Ultrazvucno zavarivanje

VISOKA TEHNIČKA SKOLA SADRŽAJ:

1. Uvod......................................... Uvod................................................................................................................................. ........................................................................................ 2 2. Vrste ultrazvučnih talasa.................................................................................................. talasa.................................................................................................. 3

metala......................................................................... 4 3. Princip ultrazvučnog zavarivanja metala............... 4. Ultrazvučno zavarivanje plastike………....................... plastike………......................................................................... ...................................................... 13 5. Ispitivanje sa A - slikom.........…………................................................................................ 14 6. Ispitivanje sa A, B i C - slikom……………….......................................................................... 15 7. Ilustracija ispitivanja zavarenog zavarenog spoja............................................................................. spoja............................................................................. 16 8. Ispitivanje specijalnih materijala..................................................................................... materijala..................................................................................... 20 9. Sistemi za C - sliku............................................................................................................ 21 10. Faktori koji utuču na projektovanje .................................................................... ................................................................................. ............. 25 11. Prenos digitalnih podataka................................................................................ podataka.............................................................................................. .............. 26 12. Spajanje primenom vakuuma......................................................................................... vakuuma........................................................................................... 26 13. Zaključak.......................................................................................................................... 27 14. Literatura....................................……………....……………....……………....………….…................. 28

1

VISOKA TEHNIČKA SKOLA 1. UVOD

Postojede ultrazvučne metoe zasnivaju se na analizi amplitue primljenog ultrazvučnog signala (A- slika). To se koristi pri običnom ultrazvičnom ispitivanju (UT) feritnih čelika, ali kaa je struktura materijala gruba, ova metoda daje samo kvalitativnu ocenu i ponekad nepouzdane

rezultate. Pri ručnom UT, koje je obično zamorno, potrebno je praviti beleške i analize, a zatim izveštaj o okazima. A ko treba ponoviti ispitivanje, moraju se uspostaviti isti uslovi za ispit na oprema, a naročito usavršeni ispitivanje. Pomod u rešavanju ovih teškoda pruža igitalna ispitna sistemi sa B-slikom i C- slikom, integriseni sa ogovarajudim skenerom, ručno ili automatski. Pri ručnom ispitivanju sa A-slikom, operater treba a zabeleži položaj sone i vrenost ebljine. On takođe treba a prati akustički kontakt između sone i površine materijala. Pomodu igitalne ispitne opreme mogu da se odrede minimalna i maksimalna vrenost ebljine i sačuvaju u njenoj memoriji. Kaa se koristi uređaj sa C -slikom, uređaj izvrši mapiranje, koje pokaže uzvišenja u onosu na ivice ravnog profila naspramne strane materijala, kao što je unutrašnjost rezervoara. Kritične oblasti se ističu automatski, umesto slučajnog uzivanja vrenosti na nezavisnim mernim mestima. Softver za primenu kod UT objedinjava mnogo vrsta algoritama za analizu izlaz/ulaz (I/O)

interfejs. Softver za ovu primenu može a se poeli na i tehnika prikazivanja a bi bio softver za interfejs. tri osnovna dela: za uzimanje podataka/kontrolu, analizu i prikaz.

Jean o najvažnijih trenova u ispitivanju bez razaranja (NDT), a naročito UT, je potpuna automatizacija ispitivanja. Ona ne podrazumeva samo automatizaciju sakupljanja

poataka i prikazivanja, ved i automatizaciju ocene prolazi/ne prolazi za svaki pojeinačan objekt UT. Zadavanje kriterijuma za prihvatanje/odbacivanje za A, B i C- sliku povedava statističku tačnost i u velikoj meri isključuje subjektivnost koja je obično prisutna ko NDT. Meto koji se može koristiti za C-sliku je analiza mrlja. Ova analiza omogudava a se analiziraju objekti na C-slici i izvrši njihova klasifikacija prema veličini, položaju i broju. Za kreiranje C- slike se koristi LabVIEW firme National Instruments. To je modno okruženje za razvoj grafike, za prikupljanje signala, analizu merenja i prikazivanje poataka.

2

VISOKA TEHNIČKA SKOLA 2. VRSTE ULTRAZVUČNIH TALASA

Ultrazvuk nalazi znatnu primenu u tehnici, a i šire, kao npr. u meicini. Jena o tih

primena je primena za varenje, pokazalo se kako metala tako i plastike. U cilju ultrazvučnog varenja materijala, energija potrebna za spajanje potiče o mehaničkih vibracija, tzv. ultrazvučnog talasa. Usle postojanja talasa s pravom se govori o ultrazvučnom polju. 6 Ultrazvuk, uopšte, čine elastične vibracije čija je фrekvencija u rasponu o 20 kHz o 10 kHz Frekvencije ispo 20 kHz čine inфrazvuk, ok pri фrekvencijama vedim o 1 GHz postoji tzv. hiperzvuk.

