II - Examinarea Cu Ultrasunete a Imbinarilor Sudate

UNIVERSITATEA ″OVIDIUS″ DIN CONSTANŢA FACULTATEA: I.M.I.M. SPECIALIZAREA: INGINERIA SUDĂRII

Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

27

CAPITOLUL II

EXAMINAREA CU ULTRASUNETE A ÎMBINĂRILOR SUDATE

Sudarea metalelor reprezintă o metodă de îmbinare nedemontabilă a lor componente pentru a realiza un produs finit . Dintre procedeele de îmbinare a metalelor cel mai important loc îl ocupă sudarea datorită avantajelor sale: preţ de cost redus, economie de metal, productivitate mare. Insă, datorită factorilor care intervin în procesul de sudare, natura materialului de bază, de adaos, caracteristicile electrodului, procedeul de sudare la care se adaugă experienţa sudorului este absolut necesară efectuare examinări cu ultrasunete ţinând seama de importanţa produsului finit procesul de producţie. Pentru aplicarea metodei corespunzătoare de examinare este necesară în consideraţie a unor condiţii specifice de care trebuie să se aibă în vedere înaintea începerii îmbinării sudate şi anume: - materialul folosit la îmbinarea sudată; - tipul sudurii; - grosimea materialului de bază; - forma exterioară a îmbinării sudate. La examinarea nedistructivă a îmbinărilor sudate trebuie să se ţină seama de natura solicitărilor respective, luând în considerare, pentru materialele care alcătuiesc structura sudată, rezistenţele admisibile, modul deal forţelor (static sau dinamic); de asemenea trebuie avute în

27


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

28

vedere o serie de elemente suplimentare care pot interveni şi conduce la o degradarea prematură a construcţiei sudate cum sunt oboseala, coroziunea sub tensiune , ruperea fragilă, etc. Complexitatea îmbinărilor sudate obligă la o cunoaştere generală a tuturor factorilor care intervin în apariţia discontinuităţilor ce trebuie evidenţiate cu ajutorul ultrasunetelor. Pentru aceasta este obligatoriu a trata problema examinării cu ultrasunete metodic, deoarece în foarte multe situaţii apar factori ce conduc la dificultăţi sau chiar la imposibilitatea executării controlului propus. Spre exemplu, natura materialului sudat, în cazul în care acesta este oţel carbon sau slab aliat, nu ridică probleme deosebite privind structura în zona de influenţă termică, în timp ce dacă este oţel austenitic, în zona de influenţă termică, granulaţia este aşa de mare, încât face imposibil examinarea cu unde ultrasonore transversale.

MATERIALUL DE BAZĂ In scopul efectuării în mod normal a examinării îmbinării sudate este obligatoriu ca mai înainte să se efectueze examinarea materialului de bază. Această examinare prealabilă apare din necesitatea localizării cu precizie a eventualelor defecte dacă aparţin materialului de bază utilizai sau îmbinării sudate în scopul remedierii lor. O altă problemă care apare este aceea că propagarea fascicolului ultrasonor va fi astfel încât impulsul să poată fi recepţionat după parcurgerea materialului de bază până la îmbinarea sudată. Totodată se va ţine seama de viteza de propagare a ultrasunetelor prin materialul de bază pentru ca evaluarea distanţelor din calcul să corespundă cu indicaţiile de pe ecranul tubului catodic. Calitatea materialului de bază poate fi examinată sub incidenţă normală sau înclinată. Traductorul se deplasează de o parte şi de alta a îmbinării sudate. Defecte în materialul de bază Defecte de suprafaţă - undele de suprafaţă emise în toate direcţiile pe suprafaţa materialului de bază pot întâlni suprafaţa laterală a materialului de bază reflectate (Fig. 2.1 ). În această situaţie traductorul poate lângă impulsurile de unde longitudinale sau transversale şi cele de suprafaţă, reflectate de eventualele defecte. Identificarea acestor defectele face prin deplasarea

28


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

29

traductorului stânga - dreapta; prin aceasta dispar de pe ecranul catodic impulsurile date de defectele de suprafaţă.

