DŮM TECHNIKY CVTS PRAHA. í-» I» i # «# «* «'«#«%«« PRAHA 1972

DŮM TECHNIKY CVTS PRAHA I

»•• ••i

# « # « * « '«#«•••••%« «••••••••

í»

PRAHA 1972

II t i*n! tochnikv ÍVTS Proíiy

I

|

D E F S KI 0 S K O ? I E

í

Praha - 1972

1972

i S1'1

v o d

Nedeatruktivní defektoskopie je dne3 již značně rozvinujfetým technickém oborem, využívajícím celé řady fyzikálních prinÉfcipů. K i V moderním výrobním procesu, charakterizovaném trvalým I rastem objeicu i náročnosti výroby, jsou nejrůznější defektoskopické metody atále častě ji aplikovány jako vysoce efektivní a nnohdy jedině možné prostředky péče o jakost. Celá výrobní odvětví i velké stavby (jaderné elektrárny, tranzitní plynovod aj.) 3ijiž bez důsledného využívání defektoskopie není možno ani představit. Tím ovšem rostou nároky nejen na vědecko-výzkuicnou základnu, ale i na všechny defektoskopieké pracovníky, kteří řadu specifických problémů musí pochopitelně řešit na svých pracovištích sami. Aby byla umožněna rychlá informovanost o vý3ledcích základního i aplikovaného výzkumu a zejména výměna zkuáeností jednotlivých pracovníků, jsou Celostátním defektoakopick.ým 3tře
ritc. Ludék Soukup teehaiky ČVT5 Praha

—

i

.*

ť

F H3:ro-5T UFČKSI 30DU VÝSTUPU A UHLU LOMU HA V..-.CS X 1 Bichard Regaszo, 3VTJM, P r a h a

Úvod Pro získání správných informací o poloze jakékoli vady v materiálu při prozvučování příčnými vlnami použitím &

úhlových sond je nutné znét bod výstupu a úhel lomu osového paprsku ultrazvukového 3vazku. V* praxi je chyba několika milimetrů v určení bodu výstupu, saraa o sobě, většinou zanedbatelné, ale protože cd bodu výstupu se měří úhól lo.-íiu. i&čže mít i tato chyba značný vliv na přesnost jeho oěření a tím i na p?e3no3t lokalizace vad. Tyto parametry dhlových sond se vStSinou u r č u j í na k o n t r o l n í nžrce X 1 podle ČSN 35 6S35, která je v souladu 3 inčriraai uvedenými v doferiunentech 130 (TC 44) 494 E (Moversber 1570), E3 2704/1966, DIK ?4i2G apod. OdpovSdžt na o t é s Icu p vňiilcosti chyb v určení bodu výstupu a úhlu lomu p ř i p o u ž i t í měrky K 1 t\e:\í možné, protošs by bylo nutné uvážit i a n i z o t r o p i i E:9tei*iclu aěrky K 1 a značnou nepravidelnost v rozložerit ultrazvukové energie ve svazku, co3 natií snadní.

P ř e s t o .jo v l i v gpoft-ífcrie

jr.ěvky K 1 na přednost :3?ř«ní

těchto p&r^KaCi'u důl o žitým TakhorsiPi, o nírsí aůijs být po.je<.*náno po.-noraž jeriíicduobýú; íyísoban.

Zabývul ê tím Jí. J..»

C^rsM, !'t?rý shrnul výslealcy svóho vý^kt:n:U v I I Ví Dec, VC - 130 - 68/02. n i- -S .-.;-, -f

v tJÍ-; • j y v 'o *, l : ,j\. ]

V ČSN 35 6885 na str. 5 ČI. 21 je uvedena tato netodika určení bodu výstupu: "Bodem výstupu se nazývá bod, ve kteréa opouští osový paprsek sondu. Průmět polohy toho-

j .; :

to bodu je obvykle znázorněn přímo na boční stěně sondy ryskou* Ke kontrole polohy značky bodu výstupu se využívá válcová plocha měrky R = 100 nun. Sonda se umis£uje nad střed křivosti válcové plochy v místě zářezu v takové poloze, ve které echo od válcové plochy dosahuje maximální výSky. V této poloze sondy se má ryska bodu výstupu na sondě krýt s přadní hranou středového zářez", měrky (obr. 5 ) .

; i ] j -I =í i '.i

Leíí-li značka na sondě mimo tuto hranu, je nutno její polohu opravit, tzn. zakreslit na sondě novou rysku, určující skutečný průmět bodu vý3tupu." Princip metody spočívá ve změně směru dráhy osového paprsku po odrazu od válcové plochy měrky v těch případech, ve kterých bod výstupu není umístěn ve středu křivosti válcové plochy - viz body A a C na obr. 1. Pouze v poloze označené bodem B se odražený osový paprsek vrací k sondě v původním směru. Tato teorie však zanedbává vliv prostorového charakteru ultrazvukového sosáku na polohu sondy pro získání echa maximální výšky od válcové plochy měrky, což je ukázáno na obr. 2, Sonda je umístěna na povrchu měrky v takové poloze, ve které bod výstupu I (probe index) je totožný se středem křivosti válcové plochy O. Z obrázku vyplývá, že paprsek, který v.yc.hfSzí z bodu B, se vrací do sondy v bodě B' po odrazu od válcová plochy, zatímco prxprsek vycházející z bodu Arcíjí sondu po odrazu a protíná povrch wěrky K 1 v bodě A . Přitom platí, že vzdálenost AB se rovná průmětu efektivního průařru měniče, nebo průoStu odpovídajícího rozměru u pravoúhlých rcSničů, dc zkušební polohy. Z obr. 2 tíále plyne, Že pro to, a'sy všechna energie círařeného svazku dopadla zpět na aktivní povrch sondy
í ] ^j I 4

j 'j i •j í i |

sondu přestavit doprava o vzdálenost 10 tak, aby platilo A s B a B s A , jak Je ukázáno na obr. 3. Za předpokladu, Že AB Je aktivní povrch sondy, osový paprsek vychází kolmo ze středu měniče a dopadá na povrch AB v bodě I, byly odvozeny pro výpočet vzdálenosti 10 tyto vztahyi (1)

I

i

^ k d e ;

C

L plex

C<

T ocel

C4) =

rychlost podélných vln v plexiskle sondy, = rychlost příčných vln v mSrce K 1,

a » AI = BI s -^|- AB, R = PO = QO = poloměr válcové plochy, & = Uhel lomu, r = poloměr měniče. Z rovnic (1) až (4) vyplývá, že určení bodu výstupu bude tím přesnější, tj. vzdáLTenost 10 buóe tím aenSí, íím poloměr roěniče o úhel lomu budou menší. Poloměr válcová plochy měrky K 1 js 100 mm, ale použije-li ae větší polomér, např. H 140 mm Sulzerovy měrky uvedené v ES 2704/1*66, dosáhne ae vySŠÍ přesnosti v určení bodu výstupu, zaiímso použitím válcové plochy o menším polorcěru, např. B 25 nebo

- 7-

1 yO cm raěrky K 2 uvedené v ČSN 35 6886, nastane nacpsik její snížení. Z rovxiice (4) také plyne, že chyba v určení bodu výstupu reste s poklesem rychlosti šíření příčných vln v materiálu mírky. Tzn., že pro stejnou sondu bude bod výstupu určený na laěrce K 1 z hliníku v^. » 3080 m/s více odchýlen od skutečného bodu výstupu, než při použití měrky K 1 z oceli tepelně zpracované podle ČSN 35 6885 v t = = 3255 m/s. Podle rovnic (1) až (4) byly vypočteny hodnoty 10 pro úhly lomu 45 °, 60 °t 70 ° a průměry měniče 23, 15 a 10 mc. Získané výsledky jsou uvedeny v tab. 1. Na základě těchto vypočítaných hodnot lze poznamenat, že je-li přesnost odečítání bodu výstupu na stupnici měrky K 1 v praxi asi-+ 1 mm, lze chybu v určení bodu výstupu přehlížet většinou u sond 45 °, u sond 60 °, nepřekračuje-li a u sond 70 °, nepřekračuje-li průměr měniměniče 15 o Se 12 mm* Určení úhlu lomu Úhel lomu osového paprsku se určuje přímým svazkem na měrce K 1 použitím válcové plochy vývrtu 0 50 mm. V ČSN 35 6885 na etr. 6 či. 25 je uvedena tato metodika určení úhlu lomu: "Úhel lomu je definován jako úhel, který svírá osový paprsek lomeného svazku s normálou povrchu (viz obr* 5)« K jeho určení je třeba znát bod. výstupu svazku íčl. 21). Ke kontrole úhlu lomu se sonda umístuje na měrce (podle úhlu 8ondy) do polohy: a) 35 ° a2 60 °

b) 60 ° a£ 75 ° c) 75 °.\aZ 80 ° - viz obr. 9» — 8 —

'•j

Na agree se nalezne taková poloha sondy* aby echa od použitého otvoru byla maxipalní. V této poloze se kontroluje, kryje-li se bod výstupu sondy se značkou n% aěrce pro příslušný úhel lomu. Jestliie se obě znaSky nekryjí, odečte se skutečný úhel lontu, a tím se stanoví 1 jeho odchylka od jmenovitého úhlu lamu."

] ) j i ;j

Metoda je založena na předpokladu, Se echo aaiimální výšky se získá tehdy, když osový paprsek ultrazvukového svazku vycházející z bodu výstupu proběhne dráhu, která vede příao do středu vývrtu* Úhel, který tato dráha svírá s normálou k povrchu vedenou bodem výstupu, je úhel lomu &

\ ] j •i

Stejně jako při určení bodu výstupu je i nyní zanedbán vliv prostorového charakteru ultrazvukového svazku na polohu sondy pro získání echa uaxiaální výsky od válcové plochy vývrtu 0 30 an.

} 1 1 i I

1 |

J \ i ] Í ;]

Na obr. 4 je tato dráha označena IJ a úhel lomu oaového paprsku B se rovná např, ICY. Protože svazek oá určitou Šířku, paprsek vystupující ze sondy v bodS É se bude chovat zcela jinak než osový paprsek, bude odrážen od vývrtu ? bo=d§ S a k povrchu měrky se vrací dráhou S E # . Podobně paprsek opouštějící sondu v bodě" F se odráží od vývrtu v bodě P a má dráhu PF*zpěi k povrchu. Kromě toho paprsky vracející ae k sondě vlevo od bodu I budou mít dhel lomu f větSi než St zatímco paprsky vracející se vpravo od Z budou oít áhel lomu $ sjanšl neí & .Situace je znázorněna na obr. 5. Nn aktivní povrch sondy se vrací po odrazu jen úzký svazek paprsků, vystupující ze sondy v oblasti W, který není souměrně rozložen kolem-osového paprsku* K vjpoStu rossáhu tohoto úzkého svazku paprsků a prúaěrné hodnoty úhlu lomu je nutné určit hodnoty IB a IF pro E ' 2 A a F* -~- B (obr. 4 ) * Za těchto podmínek bude úhel odraženého poprsku v A (2 7 - &) a v B ( 2 0 - B ). t5hel lomu určený na měrce K 1 pak bude průsěrná hodnota z hodnot těchto dvou asznfch

'íhlb. Fr-o výpočet hodnot (2 f - & ) a (2 j> - & ) byly odvozeny tyto rovnice: (CY - CJ cotv ) fin 2(y - 9) cos 9 cos (2y- 9)

££' Fp'

.