Delovi koji se treba a se vare lagano se pritiskaju alatom (ultrazvučnom sonom - koja se još naziva i koncentrator), koji se u toku varenja krede použno. Delovi koji se vare ostaju statični. Istovremeno elovanje statičkih sila i inamičkih, usle vibracija ultrazvuka, izazivaju lokalno stapanje na kontaktnim površinama, bez korišdenja oatnog materijala. Ovaj postupak se koristi u inustriji za varenje kako metala tako i plastike, ali je mogude i varenje (ubačenog) metala sa plastikom . Dobar primer za to je varenje tanke фolije za pologu velike ebljine. Sve to je teško, najčešde i nemogude, ostvariti nekom rugom metoom varenja.

a)

b)

Slika 1. Perioične oscilacije atoma: a) použni talas; b) poprečni talas; talasna užina talasa (  )

Použni talas, slučaj sa sl. 1 a), se prostire kroz sva agregatna stanja; poprečni talas, sa sl. 1 b), se javlja samo u čvrstim telima. Za varenje metala o važnosti je površinski talas ultrazvučnog polja.

3

VISOKA TEHNIČKA SKOLA 3. PRINCIP ULTRAZVUČNOG ZAVARIVANJA METALA

Za ultraz vučno zavarivanje metala, mehaničke (ultrazvučne) vibracije se ovoe

horizontalno. Metalni elovi koji se vare, posebno se ne zagrevaju o tačke topljenja. Razvijena temperatura pri ultrazvučnom varenju je aleko ispod temperature topljenja spajanog materijala. Skica ultrazvučnog varenja je prikazana na sl. 2.

Slika 2. Princip ultrazvučnog varenja metala 1-ultrazvučna sona (koncentrator); 2,3-delovi koji se vare; 4-postolje i 5-zona spajanja.

Rai ultrazvučnog varenja, rani komai se stavljaju između фiksiranih elova mašine, tj. postolja i ultrazvučne sone (tzv. koncentratotra), koja tokom procesa varenja oscilira visokom фrekvencijom, obično o 20 o 35, eventualno o 40 kHz. Ova фrekvencija je izna čujnosti čovekovog sluha (ili uva). Sa aspekta utroška energije, ova фrekvencija se pokazala kao najekonomičnija. Tokom ultrazvučnog varenja nastaju kompleksni procesi, koji uključuju oscilacione sile (koje eluju u smicajnoj ravni) i statičke sile (koja ne ostiže velike vrenosti), a kao posleica tih ejstava javlja se blago lokalno zagrevanje komaa u zoni varenja. Veličina ovih фaktora oređena je ebljinom ranih komaa, strukturom površine i njihovim фizičko -hemijskim osobinama. Detaljnija šema pojava koje se ovijaju tokom ultrazvučnog varenja prikazana je na sl. 3.

Mehaničke vibracije su neophone rai pokretanja jenog komaa preko rugog, a onji eo je stacionaran, sl. 3a). Ultrazvučne vibraciione sile stvaraju tangencijalne sile, koje su vrlo zaslužne za nastanak vara u ovoj tehnologiji spajanja. Eventualno prisutni oksidi se "razbijaju" pod

ejstvom ultrazvuka, sl. 3 b). Dalje, atomi "iфunuju iz jenog u rugi eo, sl. 3 v), nakon čega je mogude uspostavljanje prave metalurške veze između spajanih metala, sl. 3 g). Simultano elovanje statičkih i inamičkih sila izazivaju spajanje elova bez upotrebe bilo kakvog oatnog materijala. Primena malih sila pritisaka (10 o 250 aN) po površini ultrazvučno zavarenih elova stvara, praktično, neznatna uubljenja, koja po pravilu ne prelaze 4

VISOKA TEHNIČKA SKOLA 5-10 % o početne ebljine. Ovaj mehanizam ultrazvučnog varenja se koristi i u inustrijskim uslovima za varenje kako metala tako i plastike.

a)

b)

v)

g) Slika 3. Mehanizmi pri ultrazvučnom varenju

a) elovanje mehaničkih vibracija; b) razbijanje oksinog фilma; v) iфuzija atoma iz oba varena ela i g) stvaranje potpune metalurške veze između varenih metala Dif uzija atoma u ovom postupku varenja može a bue značajna: ako se zavare tanki limovi bakra i aluminijuma, posle relativno kratkog vremena na površini aluminijuma (suprotnoj o mesta vara) de biti atoma bakra, takođe i na površini bakra (suprotnoj o mesta vara) bide prisutni atomi aluminijuma. To se ešava u elidu sekune. Ultrazvučne vibracije u svemu tome imaju olučujudu ulogu. 5

VISOKA TEHNIČKA SKOLA

Prema obliku energije i izvoru toplote za zavarivanje, ultrazvučno zavarivanje spaa u mehaničke tehnike zavarivanja, ge još spaaju i frikciono zavarivanje, zavarivanje eksplozijom... Prema potrebnoj temperaturi spada u zavarivanje pritiskom na niskim

temperaturama. Na slici 3.1 prikazan je ijagram temperatura različitih tipova zavarivanja.

EZ – Eksplozivno zavarivanje

TL – Tvrdo lemljenje

EL – Elektro-lučno zavarivanje

UZ – Ultrazvučno zavarivanje

EOZ – Elektro-otporno zav.

LZ – Lasersko zavarivanje

DZ – Difuziono zavarivanje

FZ – Frikciono zavarivanje

EMZ – Elektronski mlaz

KZ – Kovačko zavarivanje

IZ – Indukciono zavarivanje

Slika 4. Dijagram temperatura različitih tipova zavarivanja

Ultrazvučna energija nastaje pretvaranjem visokofrekventne električne energije u visokofrekventnu mehaničku energiju. Ovim postupkom se dobro zavaruju uglavnom obojeni metali i nemetali (bakar, aluminiju, titan, staklo, plastične mase...), a loše na primer alatni čelici.

