Post on 22-Feb-2018
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
1/40
UNDELE ULTRASONORE
Notiuni Generale
Ele sunt de aceeasi natura ca sunetele pecare noi le parcurgem
Hz
Clasificarea urmarind frecventele
0
Infrasunete Sunete Ultrasunete Hipersunete
20 Hz 20 KHz 150 MHz
Auzibile eauzibile
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
2/40
!roprietati
Importanta practic a ultrasunetelor este legat delungimea de und mic a acestora. Din aceast cauz,de exemplu, ultrasunetele pot f emise si se propag casi razele de lumin sub orm de ascicule, spredeosebire de sunetele obisnuite care se mprstie ntoate directiile. Astel se constat experimental c dac
lungimea undei emise este mai mic dect dimensiunileliniare ale sursei unda se va propaga n linie dreapt suborm de ascicul. n aar de aceasta, datorit lungimiide und mici, enomenul de diractie !ocolireaobstacolelor" nu apare dect pentru obstacolele dedimensiuni oarte mici n timp ce sunetele obisnuite
ocolesc practic aproape orice obstacol ntlnit n cale." Ultrasunetele sufer# refle$ia si refractia la suprafata de
separare a dou# medii diferite la fel ca undele luminoase% &olosindacest fenomen au fost construite oglinzi conca'e sau lentile specialecare s# concentreze (ntr)un punct fascicule de ultrasunete%
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
3/40
Generarea undelor ultrasonore
Generatorul piezoelectric. #ectul piezoelectric constn aptul c supunnd un cristal la deormri de tractiunesau comprimare dup anumite directii, pe etele saleapar sarcini electrice egale de semne contrare care sisc$imb rolul dac nlocuim tractiunea prin comprimaresi invers. #xist si eectul piezoelectric invers sauelectrostrictiunea, pe care se bazeaz producereaultrasunetelor, care const n dilatri si comprimri
succesive ale cristalului sub actiunea unui cmp electricalternativ.
" !artea esential# a generatorului const# dintr)o lam#
piezoelectric# de obicei de cuart pe fetele c#reia sunt aplicati doi
electrozi* sub forma unor straturi subtiri metalice* legati la o surs# de
tensiune alternati'#% Sub actiunea c+mpului electric alternati' lama(ncepe s# 'ibreze cu o frec'ent# egal# cu cea a tensiunii aplicate%
,ibratiile lamei sunt transmise (n mediul (ncon-ur#tor sub form# de
ultrasunete% .u astfel de generatori se poate a-unge p+n# la frec'ente de
cca% 150 000 /Hz si la intensit#ti ale radiatiei ultrasonore de la c+te'a
zeci de ati pe cm2
p+n# la c+te'a sute de ati pe cm2
%
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
4/40
MODURI DE PROPAGARE A
ULTRASUNETELOR
Ultrasunetele corespund unei 'ibratii care se
propaga in interiorul materiei din aproape in
aproape* se poate spune din atom in atom 'ecin
Doua mari moduri de roa!are "
) Modul longitudinal
) Modul trans'ersal
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
5/40
Notiuni de fi#ica
Amplitudine
istanta
Amplitudine
imp
Lungime de unda
Perioada
= . % 3.
&
. este e$primata in m4s
& este e$primat in H
este e$primat in s
este e$primata in m
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
6/40
Mediu $ite#a Lon!itudinala
%m&s'
$ite#a transversala
%m&s'
tel 5650 7270
Aer 771
Aluminiu 8220 7060Argint 7800 1590
.admium 2:60 1500
.auciuc 1;:9
.auciuc artificiel 2700
.upru ;:00 2280
Apa la 20< 1;67
.ositor 7720 18:0
&onta cenusie ;800 2180
Sticla 7960 1990
=licerina 1927
Ulei 1250
Ulei de transformator 1790
Alama ;;70 2125
Magneziu ;600
Mangan ;880 2750
ic>el 5870 2980
r 72;0 1200!latina 7980 18:0
!lumb 2180 :00
.uartz 55:0 7515
antal 7750
itanat de bariu 8050
!le$iglas 2:00
?inc ;1:0 2;10
=rafit 1800
$ite#e lon!itudinale si transversale
, 3
$ 2
, 3 'iteza in m4s
3 distanta in m
3 timp in s
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
7/40
$ite#a unei unde ultrasonore
Intr)un mediu omogen izotrop @cel care prezinta aceleasi
caracteristici acustice in toate directiile o unda ultrasonorase propaga in linie dreapta cu o 'iteza constanta si
caracteristica materialului%
Viteza = Functie (constanta de elasticitate a materiei,
masa volumica si a modului de propagare).
