Badania ultradźwiękowe
Badania ultradźwiękowe są metodą badań nieniszczących opartą na użyciu fal ultradźwiękowych w celu wykrycia wewnętrznych wad materiału, pomiaru grubości strony czy wykrycia korozji. W badaniu ultradźwiękowym, do materiału wprowadza się wiązki fal ultradźwiękowych. Odbijają się na nieciągłości lub od przeciwnej powierzchni. Analiza tych odbić dostarcza wartościowych informacji na temat miejsca występowania nieciągłości oraz kierunku jej ustawienia, niezależnie od grubości ścianki badanego materiału. Kryteria akceptowalności definiują, czy wskazania te mogą zostać zaakceptowana (nie są wadami), czy odwrotnie.W przypadku licencji na użytkowanie lub czynności konserwacyjnych na nowych i używanych instalacjach technologicznych Badania Nieniszczące są niezbędnymi technikami pozwalającymi uzyskać gwarancję jakości, oszczędność kosztów, bezpieczeństwo transakcji i pracy. Ich zastosowanie prowadzi do zmniejszenia ryzyka ponoszenia dodatkowych kosztów spowodowanych powstaniem przecieków czy innych wad negatywnie wpływających na spójność transakcji i bezpieczeństwo instalacji.

Badania ultradźwiękowe wykorzystują zjawiska towarzyszące rozchodzeniu się fal o częstotliwościach powyżej 20000Hz. Fale ultradźwiękowe wprowadza się w materiał za pomocą głowicy, której głównym elementem jest tzw. przetwornik - cienka płytka z materiału piezoelektrycznego, wytwarzająca krótkotrwałe drgania rezonansowe o częstotliwościach rzędu miliona cykli na sekundę. Pobudzanie przetwornika piezoelektrycznego impulsami elektrycznymi oraz "nasłuch" odbywa się za pośrednictwem defektoskopu ultradźwiękowego.
Badania można przeprowadzić metodą przepuszczenia lub metodą echa. Tzw. metoda echa polega na nadawaniu fal i ich odbiorze po odbiciu od wady lub powierzchni ograniczających dany element.

Metoda znajduje zastosowanie między innymi do badania:

• złączy spawanych,

• materiałów hutniczych,

• części maszyn,

• pomiarów grubości.

Wady:Konieczne wysokie kwalifikacje badającego, Utrudnione lub niemożliwe badania elementów bardzo małych, Wpływ struktury badanego materiału na wykrywalność wad, a zatem utrudnione badanie materiałów niejednorodnych i gruboziarnistych, Konieczność dobrego przygotowania powierzchni badania.

Zalety badań ultradźwiękowych:

• duża uniwersalność i skuteczność metody,

• szybkość badania i bezpośredniość wyników,

• możliwość dokładnej lokalizacji wad wewnętrznych i zewnętrznych,

• możliwość pomiaru grubości elementów jednostronnie dostępnych,

• możliwość wykrywania wad punktowych o minimalnym wymiarze równoważnym , wąskoszczelinowych od 0,001mm i wychodzących na powierzchnię o głębokości od ok. 0,1mm,

• przenośna i lekka aparatura.

Metoda echa

W standardowych badaniach ultradźwiękowych spoin wykorzystuje się tzw. metodę echa polegającą na rejestrowaniu ech ultradźwiękowych odbitych od wad znajdujących się w badanej objętości materiału. Czas przejścia i amplituda impulsu echa ultradźwiękowego stanowią podstawę do oceny położenia i rozmiarów wykrytej wady. Wiadomo jednak, że amplituda echa wady zależy nie tylko od jej rozmiarów lecz także od kształtu i orientacji wady względem kierunku rozchodzenia się fali ultradźwiękowej. Fakt ten stanowi poważne źródło trudności przy ocenie wyników badań ultradźwiękowych wykonywanych metodą echa. Chcąc zapewnić wysokie prawdopodobieństwo wykrycia wszystkich możliwych wad należy przeprowadzać wielokrotne skanowanie spoiny przy użyciu głowic ultradźwiękowych o różnych kątach załamania i z kilku obszarów przesuwu.

