Ultrazvuková detekce defektů

Ultrazvuková defektoskopie je jednou z metod nedestruktivního testování. Vlastnost ultrazvuku šířit se v homogenním prostředí cíleně a bez výrazného útlumu a téměř úplně se odrážet na rozhraní dvou prostředí (například kov – vzduch), umožnila pomocí ultrazvukových vibrací detekovat defekty (dutiny, praskliny, delaminace atd.) v kovových částech, aniž by došlo k jejich zničení.

Ultrazvuková defektoskopie je metoda, která umožňuje vyhledávat defekty v materiálu OC (testovaného objektu) pomocí vysílání a příjmu ultrazvukových vibrací odražených od vnitřních diskontinuit (defektů), a dále analyzovat dobu jejich příchodu, amplitudu, tvar a další charakteristiky pomocí speciálního zařízení – ultrazvukových defektoskopů. V dnešní době je ultrazvuková detekce defektů spolu s radiografickým testováním jednou z nejběžnějších metod nedestruktivního testování.

První pokusy o zavedení nedestruktivního testování pomocí ultrazvukových vln byly provedeny v roce 1930. A po pouhých 20 letech se ultrazvuková kontrola kvality svarových spojů stala nejoblíbenější metodou ve srovnání s jinými metodami kontroly kvality svařování. U některých produktů se navíc stala povinnou.

Nejběžnějším způsobem buzení ultrazvukových vln v kontrolovaném objektu a přijímání vln, které objektem prošly, je použití piezoelektrických měničů. Inverzní piezoelektrický jev se používá k buzení vln a přímý piezoelektrický jev k jejich příjmu. Pro buzení a příjem vln lze použít dva samostatné převodníky, nebo lze použít kombinovaný převodník, plnící funkce vysílače a přijímače. Mezi objektem a snímačem je obvykle nutné vytvořit vrstvu kontaktní kapaliny, protože pokud je mezi nimi vrstva vzduchu, výrazně se sníží účinnost vyzařování a příjmu vln v důsledku výrazného rozdílu v akustickém odporu vzduchu a řízeného materiálu (materiálu měniče).

Ultrazvuková detekce vad svarů

Svařované švy jsou nejběžnější oblastí použití ultrazvukové detekce vad. Toho je dosaženo díky pohyblivosti ultrazvukové jednotky, vysokému regulačnímu výkonu, vysoké přesnosti, vysoké citlivosti na jakékoli vnitřní (objemové – póry, kovové a nekovové vměstky; rovinné – nestavení, trhliny), i vnější, tj. povrchové vady svarových švů (podřezy, pokles výztužné housenky atd.).

Ultrazvukové zkoušení svarových spojů a materiálů je založeno na schopnosti ultrazvuku šířit se ve zkoušeném výrobku odrážející se od hranic materiálů a vnitřních defektů. Zvukové vlny v homogenním materiálu nemění svou trajektorii během ultrazvukového testování. Defekty kovu, ke kterým dochází při svařování a odlévání, jsou obvykle plynové vměstky. Vzhledem k tomu, že plyn má akustický odpor o 5 řádů nižší než kov, ultrazvuková vlna se téměř úplně odráží od defektu (za předpokladu, že velikost defektu je větší než polovina vlnové délky). Když je velikost defektu menší než polovina vlnové délky, ultrazvuková vlna se ohýbá kolem defektu, tj. je pozorována difrakce. Rozlišení ultrazvukové detekce defektů, tedy minimální velikost defektu, který lze touto metodou detekovat, je dáno vlnovou délkou. Pro zvýšení rozlišení se snaží zvýšit frekvenci oscilací používaných v řízení. Nevýhodou je, že s rostoucí frekvencí klesá pronikavost ultrazvuku. V tomto ohledu volba frekvence kmitů vyžaduje nalezení určitého kompromisu mezi rozlišením a penetrací.

Při ultrazvukovém zkoušení svarových spojů se používá především metoda echo-pulsního zkoušení. Méně používané jsou stínová metoda a další.