Pentru un tip de unda data :
Undele trans'ersale se propaga mai incet ca undelelongitudinale%
) Undele longitudinale in otel 3 5900 m4s
) Undele trans'ersale in otel 3 7270 m4s
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
8/40
Transmisia ultrasunetelor intre doua medii
Atunci cand o unda ultrasonora se propaga intr)un mediu si
intalneste o interfata la separatia de un alt mediu* propagarea deunda este modificata%
Unda incidenta
Unda transmisa
Unda reflectata
Mediu 1 Mediu 2Interfata
O parte din unda este transmisa in al doilea mediu, o alta parte
este reflectata
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
9/40
Transmisii ultrasononore intre doua medii
.antitatile de energie transmise si reflectate sunt functie de
impedantele acustice a celor doua medii
Unda incidenta
Unda reflectata
tel Aer
Unda incidenta
Unda reflectata
tel &onta
Unda transmisa
( ) C
) ? 3 Impedanta acustica
) . 3 ,iteza undei in materie
) = asa 'olumica
O unda care se propaga intr-un otel si intalneste o interfata cu aer va fi
complet reflectata. ceeasi unda care intalneste o interfata cu fonta va fi
in parte transmisa in fonta.
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
10/40
Transmisia ultrasunetelor intre doua medii
%Un!*i de incidenta nenul'
Atunci cand incidenta este oblica* o parte din unda transmisa
este denumita unda refractata%
!ndele reflectate si refractate fac un ung"i cu interfata
care este dat de catre legea de #escartes
otel$
apa$
%
a
%
%
sin
sin=
Unda incidenta Unda reflectie
Unda refractata
aa
b
. B 'iteza in apa
. B 'iteza in otel
A!A
EC
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
11/40
Atenuarea ultrasunetelor
Prin a+sortie
) parte a energiei se transforma in caldura
@partea de energie prin efect Doule
Prin difu#ie
) atorita discontinuitatilor intalnite in materie
@marime granulatie mare* porozitati* interfete%%%
Prin diver!enta fascicolului
) atorat geometriei fascicolului ultrasonor
@In campul indepartat* fascicolul se largeste* acopera
o suprafata mai mare si deci energia in fiecare punct
scade%
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
12/40
Aaratura ultrasonora
1 producerea ultrasunetelor B
Pentru a genera ultrasunetele, ne tre%uie o vi%ratie
mecanica. &e utilizeaza o piezo-electricitate pentru
transformarea unei energii electrice in energie mecanica si
reciproca.
