Diagnostyka Korozyjna Badania nieniszczące – Non Destructive Testing (NDT) Badania utradźwiękowe Defektoskopia utradźwiękowa Utradźwiękowy pomiar grubości Rentgenografia Badania penetracyjne Badania magnetyczno-proszkowe Badania metodą prądów wirowych Badania metodą emisji akustycznej Badania termograficzne Program zajęć

Badania ultradźwiękowe Periodyczne drgania cząsteczek materialnych otaczającego środowiska tworzą zespół zjawisk akustycznych. Fala akustyczna wiąże się z ruchem cząsteczek ośrodka. W określonej jednostce czasu dochodzić więc będzie do powtarzania tej samej fazy ruchu. Powtarzalność tą wyrażamy liczbą cykli drgań zachodzących w ciągu sekundy i stanowi ona najogólniej mówiąc częstotliwość (f, ν) drgań, której jednostką jest herc (Hz). Zakres częstotliwości spotykanych zjawisk akustycznych jest zwykle szeroki, sięga bowiem od wartości ułamkowych do 1010 drgań na sekundę. Przyjmowany obecnie podział fal akustycznych obejmuje: Infradźwięki Poniżej 16Hz Dźwięki słyszalne Od 16 Hz do 16kHz Ultradźwięki Od 16 kHz do 10 GHz Hyperdźwięki Powyżej 10 GHz Lokalizacja wad wewnętrznych (pęknięcia) Do określania grubości (ubytki korozyjne) Technika polega na poddawaniu obiektu falą ultradźwiękową o częstotliwości: od 0,5 – 10MHz (ale przeważnie 2-4MHz)

Zasada pomiaru Fala akustyczna jest wytwarzana przez głowicę wykonaną z materiału piezoelektrycznego (ceramika) Głowica piezoelektryczna Fala ultradźwiękowa

UWAGA! Nie stosować gliceryny w pomiarach aluminium Zasada pomiaru Głowicę przykłada się poprzez sprzężenie akustyczne (sprzęg), np. olej, woda. Ośrodek w którym łatwo przenosi się fala ultradźwiękowa UWAGA! Nie stosować gliceryny w pomiarach aluminium Możliwość wystąpienia korozji Sprzęg Głowica piezoelektryczna Badany obiekt metalowy

Przebieg impulsu ultradźwiękowego przez obiekt Kąt rozpiętości wiązki Zmienność intensywności w funkcji odwrotności kwadratu odległości Martwa strefa Boczne płatki wiązki Strefa pomiaru

Typy fal utradźwiękowych Fala wzdłużna lub skondensowana Transmitowana przez wszystkie media, można stosować dowolne głowice Fala poprzeczna Transmitowana tylko przez ciała stałe, głowice w formie łuku Fale powierzchniowe lub skupione Tylko stałe powierzchnie Fale płaskie Tylko cienkie płytki

Szybkość dźwięku

Metody pomiaru Metoda przepuszczania Metoda przepuszczania należy do wcześniej stosowanych, a dziś o znacznie mniejszym zastosowaniu. Pozostaje jednak nadal przydatna do badania cienkich elementów. W tych bowiem przypadkach metoda echa bywa zawodna. W metodzie przepuszczania stosuje się oddzielnie czujniki do wysyłania a następnie odbierania sygnału po przejściu ultradźwięku przez strukturę. Przenikalność materiału jest mniejsza w miejscu zawierającym wadę materiałową. Pomiar taki można przeprowadzić z wielką dokładnością, wykrywając zmiany różniące się o jeden procent od struktury prawidłowej. Urządzenia pracują zwykle przy częstotliwościach od 0,9 do 2,1 MHz, zautomatyzowanie tego procesu bardzo upraszcza kontrolę. Badany obiekt metalowy Głowica piezoelektryczna Głowica piezoelektryczna

Badany obiekt metalowy Metody pomiaru Metoda echa Metoda echa jest rozpowszechniona w większym stopniu i wyparła w wielu dziedzinach inne sposoby. Wysyłane przez defektoskop impulsy są odbierane po odbiciu od granicy ośrodka i mogą być odróżniane w funkcji czasu przy wielokrotnym odbiciu od kilku warstw. Na ekranie defektoskopu można analizować odbicia pochodzące od wad znajdujących się w materiale. Ultradźwięki wykorzystywane w tych badaniach mają częstotliwość 2 – 4 MHz i więcej. W hutnictwie metoda echa wymaga nieco niższych częstotliwości – około 500 – 700 kHz. Albowiem fale o częstotliwości drgań wyższej są pochłaniane przez sam materiał badany. Metoda ta jest również stosowana do kontroli elementów betonowych. Badany obiekt metalowy Głowica piezoelektryczna