Ultrazvukové metody detekce defektů

Existuje několik metod ultrazvukového testování: echo-puls, echo-mirror, echo-through, delta metoda (typ echo-mirror), koherentní metoda (typ echo-pulsu), stín, zrcadlový stín. Pojďme se krátce zamyslet nad nejběžnějšími z nich.
1. Echo pulzní metoda. Spočívá v nasměrování akustické vlny na svarový spoj a zaznamenání odražené vlny od defektu. Při této metodě je zdrojem a přijímačem vln jeden převodník (schéma a) na obrázku.
2. Stínová metoda. Tato metoda ultrazvukové detekce defektů zahrnuje použití dvou snímačů instalovaných na různých stranách svarového spoje. Při této metodě jeden z měničů generuje akustické vlny (emitor) a druhý je registruje (přijímač). V tomto případě musí být přijímač umístěn přesně ve směru pohybu vlny vysílané vysílačem. U této metody je známkou defektu ztráta ultrazvukových vibrací. V proudu ultrazvuku se získá slepá oblast, což znamená, že vlna v této oblasti nepřekonala vadu svaru (schéma b) na obrázku.
3. Echo-zrcadlová metoda. Zahrnuje také použití dvou převodníků, které jsou však umístěny na jedné straně svarového spoje. Ultrazvukové vibrace generované přijímačem se odrážejí od defektu a zaznamenávají přijímač. V praxi se tato metoda široce používá k vyhledávání defektů umístěných kolmo k povrchu svarového spoje, například trhlin ve svaru (schéma b) na obrázku.
4. Metoda zrcadlového stínu. V podstatě se jedná o stínovou metodu, ale převodníky nejsou umístěny na protilehlých plochách svarového spoje, ale na jedné. V tomto případě se nezaznamenává přímý tok ultrazvukových vln, ale tok odražený od druhé plochy svarového spoje. Znakem vady je vymizení odražených kmitů (schéma g) na obrázku.

Princip ultrazvukového zkoušení

Ultrazvukové zkoušení svarových spojů je nedestruktivní metoda zkoušení svařování a je jednou z nejpoužívanějších metod. Akustické ultrazvukové vlny se mohou šířit uvnitř pevného tělesa do značné hloubky. Vlny se odrážejí od hranic nebo od nespojitostí, protože mají různé akustické vlastnosti.
Nasměrováním ultrazvukových vln do svarového spoje pomocí speciálních zařízení – ultrazvukových defektoskopů a zachycením odražených signálů se pulzy emitovaných a odražených vln zobrazí na obrazovce defektoskopu. Na základě umístění těchto pulzů a jejich intenzity lze usuzovat na umístění vad, jejich velikost a určit povahu vady svaru.
Při kontrole svarových švů je nutné pečlivě ozvučit celý svarový kov. Existují způsoby ozvučení přímými a odraženými vlnami. Přímá vlna zní spodní část švu a odražená vlna zní horní část.

Parametry pro posuzování vad při ultrazvukovém zkoušení

Citlivost ultrazvukového testování je určena nejmenší velikostí defektu (nebo referenčního reflektoru), který lze detekovat. Roli referenčních reflektorů často plní otvory s plochým dnem umístěné kolmo ke směru zvuku a také boční otvory nebo zářezy.
Rozlišení metody echa je určeno minimální vzdáleností mezi dvěma defekty, při které mohou být identifikovány jako samostatné defekty, nikoli jako jeden.
Při ultrazvukovém testování je zjištěná vada posuzována na základě následujících parametrů: amplituda ultrazvukové vlny, podmíněná délka, výška a šířka defektu a jeho tvar.
Jmenovitá délka vady svaru je dána délkou pohybu zářiče po spoji, při kterém je zaznamenáván echový signál vycházející z vady. Stejným způsobem lze při pohybu zářiče podél normály ke svarovému spoji určit podmíněnou šířku defektu.
Podmíněná výška je odhadnuta na základě rozdílu časových intervalů mezi vlnou vyzařovanou a odraženou od defektu v krajních polohách zářiče.
Určení skutečné velikosti vady svaru pomocí ultrazvukového testování je často obtížné. Proto se nejčastěji snaží vypočítat jeho ekvivalentní hodnoty (plochu nebo průměr). Za ekvivalentní plochu vady svaru se považuje například plocha otvoru s plochým dnem ve vzorku, jejíž amplituda odražené vlny se rovná amplitudě odražené vlny ve zkoušeném svaru. Téměř ve všech případech je vypočtená ekvivalentní plocha defektu menší než jeho skutečná plocha.

