U L T R A ZAKŁAD BADAŃ MATERIAŁÓW

U L T R A ZAKŁAD BADAŃ MATERIAŁÓW 53-621 Wrocław, Głogowska 4/55, tel/fax 071 3734188 52-404 Wrocław, Harcerska 42, tel. 071 3643652 www.ultrasonic.home.pl tel. kom. 0 601 710290 e.mail: krymos@pwr.wroc.pl ultrasonic@home.pl Nr. ewidencji 22667 U.M.Wrocław NIP: 897-003-18-44 Metoda IBUS-TD Badanie spoin rur o grubości 2 do 6 mm oraz spoin o grubości 2 do 6 mm głowicami TanDem Instrukcja Badań Ultradźwiękowych Spoin TanDem 1. Wstęp Istniejące normy i zalecane techniki badań spoin są ograniczone i dotyczą tylko spoin grubszych od 8 mm, załączony artykuł wyjaśnia powody tego ograniczenia. Ponadto artykuł powołuje się na kilkudziesięcio letnie doświadczenia Zakładu ULTRA z polską Energetyką w tym zakresie oraz omawia zasady i zalety metody IBUS-TD Badanie spoin metodą IBUS-TD to porównanie wskazań od wady (niezgodności) rzeczywistej z wskazaniami uzyskanymi od wzorcowego otworka prostopadłego lub promieniowego wykonanego na odcinku blachy lub rury. Przyjęto średnicę otworka wzorcowego równą 1 mm. Badanie wymaga użycia głowic tandem. Specjalnie opracowane głowice TD zapewniają wyraźne wskazania otworka wzorcowego przy pomijalnie małym wpływie szumów związanych z geometrią spoin na te wskazania. Badania mogą być wykonywane dowolnym defektoskopem ultradźwiękowym. Badanie defektoskopem CUD pozwala na wykorzystanie jego możliwości tj zautomatyzowanych krzywych DAC ich zapamiętania, automatycznych ustawień defektoskopu itp. co znacznie ułatwia uwiarygodnia i przyśpiesza badania. 2. Podłączenie głowicy TD Epidian Głowicę TD Rys 1 podłącza się tak aby przedni przetwornik (lewy na rysunku) był nadajnikiem, a tylni odbiornikiem. Równocześnie w defektoskopie należy nadajnik rozłączyć z odbiornikiem podobnie jak dla głowic podwójnych. Rys. 1 Schemat głowicy tandem TDx4T67 0 6 3. Wzorce Wprowadza się dwa typy wzorców Wzorzec zwyczajny według załączonego rysunku IBUS-W Wzorzec uproszczony Może on być wykonany doraźnie przez badającego, poprzez przewiercenie aktualnie badanego odcinka blachy lub rury wg rysunków 2 i 3 lub na odcinku blachy

Instrukcja IBUS-TD str 2 czy rury identycznym z odcinkiem badanym. Użycie i wykonanie wzorca uproszczonego wymaga spełnienia podanych warunków p 7. P Rys 2 Wzorzec elementu p askiego o grubo ci g, rednicy otworka ø =1 P kierunki przesuwu g owicy przy wyznaczania krzywej DAC-t P Wzorzec służy do sporządzenia krzywej DAC rys 4 Z kolei krzywa DAC służy do porównania wskazań od wady rzeczywistej ze wskazaniami od otworka wzorcowego. 4. Sporządzanie krzywej DAC Sporządzanie wykresów (krzywych) DAC to zaznaczenie amplitudy echa od otworków o 1 Rys 3 Wzorzec do bada spoin rur o grubo ci g, rednicy D, rednicy otworka ø =1 Kolejne echa 1-5 2 DAC-t 3 4 5 M cm Rys 4 Tworzenie krzywej DAC-t dla np g=3, =1 mm średnicy wzorcowej =1, w różnych odległościach P wzorca rysunki Rys 2, lub 3. Przez punkty najwyższej lokalnie amplitudy echa prowadzi się krzywą DAC-t. Rys 4 Pokazany zasięg DAC-t, 2-6 cm wyznaczony markerem M (bramka ) jest zasięgiem typowym, poniżej 2 cm głowica jest nad otworkiem, powyżej 6 cm czułości badania maleją, a badania tracą sens. W zakresie 2 6 cm mogą pojawiać się lokalne maksyma i minima ech i trzeba ja uwzględnić na wykresie DAC-t. po prostu wykres nie musi być monotoniczny. W defektoskopach prostych (analogowych) krzywą DAC-t. wykreśla się na naklejonej na ekran folii. W defektoskopach CUD i niektórych innych cyfrowych krzywą DAC-t. zapamiętuję się w pamięci i wielokrotnie w miarę potrzeb