Sistem za ultrazvučno zavarivanje se uglavnom sastoji iz ve osnovne komponente. Prvi je izvor napajanja, koji pretvara električni struju o 60 Hz u električnu energiju visoke frekvencije (uglavnom 20000 Hz). Ova jeinica takođe može a sarži i kontrole procesa zavarivanja. Primer jedne takve jedinice prikazan je na slici 5.

6


Slika 5. Upravljačka jeinica firme „Sonics & Materials“

Drugi eo sarži elemente koji ostvaruju konverziju električne energije u mehaničko kretanje i primenjuju ga na rani eo u pravilnom obliku. Pretvarač sarži pogon i piezoelektrični element koji obezbeđuje mehaničku energiju za vibraciju. Pojačivač vibrac ija je povezan sa pretvaračem i on povedava, smanjuje, ili samo prenosi vibracionu amplituu o pretvarača o sonotroe. Obično se koriste pojačivači koji su u opsegu o 0.5 o 2.5 o izlazne amplitue pretvarača. Na slici 6 je prikazana jedna takva jedinica.

Slika 6. Uređaj za ultrazvučno zavarivanje

Šematski prikaz uređaja za ultrazvučno zavarivanje je prikazan na slici 7.

7

VISOKA TEHNIČKA SKOLA Izlazna frekvencija (20000 Hz)

Pretvarač Izlaz mehaničke vibracione Pojačivač

energije (20000 Hz) Ulaz električne energije (50 do 60 Hz)

Sonotroda

Slika 7. Šematski prikaz uređaja za ultrazvučno zavarivanje

Slika 8. Šematski va osnovna tipa uređaja za ultrazvučno zavarivanje

8


Slika 9. Proces ultrazvučnog zavarivanja

9


Slika 10. Pretvarač

Slika 11. Pojačavač

10


Slika 12. Sonotroda

11


Slika 13. Šematska prikaz

Slika 14. Izgled sklopa

12

VISOKA TEHNIČKA SKOLA 4. ULTRAZVUČNO ZAVARIVANJE PLASTIKE

Ultrazvučno varenje plastike je ved goinama u upotrebi. Vibracije za varenje plastike se dovode vertikalno, za razliku o ultrazvučnog varenja metala i to je princi -pijelna razlika između ultrazvučnog varenja metala i plastike, vidljivo sa sl. 15.

Slika 15. Razlikovanje procesa ultrazvučnog varenja plastike (a) i metala (b) 1-postolje; 2- spajani delovi; 3-koncentrator i 4-ultrazvučne oscilacije

Homogeni varovi se obijaju ko različitih vrsti plastike, koje imaju bliske temperature topljenja. Da ne bi ošlo o zabune, u postupku ultrazvučnog varenja plastike ne olazi o njihovog stapanja. Osim varenja plastike mogude je ultrazvučno zavariti i metalne elove u plastici.

13

VISOKA TEHNIČKA SKOLA 5. ISPITIVANJE SA A - SLIKOM

Impulsi na A-slici pri merenjima udaljenosti ili debljine se prikazuju na ekranu defektoskopa sa horizontalnom osom za prikaz rastojanja i vertikalnom osom za prikaz amplitude signala. Kako se koristi sonda za talase sabijanja i ugao 0°, horizontalna osa je

ekvivalentna ubini merenoj o ispitne površine. Kada je sonda posta vljena na površini komponente, dolazi do odbijanja talasa sa udaljenosti koja odgovara debljini komponente u toj

tački. Korišdenje prikaza sa A -slikom omogudava operateru a lako razlikuje signale koji potiču o grešaka u ploči i uobičajeni oziv o naspramne površine. Pradenjem inamike eha na A -slici moguda je karakterizacija inikacija otkrivanja prisustva piting korozije. Ona se koristi i za ispitivanje osnovnog metala na uključke i laminarne greške na posuama po pritiskom, cevovodima, rezervoarima i brodovima.

Ugaone sone za poprečne talase se obično koriste za ručno ultrazvučno ispitivanje zavarenih spojeva feritnih čelika, je jeino one omogudavaju a se ultrazvuk usmeri u zavareni spoj sa postojedim navišenjem, slika 1 6 levo. Dobijena A-slika i trenutni položaj sone 1, 2 i 3 su prikazani na slici 16 esno. Vertikalno orjentisane ravanske greške mogu a buu poseban problem za etekciju pomodu ugaone sone u impulsnoj -eho tehnici. Varijanta poprečnih ultrazvučnih talasa po uglom, tanem tehnika, obično se koristi za otkrivanje vertikalnih grešaka uvebelim presecima komponenata. Zavareni spojevi finozrnih metalnih materijala se ispituju sonam za poprečne talase. Ispitivanje zavarenih spojeva sa A- slikom je efikasno za vedinu proizvonih grešaka (nedostatak vezivanja na strani zavara ili u korenu, neprovar u korenu, poroznost, hladne

prsline), kao i eksploatacijkih grešaka (prsline o zamora i naponske korozije). Ono se koristi za ispitivanje zavarenih spojeva feritnih i neferitnih metala na posudama pod pritiskom, cevovodima, rezervoarima, mostovima.

