Początek

Skrypty Ciekawe strony  

Zaliczanie

   
 

Wykrywanie wad w metalach metodami defektoskopii

 ultradźwiękowej

I.Cel ćwiczenia.

 

Celem ćwiczenia jest poznanie wykrywania wad w przedmiotach metodą ultradźwiękową.

 

II.Wiadomości uzupełniające.

 

Badanie metali falami ultradźwiękowymi zalicza się do badań nieniszczących. Metoda ta 

umożliwia przeprowadzenie badań bez uszkodzenia części badanych oraz bez pogorszenia ich 

własności użytkowych, mechanicznych itp. Fale ultradźwiękowe są wywołane drganiami 

ośrodków stałych i ciekłych o częstotliwości wyższej od słyszalnej, tj. powyżej 16000 drgań 

na sekundę, i mogą rozchodzić się tylko w ośrodkach sprężystych. Prędkość rozchodzenia 

się fal zależy od ośrodka. Przykładowo prędkość fal w powietrzu wynosi 331,7 m/s, w stali 

5000 m/s, w oleju 1100 m/s. Długość i częstotliwość fali są związane zależnością:

 

c = f

w której: c - prędkość rozchodzenia się fali, f - częstość drgań, - długość fali.

 

Ucho ludzkie odbiera fale głosowe o częstości f od 16 Hz do 16 kHz, co odpowiada długości 

fali od 21,5 mm do 21,5 m przy prędkości 344 m/s. Fale o częstości mniejszej od 16 Hz 

nazwano falami infradźwiękowymi, powyżej zaś 16 kHz - ultradźwiękowymi. Fale 

ultradźwiękowe rozchodzą się w środowisku stałym, napotykając przeszkodę ulegają ugięciu, 

odbiciu ( kąt odbicia równa się kątowi padania ), absorpcji i rozpraszaniu. Jeżeli przeszkoda 

na drodze jest dla niej przepuszczalna, fala w pewnym procencie przechodzi przez 

przeszkodę, a częściowo odbija się od niej. Przy przechodzeniu przeszkody fala ulega 

załamaniu. Kąt załamania jest zależny od materiału przeszkody. Ugięcie fali zachodzi przy 

przechodzeniu fal długich przez przeszkodę i polega na zmianie kierunku fali za przeszkodą.

Działanie generatorów fal ultradźwiękowych jest najczęściej oparte na zasadzie zjawiska 

piezoelektryczności. Jeżeli płytkę kryształu kwarcu umieścimy w zmiennym polu 

elektrycznym, płytka ta kurczy się i rozszerza zgodnie ze zmianami pola elektrycznego, stając 

się źródłem fali ultradźwiękowej. Zachodzi również zjawisko odwrotne: gdy ściśniemy 

kryształ kwarcu, na biegunach elektroskopu uzyskamy ładunki elektryczne. Wiązka fal 

ultradźwiękowych wysłana w głąb materiału, natrafiając na wadę ulega częściowemu odbiciu 

od niej. Odbita część wiązki niesie ze sobą obraz wady w postaci sygnału falowego. Należy 

ją przetworzyć na obraz widzialny. Najpierw sonda umieszczona na kierunku odbitej wiązki 

zamienia ją na impulsy elektryczne. Te z kolei zostają wzmocnione i posłane do lampy 

oscyloskopu. Na ekranie oscyloskopu będzie widoczny obraz wady i jej odległości od sondy. 

Część wiązki odbita od "dna" badanego przedmiotu wraca po nieco dłuższym czasie niż część 

odbita od wady. Plamka świetlna na oscyloskopie rysuje zarówno impuls wiązki odbitej od 

wady ( echo wady ), jak i impuls wiązki odbitej od dna przedmiotu ( echo dna ). Cały ten 

cykl powtarza się kilkaset razy na sekundę. Bezwładność naszego oka daje wrażenie obrazu 

trwałego. Opisana metoda wykrywania i umiejscowienia wad w materiale nosi nazwę 

metody echa. Metoda ta daje tzw. strefę martwą o grubości ok. 2 mm, licząc od 

powierzchni w głąb materiału.

 

Metodę przepuszczania stosuje się przy badaniach z użyciem dwu sond. Jedną z nich 

umieszcza się po jednej stronie materiału, a drugą po stronie przeciwnej. Jedna sonda wysyła 

 

impuls ultradźwiękowy w głąb materiału. Przechodzi on przez całą grubość przedmiotu. Gdy 

trafia na wadę, zostaje osłabiony. Ten osłabiony impuls odbiera druga sonda i przekazuje do 

oscyloskopu. Na ekranie lampy otrzymuje się odpowiedni obraz wady.

