Procedura UT-PS/ZS/2004 Badanie metodą ultradźwiękową płyty ze spoiną czołową

Transkrypt

1 Procedura UT-PS/ZS/2004 Badanie metodą ultradźwiękową płyty ze spoiną czołową Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych Opracował: mgr inż. Adam Sajek Zatwierdził: prof. dr hab. inż. Jerzy Nowacki Szczecin 2004

2 Oznaczenia t grubość materiału podstawowego mm l długość wskazania mm X położenie wskazania w kierunku wzdłużnym mm Y położenie wskazania w kierunku poprzecznym mm Z położenie wskazania w kierunku głębokości mm p pełny skok głowicy mm x g środek głowicy mm α kąt wprowadzania wiązki (kąt głowicy skośnej) stopnie f g częstotliwość głowicy ultradźwiękowej MHz d g efektywna średnica przetwornika głowicy mm s p szerokość powierzchni przeszukiwania dla pełnego skoku mm s b zakres (droga) obserwacji mm s bx zakres obserwacji (badania) w rzucie mm s bx zakres obserwacji w rzucie skróconym mm K podziałka podstawy czasu mm/dz a x rzut drogi mm a x skrócony rzut drogi mm T położenie echa na podstawie czasu dz d rej średnica reflektora odniesienia mm V wzmocnienie db V j wzmocnienie podczas skalowania db V OWR poprawka OWR wzmocnienia db V k poprawka na geometrię wzorca db V T poprawka wzmocnienia wynikająca ze strat przeniesienia db V R wzmocnienie rejestracji db V T poprawka na drogę db N długość pola bliskiego mm c T prędkość rozchodzenia się dźwiękowej fali poprzecznej m/s d ref unormowany rozmiar reflektora płaskiego mm D odległość unormnowana e 0 wysokość echa odniesienia % e wysokość echa % 2

3 1. WSTĘP Badania ultradźwiękowe wykorzystują efekt rozchodzenia się fal dźwiękowych o częstotliwościach większych od górnej granicy słyszalności ucha ludzkiego (ponad khz). Za wytwarzanie i wprowadzenie do badanego obiektu fal, jest odpowiedzialna głowica ultradźwiękowa, której głównym elementem jest przetwornik. Jest on najczęściej cienką płytką z materiału piezoelektrycznego, wytwarzającą krótkotrwałe drgania rezonansowe o częstotliwości rzędu miliona cyklina sekundę. Głowicę przykłada się do powierzchni badanego obiektu poprzez cienką warstwę cieczy, która eliminuje szczelinę powietrzną pod głowicą. Drgania przetwornika przenoszone są do materiału powodując sprężyste, periodyczne odkształcenia najpierw powierzchni, a następnie dalszych warstw metalu. Pobudzanie przetwornika piezoelektrycznego impulsami elektrycznymi oraz nasłuch odbywa się za pomocą defektoskopu ultradźwiękowego. Najczęściej stosowaną metodą w technice badań ultradźwiękowych jest tzw. metoda echa. Polega ona na nadawaniu fal i ich odbiorze po odbiciu od wady lub powierzchni ograniczających badany element. Wytwarzana przez głowicę fala ultradźwiękowa rozchodzi się w badanym materiale i po odbiciu powraca do przetwornika, pobudzając go do drgań. Drgania te zamieniane są na impulsy elektryczne i w momencie odbioru przez głowicę sygnału odbitego ukazuje się echo na ekranie defektoskopu (w miejscach odpowiadającym długości drogi przebytej przez falę). Im bliżej powierzchni badania znajduje się wada, tym wcześniej powraca do głowicy odbita fala. Im większa jest wykryta wada, tym większy impuls pojawia się na ekranie defektoskopu. Największymi zaletami metody ultradźwiękowej są: uniwersalność i skuteczność; szybkość badania i bezpośrednia dostępność wyników; możliwość dokładnej lokalizacji wad wewnętrznych i zewnętrznych; możliwość pomiaru grubości elementów jednostronnie dostępnych z dokładnością rzędu 0,1mm; przenośna i lekka aparatura. Wady metody to: konieczne wysokie kwalifikacje badającego; utrudnione lub niemożliwe badania elementów bardzo małych; wpływ struktury badanego materiału na wykrywalność wad (utrudnione badanie materiałów niejednorodnych i gruboziarnistych); konieczność dobrego przygotowania powierzchni badania. 3

4 2. WYMAGANIA I NASTAWY WG NORM 2.1. POZIOM JAKOŚCI ZŁĄCZA PN-EN W wyborze poziomu jakości dla poszczególnych zastosowań należy uwzględnić rodzaj projektowego wyrobu, następną w kolejności obróbkę, np. powierzchniową, rodzaj obciążeń (np. statyczne, dynamiczne) i warunki eksploatacyjne (np. temperatura, otoczenie) oraz konsekwencje awarii. Czynniki ekonomiczne stanowią również ważny element i należy je uwzględnić nie tylko z punktu widzenia kosztów spawania, lecz również kosztów kontroli, badań i naprawy. Tabela 1. Poziomy jakości według niezgodności spawalniczych występujących w złączach spawanych Oznaczenie D C B Poziom jakości wymagania łagodne wymagania średnie wymagania ostre Dla badanego złącza należy przyjąć poziom jakości co najmniej C PRZYDATNOŚĆ METODY ULTRADŹWIĘKOWEJ DO BADANIA PN-EN Tabela 2. Ogólnie przyjęte metody wykrywania wewnętrznych niezgodności spawalniczych w złączach doczołowych i w złączach teowych z pełnym przetopem Rodzaj materiału i złącza Grubość w mm 1) t<8 8<f<40 f>40 Złącze doczołowe ze stali ferrytycznej RT lub (UT) RT lub UT UT lub (RT) Złącze teowe ze stali ferrytycznej (UT) lub (RT) UT lub (RT) UT lub (RT) Złącze doczołowe ze stali austenitycznej RT RT lub (UT) RT lub (UT) Złącza teowe ze stali austenitycznej (UT) lub (RT) (UT) i/lub (RT) (UT) lub (RT) Złącza doczołowe z aluminium RT RT lub UT RT lub UT Złącza teowe z aluminium (UT) lub (RT) UT lub (RT) UT lub (RT) Złącza doczołowe ze stopów niklu i miedzi RT RT lub (UT) RT lub (UT) Złącza teowe ze stopów niklu i miedzi (UT) lub (RT) (UT) lub (RT) (UT) lub (RT) Złącza doczołowe z tytanu RT RT lub (UT) Złącza teowe z tytanu (UT) lub (RT) UT lub (RT) ( ) Oznacza, że metoda stosowana jest w ograniczonym zakresie 1) Grubość t oznacza nominalną grubość materiału podstawowego do spawania 2.3. OKREŚLENIE TECHNIKI I KLASY BADANIA PN-EN Poziom badania oraz poziomy akceptacji są zależne od poziomu jakości złącza. Tabela 3. Badania ultradźwiękowe (UT) stali ferrytycznych. Poziom jakości zgodnie z EN lub EN Technika i klasa badania według EN ) Poziomy akceptacji według EN 1712 B co najmniej B 2 C co najmniej A 3 D poziom nie stosowany 2) nie stosowany 2) 1) Gdy uzgodnienia między stronami umowy wymagają podania charakterystyki wskazań, należy stosować normę pren ) UT nie jest zalecane, ale może być uzgodnione między stronami umowy (dla takich samych wymagań jak poziom C) Poziom badania jest to miara kompletności i wyboru nastawienia parametrów dla stosowanej metody badań. Różne klasy badania odpowiadają różnej czułości i/lub prawdopodobieństwu wykrycia. Wybór klasy badań zależy zazwyczaj od wymagań jakościowych. 4

