ii - examinarea cu ultrasunete a imbinarilor sudate

Upload: mako-sky

Post on 29-Oct-2015

446 views

Category:

Documents


17 download

DESCRIPTION

welding verification

TRANSCRIPT

LOVE

PAGE 27UNIVERSITATEA (OVIDIUS( DIN CONSTANA

FACULTATEA: I.M.I.M.SPECIALIZAREA: INGINERIA SUDRIIPROIECT DE DIPLOMPag.

CAPITOLUL IIEXAMINAREA CU ULTRASUNETE A MBINRILOR SUDATESudarea metalelor reprezint o metod de mbinare nedemontabil a lor componente pentru a realiza un produs finit . Dintre procedeele de mbinare a metalelor cel mai important loc l ocup sudarea datorit avantajelor sale: pre de cost redus, economie de metal, productivitate mare.Ins, datorit factorilor care intervin n procesul de sudare, natura materialului de baz, de adaos, caracteristicile electrodului, procedeul de sudare la care se adaug experiena sudorului este absolut necesar efectuare examinri cu ultrasunete innd seama de importana produsului finit procesul de producie.Pentru aplicarea metodei corespunztoare de examinare este necesar n consideraie a unor condiii specifice de care trebuie s se aib n vedere naintea nceperii mbinrii sudate i anume: - materialul folosit la mbinarea sudat;

- tipul sudurii;

- grosimea materialului de baz;- forma exterioar a mbinrii sudate.La examinarea nedistructiv a mbinrilor sudate trebuie s se in seama de natura solicitrilor respective, lund n considerare, pentru materialele care alctuiesc structura sudat, rezistenele admisibile, modul deal forelor (static sau dinamic); de asemenea trebuie avute n vedere o serie de elemente suplimentare care pot interveni i conduce la o degradarea prematur a construciei sudate cum sunt oboseala, coroziunea sub tensiune , ruperea fragil, etc.

Complexitatea mbinrilor sudate oblig la o cunoatere general a tuturor factorilor care intervin n apariia discontinuitilor ce trebuie evideniate cu ajutorul ultrasunetelor. Pentru aceasta este obligatoriu a trata problema examinrii cu ultrasunete metodic, deoarece n foarte multe situaii apar factori ce conduc la dificulti sau chiar la imposibilitatea executrii controlului propus.Spre exemplu, natura materialului sudat, n cazul n care acesta este oel carbon sau slab aliat, nu ridic probleme deosebite privind structura n zona de influen termic, n timp ce dac este oel austenitic, n zona de influen termic, granulaia este aa de mare, nct face imposibil examinarea cu unde ultrasonore transversale.MATERIALUL DE BAZ

In scopul efecturii n mod normal a examinrii mbinrii sudate este obligatoriu ca mai nainte s se efectueze examinarea materialului de baz. Aceast examinare prealabil apare din necesitatea localizrii cu precizie a eventualelor defecte dac aparin materialului de baz utilizai sau mbinrii sudate n scopul remedierii lor. O alt problem care apare este aceea c propagarea fascicolului ultrasonor va fi astfel nct impulsul s poat fi recepionat dup parcurgerea materialului de baz pn la mbinarea sudat. Totodat se va ine seama de viteza de propagare a ultrasunetelor prin materialul de baz pentru ca evaluarea distanelor din calcul s corespund cu indicaiile de pe ecranul tubului catodic.Calitatea materialului de baz poate fi examinat sub inciden normal sau nclinat. Traductorul se deplaseaz de o parte i de alta a mbinrii sudate.

Defecte n materialul de baz

Defecte de suprafa - undele de suprafa emise n toate direciile pe suprafaa materialului de baz pot ntlni suprafaa lateral a materialului de baz reflectate (Fig. 2.1 ). n aceast situaie traductorul poate lng impulsurile de unde longitudinale sau transversale i cele de suprafa, reflectate de eventualele defecte. Identificarea acestor defectele face prin deplasarea traductorului stnga - dreapta; prin aceasta dispar de pe ecranul catodic impulsurile date de defectele de suprafa.

Figura2.1

Defecte interne Zona cu defecte continui - (exfolieri. segregaii) situate la adncimi diferite n interiorul materialului de baz. La examinare cu traductor normal pe ecran apar mai multe ecouri ca fiind reflexii multiple de la defecte (Fig.2.2 ). La examinarea cu traductor unghiular nu poate fi explorat o poriune din mbinarea sudat .Traductorul se deplaseaz ntre limitele lmin i lmax parcursul ultrasonor explornd numai poriunea de la rdcina mbinrii sudate. Dup cum se vede i din Fig.2 din parcursul ultrasonor nu poate fi explorat poriunea superioar a mbinrii sudate ceea ce duce la imposibilitatea detectrii eventualelor defecte din aceasta poriune.