Metoda powierzchniowa jest to metoda badań oparta na zjawisku fal powierzchniowych. 

Do materiału przystawia się sondę wytwarzającą fale, które nie wnikają w głąb materiału, lecz 

rozchodzą się po powierzchni. Z użyciem tej metody można wykrywać wady pod 

powierzchnią na głębokości 0,1 0,8 mm. Metodę tę stosuje się do wykrywania pęknięć na 

powierzchni; z uwagi na duży zasięg nadaje się ona do badania blach. Podobnie jak w 

metodach poprzednich, na ekranie oscyloskopu otrzymamy odpowiedni obraz wady.

 

Metoda zanurzeniowa polega na tym, że przedmiot razem z sondą umieszcza się w 

naczyniu z cieczą, najczęściej w wodzie. Na dnie naczynia ustawia się przedmiot, a nad nim, 

w dobranej odległości - sondę. Sonda musi być starannie ustawiona względem przedmiotu, w 

przeciwnym bowiem razie badanie się nie uda. Fale dźwiękowe zostają wprowadzone do 

przedmiotu przez słup wody. Przedmioty o masie do 50 kg przesuwa się względem 

nieruchomej sondy; jeżeli przedmiot jest cięższy, przesuwa się czujnik na odpowiednich 

prowadnicach. Na ekranie lampy obserwuje się kolejno odbicia wiązki fal od tylnej 

powierzchni materiału i od wad. Odległość, którą przebywają fale w wodzie, należy tak 

dobrać, aby czas przejścia fal przez wodę od sondy do materiału był dłuższy od czasu 

przebycia grubości materiału od powierzchni przedniej do tylnej i z powrotem. Należy przy 

tym uwzględnić prędkość rozchodzenia się fal w wodzie i w danym materiale. Odmianą tej 

metody jest stosowanie sondy w odpowiedniej oprawie, z której stale wypływa woda.

Metoda przekroju poprzecznego tym różni się od poprzednich, że oscyloskop jest 

wyposażony w odpowiednią przystawkę, która zatrzymuje na ekranie obraz z poprzedniego 

badanego miejsca w przedmiocie, czyli niejako "pamięta" poprzednio powstałe obrazy. Ruch 

plamki podstawy czasu, np. o kierunku poziomym, jest proporcjonalny do drogi przebytej 

przez fale w badanym przedmiocie. Natomiast ruch w kierunku pionowym jest 

proporcjonalny do przesunięcia sondy po badanym przedmiocie. Plamka podstawy czasu jest 

tak długo niewidoczna, dopóki nie nastąpi odbicie od wady. Gdy nastąpi odbicie od wady lub 

od powierzchni ograniczającej, na ekranie pojawi się świecąca plamka. We wszystkich 

pozostałych miejscach ekran jest ciemny. W wyniku przesuwania sondy otrzymuje się obraz 

odpowiadający rozłożeniu wad w płaszczyźnie przechodzącej przez miejsca przesuwania 

sondy ( stąd nazwa "metoda przekroju" ).

W metodzie widoku z góry oscyloskop jest wyposażony w inną przystawkę pracującą w 

układzie osi współrzędnych x - y. Ruch plamki jest proporcjonalny do ruchu sondy po 

przedmiocie. Jeżeli sonda wykonuje ruch wzdłuż osi x, to plamka na ekranie przesuwa się 

również wzdłuż osi x. Podobnie jest przy ruchu wzdłuż osi y. Dowolnemu położeniu sondy na 

przedmiocie odpowiada ściśle określone położenie plamki na ekranie. Plamka jest widoczna 

wtedy, gdy przedmiot zawiera wadę. Jej obraz jest widoczny z góry. Łącznie otrzymuje się 

obraz rozłożenia wad rzucony na jedną płaszczyznę, nie wiadoma jednak, w których 

płaszczyznach w przedmiocie te wady leżą.

Dwie ostatnie metody umożliwiają wykonanie dokumentacji badanych przedmiotów. Na 

ekranie lampy mamy bowiem obraz nie tylko jednej wady, ale wszystkich wad na wycinku 

powierzchni przedmiotu. Dla utrwalenia można go fotografować.

 

III.Przebieg ćwiczenia.