U n d e d e s u p ra fa tã D e fe c t d e s u p ra fa tã

U n d ã tra n s v e rs a lã

ED

EF

Figura2.1 Defecte interne – Zona cu defecte continui - (exfolieri. segregaţii) situate la adâncimi diferite în interiorul materialului de bază. La examinare cu traductor normal pe ecran apar mai multe ecouri ca fiind reflexii multiple de la defecte (Fig.2.2 ). La examinarea cu traductor unghiular nu poate fi explorată o porţiune din îmbinarea sudată .Traductorul se deplasează între limitele lmin şi lmax parcursul ultrasonor explorând numai porţiunea de la rădăcina îmbinării sudate. După cum se vede şi din Fig.2 din parcursul ultrasonor nu poate fi explorată porţiunea superioară a îmbinării sudate ceea ce duce la imposibilitatea detectării eventualelor defecte din aceasta porţiune.

29

UNIVERSITATEA ″OVIDIUS″ DIN CONSTANŢA FACULTATEA: I.M.I.M. SPECIALIZAREA: INGINERIA SUDĂRII D e v ie re a fa s c ic o lu lu i u ltra s o n o r d a to ritã d e fe c tu lu i

E x f o lie r e D ru m u l p e c a re a r fi tre n u it s ã îl f a c ã fa s c ic o lu l u ltra s o n o r

Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

30

D e fe c te c a r e n u p o t fi d e te c ta te

Z o n a d e su d u rã c a re n u p o a te fi e x a m in a tã

Figura 2.2

Defecte locale - ( incluziuni) .La examinarea cu traductor normal apar ecouri de fund ( de la materialul de bază ) dar şi ecouri de defect. (Fig.2.3).La examinarea cu traductor unghiular fascicolul ultrasonor este obturat din cauza defectelor făcând imposibilă detectarea defectelor din această zonă a îmbinării sudate . D e v ie re a fa s c ic o lu lu i u ltr a s o n o r d a to ritã d e fe c tu lu i

Z o n a d e su d u rã c a re n u p o a te fi e x a m in a tã

D e fe c te D ru m u l p e c a re a r fi tre n u it s ã îl fa c ã fa s c ic o lu l u ltra s o n o r

Figura 2.3 Grupuri de defecte locale - La examinarea cu traductor normal se obţine o denaturare a ecoului de fund dar se poate întâmpla şi o atenuare parţială a fascicolului ultrasonor (Fig. 2.4). La examinarea cu traductor unghiular fascicolul ultrasonor poate suferi o atenuare parţială sau chiar totală deoarece d2>d1 unde d1 reprezintă grosimea grupului de defecte locale.

30


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

31

d2 d1 Figura 2.4

2.1. CUPLAREA PRIN IMERSIE

Prin această cuplare piesa de examinat este introdusă parţial sau integral în lichid (amestec 80% apa şi 20% alcool etlic). Sistemul de imersie a piesei de ghidare, de poziţionare şi de protejare a traductorului sunt probleme dificile, metoda însă prezintă unele avantaje: •

Elimină spatiul de aer traductor-piesă;

•

Elimină apăsarea variabilă a trductorului pe piesă;

•

Poate lucra automat cu o mare viteză de examinare;

•

Reproductibilitate mare;

•

Eficienţă economică.

Cuplarea prin imersie poate fi utilizata la toate metodele de examinare: reflexie, transmisie si rezonantă. Înainte de a începe examinarea este necesar să se efectueze un instructaj al operatorului deoarece pe ecranul tubului catodic apar mai multe ecouri ca: cel reflectat de suprafaţa frontală a piesei EF1, de suprafaţa defectului ED şi de fund al piesei EF2. Trebuie să se ţină seama de faptul că parcursul ultrasonor prin apă este mult mai mare decât parcursul prin piesă.

