Ce măsoară de fapt testele cu ultrasunete
Examenul cu ultrasunete este o metodă volumetrică pentru găsirea defectelor interne. Un traductor lansează un impuls scurt de vibrație mecanică-de înaltă frecvență în componentă; unde unda traversează o interfață între două medii cu impedanță acustică diferită, o parte din energie este reflectată înapoi și detectată. Timpul de sosire a ecoului localizează reflectorul, iar amplitudinea acestuia oferă o indicație asupra dimensiunii și orientării acestuia.
Utilizarea industrială a metodei datează din anii 1930, când inspecția prin-transmisie a fost demonstrată pentru prima dată pe metal și s-a extins brusc în anii 1940, odată cu apariția detectării defectelor cu ecoul puls-. Practica modernă adaugă instrumente digitale, timpul-de-difracție de zbor și imagistica în matrice fază. Metoda este acum obișnuită în producția de oțel, construcția de mașini, echipamentele sub presiune, construcțiile navale, instalațiile aerospațiale și nucleare și este instrumentul volumetric primar pentru produsele de fabrică de titan.
Baza fizică: impedanța, reflexia și lungimea de undă
Testarea cu ultrasunete este acustica aplicată. Comportarea fasciculului este descrisă de legile de reflexie, refracție și{1}}conversie ale acusticii geometrice, cu efectele de difracție și suprapunere gestionate de acustica fizică. Patru mărimi guvernează proiectarea oricărei examinări: perioada, frecvența, lungimea de undă și viteza.
Impedanța acustică este produsul dintre densitate și viteza sunetului. Pentru titanul cu o densitate de aproape 4,51 g/cm3 și o viteză longitudinală de aproape 6100 m/s, impedanța este de aproximativ 27 MRayl, comparativ cu aproximativ 45 MRayl pentru oțel. Această diferență stabilește comportamentul de reflexie la o interfață din oțel-titan și cerințele de cuplare la sondă.
Viteza undei de forfecare în titan este de aproximativ 3100 m/s, aproximativ jumătate din viteza longitudinală, motiv pentru care examinarea fasciculului unghiular utilizează unghiuri de refracție foarte diferite față de cele din oțel.
Lungimea de undă controlează atât sensibilitatea, cât și rezoluția: la 5 MHz în titan este de aproximativ 1,2 mm, deci defectele mult mai mici de jumătate de lungime de undă nu pot fi rezolvate în mod fiabil, iar secțiunile subțiri necesită o alegere atentă a frecvenței.
Atenuarea și împrăștierea cresc cu dimensiunea granulației, astfel încât microstructurile grosiere necesită frecvențe mai mici și o acceptare mai grosieră decât materialul cu granulație{0}}fină.
Cele trei mărimi măsurabile utilizate pentru a caracteriza o indicație sunt prezența și amplitudinea semnalului returnat de la defect, separarea de timp dintre semnalele transmise și recepționate și energia pierdută pe măsură ce valul străbate materialul.
Principalele metode de examinare
| Metodă | Principiu | Utilizare tipică pe titan |
|---|---|---|
| Prin transmisie | Separați emițătorul și receptorul pe fețele opuse | Placă și foaie subțire, integritatea lipirii |
| Ecoul pulsului | O singură sondă transmite și primește | Examinarea volumetrică generală a plăcilor, barei și forjatelor |
| Timpul-de-difracției de zbor | Măsoară timpul de la vârful fisurii și rădăcină, mai degrabă decât amplitudinea | Dimensionarea defectelor plane în suduri și secțiuni groase |
| Matrice în fază | Direcția electronică a fasciculului și focalizarea dintr-o matrice cu mai multe-element | Geometrie complexă, examinarea sudurii, unde ghidate de plăci subțiri |
| Imersie și squirter | Cuplat printr-o potecă de apă | Inspecție de{0}}înaltă rezoluție a plăcii, tubului și țaglelor |
Pulse-echo este valoarea prestabilită pentru produsul de moară, deoarece are nevoie de acces doar dintr-o singură parte. Prin transmisia este limitată de cerința ca emițătorul și receptorul să rămână unul față de celălalt, ceea ce o limitează la geometrii simple. Phased Array a înlocuit în mare măsură scanarea unghiulară mecanică în cazul în care geometria este complexă, deoarece fasciculul poate fi direcționat și focalizat electronic, iar rezultatele sunt înregistrate ca imagine.
Titan-Considerații specifice
Titanul nu este doar un oțel mai lent din punct de vedere al ultrasunetelor. Trei efecte modifică designul examinării.
Anizotropie acustică: faza alfa hexagonală face ca viteza să depindă de direcția cristalografică, astfel încât un produs puternic texturat poate prezenta indicații aparente cauzate de structură, mai degrabă decât de un defect.