Převodníky

Nové produkty z JE PROMPRIBOR

• Výroba
  • Ultrazvukové testování
  • Ultrazvukové defektoskopy
  • Ultrazvukové měniče
  • Ultrazvukové tloušťkoměry
  • Ultrazvukové ladicí vzorky
  • Skener pro ultrazvukové testování
  • Detektory vířivých proudů
  • Převodníky vířivých proudů
  • Ukázky ladění vířivými proudy
  • Skener pro VTK
  • Ultrazvukové měniče
  • Převodníky vířivých proudů
  • Skener pro ultrazvukové testování
  • Skener pro VTK
  • Ultrazvukové ladicí vzorky
  • Ukázky ladění vířivými proudy
  • Zařízení a metody
  • Články

  LLC „NPP „PROMPRIBOR“

  

  KONTAKTY

  adresa:
  105318, Rusko, Moskva,
  ulice. Tkatskaya, 1

  telefon:
  +7 (495) 580-37-77

  E-mailová adresa:
  [email protected]

  Ultrazvukové testování

  Ultrazvuková detekce defektů – metoda navržená sovětským fyzikem Sergejem Jakovlevechem Sokolovem v roce 1928 a je založena na studiu šíření ultrazvukových vibrací v rozsahu od 500 kHz do 25 MHz v testovacím objektu pomocí ultrazvukového měniče a defektoskopu. Ultrazvuková metoda je jednou z nejběžnějších metod nedestruktivního testování (NDT).
  Jak metoda funguje
  Ultrazvukové vlny se v homogenním prostředí šíří jedním směrem a nemění svou trajektorii. K odrazu ultrazvukových vln dochází od rozhraní mezi médii s různou specifickou akustickou odolností (boční strana zkoušeného předmětu, neslepenost, trhlina atd.). Čím více se akustické impedance liší, tím větší část zvukových vln se odráží od rozhraní.
  Rozlišení ultrazvukového testování, tedy schopnost detekovat malé defekty, je dáno délkou zvukové vlny. Čím vyšší je frekvence ultrazvukových vibrací, tím kratší je vlnová délka. Pokud je velikost překážky menší než jedna čtvrtina vlnové délky, pak k odrazu vibrací od diskontinuity prakticky nedochází a dominuje jejich difrakce. Proto mají zpravidla tendenci zvyšovat frekvenci ultrazvuku. Nevýhodou zvýšení frekvence kmitů je rychlý nárůst jejich útlumu, čímž se zmenší regulační zóna.
  Excitace a příjem ultrazvuku
  K buzení ultrazvukových vln v OK se používá několik metod. Nejběžnější je využití piezoelektrického jevu. Ultrazvuk je generován pomocí měniče, který převádí elektrické impulsy na ultrazvukové prostřednictvím inverzního piezoelektrického jevu. Signál z emitující piezoelektrické desky, který prošel testovaným objektem, dosáhne přijímací piezoelektrickou desku měniče a díky piezoelektrickému jevu se opět stává elektrickým signálem, tyto signály jsou zaznamenávány měřicími přístroji. V závislosti na typu sondy mohou piezoelektrické destičky sondy vysílat, přijímat a kombinovat obě funkce.
  Ultrazvukové piezoelektrické měniče (PET) používané pro ruční testování: přímé P111-2,5-K12-004, miniaturní šikmé P121-5-70-MM-004, šikmé P121-2,5-45-M-004. Také při ultrazvukové defektoskopii se používá elektromagneticko-akustická metoda (EMA), která je založena na aplikaci silných střídavých magnetických polí na kovový OC. Tento způsob generování ultrazvukových vln má nižší účinnost než piezoelektrický, ale výhodou metody EMA je, že dokáže pracovat i vzduchovou mezerou a neklade vysoké nároky na kvalitu OC povrchu.
  Klasifikace ultrazvukových zkušebních metod
  Klasifikace metod řízení. Stávající akustické metody nedestruktivního zkoušení se dělí do dvou velkých skupin – aktivní a pasivní.
  Echo metoda nebo pulzní echo metoda – nejběžnější: ultrazvukový snímač generuje vibrace a je zároveň přijímačem – přijímá echo signály odražené od defektů. Tato metoda je široce používána díky své jednoduchosti, protože ultrazvukové testování vyžaduje pouze jeden senzor, takže při ručním testování není potřeba speciální zařízení pro jeho fixaci (jako například u metody difrakčního času) a kombinování akustických os při použití dvou převodníků. Navíc je to jedna z mála metod ultrazvukové detekce defektů, která umožňuje poměrně přesně určit souřadnice defektu, jako je jeho hloubka a poloha ve studovaném objektu (vzhledem k snímači).
