Podstawy defektoskopii ultradźwiękowej i magnetycznej

Transkrypt

1 POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ TRANSPORTU KATEDRA TRANSPORTU SZYNOWEGO LABORATORIUM DIAGNOSTYKI POJAZDÓW SZYNOWYCH ĆWICZENIE 13 Podstawy defektoskopii ultradźwiękowej i magnetycznej Katowice,

2 1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest nabycie umiejętności prowadzenia badań diagnostycznych z wykorzystaniem aparatury do diagnostyki ultradźwiękowej oraz magnetycznej. W trakcie ćwiczenia laboratoryjnego przedstawione zostaną metody prowadzenia pomiaru i analizy uzyskanych wyników ze szczególnym ukierunkowaniem na praktykę stosowaną w diagnostyce pojazdów szynowych. Celem ćwiczenia jest również wykonanie szeregu badań umożliwiających nabycie umiejętności praktycznych w wykrywaniu wad i nieciągłości materiału. 2. PODSTAWY TEORETYCZNE ĆWICZENIA W trakcie ćwiczeń laboratoryjnych wykorzystywany będzie defektoskop ultradźwiękowy UNIPAN 5202S. Defektoskop ultradźwiękowy typ 5202S jest przenośnym przyrządem uniwersalnym, o małych gabarytach, przeznaczonym do nieniszczących badań różnych materiałów i elementów w warunkach przemysłowych i polowych. Defektoskop ten może być wykorzystywany do następujących badań: wykrywanie wad materiałów, półfabrykatach i w częściach maszyn; wykrywanie pęknięć i innych wad zmęczeniowych w konstrukcjach mechanicznych; kontrola spoin; wykrywanie rozwarstwień i pęknięć w blachach, rurach i innych wyrobach walcowanych; wykrywanie wad i nieciągłości w odlewach żeliwnych, staliwnych, aluminiowych, mosiężnych oraz w tworzywach sztucznych; ocena struktury metali po obróbce cieplnej; kontrola połączeń lutowanych i klejonych; pomiar grubości ścian jednostronnie dostępnych; pomiar czasu przejścia fali ultradźwiękowych przez dany materiał. Defektoskop ultradźwiękowy UNIPAN typ 5202S jest przystosowany do pracy w warunkach polowych i przemysłowych. Jego obudowa spełnia warunki pyło- i kroploszczelności. Podstawowym źródłem zasilania jest wbudowana bateria akumulatorów. Do ładowanie baterii akumulatorów oraz równoczesnego zasilania służy zasilacz sieciowy. Na ekranie lampy umieszczona jest skala uniwersalna zmniejszająca uchyb paralaksy. Odpowiednia konstrukcja ramki lampy oscyloskowej umożliwia łatwą wymianę skal specjalnych (OWR). Do przyrządu można zastosować osłonę przeciwsłoneczną, w warunkach dużego nasłonecznienia. W szczególnie trudnych warunkach atmosferycznych przewidziano zastosowanie specjalnej osłony płyty czołowej, umozliwiającej pracę w tych warunkach. Defektoskop ultradźwiękowy typ 5202S współpracuje z pojedynczą głowicą lub parą głowic ultradźwiękowych, połączonych za pomocą kabli koncentrycznych. Głowica ultradźwiękowa, pobudza krótkimi impulsami elektrycznymi, emituje falę ultradźwiękową o częstotliwości określonej konstrukcją tej głowicy. Fala ta wnika do badanego materiału lub elementu w postaci wiązki fal ultradźwiękowych. Nieciągłość wewnątrz materiału (wady) 2

3 oraz jego zewnętrzne powierzchnie odbijają falę ultradźwiękową, która powraca do głowicy. Fala ta powoduje drgania mechaniczne przetwornika piezoelektrycznego głowicy. Przetwornik generuje przebieg elektryczny, który po wzmocnieniu oglądany jest na ekranie lampy oscyloskopowej jako impuls. Amplituda i położenie tego impulsu dają informację o wielkości i położeniu obszarów odbijających fale ultradźwiękowe. Rys. 1. Widok defektoskopu ultradźwiękowego UNIPAN 5202S 3

4 Rys. 2. Wybrane głowice do badań ultradźwiękowych Rys. 3. Przykład oznaczeń głowicy ultradźwiękowej Zasada działania defektoskopu ultradźwiękowego Aparat generuje elektronicznie okresowo powtarzalny impuls elektryczny, który pobudza do drgań przetwornik piezoelektryczny znajdujący sie w głowicy ultradźwiękowej. Są to drgania mechaniczne o wysokiej częstotliwości 0,5 15 MHz zanikające w bardzo krótkim czasie. Drgania te są następnie wysyłane przez głowice w postaci wiązki fal ultradźwiękowych do wnętrza badanego przedmiotu. Nieciągłości wewnątrz materiału oraz zewnętrzne powierzchnie badanego przedmiotu, na które pada fala ultradźwiękowa powodują 4

