Akademia Górniczo-Hutnicza
im. S. Staszica w Krakowie

Metody Badań Materiałów

Sprawozdanie

Temat: Defektoskopia

Wykonali:

Kierunek: Inżynieria Mechaniczna i Materiałowa

Wydział: IMIR

Grupa: H30

Data: 04.11.2014

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z metodami badań wykrywania wad w materie wykorzystując aparaturę defektoskopu ultradźwiękowego

1. Przebieg ćwiczenia

W domu.

1. Pomiar ech dla wzorca 10μs oraz próbki ceramicznej Al₂O₃

Tab. 1. Wyniki pomiarów impulsów [mm] na lampie defektoskopu

Próbka	Nr echa	I seria [mm]	II seria [mm]	III seria [mm]	IV seria [mm]	Średnia [mm]	Odchylenie standardowe [mm]	Odległość między echami	Średnia [mm]	Długość suwmiarką [mm]
Wzorzec 10 μs	1	60	60	60	60	60	1		59,35	59,37
	2	119	119	119	119	119	1	59
	3	179	179	179	179	179	1	60
	4	238	238	238	238	238	1	59
	5	298	298	298	298	298	1	60
	6	357	356	357	357	356,75	0,43	58,75
Al2O3	1	12	12	12	12	12	1		11,05	19,97
	2	24	24	24	24	24	1	12
	3	36	36	36	36	36	1	12
	4	44	44	44	44	44	1	8
	5	56	55	56	55	55,5	0,5	11,5
	6	67	67	68	67	67,25	0,43	11,75

Różnice miedzy wynikami w pomiarze grubości wzorca defektoskopem i suwmiarką mieszczą się w granicach błędu pomiarowego. Wartości zmierzone suwmiarka mierzymy z dokładnością do 0,01mm a defektoskopem do 1mm

W przypadku Al₂O₃ pojawiły się duże rozbieżności. Wartość wskazana przez defektoskop jest dwa razy mniejsza niż wartość zmierzona suwmiarką. Są one najprawdopodobniej spowodowane inną szybkością przechodzenia fali ultradźwiękowej przez Al₂O₃ niż przez wzorzec stalowy. Dla tlenku glinu ta szybkość jest większa, więc czas przechodzenia przez próbkę jest odpowiednio mniejszy. To powoduje z kolei zaniżony odczyt mierzonego wymiaru próbki.

1. Określenie odległości ścian i wykrycie wad na wzorcu W-1

Tab.3. Wyniki pomiarów odległości ścian i wad we wzorcu W-1 przy pomocy defektoskopu

Położenie głowicy	Odległość defektoskopem [mm]	Długość rzeczywista [mm]
1	25	25
2	25	25
3	50	23
4a	85	85
4b	91	91
4c	100	100
5	91	91
6	-	-
7a	35	200
7b	200	200
8	91	91
9	100	100
10a	15	100
10b	46	100

W pomiarze pierwszym i drugim fala odbija się od przeciwległej ściany wzorca. Tak samo jest w punkcie trzecim, jednak fala ultradźwiękowa przechodzi przez inny materiał (PMMA), więc jej szybkość jest mniejsza. Powoduje to zawyżenie wyniku pomiaru grubości. Dla punktu czwartego obserwujemy trzy echa. Każde powstałe przez odbicie fali od innej powierzchni wzorca znajdującej się odpowiednio: 85, 91 i 100mm od głowicy. W pomiarze piątym i ósmym głowica jest położona na zmianę po obu stronach wzorca, więc odległość zmierzona dla tych dwóch prób jest identyczna. Fala odbija się od przeciwległej ściany wzorca. Dla punktu szóstego nie udało się uzyskać odczytu, gdyż fala odbiła się od powierzchni zakrzywionej wzorca i nie trafiła z powrotem do głowicy pomiarowej. Powodem braku pomiaru jest zjawisko polegające na tym, że kąt padania fali jest równy kątowi odbicia. Dla punktu siódmego obserwujemy dwa echa. Jedno powstałe od małego otworu znajdującego się 35mm od głowicy, drugie powstałe w wyniku odbicia fali od przeciwległej ściany wzorca. W punkcie dziewiątym fala odbija się od przeciwległej ściany wzorca i powraca do głowicy pomiarowej. Mierzymy tutaj wysokość wzorca. W punkcie dziesiątym obserwujemy echa powstałe wskutek odbicia fali od niewielkiego otworu we wzorcu i od otworu wypełnionego PMMA znajdującego się w odległości 45 mm od głowicy pomiarowej.