  Zrcadlová nebo echo-zrcadlová metoda — dva snímače jsou použity na jedné straně součásti: generované vibrace se odrážejí od defektu směrem k přijímači. V praxi se používá k vyhledávání defektů umístěných kolmo k testovací ploše, jako jsou trhliny. Trhlina v koutovém svaru zjištěná testem časové difrakce.
  Difrakce doby letu (TOFD) — jsou použity dva převodníky na jedné straně dílu, umístěné proti sobě. Pokud má defekt ostré hrany (např. praskliny), pak se vibrace šíří na koncích defektu a odrážejí se všemi směry, včetně směrem k přijímači. Detektor defektů zaznamená dobu příchodu obou impulzů, když mají dostatečnou amplitudu. Oba signály z horní a dolní hranice vady jsou současně zobrazovány na obrazovce defektoskopu, čímž je možné poměrně přesně určit podmíněnou výšku vady. Metoda je poměrně univerzální, umožňuje ultrazvukové testování švů jakékoli složitosti, ale vyžaduje speciální vybavení pro upevnění snímačů a také defektoskop schopný pracovat v tomto režimu. Difraktované signály jsou navíc dost slabé.
  Delta metoda – typ zrcadlové metody – liší se mechanismem odrazu vlnění od defektu a způsobem příjmu signálu. V diagnostice slouží k vyhledávání konkrétně lokalizovaných defektů. Tato metoda je velmi citlivá na vertikálně orientované trhliny, které nelze vždy detekovat konvenční metodou echa.
  Metoda dozvuku pro řízení dvouvrstvé struktury.
  Reverb metoda — je založeno na postupném zeslabování signálu v řízeném objektu. Při sledování dvouvrstvé struktury půjde v případě kvalitního spojení vrstev část energie z první vrstvy do druhé, takže dozvuk bude menší. V opačném případě budou pozorovány vícenásobné odrazy od první vrstvy, tzv. lesa. Metoda se používá ke kontrole přilnavosti různých typů povrchů, například povrchů Babbitt s litinovou základnou. Hlavní nevýhodou této metody je registrace echo signálů z rozhraní přechodu dvou vrstev defektoskopem. Důvodem těchto ozvěn je rozdíl v rychlostech elastických vibrací ve spojovacích materiálech a jejich různé akustické odpory. Například na rozhraní Babbitt-ocel dochází k konstantnímu echo signálu i v místech vysoce kvalitní adheze. Vzhledem ke konstrukčním vlastnostem některých výrobků může být kontrola kvality spojování materiálů metodou dozvuku nemožná právě z důvodu přítomnosti echo signálů z hranice připojení na stínítku defektoskopu.
  Akustická mikroskopie Díky zvýšené frekvenci vstupu ultrazvukového paprsku a využití jeho zaostřování umožňuje detekovat vady, jejichž rozměry nepřesahují desetiny milimetru. Široké použití v průmyslu je obtížné kvůli extrémně nízké produktivitě metody. Tato metoda je vhodná pro výzkumné účely, diagnostiku, ale i elektronický průmysl.
  Koherentní metoda — je v podstatě variací metody Pulse Echo. Kromě dvou hlavních parametrů echo signálu, jako je amplituda a čas příchodu, se navíc využívá fáze echo signálu. Pomocí koherentní metody, nebo spíše několika stejných měničů pracujících ve fázi. Při použití speciálních převodníků, jako je převodník postupné vlny nebo jeho moderní analog – převodník s fázovým polem. Výzkum použitelnosti této metody na reálné testovací objekty ještě nebyl ukončen. Metoda je ve fázi výzkumu.