Pomodu stanarnih ultrazvučnih soni za merenje ubine impulsnom -eho tehnikom i ispitivanje zavarenog spoja avačem položaja sone i ogovarajudim softverom mogu a se generišu slike grešaka i sačuvaju u memoriji uređaja. Sistemi za vizuelizaciju omogudavaju ispitivanja visoke ponoviljivosti i mogu a pokažu stepen prekrivanja pri vođenju sone. Zahvaljujudi mogudnosti memorisanja poataka, ponovljena ispitivanja mogu a se upoređuju.

14

VISOKA TEHNIČKA SKOLA Slika 16. Šema ultrazvučnog ispitivanja zavarenog spoja (levo) i A -slika (desno) 6. ISPITIVANJE SA A, B I C - SLIKOM

Za vreme pomeranja sone, memorišu se signali sa A -slike i položaji sone kao uređeni parovi podataka za dati pravac skeniranja, opseg i ugao sone. Oni su uređeni u matričnoj formi u memoriji i mogu se pozvati iz nekog rea matrice efinisanog za použni pravac skeniranja, ili iz neke kolone matrice pr iružene nekom normalnom pravcu, i naneti u pravouglom sistemu koorinata položaj sone – amplituda signala za izabran pravac skeniranja. Zadani parametri kao brzina u materijalu i uglovi snopa se koriste zajedno sa podacima o

položaju sone za automatizovano prikazivanje oziva greške na oređenom mestu na gornjoj površini ispitnog komaa, sa strane i na kraju komaa, čime se obija prikaz ispitane zapremine materijala. Na tržistu ima puno različitih sistema koji mogu a aju voimenzionalne ili trodimenzionalne prikaze.

Prikaz poprečnog preseka zavarenog spoja at u pravcu skeniranja se normaln o predstavlja sa B-slikom, ok je izgle sa strane prikaz po užini i uzet je u pravcu pomeranja izlazne tačke sone koji je normalan na pravac skeniranja. B -slika se normalno zahteva na mestu najvede imenzije greške u pravcu ebljine čime se obija oce na preostalog ligamenta i visine greške. Drugi naziv za sliku izgleda odozgo je C-slika. C-slika se dobija projekcijom geometrije indikacija u x-pravcu i y- pravcu i užine inikacija. C -slika je slična stanarnom raiografskom filmu. Ovde je primenjena važna mogudnost LabVIEW a on povezuje upravljače kretanja i

pogonske elemente za servo, stepenastim pokretačima i pokretačima na bazi piezoefekta. Zavisno o izabrane vrste raa, amplitua signala ili njen opseg mogu a se pokažu na slici različitim bijama. Druga o ovih mogudnosti se primenjuje ko automatizovanog mapiranja korozije ge se pomodu kursora na ekranu može obiti ebljina u ma kojoj tački ili preseku. Ispitivanje sa C-slikom je poesno za greške nastale u proizvonji (neostatak vezivanja u strani šava, nepreovar u korenu, poroznost), greške u eksploataciji ( zamorne prsline, prsline usled naponske korozije, korozija, erozija) i greške osnovnog metala (uključujudi i laminarne greške). 7. ILUSTRACIJA ISPITIVANJA ZAVARENOG SPOJA

Za ilustraciju ispitivanja zavarenog spoja razmotride se laboratorijski uzorak S033 ( slika 17-levo). Zavarena ploča ebljine 12,7 mm ima ve unete prsline: jenu u položaju šava i rugu

u korenu šava (slika 2-desno). Izgled ovih prslina na standardnom radiogramu je prikazan na slici 18.

15


Slika 17. Laboratorijski uzorak S033, šematski prikaz ve unete prsline (levo) i izglei prsline u

ponožju i korenu šava (esno)

Slika 18. Radiografski snimak uzorka S033 sa dve unete prsline Sistem sa P-prikazom pravi i prikazuje geomtriju indikacije u tri ravni. Prikaz uzorka S033 dobijen ispitivanjem dat je na slici 19 i 20 . Kumulativna B-slika prikazuje izgled sa kraja zavarenog spoja (D-prikaz) dobijen od

projekcije geometrije inikacije u šavu na vertikalnu ravan normalnu na sreišnju osu zavarenog spoja. Puna linija prikazije kosu granicu šava. Slika otkriva orjentaciju inikacija i označeno je kao B-slika na slici 19, levo. Izgled sa strane se formira od projekcije geometrije inikacije na vertikalnu ravan už sreišnje ose zavarenog spoja. On otkriva ubinu inikacija. Donja dva prikaza na slici 19 i 20 prikazuju amplituu eha koji je etektovao pretvarač,

izraženu u ecibelima. Pozitivne vre dnosti decibela (+dB) na slici 19 i 20 znače sa su ehoi indikacija pre šli referentni kalibracioni nivo. Obrnuto, negativna vrenost ( -B) znači a su ehoi indikacija ispod tog nivoa.

