Zadanie 1. (A-D)

Zapoznanie z budową i ustawieniami defektoskopu INCO DI-40

Zapoznano się z panelem sterującym defektoskopem oraz ustawiono defektoskop zgodnie z instrukcją, aby przy jego pomocy mierzyć wielkość próbki.

Pierwsze badanie wykonano na wzorcu stalowym 10μs oraz kostce sześciennej gęstego Al₂O₃.

Na początku zmierzono wymiary próbek przy użyciu suwmiarki.

Dla obu próbek wykonano po pięć serii pomiarowych, w których zarejestrowano położenie pierwszego impulsu oraz pięciu kolejnych ech. Wyniki zestawiono w tabeli, obliczono różnice odległości między echami. Otrzymane wyniki porównano z wymiarami wzorca i próbek zmierzonymi ręcznie.

UWAGA: defektoskop skalibrowany był dla stali. Do badania użyto głowicy 6L0°10C (częstotliwość f=6 MHz, głowica do fal podłużnych, kierunek wiązki fal styczny z normalną, średnica głowicy 10mm, przetwornik ceramiczny). Głowice przed badaniem smarowano olejem.

Tabela 1. Wyniki pomiaru położenia impulsów [mm] na lampie defektoskopu.

Próbka	Pomiar	Seria I	Seria II	Seria III	Seria IV	Seria V	średnia [mm]	σ	Odległość między echami	Długość suwmiarką [mm]
Wzorzec	1 impuls	60	60	60	59	60	59,80	0,447		60
	1 echo	119	119	119	119	119	119,00	0,000	59,20	60
	2 echo	178	179	179	179	178	178,60	0,548	59,60	60
	3 echo	238	238	238	238	238	238,00	0,000	59,40	60
	4 echo	297	297	297	297	298	297,20	0,447	59,20	60
	5 echo	356	356	357	357	357	356,60	0,548	59,40	60
	Średnia	208,00	208,17	208,33	208,17	208,33	208,20	0,139	59,36	60
Al2O3	1 impuls	31	31	31	31	31	31,00	0,000		48
	1 echo	67	67	66	66	66	66,40	0,548	35,40	48
	2 echo	95	96	97	97	97	96,40	0,894	30,00	48
	3 echo	133	133	132	132	133	132,60	0,548	36,20	48
	4 echo	163	163	163	164	165	163,60	0,894	31,00	48
	5 echo	195	195	194	195	195	194,80	0,447	31,20	48
	Średnia	114,00	114,17	113,83	114,17	114,50	114,13	0,247	32,76	48

Powyższe wyniki badania długości próbek przy pomocy suwmiarki i defektoskopu są bardzo zgodne niemal identyczne dla wzorca stalowego 10μs, natomiast bardzo rozbieżne dla próbki Al₂O₃. Jest to spowodowane tym, iż defektoskop został skalibrowany dla stali i z założenia wylicza odległość dla prędkości rozchodzenia się fali równej 5940 [m/s] (6000 [m/s]).Prędkość rozchodzenia się fali w Al₂O₃ wynosi 10597 [m/s] (10600 [m/s]), stąd, aby poprawnie obliczyć wymiar próbki należy zastosować odpowiedni przelicznik który otrzymujemy przez obliczenie stosunku szybkości propagacji fal w Al₂O₃ i stali.

$$\frac{10600}{6000} = 1,77$$

1, 77 * 11, 32 = 20, 04

Po uwzględnieniu poprawki otrzymujemy wynik bardzo zbliżony do rzeczywistej wielkości próbki korundowej. Należy pamiętać, iż przy pomocy defektoskopu możemy mierzyć z dokładnością pomiaru ±1mm, a więc otrzymany wynik zawiera się w granicy błędu. Wynika z tego jednoznacznie, że możliwy jest pomiar wielkości próbek z różnych materiałów, nawet przy kalibracji dla stali, jeśli znajdziemy prędkość propagacji fali w tych materiałach i obliczymy ich stosunek.