5 Poziom akceptacji jest to poziom badania, poniżej którego dane elementy są akceptowane. Dla przykładu: dla poziomu jakości złącza C, można zastosować technikę badań A, natomiast poziom akceptacji będzie wynosił 3. Tabela 4. Klasyfikacja wskazań Poziom badania Poziom akceptacji (przydatność stosowania) Poziom akceptacji (zapewnienie jakości) Poziom rejestracji Poziom oceny Działania Odrzucenie lub naprawa Odrzucenie, naprawa lub dalsza ocena oparta na kryteriach przydatności do stosowania Rejestracja wskazań uwzględnienie w raporcie Ocenia się wskazania pod względem wymiaru, rodzaju i innych danych charakterystycznych Nie wymaga się działań 2.4. PARAMETRY GŁOWIC PN-EN 1714 Częstotliwość powinna mieścić się w zakresie od 2 do 5 MHz i powinna być tak dobrana, aby spełniała zadane wymagania dotyczące poziomów akceptacji. Jeżeli ocena jest dokonywana wg poziomów akceptacji w oparciu o długość i amplitudę, wówczas dla wstępnego badania należy przyjąć możliwie najniższą częstotliwość z podanego powyżej zakresu. Wyższe częstotliwości można stosować w celu polepszenia rozdzielczości, jeżeli w stosowanej normie poziomy akceptacji są oparte na charakterze niezgodności. Częstotliwości około 1 MHz można zastosować, gdy droga fal ultradźwiękowych jest długa, a tłumienie fali w materiale jest wyższe od przeciętnego. Tabela 5. Poziomy odniesienia przy badaniu głowicą kątową fal poprzecznych metodą OWR Nominalna częstotliwość Grubość materiału podstawowego [mm] głowicy [MHz] 8 t < t < t 100 1,5 do 2,5 - d rej = 2 mm d rej = 3 mm 3 do 5 d rej = 1mm d rej = 1,5 mm - Tabela 6. Poziomy odniesienia przy badaniu głowicą fal podłużnych metodą OWR Nominalna częstotliwość Grubość materiału podstawowego [mm] głowicy [MHz] 8 t < t < t 100 1,2 do 2,5 - d rej = 2 mm d rej = 3 mm 3 do 5 d rej = 2mm d rej = 2 mm d rej = 3 mm 2.5. KĄT WPROWADZANIA WIĄZKI PN-EN 1714 W przypadku badania falami poprzecznymi i technikami wykorzystującymi odbicie wiązki ultradźwiękowej od przeciwległej powierzchni, należy zwracać uwagę, aby kąt padania wiązki na tą przeciwległą powierzchnię nie był mniejszy niż 35 oraz zaleca się aby nie był większy niż 70. W przypadku stosowania wielu kątów wprowadzania wiązki warunek ten musi spełniać przynajmniej jedna z głowic. Jeden z zastosowanych kątów wprowadzenia wiązki powinien zapewnić prostopadłe lub możliwie najbardziej zbliżone do prostopadłego padania wiązki na powierzchnię wtopienia spoiny. W przypadku gdy wymagane jest stosowanie dwóch lub więcej kątów wprowadzania fal, różnica między kątami nominalnymi powinna wynosić co najmniej 10. 5