Cos Cos (9 cos Í2fí - &)

(5)

(6) Í

>) -JEJ ci

(7)

(8)

Podle rovnic (5) fež (8) byly vypočteny hodnoty IE, IP a IE + IF pro úhly lomu 45 °, 60 °, 70 °, průněry měniče 23, 15, 10 Em. Výsledky, kterých bylo dosaženo, jsou uvedeny v tub. 2. Tab. 3 uSává vypočítaný úhel lomu a ukazuje také, Jak JEČ že být sin§něn chybami zavin5ný?ni použitím bodu výstupu, uvčenáho na kontrolní rat re e K 1, jp.ko výchozího bodu pro rařření úhlu lomu. Dále je v tah. 3. u-rázdn vliv nepřesnost i v oáeSítání bodu výstupu i 1 BIB na určení úhlu ioau. Se zřetelem k tab. 2 a k tab. 3 I / É konstatovřit, že •uhel lomu sondy 60 ° lze určovat i 7 op^Sná rtrsny tabr'sy K 1. Avžak u r 3 í - l i ae určený úhel IOL.U Z ťJto etinny, kde vývrt 0 50 snia je jen 30 am pod povpehea, vcfiíklt5 chyhy budou vl'i'iS ne? kdy£ bude použit p r o t i l e h l ý povrch. Z tab. 2 vypTý^é, že tuto skutečnost lae vysvětlit t i n , Že čin: menš í ,1o vzdálenost sondy oci vývrtu, tím 5iréx svazek paprsků po oóraan cop-.íítu- zpět na alí"tivňí povrch sondy, t z n . budou 7iichjc«\r;:i i r::pr:íky víc« víidá\c;-g od o3v\4ho paprsku a tím ^ VÍC-. r.:.'::.ýl- ;;y od Úhlu lOP.U ÍT .

4

j

.i i i] j j ] j |

I

•;; j j

Závěry Ze získaných výoledků lze učinit tyto závšvy. 1. Bod výstupu určený na mírce K 1 je nepatrně posunut ::Q bod, ve kterém osový paprsek vycházející ze středu aiSniče protne základnu sondy. 2. Tato chyba v určení bodu výstupu na měrce K 1 se zv?tSuje 8 růstem průměru měniče a úhlu lomu. Sále roste 3 peklesem rychlosti příčných vln v materiálu měrky K i. 3. S přihlédnutím k nepřesnostem měření je bod výstupu • určený na kontrolní měrce K 1 dostatečně přesný pro větSinu praktických aplikací v těchto případech:

j j ;

pro sondu 45 t nepřekračuje-li průměr měniče 23 mm, pro sondu 60 °, nepřekračuje-li průměr měniče 15 mra a pro sondu 70 ° # nepřekračuje-11 průměr měniče 12 mro*

j

j |

4* Óhel lomu j* určován úzkým svazkem paprsků, neoyaetrieky rozložených koles osového paprsku. Z této příčiny s«s na měrce K 1 určí úhel lomu menší než je skutečný úhel lomu osového paprsku* Tato chyba je tím větší, čím je tento svazek širší.

! j 4

5. Šířka úzkého svazku roste a růstem průměru xěnJČe, ale kles*' s růstem úhlu lomu a s růstem vzdálenosti mezi bodem výstupu a vývrtea 0 50 mm v aSrce K 1,

i 1 ] j

6. U sondy 60 ° může být úhel lomu určen z kteréhokoli z obou protilehlých povrchů. PřeahějSí výsledek se vSak získá umístěním sondy na povrch vzdálený od osy vývrtu 70 sanw

I j •I x

7. Chyby zaviněné nepřesností ve výrobě sondy a mSrky K i zaviní dalSÍ zvýšení nepřesností v určení bodu výstupu a» * úhlu lomu.

' JÍ

i 1

Seznam tabulek Tab* I . Vypočítané chyby v určení bodu výstupu (10) na aěrce K 1. '

•i. i \ \

Tab. 2. Vypořítaná Šířka úzkého svazku paprsků (IS + IF). Tab. 3. Vypočítané úhly loau.

i

obrázků Obr* X* Vliv polohy sondy na dráhu odráženého osového pa- ,1

prsku. Obr* 2. Vliv Šířky svazku na určení bodu výstupu. Cbr. 3* Poloha sondy pro získéaí echa maximální v^šky. Obr. 4* Určení úhlu lomu. Cbr. 5. C;-s+ sv:-?kas kíer/. určuje úhel lomu na měroje K 1.

í

I

fM

O

O

r-l

(V

tf\

^1

O

O

«t

ri

O

(O

ťV 1^1

« CM

'ř t-4

S3 %5ř "?

in n

N

*

«

H

c»i

r-i

MN

O

«•> v>

o

3 1 4

%

«\ *

•

N

N n

•O

•*

tM

%

«•» ^

O

M

1*1

•^

r*4

(*\ Cli

f>

IÍN

m

IA

..tft

n

n

N

«•

«i

i-»

m

r"> «f*

O

»O

O

O

IM

•"* **s !> f* A» <; «^ S3

n

u\ o

{V

#H

«H

Ift

Ift

K>

•I •i

O

IV Í'

C* 3\

- 13 -

O

rv

^m

ses

^9

,,,nov:1.

Hloubka vývrtu

ií .50 mm pod zbuď• pO""TChf;Kl

RozBiSry úzkého evtzku IE /mm /

, ~ ,

I? /mm /

IS + IP

/ ma f 9

70

1.75

2.30

4-05

-;

Y'j

70

1.15

1.50

2.65

',3

TO

70

0.75

1.00

1.75

•"0

Í3

70

1.50

1.85

3.35

15

70

1.0C

1.20

2.20

".C

70

0.65

0.80

1.45

j-

:.i

"5 Ti

3-30

6.30

9.60

-v

i>

30

2.40

3.60

6.CO

10

30

1.80

2.20

4.00

'-I

20

2.10

4.20

6.30

7.2

15

30

1.80

2.4C

4.20

~,-

''. ?

30

1.J2

1.50

2.82

}

•

.

- 14 -

1 i

•

/i/ Jmen.

úhel

IOEU

Jmen. průměr měniče 2r

i

1

Hloubko vývrtu žř 50 mm pod .povrchem

/mm/

Čhel lomu pro skuteč. bod výstupu

n/ Chybě bodu výstupu n» měrce K1

/v

/V

/3/ * / ! /-/V tíhel lomu p r o bod výístxpu uríeny K1

/ ?

|

s

ch.yl'O'j

l>Od-J

t 1

V/:'í'.ipi

/V

45

23

7J3

44.1

- 0.54

43.46

45

15

70

44.4

- c.iíS>

44.13

44.S7 - «.33

45

10

70

44.5'

- 0.16

4'+-34

45.16 - .;3-52

60

23

70

59.6 '

- O.46

5S.U

5SÓ4 - 5S.74

50

15

70

59.7

- 0.20

59.5C

5v.^0 - jy.ic

ÓO

10

70

59.65

- C.C9

59.76

S0.1£ - Síí.36

(50

23

20

56.6

- 1.11

5-;.4ÍJ

50

15

30

58.5

- 0.4S

5e.i1

60

10

30

>9.5

- C.22

7C

«?3

30

- 0.70

30

-

TG 1 V/

•- v.'

:o

•čy.fO

';C.C4 - 3C.32 67. í>

C.jl

- C.I.;

- 15 -

55/.07 - 57.15

CS.33 - 67.51 C9'T>č - t £ . 7 O

69.6Ó

7.' , 3 " - , í *, ?.'-

- 16 -

"i

- 17 -

1

- 18 -

- 19 -

- 20 -

PRO 2K0U§£KÍ ULTRAZVUKEM PŘI TEPLOTÁCH •I

DO 150 °C lag* Antonín Bumbálek, ŠKODA, n.p., Plzeň, závod Výstavba Jaderných elektráren

1. tivod

3

Ultrazvuková skouSení sa zvýšené teploty Je novým odvfttvím v oblaatl nedestruktivní defektoskopie* První pola. dávky ňa tento způsob skoulení ae objevily teprve v nedávná minulosti - v aouvisloati se zkoušením mnohavratvových svarových spojů za předehřevu svařovaných dílů* Proto bylo zatím vypracováno a publikováno Jen vela! sálo výzkumných a experimentálních prací, Z dostupných prací Jsou to např* výsledky ovSrování vlastností dvou speciálních úhlových sond ozn* 1B60HT (výrobce fa Srautkreaer, MSH) publikovaná výzkumnými pracovníky VOEST Linec /l/« V práci / 2 / sa potoa popisuje způsob zkouBení svarových spojů nátrubků příaoo sondou sa předehřevu skouienee na teplotu 150 °C« Z výie uvedených prací vyplývá, la největší rozdíly nesl zkouSkou ultrazvukem za studena a za tepla se vyskytují v oblasti sond a Jejich přípravy k vlastními siření. Vzhledem k tonu, Se standardní úhlová sondy bSSnft používaná při zkoušení svarových spojů sa studena Jsou konstruovány pouze pro práci za nízkých teplot, /je nutná pro potřeby zkouSení za tepla buď opatřit tyto standardní úhlová sondy účianýa chlazením, která by zabránilo Jejich zniSení působením značně vysoká teploty zkouSence^ aebo vyvinout a vyrobit speciální sondy z materiálu, který snese požadovaná vy2.1 ť teploty. Z obou možností se Jevf jako vhodnSJSÍ výr roba speciální sondy. U sond 8 chladicím okruhem: Jsou znafiaé nároky na přípravu provozu, zhoršují se manipulační ao2- 21 -

no3ti a hrozí nebezpečí, že se při přerušení chlazení sonda zničí, což nepříznivě ovlivňuje použití těchto oond při vlastním zkoušení,

j j

Začátkem roku 1971 začaly na našem pracovišti práce j na vývoji a výrobě úhlových sond bez chladicího okruhu, po- 1 mocí nichž je možné dělat zkoušky ultrazvukem při teplotách i zkoušence do 150 °C. V dalších kapitolách jsou popsány prá- •; ce spojené s výběrem vhodného materiálu pro výrobu uvedených úhlových sond, s konstrukcí těchto sond a s ověřováním jejich vlastností za provozu. 2. Volba nateriáltt pro výrobu sond Jedním z hlavních úkolu, která se musely při výrobě úhlových sond použitelných při zkoušení za teplot do 150 °C řešit, byla volba vhodných materiálů. Běžně používané úhlové sondy mají klín vyrobený z plexiskla. Protože však plexisklo měkne již při 50 až 60 °G, nedá se použít pro výrobu klíuu úhlových sond určených pro zkoušení za teplot do 150 °C. Bylo třeba hledat jiný materiál, který by spolehlivé vydržel teplotu 150 °C. Z dostupných materiálů se naSim požadavkům nejvíce přiblížila epoxidová pryskyřice EFOXY CH 13 • Vytvrzuje se při teplotě asi 130 °C a začíná měknout až při teplotách nad 150 °C. Z používaných elektro akustických ni? nič A jsou vhodné pro použiti u těchto úhlových sond •neniče vyrobené z křemenu, který si uchovává vyhovující piezoelektrické vlastnosti až do 300 °C, nebo měniče ze zirkonátové keramiky, u nichž je hranice použitelnosti na teolotS 150 °C i vy3ší - podle typu keramiky /3/«

t-

I ;

I*

0

.

cn

£_ f

, -

í ' -7

1 í >i

1

3. Experimentální vyžetření akustických vlastností expoxidové pryskyřice BPOXY CH 13 Experimentální vySetřování akustických vlastností uvedené pryskyřice bylo zaměřeno na zjiStěnf závislosti rychlosti Síření a útlumu ultrazvukových vln na teplotě.