Horizontalna linija označena kao nivo praga za sliku je postavljena jeino kao kriterijum za izgled sistema sa P-slikom. Sve ehoe koji prelaze ovu liniju LabVIEW prikazuje obojenim pikselima u tri projekcije (tj. C-slika, B- slika i izgle sa strane). Nivo praga za sliku je načelno

izabran prema ebljini ploče i kriterijumu za UT prihvatanje -odbacivanje. Polja sa bojama na slikama 19 i 20 pridru žuju nivo u ecibelima oređenoj boji pri čemu crvena boja označava najvedu amplituu. Razlika je u načinu prestavljanja: slika 19 ima logaritamsku razmeru, dok je na slici 20 linearna razmera. Slika 19 daje P-prikaze dobijene u toku skeniranja. Logaritamska razmera je izabrana u

toku skeniranja, a linearna posle skeniranja. Logaritamska razmera može a prikaže širok opseg amplitude eha, a linearna samo jednu amplitudu, npr. 20 dB. Sa logaritamskom razmerom nivo 16


praga za sliku može a se umanji tako a ehoi male amplitue koje prima pretvarač obrazju prekrivač sastavljen o obojenih tačkica na sivoj pozaini. Primena logaritamske razmere obezbeđuje potpuno ispitivanje šava sa neobojenim poručjem koje je propušteno ili nije ispitano. Ovo se vidi na desnom kraju C-prikaza i izgledu sa strane na slici 19. Neobojene

površine treba ispitati. Treba istadi a C -slika čuva poatak o najvedoj amplitui eha čak i ako se ispitivanje obavi više puta u istoj tački ili istom poručju. Čim je ispitivanje završeno, prikupljeni poatci se mogu prika zati u linearnoj razmeri (slika 20) na kojoj su jeino inikacije osvetljene, ok su poručja zavarenog spoja bez inikacija prikazana kao siva pozadina.

Ocena inikacija u š avu i njegove dimenzije mogu da se odre e pomodu markacionih linija na P-slikama. Ocena inikacije je očitana vrenost u ecibelima u onosu na referentni nulti nivo, umanjen za slabljenje zvuka. Profil amplitude na slici 6 pokazuje da su izvan ekrana najvede amplitue o prslina u strani šava i u korenu. Ocena iikacije se obija sa profila

amplitue postavljanjem pune horizontalne markacione linijepreko najvede amplitue obijene o greške. Vrenost u ecibelima za ocenu inikacije taa se pojavljuje u m arkacionom prozoru P-slike.

Položaj greške po x-osi meri se o ose šava, ok se y -koordinata meru u odnosu na repernu tačku. Dužina greške i y -koorinata se oređuju pomeranjem horizontalnog markera označenog tačkama o nivoa 50% najvede amplitue kao što je prikazano na slici 21 . Ztim su vertikalni markeri izvučeni punom i tačkastom linijom pomere o preseka sa horizontalnim tačkastim markerom i profilom amplitue prsline u korenu. Brojna vrenost y -koordinate i užina prsline u korenu su pokazani na markacionom prozoru kao Y i DY, respektivno. Slično, dubina (Z) i x- koorinata prsline u korenu se oređuju pomodu markera u prikazu sa strane i na C-slici, respektivno.

Ocene inikacija ko automatizovanog UT (AUT) i klasičnog UT su analogne, međutim , u praksi one se izvoe različito. Razlike između AUT i UT sistema potiču različitih koncepata pojačanja signala: AUT sistemi imaju ugrađene logaritamske pojačivače, a UT sistemi imaju ručnu kontrolu pojačanja tako a operator može a povedava i smanjuje energiju primljenog eha. Ova razlika u izvebi harvera aje slične izlaze, ali se prikaz razlikuje o sistema o sistema.

Slika 19. P-snimci uzorka S033 u logaritamskoj razmeri za detaljno ispitivanje zavarenog spoja

17


Slika 20. P-snimci uzorka S033 u linearnoj razmeri posle skeniranja (osvetljene su samo

inikacije u šavu)

Slika 21. Šema oređivanja veličine greške pomod u sistema sa P-slikom za prslinu u korenu uzorka S033

Često se primenjuju ve vrste nezavisnih alarmnih sistema. DEFECT alarm ukazuje da je signal na jenom o kanala prešao unapre zaani nivo. Drugi, BACKWALL, pokazuje a je iz bilo kog razloga izostao signal naspramne površine. Tipična C -slika obijena na ploči pomodu ispitnog softvera pokazana je na slici 22.

18


Slika 22. C-slika obijena ispitivanjem čelične ploče

Slika 23. C-slika uzoraka 1 (gore) i 2 (ole): prikaz najvede amplitue (materijal: HP micro, sonda: 1,5 MHz) 8. ISPITIVANJE SPECIJALNIH MATERIJALA

Mapiranje korozije je česta primena C-slike. Ona može a otkrije rđu u cevima, rezervoarima i posuama po pritiskom i a prikaže zone oštedene korozijom u metalnim ili kompozitnim rezervoarima, bez a se operater izloži riziku izlaganja opasnim hemikalijama. Mapiranje znači a ručnim i mehanizovanim vođenjem sone poatke obijene o inikacijama memoriše ili prikazuje kao mapu ispitane površine sa zonama smanjene ebljine obojene različitim bojama zavisno o izmerene ebljine. Primer ispitivanja je opisan alje u tekstu. 19