31


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

32

În câmpuri acustice de amplitudine mare, variaţiile periodice de densitate din fascicole, cauzează modificări periodice semnificative in viteza de propagare a ultrasunetelor. Astfel, fronturile de undă comprimate se propagă mai repede prin mediu şi prind urmă fronturile de undă rarefiate producând o formă de undă in dinţi de ferăstrău. Distorsiunea în forma undei înseamnă că sunt prezente armonici superioare şi că energia a fost transferată din banda de frecvenţă fundamentală în aceste componente superioare. Efectul de neliniaritate nu poate fi evidenţiat cu sistemele standard de detecţie deoarece lăţimea de bandă este limitată recepţionând numai frecvenţa fundamentală iar dimensiunea traductorului este mare ducând la o mediere spaţială semnificativă a fascicolului ultrasonor. Analiza distorsiunii formei undei ultrasonore reale se poate realiza utilizând un receptor cu lăţime de bandă mare dar cu o arie activă mică. Aceste cerinţe sunt satisfăcute dacă se utilizează un hidrofon cu o membrană bilaminară de 0,5mm diametru, cu două straturi subţiri de 90μm grosime împreună cu un preamplificator adaptat la frecvenţa de răspuns a hidrofonului. Membrana hidrofonului este din poliviniliden-fluoridă (PVDF). Efectul de propagare neliniară este caracterizat de dependenţa faţă de amplitudine şi faţă de distanţa de propagare. Reducerea erorilor se poate realiza prin examinare in imersie la distanţe de propagare mici, cuprinse între 30÷50cm în apă. Examinarea în imersie prin metoda de ecou, de exemplu un sistem de C – scan, poate cauza erori de până la 22% pentru un traductor nefocalizat şi de până la 35% pentru un traductor focalizat.

2.2. ETALOANE DE REFERINŢĂ Utilizarea pe scară din ce în ce mai largă a controlului ultrasonic al metalelor a condus la necesitatea dezvoltării şi diversificării echipamentelor în acest domeniu, ajungându-se în prezent, pe plan mondial la o gamă de echipamente diverse atât din punct de vedere al caracteristicilor tehnice, cât şi ca forme şi dimensiuni. În funcţie de domeniile unde şi-au găsit aplicabilitate, aparatele de control ultrasonic au fost adaptate la condiţiile specifice, recurgându-se la adoptarea de soluţii şi amenajări tehnice care au facilitate atât realizarea unui control efficient cât şi condiţii mai uşoare de muncă.

32


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

33

Toată această gamă variată de echipamente de control nedistructiv cu ultrasunete are la bază o serie de elemente comune cum sunt: •

Aparatul generator, indicator propriu-zis;

•

Palpatoarele(diverse tipuri);

•

Mediul de cuplare;

•

Blocurile de etalonare şi referinţă;

•

Accesoriile specifice fiecărui produs examinat.

Fig.2.5 Schema de principiu a unui aparat ultrasonic: 1-generator de impulsuri; 2emiţător; 3-palpator; 4-piesă examinată; 5-receptor şi amplificator; 6-osciloscop catodic; 7-bază de timp; 8-imaginea piesei examinate, oscilogramă. Generatorul emite impulsuri electrice care ajungând la palpator sunt transformate în unde ultrasonore. Acestea sunt transmise mai departe printr-un cuplant(vaselină, glicerină, miere, etc.) care se gaseşte între piesă şi palpator (traductor). Rolul cuplantului este acela de a elimina aerul dintre traductor şi piesă, adică de a împiedica reflexia ultrasunetului la suprafaţa piesei şi de a permite propagarea undei prin piesă. Ultrasunetele se propagă prin piesă si se vor reflecta de marginea inferioară a acesteia sau de orice discontinuitate ce se găseşte în piesă. Vor ajunge din

33


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

34

nou la traductor(palpator) unde sunt transformate în impulsuri electrice, rezultatul trecerii acestora prin piesă fiind vizualizat pe ecranul osciloscopului sub forma unor ecouri. Obtinerea unor rezultate bune în activitatea de control tehnic cu ultrasunete este strict legată de reglarea şi verificarea aparaturii folosite în acest scop. Înainte de efectuarea oricărei examinări cu ultrasunete este necesar a verifica atât buna funcţionare a aparaturii ce urmează a se folosi, cât şi daca aceasta corespunde domeniului ales şi preciziei de măsurare cerute. La acest lucru se adauga alte considerente teoretice cum ar fi: •

Stabilirea unei sensibilităţi a aparatului la o valoare bine precizată, care să rămână

constantă pe toată perioada verificării; trebuie menţionat faptul că în prima oră de funcţionare sensibilitatea echipamentului electronic are variaţii datorită încălzirii, ca ulterior să se stabilizeze la o valoare sensibil constantă, valoare care mai ales la aparatele cu tuburi electronice de construcţie mai veche se va verifica periodic; •

Obţinerea de rezultate identice la verificări repetate;