Impuls electric
,ibratie mecanicaraductor
'lementul care asigura aceasta transformare se numeste traductor
( cuartul este elementul piezoelectric cel mai cunoscut)
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
13/40
Catoare ultrasonore
raductor dreapta raductor cu releu
5
2
11
: :
5
9
10;
88
7
6 6
,' Cutie- .' /ire electrice-
0' Pastila ie#o1electrica- 2' Conector-
3' Protectie- 4' Ca+lu coa5ial-
6' Amorti#or- 7' Linie de intar#iere-
8' A+sor+ant- ,9' :ucsa-
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
14/40
Catoare ultrasonore
raductor de ung>i raductor bi)elemente@emitator receptor separate
1
2
28
7
:
87
;;
5
5
,' Cutie- 8' /ire electrice-
0' Amorti#or- .' Pana %le5i!lass'-
3' Pastila ie#o1electrica 2' :ariera acustica
6' Conector-
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
15/40
,' Detectarea si caracteri#area defectelor %locali#are si dimensionare'
) etectare fisuri* goluri* incluziuni@bunuri de ec>ipament* cordoane de sudura* discuri de frane* c>iulasa%
) etectare destratificari @lame compozite* table sandic>%) etectare coroziune%) .ontrolul aderentei insertii @brat de suspensie* discuri de frana* c>iulasa%
0' Masurare de !rosimi %inceand de e o fata'
) Masurare grosimi de table%) Masurare grosimi de garnituri @c>iulasa* cartere motor%) Masurare grosimi de te'i%
3' Caracteri#are de materiale si de structuri %caracteristici metalur!ice si mecanice'
) Masurare 'iteza @determinarea modulului de elasticitate%) Masurarea atenuarii @masurarea sanatatii materialului* porozitate c>iulasa%
Tiuri de alicatii
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
16/40
efectoscopia ultrasonora
Dintre numeroasele aplicatii ale ultrasunetelor vom
mentiona aici, in principal defectoscopia ultrasonor. Controlul nedistructiv ultrasonorpermite stabilirea
existentei unor deecte !fsuri, goluri" n interiorul unorpiese metalice masive. %rincipalele tipuri dedeectoscoape ultrasonore utilizeaz transmisia sau
re&exia.
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
17/40
Lant de masurare
Aarat ultrasonor
E R
raductor!iesa cu defect
Ecograma
ultrasonora
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
18/40
Aaratura ultrasonora
3' Aarat ultrasonor
) =enerator B
!roduce o tensiune de e$citatie la traductor%
eglari B tensiune* timp* frec'enta* forma%%%
) eceptor B
!rimeste si transforma semnalul returnat de
traductor% eglari B coeficientul de amplificare%%%
) sciloscop sau ecran de 'izualizare B
!ermit de 'izualizat semnalul ultrasonor amplificat
in functie de timp%
eglari B scara 'olt4timp* sincronizarea%%%
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
19/40
Membrana
fle$ibila
raductoare asamblate
E$tremitate perforata
@membrana fle$ibila !arteacilindrica Elementsensibil
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
20/40
Metode de masurare ultrasonore
,' Metoda rin transmisie
'mitatorul transmite o energie ultrasonora
Propagarea undei ultrasonore in piesa
eceptorul situat pe cealalta fata primeste energia transmisa
Analiza pierderilor de energieEcograme corespondente
Ecou de emisie Ecou de fund
A'anta- B 1 singura tra'ersare a fascicolului @acces necesar la 2 fete
E
E
Cimitari B acces necesar la 2 fete* nelocalizat in grosime A.IA ) %I%,% 4 Ser'%M ;70&ormare ultrasunete 4 M%!opescu
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
21/40
Metode de masurare ultrasonore
0' Metoda rin ecou
raductor : emitator*receptor
efle+ia undei ultrasonore pe fata opusa paralela cu fata deintrare.
Aarat ultrasonor
E R
!iesa cu defect
raductor
A'anta- B 1singur traductor* acces la 1 singura fata* localizarea in grosime%
Cimitari B .azul grosimilor reduse* cazul materialelor foarte absorbante%
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
22/40
Procedeele de unere in alicare a ultrasunetelor
,' Prin contact
vantae : Punere in aplicare rapid, masurare de grosimi
Limitari : utomatizare dificila, e+perienta operator,
reproducti%ilitate in atenuare.
