Testare cu ultrasunete - Ultrasonic testing

Un exemplu de testare cu ultrasunete (UT) pe rădăcinile lamei unui motor de aeronave V2500 IAE . Pasul 1 : Sonda UT este plasată pe rădăcina lamelor pentru a fi inspectată cu ajutorul unui instrument special pentru borescop (sondă video). Pasul 2 : sunt introduse setările instrumentului. Pasul 3 : Sonda este scanată peste rădăcina lamei. În acest caz, o indicație (vârf în date) prin linia roșie (sau poartă) indică o lamă bună; o indicație din stânga acelei zone indică o fisură.

Principiul testării cu ultrasunete. STÂNGA: o sondă trimite o undă sonoră într-un material de testare. Există două indicații, una din pulsul inițial al sondei, iar a doua datorită ecoul peretelui din spate. DREAPTA: un defect creează a treia indicație și reduce simultan amplitudinea indicației peretelui din spate. Adâncimea defectului este determinată de raportul D / E _p

Testarea cu ultrasunete ( UT ) este o familie de tehnici de testare nedistructive bazate pe propagarea undelor ultrasonice în obiectul sau materialul testat. În cele mai frecvente aplicații UT, undele de impuls ultrasonice foarte scurte cu frecvențe centrale variind de la 0,1-15 MHz și ocazional până la 50 MHz, sunt transmise în materiale pentru a detecta defectele interne sau pentru a caracteriza materialele. Un exemplu obișnuit este măsurarea cu ultrasunete a grosimii , care testează grosimea obiectului testat, de exemplu, pentru a monitoriza coroziunea conductelor .

Testarea cu ultrasunete este adesea efectuată pe oțel și alte metale și aliaje, deși poate fi utilizată și pe beton , lemn și compozite, deși cu rezoluție mai mică. Este utilizat în multe industrii, inclusiv în construcții de oțel și aluminiu, metalurgie, industria prelucrătoare, aerospațială , auto și alte sectoare de transport .

Istorie

Primele eforturi de a utiliza testarea cu ultrasunete pentru a detecta defectele din materialul solid au avut loc în anii 1930. La 27 mai 1940, cercetătorul american Dr. Floyd Firestone de la Universitatea din Michigan solicită un brevet de invenție american pentru prima metodă practică de testare cu ultrasunete. Brevetul este acordat la 21 aprilie 1942 sub denumirea de brevet SUA nr. Extrase din primele două paragrafe ale brevetului pentru această metodă de testare nedistructivă complet nouă descriu succint elementele de bază ale acestor teste cu ultrasunete. "Invenția mea se referă la un dispozitiv pentru detectarea prezenței unor omogenități de densitate sau elasticitate în materiale. De exemplu, dacă o piesă de turnare are o gaură sau o fisură în interiorul său, dispozitivul meu permite detectarea prezenței defectului și localizarea poziției sale, chiar dacă defectul se află în întregime în turnare și nici o porțiune a acestuia nu se extinde la suprafață ... Principiul general al dispozitivului meu constă în trimiterea vibrațiilor de înaltă frecvență în partea care urmează să fie inspectată și determinarea intervalelor de timp ale sosirea vibrațiilor directe și reflectate la una sau mai multe stații de pe suprafața piesei. "