  Metody průchodu (metoda stínu) implikuje sledování změn parametrů ultrazvukových vibrací, které prošly testovaným objektem, tzv. průchozí vibrace. Zpočátku se pro testování používalo kontinuální záření a změna jeho amplitudy průchozích kmitů byla považována za přítomnost defektu v kontrolovaném objektu, tzv. zvukového stínu. Odtud pochází název stínová metoda. Postupem času kontinuální záření ustoupilo pulznímu záření a k pevným parametrům se kromě amplitudy přidala také fáze, spektrum a doba příchodu pulzu a objevily se další způsoby přenosu. Pojem stín ztratil svůj původní význam a stal se jedním ze způsobů průchodu. V anglicky psané literatuře se metoda přenosu nazývá technikou přenosu nebo metodou přenosu, což plně odpovídá jejímu ruskému názvu. Termín stín se v anglické literatuře nepoužívá. Stín — jsou použity dva měniče, které jsou umístěny na dvou stranách studovaného dílu na stejné akustické ose. V tomto případě jeden z měničů generuje oscilace (generátor) a druhý je přijímá (přijímač). Známkou přítomnosti defektu bude výrazné snížení amplitudy přijímaného signálu, případně jeho vymizení (závada vytváří akustický stín).
  Zrcadlový stín — používá se k ovládání dílů se dvěma rovnoběžnými stranami, vývoj metody stínu: jsou analyzovány odrazy od opačné strany dílu. Známkou defektu, stejně jako u stínové metody, bude vymizení odražených vibrací. Hlavní výhodou této metody, na rozdíl od metody stínu, je přístup k dílu z jedné strany. Vertikálně orientovaná trhlina detekovaná zrcadlovou metodou. Časový stín je založen na zpoždění pulsu v době strávené obcházením defektu. Používá se k ovládání betonu nebo pálených cihel. Metoda vícenásobného stínu je podobná metodě stínu s tou výjimkou, že ultrazvuková vlna několikrát prochází paralelními povrchy výrobku. V metodě echo-through se používají dva snímače umístěné na opačných stranách testovaného objektu proti sobě. Pokud se nevyskytuje žádná závada, je na obrazovce defektoskopu pozorován průchozí signál a signál dvojnásobně odražený od stěn testovaného objektu. Pokud se vyskytne průsvitný defekt, jsou také pozorovány odražené signály od defektu.
  Reverb-through metoda zahrnuje prvky metody reverb a metody více stínů. V krátké vzdálenosti od sebe jsou zpravidla na jedné straně výrobku instalovány dva převodníky – vysílač a přijímač. Ultrazvukové vlny vysílané k testovanému objektu po opakovaných odrazech nakonec dosáhnou přijímače. Absence defektu umožňuje pozorovat stabilní odražené signály. Pokud dojde k defektu, změní se šíření ultrazvukových vln – změní se amplituda a spektrum přijímaných pulzů. Metoda se používá k řízení vícevrstvých struktur a polymerních kompozitních materiálů.
  Velocimetrická metoda je založena na záznamu změn rychlosti elastických vln v defektní zóně. Používá se pro testování vícevrstvých struktur a pro výrobky z polymerních kompozitních materiálů. Vlastní kmity Na základě buzení volných nebo vynucených kmitů v řídicím objektu a měření jejich parametrů: vlastních frekvencí a ztrátových hodnot. Vynucené vibrace Integrální Lokální Akusticko-topografické Volné vibrace Volné vibrace jsou vybuzeny krátkodobým dopadem na zkoušený objekt, po kterém se objekt za nepřítomnosti vnějších vlivů rozvibruje. Zdrojem krátkodobého nárazu může být jakýkoli mechanický náraz, například kladivo. Integrální lokální impedance Ohybové vlny Podélné vlny Kontaktní impedance Pasivní metody pasivního řízení zahrnují příjem vln, jejichž zdrojem je samotný testovaný objekt.
  Moderní defektoskopy přesně měří čas, který uplynul od okamžiku vyzařování do příjmu echo signálu, a tím měří vzdálenost k reflektoru. To umožňuje vysoké radiační rozlišení studie.
  Počítačové systémy umožňují analyzovat velké množství pulzů a získat trojrozměrnou vizualizaci reflektorů v kovu.
  Výhody ultrazvukového testování.