Detekcja sygnału Drgania akustyczne zamieniane są na sygnał elektryczny, który podlega detekcji. Typy rejestracji sygnału: Skan A – Rejestr amplitudy sygnału w funkcji czasu Skan B – Typowa rejestracja oscyloskopowa Skan C- Rejestr intensywności sygnału Badania spawów: ASTM E164, BS EN 1435, AS2207

Metody rejestracji sygnału: SKAN - A Oś Y amplituda sygnału Poziom intensywności impulsów ultradźwiękowych nadawanych lub odbieranych mierzony w decybelach Oś X podstawa czasu Pomiar czasu szybkości przenikania impulsów ultradźwiękowych Ustalana kalibracja dystansu w pomiarach grubości lub pozycji uszkodzenia

Skan A-prezentacja Próbka I RB RF Czas (dystans)

Skan -B Skan B – Typowa rejestracja oscyloskopowa Odległość wady od powierzchni materiału Głębokość wady Wady lub pęknięcia materiału Defektogram ultradźwiękowy

SKAN - C Skan C – Widok planu, często pokazuje kształty i rozmiar uszkodzeń, ale nie ujawnia głębokości (komputer – karta analogowo-cyfrowa, analiza matematyczna sygnału)

Interpretacja wyników Odbicie powierzchniowe Górna powierzchnia defektu Dolna powierzchnia defektu Odbicie od drugiej powierzchni

Zdolność wykrywania defektów pojedyncze wady punktowe od 2m szczeliny od 2m Wady wychodzące na powierzchnię 0,1 m Korzystnie Gorzej

Głowice Piezoelektryczny materiał Ceramiki domieszkowane związkami ołowiu, cyrkonu, tytanu niobu i baru Głowica może nadawać i/lub odbierać sygnał Różne częstotliwości, rozmiar kryształu & kąt Zwykłe głowice Fala wzdużna Głowice kątowe 45°, 60°, 70° w stali Fala poprzeczna

Kalibracja Przed wykonywaniem pomiarów należy wykonywać kalibrację na specjalnych wzorcach, (próbki o różnych grubościach lub próbki o określonych defektach). Na tej podstawie wzorcuje się np. skalę, podstawę czasu oscyloskopu, ustala się wymaganą czułość przyrządu

Techniki badania spawów

Poszukiwanie wad i ich charakterystyka próbki Przeszukiwanie próbki

Zalety i wady defektoskopii ultradźwiękowej duża uniwersalność i skuteczność metody szybkość realizacji i bezpośrednia dostępność wyników; możliwość dokładnej lokalizacji przestrzennej wad; szeroki zakres pomiaru grubości od 1mm – 10m dokładność 1% możliwość oceny elementów jednostronnie dostępnych. przenośna, lekka aparatura pomiarowa

WADY konieczność dobrego przygotowania powierzchni (dobre sprzężenie) usuwanie zgorzeliny, powłok malarskich, brudu; wysokie kwalifikacje prowadzącego badania trudno badać detale o małych kształtach; utrudnione badania materiałów niejednorodnych i gruboziarnistych.

Grubościomierze ultradźwiękowe Tylko do pomiaru grubości - dostęp do powierzchni jednostronny (rury) Niewielkie wymiary i mała masa Pomiary powierzchni do 500°C przy zastosowaniu odpornej osłony Zakres pomiarowy od 1 do 200mm

Pomiary grubości Próbka BWE 1 BWE 2 BWE 3 Time (distance) Intensywność dB BWE 3 Time (distance)

Badania radiograficzne

Zasada pomiaru Technika wykorzystuje zjawisko pochłaniania promieniowania przez obiekty – analiza obrazu radiograficznego Wykorzystywane jest promieniowanie o wysokiej energii Promienie X Uderzenia elektronów o wysokiej energii Promienie Gamma (g) Rozpad radioaktywnych izotopów Neutrony