Saašnje ispitne tehnike ne aju pouzane poatke, pri čemu je uklanjanje cevi iz eksploatacije vrlo konzervativna mera ili se ogađa neočekivano pucanje cevi. Razlog je što se uobičajne ultrazvučne tehnike zasnivaju na analizi amplitue obijenog ultrazvučnog signala. Zbog grube strukture materijala (leguri na bazi nikla), ovo daje kvalitativnu ocenu, a ponekad i

nepouzane rezultate. Reformeri su kritični za mnoge procese u rafinerijskim i hemijskim postrojenjima. Vek kataličkih cevi, koje se usijaju pri rau, je ograničen puzanjem izazvanim kombinacijom napona o unutrašnjeg pritiska i termičkih napona po preseku zia cevi usle promena režima raa. Zbog grube, koroirane površine reformerskih cevi, treba primeniti bezkontaktnu tehniku ili sone takve konstrukcije a omogud eloakalnu imerzionu tehniku i ispitivanje použnim talasima. Dva ispitana uzorka izrađena o legure HP ilustruju rezultate obijene C -slikom: uzorak 1 ao je amplitueultrazvučnog signala za 10 B vede negu uzorak 2, jer je njegova struktura manje ošteden a. Slika 8 pokazuje amplituda UT signala: amplitude na uzorku 2 su manje zbog vedeg slabljenja i ominantna boja je plava, ok je za uzorak 1 preovlađujuda boja žuta. C -slika ima X-osu u pravcu užine cevi i Y -osu po obimu cevi. Maa je užina uzorka za l aboratroijska

istraživanja mala (o 300 mm) u onosu na ukupnu užinu cevi (10 – 15 m), ona pruža obar okaz razlika između va uzorka. Novi materijali zahtevaju ogovarajude tehnike ispitivanja. Ovo je slučaj kompozita za koje je ispitivanje sa C-slikom veoma podesno. Tehnika ispitivanja koristi kratke impulse

ultrazvučne energije koji se preaju uzorku. Merenje primljenog impulsa pokazije slabljenje ulaznog impulsa u uzorku. Na slabljenje ovog impulsa utiču šupljine, laminarne greške, stanje osušene smole, zapreminski ueo vlakana, stanje spoja vlakno/matrica i uključci. Analiza u industriji koju je uradila Nacionalna laboratorija za fiziku (NPL) otkrila je

zbrinutost proizvođača zbog činjenice a su neostajale opšte prihvadene proceure za UT sa C slikom za konstrukcije o kompozita ojačanih vlaknima koje bi bile u sklau sa svim zahtevima kupaca. Ispitne proceure raznih kupaca su se značajno razlikovale. Prelazak sa jenog sistema na rugi je rezultirao u povedanju proizvonih troškova. Poaci obije ni na raznim mestima nisu se mogli neposreno upoređivati.

Oazivajudi se ovim potrebama inustrije, NPL je inicirao istraživački program ,,Stanarne proceure za ultrazvučno ispitivanje kompozita sa polimernom matricom“. Program koji je trajao nekoliko goina, zamišljen je tako a ientifikuje i razvije stanarne procedure za UT konstrukcija od kompozitnih materijala.

Glavni cilj programa bio je a se omogudi svrsishona i sleljiva primena tehnike sa C slikom na pravilnoj osnovi. Projekat je prihvatilo i pomoglo Ministrastvo za trgovinu i industriju (DTI)

Ujeinjenog Kraljevstva (UK) na inicijativu Istraživanja i razvoja za komercijalno vazduhoplovstvo (CARAD). Program je vodio Centar za merenje i tehnologiju materijala u NPL a pomogli su ga C entar za mehaničku i akustičnu metrologiju u NPL i Agencija za obrambene

ocene i istraživanje (DERA) u Farnborou. 20


Vedi broj poataka obijen je o Savetoavne grupe za inustriju (IAG) koja se sastoji o 15 korisnika ove tehnike i 3 proizvođača opreme. R ad je bio usmeren na razvoj tri radne proceure, koje su se onosile na korišdenje opreme sa C -slikom, kalibraciju sondi i pripremu referentnih grešaka i referentnih panela. Za ilustraciju se oaje a je alju finansijsku poršku pružilo Oeljenje za inženjerstvo u inustriji (DTI) za sprovođenje nacionalnih (Faza 1) i međunaronih (Faza 2) roun -robin eksperimentalnih ispitivanja radi provere radnih procedura i proceura za kalibriraciju soni. Nekoliko rugih istraživačkih raova se nastavljaju. 9. SISTEMI ZA C - SLIKU

Jedan od sistema za A, B i C-sliku koji se pokazao pogodnim u ispitivanju postrojenja u industriji nafte i gasa, hemijskoj i proizvodnji energije je µ+ ultrazvučni sistem. On se sastoji o

PC računara visokih performansi, ranog stola, nosača, prenosive (laptop) i grube prenosive konfiguracije, slika 24. Sistem µ+ je kompatibilan sa brojnim servo i stepenastim motorima za pokretanje manipulatora, uklju čujudi i povratnu spregu za inkrementalno koirano zaavanje

položaja, kao i niz stanarnih skenera (soni). Grafički prikazi korozije ili erozije u realnom vremenu u boji se mogu obiti pomodu ručnog ili AUT. Brzine ispitivanja o 2 o 4 m/min mogude je postidi sa saržajnim D-prikazom podataka u realnom vremenu za laku i kvantitativnu interpretaciju.

