CURSUL 5

METODE DE CONTROLNEDISTRUCTIV. PREZENTARE

GENERALA

METODA IMPEDANTEI MECANICEMETODA IMPEDANTEI MECANICE• Metoda impedanţei mecanice este una din metodele de

inspecţie a materialelor stratificate, în special pentrusuprafeţe mari, asigurând posibilitatea examinăriimaterialelor stratificate într-o gamă foarte largă (metalice,nemetalice, hibride).

• Impedanţa mecanică este definită ca fiind raportul dintreforţa aplicată unui sistem şi viteză.

v

FZ

EXAMINAREA PRIN EMISIEEXAMINAREA PRIN EMISIEACUSTICAACUSTICA

• Examinarea prin emisie acustică AET (AcoustingEmission Testing) se realizează prin înregistrareaemisiei acustice produsă într-un material, ca urmare astimulării acestuia într-un anumit mod (presare, îndoire,încălzire, răcire, rupere).

EXAMINAREA CU ULTRASUNETEEXAMINAREA CU ULTRASUNETE

• Metoda este aplicabila structurilor din materialemetalice si nemetalice, pentru identificareadiscontinuitatilor de suprafata sau interioare.

• Undele sunt generate de traductoripiezoelectrici, uzual la frecvente de 1-10 MHz.

• Energia transmisa si/sau reflectata poate dainformatii privind integritatea structurii (pozitia simarimea eventualelor defecte).

• Undele elastice se clasifica in functie de modulde vibratie al particulelor mediului, in raport cudirectia de propagare (unde longitudinale,transversale si de suprafata).

Unde longitudinale:

- oscilatiile sunt in directie longitudinala(zonele de compresiune alterneaza cucele de dilatare).

- se propaga in medii solide, lichide sigazoase.

Unde transversale (de forfecare):

- particulele se antreneaza unele pe altele,deplasandu-se pe o directieperpendiculara pe directia de propagare,la ½ din viteza undelor longitudinale.

342056602500Sticla, crown

256042603600Sticla, flint

143027301180Plexiglass

310057907900Otelinoxidabil

323559607850Otel slab aliat

320058007300Otel turnat

1200324019300Aur

226047008900Cupru

1610365010400Argint

313063202700Aluminiu

m/sm/skg/m3

cTcLDensit.Material

Vitezele undelor longitudinale sitransversale prin unele materiale

Propagarea prin lichid a undelorultrasonore

Unde de suprafata (Rayleigh):- apare la suprafata unui solid de grosime mare, marginit de aer .- se propaga in vecinatatea suprafetei, intr-o zona de grosime

aproximativ egala cu lungimea de unda.- particulele vibreaza urmand o traiectorie eliptica, viteza de

propagare este de 90% din viteza undelor transversale.- se pot detecta defecte de suprafata sau langa suprafata.

• Unde Lamb:– apar in placi de grosime aproximativ egala cu o

lungime de unda.

– exista moduri simetrice (unde la care deplasarileperpendiculare pe placa sunt de sensuri opuse pecele doua fete ale placii) si moduri antisimetrice (undede “incovoiere” la care deplasarile perpendiculare peplaca sunt de sensuri identice pe cele doua fete aleplacii ).

Viteza undelor depinde de:

- materialul structurii prin care se propaga,

- frecventa,

- unghiul de aplicare a undei incidente,

- grosime structura.

Viteza de faza. Viteza de grup

Exemplificare: Lansare fisier GroupVelocity.htmlExemplificare: Lansare fisier GroupVelocity.html

1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 25000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

A0A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

f (kHz)

Am

odes

Gro

up

velo

city

[m/s

]

1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 25000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

S0S1

S2

S3

S4

S5

S6

f (kHz)

Sm

odes

Gro

up

velo

city

[m/s

]Vitezele de grup pentru o placa de Otel de 6 mm

Modurile simetrice Modurile antisimetrice

A0 in placa de otel 4mm , 150 kHz

• Viteza undelor (v)este data de produsul dintrefrecventa (f) si lungimea de unda (λ)

v = f * λ• Viteza undelor depinde de modulul de

elasticitate, de densitate, de coeficientul Poisson• Exemplu: la frecventa uzuala de 2 MHz, in cazul

undelor longitudinale in structuri din otel,lungimea de unda corespunzatoare este de 3mm. Defectele care se pot determina sunt deordinul a ½ din lungimea de unda.

• Reflexia si transmisia undelor la frontiera a 2medii diferite se face conform legii Snell:

sin α / sin β = v1 / v2 ,unde α/β sunt unghiurile de incidenta/refractie,iar v1 si v2 sunt vitezele undelor in cele 2 medii.