3

Měřilo se na zařízení1 uspořádaném tímto způsobem:

I i :| I I I

Lázeň pro ohřev měrného vzorku z pryskyřice EPOXY CH 13 - transformátorový olej - byla umístěna v plechové vaně o rozměrech 330 x 300 x 200 mm. Vana byla ještě opatřena topnou spirálou a míchačkou. Teplota lázně se udržovála na zvolené teplotě pomocí regulačního teploměru VERTEX a regulátoru, kterým se ovládalo zapínání a vypínání ohřevu lázně. Ve vaně byl ještě uložen ocelový hranol, jehož horní plocha se nacházela na úrovni hladiny lázně. Teplota olejové lázně se průběžně měřila pomocí dalšího rtulového teploměru a dvou termočlánků typu chromel-alumel*

"i

I ] I J I

*

Stejný typ termočlánků byl použit i pro měření teploty zkušebního vzorku. Teplota ocelového hranolu se sledovala pomocí dvou mikrotermočlánků, umístěných v protilehlých rozích hranolu v těsné blízkosti jeho horní plochy. Teploty měřené termočlánkem i nikrotermočlánkem byly registrovány dvanáctikanálovým zapisovačem. Rychlost i útlum ultrazvukových vln se měřil na vzorku válcového tvaru - průměr 45 mm, výška 10 mm - s upevněným termočlánkem. Vlastní měření se potom uskutečňovalo pomocí ultrazvukového defektoskopu USIP-10 W a přímé sondy frekvence 2 MHz. Postup měření: Po zapnutí topení, míchání a zapisovače se na regulačním teploměru n&stavila zvolená teplota, při níž se mělo mšřit,a vySkalo se ustálení a vyrovnaní tenlot olejové láz- 21 -

ně, v ní ponořeného měrného vzorku a ocelového hranolu. Při měření rychlosti a útlumu byl vzorek uložen na ocelovém hranolu tak, Se se jeho zkušební plocha nacházela nad úrovní (při teplotách do 100 °C) nebo na úrovni hladiny olejové lázně (při teplotách blízkých 150 °C). Rychlost se měřila srovnávací metodou, která je podrobně popsána v práci /4/. Pro určení velikosti útlumu byl zjištován podíl akustických tlaků (v decibelech) získaných na měniči sondy po prvním a druhém průchodu svazku vzorkem* Obě měření se na každá ze zvolených teplot vždy několikrát opakovala. Součinitel útlumu byl potom počítán pro průměrná počty decibelu naměřené na jednotlivých měrných teplotách. Průběh závislosti rychlosti ultrazvukových vln a jejich útlumu na teplotě je zaznamenán na obrázcích 1 a 2* Body, mezi nimiS jsou dvě křivky proloženy, představují vidy průměrnou hodnotu z měření za předem zvolených teplot při čtyřech cyklech ohřev - chladnuti měrného vzorku. 4« Vývo.1 a výroba úhlové,sondy Při návrhu uspořádání úhlové sondy pro zkouSení za vySSÍch teplot byly uvažovány dvě základní varianty, lišící ee od sebe způsoben tlumeni části svazku odražené zpět do klínu sondy na rozhrenf mezi sondou - jejím klínem-. a zkouSeným materiálem. První varianta předpokládala stejné uspořádání, jaké je použito u běžně užívaných úhlových sond určených pro zkoušení za studena, tj. tlumeni parazitních impulsů za pomoci tlumícího tělíska přilepeného na vhodnou plochu klínu sondy. 1

Klín námi vyvíjené úhlové sondy pro zkoušení při teplotách do 150 °C byl vyroben a pryskyřice TSOXX CH 13. Jeho nejdůležitější parametr, tj. úhel, který svírá plocha určená pro připevnění elektroakustického měniče a základ-24 -

j % |

| | j .| I I

1

nt plocha klínu (Je při zkoušení ve styku s povrchem zkoušence), se vypočítal pro požadovaná úhly vstupu svazku do materiálu ze Snellova zákona na základě znalosti rychlosti ultrazvuku v materiálu klínu sondy při výpočtové teploté a v materiálu zlcoušence. xluvicí tělísko se u tohoto typu úhlových sond odlévalo přímo na příslušnou plochu klínu. Tlumicí hmota obsahovala tři váhové díly wolfránového prášku na Jeden díl pryskyřice BPOXY CH 13. Po vytvrzení tělíska na teplotě 130 °C se celý klín opracoval na konečný tvar. Z elektroakustických měničů byly u této varianty uspořádání sondy používány výhradně měniče křemenné o průměru 12 mm, reap. 30 BUD a o frekvenci 1,5 MHz a 2 MHz. Na Jednotlivých vzorcích sond se vyzkoušely tyto způsoby připevnění měniče ke klínu: a) lepení pryskyřicí CHS 104 b) přilepení pryskyřicí CHS 104, kombinovaně mechanickým držením c) přilepení lepidlem T1X0 K 1 d) přilepení pryskyřicí EPOXY CH 13 e) přilepení pryskyřicí EPOXY CH 13 t kombinované mechanickým držením f) mechanické držení. Všechny zhotovené vzorky sond byly podrobeny informativní zkoušce tepelné odolnosti na srovnávací měrce s regulovaným ohřevem /5/. Při nich se ukázalo, že největším problémem u takto konstruovaných sond je připevnění elektroakustického měniče ke klínu sondy. U všech použitelných způsobů připevnění nastávalo už na teplotách menších než 150 °C částečné* odlepení měniče, což mělo vždy za následek zmenšení Jeho tlumení* a z toho vyplývající výrazné zvětšení mrtvého pásma eondy. Nejnadějnější výsledky byly získány u eondy s měničem průměru 12 mm mechanicky drženým, kte- 25 -

rá vydržela dlouhodobě teplotu 150 C, ale vlivem nedokonalého tlumení neniče u ní zůstalo velké mrtvé pásmo. U druhé varianty uspořádání úhlové sondy se nežádoucí impulsy tlumí ve vlastním klínu, který má pro tento účel upravený tvar a rozměry* Klín je znázorněn na obr. 3. Rýhované plochy klínu zabezpečují rozptyl částí svazku^ vrátivSího se od rozhraní mezi sondou a povrchem zkousence do klínu, což má za následek značné prodloužení jeho dráhy v klínu a tím i jeho výrazné utlumení. Je sníSeno také nebezpečí dopadu těchto impulsů na měnič. Úhel klínu byl určován stejným způsobem jakc u výše uvedené první varianty uspořádání úhlové sondy. S tímto typem klínu byly vyrobeny celkem čtyři úhlové sondy: dvě s úhlem vstupu svazku do materiálu zkouSence 45 ° se zirkonátovým měničem o frekvenci 2 MHz a 4 MHz a dvě 8 úhlem vstupu 60 ° se stejnými měniči a frekvencemi jako v předcházejícím případě. Jsou značeny: V2S45-19, V2S60-10, V4S45-2, V4S60-2. Na obrázku 4 je znázorněn řez úhlovou sondou pro zkoušení za teploty 150 °C. Poloha elektroakustického měniče (2) na ploše klínu (1) se udržuje pomocí vložky z texgviBoidu (4) spojené s klinear dvěma šrouby M 2 s kuželovou hlavou. Jako vazební prostředek mezi měnič (2) a klín (1) byl použit metylsilikonový olej LUKOOIL M. Na měnič (2) se vložila korková zátka (5) obalená hliníkovou fólií (6), jejímž prostřednictvím se spojila horní elektricky vodivá vrstva měniče (2) s vnitřním kontaktem konektoru (8). Spojení spodní elektricky vodivé vrstvy měniče (2) s vng.jSí částí konektoru (8) je uskutečněno pomocí pružinky (<) z postříbřeného drátu tlouSíky 0,2 mm. P/-5tl«.*ení
o 4 s v u s

1 konektoru (8) se zabezpečuje po smontování sondy pojistnou j maticí (9). I

_

n

Přizpůsobovací cívka je umístěna mimo sondu - v redukci, která se vkládá mezi sondu a vysokofrekvenční kabel, vedený ke konektoru ultrazvukového defektoskopu. U takto uspořádané sondy se dosáhlo zásluhou použlti měniče malého průměru a přibližně stejně velké přítlačné plochy výrazného zlepšení1 tlumení měniče a tím 1 zmenšení mrtvého pásma sondy.

1U

Při informativním ověřovánf teplotní odolnosti na srovnávací měrce s regulovatelným ohřevem snesly spolehlivě všechny čtyři uvedené úhlové sondy teplotu 150 až 160 °C. >vé íi Vlastnosti těchto sond byly ovJřovány/ dalSími podrobnými měřeními. 5. Porovnání citlivosti navržených úhlových sond s citlivostí úhlových sond KRETZ

1

m e

se

Citlivost čtyř vyrobených úhlových sond se porovnávala s citlivostí úhlových sond fy KRETZ pomocí defektoskopu USIP-10 na neohřáté měrce se dvěma umělými, vadami válcového tvaru. Průměr obou otvorů je 4 mm. U vSech sond se zjiSíoval počet decibelů potřebných pro nastavení výsky poruchového echa na předem zvolenou úroveň při jinak konstantní pracovní citlivosti přístroje. Průměrné počty decibelů z několika měření pro jednotlivé sondy a umělé vady jsou zaznamenány v tabulce 1. Z porovnání těchto výsledků vyplývá, že sondy pro zkoušení za tepla o frekvenci 2 MHz mají o 15 dB, reap, o 6 dB nižší citlivost než sondy KRETZ, zatímco sonda o frekvenci 4 MHz, ozn. V4S45-2, má citlivost * o 4 dB vyšSí a sonda V4S60-2 citlivost stejnou.

J-. • Ze vzájemného porovnání sond o frekvenci 2 a 4 MHs _ i a vypočítaným úhlem vstupu 45 °, resp. 60 ° vyplývá, že u sond vyrobených pro zkoušení materiálu za tepla Je eit- 27 -

livost v případě aond 45 ° stejná a u sond 60 ° má sonda s pracovní frekvencí 2 KHz (V2S6O-1O) citlivost o 7 až 8 dB vyšší než sonda s frekvencí 4 UHz (V2S60-2), U úhlových sond KRETZ jsou tyto výsledky porovnání: - u sond s úhlem vstupu 45 ° je sonda s frekvencí 2 MMs o 19 dB citlivější než sonda 4 UHz - u sond s úhlem vstupu 60 ° je sonda s frekvencí 2 UHz o 14 dB citlivgjSÍ než sonda 4 UHz. Zjištěná rozdíly citlivosti porovnávaných aond jsou ovlivněny velikostí a druhem elektroakustického měniče, pracovní frekvencí měniče, velikostí součinitele útlumu ultrazvukových vln v materiálu klínu sondy, druhem a kvalitou tlumení kmitů měniče a konstrukcí klínu sondy hlavně tlouSíkou klínu v místě přiložení měniče. 6. Ověření závislosti citlivosti navržených sond na teplotě a Zase Závislost citlivosti vyrobených úhlových aond na teplotě a čase byla ověřována na zkušebním zařízení s ohřívanou mSrkou /5/. Všechna měření za tepla se dělala ultrazvukovým defektoskopenr USIP-10. Jako vazební prostředek mezi scndou a povrchem zkušební měrky posloužil metylsilikonový olej LUKOOIL MF. Při ověřování závislosti citlivosti úhlových sond na teplotě byly sondy přiloženy na zkušební plochu měrky ihned po zahájení ohřevu měrky. Po dosažení každé ze zvolených teplot při postupném ohřívání měrky na teplotu 150 °C se nastavila n& regulačním autotransformátoru taková hodncta napětí, již dříve experimentálně zjištěná, při níž zůstala teplota měrky kónotantni. Vlastní měření bylo možná až po uplynutí asi 30 minut, tj. po tepelné stabilizaci měrky/ i sledovaných >Shlových sond. Při něm se určoval počet decibelů, potřebný pro nastavení* ech vyvolaných, na obrazovce - 28 -