Slika 24. Ispitivanje kolena cevovoa pomodu µ+ (vieo kamera) Drugi sistem je namenjen samo za ispitivanje cevovoda. Zavareni spojevi australijskog gasovoda su umesto radiografijom u celini spol ja ispitani AUT pomodu RTD Rotoscan sistema,

na četiri eonice prečnika 400 mm i ebljine zia o 6,6 o 8,8 mm. U toku izrae ispitano je 640.000 obimskih zavarenih spojeva na više o 8.000 km ce vovoda. Dobre karakteristike sistema su:

-

Trenutno (online) prikazivanje rezultata Neposredan uticaj na kvalitet zavarenih spojeva kako bi se sanjio obim popravki Velika brzina ispitivanja – 350 zavarenih spojeva dnevno Ne ometa i ne prekida rad susednih radnika na cevovodu 21


Kriterijumi prihvatljivosti mogu se poesiti tako a se zaovolje zahtevi naručioca Može se prilagoiti vedini priprema žleba za procese ručnog zavarivanja (SMAW) ili zavarivanja u zaštiti gasom (GMAW) Kao primer za Rotoscan sistem na slici 10 je prikazan skener za velike prečnike (300 mm i više) montiran na nosaču. On se voi už ivice cevi i potrebno ga je postaviti pre nego što počne ispitivanje. Okvir za skeniranje može brzo a se zameni , za manje od 5 minuta. -

Slika 25. Skener za veliki prečnik Rotoscan sistema

Primenjen kompjuterizovan višekanlani ultrazvučni instrument može a se programira za kanale za predajnik i prijemnik 1 – 32, pojačanje o 0 – 80 dB (korak promene 1 dB), izbor zapisa izlaznih poataka između amplitue i/ili pređenog rastojanja, mapiranje, registruje ifrakcja talasa sa vremena prolaza (TOFD), kontrolu kontakta, etekciju prve ili najvede amplitude u sekciji unutar blende (praga).

Kalibraciona ploča, izrađena o originalnog materijala za sekciju cevovoda koja se ispituje, ima veštačke greške kao što su rupe sa ravnim nom i/ili zarezi, koji prest avljaju stvarne greške, slika 26. Veštačke greške su unete u svaki sloj obijen jenim prolazom pri zavarivanju. Ove ploče sa jenakim ebljinama kao is pitivane sekcije cevovoda se nezavisno proveravaju pre upotrebe.

Slika 26. Kalibracioni blok isečen iz originalnog cevovoa

22


Rotoscan sistem raspolaže sa računarskim prikazom i čuvanjem poataka. Računar povezan sa ultrazvučnim uređajem igitalizuje signale što je bitno za obro mapiranje na C -slici i korišdenje tehnike TOFD pomodu sistema. Vestinghaus je razvio UTEC – kombinovani sistem za ispitivanje ultrazvukom i vrtložnim strujama koji koristi ultrazvučne pretvarače i obrtni namotaj u obliku palačinke (RPC) za etekciju vrtložnim strujama. Primena ove tehnike može a bue značajan korak u karakterizaciji indikacija detektov anih metoom vrtložnih struja za inženjersku analizu oštedenja i integriteta konstrukcije. Sona UTEC ima četiri ispitna elementa u jenoj rotirajudoj jeinici. To su ultrazvučna sona za merenje ebljine i snimanje profila pomodu použnih talasa učestanosti 15 MHz, ultrazvučna sona poprečne talase o 10 MHz sa uglom snopa 45° u onosu na osu, poesna za otkrivanje obimskih grešaka, ultrazvučna sona za poprečne talase o 10 MHz sa uglom snopa o 45° u onosu na cilinrični omotač, poesna za otkrivanje použnih grešaka i konvncionalan RPC. Visoka rezolucija ultrazvučnih pretvarača čini UTEC veoma efikasnim sredstvom za karakterizaciju. Sistem UTEC koristi dvoosnu potpunu kontrolu pomeranja servo motorom, elektronsko

prikupljanje poataka o položaju i pozicioni mehanizam sa pužnim prenosom montiranim na ivici cevi sa visokom tačnošdu pozicioniranja. Sistem uzima poatke u 360 tačaka po obimu cevi za svaki kanal sa poesivim korakom. Ultrazvučni poaci se prikazuju u kombinovanoj A, B i Cslici, čime se obija interfejs za intuitivnu analizu. Podaci za C-sliku mogu da budu amplituda ili vreme prolaza. Tipične primene uključuju rezoluciju ligamenata u velikim inikacijama za poršku analizi integriteta cevi, karakterizaciju morfologije egraacije, prepoznava nje razlika tehnika vrtložnih struja i ientifikaciju geometrijskih uticaja ko ploča za oslonac i prelaze ko valjanja. Oprema za C- sliku je smanjena poslenjih goina: žepni UT aparat firme NDT

Automatike (Prinston, Nju Džersi) je ručni aparat napajan na baterije, nezavisan i potpun sistem za prikupljanje podataka za C-sliku, slika 27-levo.

Zahvaljujudi prenosivosti i jenostavnosti upotrebe, kao i omogudenoj A, B i C -slici, žepni UT sistem sa sonama za skeniranje ili rugim kompatibilnim uređajima istog prizvođača je poesan za ispitivanja na terenu. Ovo novo srestvo može a rai kao potpuni sistem za C sliku ge je otežano uvođenje gabaritne opreme kao što su automatizovane sone za skeniranje.

Kotrljajudi bezkontaktni pretvarač sa va elementa, Z -scan (EMAT), i dvoosni skener mogu a se priključe na žepni UT sistem ili neki rugi sistem, a se obije potpuna mogudnost uzimanja podataka sa C ili B-slikom, slika 27-desno.