0' In imersie
vantae : utomatiza%ila pentru controlul in serie,reproducti%ilitate, inregistrare
Limitari : $azul pieselor cu geometrie comple+a, imersiune
uneori interzisa
T * i i d l
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
23/40
Te*nici de control
!rin contact In imersie
e
raductor
e !iesa
ed
raductor
d
e !iesa
A!A
A'anta-eB apiditate si facilitate* costuri mici
Incon'enienteB .ontrol lent* neautomatizabil*
cupla- aleatoriu* uzura traductor
A'anta-eB &oarte bun cupla-*
automatizabil* fara uzura traductor
Incon'enienteB .osturi* instalatie
comple$a
fl i lt t l
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
24/40
efle$ia ultrasunetelor
Atunci cand ultrasunetele intalnesc un obstacol pe traseul lor* ele sunt intoarse de acesta* inmaniera unui fascicol luminos reflectat de catre reflector%
Atunci cand cele doua fete ale piesei nu sunt paralele fascicolul ultrasonor este de'iat si nure'ine intotdeauna la traductorF in acest caz controlul este mai dificil sau imposibil%
Ecou de intrare
@EE Ecou de fund
@E&
EE E&
Ecou de defect
EE EEE&
defect
Fascicolul revine latraductor dar traseul
este mai lung
Fascicolul nu revine la
traductor
O%stacol : Fundul piesei O%stacol : #efectul si Fundul piesei
E l d t l
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
25/40
E$emple de control
a bc
a b
b
ac
a ca
a
b
bE4
E4
a
c
b
a c
E
E4
c
c ba
a b
E4
a
a
E4
P d d i l lt t l
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
26/40
Procedee de unere in lucru a ultrasunetelor
7 In imersie locala
; .u -eturi de apa
!iese@in rotatie
.amera cu
aparaductor
apa
vanta : neimersiunea totala a piesei, se
preteaza %ine la controlul pieselor lungi
Limitari : precautii de luat pentru etanseitate
pentru evitarea %ulelor de aer
apa
apa
E
R
-et de apa
-et de apa
Galeia-
Galeia-
Cama compozita
vanta : neimersia piesei, et indreptat
de unda
Limitari : punere in lucru delicata
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
27/40
$i#uali#area ultrasunetelor
ip A sau A)S.A
eprezentarea ecogramei
naliza amplitudinii semnalului si a timpului
raductor
eflector
$i li lt t l
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
28/40
$i#uali#area ultrasunetelor
G)S.A
Vedere in sectiune urmarind planul de propagare al undelor
Suprafata de palpare =oluri a$iale
&und
i'el de culoare
5 'olts
0 'olt
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
29/40
$i#uali#area ultrasunetelor
.artografie .)S.A
Vedere in proiectie a piesei e+aminate
estratificare
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
30/40
.ontrolul nedistructi' al sudurii electrice prin puncte de
rezistenta
Pentru fiecare captor, cu reglajele aparatului ultrasonor identice si o valoare de
amplificare proprie, o ecograma de referinta este relevata si arhivata . Valoarea
amplificarii proprie fiecarui captor este aleasa pentru ca primul ecou de fund sa aiba o
amplitudine cuprisa intre 80 si 90%. Fiecare ecograma este caracterizata de un numar de
ecouri de fund propiu captorului corespunzator (amplitudinea ultimului ecou de fund 5%).
Verificarea lantului de masurare consta in :
1) a captura ecogramele cu aceleasi reglaje.
2) a compara amplitudinea primului ecou de fund cu a celui din ecograma de referinta.
3) a compara numarul de ecouri de fund.
Ecarturile de amplitudine trebuie sa fie inferioare cu 10% si cele doua ecograme
comparate trebuie sa aiba acelasinumar de ecouri de fund cu 1 ecou de fund.
Eco!rame de referinta entru diferiti catori
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
31/40
CAPTOR 3 mm CAPTOR 4 mm
Eco!rame de referinta entru diferiti catori
CAPTOR 6 mm CAPTOR 8 mm
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
32/40
CALITATEA SI CONFORMITATEA PUNCTELOR DE
SUDURA
Metoda de control nedistructiva pusa in lucru este
ecografia ultrasonora prin contact. Ea permite a se
pronunta asupra conformitatii punctului de sudura
diagnosticand clasele de calitate : bun, lipit, detasat,
diametru miezului insuficient, scanteie, dubios.
Aceasta metoda este aplicabila la toate tablele de otel de
diferite grosimi, acoperite sau nu, la ansamblari de doua
sau trei table. Ea este in egala masura aplicata la tablele de
aluminiu.
