UNIVERZITET U ZENICI MAINSKI FAKULTET U ZENICI Katedra

UNIVERZITET U ZENICI MAŠINSKI FAKULTET U ZENICI Katedra za automatizaciju i metrologiju Ispitivanje ultrazvukom Student: Profesor: Salkanović Dino doc. dr. Samir Lemeš

Uvod • Ispitivanje ultrazvukom se primjenjuje od četrdesetih godina i do danas su razvijene mnoge tehnike primjene • Ispitivanje ultrazvukom se bazira na činjenici da su čvrsti materijali dobri vodiči zvučnih talasa • Na granicama čvrstih materijala dolazi do odbijanja zvučnih talasa i ta pojava je iskorištena za ispitivanje volumena materijala. 2

Ultrazvuk • Ultrazvuk je pojava oscilacija gustoće čije su učestanosti toliko visoke da ih čulo sluha čovjeka više ne može osjetiti. 3

• Ultrazvuk se može proizvesti mehaničkim putem, ali najčešći i efikasniji način je elektromehaničko stvaranje ultrazvuka odgovarajućim pretvaračima • Oni najčešće rade na magnetostrikcijskom ili piezoelektričkom principu, i napajani su iz odgovarajućih elektroničkih generatora 4

• Magnetostrikcija je pojava da neki materijali (npr. meko željezo) u prisustvu promjenljivog magnetnog polja mijenjaju dimenzije. • Piezoelektrični efekat se zasniva na činjenici da izvjesni kristali (npr. kvarc) se dimenziono mijenjaju kada električna struja protiče kroz njih 5

Rasprostiranje ultrazvuka • Longitudinalni i transverzalni talasi se najčešće koriste pri ultrazvučnom ispitivanju materijala • Brzine širenja zvučnih talasa se bitno razlikuju u različitim materijalima. • Brzina širenja talasa zavisi o osobinama materijala i temperaturi 6

Materijal Brzina longitudinalnih talasa [m/s] Brzina transferzalnih talasa [m/s] Aluminijum 6320 3130 Željezo 5900 3230 Bakar 4730 2300 Nikel 5864 3219 Kvarzno staklo 5570 3520 PMMA 2730 1430 Voda 1481 - Zrak 330 - Longitudinalni talasi -smjer prostiraja duž smjera vibracija Transferzalni talasi -smjer prostiraja okomito smjeru vibracija 7

Akustična impedancija • 8

Zakon refleksije • 9

Zakon refrakcije • Ultrazvučni talasi se lome prijelazu iz jednog sredstva u drugo • Pri tome vrijedi: 10

Zakon transmisije Pri prijelazu ultrazvuka iz jednog materijala u drugi dolazi do djelomične refleksije ultrazvuka ako mediji nisu jednake impedancije, a dio će se ultrazvučne energije prenijeti u drugi materijal Zakon apsorcije Apsorpcija ultrazvuka je proces u kojem ultrazvuk slabi prolasku kroz neko sredstvo. Prilikom apsorpcije veći se dio energije pretvara u toplinu tj. zvuk se u nekom materijalu apsorbira tako da se pretvori u drugi oblik energije i onda u toplinu 11

Ultrazvučna metoda za ispitivanje materijala • Ultrazvučna metoda ima široku primjenu. Koristi se za detekciju (procjenu) pukotina unutar materijala, ispitivanje zavarenog spoja, mjerenje dimenzija, karakterizaciju materijala itd 12

U svrhu ultrazvučne kontrole (ispitivanja) koriste se dvije metode: • metoda “puls-eho“ - temelji se na mjerenju reflektiranih talasa i vremena između slanja i primanja signala • metoda transmisije (prozvučavanja) - temelji se na mjerenju slabljenja signala (UZ talasa) 13

Princip rada ultrazvučne metode • Za pulse-echo metodu potreban je uređaj koji generiše impulse (ultrazvučne talase) i prima reflektirane impulse (eng. pulser/receiver), pretvornik (eng. transducer) i uređaj za prikaz odziva 14