 

1.Przygotowanie przedmiotu:

a / wybrać przedmiot do badań,

b / oczyścić przedmiot z kurzu, piasku, rdzy i innych zanieczyszczeń,

c / w badanym miejscu powierzchnię dokładnie wyczyścić,

d / badane miejsce posmarować olejem lub wodą tak, aby pomiędzy przyłożoną później 

sondą a materiałem nie było powietrza,

e / ustawić przedmiot zależnie od wybranej metody.

 

2.Przygotowanie sondy:

a / wybrać odpowiedni typ sondy, np. prostą lub ukośną, zależnie od sposobu badania,

b / ustalić odpowiedni rodzaj fal,

c / zbadać stan techniczny sondy,

d / przyłączyć sondę do defektoskopu,

e / zależnie od wybranej metody sondę przymocować do prowadnic lub zapewnić je stałe 

położenie.

 

3.Wybór metody badania:

a / określić rodzaj badanego materiału,

b / określić kształt badanego przedmiotu i jego rozmiary,

c / określić miejsce spodziewanych wad - na powierzchni, czy w głębi przedmiotu,

d / stosownie do poprzednich ustaleń wybrać odpowiednią metodę,

e / skompletować urządzenia dodatkowe, np. wannę, prowadnice i inne.

 

4.Przygotowanie oscyloskopu:

a / ustawić na stole właściwy oscyloskop, dodatkowe przystawki i zasilacz,

b / połączyć wszystkie elementy, stosownie do instrukcji obsługi,

c / załączyć zasilacz i czekać kilka minut do nagrzania się lamp w aparaturze,

d / nastawić oscyloskop tak, aby na jego ekranie otrzymać linie podstawy czasu i znaczniki 

odległości lub inne ( zależnie od metody badań i dołączonych przystawek ),

e / przeprowadzić badanie próbne na znanym przedmiocie, aby upewnić się, czy defektoskop 

działa sprawnie,

f / sprawdzić, czy wiązka fal nie pada na badającego lub innych, obserwujących badanie,

g / wyłączyć aparat.

 

5.Badanie właściwe:

a / ustawić wzajemnie przedmiot i sondę stosownie do wybranej metody,

b / dokonać kilku próbnych przesunięć sondą po przedmiocie, aby sprawdzić mechaniczną 

sprawność działania,

c / załączyć ponownie przygotowaną uprzednio aparaturę,

d / przesuwać sondę po przedmiocie, stosownie do obranej metody, dokonując właściwego 

badania, równocześnie obserwując obraz na ekranie lampy,

e / po ukończeniu badania aparaturę rozmontować i umieścić w szafie lub skrzynce.

 

6.Ocena wad na podstawie obrazu:

a / ustalić, stosownie do metody, gdzie może leżeć wada w przedmiocie: na powierzchni czy 

na pewnej głębokości,

b / określić rozmiary wady - w tym celu należy wadę badać w różnych kierunkach,

c / określić położenie wady na podstawie obrazu na ekranie lampy,

d / określić rodzaj wady.

Ostatni punkt jest w badaniach defektoskopowych najtrudniejszy do zrealizowania, ponieważ 

obraz na ekranie lampy nie daje na ogół rzeczywistego obrazu wady, lecz tylko informację o 

jej istnieniu. Ten punkt rozwiązuje dobrze metoda przekroju poprzecznego i metoda widoku z 

góry. Do dobrego określenia rodzaju wad trzeba mieć duże doświadczenie w badaniach oraz 

w ich przygotowywaniu i przeprowadzaniu. Małe usterki w przygotowaniu ćwiczenia mogą 

spowodować fałszywe wyniki.

 

7.Rejestracja obrazu:

a / w razie potrzeby sporządzenia dokumentacji badanego przedmiotu należy obraz jego 

wady utrwalić ( najczęściej stosuje się fotografowanie ),

b / należy ustawić odpowiednio aparat fotograficzny, nastawić odległość, przesłonę i 

migawkę,

c / wykonać zdjęcie i na arkuszu zapisać numer zdjęcia, numer przedmiotu i orientacyjne 

położenie wady.

 

IV.Uwagi do sprawozdania.

Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:

a / opisaną metodę wykrywania wad falami ultradźwiękowymi,

b / opisaną budowę i zasadę działania defektoskopu ultradźwiękowego,

c / opisane zjawisko powstawania obrazu wady na oscyloskopie,

d / opisane przeprowadzenie prób i zestawienie wyników,

e / uwagi i wnioski.