23


Slika 27. Prenosivi ručni instrument sa potpunom C -slikom (levo) i beskontaktni pretvarač -skener

sa va kotrljajuda elementa Z -scan (desno) UT sistem za ploče prikazan na slici 28 -levo, sastoji se o kolica na točkovima i ima

sleede mogudnosti: 1, 4, 8 ili 16 kanala, ispitnu prugu širine 400 mm u jenom prolazu, mod razlaganja na malim i velikim udaljenostima od 2 mm i C- sliku površine ploče. Svaka površina sa lokalnim greškama može a se pokaže u viu fajla za izveštaj sa C -slikom.

Slika 28. Dve varijante ispitnih aparatura za UT čeličnih ploča

Ovaj uređaj sa C-slikom ima ograničenu širinu ispitne pruge jer je namenjen samo za izveštavanje o lokalnim greškama. Fajl sa izveštajem može a se sačuva ili samo poglea, uključujudi C-sliku, na ma kom PC koji je snabeven ogovarajudim softverom. Jenostavnij i sistem je prikazan na slici 28-desno. 10. FAKTORI KOJI UTIČU NA PROJEKTOVANJE

Postoji mnogo faktora koji uz valjanost izveenog ispitivanja utiču na karakteristike i izvedbu svakog AUT sistema, kao:

-

zahtevi kupca zasnovani na previđenoj primeni obimu proizvodnje 24


-

troškovima ispitivanja (oni se oaju ukupnim troškovima proizvonje i povezani su sa poznatim kvalitetom proizvoda)

-

-

poboljšanja kvaliteta (kao livnicama) baza podataka rezultata ispitivanja

klasifikacija proizvoa (optimalna klasifikacija omogudava  a se proizvod ocenjen kao neupotrebljiv proa kao proizvo niže klase i slabije ocenjen proizvo proa kao proizvo više klase) kontrola rezanja (oblasti bez grešaka mogu a se proaju kao bolja klasa o oblasti koje sarže greške)

25

VISOKA TEHNIČKA SKOLA 11. PRENOS DIGITALNIH PODATAKA

Za dobijanje C-slike koristi se digitalizator-komponenta ispitnog sistema koja pretvara

talane oblike ehoa, koje vrada ultrazvučni pretvarač, u igitalnu informaciju koristedi analogno igitalni konvertor (ADC). Za primene ko kojih se traže dobro definisani talasni oblici u vremenskom omenu, kao u istraživanju, brzina uzorkovanja treba a bue 10 puta veda o rezonantne učestalosti pretvarača. Zbog visokih učestalosti koršdenih ko UT, obim prikupljenih poataka može a bue problem. Ovi poaci se mogu obraiti na mnogo načina zavisno o koršdene računarske magistrale za poatke i brzine uzimanja poataka. Na primer, PCI magistrala realno može a prenosi 80 MB/s (ili 40 M uzorka/s za 16-bita) neprekidnog slanja podataka u memoriju PC. Ako se podaci prenose sporijom magistralom (USB 1.0 za 10 MB/s) vreme potrebno za

prenos lako može a bue va ili tri puta uže o vremena potrebnog za UT objekta. Uputstvo za polja podataka za prenos digitalnih podataka dato je u standardu ASTM E 1454. 12. SPAJANJE PRIMENOM VAKUUMA

Iz elementarnog kursa фizike je poznato a ve polutke loptice, koje su spojene prethonim vakuumiranjem vazuha iz njihove unutrašnjosti, nije moglo a razvoji ni četiri konja (tzv, magenburški eksperiment). To upuduje a je, zaista, mogude spajanje el ova primenom vakuuma. U izvesnim postupcima varenja, primera radi kao kod varenja elektronskim snopom, neophodan

je vakuum, jer bi prisustvo vazuha bi značajno povedalo reaktivnost. Međutim, za spajanje -10 -12 samo primenom vakuuma, neophodan je izuzetno visok vakuum - rea veličine 10 do 10 Pa, kao i izuzetno uglačane kontaktne površine (mala hrapavost na spajanim površinama). To su osnovni razlozi a ovakav način spajanja još uvek nije našao praktičnu primenu, akle još uvek spaa u omen teorijske mogud nosti spajanja delova.

26

VISOKA TEHNIČKA SKOLA 13. ZAKLJUČAK

Moerne tehnike omoguduju pouzano i priklano ultrazvučno ispitivanje komponenti raznih geometrija primenom C-slike. Cena ispitnih UT sistema sa C-slikom je visoka, premda se

polako smanjuje, ali oni obezbeđuju pouzano i brzo ispitivanje, čime se mogu sprečiti veliki troškovi u naftnoj i hemijskoj inustriji, elektranama, u saobradaju i vojnoj inustriji. Štaviše, obijena okumentacija može a se koristi za poređenje sa bilo kojim ponovljenim ili prethodnim ispitivanjem.

27

VISOKA TEHNIČKA SKOLA 14. LITERATURA

1. Zavarivanje i zavarene konstrukcije, Beograd 2005. 2. M. Rakin: Zavarivanje i srodni postupci, Beograd 1976 god. 3. Pitanja sa ogovorima iz kurseva „Tehnologije zavarivanja“. 4. D. Stamenkovid, M.Đurđanovid, D. Mitid: Zavarivanje postupkom “FSW” WELDING

PROCESS 2006 go. Izlagano na Međunaronoj konferenciji "Zavarivanje 2006", Zlatibor 2006 god. 5. Web adresa: www.google.com www.wikipedia.org

28

Ultrazvucno zavarivanje

Recommend Documents