6 2.6. PRZYGOTOWANIE POWIERZCHNI PRZESZUKIWANIA PN-EN 1714 Powierzchnie przeszukiwania powinny być dostatecznie duże, aby móc w pełni objąć całą badaną objętość. Szerokość powierzchni przeszukiwania można zmniejszyć, jeżeli równoważne pokrycie badanej objętości można uzyskać poprzez przeszukiwanie z górnej i dolnej powierzchni spoiny. Badane powierzchnie powinny być równe i wolne od zanieczyszczeń powodujących zakłócenia sprzężenia (np. rdzy, luźnej zgorzeliny, odprysków spawalniczych, karbów i rowków). Falistość powierzchni badania nie powinna powodować występowania szczeliny pomiędzy głowicą powierzchnią badania większej niż 0,5mm. Dla spełnienia tego wymagania należy w razie potrzeby obrobić powierzchnię badania. Miejscowe nierówności powierzchniowe np. wzdłuż brzegu spoiny, które mogą powodować pod głowicą szczelinę o wielkości do l mm są dopuszczalne tylko wtedy, gdy badanie z tej strony jest prowadzone przynajmniej przy jednym dodatkowym kącie wprowadzania fal. To dodatkowe badanie jest konieczne w celu skompensowania ograniczenia badanej objętości występującego w przypadku szczeliny o takich wymiarach. W każdym przypadku w obszarach powierzchni badania, z której należy dokonać oceny wskazań, największa dopuszczalna wielkość szczeliny powinna wynosić 0,5mm. Zarówno powierzchnia przeszukiwania jak i powierzchnie odbijające wiązkę uważa się za nadające do badania, gdy chropowatość powierzchni obrobionej mechanicznie nie przekracza R a = 6,3µm, a chropowatość powierzchni poddanych obróbce strumieniowo - ściernej jest nie większa niż R a =12,5µm POPRAWKA NA STRATY PRZENIESIENIA PN-EN 1714 Jeżeli w celu ustalenia poziomów odniesienia stosuje się oddzielne próbki odniesienia, należy w reprezentatywnej ilości miejsc na badanym przedmiocie przeprowadzić pomiary, które mają na celu ustalenie różnicy w przejściu fal pomiędzy badanym przedmiotem, a stosowaną próbką. Gdy różnice nie przekraczają 2dB, poprawka nie jest konieczna. Gdy różnice są większe od 2dB, ale nie przekraczają 12dB, należy wprowadzić poprawkę. Gdy straty przeniesienia przekraczają 12dB należy znaleźć przyczynę tego zjawiska i ewentualnie obrobić na nowo powierzchnię przeszukiwania. Jeżeli nie znajduje się żadnego wyjaśnienia dla ewentualnych, wysokich wartości poprawek, należy zmierzyć tłumienie w różnych miejscach badanego przedmiotu. W miejscach gdzie występują znaczne różnice, należy podjąć odpowiednie działania korygujące PROWADZENIE RĘCZNE GŁOWICY PN-EN 1714 Podczas przeszukiwania głowicą kątową, głowica może być odchylana o około 10 w lewo i w prawo od wymaganego kierunku LOKALIZACJA WSKAZAŃ PN-EN 1714 Położenie wszystkich wskazań powinno być podawane w odniesieniu do układu współrzędnych przykładowo jak na rysunku 1. Jako początkowy punkt dla odmierzania współrzędnych należy przyjąć dowolny wyznaczony punkt na powierzchni badania. Jeżeli badanie prowadzone jest z więcej niż jednej powierzchni, należy na każdej takiej powierzchni wyznaczyć punkt odniesienia. W takim przypadku należy zapewnić przestrzenne powiązanie między wszystkimi tymi punktami odniesienia tak. aby możliwe było określenie bezwzględnej pozycji wszystkich wskazań w powiązaniu z dowolnym punktem odniesienia. W przypadku spoin obwodowych może to wymagać ustanowienia wewnętrznych i zewnętrznych punktów odniesienia przed spawaniem. Długość wskazań w kierunku podłużnym i poprzecznym należy określać w każdym możliwym przypadku przy zastosowaniu techniki podanej w normie dotyczącej poziomów akceptacji lub techniką amplitudy połówkowej (spadek amplitudy echa o 6dB) jeżeli nie uzgodniono inaczej. Oceny wymiaru wskazania w kierunku głębokości należy dokonywać wyłącznie wg uzgodnienia. Jeżeli to możliwe, należy stosować następującą metodę: W każdym możliwym przypadku dla niezgodności które powodują więcej niż jeden wyraźny pik przy przeszukiwaniu na kierunku grubości należy wysokość (h) określać techniką obwiedni. Zaleca się, aby wskazania rejestrować tylko wtedy, gdy ich wymiary w kierunku głębokości wynoszą co najmniej 3mm. Mogą jednak zostać uzgodnione wyższe progi rejestracji. 6

7 Rysunek 1.Sposób określenia położenia wskazań POZIOMY BADANIA DLA SPAWANYCH ZŁĄCZY DOCZOŁOWYCH PN-EN 1714 Tabela 7. Przeszukiwanie głowicą kątową w celu wykrycia wskazań podłużnych (przeszukiwanie L) dla poziomów badania A i B Poziom badania Grubość materiału podstawowego t [mm] Wymagana ilość kątów wprowadzania położeń głowicy Szerokość powierzchni przeszukiwania s pmax [mm] Suma ilości przeszukiwań Uwagi A 8 t < 15 1 A lub B 1,25 p 2 15 t < 40 1 A lub B 1,25 p 2 1) B 8 t < 15 1 A lub B 1,25 p 2 3) 15 t < ) A lub B 1,25 p 4 2),3) 40 t < 60 2 A lub B 1,25 p 4 2) 60 t < A lub B 1,25 p 4 2) 1) na podstawie uzgodnień można się ograniczyć do jednego przeszukiwania z jednej strony 2) dodatkowe badanie techniką tandem na podstawie osobnego uzgodnienia. 3) jeżeli spoina jest dostępna tylko z jednej strony, należy stosować dwa kąty wprowadzenia 4) dla grubości materiału 15 < t 25 wystarczy jeden kąt wprowadzenia fal, pod warunkiem, że częstotliwość jest mniejsza od 3MHz Tabela 8. Przeszukiwanie głowicą kątową w celu wykrycia wskazań poprzecznych (przeszukiwanie T) dla poziomów badania A i B Grubość materiału Wymagana ilość Poziom podstawowego kątów badania położeń głowicy t [mm] wprowadzania Suma ilości przeszukiwań Uwagi A 8 t < 15 1 X i Y lub W i Z 2 1) 15 t < 40 1 X i Y lub W i Z 4 1) B 8 t < 15 1 X i Y lub W i Z 4 1) 15 t < 40 1 X i Y lub W i Z 4 1) 40 t < 60 2 X i Y lub W i Z 8 1) 60 t < C i D lub E i F 4 1), 2) 1) wymagane tylko przy osobnym uzgodnieniu 2) jakość powierzchni lica spoiny powinna być zgodna z wymaganiami dotyczącymi przygotowania powierzchni do badanie. Może to spowodować konieczność zeszlifowania lica. W przypadku spoin obwodowych jednostronnych można zeszlifować jedynie zewnętrzną stronę, lica. 1) 7

8 Rysunek 2.Położenia głowic dla złącz doczołowych rur i blach WSKAZANIA WYSTĘPUJĄCE W SZEREGU I W GRUPACH PN-EN 1712 Wskazania występujące w szeregu należy traktować jako ciągłe, jeżeli odstęp, d x pomiędzy nimi jest mniejszy niż podwojona długość najdłuższego wskazania. Tak uzyskaną całkowitą długość wskazania należy wówczas ocenić odpowiednio do poziomów akceptacji. Wskazania występujące w szeregu powinny spełniać następujące warunki: d y 5mm, d z 5mm Rysunek 3.Określanie wskazań występujących w szeregu i grupach Wskazania sąsiadujące, które zostaną zgodnie z powyższym zgrupowane, nie mogą być grupowane z dalszymi wskazaniami. Grupować wolno tylko pojedyncze wskazania. Zgrupowane wskazania rejestrowalne i akceptowalne leżące obok siebie na tej samej głębokości (d z 5mm) powinny być oddalone od siebie o d y > 10mm. Wskazania na tej samej szerokości (d y 5mm) powinny mieć odstęp d z > 10mm. Sąsiadujące ze sobą wskazania o mniejszych odstępach d y i d z są nieakceptowalne. 8