5 jej odbicie. Fala odbita biegnie z powrotem do głowicy, z której została wysłana (głowica nadawczo-odbiorcza) bądź też do innej głowicy przystawionej do badanego przedmiotu celem odbioru odbitej (albo przepuszczonej) fali (głowica odbiorcza). Fala docierająca do głowicy powoduje drgania mechaniczne przetwornika, które zmieniane zostają na przebieg elektryczny, które po wzmocnieniu prze układ elektroniczny mogą być oglądane na ekranie lampy oscyloskopowej jako impuls. Amplituda i położenie odebranego i oglądanego na ekranie impulsu dają informacje o wielkości i położeniu obszarów odbijających fale ultradźwiękowe. Przygotowanie aparatury do pracy 1. Włożyć wtyk zasilania do właściwego gniazda sieci. (220 V) 2. Ustawic włacznik zasilania MAINS w poło_eniu z napisem ON 3. Sprawdzic stan naładowania baterii wewnetrznej (wskazówka wskaznika znajdujacego sie po prawej stronie wyłacznika MAINS powinna znajdowac sie na zielonym polu). Ustawic przełacznik MONITOR w poło_enie ON powinien zaswiecic sie po około 1 minucie od chwili właczenia aparatu. 4. Przyłaczyc głowice ultradzwiekowa do gniazda typu BNC oznaczonego symbolem T (wyjscie nadajnika). 5. Przełaczyc przełacznik pracy głowicy w położenie w przypadku korzystania z głowicy nadawczo-odbiorczej. 6. Ustawic przełacznik zasiegu RANGE FULL SCALE na najbardziej przybliżona grubosc materiału badanego. 7. Ustawic pokretło VELOCITY w pozycji odpowiadajacej materiałowi i stosowanej głowicy np. oznaczenie /5,7-6,0/ Fe(L) oznacza predkosc /5,7-6,0/103 m/s dla stali przy stosowaniu głowicy wysyłajacej fale podłu_na. (T oznaczenie głowic wysyłajacych fale poprzeczna). 8. Powierzchnie badanego materiału lekko naoliwic w miejscu przyłożenia głowicy. 9. Zdjac gumowa ochrone z głowicy i głowice przycisnac do powierzchni badanego materiału. 10. Ustawic współosiowe pokretła oznaczone napisem GAIN na 40 db przy pomocy obu pokreteł (na skali musi ukazac sie 40 db lub 3x ). 11. Przełącznik energii ENERGY ustawić w położeniu 1 (im wieksza energia tym gorsza rozdzielczość układu aparat głowica). 12. Obserwować sygnał nadany i odebrany na ekranie lampy oscyloskopowej. 13. Przesunąć sygnał nadawczy do zera skali poziomej na ekranie pokretłem DELAY. 14. Usunąć niepo_adane szumy lub impulsy za pomoca pokretła podciecia REJECT. 15. Sprawdzić poło_enie sygnału odebranego przy pomocy pokreteł GATE POSITION pozycja bramki ( na ekranie impuls prostokatny ) i GATE WIDTH szerokosc bramki. (przy wyjściowym ustawieniu bramki na impulsie odbiorczym przy właczonym monitorze MONITOR ON słyszalny jest sygnał dźwiękowy). 16. Wykonać pomiary i obliczenia. 4. PRZEBIEG ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO W celu wykonania ćwiczenia laboratoryjnego należy: - uruchomić defektoskop i dobrać głowice pomiarowe; - skalibrować defektoskop ultradźwiękowy kalibracja wg wzornik I i II; - wyznaczyć miejsce i wielkość nieciągłości materiału w badanym fragmencie szyny kolejowej; - przeprowadzić badania osi kolejowej. 5

6 Nr Miejsce pomiaru Typ głowicy Ustawienia defektoskopu Tablica 1 Zestawienie pomiarów defektoskopowych Wielkość Głębokość Szerokość Uwagi wady wyst. wady wyst. wady Data: , grupa dziekańska:..., sekcja:.... Podpis prowadzącego ćwiczenie laboratoryjne:.... 6

7 5. ZAKRES SPRAWOZDANIA Sprawozdanie powinno zawierać: 1. Wstęp teoretyczny. 2. Opis metodyki pomiarowej i przebiegu procesu pomiarowego wykonywanego w trakcie laboratorium. 3. Podpisane przez prowadzącego tablice pomiarowe z otrzymanymi w trakcie zajęć wynikami pomiarów. 4. Prezentację graficzną otrzymanych wyników. 5. Wnioski i spostrzeżenia dotyczące wykonanego ćwiczenia laboratoryjnego. 6. LITERATURA 1. W. Jakubiec, J. Malinowski: Metrologia wielkości geometrycznych. Warszawa: WNT, B. Żółtowski: Podstawy diagnostyki maszyn. Bydgoszcz: Wydawnictwo Uczelniane Akademi Techniczno Rolniczej w Bydgoszczy, BN-67/ Zestawy kołowe do łożysk ślizgowych. 4. PN-70/R Zestawy kołowe obręczowane do łożysk tocznych 5. R. Wyrzykowski Ultradzwieki PWN Warszawa J. Matauschek Technika ultradzwieków WNT Warszawa R. P. Feymanne i in. Wykłady z fizyki t. 1 cz Defektoskop ultradzwiekowy UNIPAN typ 510 instrukcja obsługi 7