Zgomot structural: microstructurile grosiere beta-transformate produc semnale retroîmprăștiate care ridică nivelul de zgomot și reduc cel mai mic defect detectabil, în special în secțiunile groase și în materialele care au fost procesate la temperatură-înaltă.
Diferențe de calea sunetului: deoarece viteza longitudinală este de aproximativ 6100 m/s în loc de aproximativ 5900 m/s în oțel, blocurile de calibrare și calculele de întârziere trebuie să se bazeze pe vitezele titanului, dacă citirile de adâncime sunt precise.
Aceste efecte sunt motivul pentru care blocurile de referință, frecvența și clasa de acceptare ar trebui convenite pentru forma și calitatea produsului specific, mai degrabă decât copiate dintr-o procedură de oțel.
Criterii de acceptare și aplicare industrială
Examinarea cu ultrasunete a barei, țaglelor și plăcii de titan forjat este în mod normal specificată conform ASTM E2375, care oferă criterii de evaluare și mai multe niveluri de acceptare, astfel încât severitatea necesară să poată fi adaptată aplicației. Plăcuța pentru serviciul sub presiune este frecvent examinată conform ASTM A578/A578M sau ASTM A435/A435M, unde practica oțelului este menționată prin contract. Performanța instrumentului și a sondei sunt verificate conform ASTM E317 și ASTM E1065, sistemele cu matrice în faze conform ASTM E2491, iar personalul este calificat conform ISO 9712 sau o schemă echivalentă.
În echipamentele energetice - generatoarele hidroelectrice și turbine cu abur, centralele nucleare și componentele sub presiune - examinarea cu ultrasunete se aplică în două etape: pentru a califica materia primă primită și pentru a verifica piesele finite. Pentru materia primă, scopul este de a exclude incluziunile inacceptabile, porozitatea, segregarea și exploziile de forjare înainte ca valoarea adăugată prin prelucrare. Pentru piesele finite scopul este de a confirma că nu a fost introdus sau deschis niciun defect prin formare și tratament termic.
Punctele practice de control care determină dacă rezultatele sunt demne de încredere includ calibrarea documentată față de un bloc de referință din același material și geometrie, planuri de scanare înregistrate cu acoperire indicată ca procent din volum, o cale definită de respingere și re{0}}examinare pentru indicații suspecte și păstrarea datelor brute pentru lucrul cu matrice în faze, astfel încât un rezultat disputat să poată fi revizuit mai târziu.
Întrebări frecvente
Î: Cât de adânc poate testarea cu ultrasunete detecta defecte ale titanului?
R: Depinde de frecvență, structura granulelor și geometrie. Produsul forjat cu granulație-fină este de obicei examinat la 100 mm sau mai mult la 2 până la 5 MHz, în timp ce materialul grosier sau cu textura puternică prezintă zgomot structural ridicat la adâncime și necesită o frecvență mai mică și o acceptare mai mare.
Î: De ce este diferită viteza sunetului în titan?
R: Titanul are o viteză longitudinală de aproape 6100 m/s și o viteză de forfecare aproape de 3100 m/s, față de aproximativ 5900 m/s și 3200 m/s pentru oțel. Calibrarea adâncimii trebuie să utilizeze viteza materialului care este examinat efectiv, altfel citirile vor fi eronate.
Î: Ce cauzează indicații false în titan?
R: Anizotropia acustică din textura cristalografică, retrodifuziunea din microstructurile grosiere beta-transformate, reflexiile geometriei și conversia modului. Orice indicație care guvernează dispoziția trebuie confirmată printr-o a doua metodă înainte ca piesa să fie respinsă.
Î: Care standard acoperă examinarea cu ultrasunete a barei și plăcii de titan?
R: ASTM E2375, care definește criteriile de evaluare și nivelurile multiple de acceptare pentru produsele forjate. Contractele de echipamente sub presiune fac adesea referire la ASTM A578/A578M sau ASTM A435/A435M.
Î: Care este diferența dintre ecoul pulsului și timpul-de-difracției de zbor?
R: Ecoul pulsului folosește amplitudinea unui semnal reflectat, care este doar vag legat de dimensiunea defectului. Timpul-de-difracție de zbor măsoară timpul de sosire a semnalelor difractate de la vârfurile defectelor, oferind o măsurare mai fiabilă a înălțimii pentru defectele plane.
Î: Cât de des trebuie calibrat echipamentul?
R: Performanța sistemului trebuie verificată la începutul și la sfârșitul fiecărei sesiuni de examinare și la intervale definite în timpul scanărilor lungi, folosind un bloc de referință de material și geometrie potrivite. Caracteristicile sondei și instrumentelor sunt evaluate conform ASTM E317 și ASTM E1065.