9 2.12. POZIOMY AKCEPTACJI PN-EN 1712 Rysunek 4.Poziomy akceptacji Tabela 9. Poziomy akceptacji 8 mm t < 15 mm Długość wskazania, l [mm] Maksymalna dopuszczalna wysokość echa l t Poziom odniesienia +6 db l > t Poziom odniesienia 15 mm t < 100 mm Długość wskazania, l [mm] Maksymalna dopuszczalna wysokość echa l 0,5t Poziom odniesienia +10 db 0,5t < l t Poziom odniesienia + 4 db l > t Poziom odniesienia Poziom oceny: poziom odniesienia 4 db Poziomy rejestracji: poziom akceptacji 2 poziom odniesienia, poziom akceptacji 3 poziom odniesienia +4 db 9

10 3. PRZYGOTOWANIE DO BADAŃ 3.1. ANALOGOWY DEFEKTOSKOP ULTRADŹWIĘKOWY Ćwiczenie 1. Kalibracja defektoskopu z głowicą normalną Należy wyskalować zakres obserwacji s b = 100mm w stali dla głowicy normalnej w odległościach rzeczywistych. 1. Przełącznik pracy głowicy ustawić w tryb przeznaczony dla pojedynczej głowicy nadawczoodbiorczej. Do defektoskopu ultradźwiękowego podłączyć głowicę normalną (gniazdo T). Przed uruchomieniem defektoskopu należy jeszcze wyłączyć bramkę (Gate, Monitor), wyzerować pokrętło podcięcia (Reject), przełączyć pokrętło mocy nadajnika (Energy) w położenie Uruchomić defektoskop. 3. Ustawić zakres (Range) na 100 mm. Na ekranie defektoskopu powinien być widoczny impuls początkowy. Jeżeli go nie widać należy kręcąc pokrętłem opóźnienia (Delay) spowodować jego pojawienie się na skali. Impuls początkowy należy ustawić na zerowej pozycji. 4. Ustawić wzmocnienie (Gain) na około 12 db. 5. Posługujemy się wzorcem nr 1. Bierzemy pod uwagę kolejne echa ściany wzorca odległej o 25mm (25, 50 ). Obliczamy kolejno: a) podziałkę podstawy czasu K: s b K = = 10dz 100mm 10dz = 10mm / dz gdzie: s b zakres obserwacji, mm b) położenie echa T na podstawie czasu T = s K, dz gdzie: s droga impulsu, mm; K podziałka podstawy czasu, mm/dz echo s [mm] T [dz] 2,5 5,0 7,5 10,0 6. Położyć wzorzec nr 1 tak aby leżał na największej powierzchni. 7. Zwilżyć środkiem sprzęgającym poziomą powierzchnię wzorca i przyłożyć do niej głowicę(rysunek 5). 8. Na ekranie defektoskopu powinny pojawić się echa od grubości 25mm. 9. Za pomocą pokrętła wzmocnienia ustawić wysokość pierwszego echa na 80% skali. 10. Pokrętłami szybkości (Velocity) i opóźnienia (Delay) ustawić kolejne echa we wcześniej wyliczonych położeniach T 1 T 4. Za punkt odniesienia należy przyjąć maksimum piku echa. 11. Sprawdzić kalibrację defektoskopu na ścianach wzorca o 3 różnych grubościach, zmieniając w zależności od potrzeb wzmocnienie. 12. Wykalibrować defektoskop dla zakresu obserwacji s b = 500 mm (użyć ścianki o grubości 100mm na wzorcu nr 1) 10

11 Rysunek 5.Kalibracja głowicy normalnej: a) sposób umieszczenia na wzorcu, b) obraz kolejnych ech Ćwiczenie 2. Kalibracja defektoskopu z głowicą skośną Należy wyskalować zakres obserwacji s b = 250mm w stali dla głowicy skośnej w odległościach rzeczywistych. 1. Podłączyć do defektoskopu głowicę kątową. 2. Ustawić zakres (Range) na 250 mm. 3. Ustawić wzmocnienie (Gain) na około 15 db. 4. Posługujemy się wzorcem nr 2. Bierzemy pod uwagę echo od promienia R25, a następnie kolejne drogi powiększone o 75mm (100, 175 ). Obliczamy kolejno: a) podziałkę podstawy czasu: s b K = = 10dz 250mm 10dz = 25mm / dz gdzie: s b zakres obserwacji, mm b) położenie echa na podstawie czasu T = s K gdzie: s droga impulsu, mm; K podziałka podstawy czasu, mm/dz echo s [mm] T [dz] 1,0 4,0 7,0 10,0 5. Zwilżyć środkiem sprzęgającym powierzchnię wzorca i przyłożyć do niej głowicę (rysunek 6). 6. Na ekranie defektoskopu powinno pojawić się echo od promienia 25mm. Echo to należy doprowadzić do maksymalnego poziomu przesuwając głowicą do przodu i do tyłu (można również delikatnie skręcać głowicą ±5º). 7. Za pomocą pokrętła wzmocnienia ustawić wysokość pierwszego echa na około 80% skali. 8. Pokrętłami szybkości (Velocity) i opóźnienia (Delay) ustawić kolejne echa we wcześniej wyliczonych położeniach T 1 T 4. Za punkt odniesienia należy przyjąć maksimum piku echa. 11

