ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΑΧΟΥΣ ΚΑΙ ΑΤΕΛΕΙΩΝ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΜΕ ΥΠΕΡΗΧΟΥΣ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΑΧΟΥΣ ΚΑΙ ΑΤΕΛΕΙΩΝ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΜΕ ΥΠΕΡΗΧΟΥΣ"

Τίμω Παπαϊωάννου
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Άσκηση 1 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΑΧΟΥΣ ΚΑΙ ΑΤΕΛΕΙΩΝ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΜΕ ΥΠΕΡΗΧΟΥΣ 1.1. Γενικά 1.2. Αρχή λειτουργίας 1.3. Μέτρηση πάχους εξαρτημάτων 1.4. Εντοπισμός ελαττωμάτων 1.5. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της μεθόδου 1.1. ΓΕΝΙΚΑ Σκοπός της άσκησης είναι ο προσδιορισμός του πάχους των υλικών (μετάλλων και πλαστικών) με τη χρήση των υπερήχων. Η τεχνική των υπερήχων χρησιμοποιείται ευρύτατα σήμερα για τον εντοπισμό των εσωτερικών αλλά και εξωτερικών επιφανειακών ατελειών των υλικών. Ταυτόχρονα οι υπέρηχοι χρησιμοποιούνται και για μετρήσεις πάχους υλικών όπου δεν είναι εφικτή η πρόσβαση και από τις δύο πλευρές του δείγματος, π.χ. έλεγχος πάχους τοιχωμάτων σωληνώσεων ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Τα ηχητικά κύματα είναι ελαστικά κύματα που μπορούν να διαδοθούν και μέσα σε υγρά ή στερεά μέσα. Οι συχνότητες που το ανθρώπινο αυτί αισθάνεται βρίσκονται μεταξύ των 20 Hz και 20 MHz. Ελαστικά κύματα με συχνότητες μεγαλύτερες του ακουστικού πεδίου (audio range) ορίζονται ως υπέρηχοι. Οι συχνότητες των υπερηχητικών κυμάτων που χρησιμοποιούνται για τους Μη Καταστροφικούς Ελέγχους (ΜΚΕ) των υλικών είναι μεταξύ των 500 Hz και 100MHz. Οι υπέρηχοι δημιουργούνται από πιεζοηλεκτρικούς μετατροπείς. Ορισμένα κρυσταλλικά υλικά παρουσιάζουν το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο, δηλαδή έχουν την ιδιότητα να μετατρέπουν την εφαρμογή εξωτερικής μηχανικής τάσης σε ηλεκτρικό ρεύμα και αντίστροφα. Η τάση του ρεύματος που παράγεται είναι ανάλογη της εφαρμοζόμενης τάσης. 1

2 Όταν εφαρμόσουμε σ ένα λεπτό δίσκο πιεζοηλεκτρικού κρυστάλλου μια εναλασσόμενη τάση, ο κρύσταλλος συστέλλεται και διαστέλλεται με αποτέλεσμα τη δημιουργία ηχητικού κύματος. Αντίστροφα όταν ένα υπερηχητικό κύμα προσπίπτει πάνω σε ένα πιεζοηλεκτρικό μετατροπέα έχει ως αποτέλεσμα τη δόνηση του κρυστάλλου και την παραγωγή εναλλασσόμενου ρεύματος.ο κρύσταλλος λειτουργεί δηλαδή ως πομπός και δέκτης. Όταν μια ηχητική δέσμη συναντήσει το διαχωριστικό επίπεδο μεταξύ δύο διαφορετικών υλικών, τότε μέρος αυτής ανακλάται και το υπόλοιπο μεταδίδεται στο άλλο υλικό. Στην περίπτωση που το ένα υλικό είναι αέρας και το άλλο είναι μεταλλο, τότε σχεδόν το 100% της προσπίπτουσας ηχητικής δέσμης ανακλάται. Για τον πιο πάνω λόγο είναι λοιπόν αναγκαία η χρήση ενός υγρού μέσου προσαγωγής (couplant) που να επιτρέπει τη μετάδοση του υπερηχητικού κύματος μεταξύ του πομπού (αισθητήριο) και του υλικού. Ως υλικά προσαγωγής χρησιμοποιούνται συνήθως προπυλενογλυκόλη ή για καλύτερα αποτελέσματα γλυκερίνη. Μπορούν όμως να χρησιμοποιηθούν και νερό, λάδι, γράσσο, τζέλς, σιλικονούχα υγρά κ.ά. Σχ.1: Ανίχνευση εσωτερικών ατελειών σε υλικό με υπέρηχους 2

3 Σχήμα 2: Επίδραση της απόστασης στο ανακλώμενο υπερηχητικό σήμα Σχήμα 3: Επίδραση προσανατολισμού ατέλειας στο υπερηχητικό σήμα 3