defektoskopu odrazem ultrazvukových vln od obou umělých vad měrky, na předem zvolenou výšku stejnou pro všechna provedená měřeni. Ve všech čtyřech cyklech se na každé zvolené teplotě měření několikrát opakovalo. Z naměřenýoh hodnot pak byla pro každou sondu určena závislost citlivosti na teplotě. Tyto závislosti jsou zaznamenány na obr. 5 až 8. Z výsledku měření za účelem ověřeni závislosti citlivosti vyrobených úhlových sond na teplotě vyplývá, že citlivost sond klesá s rostoucí teplotou v intervalu 25 až 100 °C a je konstantní1 v intervalu 100 až 150 °C. U sondy V2S45-19 klesá citlivost o 4 dB, u sondy Y2S6O-1O o 10 dB, u sondy V4S45-2 o 6 dB a u sondy V4S60-2 o 12 dB. Při teplotě 150 °C je moiné nalézt sondou V2S45-19 vadu náhradní velikosti D n » 2,8 mm do hloubky 200 mm, sondami V2S6O-1O a V4S45-2 vadu D n = 4 mm také do hloubky 200 mm a sondou V4S6O-2 vadu D n = 5,6 mm do hloubky 150 mm. Při ověřování závislosti citlivosti úhlových sond na Čase se ohřev a stabilizace teploty měrky uskutečňovaly stejným způsobem Jako v předcházejícím případě. Sondy zde však byly při každé teplotě přikládány na měrku studené* Měřilo se pouze na umělé vadě v hloubce 60 mm, a to tak, aby byl interval mezi dvěma po sobě následujícími měřeními co nejkratší. Příslušný počet decibelu při každém měřeni se určoval stejně jako při zjišlování závislosti citlivosti úhlové sondy na teplotě. Z hodnot naměřených v3emi čtyřmi sondami při teplotách 100, 110, 120, 130, 140 a 150 °C byly sestrojeny zjišťované závislosti citlivosti na čase. Průběhy této závislosti u všech čtyř sond při teplotě 150 °C jsou znázorněny na obr. 9 a 10. Z obr. je patrné, že se průběh závislosti citlivost}' na čase u sond 8 vypočítaným úhlem vstupu 45 ° výrazně 4 liší od průběhu této závislosti u sond s úhlem vstupu 60 °. U sond 45 ° - V2S45-19 » V4S45-2 - je am?na menší než 2 <3B - 29 -

i po déle trvájícím ohřevu sondy. K tepelné stabilizaci těchto sond postačí krátké přiložení - asi na pět minut na ohřátý* zkušební povrch. V sond 60 ° - V2S6O-1O a V4S60-2 - se po přiložení na ohřátý zkušební povrch citlivost v sávi8losti na čase mění - klesá o 4 až 5 dB. TepcZnrt stabilizace sondy a ustálení její citlivosti nastává v ty a to pf-í;>adě po 10 až 15 minutách. Výáe uvedený rosdťl mezi dobami potřebnými k ustálení citlivosti sond má svůj původ v cdliSné geometrii jejich klínů. U sond 60 °C je tlouélka klínu v miste přiložení měniče větSÍ než a sond 45 °. Svazek ultrazvukových vln vyslaný z měniče tedy musí uraxit delší dráhu než se dostane na rozhraní sonda - zkušební povrch měrky, což má při velkém útlumu materiálu klínu za následek jeho větší utlumení • Do materiálu měrky se dostane menší množství energie a poruchové echo od vady bude proto menší. Přesnost určení výchozího bodu křivky, udávající závislost citlivosti sondy na Case, je nepříznivě ovlivňována dálkou trvání prvního měření vykonaného bezprostředně po přiložení studené sondy na ohřátý zkušební povrch měrky. Výsledek měření je znám až po určité době styku sondy se zkušebním povrchem ohřáté měrky, kdy je sonda již Částečně tepelně stabilizována a nezachycuje proto stav v okamžiku přiložení sondy. \. Ověřenízávislosti úhlu vstupu svazku ultrazvukových vln do aateriálu na teplotě a Case Závislost úhlu vstupu svazku do materiálu na teplotě a čase se zjišťovala na stejném zařízení jako měření popisované v předcházející kapitole. Stejný byl i způsob ohřevu a tepelné stabilizace měrky a sondy, způsob přikládání ďond na ohřátou x&rku u obou druhů zjiSiovaných závislostí a počet měření na jednotlivých teplotách* Věření pro určení závislosti iShlu vstupu na teplotě se dělalo na obou umělých vadách, kdežto měření pro určení závislosti úhlu vstupu' na Sase opět pouze na umělé vadě v hloubce 60 am* -30 -

Při vlastain měřeni byla odečítána na zkuSebním povrchu měrky vzdalem>3t mezi přední stranou sondy a kolmým průmětem osy umělé vady do zkuSební plochy. Poloha sondy vždy odpovídala maximálnímu poruchovému echu vyvolanému sledovanou umělou vadou* Po zjištění místa vstupu svazku ultrazvukových vln z klínu sondy - pomocí kontrolní měrky K 1 - s e pro každé měření vypočítala odpovídající vzdálenost sněz i mí e tem výstupu z klínu sondy, resp* místem vstupu svazku do materiálu měrky, a kolmým průmětem osy umělé vady do zkušebního povrchu měrky. Ze známé polohy vady a výSe uvedené vzdálenosti se potom jednoduchým výpočtem určil pro kajklé měření odpovídající úhel vstupu. Zjištěné průběhy závislosti úhlu vstupu svazku do zkoušeného materiálu pro vSechny čtyři vyrobené sondy jsou zakresleny na obrázcích 11 až 14« Průběh závislosti úhlu vstupu na čase při teplotě 150 °C je pro jednotlivé sondy zakreslen na obr* 15 a 16. Z výsledků měření vyplývá, Se vliv teploty na úhel vstupu je u jednotlivých sond různý. U sondy V2S45-19 se s teplotou prakticky nemění, u sondy V2S6O-1O úhel vstupu s teplotou roste - ze 42 ° při teplotě 25 °C na 48 ° při teplotě 150 °C, u sondy V4S45-2 s rostoucí teplotcu mírně roste - v intervalu 25 až 150 °C o polovinu stupně a konečně u sondy V4S6O-2 výrazně s teplotou roste - od 43 ° při 25 °C do 49 ° při 150 °C. U obou sond s vypočítaným úhlea vstupu 60 ° se přsl teplotách vyšSích než 120 °C zpomaluje jeho růst a v intervalu 140 až 150 °C se prakticky nemění. Rozdíl aeai vypočítaným a skutečným úhlem vstupu u obou druhů sond je způsoben hlavně deformací klínů sond po jejich ohřátí v průběhu tepelné stabilizace a dalšího zkoušení. Nepříznivě se projevily i nepřesnosti vzniklé při určování závislosti rychlosti ultrazvuku v pryskyřici EPOXY. CH 13 na teplotě a závislosti úhlu vstupu těchto - 31 -

sond na t•plotě. Z ftorovaáai vftc Bv«d*a$*h rowlflft ných u jednot lirách sond a z rozboru vlivu teploty na deformaci klínu sond vyplývá, Se pro dosažení úhlu vstupu 45 ° a 60 ° je třeba volit úhly klinu 31 ° a 45 °. Změna úhlu vstupu v závislosti na Case je různá pro sondy s vypočítaným úhlem vstupu 45 ° a 60 °. U sond 45 ° - V2S45-19 a V4S45-2 - se úhel vstupu a časem.prakticky nemění: u sondy frekvence 2 MHz Je průměrná změna úhlu vstupu menší než polovina stupně, u sondy 4 HHz pak Jeden stupeň. Výraznější změna byla zjištěna při měřeni sondami 60 °. U obou těchto sond - V2S60-10 a V4SSO-2 - po Jejich přiložení na zkušební povrch ohřáté mdrky vzrostl úhel vstupu o 4 aí 6 °. U tepelně stabilizovaných sond se úhel vstupu Již neměnil. K ustáleni úhlu vstupu u sond 45 ° Je třeba přiložit tyto sondy na ohřátý zkoušenec na dobu 15 min. při teplotě zkouáence 100 až 150 °C. U sond 60 ° Je třeba prodloužit tuto dobu na 20 aS 25 minut. Rozdíly v Časových změnách úhlu vstupu mezí soiidami 45 ° a 60 ° Jsou i v tomto případě způsobeny různou tloušťkou klína sondy v místě přiloženi měniče. Z porovnáni časů potřebných k tepelné stabilizaci citlivosti a úhlu vstupu uvedených sond vyplývá, Se časově naroftnejěf Je tepelná stabilizace úhlu vstupu a proto se při provozním měření berou v úvahu právě tyto časy. Podobné jako při určování závislosti citlivosti na čase projevuje se 1 zde vliv nepřesnosti vzniklých při neřenl a doba trvání prvního měření bezprostředně po přiloženi' studené sondy na zkušební povrch ohřáté měrky* 8. ZávSr Úhlové sondy, jejichž konstrukce, výroba a ověřování vlastností bylo popisováno v předcházejících kapitolách, máji alespoň částečně přispět k rozSířeni ultrazvukového -32 -

zkouSeoí svarových spojů za vyšších teplot. K tomu, aby se tento nove vznikající obor nedestruktivní defektoskopie dostal na odpovídající vysokou úroveň, která je nezbytným předpokladem pro rozSíření tohoto druhu zkcuSek do výrobních závodil, bude vSak třeba realizovat jeStS mnoho prací v oblasti vývoje sond a vhodných materiálu pro ně a také v oblasti metodiky zkoušení. Jejich výsledky jistě přispějí i ke zvýšení rychlosti a spolehlivosti ultrazvukových zkouSek za vySSÍch teplot. Literatura ~ /I/ Silber F.A., Gangébauer 0.: Die Ultraschallprúfong heisser Schweissnahts /2/ Strudviek D.J.: Ultrasonic Testing at Veld Preheat Temperatures, 6, ICNT, Hannover, 197P

nm

7 3 / Vatras M.: Piezoelektrické ultrasvgkóvé sondy. Sborník přednážejc, DT ČVTS Praha, 1970 A / Krautkrámeri Mitteilungen zuř zerstorungfreien Verstorfprufung Ultraschall "Das Echo", N. 23, S. 339, Juni 1969 /5/ Bumbálek ^ Úhlové sondy pro zkoušení ultrazvukem při teplotách do 350 °C. Sborník přednes«k, DT ČVTS Praha, 1970

íab.l. Porovaéai citlivosti sond za studena Sondy 2 MHU Hloubka vady V2S4tf-19 XretK 45/2 Y2S60-10 • 60 um

50 dB , 54 dB

90 vm

Krét* 60/2

55 dB

50 dB

44 dB

39 dB

56 dB

50 dB

Sondy 4 HBs •

V4S45-3

Krét* 45/4 V4Sto>-2

Xretft 60/4

60 nm

50 dB

54 dB

57 dB

5S dB •

90 sm

5* dB

58 dB

64 dB

64 dB

3

a 3

1. i I

i 8

i a-

i I

3

ST.-

I to

•H

a

ta

* fv

*-«•

r.wmin

isiiNic

«a. ^-

Si. 5t

s

I

10.1a itihlovf

Ql>3?.3»

- - •

/

/

,,v-

v

ž-s úhlo-#ou sondau pi'o zlcouSení »a teploty 150°C 1 - kilu ?eí«viy, g ^. iáaAa, 3 Í» flbjiafca* 4 - vloik*, 5 - »4tl», i foilř>, ? - pr».«žinat P - konektor, 9 • pojistiti' 5 -

- 37

NASTAVENI ATBNUÁTQRU.