12 Rysunek 6.Kalibracja głowicy skośnej: a) sposób umieszczenia na wzorcu, b) obraz kolejnych ech Ćwiczenie 3. Ustalenie środka i kąta głowicy skośnej Wartość środka głowicy x g i kąta α. wyznaczamy za pomocą wzorca nr 1. W celu łatwiejszego zobrazowania ech nie należy zmieniać nastaw wykalibrowanego w poprzednim ćwiczeniu aparatu. 1. Zwilżyć środkiem sprzęgającym powierzchnię wzorca i przyłożyć do niej głowicę (rysunek 7). 2. Na ekranie defektoskopu powinno pojawić się echo od promienia R100. Jeżeli defektoskop został prawidłowo wykalibrowany maksymalne echo powinno pojawić się na 4 działce. Powinno być również widoczne następne echo uzyskane na drodze s=200mm (na 8 działce). 3. Za pomocą pokrętła wzmocnienia ustawić wysokość tego echa na około 80% skali. 4. W tej pozycji należy dokonać pomiaru środka głowicy x g. Wartość x g należy zanotować. Rysunek 7.Ustawienie głowicy skośnej na wzorcu nr 1 podczas ustalenie środka x g. 5. Zwilżyć środkiem sprzęgającym powierzchnię wzorca i przyłożyć do niej głowicę (rysunek 8). 12

13 6. Na ekranie defektoskopu powinno pojawić się echo od otworu ø50. Echo to należy doprowadzić do maksymalnego poziomu (za pomocą pokrętła wzmocnienia ustawić wysokość tego echa na około 80% skali) 7. W tej pozycji kąt głowicy α należy odczytać ze skali znajdującej się na wzorcu i zanotować. 8. Zmierzone wartości kąta i środka głowicy należy zweryfikować poprzez ustawienie głowicy na największej powierzchni wzorca nr 1 w kierunku jednej ze ścianek (rysunek 9). 9. Przesuwając głowicę do przodu i do tyłu (ewentualnie lekko obracając) należy znaleźć maksymalne echo dolnej krawędzi wzorca. 10. W tej pozycji należy zmierzyć i zanotować odległość x 1 (odległość dolnej krawędzi wzorca od obudowy głowicy). 11. Przesuwając głowicę nieco dalej od krawędzi należy znaleźć maksymalne echo górnej krawędzi wzorca. 12. W tej pozycji należy zmierzyć i zanotować odległość x Zmierzone wartości należy podstawić do poniższych wzorów i porównać obliczone wartości środka głowicy x g i kąta głowicy α z wartościami zmierzonymi poprzednio. a) środek głowicy należy obliczyć ze wzoru: x g = x 2 2x 1 gdzie: x 1 - odległość dolnej krawędzi wzorca od obudowy głowicy, mm; x 2 - odległość górnej krawędzi wzorca od obudowy głowicy, mm. b) kąt głowicy obliczamy ze wzoru: x1 + x g α = arctg lub t x α = arctg 2 + 2t x g gdzie: x 1 - odległość dolnej krawędzi wzorca od obudowy głowicy, mm; x 2 - odległość górnej krawędzi wzorca od obudowy głowicy, mm; t grubość wzorca (materiału), mm. Rysunek 8.Ustawienie głowicy skośnej na wzorcu nr 1 podczas ustalenia kąta α. 13

14 Rysunek 9.Ustawienie głowicy skośnej na wzorcu nr 1 podczas weryfikacji środka x g i kąta α. 14. Na wyskalowanym w poprzednim ćwiczeniu defektoskopie powinny pokazać się echa krawędzi, w określonych odległościach. a) droga dźwięku s 1 dla krawędzi dolnej: s 1 t =, mm cos α gdzie: t grubość materiału, mm; α kąt głowicy, stopnie b) droga dźwięku s 2 dla krawędzi górnej: s 2 2t = cos α, mm gdzie: t grubość materiału, mm; α kąt głowicy, stopnie 14

15 4. SKOK GŁOWICY DLA PEŁNEGO SKANOWANIA SPOINY Przygotowania do skanowania złącza spawanego należy rozpocząć od obliczenia szerokości przeszukiwania s pmax, która jest zależna od kąta głowicy skośnej α i grubości badanego materiału t. Szerokość przeszukiwania określa szerokość pasa, w którym skanujemy głowicą. Wskazane jest aby szerokość przeszukiwania była nieco większa niż wynika z obliczeń, dlatego zgodnie z PN-EN 1714 obliczona wartość powinna być powiększona o 1,25. Rysunek 10.Podstawowe wielkości służące do wyznaczania szerokości przeszukiwania 4.2. SZEROKOŚĆ POWIERZCHNI PRZESZUKIWANIA s p max = 1.25 p = t tgα, mm gdzie: p pełny skok głowicy, mm; t grubość materiału, mm; α kąt wprowadzenia wiązki ultradźwiękowej, stopnie Przykładowe obliczenia dla t = 14mm, α = 70º = tg mm s p max = 4.3. ZAKRES OBSERWACJI W RZUCIE SKRÓCONYM Rzut skrócony drogi jest to rzut drogi s na płaszczyznę przeszukiwania pomniejszony o wartość środka głowicy x g. Inaczej jest to odległość obudowy głowicy od reflektora w poziomie. W praktyce wygodniej jest skalować defektoskop w rzucie skróconym drogi niż w samej drodze (ćwiczenie 2). Wynika to z faktu iż wyskalowany w rzucie skróconym defektoskop zwalnia nas od ciągłego uwzględniania w obliczeniach środka głowicy. Zakres obserwacji w rzucie skróconym powinien być większy od szerokości powierzchni przeszukiwania. Aby ułatwić odczytywanie odległości ze skali defektoskopu, przyjęty przez nas zakres obserwacji w rzucie skróconym powinien być wielokrotnością liczby działek ekranu Przykładowo dla s pmax = 96.2 mm, s bx powinien wynosić MAKSYMALNA DROGA PRZY DLA PRZYJĘTEGO ZAKRESU OBSERWACJI W RZUCIE SKRÓCONYM Maksymalna droga dla zakresu obserwacji w rzucie skróconym s bmax to droga fali ultradźwiękowej kiedy głowica osiąga maksymalną przyjętą odległość od osi spoiny s bx. s b max ' s bx + x = sin α g, mm gdzie: s bx - zakres obserwacji w rzucie skróconym; x g środek głowicy, mm; α kąt głowicy, stopnie Przykładowe obliczenia dla s bx = 100mm, x g = 18mm i α = 70º s ' s bx + x g = = mm sin α sin 70 b max = 15