James F. McNulty (inginer radio american) de la Automation Industries, Inc., apoi, în El Segundo, California, un îmbunătățitor timpuriu al numeroaselor slăbiciuni și limite ale acestei și ale altor metode de testare nedistructive, predă în detaliu testarea cu ultrasunete în Brevetul SUA 3.260.105 (cerere depusă la 21 decembrie 1962, acordată la 12 iulie 1966, intitulată „Aparat și metodă de testare cu ultrasunete”) că „Practic, testarea cu ultrasunete se efectuează prin aplicarea la un traductor de cristal piezoelectric a impulsurilor electrice periodice de frecvență cu ultrasunete. Cristalul vibrează la frecvența cu ultrasunete și este cuplat mecanic la suprafața eșantionului de testat. Această cuplare poate fi efectuată prin imersia atât a traductorului, cât și a specimenului într-un corp de lichid sau prin contactul efectiv printr-o peliculă subțire de lichid, cum ar fi uleiul. Vibrațiile cu ultrasunete trec prin specimen și sunt reflectate de orice discontinuități care pot fi întâlnite. Impulsurile de ecou care sunt reflectate sunt recepționate de același sau de un traductor diferit și sunt convertite în semnale electrice care indică prezența defectului. ” Pentru a caracteriza caracteristicile microstructurale în stadiile incipiente ale oboselii sau deteriorării prin fluaj, ar trebui folosite teste cu ultrasunete neliniare mai avansate. Aceste metode neliniare se bazează pe faptul că o undă ultrasonică intensivă se distorsionează pe măsură ce se confruntă cu micro-deteriorări ale materialului. Intensitatea distorsiunii este corelată cu nivelul daunelor. Această intensitate poate fi cuantificată prin parametrul de neliniaritate acustică (β). β este legat de prima și a doua amplitudine armonică. Aceste amplitudini pot fi măsurate prin descompunerea armonică a semnalului ultrasonic prin transformare Fourier rapidă sau transformare de undă.

Cum functioneaza

La un șantier, un tehnician testează o sudură a conductei pentru depistarea defectelor utilizând un instrument cu matrice cu ultrasunete . Scanerul, care constă dintr-un cadru cu roți magnetice, menține sonda în contact cu țeava de un arc. Zona umedă este cupla cu ultrasunete care permite sunetului să treacă în peretele conductei.

Testarea nedistructivă a unui arbore oscilant care prezintă crăparea splinei

În testarea cu ultrasunete, un traductor cu ultrasunete conectat la o mașină de diagnosticare este trecut peste obiectul inspectat. Traductorul este de obicei separat de obiectul testat printr-o cuplă, cum ar fi un gel, ulei sau apă, ca în testarea prin imersiune. Cu toate acestea, atunci când testarea cu ultrasunete este efectuată cu un traductor electromagnetic acustic (EMAT) , utilizarea cuplajului nu este necesară.

Există două metode de recepție a formei de undă cu ultrasunete: reflexie și atenuare . În modul de reflecție (sau ecou de impuls), traductorul efectuează atât transmiterea, cât și recepția undelor pulsate pe măsură ce „sunetul” este reflectat înapoi la dispozitiv. Ecografia reflectată provine dintr-o interfață, cum ar fi peretele din spate al obiectului sau dintr-o imperfecțiune din interiorul obiectului. Aparatul de diagnosticare afișează aceste rezultate sub forma unui semnal cu o amplitudine care reprezintă intensitatea reflexiei și distanța, reprezentând timpul de sosire al reflexiei. În modul de atenuare (sau prin transmisie), un transmițător trimite ultrasunete printr-o suprafață, iar un receptor separat detectează cantitatea care a ajuns la ea pe altă suprafață după ce a călătorit prin mediu. Imperfecțiunile sau alte condiții din spațiul dintre emițător și receptor reduc cantitatea de sunet transmis, dezvăluind astfel prezența lor. Utilizarea cuplajului crește eficiența procesului prin reducerea pierderilor de energie ultrasonică a undelor datorită separării dintre suprafețe.

Caracteristici

Avantaje

1. Putere de penetrare ridicată, care permite detectarea defectelor adânci în piesă.
2. Sensibilitate ridicată, permițând detectarea defectelor extrem de mici.
3. Precizie mai mare decât alte metode nedistructive în determinarea adâncimii defectelor interne și a grosimii pieselor cu suprafețe paralele.
4. O anumită capacitate de estimare a dimensiunii, orientării, formei și naturii defectelor.
5. O anumită capacitate de estimare a structurii aliajelor componentelor cu proprietăți acustice diferite
6. Nepericulos pentru operațiuni sau pentru personalul din apropiere și nu are niciun efect asupra echipamentelor și materialelor din vecinătate.
7. Capabil de operare portabilă sau extrem de automatizată.
8. Rezultatele sunt imediate. Prin urmare, pot fi luate decizii la fața locului.
9. Trebuie să acceseze o singură suprafață a produsului care este inspectat.