Figura 2.2

Defecte locale - ( incluziuni) .La examinarea cu traductor normal apar ecouri de fund ( de la materialul de baz ) dar i ecouri de defect. (Fig.2.3).La examinarea cu traductor unghiular fascicolul ultrasonor este obturat din cauza defectelor fcnd imposibil detectarea defectelor din aceast zon a mbinrii sudate .

Figura 2.3

Grupuri de defecte locale - La examinarea cu traductor normal se obine o denaturare a ecoului de fund dar se poate ntmpla i o atenuare parial a fascicolului ultrasonor (Fig. 2.4). La examinarea cu traductor unghiular fascicolul ultrasonor poate suferi o atenuare parial sau chiar total deoarece d2>d1 unde d1 reprezint grosimea grupului de defecte locale.

Figura 2.4

2.1. CUPLAREA PRIN IMERSIE

Prin aceast cuplare piesa de examinat este introdus parial sau integral n lichid (amestec 80% apa i 20% alcool etlic).

Sistemul de imersie a piesei de ghidare, de poziionare i de protejare a traductorului sunt probleme dificile, metoda ns prezint unele avantaje:

Elimin spatiul de aer traductor-pies;

Elimin apsarea variabil a trductorului pe pies;

Poate lucra automat cu o mare vitez de examinare;

Reproductibilitate mare;

Eficien economic.

Cuplarea prin imersie poate fi utilizata la toate metodele de examinare: reflexie, transmisie si rezonant.

nainte de a ncepe examinarea este necesar s se efectueze un instructaj al operatorului deoarece pe ecranul tubului catodic apar mai multe ecouri ca: cel reflectat de suprafaa frontal a piesei EF1, de suprafaa defectului ED i de fund al piesei EF2.

Trebuie s se in seama de faptul c parcursul ultrasonor prin ap este mult mai mare dect parcursul prin pies.

n cmpuri acustice de amplitudine mare, variaiile periodice de densitate din fascicole, cauzeaz modificri periodice semnificative in viteza de propagare a ultrasunetelor. Astfel, fronturile de und comprimate se propag mai repede prin mediu i prind urm fronturile de und rarefiate producnd o form de und in dini de ferstru. Distorsiunea n forma undei nseamn c sunt prezente armonici superioare i c energia a fost transferat din banda de frecven fundamental n aceste componente superioare.

Efectul de neliniaritate nu poate fi evideniat cu sistemele standard de detecie deoarece limea de band este limitat recepionnd numai frecvena fundamental iar dimensiunea traductorului este mare ducnd la o mediere spaial semnificativ a fascicolului ultrasonor.

Analiza distorsiunii formei undei ultrasonore reale se poate realiza utiliznd un receptor cu lime de band mare dar cu o arie activ mic. Aceste cerine sunt satisfcute dac se utilizeaz un hidrofon cu o membran bilaminar de 0,5mm diametru, cu dou straturi subiri de 90m grosime mpreun cu un preamplificator adaptat la frecvena de rspuns a hidrofonului. Membrana hidrofonului este din poliviniliden-fluorid (PVDF).

Efectul de propagare neliniar este caracterizat de dependena fa de amplitudine i fa de distana de propagare.

Reducerea erorilor se poate realiza prin examinare in imersie la distane de propagare mici, cuprinse ntre 3050cm n ap.

Examinarea n imersie prin metoda de ecou, de exemplu un sistem de C scan, poate cauza erori de pn la 22% pentru un traductor nefocalizat i de pn la 35% pentru un traductor focalizat.

2.2. ETALOANE DE REFERIN

Utilizarea pe scar din ce n ce mai larg a controlului ultrasonic al metalelor a condus la necesitatea dezvoltrii i diversificrii echipamentelor n acest domeniu, ajungndu-se n prezent, pe plan mondial la o gam de echipamente diverse att din punct de vedere al caracteristicilor tehnice, ct i ca forme i dimensiuni.

n funcie de domeniile unde i-au gsit aplicabilitate, aparatele de control ultrasonic au fost adaptate la condiiile specifice, recurgndu-se la adoptarea de soluii i amenajri tehnice care au facilitate att realizarea unui control efficient ct i condiii mai uoare de munc.

Toat aceast gam variat de echipamente de control nedistructiv cu ultrasunete are la baz o serie de elemente comune cum sunt:

Aparatul generator, indicator propriu-zis;

Palpatoarele(diverse tipuri);

Mediul de cuplare;

Blocurile de etalonare i referin;

Accesoriile specifice fiecrui produs examinat.

Fig.2.5 Schema de principiu a unui aparat ultrasonic: 1-generator de impulsuri; 2-emitor; 3-palpator; 4-pies examinat; 5-receptor i amplificator; 6-osciloscop catodic; 7-baz de timp; 8-imaginea piesei examinate, oscilogram.