4 Σχήμα 4: Επίδραση μεγέθους ατέλειας στο υπερηχητικό σήμα 1.3. ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΑΧΟΥΣ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ Οι υπέρηχοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση πάχους εξαρτημάτων ή και στοιβάδων διαφορετικής σύστασης (π.χ. επιμεταλλώσεις). Αυτό οφείλεται σε διαδοχικές ανακλάσεις των υπερήχων στο όριο του υλικού. (σχήμα 5). Σχ. 5: Διαδοχικές ανακλάσεις υπερήχων Με τη μέθοδο αυτή προσδιορίζονται οι ανακλάσεις σε δοκίμιο γνωστού πάχους. Αν d είναι το προς μέτρηση πάχος του υπό εξέταση υλικού, k o ο αριθμός των διαδοχικών ανακλάσεων σε γνωστό πάχος d o του δοκιμίου αναφοράς και k ο αριθμός των ανακλάσεων στο υπό εξέταση υλικό τότε, d = k o. d o / k 4

5 1.4. ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΣ ΕΛΑΤΤΩΜΑΤΩΝ Κατά τον έλεγχο με υπερήχους για εντοπισμό ελαττωμάτων, χρησιμοποιείται υψηλή συχνότητα (μικρό μήκος κύματος), διότι απαιτείται υψηλή ευαισθησία μετρήσεων (ακρίβεια), και δέσμη ακτίνων μεγάλης κατευθυντικότητας. Η χρήση κυμάτων χαμηλής συχνότητας (μεγάλου μήκους κύματος) επιτρέπει τον έλεγχο σε σημαντικό βάθος (υψηλή διεισδυτικότητα), μέχρι και 10 μέτρα. Σχηματική παράσταση εξέτασης με τον ακροδέκτη σε επαφή με το υλικό δίδεται στο παρακάτω σχήμα 6. Σχ. 6: Εντοπισμός ελαττώματος με υπερήχους Εξέταση με υπερήχους μπορεί να γίνει ακόμη και εάν το υπό εξέταση υλικό βρίσκεται μέσα στο νερό ή άλλο υγρό, διότι η απορρόφηση των υπερήχων είναι μικρή και επομένως η εμβέλειά τους μεγάλη (σχήμα 7). Σχ. 7: Εξέταση μέσα σε υγρό 5

6 1.5. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ Πολύ ευαίσθητη μέθοδος Μέτρηση σε όλη τη διατομή του δοκιμίου Χρησιμοποιείται εκεί που αποτυγχάνει ο ακτινολογικός έλεγχος. Απαιτεί πολύ μεγάλη εξειδίκευση Δοκιμή στο σκυρόδεμα Η ταχύτητα των υπερήχων υ, που διαδίδονται μέσω στερεού σώματος συνδέεται με το μέτρο ελαστικότητας Ε και την πυκνότητα ρ του σώματος, με τη σχέση: υ = (Ε/ρ) = l/t όπου, l το πάχος του υλικού που εξετάζεται t ο χρόνος που χρειάζεται να διανυθεί το πάχος του υλικού Η παραπάνω σχέση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του μέτρου ελαστικότητας σκυροδέματος γνωστής πυκνότητας που συνδέεται με την αντοχή. Η ευαισθησία του οργάνου και επομένως η ακρίβεια της μεθόδου, μεγιστοποιείται όταν η μετάδοση γίνεται απευθείας (σχήμα 8), οπότε μετρώνται μόνο τα διαμήκη κύματα, ενώ σε περιπτώσεις ημιαπευθείας μετάδοσης ή επιφανειακής μετάδοσης το σήμα επηρεάζεται από τα εγκάρσια ή επιφανειακά κύματα. Η σχέση ταχύτητας αντοχής εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως, η κοκκομετρική ανάλυση, ο τύπος και το ποσοστό αδρανών, ο τύπος τσιμέντου, ο λόγος Ν/Τ, τα πρόσμικτα, τα πρόσθετα, ο βαθμός συμπύκνωσης, οι συνθήκες συντήρησης, η ηλικία, η υγρασία και η θερμοκρασία του σκυροδέματος, το μέγεθος και το σχήμα του δοκιμίου, η παρουσία ή όχι οπλισμού, η ύπαρξη ρωγμών κλπ. Για το λόγο αυτό οι καμπύλες συσχετισμού ταχύτητας αντοχής θα πρέπει να έχουν προκύψει από τη μέτρηση αντοχών πυρήνων από σκυρόδεμα με τα ίδια ή παρόμοια χαρακτηριστικά με το υπό εξέταση σκυρόδεμα. Η μέθοδος, ως εκ τούτου είναι περισσότερο χρήσιμη για τον ποιοτικό έλεγχο παρόμοιων σκυροδεμάτων, οπότε θα διαγνωσθεί η πιθανή ελλιπής συμπύκνωση ή η μεταβολή στο λόγο Ν/Τ, και λιγότερο για την εκτίμηση της αντοχής του σκυροδέματος σε υφιστάμενες κατασκευές. 6

7 Σχ. 8: Μέθοδος μέτρησης ταχύτητας υπερήχων με α. απευθείας μετάδοση β. ημιαπευθείας μετάδοση γ. επιφανειακή μετάδοση 7

Σχετικά έγγραφα

πλησίον της επιφανείας ατελειών.

πλησίον της επιφανείας ατελειών. 87 ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΙ ΕΛΕΓΧΟΙ ΥΛΙΚΩΝ Οι µη καταστροφικοί έλεγχοι (ΜΚΕ) [non destructive testing, NDT ], είναι έλεγχοι που γίνονται στα υλικά µε σκοπό τη διαπίστωση της ακεραιότητας και κατάστασης ενός υλικού,