CONTROLUL CU US 1. Scopul lucrarii
Cunoasterea principiului fizic al metodei, a metodologiei metodologiei si aparaturii necesare controlului controlului cu ultrasunete a materialelor, realizarea imaginii 2D a unei piese prin cartografierea cu ultrasunete si prelucrarea in Matlab a imaginilor obtinute. obtinute.
2. Domeniul de aplicare
Domeniile de aplicare ale controlului nedestructiv sunt cele mai diverse sectoare ale industriei industriei:: •
Industria automobilelor (diferite piese);
•
Industria navală ;
•
Conducte îngropate sau submerse sub apă supuse coroziunii;
•
Platforme marine;
•
Aeronautica;
•
Industria energetica;
•
Industria aerospaială !i militară;
•
Ar"eologie;
•
#tructuri feroviare;
•
Industria petroc"imica;
•
Constructii de masini;
3.
Principiul fzic al metodei de control cu US:
a) Istoric:
Pe $% mai &'* cercetatorul +# Dr, Dr, -lo.d -irestone de la +niversitatea din /ic"igan* se aplică pentru un brevet de invenie +#* pentru prima metodă practică de testare cu ultrasunete, 0revetul este acordat în $& aprilie anul &'$ ca !i brevetul +# $$1$$2* intitulat 3Dispozitiv !i defectoscopie Detectarea Instrumentul de măsurare3, 45trase din primele două paragrafe ale brevetului pentru aceasta cu totul nouă metodă de testare nedistructivă ne distructivă descrie succint elementele de bază ale unei astfel de testare cu ultrasunete, 3Invenia mea se referă la un dispozitiv pentru detectarea prezenei neomogenitati ale densităii sau elasticităii materialelor, De e5emplu* dacă o turnare are o gaură sau o 6sură în cadrul acesteia* dispozitivul permite prezena
crăpăturii să 6e detectate !i poziia sa situat* c"iar dacă defectul se a7ă în întregime în interiorul piesei turnate !i nici o parte din ea se e5tinde la suprafaă, ,,, principiul general al dispozitivului meu constă în trimiterea vibraiilor de înaltă frecvenă în partea care urmează să 6e inspectate* precum !i determinarea intervalelor de timp de sosirea vibraiilor directe !i re7ectate la una sau mai multe staii de pe suprafaa piesei, 3 8ames -, /c9ult. (inginer de radio din #+A) de automatizare Industries* Inc,* apoi* în 4l #egundo* California* un ameliorator timpurie a multor cusururile !i limitele acestei !i a altor metode de testare nedestructivă* predă în detaliu în continuare testarea cu ultrasunete în lucrarea sa brevetul +# $2& (cererea înregistrată la $& decembrie &'2$* a acordat &$ iulie &'22* cu titlul 3Aparatură de testare cu ultrasunete !i metoda3)* care 3Practic testarea cu ultrasunete se realizează prin aplicarea la un traductor piezoelectric de cristal impulsuri electrice periodice de frecvenă cu ultrasunete, Cristalul vibrează la frecvena ultrasunetelor !i este cuplat mecanic la suprafaa specimenului testat, Această cuplare poate 6 efectuată prin scufunda re atibraiile ultrasonice trec prin specimen !i sunt re7ectate de discontinuităi care pot 6 înt
de propagare a undelor (zonele de compresiune alterneaza cu cele de dilatare; •
•
- transversale (de forfecare), la care directia de oscilatie a particulelor mediului este perpendiculara pe directia de propagare a undelor (particulele se antreneaza unele pe altele; deplasandu-se pe o directive perpendiculara pe directia de propagare, la ½ din viteza undelor longitudinale) (fig. ,b);
•
• •
•
•
- de suprafata, cu o traiectorie mai complicata a particulelor, care se propaga numai in stratul de suprafata al corpului; apare la suprafata unui solid de grosime mare, marginit de aer ; se propaga in vecinatatea suprafetei, intr-o zona de grosime apro!imativ egala cu lungimea de unda; particulele vibreaza urmand o traiectorie eliptica, viteza de propagare este de "#$ din viteza undelor transversal; se pot detecta defecte de suprafata sau langa suprafata.