16 5. UNORMOWANY WYKRES OWR Zastosowanie unormowanego wykresu OWR pozwala na określenie wielkości badanego reflektora znając jedynie parametry głowicy. Wykres ten składa się z układu współrzędnych z osią rzędnych określającą wzmocnienie V w db i osią odciętych określającą odległość unormowaną D. Na wykresie znajdują się również krzywe unormowanych rozmiarów reflektora płaskiego d ref. Rysunek 11.Unormowany wykres OWR Aby dostosować unormowany wykres OWR do warunków badania należy przekształcić skalę odległości unormowanej D w skalę drogi s w mm oraz znaleźć krzywą dla interesującej nas średnicy reflektora odniesienia d rej RZECZYWISTA DROGA s = D N, mm gdzie: D odległość unormowana; N - długość pola bliskiego, mm 5.3. DŁUGOŚĆ POLA BLISKIEGO DLA GŁOWICY SKOŚNEJ 2 d g f g N =, mm dla głowicy normalnej 4 c gdzie: d g średnica przetwornika głowicy normalnej, mm; f g nominalna częstotliwość głowicy, MHz; c prędkość dźwięku, m/s (dla stali c L = 5940m/s) W głowicy skośnej należy uwzględnić znaczną drogę fali w klinie z PMMA oraz fakt iż przetwornik piezoelektryczny ma kształt prostokątny 2 def fg N = 1,3, mm 4 c gdzie: d ef średnica efektywna głowicy skośnej, mm; f g nominalna częstotliwość głowicy, MHz; c prędkość dźwięku, m/s (dla stali c T = 3230m/s) d ef = 0,95 b gdzie: b największy wymiar przetwornika głowicy, mm Przykładowe obliczenia dla głowicy 2T70A15: b = 15mm, f g = 2MHz i c T = 3230 m/s 16

17 d ef = 0,95 b = 0,95 15 = 14,25mm 2 6 def fg 10 = 3 4 c , = N 3 6 = 34.8mm 35mm 5.4. ROZMIAR REFLEKTORA ODNIESIENIA d rej = d d, mm ref g gdzie: d ref unormowany rozmiar reflektora płaskiego; d g średnica przetwornika głowicy, mm 5.5. PRZESKALOWANIE OSI DROGI Jeżeli wartość długości pola bliskiego N pomnożymy przez kolejne wartości rzeczywistego rozmiaru reflektora D uzyskamy skalę o małej czytelności (35, 52.5, 70...) dlatego należy ją przesunąć do pełnych wartości (10, 20, 30...). Należy zatem znaleźć wartość przesunięcia skali obliczeniowej s względem skali rzeczywistej. Wartości punktów początkowych tych skali przyjmujemy 35 dla skali obliczeniowej i 10 dla skali rzeczywistej. Dodatkowo należy zmierzyć odległość pomiędzy pełnymi działkami skali drogi. Przykładowo odległość ta może wynieść 37mm. Jeżeli wartość przesunięcia będzie ujemna skalę rzeczywistą należy przesunąć w lewo, jeżeli dodatnia skalę należy przesunąć w prawo. ( log10 log35) *37 20 [ mm] Rysunek 12.Przesunięcie skali drogi unormowanego wykresu OWR 17

18 6. OKREŚLENIE WZMOCNIEŃ I POPRAWEK 6.1. POPRAWKA WZMOCNIENIA OWR Poprawkę V OWR wyznaczamy stosując wykres OWR dla danej średnicy reflektora (np. d rej = 2mm). Wzmocnienie dla echa od reflektora nieskończenie dużego na głębokości pierwszego echa skalowania - 50mm wynosi 2.2 db natomiast dla reflektora o średnicy ø2mm leżącego na maksymalnym zakresie obserwacji s bmax =125.6mm wynosi 38dB. Stąd różnica V OWR będzie różnicą wzmocnień i V OWR 36dB Rysunek 13.Sposób wyznaczania poprawki OWR 6.2. POPRAWKA NA GEOMETRIĘ WZORCA Poprawka wynikająca z zastosowania jako echa dna, echa od powierzchni walcowej na wzorcu nr 2. Poprawka na geometrię wzorca podana jest na wykresie OWR dla danej głowicy. Zwykle przyjmuje się wartość tej poprawki na poziomie V k = +2 db. Ćwiczenie 4. Skalowanie zakresu obserwacji w rzucie skróconym oraz określenie wzmocnienia początkowego V j 1. Podłączyć do defektoskopu głowicę kątową. 2. Ustawić zakres na 250 mm.? 3. Ustawić wzmocnienie na około 15 db. 4. Posługujemy się wzorcem nr 2. Bierzemy pod uwagę 2 echa: echo od promienia R50, a następnie kolejną wartość drogi drogi powiększoną o 75mm 125 mm. Obliczamy kolejno: a) podziałkę podstawy czasu: ' s bx K = = 10dz 100mm 10dz = 10mm / dz gdzie: s bx zakres obserwacji w rzucie skróconym, mm b) rzut drogi a x = s sin α, mm gdzie: s droga impulsu, mm; α kąt głowicy, stopnie 18

19 c) skrócony rzut drogi a ' x = a x, mm x g gdzie: a x rzut drogi, mm; x g środek głowicy d) położenie echa na podstawie czasu ' a x T =, dz K gdzie: a x skrócony rzut drogi, mm; K podziałka podstawy czasu, mm/dz Przykładowo dla s bx = 100mm K = 10mm/dz, x g = 18mm i α = 70º echo 1 2 s [mm] a x [mm] ,5 a x [mm] 29 99,5 T [dz] Zwilżyć środkiem sprzęgającym powierzchnię wzorca i przyłożyć do niej głowicę (rysunek 11). 6. Na ekranie defektoskopu powinno pojawić się echo od promienia 50mm. Echo to należy doprowadzić do maksymalnego poziomu przesuwając głowicą do przodu i do tyłu (można również delikatnie skręcać głowicą ±5º). 7. Za pomocą pokrętła wzmocnienia ustawić wysokość pierwszego echa na około 80% skali. 8. Pokrętłami szybkości i opóźnienia ustawić echa we wcześniej wyliczonych położeniach T 1 i T 2. Za punkt odniesienia należy przyjąć maksimum piku echa. Rysunek 14.Kalibracja głowicy skośnej w rzucie skróconym: a) sposób umieszczenia na wzorcu, b) obraz kolejnych ech 9. Za pomocą pokrętła wzmocnienia ustawić wysokość pierwszego echa na 20% skali. 10. Odczytać i zanotować wzmocnienie początkowe V j w db (np. V j = 23dB) Ćwiczenie 5. Określenie strat przeniesienia sygnału w badanym materiale 1. Przełącznik pracy głowicy ustawić w tryb przeznaczony dla dwóch głowic nadawczej i obiorczej. Do defektoskopu ultradźwiękowego podłączyć drugą głowicę skośną (odbiorczą) do gniazda R (Receiver) lub E (Empfänger). 2. Ustawić wzmocnienie na około 15 db.? 19