Generatorul emite impulsuri electrice care ajungnd la palpator sunt transformate n unde ultrasonore. Acestea sunt transmise mai departe printr-un cuplant(vaselin, glicerin, miere, etc.) care se gasete ntre pies i palpator (traductor). Rolul cuplantului este acela de a elimina aerul dintre traductor i pies, adic de a mpiedica reflexia ultrasunetului la suprafaa piesei i de a permite propagarea undei prin pies. Ultrasunetele se propag prin pies si se vor reflecta de marginea inferioar a acesteia sau de orice discontinuitate ce se gsete n pies. Vor ajunge din nou la traductor(palpator) unde sunt transformate n impulsuri electrice, rezultatul trecerii acestora prin pies fiind vizualizat pe ecranul osciloscopului sub forma unor ecouri.

Obtinerea unor rezultate bune n activitatea de control tehnic cu ultrasunete este strict legat de reglarea i verificarea aparaturii folosite n acest scop.

nainte de efectuarea oricrei examinri cu ultrasunete este necesar a verifica att buna funcionare a aparaturii ce urmeaz a se folosi, ct i daca aceasta corespunde domeniului ales i preciziei de msurare cerute. La acest lucru se adauga alte considerente teoretice cum ar fi:

Stabilirea unei sensibiliti a aparatului la o valoare bine precizat, care s rmn constant pe toat perioada verificrii; trebuie menionat faptul c n prima or de funcionare sensibilitatea echipamentului electronic are variaii datorit nclzirii, ca ulterior s se stabilizeze la o valoare sensibil constant, valoare care mai ales la aparatele cu tuburi electronice de construcie mai veche se va verifica periodic;

Obinerea de rezultate identice la verificri repetate;

Efectuarea unui examen cu ultrasunete n condiii identice, dar folosind aparate de fabricaie diferit.

Aplicarea pe scar tot mai larg a controlului cu ultrasunete la piese cu geometrii diferite a condus la utilizarea unor echipamente complexe cu numeroase accesorii, lucru ce a obligat asocierea la orice verificare a unor:A.) Blocuri(etaloane) pentru calibrare, reglare i verificare a defectoscopului ultrasonic, palpatoarelor i instalaiei de control n ansamblu;

Blocurile pentru calibrare sunt reglementate de la ar la ar prin standarde naionale sau recomandate de comitete i organizaii mputernicite n acest sens. n Romania acest lucru este reglementat prin STAS 7802-79 Blocuri de calibrare din oel pentru verificarea i reglarea defectoscoapelor.B.) Blocuri(etaloane) de referin pentru aprecierea msurrii defectelor.

Blocurile de referin sunt n numr foarte mare, au un domeniu restrns de utilizare, cuprinse de regul n norme interne i servesc la: aprecierea mrimii defectelor pentru un anumit produs, verificarea anumitor parametrii de lucru ai aparatelor etc.

Etaloanele sunt din punct de vedere practic dificil de realizat deoarece materialul din care se confecioneaz trebuie s ndeplineasc anumite cerine ca:

Materialul din oel(OL) s fie de cea mai bun calitate;

Atenuarea ultrasonor s fie foarte mic;

S nu conin defecte structurale;

Dimensiunile s fie conform standardului, cu eroare de 0,01mm;

Suprafeele de examinare s fie plane i bine lefuite;

Abaterea de la perpendicularitate ale suprafeelor laterale fa de cele de examinare s nu depeasc 5;

Metalografic, s existe o distribuie omogen a grunilor;

Mrimea unui grunte s aib cel puin punctajul 8 dup STAS 5490-71;

Rugozitatea suprafeelor de examinare trebuie s fie 0.8;

Valoarea n grade a unghiurilor executate s fie egal cu inscripia corespunztoare de pe material i pe poziia respectiv.

Blocuri(etaloane) pentru calibrare

Standardele amintite anterior stabilesc condiiile tehnice referitoare la material, dimensiuni, form i utilizare a patru blocuri de calibrare marcate A1, A2, A3, A4 care servesc la verificarea, reglarea i calibrarea instalaiilor de control cu unde longitudinale i transversale prin metoda cu impuls reflectat.

I.) Blocul de calibrare A1 este confecionat din otel carbon Calmat St. 52.3. Oelul din care se execut trebuie sa fie elaborate n cuptor Siemens-Martin sau electric i s aibe o granulaie uniform. Transparena ultrasonic a materialului nu trebuie s prezinte variaii locale mai mari de 1dB, viteza de propagare a ultrasunetului fiin de 592020m/s. Pentru alte materiale se va lua n considerare viteza cu care se propag ultrasunetele n materialele respective.