Rys.7. Miejsca pomiaru na wzorcu W-1

Rys. 8. Schemat z wymiarami wzorca W-1

1. Pomiar defektoskopem wzorca W-1 w punkcie 10

Tab. 2. Otrzymane odległości ech w bramce

Nr impulsu	Odległość [mm]	Odległość w bramce [mm]
1	45	56
2	15	15
3	90	91
4	60	61
5	75	75
6	30	29

Najmocniejszy impuls powstał przez nałożenie się fali odbitej od dużego otworu o średnicy 50mm, którego krawędź znajdowała się 45mm od głowicy i fali odbitej trzy razy od otworu o średnicy 1,5mm znajdującego się 15mm od głowicy.
Kolejny impuls pochodził od otworu małego, przy czym fal ultradźwiękowa musiała odbić się od niego tylko raz.
Następny impuls wskazujący na 90mm powstał przez dwukrotne odbicie fali od krawędzi dużego otworu i sześciokrotne odbicie fali od krawędzi małego otworu.
Kolejne dwa impulsy powstały przez odpowiednio czterokrotne i pięciokrotne odbicie fali od małego otworu.
Ostatni i najsłabszy impuls powstał wskutek dwukrotnego odbicia fali od małego otworu.
Ewentualne rozbieżności zaobserwowane w tabeli mogły wynikać z błędu przeprowadzonego pomiaru lub z oddziaływania ze sobą fal kilkukrotnie odbitych o przeszkody.

Rys. 1. Bieg fali dla pierwszego impulsu.

Rys. 2. Bieg fali dla drugiego impulsu.

Rys. 3. Bieg fali dla trzeciego impulsu

Rys. 4. Bieg fali dla czwartego impulsu

Rys. 5. Bieg fali dla piątego impulsu.

Rys. 6. Bieg fali dla szóstego impulsu.

1. Pomiar próbek różnych materiałów

Próbka		Pomiar odległości przejścia fali [mm]	Średnia odległość	Odchylenie standardowe [mm]	Pomiar suwmiarką [mm]
		s1	s2	s3	s4
Wzorzec 2μs		12	13	12	12
Wzorzec 5μs		60	60	60	60
Al2O3 G-1	ściana A	12	12	12	12
	ściana B	9	9	9	8
	ściana C	32	32	32	32
SiC	ściana A	8	7	7	8
	ściana B	28	28	28	29
	ściana C	28	28	28	29
Al2O3 prost.	ściana A	12	12	12	12
	ściana B	8	8	8	8
	ściana C	64	64	64	64
ZrO2	wysokość	10	10	9	10
	średnica	15	15	16	15
Rafa stalowa	ściana A	39	39	39	39
	ściana B	24	24	25	24
	ściana C	146	148	147	147
Polimer	ściana A	24	24	24	24
	ściana B	56	60	60	60
	ściana C	68	68	69	68

Pomiary grubości wzorców wskazują na poprawną pracę defektoskopu. Dla różnych materiałów obserwujemy różnice w długości próbek zmierzonej suwmiarką, a pomiarem defektoskopem. Wynika to z własności poszczególnych materiałów, np. modułu Young’a, które wpływają na szybkość przemieszczania się fali ultradźwiękowej wewnątrz tych materiałów. Dla przykładu fala ultradźwiękowa przemieszcza się szybciej wewnątrz SiC niż wewnątrz stali, z której wykonano wzorce. Dlatego wartość zmierzona defektoskopem jest mniejsze od rzeczywistej. Odwrotną sytuację można zaobserwować w przypadku polimeru, który ma moduł Young’a mniejszy niż stal.

1. Skalowanie defektoskopu

W celu wyskalowania defektoskopu ustawiono impuls startowy w punkcie 9 oraz impuls odbity od ścianki odległej o 100 mm tak, aby pierwszy impuls rozpoczynał się w punkcie 0 na skali defektoskopu, a drugi impuls znajdował się w punkcie 10 na skali defektoskopu.

Rys. 9. Obraz wyskalowanego defektoskopu

Po wyskalowaniu defektoskopu dokonano pomiaru grubości wzorca w punkcie 2, aby sprawdzić poprawność wyskalowania defektoskopu. W przypadku prawidłowego wyskalowania kolejne piki echa powinny rozpoczynać się kolejno w wartościach: 0; 2,5; 5; 7,5; 10. Udało się to osiągnąć w przybliżeniu, gdyż nie osiągnięto dokładnych wartości, mimo to wynik jest zadowalający.

Rys. 10. Obraz kolejnych pików echa w punkcie 2