Instrukcja IBUS-TD str 3 wyświetla. Krzywej zapamiętywanej dla jej identyfikacji nadaje się nazwę w której podaje się Nr głowicy, grubość i ewentualnie średnicę wzorca. 5. Wykonywanie badań Badanie polega na wukonywaniu określonych ruchów głowicą obok spoiny oraz na równoczesnej obserwacji ekranu defektoskopu. Ruchy głowicą wykonuje się w kierunku wzdłuż tworzącej oraz łączy się je z ruchem obwodowym równolegle do obwodowej osi spoiny. Ruchy te mogą być wykonywane dość szybko i energicznie ale Rys 5 Badane spoiny króćca 32x4 mm należy je wykonać odcinkami tak aby cała objętość spoiny była badana kilkakrotnie. Obserwacja ekranu w trakcie wykonywania ruchów głowicą należy obserwować ekran defektoskopu i oceniać wskazania ech pojawiających się na ekranie wg punktu 6. 6. Ocena spoin Wskazania ech poniżej krzywej DAC uznaje się za wskazania od szumów i nie są to wady i są to wskazania akceptowalne Wskazania ech powyżej krzywej DAC uznaje się za wady niedopuszczalne i są to wskazania nie akceptowalne. dopuszcza się pewien zakres błędu wskazań ech wynoszący ± 3 db w stosunku do krzywej DAC 7. Wymogi wykonania wzorca uproszczonego Istotną zaletą wzorców uproszczonych jest ich duże podobieństwo, a nawet identyczność z odcinkiem z badaną spoiną co stanowi o ich wiarygodności. Wzorce te wykonuje się poprzez przewiercenie aktualnie badanego odcinka blachy lub rury wg rysunków 2 i 3 lub na odcinku blachy czy rury identycznym z odcinkiem badanym. Warunki poprawnego wykonania wzorca uproszczonego to: powierzchnia wzorca ma być identyczna lub zbliżona do badanego docinka ze spoiną, powierzchnia ta nie może mieć uszkodzeń korozyjnych, erozyjnych lub mechanicznych widocznych nieuzbrojonym okiem, a ograniczających powierzchnię kontaktu głowicy doprofilowanej dla rur lub płaskiej na powierzchni płaskich. otworek wzorcowy ma być prostopadły do powierzchni płaskich lub do tworzącej i prostopadłej do niej stycznej dla powierzchni walcowych. prostopadłość jest wystarczająca jeśli kąt odchylenia nie przekracza 3 0. otworek ma być wykonany nowym ostrym wiertłem o większej twardości od materiału odcinka o 25 HRc 8. Uwagi Wzorce zwyczajne IBUS-W mogą być zakupione w Zakładzie ULTRA i mają one poświadczenie zgodności (certyfikat) z wymogami instrukcji IBUS-TD (Załączony Rysunek IBUS-W).

Instrukcja IBUS-TD str 4 Wzorce IBUS-W mogą być wykonane we własnym zakresie i poświadczona ich zgodność z wymogami instrukcji IBUS-TD. we własnym zakresie jeśli wymogi zewnętrzne nie stanowią inaczej. Wzorce uproszczone wykonuje się we własnym zakresie, a poświadczenia ich zgodność z wymogami instrukcji IBUS-TD (według punktu 7) dokonuje operator umieszczając odpowiednią uwagę w protokóle z badań. 9. Podobieństwa Średnice rur - głowice doprofilowane wykazują dobry kontakt w pewnym zakresie średnic pozwala to na zmniejszenie ilości głowic doprofilowanych i wprowadzenie typoszeregu podanego w Tabeli 1 Wykresy DAC wykresy DAC wykazują podobieństwa w zakresie niewielkich zmian grubości i przy zachowaniu wymogów zakresu średnic wg Tabeli 1. Pozwala to na zmniejszenie ilości przechowywanych wykresów DAC i zmniejszenie ilości wzorców. Tabela 1 Nr nominalny Zakres średnic mm Średnica wzorca mm 28-33 32-39 38-45 44-55 54-69 68-88 86 120 33 39 45 55 69 88 120 Wzorzac IBUS-W

