aparatura: marca, tip, metoda de reglare a sensibilitatii, scala AVG, palpatoare, amplificare, energie, cuplant, starea suprafetei-rugozitate;c) rezultatul controlului cu o schita la scara in care se vor marca directiile de examinare, zonele cu defecte si eventualele portiuni nevericate precum si alte observatii constatate cu ocazia verificarii;d) numele, semnatura si poansonul controlorului.5. Stabilirea marimii defectului echivalent la piesele forjate cu ajutorul diagramelor AVG (DGS)

Varietatea mare de piese forjate atat ca dimensiuni, forma, compozitie cat si ca proces deformare si aplicatii conduce la necesitatea stabilirii unor criterii care sa asigure reproductibilitatea verificarii. la stabilirea nivelului de calitate se au in vedere: numarul de defecte, marimea acestora si distributia lor in piesa forjata.Avand astfel cunoscute cele trei caracteristici: numar, distributie si marime, se poate ca prin norme interne sa se stabileasca nivelul de calitate cerut la verificarea cu ultrasunete, nivel ce difera de la un produs la altul.Procedeul consta in masurarea fiecarui defect si calcularea marimii echivalente pe diagrama AVG, lucru ce a facut sa fie considerat greoi si in acelasi timp pentru aplicatii practice sa necesite o rutina in control.In principiu, se poate spune ca adca la verificarea cu ultrasunete pe scala aparatului apare un ecou de defect, varful ecoului la distanta A si amplificarea corecta fixata V, indica o marime a defectuloui G cu precizarea ca este vorba nu de marimea reala a defectului ci de una echivalenta, sub forma unui disc, care la aceeasi distanta conduce la aceeasi inaltime de ecou. in practica controlului cu ultrasunete se uitlizeaza in mod curent aceasta marime de "defect echivalent", deoarece este o marime univoca si reproductibila.Setul de scale AVG se compune din placi de plexiglas la care domeniul de examinare poate fi 100, 200, 250,500, 1000, 2000 mm si se utilizeaza in functie de grosimea piesei forjate. Dimensiunile scalelor difera de la un tip de aparat la altul, aceasta fiind in functie de marimea ecranului deci nu sunt interschimbabile intre diversele tipuri de aparate. palpatoarele recomandate sunt din cuart cu sau fara folie protectoare si din titanat de bariu cu folie protectoare avand in ambele cazuri frecventa de 2 Mhz si diametrul de 24 mm.Piesa forjata ce urmeaza a fi verificata, asa dupa cum s-a aratat mai inainte, poater atenua puternic fasciculul ultrasonic si ca atare este necesar a se masura aceasta atenuare. Acest lucru se face alegand scala de distante astfel ca pe ecranul aparatului sa existe doua ecouri de fund deci dublul grosimii piesei ce se verifica. primul ecou de fund se aduce la inaltimea de 2/5 a ecarnului (linia punctata din fig. 6) si se noteaza valoarea amplificarii in dB. Cu ajutorul butonului de amplificare gradat in dB se creste cel de-al doilea ecou de fund ca sa aiba valoarea de 2/5 din inaltimea ecranului si se noteaza valoarea in dB. Daca diferenta este mai mica sau egala cu 8 dB atunci atenuarea poate fi neglijata in vazul determinarii marimii defectelor cu scalele AVG.

In functie de grosimea piesei forjate se alege una din scale cer se fixeaza pe ecranul aparatului de ultrasunete. Totodata se verifica ca linia ce se corecteaza cu ajutorul unui potentiometru. Se verifica daca comutatorul de frecventa este la 2 MHz si se aplica palpatorul pe piesa forjata cu un mediu cuplant (ulei, vaselina etc.) suficient ca sa se obtina ecoul de fund ca in figura 7, eventual se deplaseaza imaginea si se extinde pana cand impulsul emis se afla impreuna cu punctul initial al flancului ascendent pe punctul zero al scalei, ecoul de fund pe valoarea scalei corespunzatoare grosimii piesei de controlat.Reglarea amplificarii aparatului pentru piese forjate cilindrice, pline (negaurite) si piese cu suprafete paralele se face astfel ca inaltimea ecoului de fund sa ajunga la inaltimea liniei intrerupte RE, dupa care cu ajutorul butonului de amplificare gradat in dB se aduga valoarea inscrisa pe scala, in cazul nostru 10 dB. daca piesa ar fi avut 200 mm grosime, inaltimea ecoului de fund trebuie sa ajunga la cealalta linie punctata de pe scala la care valoarea inscrisa este de 20dB.La reglarea amplificarii aparatului pentru piese forjate cilindrice gaurite (inel) se va aplica o corectie in functie de grosimea piesei si diametrul gaurii. Aceasta corectie in dB poate avea valoare pozitiva sau negativa asa cum rezulta din diagrama din fig. 8.

In situatia de fata aparatul este pregatit si reglat pentru lucru. Se precizeaza ca toate scalele au instructiuni de folosire si ca la unele aparate cu posibilitati multiple de utilizare se recomanda ca anumite circuite sa se gaseasca pe pozitie oprita.Examinarea cu ultrasunete a pieselor forjate folosind scalele AVG consta in: confirmarea defectului, determinarea marimii echivalente a defectului si localizarea defectului.Confirmarea defectului se face prin aparitia unuia sau a mai multor ecouri situate intre ecoul initial si ecou de fund. Varful ecoului de defect ajunge la o anumita inaltime unde intalneste o curba pe care este scrisa marimea defectului echivalent, de exemplu diametrul de 15 mm. in cazul in care varful ecoului nu ajunge exact pana la una din curbele de defect ci se situeaza intre doua curbe, se va evalua marimea defectului comporativ cu valoarea scrisa pe cele doua curbe. In ceea ce priveste localizarea in profunzime, respectiv distanta defectului de la suprafata, aceasta se citeste direct pe gradatia orizontala a scalei AVG, punctul de citire fiind baza flancului ascendent stang al ecoului.Sunt situatii in care ecourile de defect depasesc cea mai inalta curba de defecte a scalei AVG, sau nu ating curba inferioara si in aceasta situatie se procedeaza astfel:a) Pentru ecourile prea inalte situate in domeniul 0-200 mm se reduce amplificare etalonata cu o anumita valoare si in aceasta situatie varful ecoului de defect maxim arata numai in interiorul fascicului de curbe jumatatea marimii defectelor de compensare.b) Pentru ecourile de defecte situate la peste 200 mm se reduce amplificarea cu o alta valoare si in aceasta situatie varful ecoului de defect maxim indica in interiorul fasciculului de defecte, jumatatea marimii de compensare.c) In cazul ecourilor prea mici se mareste amplificarea de exemplu cu 12 dB si varful ecourilor indica marimea defectelor de compensare dubla.In concluzie, cu scalele AVG se poate confirma prezenta defectului prin ecoul de pe ecranul osciloscopului, marimea echivalenta a defectului prin inaltimea ecoului, care ajunge la o curba pe care este scrisa valoarea acestuia si localizarea defectului fata de suprafata de palapare prin citirea directa a adancimii pe gradatia orizontala a scalei AVG.