•

Efectuarea unui examen cu ultrasunete în condiţii identice, dar folosind aparate de

fabricaţie diferită. Aplicarea pe scară tot mai largă a controlului cu ultrasunete la piese cu geometrii diferite a condus la utilizarea unor echipamente complexe cu numeroase accesorii, lucru ce a obligat asocierea la orice verificare a unor: A.) Blocuri(etaloane) pentru calibrare, reglare şi verificare a defectoscopului ultrasonic, palpatoarelor şi instalaţiei de control în ansamblu; Blocurile pentru calibrare sunt reglementate de la ţară la ţară prin standarde naţionale sau recomandate de comitete şi organizaţii împuternicite în acest sens. În Romania acest lucru este reglementat prin STAS 7802-79 “Blocuri de calibrare din oţel pentru verificarea şi reglarea defectoscoapelor”. B.) Blocuri(etaloane) de referinţă pentru aprecierea măsurării defectelor. Blocurile de referinţă sunt în număr foarte mare, au un domeniu restrâns de utilizare, cuprinse de regulă în norme interne şi servesc la: aprecierea mărimii defectelor pentru un anumit produs, verificarea anumitor parametrii de lucru ai aparatelor etc. Etaloanele sunt din punct de vedere practic dificil de realizat deoarece materialul din care se confecţionează trebuie să îndeplinească anumite cerinţe ca:  Materialul din oţel(OL) să fie de cea mai bună calitate;  Atenuarea ultrasonoră să fie foarte mică;

34


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

35

 Să nu conţină defecte structurale;  Dimensiunile să fie conform standardului, cu eroare de ± 0,01mm;  Suprafeţele de examinare să fie plane şi bine şlefuite;  Abaterea de la perpendicularitate ale suprafeţelor laterale faţă de cele de examinare să nu depăşească ±5º;  Metalografic, să existe o distribuţie omogenă a grăunţilor;  Mărimea unui grăunte să aibă cel puţin punctajul 8 după STAS 5490-71;  Rugozitatea suprafeţelor de examinare trebuie să fie 0.8;  Valoarea în grade a unghiurilor executate să fie egală cu inscripţia corespunzătoare de pe material şi pe poziţia respectivă.

Blocuri(etaloane) pentru calibrare Standardele amintite anterior stabilesc condiţiile tehnice referitoare la material, dimensiuni, formă şi utilizare a patru blocuri de calibrare marcate A1, A2, A3, A4 care servesc la verificarea, reglarea şi calibrarea instalaţiilor de control cu unde longitudinale şi transversale prin metoda cu impuls reflectat. I.) Blocul de calibrare A1 este confecţionat din otel carbon Calmat St. 52.3. Oţelul din care se execută trebuie sa fie elaborate în cuptor Siemens-Martin sau electric şi să aibe o granulaţie uniformă. Transparenţa ultrasonică a materialului nu trebuie să prezinte variaţii locale mai mari de ±1dB, viteza de propagare a ultrasunetului fiin de 5920±20m/s. Pentru alte materiale se va lua în considerare viteza cu care se propagă ultrasunetele în materialele respective. Blocul de calibrare este format dintr-o piesă de oţel şi un cilindru din polimetacrilat de metal (plexiglas) având forma şi dimensiunile din figura 1. Grosimea cilindrului din polimetacrilat de metal va fi egală cu 23mm, astfel încât timpul de propagare total(dus-întors) a unui impuls de unde longitudinale după direcţia axului cilindrului să fie corespunzător parcurgerii unei grosimi de 50mm de oţel. Cilindrul de plexiglas trebuie acoperit pe suprafaţa de palpare cu un strat conductor de argint, pentru calibrarea cu palpatoare cu contact direct a traductorului electroacustic pe suprafaţa de examinare.

35


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

36

Fig.2.6. Blocul de calibrare A1 Cu ajutorul blocului de calibrare A1 se efectuează următoarele operaţiuni: •

Calibrarea scărilor fixes au detaşabile de măsurare a distanţelor;

•

Corecţia punctului zero;

•

Verificarea liniarităţii scării de masurare a distanţelor (baza de timp) şi amplificării;

•

Calibrarea scării de măsurare a distanţelor în “distanţe proiectate” şi “distanţe reduse”;

•

Verificarea şi reproducerea sensibilităţii aparaturii şi sensibilităţii de detectare;

•

Verificarea zonei moarte;

•

Verificarea puterii separatoare în adâncime;

•

Verificarea şi determinarea punctului de incidenţă al palpatoarelor înclinate;

36


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

37

•

Verificarea şi determinarea unghiului de pătrundere al palpatoarelor înclinate;