c) 4cuatiile undei:
•
•
•
•
%iteza undelor (v)este data de produsul dintre frecventa (f) si lungimea de unda (&) v ' f & %iteza undelor depinde de modulul de elasticitate, de densitate, de coeficientul oisson *!emplu+ la frecventa uzuala de 2 Mz, in cazul undelor longitudinale in structuri din otel, lungimea de unda corespunzatoare este de mm. Defectele care se pot determina sunt de ordinul a ½ din lungimea de unda. efle!ia si transmisia undelor la frontiera a 2 medii diferite se face conform legii /nell+ sin 0 1 sin ' v 1 v2 , unde 01 sunt ung3iurile de incidenta1refractie, iar v si v2 sunt vitezele undelor in cele 2 medii.
d) +ltrasunete: Ultrasunete – vibratii mecanice care se transmit intr-un mediu, sub forma de unde
elastice (unde ultrasonore), cu frecventa de 45z6.#7Mz. Reflexie - /e numeste refle!ie, fenomenul de intoarcere al undei in mediul din care a venit la intalnirea unui obstacol (suprafata de refle!ie) Refractia - /e numeste refractie, fenomenul de traversare al unei supafete de separatie a doua medii omogene. Difuzia - este un proces de amestecare spontan initiat a particulelor a dou8 substante, action9nd treptat p9n8 la completa si ireversibila omogenitate a acestora. Cele dou8 substante pot s8 fie substante gazoase, lic3ide sau solide. entru diferite substante e!ist8, conform legii lui :ic5 , diferiti coeficienti de difuzie D cu valori de la cm1s la gaze p9n8 la valori mult mai mici (de peste un miliard de ori) reprezinta o scadere a amplitudinii unui semnal. Absorbtia > daca un semnal nu se reflecta dintr-un obiect, nu se curbeaza pe langa un obiect sau nu trece pe langa un obiect, are loc absorbtia totala a semnalului. Viteza de propagare a undelor in unele materiale
Marimi caracteristice ale fasciculului de unde ultrasonore - frecventa, f + in e!aminarile nedistructive valorile uzuale sunt cuprinse in
intervalul+ #,?6?Mz
putand a@unge la 2#6# Mz; - viteza de propagare, c Am1sB. *a depinde de felul undelor si de natura mediului in care acestea se propaga. De regula, pentru un mediu solid+ c cE si cs @#," cE (,E si / insemnand + ongitudinal, Eransversal si de /uprafata); - lungimea de unda λ AmmB, legata de frecventa prin relatia λ= cf ; - impedanta acustica F, o marime ce caracterizeaza mediul acustic in care se propaga undele, definite de produsul F'Gc AHg1m 2sB, G fiind densitatea materialului; - puterea undei ultrasonore, AIB; - intensitatea undei ultrasonore, J' 1/ AI1m2B.
Fenomene produse la interfata a doua medii cu impedanta acustica diferita
=tunci cand un fascicul de unde ultrasonore trece dintr-un mediu in altul, cu impedante acustice diferite (FKF2), se produc fenomenele de refle!ie si refractie, asemanatoare celor cunoscute din domeniul opticii, pentru care este valabila legea /nell > Descartes, definite prin relatia+ - 0 fiind ung3iul dintre normal la interfata si directia de propagare a undei ultrasonore.
Cazul incidentei normale este prezentat in figura 2.
:ig. 2. Jncidenta normala *!emple+ - pentru F'F2, '#, nu se produce refle!ive; - pentru apa1otel, '#,"?, E'#,#4?, aproape intreaga energie este reflectata. Jn cazul incidentei oblice (fig. .), se produce atat refle!ia cat si refractia.
