29. DEFECTOSCOPIA CU ULTRASUNETE

29.1. Introducere

Defectoscopia cu ultrasunete constă în transmiterea unor vibraţii elastice

în domeniu ultrasonic produse de un “generator de unde” în piesa care se

examinează (fig. 29.1).

Fig. 29.1. Schema de principiu a controlului cu ultrasunete

În piesă, aceste vibraţii se modifică într-o formă oarecare, iar rezultatul

primit de “sistemul de măsură receptor” este redat printr-o indicaţie ce trebuie

interpretată de operator. Defectoscopia se bazează pe interpretarea unor

modificări ce apar într-un câmp de oscilaţii care traversează un material ce

conţine defecte.

Undele ultrasonice sunt oscilaţii cu frecvenţe mai mari de 16 kHz şi mai

mici de 107 kHz. Propagarea undelor ultrasonice se face numai în medii elastice

şi între medii elastice şi este însoţită de fenomene de reflecţie, refracţie,

dispersie, difuzie, absorbţie, difracţie.

În practica industrială se utilizează în principal următoarele trei metode:

- metoda prin impuls reflectat;

- metoda prin transmisie;

- metoda prin rezonanţă.

187

29.2. Metoda prin impuls reflectat

Cea mai răspândită metodă din cele enumerate mai sus este metoda prin

impuls reflectat (fig. 29.2), ce constă în utilizarea unui palpator care, de regulă,

este şi emiţător şi receptor.

Impulsurile de ultrasunete sunt transmise cu intermitenţă în piesa supusă

examinării, iar în timpul de pauză dintre impulsuri se recepţionează undele care

se întorc.

Fig. 29.2. Metoda prin impuls reflectat

1 – piesa; 2 – unde reflectate; 3 – defect; 4 – cuplant; 5 – palpator; 6 – cablu de

legătură; 7 – osciloscop; 8 – impuls de intrare; 9 – impuls de defecte; 10 –

impulsul undei de capăt;

Fiecare impuls parcurge piesa într-un anumit timp care este determinat de

dimensiunile piesei şi de viteza de propagare a sunetului în materialul respectiv.

Fluxul de unde emis parcurge piesa şi se reflectă fie de către eventualele

discontinuităţi ale materialului, fie de peretele opus, revenind către palpator care

le recepţionează şi le transmite pe ecranul osciloscopului, după ce au fost

amplificate.

De remarcat că la etalonarea scalei de distanţe a aparatului trebuie avut în

vedere faptul că ecoul de fund apare pe ecranul osciloscopului după un parcurs

dus-întors al ultrasunetului în piesă, deci dublu. La examinarea unei piese care

prezintă o discontinuitate, o parte din energia ultrasunetului este reflectată de

188

acesta înainte ca ultrasunetele să ajungă la peretele opus, şi deci pe ecranul

osciloscopului semnalul defectului va apare înaintea ecoului de fund. Metoda se

aplică la măsurarea grosimii pereţilor metalici la care există acces numai într-o

singură parte şi la stabilirea defectelor în interiorul materialelor (table, suduri,

piese forjate etc.).

29.3. Metoda prin transmisie ( transparenţă )

Metoda prin transmisie sau transparenţă utilizează două palpatoare, unul

emiţător şi altul receptor. Pentru unde longitudinale palpatoarele sunt plasate

unul pe o faţă, iar celălalt pe faţa opusă (fig. 29.3).

Fig. 29.3 Metoda prin transmisie cu unde longitudinale

1 – emiţător; 2 – piesa; 3 – unde ultrasonice; 4 – cuplant; 5 – receptor;

6 – cablu de legătură; 7 – ecranul osciloscopului; 8 – impuls incident;

9 – impuls reflectat

Pentru unde transversale palpatoarele sunt plasate pe aceeaşi suprafaţă a

piesei de examinat (fig. 29.4,a,b,c).

a b c

Fig. 29.4. Metoda prin transmisie pentru unde transversale

a – prin transparenţă; b,c – prin reflexie

189

Această metodă este mai puţin întrebuinţată deoarece cele două palpatoare

necesită o poziţionare riguroasă, iar contactul dintre palpator şi piesă nu este

întotdeauna la fel, fiind influenţat de starea suprafeţei şi de presiunea exercitată

pe palpator.

Metoda se aplică de regulă la examinarea în imersie. De remarcat este

faptul că la etalonarea scalei de distanţe în cazul mai multor ecouri succesive,

primul ecou apare la o distanţă egală cu un parcurs simplu în piesă, iar

următoarele după un parcurs dus-întors în piesă, deci dublul (fig. 29.5).

Fig. 29.5. Oscilograma obţinută la metoda prin transmisie

cu mai multe ecouri succesive

a - fasciculul ultrasonic se reflectă de la o faţă la alta a piesei;

b - primul ecou de fund 1 apare la o distanţă egală cu grosimea piesei,

iar următoarele ecouri de fund 2 şi 3 la un parcurs dublu

29.4. Metoda prin rezonanţă

Metoda prin rezonanţă constă în transmiterea undelor ultrasonice în

material cu ajutorul unui singur palpator, modificând frecvenţa fascicolului,

astfel ca acesta să intre în rezonanţă, respectiv să aibă o vibraţie cu maximum de

amplitudine (fig. 29.6).