Traductori ultrasonici

• Se bazeaza pe efectul piezoelectric: modificareadimensiunilor unui cristal (cuart) in functie de polaritateacurentului electric aplicat pe fete opuse.

• Zona din imediata vecinatate a traductorului (“near fieldof the sound beam”) prezinta fluctuatii mari aleintensitatii semnalului emis, ceea ce face ca eventualediscontinuitati din structura sa produca semnale multiple,dificil de interpretat.

• La trecerea undelor prin materiale, se produce oatenuare a intensitatii lor datorita:

- dispersiei cauzate de discontinuitatile intalnite- absorbtiei datorita conversiei energiei undelor in

caldura.

EXAMINAREA CU ULTRASUNETEEXAMINAREA CU ULTRASUNETE

• La propagarea prin material, undele îşi manifestăintensitatea prin implicarea în două fenomene:atenuarea inerentă unui parcurs normal şi reflexia de osuprafaţă de discontinuitate.

• Există două modalităţi fundamentale de aplicare ametodei: prin transmisie şi prin reflexie (ecou).

Metoda puls-ecou

• Este cea mai utilizata metoda.

• Energia undelor se transmite prin intermediul unuicuplant (uzual, ulei sau vaselina) intre traductor sisuprafata structurii de testat.

• Cand undele “calatoresc” prin material, la intalnirea uneidiscontinuitati, o parte a energiei lor se reflecta, o partese transmite mai departe in structura.

• Amplitudinea ecourilor scade.

• Daca reflexia nu permite o interpretare buna, seanalizeaza semnalul transmis cu ajutorul unui al doileatraductor aflat la celalalt capat al structurii.

• Cand nu este posibila transmiterea undelornormal la suprafata, se pot emite undetransversale, pe directii inclinate.

• Frecventa undelor este un element cheie inaprecierea senzitivitatii la identificarea simasurarea defectelor. La o frecventa data,practic, se pot “vedea” discontinuitaticomparabile cu lungimea de unda, pana la ½ dinaceasta.

• La frecvente joase, atenuarea este mai mica,gradul de penetrare creste, dar scadecapacitatea de a discerne intre defecte preaapropiate. Frecvente mai mari sunt alese pentrua avea o rezolutie mai buna.

• Se pot determina fisuri in structura, aparutedatorita fenomenului de oboseala. Formasemnalului este mai ascutita. Daca accesul esteposibil, se fac mai multe determinari, de pediferite directii, pentru a putea localiza defectul sia evalua marimea lui.

• Incluziunile si porozitatile reflecta undele subforma unor semnale mai slabe.

• Undele ultrasonore permit determinarea grosimiiconductelor sau vaselor sub presiune, aceastacu impact in prevenirea cedarii structurilordatorita coroziunii.

• Tehnica “angle beam inspection” foloseste undetransversale pentru examinarea sudurilor,fisurilor, porozitatilor, etc.

• Unghiul de refractie al undelor in material esteinscris pe traductor, alegerea acestuia fiindimpusa de tipul de defect.

• Stabilirea distantei la care se pune traductorulse face printr-o calibrare initiala, inspectiafacandu-se apoi prin miscarea traductorului inplanul piesei, pe o linie paralela cu zona decontrolat.

• Inspectia conductelor se poate face la interiorsau la exterior, pentru determinarea defectelordin fabricatie sau aparute in timpul functionarii.

Moduri de reprezentare a inspectieicu ultrasunete

• “A – scan”: amplitudinea ecourilor esteprezentata in functie de timpul parcurs de undain structura; traductorul are o pozitie fixa.

• “B – scan”: traductorul aluneca dupa o linie depe suprafata obiectului testat; se obtine oevaluare in sectiunea piesei, cu informatii privindlungimea si adancimea unui eventual defect.

• “C – scan”: este o reprezentare plana a tuturorecourilor; se utilizeaza pentru detectia coroziuniiin conducte sau vase sub presiune si pentruidentificarea delaminarilor in structuri compozite.

• Analiza in imersie: avantajul unui cuplantuniform (apa) pe suprafata structurii siposibilitatea generarii undelor longitudinale sitransversale prin modificarea orientariitraductoarelor.

• Aplicatii ale metodelor ultrasonice de control:structuri sudate, piese metalice si nemetalice,identificarea fisurilor aparute in functionare,evaluarea coroziunii, etc.

• Avantaje: se inspecteaza o mare parte astructurii, rezultatele sunt imediate, costurile suntrelativ scazute fata de alte metode.

• Limitari: penetrare scazuta in anumite materiale,tehnicianul operator trebuie sa fie bine pregatitpentru interpretarea datelor.