•

Ridicarea caracteristicilor de directivitate în plan orizontal şi vertical pentru palpatoarele înclinate;

•

Verificarea unor diferenţe structurale între materialul din care este confecţionat blocul A1 şi alte tipuri de oţel. II.) Blocul de calibrare A2 este confecţionat la fel ca şi A1 din oţel carbon St.52.3, forma şi

dimensiunile sale fiin prezentate în figura 2.7.. Acest bloc de calibrare s-a impus în practica curenta odată cu utilizarea pe scară din ce în ce mai largă a palpatoarelor miniaturale(dimensiunea maximă a cristalului piezoelectric este de 13mm) înclinate, folosite în controlul îmbinărilor sudate.

Fig.2.7. Blocul de calibrare A2 Cu ajutorul blocului de calibrare A2 se efectuează următoarele operaţiuni: •

Calibrarea scărilor fixes au detaşabile de masurare a distanţelor;

•


•

Verificarea liniarităţii bazei de timp şi amplificării;

•

Calibrarea scării de măsurare a distantelor în “distante proiectate” şi “distanţe reduse”;

•

Verificarea şi reproducerea sensibilităţii aparaturii şi sensibilităţii de detectare;

•

Determinarea sau verificarea punctului de incidenţă al palpatorului;

•

Determinarea sau verificarea unghiului de pătrundere al palpatorului;

•

Compararea unor diferenţe structurale între materialul blocului A2 şi alte tipuri de oţeluri.

37


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

38

III.) Blocul de calibrare A3 Blocul de calibrare A3 este confectionat ca şi blocurile anterioare din oţel carbon St 52.3 şi constă dintr-o piesă din oţel în trepte de la 1 la 8 de forma şi dimensiuni prezentate în figura 5.8. La treapta 7 este aplicată o crestătură pentru dublarea domeniului de măsură precum şi pentru controlul sensibilităţii şi verificarea separării emisiei de recepţie, în cazul palpatoarelor cu dublu cristal.

Fig.2.8. Blocul de calibrare A3 Blocul de calibrare se foloseşte la palpatoarele normale duble emisie-recepţie de unde longitudinale miniaturale (diametrul exterior al suprafeţei de contact egal sau mai mic de 15mm) precum şi cu unele tipuri de palpatoare normale cu simplu cristal piezoelectric de dimensiuni sub 5mm şi frecvenţa ridicată, de regulă peste 6 MHz, care au zona moartă sub 4mm. Cu aceste blocuri de calibrare se pot efectua următoarele operaţii: •

Calibrarea scării de măsurare a distanţelor în domeniile de 5, 10, 15 şi 20mm;

•


•

Verificarea liniarităţii bazei de timp;

•

Reglarea şi producerea sensibilităţii;

•

Determinarea zonei moarte;

•

Verificarea separării fasciculului de emisie de ramura de recepţie a palpatorului cu dublu cristal piezolelectric.

38


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

39

IV.) Blocul de calibrare A4 Este confecţionat din oţel carbon, în trepte semicilindrice, având forma şi dimensiunile din figura 2.9

Fig.2.9. Blocul de calibrare A4

39


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

40

Blocul de calibrare foloseşte la determinarea puterii separatoare în adâncime, a ansamblului format din defectoscop ultrasonic şi palpator monocristal, care poate fi atât pentru unde longitudinale cât şi transversale.

Blocuri(etaloane) de referinţă

Grosimea materialului de bază supus examinării S≤25 25250

Grosimea blocului de referinţă 20 sau S 38 sau S 75 sau S 127 sau S 178 sau S 228 sau S S

Diametrul

Mărimea

defectelor

canalului

2.4 3.2 4.8 6.3 8 9.5 9.5+e

Lăţimea: 3-6mm Adâncimea: 2%S Lungimea: min. 50mm

40


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

41

După verificarea, reglarea şi etalonarea aparaturii se va stabili sensibilitatea de lucru cu ajutorul blocurilor de referinţă care sunt confecţionate din materiale cu coeficientul de atenuare al ultrasunetelor apropiat de cel al materialului din care sunt confecţionate elementele care urmează a fi examinate. Examinarea îmbinărilor sudate cap la cap, prin topire, realizate cu material de adaos, la elementele plane sau cu raza de curbură peste 250mm ale instalaţiilor mecanice sub presiune şi instalaţiilor de ridicat, cu grosimi mai mari de 6mm, construite din oţeluri carbon sau aliaje se face prin intermediul blocurilor de referinţă cum este cel din figura de mai jos.

