CURSUL 5 METODE DE CONTROL NEDISTRUCTIV. PREZENTARE GENERALA

CURSUL 5 METODE DE CONTROL NEDISTRUCTIV. PREZENTARE GENERALA

METODA IMPEDANTEI MECANICE Metoda impedanţei mecanice este una din metodele de inspecţie a materialelor stratificate, în special pentru suprafeţe mari, asigurând posibilitatea examinării materialelor stratificate într-o gamă foarte largă (metalice, nemetalice, hibride). Impedanţa mecanică este definită ca fiind raportul dintre forţa aplicată unui sistem şi viteză. F Z v

EXAMINAREA PRIN EMISIE ACUSTICA Examinarea prin emisie acustică AET (Acousting Emission Testing) se realizează prin înregistrarea emisiei acustice produsă într-un material, ca urmare a stimulării acestuia într-un anumit mod (presare, îndoire, încălzire, răcire, rupere).

EXAMINAREA CU ULTRASUNETE Metoda este aplicabila structurilor din materiale metalice si nemetalice, pentru identificarea discontinuitatilor de suprafata sau interioare. Undele sunt generate de traductori piezoelectrici, uzual la frecvente de 1-10 MHz. Energia transmisa si/sau reflectata poate da informatii privind integritatea structurii (pozitia si marimea eventualelor defecte). Undele elastice se clasifica in functie de modul de vibratie al particulelor mediului, in raport cu directia de propagare (unde longitudinale, transversale si de suprafata).

Unde longitudinale: - oscilatiile sunt in directie longitudinala (zonele de compresiune alterneaza cu cele de dilatare). - se propaga in medii solide, lichide si gazoase. Unde transversale (de forfecare): - particulele se antreneaza unele pe altele, deplasandu-se pe o directie perpendiculara pe directia de propagare, la ½ din viteza undelor longitudinale.

Vitezele undelor longitudinale si transversale prin unele materiale Material Densit. cl ct kg/m 3 m/s m/s Aluminiu 2700 6320 3130 Argint 10400 3650 1610 Cupru 8900 4700 2260 Aur 19300 3240 1200 Otel turnat 7300 5800 3200 Otel slab aliat 7850 5960 3235 Otel inoxidabil 7900 5790 3100 Plexiglass 1180 2730 1430 Sticla, flint 3600 4260 2560 Sticla, crown 2500 5660 3420

Propagarea prin lichid a undelor ultrasonore

Unde de suprafata (Rayleigh): - apare la suprafata unui solid de grosime mare, marginit de aer. - se propaga in vecinatatea suprafetei, intr-o zona de grosime aproximativ egala cu lungimea de unda. - particulele vibreaza urmand o traiectorie eliptica, viteza de propagare este de 90% din viteza undelor transversale. - se pot detecta defecte de suprafata sau langa suprafata.

Unde Lamb: apar in placi de grosime aproximativ egala cu o lungime de unda. exista moduri simetrice (unde la care deplasarile perpendiculare pe placa sunt de sensuri opuse pe cele doua fete ale placii) si moduri antisimetrice (unde de incovoiere la care deplasarile perpendiculare pe placa sunt de sensuri identice pe cele doua fete ale placii ). Viteza undelor depinde de: - materialul structurii prin care se propaga, - frecventa, - unghiul de aplicare a undei incidente, - grosime structura.

Viteza de faza. Viteza de grup Exemplificare: Lansare fisier GroupVelocity.html

Vitezele de grup pentru o placa de Otel de 6 mm Modurile simetrice Modurile antisimetrice 6000 4500 5000 S4 4000 A5 S modes Group velocity [m/s] 4000 3000 2000 S5 S0 S1 S6 S2 S3 A modes Group velocity [m/s] 3500 3000 2500 2000 1500 A1 A4 A0 A2 A3 A6 1000 1000 A7 500 0 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 f (khz) 0 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 f (khz)

A0 in placa de otel 4mm, 150 khz

Viteza undelor (v)este data de produsul dintre frecventa (f) si lungimea de unda (λ) v = f * λ Viteza undelor depinde de modulul de elasticitate, de densitate, de coeficientul Poisson Exemplu: la frecventa uzuala de 2 MHz, in cazul undelor longitudinale in structuri din otel, lungimea de unda corespunzatoare este de 3 mm. Defectele care se pot determina sunt de ordinul a ½ din lungimea de unda. Reflexia si transmisia undelor la frontiera a 2 medii diferite se face conform legii Snell: sin α / sin β = v 1 / v 2, unde α/β sunt unghiurile de incidenta/refractie, iar v 1 si v 2 sunt vitezele undelor in cele 2 medii.