:ig.. Jncidenta oblica Atenuarea undelor ultrasonore
a propagarea undelor ultrasonore intr-un mediu oarecare, intensitatea acestora J, scade cu distant strabatuta !, dupa o lege e!ponential+ J'J e-20 ! - 0 fiind coeficientul de atenuare, iar J intensitatea undelor la intrarea in mediul respective rincipalele cause care produc atenuarea sunt+ - absorbtia cauzata de vascozitatea mediului si conductibilitatea sa termica (pentru toate mediile). - difuzia cauzata de pierderile prin refle!ive pe suprafetele grauntilor cristalini, porilor, incluziunilor etc. (pentru mediile solide) e) =plicatii ale ultrasunetelor+ *cografia medicala; Jn cardiologie; Jn oftalmologie; Lnele animale (e!+ liliacul) utilizeaza ultrasunetele pentru a se deplasa, a se orienta si a vana; Eerapie cu ultrasunete; • • • •
•
4. Controlul cu US a) Definitia controlului cu L/+
Metoda este bazat8 pe undele mecanice generate de un element piezo-magnetic e!citat la o frecvenț8 cuprins8 de regul8
b) /c3ema de principiu+
inspecNie obiOnuit8 cu ultrasunete se realizeaz8 cu aparatur8 cum ar fi+ impuls1receptor, traductor Oi ecran. =paratul impuls1receptor este un aparat electronic care poate produce pulsuri electrice de volta@ mare. Condus de generatorul de impulsuri, traductorul genereaz8 energie ultrasonic8 de frecvenN8
parcurs8 de acesta. Cu a@utorul semnalului se pot obNine informaNii referitoare la locul refle!iei, m8rimea, orientarea etc. c) Eipuri de control nedistructiv cu L/+ !etoda cu impuls reflectat" (metoda ecoului, puls-ec3o) > metoda de e!aminare cu ultrasunete, emise sub forma de impulsuri, la care se inregistreaza, cu acelasi traductor, ecoul primit de la un reflector (discontinuitate, fundul piesei, muc3ia tablei, etc). !etoda cu impuls transmis ( metoda umbrei) > metoda de e!aminare cu ultrasunete, la care se inregistreaza, cu un al doilea traductor, impulsurile care au strabatut materialul e!aminat, afectate sau nu de prezenta unei discontinuitati. !etoda cu ecouri repetate > metode de e!aminare cu ultrasunete, la care se inregistreaza ecourile multiple (repetate) produse prin refle!ia de mai multe ori a impulsurilor pe suprafetele opuse ale piesei si1sau discontinuitatilor. #xaminare prin contact > e!aminare la care palpatorul se gaseste in contact cu piesa e!aminata, prin intermediul unui cuplant. #xaminare prin imersie > e!aminare la care traductorul si piesa e!aminata sunt cufundate partial sau total intr-o baie cu lic3id. #xaminare cu fascicul direct > e!aminare la care fasciculul ultrasonor a@unge direct in zona care intereseaza, fara refle!ii intermediare. #xaminare cu fascicul reflectat > e!aminare la care fasciculul ultrasonor a@unge in zona care intereseaza, dupa una sau mai multe refle!ii pe suprafetele piesei. #xaminare (cu incidenta) normal > e!aminare la care undele ultrasonice sunt introduse perpendicular pe suprafata piesei. #xaminare (cu incidenta) oblica > e!aminare la care undele ultrasonice sunt introduse sub un ung3i in raport cu normala la suprafata piesei. $e%nica de examinare pozitiva > mod de e!aminare la care discontinuitatile sunt evidentiate prin aparitia unui semnal. $e%nica de examinare negativa > mod de e!aminare la care discontinuitatile sunt evidentiate prin absenta sau micsorarea amplitudinii unui semnal. d) Controlul nedistructiv cu L/ in imersie+ *!aminarea cu ultrasunete
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
ezervorul este un dispozitiv
e) ?ipuri de prezentare a rezultatelor controlului cu +#: A=#can* 0=#can* C=#can* D=#can,
f) imitarile metodei de control +#:
imitarile metodei cu ultrasunete sunt limitari: •
De material* aceasta metoda de control nu se poate aplica pentru toate materialele;
•
De dimensiune a piesei;
•
De dimensiune a defectului;
•
De adancime a defectului;
g) ?ipuri de traductori ultrasonici:
h) /tandarde internationale utilizate in controlul cu L/+ • • • • • • • • • • • •
/ *Q 7R12## / *Q ?S-212## / *Q ?S-212##2 / *Q #-712## / *Q R212##2 / *Q R12## / *Q R712## / *Q 2#4212## / *Q 22212## / *Q 2?SR1"" / *Q 2R"41""? /E *Q J/ 4?2#-"""