Fig.2.10. Bloc de referinţă

41


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

42

Toleranţe de execuţie la:  Diametrul găurilor +0.8mm;  Adâncimea canalelor +10%, -20%;  Poziţia centrului găurii în grosime (cotele S/4, S/2, 3S/4) faţă de suprafaţa blocului ±3mm.

2.3. PROCEDEE DE EXAMINARE A ÎMBINĂRII SUDATE In funcţie de modalitatea de introducere a fascicolului ultrasonor în îmbinarea sudată există trei procedee şi anume : a)

procedeul de examinare sub incidenţă normală.

b) procedeul de examinare sub incidenţă înclinată. c)

Procedeul de examinare în sistem tandem. Aceste procedee de examinare se pot aplică individual sau în diferite combinaţii, funcţie de

geometria îmbinării sudate conform clasei de examinare prescrise. a). Procedeul de examinare sub incidenţă normală. înainte de a aşeza traductorul pe îmbinarea sudată este absolut necesar să se efectueze polizarea şi şlefuirea îngroşării şi a proeminenţelor rădăcinii sudurii. Aceste operaţii premergătoare ajută la o amplasare mai rapidă şi eficientă a traductorului pe îmbinarea sudată ,1a micşorarea frecării dintre traductor şi îmbinarea sudată şi la eliminarea unor ecouri parazite de la diferite proeminenţe La utilizarea traductorului normal, poziţiile optime pentru obţinerea unor informaţii utile sunt: pe îmbinarea sudată , la o extremitate a îmbinării sau prin materialul de bază. Traductoarele normale utilizate vor avea diametrul mai mic decât grosimea elementului cu margini prelucrate şi o frecvenţă egală sau mai mare de 4MHz. b). Procedeul de examinare sub incidenţă înclinată. Pentru ca întreaga îmbinare sudată să fie explorată de către fascicolul ultrasonor se deplasează traductorul unghiular paralel cu îmbinarea sudată printr-o mişcare de du-te-vino sau în zig-zag având ca limite lmim şi lmax unde lmin -este distanţa de la axa îmbinării sudate la poziţia traductorului pentru care fascicolul ultrasonor atinge rădăcina sudurii iar l max - este distanţa pe materialul de bază de la axa îmbinării sudate la poziţia traductorului care fascicolul ultrasonor atinge zona superioară a îmbinării sudate (supraînălţarea) (Fig.2.11 ). Cunoscând grosimea materialului de bază "d" şi unghiul de incidenţă al

42


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

43

traductorului a rezultă că l min = d tgα iar l max = 2d tgα. Pasul de examinare care trebuie să fie mereu mai mic decât lăţimea traductorului pentru a permite cercetarea întregii lungimi a îmbinării sudate (t<Φ) . Este de menţionat faptul că cu cât materialul de bază este mai subţire cu atât fascicolul ultrasonor trebuie să aibă un unghi de incidenţă cât mai mare. Simultan cu cele două mişcări ale traductorului acesta mai are şi o mişcare de rotaţie cu un unghi de 10° - 15° faţă de axa îmbinării sudate .Traductoarele utilizate vor avea frecvente în domeniul 2 MHz şi 5 MHz cu unghiuri de incidenţă cuprinse între 35° şi 80° . Se recomandă pentru grosimi mici de 6 mm şi 15 mm frecvenţa de 2-2,25 MHz iar pentru grosimi de pănă la 48mm frecvenţa de 4-5 MHz. Unghiul de pătrundere al fascicolului ultrasonor în îmbinarea sudată este funcţie de geometria îmbinării sudate, accesibilitatea si grosimea feţelor grosimea elementului aferent examinării.

b t

l m in lm ax Figura 2.11 c).Procedeul de examinare în sistem tandem. Sistemul utilizează doi traductori cu caracteristici identice( frecvenţă, dimensiune unghi de incidenţă )legaţi între ei la o distanţă fixă. Metoda asigură o detectare, localizare şi evaluare precisă a defectelor. Se lucrează prin transmisie ; unul emite şi celălalt recepţionează sau invers. Distanţa dintre traductori trebuie să fie corelată cu adâncimea examinată . Vizualizarea defectelor are loc în poziţia care corespunde parcursului ultrasonor maxim obţinut cu o reflexie intermediară a fascicolului pe faţa opusă a materialului examinat. în funcţie de geometria sudurii şi a zonei de acces , examinarea se face cu unde longitudinale sau /şi cu unde transversale .Metoda este folosită pentru detectarea defectelor

43


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

44

orientate perpendicular la suprafaţa piesei de examinat şi la o mare profunzime în material. Metoda poate fi utilizată: - cu traductori situaţi de o parte şi de alta a îmbinării sudate (Fig.2.12a); - cu traductori situaţi de aceeaşi parte a îmbinării sudate (Fig.2.12b).