190

Fig. 29.6. Controlul ultrasonic prin metoda rezonanţei

1 – piesă de verificat; 2 – palpator; 3 – cuplant; 4 – cablu de legătură;

5 – ecranul osciloscopului; 6 – unde ultrasonice în rezonanţă.

Această metodă se utilizează pentru materiale cu grosimi mari, examinări

ale tablelor placate etc., permiţând totodată detectarea discontinuităţilor

(fig. 29.7, a,b)

a b

Fig. 29.7. Măsurarea unei discontinuităţi

a – starea de rezonanţă; b – detectarea defectului;

1 – cuplant; 2 – palpator; 3 – piesă; 4 – defect; 5 – fascicul ultrasonic.

În figura 29.7, a, la o anumită grosime, se obţine starea de rezonanţă a

sistemului şi prin deplasarea palpatorului (fig. 29.7,b) dispare rezonanţa datorită

unei discontinuităţi care micşorează parcursul undelor ultrasonice.

191

29.5. Determinări experimentale

În privinţa modului de vizualizare a defectelor din piesele examinate,

aceasta se realizează prin trei prezentări, simbolizate cu literele A, B şi C, având

următoarele caracteristici:

Prezentarea A are în abscisă timpul de parcurs al impulsului şi în

ordonată intensitatea ultrasonică sau amplitudine ultrasonică recepţionată şi

investigaţia se face într-un singur punct al suprafeţei piesei;

Prezentarea B are în abscisă drumul efectuat de palpator, iar în ordonată

timpul de parcurs al impulsului (investigaţia se face de-a lungul unei linii

pe suprafaţa piesei), iar pe ecran apare o secţiune a piesei tăiată în lungul

acestei linii;

Prezentarea C redă proiecţia plană a zonei examinate (investigaţia se face

pe toată suprafaţa piesei).

În figura 29.8. sunt reprezentate modurile de interpretare a unui defect în

cele trei prezentări.

În cazul prezentării A pe ecranul tubului catodic vom avea în abscisă –

timpul, iar în ordonată amplitudinea. În stânga ecranului va apare impulsul

iniţial ce penetrează piesa, iar în dreapta ecoul de fund. Astfel înălţimea ecoului

de discontinuitate din piesa de verificat este proporţională cu înălţimea ecoului

de discontinuitate dintr-o piesă etalon a cărui mărime e cunoscută (fig. 29.9)

De remarcat este faptul că distanţa de la ecoul iniţial la un defect şi înapoi

la suprafaţa de reflexie este proporţională cu timpul necesar trecerii semnalului

prin material, deci distanţa dintre impulsul iniţial şi ecoul de fund reprezintă de

fapt grosimea materialului (fig. 29.10).

Dacă în material există un defect, acesta va reflecta o parte din undele

incidente care se intorc la traductor într-un timp mai scurt, permiţând sistemului

de detecţie să sesizeze defectul prin semnalul I2.

192

Fig. 29.8. Modul de interpretare a unui defect în reprezentările A,B,C

1 – partea superioară a piesei; 2 – partea inferioară a piesei; 3 – defecte;

4 – ecou iniţial; 5 – ecou de defect; 6 – ecou de fund; 7 – vedere de sus.

Fig.29.9. Oscilograma în prezentarea A

1 – piesă; 2 – cuplant; 3 – palpator; 4 – ecou iniţial;

5 – ecou de defect; 6 – ecou de fund; 7 – defect.

193

Fig. 29.10. Măsurarea adâncimii defectului prin metoda impulsului reflectat.

Segmentele h; h1; h2 sunt proporţionale cu distanţele H; H1; H2 ceea ce

permite determinarea adâncimii la care se află defectul cu ajutorul relaţiei:

111 khhh

HH (29.1)

Aparatele au posibilitatea ca, sub baza de timp, să indice direct

scara de distanţe.

Forma discontinuităţii se determină uşor prin prezentarea C, în timp ce

lungimea şi adâncimea discontinuităţii prin prezentarea B.

Pentru determinări experimentale se folosesc:

- defectoscop DSK-1 ce emite oscilaţii pe gama de frecvenţă de 0,65;

1,25; 2,5; şi 10 MHz;

- traductoare piezoelectrice care transformă impulsurile electrice

generate de defectoscop în vibraţii ultrasonice longitudinale sau

transversale;

- piese de probă paralelipipedică cu defecte, din fontă sau oţel;

- ulei pentru cuplare traductor şi piesa de cercetare;

- şubler;

- alte piese cu defecte ascunse.

194

Se reglează amplitudinea semnalului reflectat în raport cu ecranul, apoi se

deplasează palpatorul prin translaţie lentă, cu contact permanent, pe suprafaţa

piesei până când apare un impuls secundar reflectat, care dă un semnal între cel

incident şi cel reflectat.

Reglarea defectoscopului şi căutarea defectelor în piesa de examinat se

repetă cu controlul celorlalte două dimensiuni.

195

196