O

NASTAVENÍ ATĚNUATORU

s

% 9

a*

3a v o

Í

Hi

. • H

Si 15

• O

; §

'

O I

i*

I 5«8

š

D < •D oy

"I

i

o

Qjí

g

O e

i NASTAVENÍ ATENUATORU

O tr

NASTAVENI ATENUATORU

"

r

• •••

h a

60/nm

• • — h • 90mm

010

20 X

40

50 SO 70 SO 90

JÓQ ffl 120

TEPLOTA ZKOUŠENCE

Obr.7.

1

Wt 1ŠQ

tf°Cj

Závislost c i t l i v o s t i sondy V4S45-2 na t«plotS rkouSetice

50

60.

mm, i, » SOrnny •"•• h * 9Qmn»

70

1

o

SO'

5 0

Í0

20

30 4& 50 "60 70 éo'90' #0 110 120 130 140 153 TEPLOTA ZKOUŠENCE

Cbr.8* Závislost c i t l i v o s t i ôndy V4ÍJ60-2 na teploty

40-

V2S45-Í9

t

dB

a

60 V2S60-10 ^ /
fí

"8

O

5

Obr.S».

Sávisiost c i t l i v o s t i sond V2S45-19;a V2a«)s-lO íxa Čase p ř i teplotě skousence 15O°C

60

i

70

O

5

Obr.10.

10

15 20

25

30

35

40

45

50

55 60

Sávislost c i t l i v o s t i Acvd V4á45-2'a V436O-2 na Case p ř i t e p l o t ě skcuSence 1>O°C

o

O'

N to. I* (0 M O O

•is

*•

«)

M

«O

o*

I l

.si

o u

5

: i!

s

*=

•*'< ij Î

;

UHEL VSTUPU

I

3 §

I

o

3 w

o •!. o

. s f+
vn

š "

*

N

S

t

•a o r*

£§

§

O (0c

N

o

O O

a I

§

40

39

•

•

•

•

-

%

•

~5

•

-

O 10' 20

30

40

50

60

70

SJ

90

100 W

120 130 W) 150

TEPLOTA ZKOUŠENCE

Obr.13.

2/ivialcst úhlu vstupu sondy V4S45-2 na teplotě zJcouŠence

50 49

fi* 48 47

45

42 41

O JO

v»jr.l4.

20 &

ti

SO GO 70 €0 90 100 110 120 130 140 TEPLOTA ZKOUŠENCE P}

Závislost iMilu vstupu sondy V4S6O-2 na teplotS tkoudenee

I

i.j it

45 •7

4* 45

VSTUPU

1 •

O •<-

I 1 I <

V$S45-19

4f •

40.

•

0

5"- 10 15 20 jS

•

«

30 35 *0., 45. 50

Obr.15. Závislost úhlu vstupu soní V2S45-19 a V2S60-13 na fiaa« gři teplotS zkouSenco 15O°C \ O

1 f

5 42J/;^ 4a 38

0

5

«

15

»'25

30 35 40 45 50

-.. ,

55

ř^

ČAS

Obr. 16. Závislost áhlu vsť.-.pu sond V4S*5'2 a V4S60-2 na iaso při tsploiC akojiiênce 15O°C :

.

•""

-

~

4

3

-

~

•'•'

-•-•

• • . - : • '

ZAŘÍZENÍ PRO UUR&2VUK0V0U KONTROLU JAKOSTI SVARU SPIRÁLOVĚ SVAŽOVANÝCH TRUBEK Ing. Jiří Ullman, Nová hul Klementa Gottwxlda, Výzkumný a zkušební tistav, Ostrava - Kunčice

1. ťívod S výrobou spirálově svařovaných trubek je nerozlučně spjata i kontrola jakosti svarů. Nejstarší a nejobvyklejší kontrolní metodou je prozařování svarů rentgeneml Tento způsob kontrolor má své významné přednosti. Především je podrobně propracován a zakotven v normách. Poskytuje informaci o velikosti a charakteru vad a dokuaent o zkoušení. Nevýhodou prozařovacích metod je však značná pracnost a znaSné náklady,, Proto jsou vhodné především pro statistickou kontrolu jakosti výroby, kdežto stoprocentní kortrola vyrobených svarů tímto způsobem je obtížná. Vzhledem k tomu, že u trubek pro vysoký tlak, speciálně pro dopravu nafty a zemního plynu, se stoprocentní kontrola svarů vyžaduje (norma API 5 IS), rozšířili jsme v našem podniku dosavadní rentgenoskopickou kontrolu o kontrolu ultrazvukovou, která má tyto přednosti: a. vyhodnocení zkoušky může být automatické, rychlost kontroly může být stejná jako rychlost svařování, b. svar je možno zkoušet bezprostředně po zhotovení, což umožní vSasné zásahy do výrobní technologie, c. ultrazvuková zkouška je citlivější na vady typu trhlin, které mohou zůstat za nepříznivých podmínek při reatgenoskopické kontrole nezjištěny. Byli jsme si však vědomi i určitých nedostatků ultrazvukové kontroly. Především nezískáme informaci o druhu a - 44 -

[velikosti vad a nelz« zcela vyloučit ani vznik klamných [indikací vad. Dále je nutao poiitat se sníženou citlivostí k vadám kulovitého tvaru (bubliny, vaěstky). Je proto [nutné, aby automatická ultrazvuková kontrola svarů byla [spojena s doplňkovou kontrolou míst, označených jako vad(ná. Automatické ultrazvukové zařízení pro kontrolu Svarů [jsme vyvíjeli v našem podniku ve spolupráci se Státním výzkumným ústavem pro stavbu strojů v Běchovicích. V nalem I podniku jsae vyrobili mechanickou a registraSní 6ést saříIzení, uskutečnili ověřovací zkoušky, v SVÚSS vyrobili [vlastní ultrazvukový defektoskop. «2. Předběžné zkoušky Před stavbou automatického zkuSebního zařízení JÍ [udělali předběžné zkouSky nm vzorcích, odebraných ze apijrálově svařovaných trubek vyráběných v našem podniku, (které obsahovaly různé vady svarového spoje. ÚSelem těchto zkoušek bylo ověřit možnost zjištování prakticky se vyskytujících vad a posoudit hranici přípustnosti vad, urče[nou normou API 5 IS. Tato norma definuje hranici přípust[nosti vad velikostí poruchového echa od umělé vady ve forImě vývrtu o průměru 1,6 mm, kolmého k povrchu zkoušené [trubky. Alternativně urSuje tuto hranici jednou třetinou (výšky echa podobné umělé vady o průměru 3,2 am. K předběžným zkouškám byl použit ultrazvukový dsísktc[skop Krautkramer, typ USIP 10W, se sondami MS© 70 T. Pozdějji byly tyto zkoušky opakovány a přístrojem UID-R se sondalíni zhotovenými v SVtJSS pro vyvíjený automatický defektolakop. Výsledky byly v obou případech prakticky stejné. Jsou' [přehledně shrnuty na obr. 1, kde je znázorněno rozmezí velikosti poruchových ech jednotlivých druhů vad vzhledem (k umělým vadám podle API. Uvedené rozmezí má však pouze - 45 -

Informativní charakter, protože bylo stanoveno na poměrně malém počtu vzorku. Obr. 1 potvrzuje všeobecně známý poznatek, že nejlépe jsou indikovány vady podélně protažené 0 dostateSně velkou odrazovou plochou, nejhůře vady ku~ lovité, např. bubliny. Hranice třídění určená normou API 5 LS je zvolena optimálně, i když nezaručuje stoprocentní zjištění bublin. Další zvyšování citlivosti je vSak omezeno vznikem klamných indikací od nerovností povrchu svarového spoje. Pro zjiátění závažných vad, značně ovlivňujících pevnost svarového spoje, zůstává však značná rezerva citlivosti, takže nezjištění těchto vad bude velmi nálo pravděpodobné. llezi umělýai vadami o průměru 1,6 a 3,2 mm nebyl však zjiStěn noncou nepřímo předpokládaný rozdíl 10 dB, ale pouze. 3 až 5 dB. Sále bylo z ji Stěno, že při méně přesném vedení sond může vzniknout i povrchová vlna, působící klam-j né indikace vad* Ultrazvukový defektoskop, vyvíjený v SYÚSsJ byl pře to vybaven sondami s měniči o rozměrech asi 16 x 12 mm, teáy většími, než měly původně použité sondy W7B 70T. Větší roziaér měničů se ukázal výhodný i proto, že velikost poruchového echa se méně mění v závislosti na vzdálenosti vady a sondy, jak je to dokumentováno na obr. 2. To umožňuje použít větší vzdálenosti sond od svaru a snížit tiro-, veň Starali v oblasti svaru, způsobeného prouděním vody v objímkách sond. 3. Popla ultrazvukového zařízení Vyvinuté ultrazvukové zařízení se skládá z těchto částí: část,

ovlá-iání mechanické Části, ultrazvukový dsíektoskop, registrační část. Tyto částí j s c i popsány v da3Sích odstavcícft

3.1 Mechanická Část Základním prvkem mechanické části (obr. 3) je sloup, otočný v patním lqžieku, nesoucí vodorovné rameno, výškorě stavitelné pomocí Šroubu, poháněného elektromotorem. Za sloupem je umístěna instalační lávka, na které jsou uchyceny ovládací kabely, přívod chladicí.vody, zabezpečený tlakovým spínačem, přívod stlačeného vzduchu pro značkovací pistoli a nádržka na vodu, používanou jako vazební prostředí. é.

am-S JSSj 12 st í

ZkouSenou trubku je nutno dosti intenzívně chladit, protože teplota svaru.v místě kontroly je bez chlazení asi 200 °C. Trubka se chladí dvěma vodními tryskami. Chladicí voda se zachycuje v jímce pod zkoušenou trubkou a odi vádí do odpadu. " ' Na vodorovném rameni je zavěšen vozík, nesoucí systém aond a pomocná zařízení. Vozíkem je možno posouvat podél ramene pomocí šroubu a ručního kola. Vozík je dále otočný kolem svislé osy. Pomocí zdvihu ramene, natočení sloupu, posuvu a natočení vozíku, je možno sondový systén vždy ornístit do vhodné polohy vůči svaru při vSech rozměrech vyráběných trubek. Aparatura byla konstruována pío zkoušení trubek o průměru 324 až 630 cm 3 tloušíkou stěny 4 až 10 mm. Při seřizování aparatury je možno stejným způsobem přemístit sondy na etalon s umělou vadou, který je umístěn vedle zkoušené trubky. Jelikož směna polohy sond popsaným způsobem je složitá a nepoužitelná pro vyrovnávání kolísání polohy svaru během výroby, je možno systém sond dále posunovat ve směru kolmém na svar pomocí šroubu poháněného servomotorem v rozmezí asi 100 mm. Z požadavku zjistovat podélné i příčné vady vyplynula nutnost použít systém čtyř sond. Dvě sondy, orientované kolmo na svar, slouží ke zji§tování podélných a kulových vad v levé a pravé polovině svaru. Další dvě sondy, Šikmo - 47 -

orientované, jsou určeny pro zji5továni vad příčných. Všechny sondy jsou uloženy v samostatných výkyvných objímkách, sledujících povrch trubky. Konstrukce objímek umožňuje plynulé nastaveni mezery mezi sondou a povrchem trubky.(užívá se mezera asi 0,5 mm) a nezávislé otáčení sondy kolem vlastní osy. Objímky jsou dále vybaveny přívodem vazební kapaliny. Objímky se sondami jsou zavěšeny na speciálním závěsu (obr. 4)i který umožňuje samočinné výškové stavSní sond při změně polohy trubky, aniž se mění vzdálenost mezi sondami. Mezi sondami je dále uchyceno Sidlo pro snímání polohy svaru, pomocí kterého lze automaticky řídit polohu sond vůči svaru* V přední Části závěsu Je upevněna světelná značka pro kontrolu polohy sond. Pro značení místa vad přímo na trubce je v bezprostřední blízkosti sond zavěSena upravená automatická stříkací pistole LTA-1 spolu s ovládacím, solenoidovým ventilem. 3.2

Ovládáni mechanické části

Prvky ovládání mechanické části jsou umístěny v ovládací skříni spolu s ostatním elektrickým zařízením (obr. 5 ) . Aparatura mů£e pracovat ve dvou režimech. Při ručním ovládání je možno pomocí tlačítek ručně řídit zdvih ramene a jemný posuv systému sond ve směru kolmém na svar. Při automatickém ovládání řídí posuv systému sond samočinně čidlo polohy svaru. Zdvih ramene v tomto režisu ovládá pouze tlakové čidlo v okruhu chladicí vody. Při poklesu tlaku vyjede rameno do horní koncové polohy, aby se zabránilo poškození sond teplem. Vyjetí ramene do horní polohy a systému sond do krajní polohy signalizuje houkačka. Na panelu je ještě umístěn vypínač světelné značky a značkovací pistole.