E

R

a R

E

E

R

b Figura 2.12

2.4. DETERMINAREA MĂRIMII DEFECTULUI

Sensibilitate în cazul stabilirii mărimii defectului depinde de: -

precizia de reglare a aparatului;

-

caracteristicile traductorului;

44


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

-

condiţiile de cuplare dintre traductor şi piesa de examinat

-

mărimea, natura, forma şi orientarea faţă de fascicolul ultrasonor;

-

distanţa traductor-defect;

-

proprietăţile materialului supus examinării.

45

La aprecierea gravităţii unui defect pe lângă înălţimea ecoului un rol însemnat îl mai are forma şi poziţia acestuia. De obicei la evaluarea mărimii defectului se utilizează metoda comparaţiei cu ecourile provenite de la defecte artificiale practicate în ecou. În figura 2.13 se consideră o îmbinare sudată cu un defect de formă. Se utilizează un traductor unghiular iar pe ecranul catodic se va afişa o scală pe plexiglas. Paşii de urmărit sunt următorii: -

se reglează ecoul de la înălţimea de 4/5 din centrul ecranului catodic;

-

se deplasează traductorul spre stânga până când ecoul de la defect scade la 50%;

-

se marchează pe ecran acest vârf al amplitudinii, punctul A;

-

se deplasează traductorul în sens invers, spre dreapta, până când amplitudinea ecoului scade de la defect la 50%;

-

se marchează pe ecran acest vârf al amplitudinii, punctul B. Astfel prin distanţa AB se determină lungimea defectului. Pentru o delimitare a defectului

după grosime se procedează identic dar deplasând traductorul paralel cu axa îmbinării sudate obţinându-se punctele C şi D şi apoi distanţa CD. l t D A

B C

d

Figura 2.13

45


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

46

2.5. INFLUENŢA FACTORULUI UMAN ASUPRA EXAMINĂRII ÎMBINĂRILOR SUDATE

Examinarea ultrasonoră manuală a îmbinărilor sudate este larg folosită în multe aplicaţii industriale , mai ales în cazurile în care lungimea îmbinării sudate este mai mică de 1 m. Examinarea ultrasonoră manuală convenţională prezintă următoarele dezavantaje importante: - rezultatele examinării sunt în mod esenţial dependente de tehnica actuală a operatorului în timpul examinării, observarea de către acesta a indicaţiilor şi interpretarea lor; - imaginile A-scan ale ecourilor defectelor nu sunt clare personalului care sudează sau utilizatorilor produselor sudate. Din cauza acestor dezavantaje dorim să prezentăm câteva idei asupra neîncrederii umane în examinarea ultrasonoră manuală şi de a sugera metode şi căi de a reduce influenţa acestora asupra rezultatelor examinării. Este uşor de înţeles că toate cele trei etape ale examinării ultrasonore manuale şi anume calibrarea echipamentului .detectarea defectelor şi raportarea datelor sunt influenţate de factorii umani şi putem spune că există două căi generale de a reduce această influenţă", eliminarea pe cât posibil a greşelilor operatorului şi indicarea lor acestuia în timpul examinării cât şi în raportul de examinare şi uşurarea procedeelor de examinare folosind tehnici adiţionale care ajută operatorii să efectueze examinarea cât mai corect. Factorul cel mai semnificativ al variaţiei calibrării este modificarea amplificării , care de obicei este de 2-3 dB dar pot atinge şi valori de 13 dB înregistrate din cauza oboselii crescânde a