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
33/40
Determinarea diametrului de miez teoretic de sudura otel
Table otel
Grosimea de referinta al
ansamblului sudat
(e)
Diametru de miez teoritic
(Dt)
0,57 mm e 0,82 mm Dt 3 mm
0,82 mm
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
34/40
Asamblajelor de table din otel simplu
Micrografia de mai jos este cea a unui asamblaj de table groase simple.
Asamblaj 2 grosimi minim : 1,5 mm + 1,5 mm .
(ona fondata
Metal de +a#a
(ona afectata termic
(ona de
le!atura
Distanta intre ecourile ultrasonore
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
35/40
Baza de timpi a ecogramelor (axa absciselor) este reglata astfel incat sa vizualizeze o
serie de reflexii a ultrasunetelor la traversarea asamblajului.
Fiecare dus-intors al ultrasunetelor dealungul asamblajului este materializat pe
ecograma printr-un varf (sau ecou).
Distanta intre doua varfuri dintr-o ecograma este proportionala cu timpul parcurs de
ultrasunete in asamblaj. Viteza ultrasunetelor fiind constanta, distanta intre doua varfuri
este egal proportionala cu grosimea asamblajului.
Datorita distantei intre varfuri, exista asadar posibillitatea de a detecta punctele lipite
cele mai critice dand loc la table detasabile. Ecograma obtinuta este aceeasi cu cea care
va fi obtinuta pe o tabla simpla. Este deasemenea posibil de masurat distanta asamblului la nivelul zonei analizate si de
a estima astfel valoarea indentitatii.
Distanta intre ecourile ultrasonore
.
;meEI
2
;meEI
Ta+la simla
raductor
ultrasono
Ta+la ,
Ta+la 0
Punctsudura
3
lea
EI
ecou
,
ulrecou intermediar
0
lea EI
8
;meEI
6
;meEI
interfata
Im+inare sudata
raductor
ultrasonor
0
;meE/
ecou
,
erecou de fund
3
;meE/
6
;meE/
Ta+la 0
Ta+la,
interfata
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
36/40
Punct de sudura corect sudat:
Semnalul ultrasonor este bine atenuat prin largimea mizului. Descresterea
ecourilor este puternica. Nu exista ecouri intermediare.
Traductor
ultrasonor
Eco!rama ultrasonora
Ta+la ,
Ta+la 0
Punct de sudura detasat :
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
37/40
Punct de sudura detasat:
Nici o legatura nu este formata si ecograma este de tip simplu de tabla,
putin atenuat. Distanta intre doua ecouri corespunde grosimii de tabla in
contact cu captorul.
Ta+la ,
Ta+la 0
Traductor
ultrasonor
Eco!rama ultrasonora
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
38/40
Punct de sudura cu diametru miezului insuficient:
Ecograma este intermediara intre cea a unui punct lipit si cea a unui punct bun.
Ea poate prezenta ecouri intermediare intodeauna reprezentand un punct neconform.Amortizarea este adesea mai puternic decat cel al unui punct lipit si mai slab decat cel al unui
punct bun dar intotdeauna diferentiabil.
Traductorultrasonor
Ta+la ,
Ta+la 0
Eco!rama ultrasonora
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
39/40
Punct de sudura ars sau scanteie:
Punctul de sudura are un aspect ars, foarte crestat si uneori gol.
Din cauza suprafetei deformate, adesea de lighean, controlul punctelor este
dificil si aproape imposibil. Ecograma prezinta un amortizare brutala, ecourile de fund sunt foarte
apropiate si grosimea masurata este mult inferioara fata de cea a imbinarii
Traductorultrasonor
Ta+la ,
Ta+la 0
Eco!rama ultrasonora
7/24/2019 Tehnologii de Fabricare Si Control Nedistructuiv Cu Ultrasunete
40/40
Remarca : Aceste date teoretice sunt baza
controlului prin ultrasunete a punctelor
sudate, ele conditioneaza reflexia pentru a
evalua calitatea imbinarilor sudate.
De fapt din diversitatea de table, de grosimi,de acoperiri, este necesar a completa aceste
date prin ecograme de referinta urmarind
asamblajele de controlat.