Dezavantaje

1. Operarea manuală necesită o atenție atentă de către tehnicieni experimentați. Traductoarele alertează atât asupra structurii normale a unor materiale, anomalii tolerabile ale altor specimene (ambele numite „zgomot”), cât și asupra defectelor suficient de grave pentru a compromite integritatea specimenului. Aceste semnale trebuie să fie distinse de un tehnician calificat, care ar putea necesita o continuare cu alte metode de testare nedistructive.
2. Pentru dezvoltarea procedurilor de inspecție sunt necesare cunoștințe tehnice extinse.
3. Părțile care sunt aspre, de formă neregulată, foarte mici sau subțiri sau care nu sunt omogene sunt dificil de inspectat.
4. Suprafața trebuie pregătită prin curățarea și îndepărtarea solzilor, vopselei etc., deși nu este necesară îndepărtarea vopselei care este lipită corespunzător de o suprafață.
5. Sunt necesare cuplaje pentru a asigura un transfer eficient al energiei ultrasonice a undelor între traductoare și părțile care sunt inspectate, cu excepția cazului în care se utilizează o tehnică fără contact. Tehnicile fără contact includ traductoare acustice laser și electromagnetice ( EMAT ).
6. Echipamentul poate fi scump
7. Necesită standarde de referință și calibrare

Standarde

Organizația Internațională pentru Standardizare (ISO)

• ISO 2400: Testare nedistructivă. Testare cu ultrasunete. Specificații pentru blocul de calibrare nr. 1 (2012)
• ISO 7963: Testare nedistructivă. Testare cu ultrasunete. Specificații pentru blocul de calibrare nr. 2 (2006)
• ISO 10863: Testarea nedistructivă a sudurilor. Testarea cu ultrasunete. Utilizarea tehnicii de difracție în timpul zborului (TOFD) (2011)
• ISO 11666: Testarea nedistructivă a sudurilor - Testarea cu ultrasunete - Niveluri de acceptare (2010)
• ISO 16809: Testare nedistructivă - Măsurarea cu ultrasunete a grosimii (2012)
• ISO 16831: Testare nedistructivă. Testare cu ultrasunete. Caracterizarea și verificarea echipamentelor de măsurare a grosimii cu ultrasunete (2012)
• ISO 17640: Testarea nedistructivă a sudurilor. Testarea cu ultrasunete. Tehnici, niveluri de testare și evaluare (2010)
• ISO 22825, Testarea nedistructivă a sudurilor. Testarea cu ultrasunete. Testarea sudurilor în oțeluri austenitice și aliaje pe bază de nichel (2012)
• ISO 5577: Testare nedistructivă - Inspecție cu ultrasunete - Vocabular (2000)

Comitetul European pentru Standardizare (CEN)

• EN 583, Testare nedistructivă - Examinare cu ultrasunete
• EN 1330-4, Testare nedistructivă. Terminologie. Partea 4: Termeni folosiți la testarea cu ultrasunete
• EN 12668-1, Testare nedistructivă. Caracterizarea și verificarea echipamentelor de examinare cu ultrasunete. Partea 1: Instrumente
• EN 12668-2, Testare nedistructivă. Caracterizarea și verificarea echipamentelor de examinare cu ultrasunete. Partea 2: Sonde
• EN 12668-3, Încercări nedistructive. Caracterizarea și verificarea echipamentelor de examinare cu ultrasunete. Partea 3: Echipamente combinate
• EN 12680, Fondare - Examinare cu ultrasunete
• EN 14127, Testarea nedistructivă - Măsurarea cu ultrasunete a grosimii

(Notă: parte din standardele CEN din Germania acceptate ca DIN EN, în Republica Cehă ca CSN EN.)

Vezi si

Referințe

Lecturi suplimentare