- 48 -

3.3

Ultrazvukové defektoskop

Vlastní ultrazvukový defektoskop je rovněž umístěn jako samostatná jednotka v ovládací skříni. Jde o speciální defektoskop, vyvinutý pro tento účel v SVÓSS, Praha. Celý cyklus zkoušení svaru pomocí čtyř sond je rozdělen do čtyř taktů: Í

t-

l.takt.- kontrola akustické vazby mezi sondami č. 1 a 2. Sonda č. 1 Je vysílací, sonda č. 2 přijímací. 2.takt - Sonda č. 1 pracuje jako vysílač i přijímač a kontroluje levou polovinu svaru. 3.takt - Sonda č. 2 pracuje stejně jako sonda č. 1 ve 2.taktu. 4.takt - Sondy č. 3 a 4 kontrolují příčné vady. Jedna je vysílací, druhá přijímací. Sondy mají samostatné generátory, zesilovač je společný. Zkušební cyklus kontrolují tři monitory: 1. monitor - kontrola podélných vad (2.+3.takt). 2. monitor - kontrola příčných vad (4.takt). 3. monitor - kontrola akustické vazby (l.takt). Na obrazovce defektoakopu jsou znázorněny vždy dva zkušební takty současně. Je možno zobrazit buď 3. a 2. takt (kontrola na podélné vady) nebo 1. a 4. takt (akustická vazba + příčné vady).

^

Defektoskop je konstruován pro zkušební frekvenci 4 MKz. Ziak zesilovače je pevně nastaven, citlivost se řídí pouze atenuátorem. Defektoskop je dále vybaven odruSovacím zesilovačem, který při vnějších elektrických poruchách zablokuje monitory.

i

0 - 49 -

3.4 Registrační část Registrační část slouží k zaznamenání počtu vad na Jednotlivých trubkách. Skládá se ze dvou částí, ftídici jednotka Je umístěna v hlavni ovládací skříni na'stanovišti obsluhy, výstupní blok (obr* 6) je oddělen* umístěn na stanovišti doplňkové ruční'ultrazvukové kontroly. Výstupní blok obsahuje čtyři řady po třech počitadlech. Každá řada odpovídá jedné trubce a zaznamenává vady ve třech skupinách podle délky - tj. vady krátké, střední a dlouhé. Signál konce trubky sniaá bezdotykové čidlo na výrobní lince a řídí přepínání záznaau do jednotlivých řad. Signální žárovky na výstupním bloku označují, která řada je právě v činnosti. Výstupní blok je dále doplněn ukazatelem čísla trubky a signalizací poruchy zkoušení u jednotlivých trubek* Pokud vznikne během zkoušení trubky porucha zařízení a samočinné zvednuti sond, rozsvítí se příslušná červená žárovka, o s n u j í c í , Se trubka nebyla zcela vyzkoušena. Počitadla se nulují ručně, a to při přepisování záznamu o počtu vad do zkušebních výkazů. Kapacita registračního bloku dostačuje asi na Jednu hodinu provozu. Během této doby je nutno opsat stav počitadel a vynulovat je. Signál konce trubky se dále využívá pro barevné označení místa dělení trubky. 4. Provoz aparatury Ultrazvuková kontrola svarů je začleněna do výrobního procesu tímto způsobem: Automatická ultrazvuková aparatura je umístěna přímo na výstupní straně svařovacího agregátu. V tomto místě se průběžně označují místa vad na trubkách. Vyzkoušená trubka dále postupuj* na revizní stanoviště, kde se kromě vlzuální a rozměrové kontroly uskutečňuje doplňková ruční - 50 -

; j ;

ultrazvuková kontrola* Kontrolují a* místa označená jako vadná a vystavuje aa zkušební výkaz. Pokud není atožno na základě výsledků ruční ultrazvuková kontroly jednoznačně rozhodnout o přípustnosti vad, popřípadě pokud Ja počat vad na trubea přilil vysoký, postupuje trubka na pracoviště rantganoakopleká kontroly, kda se va smyslu normy API 5IS rozhodna a konečnou platnoatí o přípustnoetl vad* Úseky s varA a nepřípustnými vadami aa opravují opit na revizním atánovišti. Opravená místa sa skoulaJí obdobným způaobem ručním ultrazvukem nabo rentgenem. Ověřovací zkoušky potvrdily, ža koneapoa vyvinutá ultrazvuková aparatury Ja správná. Sondy se pohybují po povrchu zkoušená trubky klidně, baz vibrací. Akustická vazba kolíaá během zkousaní poměrně aálo, zpravidla • rozmezí aai 4 až 5 dB. Bála bylo zjištěno, Že kontrolní echo, Jehož velikost Ja dána kvalitou akustická traay aazi první a druhou aondou, kolíaá více než průměrná velikost odrazu od okraje svaru, což Ja dáno pravděpodobně změnou tvaru ultrazvukového svazku při průchodu svarem. Jeví se tady jaro správná, ža pokles velikosti kontrolního echa Ja pouze opticky a akusticky signalizován a kontrolní echo naní .přímo použito pro regulaci citlivosti aparatury během zkušebních taktů. Pro toto řešení svědčí i skutečnost, ža kolísání akuatická vazby jednotlivých aond neprobíhá ahodně, takže při přímá regulaci citlivosti může nastat enormní zvýšení eitlivoati jedná sondy. tíroven šumu ja dána předavším odrazy od proudící vody. Byla v přijatelných mezích, odstup mezi úrovní Šumu a hranicí třídění podle API byl zpravidla 8 as 10 dB. X vlastnímu ultrazvukovému defektoakopu je nutno poztfamenat, še je velmi výhodné současná zobrazení pracovních taktů obou eond pro zjišťování podélných vad. Značně to usnadňuje nastavení aparatury podle etalonu i kontrolu Její funkce během provozu. Na oscilogramu Je možno přímo*

HI

kontrolovat nejen funkci sond, ale i správnost polohy scad vůči 6varu, takž* použití světelné značky běnem provozu cení vždy nutné. Fokud jde o použité sondy, vyhovují nejlépe pro vétšínu rozměrů trubek sondy 4 líHz/70 °. Fouse pro tloušťky me> teriálo 4 aS 5 mm jsou vzhledem k potřebné citlivosti výhodnější sondy e úhlem 75 °. Dále bych se chtěl*znínit o možnosti vzniku klamných poruchových indikací. Mohou vznikat v podstatě dvojím způsoben. Především mohou vzniknout vnějSíal elektrickými impulsy. U vyvinuté aparatury bylo však jejich pronikání prakticky eliminováno odrušením ovládacích prvko v blízkosti ultrazvukového defektoskopu a použitím odruěovacího zesilovače, který během těchto poruch zablokuje monitory. Druhým zdrojem klamných indikací může být vybočení svaru % normální polohy, tj. změna vzdálenosti mezi svarem a sondami. V tomto případě může být odraz od převýšení svaru indikován Jako vada. Toto kolísání polohy svaru ja vfiak poměrně pomalé a může být snadno kompenzováno změnou polohy sond bud" ručně nebo automaticky. Značkování míst s vadami pomocí pneumatické střikácí pistole v podstatě vyhovuje danému úfielu, i když není možno zcela vyloučit ojedinělé neoznačení krátké vady, způsobené zaschnutím barvy v ústí pistole. Jako značkovací barva se používá zředěný nitroemall. Fokud jde o zjistitelnost jednotlivých typů vad, potvrdily se výsledky předběžných zkoušek. Velmi dobře jsou indikovány vady podélně protažené, jako trhliny, neprfivary, popřípadě vynechaný svar. Do této skupiny vad je možno zařadit i hluboké okrajové vruby, které jsou rovněž velmi výrazně indikovány. U kruhových vad (bubliny, póry) není indikace, vzhledem k nepříznivým podmínkám odrazu ultrazvuku, zcela jednoznačná a proto pokládáme současnou statistickou kontrolu rentgenem za nutnou. - 52 -

5. Závěr Vyvinuté ultrazvukové zkušební zařízení aplnuje původní požadavky. Především přináší značné zvýšení kapacity nedestruktivní kontroly a umožňuje stoprocentní kontrolu vyrobeného svaru. Ve spojení a doplňkovou kontrolou rentgenem mámená dále zvýšení kvality nedestruktivní kontroly, zvláště pokud jde o vady podélně protažené, které nají rozhodující vliv na kvalitu svaru. Tia byl vytvořen předpoklad pro další zkvalitnění výrobního procesu. Nelze opomenout ani skutečnost, že ultrazvuková kontrola určí vady bezprostředně po zhotovení trubky a tím umožní včasný zásah do výrobní technologie.

i

II - 53 -

• 10

API 9 i,l* i é*

Obr. 1 Podmínky indikace rad

se

Obr* 2 Závislost výšky poruchového echa na vzdálenosti vady a sondy a - sonda HWB 70 T (Kraatkramer) b - sonda SVTÍSS

as

Obr. 3 Mechanická čá»t ultraxTokové aparatury

"•••»

Si

^

^

Ý O)

•a N 0)

•O

C O (/I

ti

o

- 57 -

•

i3

I ""I

'''•1

4*

a. o

•H

i

í ,'í

OPAKOVANÉ PEFEKTOSKOFICKŽ ZKOUŠKY TUKOVÝCH JADERNÝCH REAKTORŮ lag, J i ř í Přepechal, SKODA, n . p . , P l z e ň , závod Výstavba jaderných

elektráren

Úvod

O významu defektoskopických zkouSek při výrobě tlakových nádob a ostatních zařízení jaderných reaktorů bylo Již při nejrůznějších příležitostech řeSeno a napsáno mnoho. S rotvojen jaderné energetiky se váak pro defektoskopické skuiební metody otevírá další, mnohem obšírněJ5Í a náročnější pole jejich použiti, kterýs Jsou opakované zkoušky během celé životnosti jaderné elektrárny. Opakovaným zkoulkám se podrobuje hlavně tlaková nádoba, ve které je při provosu kumulováno největší množství energie a ve které se nacháxí aktivní zóna. Množství energie v tlakové nádobě je tak veliké, že prakticky nelze realitovat bcipe&nostní opatření, které by zabránilo katastrofálním následkům pro elektrárnu a okolí při Jejím porušení. Musí se proto udilat taková opatření, aby aožnost náhlého poruiení tlakové nádoby byla vyloučena. Vedle optimální konstrukce, aetoriálu nádoby a kvalitní výroby jsou to hlavně periodicky opakované prohlídky a zkouiky, které nají zaručit Její bezpeSný provoz. Opakované zkouiky a prohlídky v potřebném rozsahu jsou možné Jenom u nádob, při Jejichž projektování se s niai počítalo. Proto se v současné době tyto zkouSky dělají pouze ve více či méně omezeném měřítku, daném přístupností Jednotlivých ohrožených oblastí". U nově projektovaných elektráren se požadavky na opakované ekouSky berou v úvahu od samého zafiátku a mají znaSný vliv na celkové uapořádánf tlakové nádoby a jejího okolí. - 59 -