Badania nieniszczące jest to rodzaj oceny stanu obiektu, niewpływający w istotny sposób na jego własności strukturalne i powierzchniowe. Oczywiście badania destrukcyjne (polaryzacyjne, impedancyjne, harmoniczne itp.) dostarczają znacznie więcej informacji dotyczących badanego elementu bądź próbki, jednakże uniemożliwiają jego dalsze wykorzystanie, co wiąże sie ze wzrostem kosztów tego procesu. Dlatego testy zniszczeniowe wykonywane są zazwyczaj na elementach post mortem, w przeciwieństwie do badan nieniszczących, prowadzonych zazwyczaj na działających obiektach i mających na celu wcześniejsza detekcje możliwości awarii i przedsięwzięcie odpowiednich środków zaradczych. Stosowanie technik nieniszczących wymaga jednakże zazwyczaj większych umiejętności i wiąże sie z większymi komplikacjami w interpretacji wyników.

3.1.Metoda echa

W metodzie tej wykorzystuje się zjawisko odbicia fali padającej na wadę materiałową (pęknięcie, pęcherze powietrza, wtrącenie niemetaliczne itp.) (rys.5). Odbicie następuje od granicy utworzonej przez ośrodek oraz wadę. Wada materiałowa jest, bowiem pewnym obszarem o akustycznej oporności falowej różniącej się na ogół znacznie od akustycznej oporności falowej badanego ośrodka. Jeżeli zatem stwierdzamy, że w badanym ośrodku występuje zjawisko odbicia fal, możemy stąd wnioskować o występowaniu nieciągłości. Ponadto, jeśli potrafimy zmierzyć czas, jaki upływa od chwili wysłania fali w badany ośrodek do chwili powrotu fali odbitej od nieciągłości, to znając prędkość rozchodzenia się fali możemy znaleźć drogę przebytą przez falę. W ten sposób jesteśmy w stanie wykryć i zlokalizować wadę materiałową występującą w ośrodku ciągłym.

3.2. Metoda cienia

Zasada metody cienia polega na wprowadzeniu fal ultra-dźwiękowych z jednej strony badanego przedmiotu i na odbieraniu ich z drugiej strony, po przejściu fal przez przedmiot, przy równoczesnej obserwacji natężenia przechodzących ultradźwięków (rys.6). Każda nieciągłość na drodze fal ultradźwiękowych odbija je tworząc za sobą jak gdyby cień, co powoduje osłabienie natężenia fal przechodzących przez obszar z wadą.

3.3. Metoda rezonansu

Metoda rezonansu oparta jest podobnie jak metoda echa na zjawisku odbicia fal ultradźwiękowych od nieciągłości (wady) jednak, podczas gdy w impulsowej metodzie echa odbicie od wady obserwuje się oddzielnie od obrazu fal wysyłanych, to w metodzie rezonansowej obserwujemy nałożenie się na siebie fal padających i odbitych.

Naprężenia wywołane falami ultradźwiękowymi biegnącymi z różnych kierunków i spotykającymi się w danym miejscu ośrodka, dodają się do siebie. Jeżeli ciąg sinusoid naprężeń odbitych opóźniony jest względem ciągu sinusoid padających tak, że maksima tych naprężeń wypadają jednocześnie, mamy do czynienia z tzw. rezonansem amplitudy i obserwujemy największą amplitudę naprężenia w badanym materiale. Odbicie fal ultradźwiękowych między płaszczyznami równoległymi może zachodzić wielokrotnie i możemy otrzymywać wielokrotne zwiększenie amplitudy w stosunku do amplitudy fal padających. W defektoskopii ultradźwiękowej stosujemy dwie podstawowe odmiany metody rezonansowej: rezonans fali ciągłej i rezonans impulsowy.

Fala podłużna to fala, której drgania odbywają się w kierunku równoległym do kierunku jej rozchodzenia się. Przykładem fali podłużnej jest fala dźwiękowa.

Fala poprzeczna jest to fala, w której kierunek drgań cząstek ośrodka jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali.Fale elektromagnetyczne są falami poprzecznymi.

fale Love'a - (powierzchniowa fala poprzeczna o polaryzacji poziomej) wywołują drgania poziome, prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fal.