46


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

47

operatorului şi a condiţiilor grele ale mediului. In aparatele moderne cu ultrasunete aceste modificări ale amplitudinii sunt uşor de detectat, reduc posibilitatea greşelilor de calibrare prin memorarea unui mare număr de fişiere de calibrare . In plus, modificarea amplificării printr-o greşeală a curbei DAC poate reduce încrederea în rezultatele examinării. De regulă, o curbă DAC este calibrată prin înregistrarea ecourilor de la reflectori de referinţă convenţionali folosind distanţe diferite între traductor şi reflector. Este nevoie de mult timp şi de multă concentrare din partea operatorului pentru a obţine o calibrare DAC corecta fiind posibile modificări ale amplificării de până la 12 dB. In scopul uşurării calibrării curbei DAC şi pentru a minimiza posibilitatea greşelilor operatorilor s-a propus un Adaptor de Calibrare DAC. Acesta dă naştere la un impuls RF care imită un ecou de amplitudine mică dar fixă cu o întârziere variabilă faţă de impulsul iniţial. Utilizarea acestui adaptor este

condiţionată de

cunoaşterea precisă a reflectorilor de referinţă şi a coordonatelor acestora prin blocurile de referinţă. Cu aceste date, curba DAC se obţine astfel: Se consideră trei reflectori de amplitudini A1 ,A2, A3 având coordonate di, d2, d3 . Relaţia dintre amplitudinile ecourilor este : A1/A2 = 6dB, A1/A3 = 11dB, A2/A3 = 5 dB iar dintre coordonate : d1 = 7mm , d2 = 38 mm, d3 = 75 mm . Mersul calibrării este: - se conectează Adaptorul DAC la aparatul ultrasonor respectiv şi se reglează Delay la 7mm. Amplitudinea se reglează la 100% din înălţimea ecranului tubului catodic , se marchează acest vârf pe ecran. - se modifică Delay la 75mm, apoi se reduce amplificarea la 11 dB, se notează acest punct; - se modifică Delay la 38 mm , se măreşte amplificarea cu 5 dB şi se marchează acest punct. Unirea celor trei puncte dă naştere la curba DAC. Există trei factori umani care definesc neîncrederea în detectare: - eşuarea în urmărirea parcursului de mişcare predefmit al traductorului peste piesa examinată, variaţii în cuplajul acustic ;

,

- neatenţie la ecourile recepţionate. În scopul evaluării acestor factori s-a efectuat un experiment pe 15 suduri ,fiecare având 500 mm lungime, 40 mm grosime conţinând porozităţi şi incluziuni de zgură . Testul s-a aplicat la un număr de 18 operatori , de nivel doi , având acelaşi echipament cu ultrasunete. Rezultatul

47


Pag.

PROIECT DE DIPLOMĂ

48

testului arată o mărire relativă a factorilor de neîncredere în detectare, mai ales în cazurile "fără defecte" . O primă informaţie arată în mod complet tehnica de examinare a operatorului şi greşelile acestuia arătând parcursul traductorului şi cuplajul acustic . O îmbunătăţire a informaţiilor obţinute se poate realiza prin : monitorizarea coordonatelor traductorului pe proba examinată , monitorizarea cuplajului acustic şi procesarea datelor ultrasonore cu memorarea imaginii. In ceea ce priveşte gradul de cuplare acustică asupra neîncrederii în detectare testul a arătat influenţa a doi factori şi anume : pătratul suprafeţei dintre traductor şi piesă sub care se găseşte cuplantul şi grosimea stratului de cuplant. Variaţia grosimii cuplantuiui este inevitabila la examinarea manuala. Iar influenţa acestuia este în mod eficient determinată de impedanţa acustică a talpei traductorului şi a cuplantuiui. Pentru a minimiza efectul grosimii cuplantuiui , impedanţa acustică a acestuia trebuie să fie cât mai aproape posibil de impedanţa acustică a taplei traductorului. Influenţa factorului uman aupra examinării cu ultrasunete se poate finaliza astfel: - cel mai eficient mod de a creşte încrederea în examinarea ultrasonoră manuală îl reprezintă obţinerea imaginii on-line şi documentarea automată a datelor; - tehnica de examinare este complet determinată prin raportarea datelor de calibrare şi obţinerea imaginii parcursului traductorului cuplat acustic cu piesa; - pentru eliminarea greşelilor umane din procedurile de examinare (calibrare, detectarea defectelor, măsurători adiţionale) aparatele cu ultrasunete trebuie echipate cu aceste facilităţi adiţionale fără însă a afecta procedurile normale folosite de către operator.

48

II - Examinarea Cu Ultrasunete a Imbinarilor Sudate

Recommend Documents