Jakub Koziołek Data: 21 października 2013

Akademia Techniczno-Humanistyczna

W Bielsku-Białej

Wydział Budowy Maszyn i Informatyki

Automatyka i Robotyka

Grupa 3a, sem. 1

Badania nieniszczące

1.Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z metodyką badań ultradźwiękowych, w szczególności z metodą echa oraz wykrycie wad występujących w zamaskowanych próbkach.

2. Wstęp teoretyczny:

Ultradźwięki – drgania mechaniczne o częstotliwości większej od górnej granicy słyszalności człowieka tj. około 16 000 – 20 000 herców (Hz).

Odbicie polega na tym, iż padając na granicę dwóch ośrodków o różnych gęstościach, fala częściowo przejdzie przez tę granicę, a częściowo się od niej odbije. Energia fal: odbitej i przenikającej są mniejsze niż fali padającej. Zjawisko to leży u podstaw dwóch ważnych metod badawczych: echa i cienia.

Metody badawcze ultradźwiękowe:

a) metoda echa:

• jest najdokładniejsza;

• stosujemy jedną głowicę nadawczo – odbiorczą;

• możemy określić odległość wady, jej szerokość;

• wymagany jest dostęp tylko z jednej strony;

• nie można stosować do długich elementów;

• nie można wykryć wad powierzchniowych;

b) metoda przepuszczania (cienia):

• stosujemy dwie głowice (nadawczą i odbiorczą);

• można określić umiejscowienie wady;

• jest skuteczna, gdy materiał ma dużą skłonność do tłumienia fal ultradźwiękowych;

• nie można określić wielkości wady;

• wymaga dostępu z dwóch stron;

• głowice muszą być idealnie w osi;

• wysokość amplitudy określa umiejscowienie wady;

c) metoda rezonansu:

• zachodzi, gdy grubość badanego elementu jest całkowitą wielokrotnością połowy długości fali;

• ścianki elementy badanego muszą być równoległe;

• jest stosowana do pomiaru grubości, wykrywania korozji, badania połączeń;

Rodzaje fal ultradźwiękowych:

• Fale podłużne - fala, w której kierunek rozchodzenia się jest zgodny z kierunkiem drgań cząsteczek ośrodka.

• Fale poprzeczne - fala, w której kierunek rozchodzenia się jest prostopadły do kierunku drgań cząsteczek ośrodka.

• Fale Lamba - fala rozchodząca się w elementach płasko-równoległych, których grubość jest współmierna z długością fali.

• Fale powierzchniowe - fala rozchodząca się na powierzchni ośrodka.

• Fale Love’a - fala poprzeczna rozchodząca się w cienkich warstwach, spolaryzowana w kierunku równoległym do kierunku propagacji fali.

• Fale płaskie - fala, w której czoło jest płaskie.

• Fale giętne – punkty leżące w jednej płaszczyźnie pozostają w niej w czasie drgań giętnych.

• Fale skrętne – przemieszczenie cząstek jest proporcjonalne do odległości od osi pręta i następuje w kierunku prostopadłym do rozchodzenia się fali.

3. Przyrządy wykorzystywane w ćwiczeniu:

• defektoskop ultradźwiękowy UMIPAN TYPE 520;

• głowica pomiarowa (nadawczo-odbiorcza) INCO M04;

• próbki badanych materiałów

• suwmiarka

4. Opis przebiegu ćwiczenia:

I Etap – Wymiarowanie próbek za pomocą suwmiarki:

• Próbka pierwsza (jawna) - wady widoczne są gołym okiem. Wady w postaci dwóch otworów o średnicy 10mm i głębokości 7mm jeden oraz 17mm drugi otwór. Materiał o wymiarach 92,45mm x 50mm x 50 mm zmierzone za pomocą suwmiarki.

• Próbka druga (zamaskowana „G”) - wady nie są widoczne gołym okiem. Próbka o wymiarach 55mm x 35mm x 26,45mm zmierzone za pomocą suwmiarki.

• Próbka trzecia (zamaskowana „g”) - wady nie są widoczne gołym okiem. Próbka o wymiarach 55mm x 35mm x 26,5mm zmierzone za pomocą suwmiarki.

II Etap – Wyznaczanie wad w próbce jawnej:

Ustawienie defektoskopu (materiału badanego, podziałki na defektoskopie itp.) odpowiednio do badanej próbki. W celu zniwelowania tarcia głowicy defektoskopu o badany materiał próbka została nasmarowana płynem kontaktowym. Przemieszczamy głowicę w kierunku głębszej wady. Na wyświetlaczu zanika amplituda odbita od dna a pojawia się amplituda odbita od krawędzi wady. Maksymalne wychylenie amplitudy zrzutowanej na oś X daje nam odległość wady od głowicy. Następnie kierujemy głowicę na mniejszą wadę. Defektoskop nie wskazuje żadnych zmian. Dopiero po zwiększeniu mocy fali, pojawia się na wyświetlaczu amplituda odbita od wady (tzw. „korona”). Po odczytaniu wyników czynności te zostały powtórzone na przeciwległej powierzchni. Dzięki temu możliwe będzie ustalenie wymiarów średnic i głębokości danych otworów.

III Etap – Wyznaczanie wad w zamaskowanych próbkach:

Ustawienie defektoskopu (materiału badanego, podziałki na defektoskopie itp.) odpowiednio do badanej próbki. Metoda postępowania jest taka sama jak w próbce pierwszej (jawnej).

5. Wyniki i analiza:

W próbce jawnej wymiary wad zmierzone defektoskopem nieznacznie różnią się od pomiarów dokonanych suwmiarką. Krótsza wada nie zostaje wykryta, pojawia się potrzeba zwiększenia mocy fali.

W próbce zamaskowanej „g” wada znajduje się 43,5mm od powierzchni górnej, 8mm od powierzchni przeciwległej oraz po 16mm od powierzchni bocznych.

W próbce zamaskowanej „G” wada znajduje się 41mm od powierzchni górnej, przy pomiarze od powierzchni przeciwległej wystąpił problem, mianowicie jedna z wad umieszczona była w martwej strefie pomiarowej. W celu zlokalizowanie jej i określenia wielkości obracamy przedmiot w drugiej płaszczyźnie i dokonujemy pomiarów (z jednego boku 14,5mm oraz 14mm z drugiego).

W próbkach „G” i „g” wystąpiła wada wielkości co najmniej 6,5 mm.

6. Wnioski:

• mniejsze wady potrzebują większy sygnał w celu uzyskania pomiaru;

• dokładność defektoskopu ultradźwiękowego jest relatywnie duża;

• na ekranie występuje tzw. „korona” gdy powierzchnie pomiarowe są nierównomierne;

• do pomiaru defektoskopem ultradźwiękowym potrzebny jest płyn kontaktowy;

• metoda badawcza ultradźwiękowa ma na celu wskazanie istnienia wady i wskazanie jej wstępnej lokalizacji;

• wyniki pomiarów próbek niejawnych mogą się nie dokładnie pokrywać z rzeczywistością i należy do nich podchodzić z rezerwą;

• martwa strefa uniemożliwia odczytanie jednego z wymiarów potrzebnych do zlokalizowanie wady;