Instrukcja IBUS-TD str 5 ok 30 33 39 45 55 69 88 120 Wrocław 14.12.2004 G owice tandem w ultrad wi kowych badaniach spoin ma ych grubo ci Streszczenie: W artykule przedstawiono now metod Tan-CUD badania spoin ma ych grubo ci oraz spoin rur kot owych ma ych rednic. Badania wg metody wykonuje si specjalnymi podwójnymi g owicami ultrad wi kowymi o budowie tandem. G owice te uzyskuj wysoki stosunek sygna u do poziomu szumów co pozwala na du powtarzalno bada. Zastosowanie wykresów DAC ujednolica oceny spoin i pozwala na zdecydowane ograniczenie ilo ci niezb dnych wzorców. 1. Wst p W dotychczasowej historii bada ultrad wi kowych nie ukszta towa a si wiarygodna i uniwersalna procedura badania doczoowych spoin blach i spoin obwodowych rur o zakresie grubo ci poni ej 6 mm. Istniej ce normy i znane wytyczne bada spoin na ogó ograniczaj zakres ich stosowania do grubo ci powy ej 8 mm np. (6.3), (6.4), (6.5). Istnieje wi c istotna luka w metodyce i zastosowaniach bada ultrad wi kowych. Luk t cz ciowo niweluj znane metody których przegl d podaje U. Shlegermann (6.1), a tak e do swobodne dokonywane przez operatorów ekstrapolacje poni ej unormowanych 8 mm. Ponadto jest stosowana od trzydziestu lat w polskiej energetyce procedura badania spoin rur kot owych wed ug instrukcji IBUS-R.(6.3) Instrukcja ta bazuje na specjalnie opracowanych g owicach oraz na metodzie porównawczej w ocenach spoin

Instrukcja IBUS-TD str 6 wzgl dem wzorca z otworkiem promieniowym 1 mm. Istniej udokumentowane przyk ady e masowe zastosowanie instrukcji (6.2) IBUS-R pozwoli o podnie niezawodno eksploatowanych kotów energetycznych na przyzwoity poziom i zapobiec wcze niejszym bardzo licznym awariom. 2. Opis ogranicze Dobre i jednoznaczne wskazania w badaniach spoin powy ej granicy 12 mm przestaj stopniowo 1,5 S by jednoznaczne poni ej tej granicy, a dotyczy to bada g owicami z przetwornikami S g ok. 10x10 mm. Dla g owic z wi kszymi przetwornikami granica ta odpowiednio wzrasta. Obni enie jednoznaczno ci wskaza jest zwi zane z ograniczeniami Rys 1 Zakres przesuwu głowic przy spoinach g= 8 12 mm geometrycznymi oraz z obni eniem stosunku sygna u u ytecznego do poziomu szumów. 1.1. Ograniczenia geometryczne Wymiary g owicy przy ma ych grubo ciach spoiny wymuszaj wybór zakresu przesuwu jak na (rys 1 np. S do 1,5 S). Zwi ksza to odlego gowicy od badanej spoiny, wymaga u ycia wi kszych wzmocnie, a naturalna rozbie no wi zki zaciera ró nice wskaza od wad w licu i grani, a nawet przy ma ych grubo ciach czyni je nierozró nialne. h Echa Szumów l t T g Rys 2 Wskazania szumów geometrycznych w badaniach spoin i ich źródła w kształcie spoiny 1.2. Wzrost poziomu szumów Na wzrost poziomu szumów przy spoinach mniejszych grubo ci maj wp yw ni ej podane przyczyny. Zmiana geometrii w cienkich spoinach to znaczy wzrost stosunku h/g Rys2 powoduje e padaj ca fala poprzeczna T intensywniej jest odbijana i rozszczepiana na nierówno ciach lica i grani spoiny. Cz stkowe odbicia tj fale poprzeczne t i fale podu ne l przy mniejszej grubo ci g maj wi ksze prawdopodobie stwo trafienia jako echa do przetwornika gowicy odbiorczej. Autorzy niektórych norm wiadomi wymienionych zjawisk ograniczaj zakres ich zastosowa od 8 mm. Istniej te normy których autorzy ogranicze od do u nie podaj, przy czym nie podaj te