• Kada signal dođe do neke vrste diskontinuiteta (npr. pukotine, ili granice materijala različitih akustičkih impedancija) dio energije signala će se reflektirati natrag od površine (npr. pukotine ili drugog materijala. ) • Reflektirani ultrazvučni signal se zatim pretvara u električni signal i šalje na obradu i na uređaj za prikaz odziva. • Za utrazvučne pretvornike koriste se materijali koji imaju piezoelektrička svojstva 15

Sonda sa sistemom za očitavanje Ispitivanje uzorka sa i bez greške 16

• Ultrazvučne glave moraju biti u bliskom kontaktu sa površinom uzorka, u protivnom će se pojaviti lažni eho • Kontakt se ostvaruje stavljanjem uljnog filma između ultrazvučne glave i površine uzorka, tako da između ne postoji vazdušni međuprostor. 17

• Upotreba jedne ultrazvučne glave za emitovanje i prijem će otkriti većinu slučajno orijentisanih grešaka, međutim mogu se propustiti tanke i duge greške čija je osa paralelna sa putem ultrazvučnog talasa 18

• Da bi se prevazišao ovaj problem koristi se složenija tehnika sa odvojenim ultrazvučnim glavama za emitovanje i prijem 19

Načini prikaza primljenog signala • Dobiveni rezultati ultrazvučnog testiranja mogu se prikazati na nekoliko načina u ovisnosti o informacijama koje želimo prikupiti prilikom testiranja. • Zbog toga postoji nekoliko prikaza: v. A-prikaz v. B-prikaz v. C-prikaz v. D-prikaz v. P-prikaz 20

v. A- prikaz je grafički prikaz koji se zasniva se na analizi amplitude primljenog signala Kod A-prikaza amplituda reflektiranog signala je funkcija dubine i razlike u impendancijama Koristiti se npr. za ispitivanje zavarenih spojeva feritnih i neferitnih materijala na tlačnim spremnicima, cjevovodima, rezervoarima, mostovima itd.

v. B- prikaz je dvodimenzionalni grafički prikaz u pravouglom kordinatnom sistemu, gdje je vrijeme putovanja ultrazvučnih impulsa prikazano kao pomak duž jedne osi (x-osi), a kretanje pretvornika (sonde) je prikazano kao pomak duž druge osi (y-osi). 22

v. C-prikaz je dvodimenzionalni grafički prikaz, u kojem su diskontinuiteti u testnom uzorku prikazani u pogledu odozdgo na gornju površinu testnog uzorka Koristi se najčešće za detektiranje grešaka nastalih u proizvodnji, pri eksploataciji proizvoda i otkrivanje grešaka u osnovnom materijalu. 23

v. D-prikaz je dvodimenzionalni grafički prikaz sličan C-prikazu, ali daje i informaciju o dubini na kojoj se nalazi diskontinuitet v. P–prikazuje geometriju diskontinuiteta u materijalu u tri dimenzije. 24

P–prikaz je projekcija rezultata B-prikaza koja je izvedena u pogledu odozgo na testni uzorak, na bilo koju stranu testnog uzorka 25

Prednosti i nedostaci ultrazvučne metode • Prednosti ultrazvučne metode su : • velika preciznost u određivanju lokacije objekta refleksije i procjeni veličine objekta • velika preciznost otkrivanja orijentacije i oblika diskontinuiteta • detaljnost prikaza (P-prikaz) • relativno lahka obrada signala dobivenih od prijemnika (eng. receiver) • elektronička oprema pruža trenutno dobivanje rezultata testiranja • prenosivost opreme za testiranje 26

• Nedostaci ultrazvučne metode su: • osjetljivost na nečistoće (npr. u cijevi) • teškoće pri ispitivanju materijala koji imaju grubu i nepristupačnu površinu • teškoće pri ispitivanju materijala koji su vrlo tanki, maleni i nepravilnog oblika • teškoće pri ispitivanju nehomogenih materijala • potreban je fluid (eng. couplant) za prijenos energije zvuka u testni uzorak • potreba za etalonima i referentnim uzorcima pri kalibraciji ultrazvučne opreme i provjere karakteristika opreme 27

Uređaji za ultrazvučnu kontrolu 28

Uređaj za ultrazvučnu kontrolu (lijevo) i određivanje grešaka ultrazvučnom metodom (desno) 29