Rozděleni zkušebních metod Způsoby, kterými se kontroluje provozuschopnost tlakové nádoby, lze rozdělit na dvě skupiny: Integrální a místní. Integrální dávají celkový obra2 změn vlastností materiálů, vystavených při provozu reaktoru kombinovanému namáhání napětím, teplotou a radiací. Patří mezi ně předevSía avědečné vzorky, umísťované v reaktoru a postupně vyjímané a zkoušené. Hodnověrnoat výsledků získaných těmito zkouškami aá přirozeně Setná omezení - vzorky nejsou namáhány přesně stejně jako materiál nádoby, nelze je použít v takovém množství, aby reprezentovaly každou použitou tavbu základního materiálu a její svarové spoje, vztah mezi zjištěnými změnami a prognózou dalfiího chování tlakové nádoby není dostateSnS jednoznačný* Druhou Integrální metodou je přetlaková zkouška. Při ní však. nastává nebo může nastat růst neoellstvostl trhlinou nebo vznikají trhliny nové a tím se vlastně poškozuje nádoba. Z tohoto důvodu názor na přetlakovou zkoušku není zcela jednoznačný. Lze ji spojit se zkouškou metodou akustické emise, která umožňuje zjistit, nastává-11 skutečně růst či vznik trhlin. Metoda akustické emise je přístrojově velmi náročná a coní, alespoň v zemích RVHP, v současné době rozpracována natolik, aby ji bylo nožné v dohledné době prakticky použít. Potřeb* opakovaných zkoušek tlakových nádob jaderných reaktorů •• však zřejmě stane podnětem jejího rychlého vývoje. líezl místní způsoby kontroly provozuschopnosti tlakových nádob patří všechny použitelcé nedestruktivní defekto8kopické metody včetně vizuální prohlídky povrchu. Tro zjišťováni vnitřních necelistvostí základního materiálu a svarových spojů je jedinou použitelnou metodou zkouška ultrazvukem. Prozařování nepřichází v úvahu vůbec, protože zkoušený materiál je znační radioaktivní. Kromě toho Je známa poměrně nízká citlivost prozařovacich metod k trhli60 -

nám. Z povrchových matod jsou použitelné ty, které lse dělat dálkově, popřípadě automaticky. V úvahu přichází metoda magnetogroflcká, metoda snímání rozptylových magnetických polí mikrosondami, metoda odporová a vířivé proudy. Magnetická metoda polévací a metody kapllárnf Jsou použitelné pouze v místech bezprostředná přístupných, což muže být např* víko tlakové nádoby* Požadavky na zkušební zařízení Těleso tlakové nádoby je při provozu reaktoru intenzívně ozařováno neutrony, v důsledku čehož je i po vyjmutí paliva natolik radioaktivní, že téaéř celý Jeho povrch je pro lidi nepřístupný. Veškeré zkouSky a prohlídky Je tedy nutno dělat dálkově, pomocí speciálních polohovacích zařízení. Cas, vymezený opakovaným zkouškám, je vždy poměrně krátký, což znamená, že zkoušení musí být velmi produktivní. Toho lze dosáhnout pouze plnou automatizací nejen vlastního pohybu snímacích čidel, ale 1 automatickým záznamem a popřípadě i vyhodnocením naměřených veličin. Účelem zkouSek je zjišťovat změny, které nastaly během provozu, což znamená, že musí být zabezpečena možnost opakovaného navádění čidla na totéž místo v průběhu mnoha let. Mechanická část zařízení musí být proto dostatečně robustní a tuhá, regulační obvody a pohony pak velmi dokonalé a spolehlivé. Přesnost opakovaného navedení čidla na totéž místo se zadává hodnotami nepřesahujícími několik málo milimetrů. Zařízení, .které může vyhovět takovému požadavku, je dosti složité. Nepřístupnost bezprostředního okolí tlakové nádoby vede k požadavku, aby konstrukce mechanické části zařízení umožňovala pokud možno její přesunutí do chráněných prostorů, kde lze udělat nezbytné opravy a údržbu. Není-li přesunutí možné a konstrukce nebo její část musí být trvale zabudována u stěny nádoby, pak jsou požadavky na její odolnost zvláil vysoké. Takové součásti -61 -

musí zabezpečovat bezporuchový provoz po ca3.su dobu fivotnoeti nádoby, tj. 20 až 30 let. Jak Již bylo uvedeno, doba vymezená k opakovaným zkouSkám jo krátká. Ja tady nutná xabaxpačit její plné využití, tj. zmenšit na nejmenší nožnou míru pravděpodobnost poruchy nejen následkem běžného provozu, ala i v důaledku chybné nebo naaprávné manipulaca. Z uvedeného vyplývá, že poladavky na parametry a spolehlivost zařízení* pro opakované defektoskopioké zkoušky značně přesahuj? požadavky kladené na běžná mechanická nebo automatická zařístenf pro nedestruktivní zkoušení. Polohovací ze Mženi Mechanismy* určené k opakovanému skouleni tileaa tlakové nádoby, Ixa rozdělit do tří skupin. První akupinu tvoři zařízení ka zkoušení vnějšího povrchu v oblaati válcové Sáati a vypouklóúo dna. Některé typy těchto mechanismu jsou tvořeny vertikální dráhou, po které pojíždí vozík s držákem fiidel. Srána kopíruje tvar nádob; a otáčí aa kolem ni. Takovys způsobem nohou Čidla dosáhnout kteréhokoli místa vnějSího povrchu nádoby. Jiný* typ mechanismu pro zkoušenf povrehu válcové Části nádoby a dna je teleskopicky" atoJan, umístěný na podvozku oto&ném kolem osy nádoby* Držák Čidel, umístěny" na konci stojanu, může být potom také umístěn na libovolné alato této Sásti nádoby* V obou případech musí konstrukce mechanismu umožňovat montáž držáku Čidel na počátku vodící dráhy nebo na konec stojanu v pro8toru dostatečně chráněném proti radiaci. Výhodnější je teleskopický stojan, který lze zkonstruovat tak, aby mohl být v době mimo zkouSky přesunut na příatupne a chráněné místo. Při projektování mechanismu pro zkouSení z vnějšího povrchu je nutno vhodně upravit calou reaktorovou Šachtu. Proto tento způeob zkouSenf přichází v úvahu pouze v nově projektovaných elektrárnách.

- 62 -

Bruhou skupinu »eahactlSB& tvoří smJttmmt páro skonto* ni s vnitřního povrchu nádoby. Tento Mechanismus so vkládá do nádoby po sejmutí víka • po částečná n«bo úplné demontáží vnitřní vestavby reaktoru. S možností úplná damontáže se musť rovněž počítat jif při projektování elektrárny. Mechanismus je tvořen bu3 centrální* sloupe*, na němž jsou upevnSna výsuvná a otočná rašena a čidly, nobo držáky různých konstrukci umísťovaných podál stěny nádoby. Druhý typ s» používá obvyklo tehdy, není-li možná úplná demontáž vnitřního zařízení. Do třetí skupiny mechanismů patří zařízení pro zkoušení nátrubků, hrdel, těsnicích ploch apod. Velmi Často tyto mechanismy obsahují trvale zabudovaná části, někda jsou dokonce zaváděny do potřebných oblastí jen k tonuto účelu určenými vstupy. Zařízeni třetí skupiny mají r> ~ ličnou konstrukci a jsou určena vždy pro zkouSení určitých omezených části nádoby. Pro uskutečnění opakovaných zkouSek v potřebnás rossáhu jsou nutná máchániamy všech tří uvedených skupin. Návrh a výroba polohovacích mechanismů tvoří nejdůležitější část vývojových prací, nebol je nelze v průběhu mnohaletých opakovaných zkoušek podstatněji měnit. Zkoušení ultrazvukem Se zkouškou ultrazvukem se počítá ve všech předpisech a návrších předpisů pro opakovaná zkoudky tlakových nádob. Vysoká c«lková citlivost této metody, její vhodnost pro zjišťování 'trhlin a možnost dělat Ji automatizovaně včetně záznamu a vyhodnocení výsledků měřeni vytváří předpoklady pro její Široká uplatněni* Navrhovaná systémy počítají vesměs se současným použitím většího počtu sond. Jedno z možných uspořádáni' se skládá nejméně ze dvou úhlových sond rozmístěných tak, že svazek vyslaný jednou z nich - 63 -

přijímá po odrazu od protilehlého povrchu druhá sonda* Přítomnost necelistvoati na dráze svazku je indikována poklesem přijímaného echa. Tento způsob je velmi závislý na rovinnostl protilehlého povrchu, která zvláStě při antikorozním návaru obvykle nevyhovuje. Jiné uspořádání se skládá z řady úhlových sond seřazených za sebou a vysílajících v jednom směru. Jedna sonda indikuje necelistovosti u protilehlého povrchu, druhá sonda necelistvosti u přilehlého povrchu (odraženým svazkem) a ostatní sondy jsou uspořádány vždy po dvojicích v obvyklé tandemové metodě. Rozložení sond je takové, že při jedné poloze soustavy jsou vždy zjišťovány vady na jedné přímce kolmé k povrchu po celé tloušíee. Soustava sond se přikládá v určitém rozsahu vzdáleností od svaru, aby byla vy Setřena celá jeho Šířka. Popsaná uspořádání sond indikují pouze necelistvosti orientované kolmo k povrchu a podél hlavní osy svaru. Pro zjištění vad orientovaných v libovolné rovině kolmé k povrchu nádoby, jaké nutno obecně předpokládat,, je zřejmě třeba použít hvězdicovitě uspořádanou soustavu sond, pohybujících se v potřebném rozsahu vzdáleností kolmo na svar a podél svaru. Současné použití většího počtu sond vyplývá především z potřeby vysoké produktivity zkoušení. Stejného účinku by bylo možné dosáhnout také např. vysokou rychlostí pohybu jedné sondy, to by však dále neúměrně zvyšovalo požadavky na polohovací zařízení", nehledě na obtížnější vytváření spolehlivé akustické vazby. Elektronické přepínání* sond je i za cenu složitější měřicí aparatury schůdnější cesta. Popsané způsoby uspořádání sond se uplatňují především při zkoušení hlavních obvodových a podélných svarů nádoby. Materiály a svary v oblasti hrdel, nátrubků apod. se zkoušejí většinou jednou sondou, někdy imerzním způsobem*

- 64 -

Zkoušení .

netpdaiai

VSechny ostatní defektoskopické metody kromě ultrazvuku se používají pro zkoušení povrchu nádoby. Vnitřní povrch, který Je v případě nejrozšířenějších lehkovodníoh reaktorů celý nebo z převládající části pokryi antikorozním austeaitickým navařeni, se zkouší odporovou metodou nebo vířivými proudy* Ve větším rozsahu byla použita první s nich pro zkouSení vnitřního povrchu v místě přechodu ze stěny nádoby do hrdla a na dně nádoby* Pro zvýSení rychlosti zkouSení byla použita mnohokontaktní soustava, kdy se jednotlivé čtveřice kontaktů přepojují elektronicky* Výhoda odporové metody spočívá v poměrně sálá citlivosti k drsnosti a nerovnosti povrchu a v možnosti měřit hloubku eventuální trhliny* O konkrétním použití metody; vířivých proudů nebyly žádné přístupná práce publikovány* Tato metoda vyžaduje vysokou jakost vySetřovaného povrchu, eol její využití pro opakované zkoušky značně omezuje* Vnější povroh nádoby;, který Je feromagnetický, Je výhodné zkoušet magnetickou metodou, použít lze také metodu odporovou. IXejrozSířenSJším způsobem kontroly vnějSího i vnitřního povrchu je podle doposud publikovaných prací vizuální prohlídko. Vizuální prohlídky se uskutečňují bu3 pomocí rozličných optických zařízení včetně využití vláknových svStlovodů, nebo pomocí uzavřeného televizního okruhu* Povrchové zkoušky a prohlídky se často doplňují metodou replik, tj. snímáním reliéfu povrchu nádoby s necelistvostf pomocí silikonové pryže* ZávSr

,

Opakované prohlídky a defektoakopické zkoušky zařízení jaderných elektráren představují nový problém, který způsobí v nejbližších létech další rozvoj nedestruktivních zkušebních metod* V Československu se v současné době zpra-

- 65 -

eovává projekt zařízení, která buáóu použita pro opakované zkoušky tělesa tlakové nádoby reaktoru pro jadernou elektrárnu typu W E R 1000. Výzkumné a vývojové práce, které budou na projekt navazovati přispějí bezpochyby k tomu', aby se československá defektoskopie více přiblížila ke špičkové světové úrovni oboru.