Metoda pomiaru Cień obrazu obiektu Źródło Na filmie fotograficznym Wzmacniacz obrazu Źródło Film L

Generowanie promieniowania X + - 150 kV Próżniowa lampa Wiązka elektronów Ogrzewana katoda Anoda chłodzona wodą e Wiązka promieni X

Charakterystyka promieni X Energia od 50 do 500 kV „Biała radiacja” (wiele długości fal) Regulowany poziom energii (napięcie) Wysoka intensywność Możliwość wyłączenia źródła w dowolnym momencie

Promieniowanie Gamma Rozkład źródeł radioaktywnych Wykorzystywane są: Kobalt 60, Iryd 192 and Cez 137 Bardzo wysoka energia Ustalony poziom energii dla danego źródła Wysoka przenikalność Nie jest wymagane zasilanie

Promieniowanie elektromagnetyczne Długość fali Promieniowanie podczerwone Uszkodzenia skóry i katarakta Światło widzialne Uszkodzenia oczu, czasowa ślepota Ultrafiolet Uszkodzenia skóry, katarakta, rakowacenie skóry, wytwarza ozon Promieniowanie X i gamma Choroba popromienna, działania kancerogenne, śmierć 10-3 mm 10-4 mm 10-5 mm 10-7 mm 10-9 mm

Energia źródeł

Dokładność obrazu Dokładność = Ostrość + Kontrast Ostrość Kontrast Możliwość rozróżnienia dwóch punktów Kontrast Różnice w odróżnieniu w poziomie jaskrawości dwóch punktów Pomiary z wykorzystaniem wzorców obrazu

Kontrast zależy od: Rodzaju filmu i jego obróbki Charakterystyka absorbcji promieniowania przez materiał Gęstość (stal więcej pochłania promieniowania niż aluminium) Wielkość promieniowania rozproszonego Przez ostaczający materiał (ściany, podłoga, itd..) Redukcja przez ekrany z ołowiu Energia (kV) promieniowania

Wpyw energii na kontrast Wysoka energia promieniowania 250 kV NISKI KONTRAST Niska energia promieniowania 100 kV WYSOKI KONTRAST

Definicja obrazu „Granulacja” filmu Nieostrość geomtryczna Czuły film, krótki czas ekspozycji – obraz zaszumiony Mniej czuły film, wysoka ostrość obrazu – długi czas ekspozycji Rodzaj obróbki filmu Rodzaj ekranu Nieostrość geomtryczna Relacja odległości Ruch podczas ekspozycji

Nieostrość geomtryczna Rozmiar źródła Źródło Odległość źródło-film Obiekt Odległość obiekt-film Film Nieostrość obrazu

Sposoby poprawy ostrości Rozmiar źródła powninien być niewielki Odległość źródło-film powinna być wysoka Wydłużanie czasu ekspozycji w funkcji kwadratu odległości Odległość obiekt-film powinna być mała Oddalanie obiektu od filmu pogarsza ostrość obrazu

Wzorce jakości obrazu 40 FE Wzorzec szczelinowy Wzorzec stopniowany DIN 62 FE 6 ISO 12 40 FE BS3471 7FE11 Wzorzec szczelinowy Wzorzec stopniowany z otworem Wzorzec płytowy z otworem

Technika Szczegóły w normach: Wymagana procedura na piśmie BS EN 1435, ASTM E142, AS 2177, Wymagana procedura na piśmie Wymagane wzroce obrazu i ich oznaczenia Długość spawów na płaskiej powierzchni do 300 mm Geometryczne zniekształcenia na końcach Specialne procedury dla pomiarów na łuku

Cechy radiografii Można dokonywać pomiarów wiele razy Zmiany grubości badanego obiektu mogą wywoływać problemy Mogą występować trudności z badaniem cienkich materiałów Badania jednolitych spoin Płaskie defekty mogą zostać niedostrzeżone, jeżeli leżą pionowo do wiązki Wszystkie prace muszą być wstrzymane podczas badań Podnosi koszty i utrudnia organizację

Bezpieczeństwo Jonizujące promieniowanie jest niebezpieczne Wywołuje oparzenia, chorobę popromienną, raka, śmierć Użytkownicy powinni być przeszkoleni Dostęp do miejsca badań powinien być ograniczony Niezbędne są procedury bezpieczeństwa Nie wolno się zbliżać ! UWAGA PROMIENIOWANIE