20 3. Zwilżyć środkiem sprzęgającym 10cm odcinek największej płaszczyzny wzorca nr 1. Ustawić dwie głowice naprzeciw siebie (rysunek 15). Jedną z głowic należy ustawić nieruchomo natomiast przesuwając drugą należy znaleźć maksymalne echo. Rysunek 15.Określanie strat przeniesienia 4. Ustawić echo na 80% wysokości skali odczytać i zapisać wzmocnienie V T1. 5. Przenieść głowice na badany materiał. Postępując podobnie jak w punkcie 3 znaleźć maksymalne echo. 6. Ustawić echo na 80% wysokości skali odczytać i zapisać wzmocnienie V T2. 7. Jeżeli wzorzec i próbka różnią się grubością droga przejścia sygnału s, nie jest jednakowa. Dlatego wartość straty przejścia należy skorygować poprawką drogi OWR V s odczytaną z wykresu OWR. a) droga w każdym z przypadków jest równa: 2t s = cos α, mm gdzie: t grubość materiału, mm; α kąt głowicy, stopnie b) odległość pomiędzy głowicami k wynosi: k = 2t tgα 2x g, mm gdzie: t grubość materiału, mm; α kąt głowicy, stopnie; x g środek głowicy, mm W przypadku gdy odległość pomiędzy głowicami jest wartością ujemną (dla dużych głowic i cienkich materiałów), należy rozsunąć głowice tak aby znaleźć powtórne odbicie na drodze 2s. Przykładowo dla t 1 = 25mm, t 2 = 14mm, x g = 18mm i α = 70º wartości drogi wynoszą odpowiednio s 1 150mm, s 2 80mm, a odpowiadające im wzmocnienia V s1 9dB i V s2 4dB. 20

21 Rysunek 16.Sposób wyznaczania wzmocnień V s1 i V s2 na wykresie OWR c) poprawka drogi OWR V s wynosić będzie: V s = V s1 V s2, db gdzie: V s1 wzmocnienie odczytane z wykresu OWR odpowiadające reflektorowi typu tarcza ( ) dla drogi s 1 (wzorzec), db; V s2 wzmocnienie odczytane z wykresu OWR odpowiadające reflektorowi typu tarcza dla drogi s 2 (badany materiał), db Poprawka ta może być ujemna oznacza to, że sygnał przez badany materiał przechodzi łatwiej niż przez wzorzec. 8. Obliczyć i zapisać straty przejścia V T korzystając ze wzoru: V T = V T2 V T1 + V, db S gdzie: V T1 wzmocnienie uzyskane na wzorcu, db; V T2 wzmocnienie uzyskane na badanym materiale, db; V s poprawka drogi OWR, db Przykładowo dla V T1 = 15dB, V T2 = 12dB i V s = 5dB, straty przejścia wynoszą V T = 2dB. 9. Odłączyć dodatkową głowicę skośną, a przełącznik pracy głowicy ustawić w tryb przeznaczony dla pojedynczej głowicy nadawczo-odbiorczej. 10. Sprawdzić kalibrację głowicy na wzorcu nr KOŃCOWE WZMOCNIENIE REJESTRACJI Końcowe wzmocnienie rejestracji V R jest sumą wszystkich wyznaczonych wzmocnień i poprawek. Wartość tą należy nastawić na defektoskopie podczas skanowania spoiny. V R = V OWR + V K + V + V j T gdzie: V OWR poprawka wzmocnienia OWR, db; V K poprawka na geometrię wzorca, db; V j wzmocnienie początkowe, db; V T straty przejścia, db Przykładowo dla V OWR = 36dB, V K = 2dB, V j = 23dB, V T = 2dB, końcowe wzmocnienie rejestracji V R wynosiło będzie 63dB. 21

22 7. WYKREŚLENIE EKRANOWEJ KRZYWEJ OWR [Ø2.0] Krzywa ekranowa OWR ułatwia określanie wielkości nieciągłości podczas skanowania złącza spawanego. Wykreślona krzywa ekranowa wyznacza poziom odniesienia i względem niej określane są wszelkie różnice wzmocnień ech nieciągłości. Krzywą ekranową tworzymy nanosząc na skalę defektoskopu punkty odpowiadające obliczonym położeniom ech na osi odciętych T i wysokości ech h na osi rzędnych. Krzywą, aby nie wyszła poza ekran, przenosi się w środkowym punkcie o wartość poprawki na wzmocnienie rejestracji V R = - H p. Dlatego dla reflektorów znajdujących się bliżej wzmocnienie należy obniżyć o wartość przyjętej poprawki na wzmocnienie rejestracji V R. Poprawka ta powinna być liczba całkowitą. Do określenia wartości drogi należy przyjmować kolejno jako pierwszy maksymalny zakres obserwacji s bmax, a następnie dowolne wielokrotności 10 aż do drogi skalowania POPRAWKA NA DROGĘ Poprawkę H p wyznaczamy z wykresu OWR odczytując różnice pomiędzy wzmocnieniami na krzywej dla reflektora d rej pomiędzy poszczególnymi drogami zaczynając od drogi s bmax, a kończąc na zaokrąglonej w górę do wielokrotności 5 długości pola bliskiego głowicy skośnej N. Przykładowo dla s bmax = 125mm, N = 35mm, średnicy reflektora odniesienia d rej = 2mm i drogi skalowania 50mm, wartości poprawki H p przedstawia rysunek 17. Rysunek 17.Sposób wyznaczania poprawki na drogę H p dla poszczególnych wartości drogi s 7.2. WYSOKOŚĆ ECHA ODNIESIENIA Wysokość echa odniesienia h 0 należy obliczyć ze wzoru e 0 Vp 20 = 20 10, % gdzie: V p różnica wzmocnienia OWR, db: V = H + V p p R Przykładowe obliczenia dla podziałki podstawy czasu K = 10mm/dz Tabela 10. Parametry krzywej ekranowej OWR Lp s [mm] a x [mm] a' x [mm] T [dz] V R [db] e 0 [%] H P [db] V P [db]