  Ultrazvukové testování nezničí a nepoškodí zkušební vzorek, což je jeho hlavní předností. Je možné ovládat výrobky vyrobené z různých materiálů, kovových i nekovových. Kromě toho můžeme vyzdvihnout vysokou rychlost výzkumu při nízkých nákladech a nebezpečí pro člověka (ve srovnání s rentgenovou defektoskopií) a vysokou mobilitu ultrazvukového defektoskopu.
  Metodické nevýhody
  Použití piezoelektrických měničů vyžaduje přípravu povrchu pro zavedení ultrazvuku do kovu, zejména vytvoření drsnosti povrchu a v případě svarových spojů také směru drsnosti (kolmo ke švu). Díky vysokému akustickému odporu vzduchu se sebemenší vzduchová mezera může stát nepřekonatelnou bariérou pro ultrazvukové vibrace. K odstranění vzduchové mezery se nejprve na kontrolovanou oblast produktu nanesou kontaktní kapaliny, jako je voda, olej, glycerin. Při kontrole svislých nebo velmi nakloněných ploch je nutné použít husté spojovací kapaliny, aby se zabránilo rychlému odtoku. Pro ovládání výrobků s vnějším průměrem menším než 460 mm je nutné použít snímače s poloměrem zakřivení základny R rovným 0,9-1,1R poloměru ovládaného objektu, tzv. zemní snímače, které v této formě jsou nevhodné pro testování výrobků s rovným povrchem. Například pro ovládání válcového výkovku je nutné pohybovat snímačem ve dvou vzájemně kolmých směrech, což znamená použití dvou lapovaných snímačů – jednoho pro každý směr. Ultrazvuková detekce defektů zpravidla nemůže odpovědět na otázku o skutečné velikosti defektu, pouze o jeho odrazivosti ve směru k přijímači. Tyto hodnoty korelují, ale ne pro všechny typy vad. Navíc některé vady je téměř nemožné detekovat pomocí ultrazvukové metody kvůli jejich povaze, tvaru nebo umístění v testovaném objektu. Spolehlivé ultrazvukové testování kovů s hrubozrnnou strukturou, jako je litina nebo austenitické svary (tloušťka nad 60 mm) je prakticky nemožné z důvodu velkého rozptylu a silného útlumu ultrazvuku. Kromě toho je obtížná kontrola malých dílů nebo dílů se složitými tvary. Ultrazvukové zkoušení svarových spojů vyrobených z odlišných ocelí (například austenitických ocelí s perlitickými) je také obtížné kvůli extrémní heterogenitě svarového kovu a základního kovu.
  přihláška
  Ultrazvukový defektoskop pro kontrolu železničních kolejí Slouží k vyhledávání vad materiálu (póry, chlupy, různé vměstky, nehomogenní struktura atd.) a kontrole kvality práce – svařování, pájení, lepení atd. Ultrazvuková kontrola je a. povinný postup při výrobě a provozu mnoha odpovědných produktů, jako jsou součásti leteckých motorů, potrubí jaderného reaktoru nebo železniční kolejnice. Ultrazvukové zkoušení svarů Svary jsou nejrozšířenější oblastí aplikace ultrazvukové detekce vad. Toho je dosaženo díky mobilitě ultrazvukové instalace, vysokému testovacímu výkonu, přesnosti, citlivosti na vnitřní (objemové – póry, kovové a nekovové vměstky; planární – nedostatek fúze, trhliny), stejně jako vnější, tj. povrchové vady svarů. Z mnoha resortních dokumentů vyplývá povinné zkoušení svarů ultrazvukem nebo alternativní volba zkoušení ultrazvukem nebo zářením nebo zkoušení oběma metodami. Hlavním dokumentem v Rusku o ultrazvukovém zkoušení svarů je GOST R 55724-2013, který plně zohledňuje metody zkoušení tupých, T, přeplátovaných a koutových svarů vyrobených různými metodami svařování. Dále jsou zde podrobně popsána opatření (ladící vzorky, standardy) SO-2 (SO-2A), SO-3, SO-4 a standardní vzorky podniku potřebné pro seřízení defektoskopu, jakož i jejich parametry pro jejich výroba. Rozsah kontroly a normy pro posuzování kvality svarového spoje jsou stanoveny různými regulačními dokumenty v souladu s pevnostními požadavky na konkrétní svařovanou konstrukci. Podniky, které vyrábějí zvláště kritické výrobky, stejně jako různé dozorové orgány, mohou vytvářet vlastní metodické materiály pro hodnocení kvality svarů.