Blocul de calibrare este format dintr-o pies de oel i un cilindru din polimetacrilat de metal (plexiglas) avnd forma i dimensiunile din figura 1. Grosimea cilindrului din polimetacrilat de metal va fi egal cu 23mm, astfel nct timpul de propagare total(dus-ntors) a unui impuls de unde longitudinale dup direcia axului cilindrului s fie corespunztor parcurgerii unei grosimi de 50mm de oel.

Cilindrul de plexiglas trebuie acoperit pe suprafaa de palpare cu un strat conductor de argint, pentru calibrarea cu palpatoare cu contact direct a traductorului electroacustic pe suprafaa de examinare.

Fig.2.6. Blocul de calibrare A1

Cu ajutorul blocului de calibrare A1 se efectueaz urmtoarele operaiuni:

Calibrarea scrilor fixes au detaabile de msurare a distanelor;

Corecia punctului zero;

Verificarea liniaritii scrii de masurare a distanelor (baza de timp) i amplificrii;

Calibrarea scrii de msurare a distanelor n distane proiectate i distane reduse;

Verificarea i reproducerea sensibilitii aparaturii i sensibilitii de detectare;

Verificarea zonei moarte;

Verificarea puterii separatoare n adncime;

Verificarea i determinarea punctului de inciden al palpatoarelor nclinate;

Verificarea i determinarea unghiului de ptrundere al palpatoarelor nclinate;

Ridicarea caracteristicilor de directivitate n plan orizontal i vertical pentru palpatoarele nclinate;

Verificarea unor diferene structurale ntre materialul din care este confecionat blocul A1 i alte tipuri de oel.

II.) Blocul de calibrare A2 este confecionat la fel ca i A1 din oel carbon St.52.3, forma i dimensiunile sale fiin prezentate n figura 2.7.. Acest bloc de calibrare s-a impus n practica curenta odat cu utilizarea pe scar din ce n ce mai larg a palpatoarelor miniaturale(dimensiunea maxim a cristalului piezoelectric este de 13mm) nclinate, folosite n controlul mbinrilor sudate.

Fig.2.7. Blocul de calibrare A2

Cu ajutorul blocului de calibrare A2 se efectueaz urmtoarele operaiuni:

Calibrarea scrilor fixes au detaabile de masurare a distanelor;

Corecia punctului zero;

Verificarea liniaritii bazei de timp i amplificrii;

Calibrarea scrii de msurare a distantelor n distante proiectate i distane reduse;

Verificarea i reproducerea sensibilitii aparaturii i sensibilitii de detectare;

Determinarea sau verificarea punctului de inciden al palpatorului;

Determinarea sau verificarea unghiului de ptrundere al palpatorului;

Compararea unor diferene structurale ntre materialul blocului A2 i alte tipuri de oeluri.

III.) Blocul de calibrare A3

Blocul de calibrare A3 este confectionat ca i blocurile anterioare din oel carbon St 52.3 i const dintr-o pies din oel n trepte de la 1 la 8 de forma i dimensiuni prezentate n figura 5.8. La treapta 7 este aplicat o cresttur pentru dublarea domeniului de msur precum i pentru controlul sensibilitii i verificarea separrii emisiei de recepie, n cazul palpatoarelor cu dublu cristal.

Fig.2.8. Blocul de calibrare A3

Blocul de calibrare se folosete la palpatoarele normale duble emisie-recepie de unde longitudinale miniaturale (diametrul exterior al suprafeei de contact egal sau mai mic de 15mm) precum i cu unele tipuri de palpatoare normale cu simplu cristal piezoelectric de dimensiuni sub 5mm i frecvena ridicat, de regul peste 6 MHz, care au zona moart sub 4mm.

Cu aceste blocuri de calibrare se pot efectua urmtoarele operaii:

Calibrarea scrii de msurare a distanelor n domeniile de 5, 10, 15 i 20mm;

Corecia punctului zero;

Verificarea liniaritii bazei de timp;

Reglarea i producerea sensibilitii;

Determinarea zonei moarte;

Verificarea separrii fasciculului de emisie de ramura de recepie a palpatorului cu dublu cristal piezolelectric.

IV.) Blocul de calibrare A4Este confecionat din oel carbon, n trepte semicilindrice, avnd forma i dimensiunile din figura 2.9

Fig.2.9. Blocul de calibrare A4

Blocul de calibrare folosete la determinarea puterii separatoare n adncime, a ansamblului format din defectoscop ultrasonic i palpator monocristal, care poate fi att pentru unde longitudinale ct i transversale.

Blocuri(etaloane) de referin

Grosimea materialului de baz supus examinriiGrosimea blocului de referinDiametrul defectelorMrimea canalului

S2520 sau S2.4Limea: 3-6mm

Adncimea: 2%S

Lungimea: min. 50mm

25