23 W celu ułatwienia oceny wskazań wskazane jest nanieść na krzywą ekranową 3 dodatkowe krzywe: a) poziom oceny (poziom odniesienia 4dB), b) poziom rejestracji (dla przyjętego w rozdziale 1.3 poziomu akceptacji 3 wynosi on poziom odniesienia +4dB). c) poziom akceptacji (dla l t wynosi on poziom odniesienia +6dB, natomiast dla l > t jest on równy poziomowi odniesienia) Obliczenie wysokości poszczególnych krzywych względem krzywej odniesienia ułatwi poniższy wzór. V 20 e = e 0 10, % gdzie: e 0 wysokość echa odniesienia, %; V poziom krzywej, db Tabela 11. Przykładowe obliczenia krzywych oceny, rejestracji i oceny Lp T [dz] e 0 [%] e oc [%] ( 4dB) e r [%] (+4dB) e a [%] (+6dB) dB 0 +6dB dB +4dB dB dB Rysunek 18.Krzywa ekranowa OWR dla d rej = 2mm z obliczonymi krzywymi pomocniczymi 23

24 Ćwiczenie 6. Skanowanie złącza spawanego 1. Na podstawie normy PN-EN 1714 lub rozdziału 1.10 określić ilość i pozycje przeszukiwań złącza dla przyjętego poziomu badania. Przykładowo dla poziomu badania A dla grubości materiału t = 14mm, przyjmujemy jedno przeszukiwanie w celu wykrycia wskazań podłużnych (pozycja A) oraz dwa przeszukiwania w celu wykrycia wskazań poprzecznych (pozycje X i Y) uzyskując w sumie trzy przeszukiwania złącza spawanego. 2. Sporządzić szkic badanego złącza oraz zaznaczyć położenie układu współrzędnych i pozycje przeszukiwań. 3. Zanotować 4. Na badanej płycie zaznaczyć szerokość powierzchni przeszukiwania. 5. Na ekran defektoskopu ultradźwiękowego nanieść obliczoną krzywą OWR. 6. Włączyć defektoskop 7. Nastawić uprzednio obliczone wzmocnienie rejestracji V R. 8. Zwilżyć strefę przeszukiwania środkiem sprzęgającym. 9. Rozpocząć przeszukiwanie złącza spawanego. Rysunek 19.Sposób przeszukiwania złącza spawanego głowicą skośną 10. W przypadku znalezienia nieciągłości należy zmierzyć jej długość l techniką ustalonego poziomu amplitudy. Przykładowo dla poziomu badania A, grubości materiału t = 14 mm jeżeli długość wskazania l nie przekracza grubości materiału t (l 14mm) należy zastosować: a) poziom rejestracji równy: poziom odniesienia + 4dB; b) poziom akceptacji równy: poziom odniesienia + 6dB, Jeżeli długość wskazania l jest większa od grubości materiału (l > 14mm), nieakceptowalne wskazania leżą powyżej poziomu odniesienia. 11. Położenie wskazania w kierunku głębokości Z należy obliczyć posługując się poniższym wzorem 24

25 Rysunek 20.Ustalanie głębokości wskazania Z 1 2 = s cosα = 2t s cosα Rysunek 21.Określanie długości wskazania techniką ustalonego poziomu amplitudy 12. Wyniki badania należy umieścić w poniższej tabeli: Tabela 12. Wyniki skanowania złącza spawanego Numer Pozycja X Y Z l Wskazanie 1) Akceptacja 2) wskazania [mm] [mm] [mm] [mm] wzdł. poprz ) Należy zaznaczyć x właściwy typ wskazania 2) W przypadku pozytywnego efektu należy postawić + w przeciwnym przypadku 13. Sporządzić raport z ćwiczenia Uwagi 25

26 8. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA Przebieg ćwiczenia powinien zostać udokumentowany sprawozdaniem, które powinno zawierać: a) procedurę obliczenia wszystkich wielkości potrzebnych do wyznaczenia ekranowej krzywej OWR; b) obliczony w trakcie ćwiczenia unormowany wykres OWR; c) raport badania złącza; d) końcowe wnioski dotyczące przebiegu ćwiczenia oraz skuteczności metody ultradźwiękowej; e) spis literatury wykorzystanej w ćwiczeniu. 26

27 9. LITERATURA 27

28 10. ZAŁĄCZNIKI UNORMOWANY WYKRES OWR 28

29 10.2. RAPORT Z ĆWICZENIA Przedmiot badania Przepis/instrukcja badania Zakres badania Złącze spawane testowe. Spoina wraz ze strefą wpływu ciepła ok. 10mm UT-PS/ZS/2004 Zgodnie z porozumieniem stron badać 100% długości spoiny doczołowej z pełnym przetopem Klasa badania Poziom jakości złącza Poziom akceptacji Szkic obiektu badanego Warunki techniczne badania Rodzaj badania Defektoskop Głowica Środek sprzęgający UT Parametry badania Skalowanie odległości Zakres obserwacji [mm] Rodzaj skalowania Skalowanie czułości Wzorzec skalowania Sposób oceny Poziom odniesienia d rej [mm] Wzmocnienia rejestracji Maksymalna droga wiązki s bmax [mm] Wzmocnienie początkowe V j [db] Poprawka z wykresu OWR V OWR [db] Poprawka na geometrię wzorca V k [db] Straty przeniesienia V T [db] Tłumienie fali [db/m] Wzmocnienie rejestracji V R [db] 29

30 Kierunki wprowadzania wiązki/pozycje głowic Objaśnienie symboli X - położenie wskazania w kierunku wzdłużnym [mm] Y - położenie wskazania w kierunku poprzecznym [mm] Z - położenie wskazania w kierunku głębokości [mm] l - długość wskazania [mm] Tabela wyników Numer wskazania Pozycja X [mm] Y [mm] Z [mm] l Wskazanie 1) [mm] wzdł. poprz ) Należy zaznaczyć x właściwy typ wskazania 2) W przypadku pozytywnego efektu należy postawić + w przeciwnym przypadku Akceptacja 2) Uwagi Wnioski Złącze spełnia wymagania 1) Złącze nie spełnia wymagań 1) 1) Właściwe zaznaczyć Badanie wykonał Imię i nazwisko Grupa Zespół Podpis Data 30