Traductori ultrasonici Se bazeaza pe efectul piezoelectric: modificarea dimensiunilor unui cristal (cuart) in functie de polaritatea curentului electric aplicat pe fete opuse. Zona din imediata vecinatate a traductorului ( near field of the sound beam ) prezinta fluctuatii mari ale intensitatii semnalului emis, ceea ce face ca eventuale discontinuitati din structura sa produca semnale multiple, dificil de interpretat. La trecerea undelor prin materiale, se produce o atenuare a intensitatii lor datorita: - dispersiei cauzate de discontinuitatile intalnite - absorbtiei datorita conversiei energiei undelor in caldura.

EXAMINAREA CU ULTRASUNETE La propagarea prin material, undele îşi manifestă intensitatea prin implicarea în două fenomene: atenuarea inerentă unui parcurs normal şi reflexia de o suprafaţă de discontinuitate. Există două modalităţi fundamentale de aplicare a metodei: prin transmisie şi prin reflexie (ecou).

Metoda puls-ecou Este cea mai utilizata metoda. Energia undelor se transmite prin intermediul unui cuplant (uzual, ulei sau vaselina) intre traductor si suprafata structurii de testat. Cand undele calatoresc prin material, la intalnirea unei discontinuitati, o parte a energiei lor se reflecta, o parte se transmite mai departe in structura. Amplitudinea ecourilor scade. Daca reflexia nu permite o interpretare buna, se analizeaza semnalul transmis cu ajutorul unui al doilea traductor aflat la celalalt capat al structurii.

Cand nu este posibila transmiterea undelor normal la suprafata, se pot emite unde transversale, pe directii inclinate. Frecventa undelor este un element cheie in aprecierea senzitivitatii la identificarea si masurarea defectelor. La o frecventa data, practic, se pot vedea discontinuitati comparabile cu lungimea de unda, pana la ½ din aceasta. La frecvente joase, atenuarea este mai mica, gradul de penetrare creste, dar scade capacitatea de a discerne intre defecte prea apropiate. Frecvente mai mari sunt alese pentru a avea o rezolutie mai buna.

Se pot determina fisuri in structura, aparute datorita fenomenului de oboseala. Forma semnalului este mai ascutita. Daca accesul este posibil, se fac mai multe determinari, de pe diferite directii, pentru a putea localiza defectul si a evalua marimea lui. Incluziunile si porozitatile reflecta undele sub forma unor semnale mai slabe. Undele ultrasonore permit determinarea grosimii conductelor sau vaselor sub presiune, aceasta cu impact in prevenirea cedarii structurilor datorita coroziunii.

Tehnica angle beam inspection foloseste unde transversale pentru examinarea sudurilor, fisurilor, porozitatilor, etc. Unghiul de refractie al undelor in material este inscris pe traductor, alegerea acestuia fiind impusa de tipul de defect. Stabilirea distantei la care se pune traductorul se face printr-o calibrare initiala, inspectia facandu-se apoi prin miscarea traductorului in planul piesei, pe o linie paralela cu zona de controlat. Inspectia conductelor se poate face la interior sau la exterior, pentru determinarea defectelor din fabricatie sau aparute in timpul functionarii.

Moduri de reprezentare a inspectiei cu ultrasunete A scan : amplitudinea ecourilor este prezentata in functie de timpul parcurs de unda in structura; traductorul are o pozitie fixa. B scan : traductorul aluneca dupa o linie de pe suprafata obiectului testat; se obtine o evaluare in sectiunea piesei, cu informatii privind lungimea si adancimea unui eventual defect. C scan : este o reprezentare plana a tuturor ecourilor; se utilizeaza pentru detectia coroziunii in conducte sau vase sub presiune si pentru identificarea delaminarilor in structuri compozite.

Analiza in imersie: avantajul unui cuplant uniform (apa) pe suprafata structurii si posibilitatea generarii undelor longitudinale si transversale prin modificarea orientarii traductoarelor. Aplicatii ale metodelor ultrasonice de control: structuri sudate, piese metalice si nemetalice, identificarea fisurilor aparute in functionare, evaluarea coroziunii, etc. Avantaje: se inspecteaza o mare parte a structurii, rezultatele sunt imediate, costurile sunt relativ scazute fata de alte metode. Limitari: penetrare scazuta in anumite materiale, tehnicianul operator trebuie sa fie bine pregatit pentru interpretarea datelor.