Instrukcja IBUS-TD str 7 adnego sposobu prze amania tych trudno ci, co by wskazywa o e z wymienionych zjawisk autorzy tych norm nie zdaj sobie sprawy. Poni ej przedstawiono metod ultrad wi kowych bada spoin ma ych grubo ci w której przedstawione ograniczenia nie maj istotnego znaczenia. Podstaw tej metody nazwanej Tandem - CUD w skrócie (TanCUD) jest zastosowanie specjalnych gowic ultrad wi kowych typu tandem. 2. Charakterystyka metody TanCUD 2 6 mm W proponowanej ni ej metodzie TanCUD wykorzystano ponad trzydziestoletnie do wiadczenia stosowania w Polskiej energetyce instrukcji IBUS-R, a zastosowanie g owic tandem pozwoli o na uzyskanie znacznej poprawy wskaza w badaniu spoin ma ych grubo ci. Ponadto TanCUD jest uniwersalna to znaczy mo e by stosowana w badaniu spoin p askich i spoin obwodowych rur oraz ró nych materia ów w tym stali w glowych, a tak e wysoko stopowych. Istot metody CUD-TM jest po czenie metodyki bada z opracowanym wyposa eniem skadaj cym si z kilku elementów znanych ale po czonych do realizacji tych bada. 3. Wyposa enie do metody TanCUD Wyposa enie do stosowania TanCUD sk ada si z kilku elementów, cz z nich jest wyposa eniem niezb dnym, cz mo na zast pi podobnymi rozwi zaniami. Najistotniejszym elementem wyposa enia s g owice sko ne typu tandem Rys 3. 3.1 G owice tandem Gowic niezb dn do metody TanCUD jest gowica której schemat przedstawia Rys. 3. Jest to g owica przeznaczona do powierzchni p askich o cz stotliwo ci 4 MHz i k cie wprowadzenia wi zki do elementu badanego ok. 67 0. Przetworniki nadawczy i odbiorczy usytuowane s identycznie w odleg o ci od Epidian siebie sta ej. G owice przeznaczone do bada spoin obwodowych rur ze wzgl du na wymagany stopie sprz e nia z rur musz by doprofilowane i musz by ze zwil aniem wodnym. G owice doprofilowane mog by w wykonaniu na pewien zakres Rys. 3 Schemat głowicy tandem TDx4T67 0 6 zastosowania do rednic D np. 28 32 mm; 33 38; 76 102 mm itd. 3.2. Wzorce Metoda TanCud to metoda porównawcza, mo na j stosowa w porównaniach bezpo rednich z wzorcem lub z zmodyfikowanymi krzywymi DAC-t. Zastosowanie krzywych DAC-t (w/g 6.5) znacznie ogranicza ilo niezb dnych wzorców i jest istotnym usprawnieniem. Elementem wzorcowym w metodzie TanCUD przyj to otworek o rednicy na przyk ad ø=1mm usytuowany prostopadle.

Instrukcja IBUS-TD str 8 Na rysunkach Rys 4 i Rys 5 podano przykady wzorców stosowanych w metodzie TanCUD. Jest oczywiste e s to bardzo proste wzorce, a jedynymi zaleceniami jest wymóg prostopad o ci wzorcowego otworka oraz wykonywania go ostrym wiertem. a two wykonania wzorca pozwala na wykonanie wzorcowego otworka bezpo rednio na elemencie badanym. Jest to mo liwo szczególnie przydatna przy z o onych modyfikacjach struktur materia u (np. obróbka cieplna) maj cych niejednoznaczny wp yw na t umienie fal itp. Natomiast w bardzo wielu sytuacjach wystarcza ma a grupa wzorców reprezentacyjnych których ilo dodatkowo mo na ograniczy przez zastosowanie krzywych DAC-t. P Rys 4 Wzorzec elementu p askiego o grubo ci g, rednicy otworka ø i kierunkach przesuwu P g owicy przy wyznaczania krzywej DAC-t P Rys 5 Wzorzec do bada spoin rur o grubo ci g, rednicy D, rednicy otworka ø i 3.3. Krzywe DAC-t Sporz dzanie wykresów (krzywych) DAC to zapami tanie amplitudy echa od otworków o rednicy Echa od =1, g=3 różne P Krzywa DAC-t w ró nych odlego ciach P rysunki Rys 4, 5, i 6. Przez punkty najwy szej amplitudy echa prowadzi si krzyw DAC-t. Dobiera si rednic wzorca dla gowic tandem Rys 3 i dla spoin w zakresie 2-6 mm grubo ci, jako =1 mm Dla konkretnego badania, mo na w uzasadnionych przypadkach przyj arbitralnie inn rednic dokumentuj c to w sprawozdaniu. Rys 6 Tworzenie krzywej DAC-t dla