Zadanie 1. (E) Wykrywanie wad w materiałach bezporowatych.

Wykonano badania w miejscach zaznaczonych na wzorcu. Odległości określone badaniem ultradźwiękowym zestawiono w tabeli razem z odległościami rzeczywistymi (wzorzec znormalizowany).

Tabela 2. Wyniki pomiaru odległości ścian i wad [mm] w wzorcu W-1 przy pomocy defektoskopu oraz suwmiarki.

Położenie głowicy	Odległość defektoskopem	Odległość suwmiarką	Wyjaśnienie
1	25	25	zgodne
2	25	25	zgodne
3	50	23	fala przechodzi przez inny materiał (PMMA) - prędkość fali mniejsza
4a	85	85	zgodne
4b	100	100	zgodne
4c	91	91	zgodne
5	91	91	zgodne
6		82	fala odbija się od powierzchni nierównoległej i nie trafia do głowicy
7a	35	35	odległość do otworu
7b	200	200	odległość do wcięcia
8	91	90	zgodne
9	100	100	zgodne
10a	14	15	odległość do otworu
10b	45	46	odległość do wtrącenia PMMA

Wyjaśnienie:

Ad 3. We wzorcu znajduje się wstawka w kształcie walca wykonana z polimetakrylanu metylu, dla którego prędkość rozchodzenia się fali ultradźwiękowej wynosi 2730 [m/s]. Uwzględniając przelicznik

$$\frac{2740}{6000} = 0,46$$

0, 46 * 50 = 23

otrzymujemy wynik zgodny z odległością zmierzoną suwmiarką.

Ad 4. Fala ultradźwiękowa odbija się od powierzchni znajdujących się w trzech różnych odległościach od źródła fali: dwie ściany wzorca (4b i 4c) i „dno” nacięcia (4a).

Ad 6. Wygenerowana fala odbija się od powierzchni nierównoległej i nie trafia z powrotem do głowicy.

Ad 7. Pierwsza odległość (7a), to długość odcinka ściana wzorca-otwór, natomiast druga (7b) to długość odcinka ściana wzorca-wcięcie.

Ad 10. Pierwsza odległość (10a) to długość odcinka ściana wzorca-otwór, natomiast druga (10b) to długość odcinka ściana wzorca-wtrącenie PMMA.

Nr impulsu	Odczyt z
	lampy [mm]
1	46
2	15
3	59
4	88
5	29
6	73

Próbka	wymiar	t1	t2	t3	t4	t5	tśr	σt
wzorzec 2	12	12	12	12	12	12	12,0	0,000
wzorzec 10	60	60	60	60	60	60	60,0	0,000
Al2O3 ściana A (sz)	20	12	12	12	12	12	12,0	0,000
Al2O3 ściana B (sz)	20	12	12	12	12	12	12,0	0,000
Al2O3 ściana C (sz)	20	12	12	12	12	12	12,0	0,000
Al2O3 ściana A (pr)	12,5	8	8	8	7	8	7,8	0,447
Al2O3 ściana B (pr)	99,3	64	63	64	63	64	63,6	0,548
Al2O3 ściana C (pr)	20	12	12	12	12	12	12,0	0,000
SiC ściana A	15,5	8	8	8	8	8	8,0	0,000
SiC ściana B	48,2	26	26	26	26	26	26,0	0,000
SiC ściana C	48,2	26	25	26	26	26	25,8	0,447
ZrO2 ściana D	15	14	14	14	14	14	14,0	0,000
ZrO2 ściana H	10	9	8	8	9	9	8,6	0,548
Rafa ściana A	40	40	40	40	40	40	40,0	0,000
Rafa ściana B	161	161	161	161	161	162	161,2	0,447
Rafa ściana C	30	30	30	30	29	30	29,8	0,447
Polimer A	18,2	39	39	39	39	39	39,0	0,000
Polimer B	24,4	53	54	53	53	54	53,4	0,548
Polimer C	23,2	51	50	50	51	51	50,6	0,548