Instrukcja IBUS-TD str Pokazany zasi g DAC-t, 2-4,5 cm jest zasi giem typowym, poni ej 2 gowica jest nad otworkiem, powy ej 4,5 czuo ci badania malej, a badania trac sens. W zakresie 2 4,5 cm mog pojawia si lokalne maksyma i minima ech i trzeba ja uwzgl dni na wykresie DAC-t. 9 4. Badanie spoin 4.1. Wskazania wad spoin elementów paskich Badanie spoin metod TanCUD jest prawie identyczne jak badania tradycyjne, mo na tu stosowa wszystkie opisane zestawy ruchów gowic, obserwuj c wskazania na ekranie Istotn ró nic jest to e mo na ilo tych ruchów upro ci, a w badaniu wst pnym ograniczy nawet do ruchu g owic tylko równoleg ego do osi spoiny. Natomiast w miejscu wskazania Wskazanie powyżej DAC-t i ekranu za duże wzmocnienie Dynamika wskazania 5+10=15dB powyżej DAC-t Rys. 7 Rzeczywiste wskazanie wady Spoina g=3mm, w oględzinach spoiny widoczna wada jako brak przetopu o wymiarach ok. 3x0.5 mm Rys. 7a Odczytana dynamika wskazania wada z Rys 7 po korekcie wzmocnienia i położenia DAC-t wynosi +15dB niezgodno ci Wynosi (wady) 15 zestaw db ruchów nale y wzbogaci dla wykrycia jego maksimum. Poni ej pokazano rzeczywist dynamik wskaza wykrytej wady w spoinie. 4.2. Wskazania wad spoin rur Sposób badania spoin rur metod TanCUD jest prawie identyczny jak badania wed ug instrukcji IBUS-R. Jednak dynamika wskaza znacznie Szumy poniżej krzywej DAC-t i poza zakresem bafdania Wskazanie niezgodności (wady) o wartości 3dB powyżej DAC-t wzros a co u atwia badania. Ruchy wykonywane g owicami doprofilowanymi to jest, ruch obwodowy Rys 8 Rzeczywiste wskazanie wady spoiny rury D=34 mm g=2.8mm w oględzinach wada niewidoczna usytuowana na zapoczątkowaniu spoiny oraz ruch wzdu ny.

Instrukcja IBUS-TD str 10 5. Przyk ady oceny dynamiki wskaza w metodzie TanCUD Dynamika wskaza w metodzie TanCUD tak przy badaniach elementów p askich jak i rurowych jest podobna. Przykady tej dynamiki wskaza podano w rozdziaach 5.1 i 5.2. 5.1. Przykad zmian dynamiki wskaza przy zmianie wzorcowego otworka Grobość g=3 mm DAC-t dla =1 Grubość g=3mm DAC-t dla =2 Na Rys. 9 obok pokazano dwie krzywe DAC-t wykonane na elemencie paskim o grubo ci 3 mm, oraz rednicach otworków wzorcowych 1mm i 2mm Podobne rozk ady krzywych DAC-t s na elemantach rurowych. Rys. 9 Krzywe DAC-t dla otworków wzorcowych 1mm i 2mm 5.2. Zakres dynamiki wskaza Pokazane ni ej cztery rysunki ilustruj zakres dynamiki wskaza w metodzie TanCUD która jest du a i wynosi w odniesieniu do szumów 28dB, a w odniesieniu do krzywej DAC-t 23 db, dotyczy to elementu w podanym przykadzie to jest rury D= 34 i g= 2,8 mm Zbli one warto ci uzyskuje si dla innych elementów rurowych, a tak e elementów paskich. Wskazania stałe poza sasięgiem Szumy Otworek wzorcowy =1 mm Rys 10 Wskazanie od szumów Rys 12 Rys 11 Wskazanie od otworka wzorcowego Wskazania wady to jest od krawędzi

Rys. 12 Ilustracja zakresu dynamiki Rys. 12a Jej pomiar po zmianie wzmocnienia, Wskazań a dynamika wskazań to 28 db oraz 23 db Instrukcja IBUS-TD str 11 Odró nienie szumów geometrycznych od sztucznej wady wzorcowej,=1mm i to przy zapasie kilku decybeli o ile utrzymana zostanie wadliwo ci z czy spawanych ocenianych na podstawie ogl dzin (6.6) w klasie co najwy ej W3 (wyj tkowo W4) Powtarzalne i pewne wykrywanie nawet ma ych wad w spoinie szczególnie braków przetopu i przykleje, 7. Literatura i Normy 7.1. U. Shlegermann, Badania ultrad wi kowe po cze spawanych o ma ej grubo ci, Seminarium Nieniszc ce Badania Materia ów- Zakopane 12-13.03.1998 7.2.mgr in. Janusz Barczyk, mgr in. Franciszek Leszkowicz (Elektrownia Turów) mgr in. Wadys aw Michnowski Zakad ULTRA- System zapewnienia wysokiej niezawodno ci spoin rur w energetycznych kotach blokowych..- dozór techniczny 4/1992. 7.3.PN-89/M-70055/02 7.4. PN-EN-1712; PN-EN-1714 7.5.ASME Section V Article5 7.6. PN-85/M-69775 Wroc aw 22.08.20002