- 66 -

ULTRAZVUKOVÍ HOLOGRAFIE Ing* Jaroslav Obraz, C S c , SVÚSS, Běchovice ffltrazvuková holografie - sonoholografie - je saloiena na optickém zviditelnění Sela ultrazvukové vlny, procházející vySetřovaným prostředím nebo Jím odrážené. Na holografickou rovinu se proaítá ultrazvuková vlna Ae , obsahující informaci o vyšetřovanémprostředí a do téhož místa dopadá i ultrazvuková vlna Be 7 * referenční, přímo ze zdroje ultrazvuku. Podmínkou je monochromatičncjst obou vln, které lze u ultrazvuku snadno dosáhnout. Činitelé A a B jaou komplexní funkcí souřadnic v holografické rovině. V ní obS vlny interferují a jejich součin dává tzv. hologram. Skutečný obraz čela ultrazvukové vlny vznikne ozářením koherentním světle* a rovinným Selem /I/, / 2 A Světelné paprsky jsou obvykle skloněny vzhledem k holografické rovině o tentýž úhel jako paprsky přímé referenční ultrazvukové vlny Be^* • Siky tomu, že hologram obsahuje informace o amplitudě i o fázi Sela vlny, jeví se skutečný obraz získaný po ozáření1 koherentním světlem jako třírozměrný, což je podstatným přínosem vizuálních metod popsaných dříve* VySetřovaný předaět je obvykle umístěn v nádrži a vodou a ozvučuje se buj spojitým nebo impulsově modulovaným: ultrazvukovým svazkem, jak je patrné na obr. 1. Při modulaci nevznikají nežádoucí stojaté vlny. Impulsy vSak musí být doati dlouhé, aby jejich frekvenční spektrum obsahovalo převážně jednu frekvenci. Toho se dosáhne, bude-li trvání přechodného jevu impulsu zanedbatelné vzhledem k trvání ustáleného stavu. Kromě toho se vhodným zpflsobeor M U S Í potlačit i nežádoucí odrazy od stěn nádrže. V nádrži ve vodě -67 -

Jsou umístěny ova eiekxroakustické měniče, připojené ke generátoru G, Ifónič V je zdrojem ultrazvuku pro prozvučení vyšetřovaného předmětu. J

V holografické rovině H čelo této vlny Ae interJ feruje., 3 čelen referenční vlny &Q , jejímž zdrojem je měnič Vg. Vlivem interferencí vznikne statické zvlnění hladiny kapaliny, což je ultrazvukový hologram obsahující informaci o amplitudě a o fázi ultrazvukové vlny. Skutečcý obraz Čela ultrazvukové vlny se získá po osvětlení z Iňt-eru, sloužícího jako zdroj koherentního světla. Hologram se také můžs zachytit fotograficky na fotografický průsvitný materiál. Na obrázku 1, kde holografické rovina je na hladině vody, ja laser označen ZD , z něhož koherentní světlo dopadá přes optiku SI. Viditelný obraz se pozoruje na stínítku' S , kam se promítá přes světelnou optiku D2. Clona C slouží jako prostorový filtr k odstranění několikanásobných obrazů, které vznikají difúzí světla na zvlněné hlaáicě. Tento základní způsob byl v posledních létech obměňován a zdokonalován. Např. mezi pozorovaný předmět a hladinu se vkládá ultrazvuková čočka, čímž dostaneme holograa s fokusovanýma obrazem /3/« Potom světelný zdroj ZD pro rekonstrukci neausí být ani malý" ani monochromatický. Používá se rtuíová výbojka o průměru 0,5 mm* Reliéfní hologram na hladině kapaliny lze nahradit snímáním Kalou sondou P, umístěnou pod hladinou kapaliny, jak je naznačeno na obr. 2. Vyšetřovaný předmět se prozvučuje elektroakustickým měničem V frekvencí f vznikající v generátoru 6 1* Referenční frekvence f„ vzniká v generátoru GR elektronicky.Ve směSovači Síf dostanetae napětí é rozdílnou frekvencí f - f„, kterým se v násobiči N analogově násobí napětí snímané sondou P. Výsledné nap5tí z. miscoiča Í7 modulu je zdroj svét-la Sv , jehož po-

řj

loha odpovídá poloze snímací sondy P, která se pohybuje meandrovítě v řádcích. Intenzita a poloha světelného zdroje Sv se zachycuje na film kaaerou K. Tím vzniká dvourozměrný průsvitný" hologram. Snímací a zobrazovací systém lze s úspěchem nahradit již popsaným vizuálním elektronickým systémem podle S.S. Sokolova /4/, ve kterém se použije snímání a zobrazování pomocí synchronně jdoucích elektronových paprsků v obrazovkách. V současné době se používá impulsové vysílání ultrazvuku a snímání hologramu, získaného odrazovou metodou. Vyšetřovaný předmět je opět ponořen v nádrži (obr. 3 ) , kde se meandrovitě v řádcích pohybuje ultrazvuková eonda VP, která vysílá 1 současně přijímá ultrazvukové vlny odražené od vyšetřovaného předmětu. Impulsové vysílání obstarává modulátor M, který klíčuje budicí frekvenci f vznikající v generátoru G. Přijímaná echa procházejí násobícím obvodem N,ve kterén se v žádaném časován intervalu odpovídajícím hloubce, v ní2 chceme předmět vyšetřovat, násobí rsísreníní frekvencí f . Proto ze zdroje referenční frekvence GR prochází signál přes bránový obvod 23. Příslušné klíčovací impulsy, a to pro modulátor X i zpožděné impulsy pro bránový obvod ZB, jsou synchronní a vznikají ve zdroji Zit. Z násobiče N jde výsledný signál buď stejným způsobem jako v předcházejícím případě. Na obr. 3 je naznačena alternativa s obrazovkou, v níž se paprsek pohybuje synchronně se sondou. Hologram se fotografuje ze stínítka S. Výhodou tohoto impulsového snímání je sožnef zaznamenat hologram v libovolném hloubkovém řezu podle zpoždění hranových impulsů pro obvod ZB. Pro získání hologra&u jsou nutné intenzity od O y l do 2 WcnT 2 podle citlivosti snímací sondy. Výhodnější jsou impulsové odrazové systémy, protože lze používat vyŠSí výkony bea nebezpečí kavitace, vzniku stojatých vln a snáze se vyloučí nežádoucí odrazy/. Prasuje se na frekvencích od 1 do 10 MHz, nejčastgji při ponoření vyšetřovaného p - 6* -

Í-I

do vody. V lékařské diagnostice se často sonda přikládá přímo* Nevýhodou impulsové odrazové holografie při mechanickém řádkování je její pomalost. Další nevýhodou je nutná přesnost, a to kolem 0,01 mm při frekvenci 10 Bflíz mezi řádkováním snímafie a řádky záznamu. Optická rekonstrukce viditelných obrazů je podobná pro všechna schémata bez zřetele na způsob snímání hologramu. Její princip je patrný z obr. 4 /5/. Paprsek laseru | se rozptýlí v čočce ČR a potom prochází" přes systém čoček Č a hologramem H. Ve clonS CL, skládající se z dvojice čoček a neprůhledného místa, se potlačí paprsky, u kterých nenastala difrakce v hologramu. Další čočkou se získaný skutečný obraz promítá na stínítko S. Ultrazvuková holografie má největší význam ze vSech metod pro zviditelnění ultrazvukového pole, a to v lékařské diagnostice, biologii, nedestruktivní defektoskopii i ve fyzikálním výzkumu. Přednost optické holografie je třírozměrné zobrazení, jehož výhody se však v tzv. sonoholografii prozatím plně neuplatnily. Většímu rozšíření sonoholografie brání prozatím složitý a těžkopádný způsob snímání a zejména zpětného převádění" na skutečný obraz. Rovněž nákladnost metody je prozatím překážkou většího rozšíření. Literatura, /!/ Aldridge E.B.: Ultrasonic Holography Research Techniques in Nondestructive Testing, str. 134-154 Academic Press London 1970 /2/ Stroke G.W.: An Introduction to Coherent Optics and Holography Academic Press London 1966

- 70 -

Obr. Obr.

/3/ Smith R.B., Brenden B.B.: Refinements and Variations in Liquid Surface and Scanned Ultrasound Holography Ultrasonics, 1969, April str. 125-128 /4/ Sokolov S.: Means for Indicating Flaws in Materials USA pat. spis 2164 12? (1937) PU

/5/ Thurstone P.L.: Ultrasound Holography Ultrasonographiá Hedica sv. 1, str. 131-139, Verlag der Wiener Medizinischen Akademie, Wien 1971 |Obrázky [Obr. I

Schéma zařízení pro ultrazvukovou holografii využívající reliéfní zvlněni hladiny

[Obr. 2

Schéma zařízení pro ultrazvukovou holografii s elektronickým referenčním signálem:

| Obr. 3

Schéma zařízení pro impulsovou odrazovou holografii .

[Obr. 4

Schéma zařízení pro rekonstrukci skutečného obrazu z hologramu

- 71 -

/ /

vv.\ _

Obr. 1 - 72 -

Obr. 2

- 73 -

1

Obr. 3

_ HOLOGRAM.

-4 ve.

.Cil-

. 4

CL

ZÁKLAD!:í TYPY PŘÍSTROJŮ VYVÍJENÝCH V LABOHATORBÍCH PŘÍSTROJÍCH MA ZÁKLADĚ PEFEKTOSKOPICKÍHO IMPULSOVÉHO ULTRAZVUKOVÉHO SYSTJbiU SVUSS Ing. J a r o s l a v R o s t o č i l , Laboratorní p ř í s t r o j e , SND, Praha

V Laboratorních p ř í s t r o j í c h , SHD, s e doposud vyrábějí elektronková stavebnicová z a ř í z e n í , typ U1D - AS, určená pro ultrazvukovou automatizovanou nebo mechanizovanou kontrolu; UID - AS 1 UD - A S 2 UID - AS 3

UID - AS 4 UID - AS 5 UID - AS 6

UID - AS 7

vnitřních vad sochoru 0 600 BUR, vnitřních vad plechu o tloušíce 23 «a, vnitřních vad trubek 0 500 mm, tlou3tc« atSny 20 aua, podélných povrchových vad trubek 0 500 as, tlouSíce stěny 20 mm, vnitřních vad a příčných povrchových trhlin palivových proutků, vnitřních vad ty&í kruhového nebo čtvercového průřezu o rozměrech 0 80 až 300 na, resp. 80 x 80 a£ 300 x 300 aua, vnitřních vad tySÍ kruhového nebo Čtvercového průřezu o rozměrech 0 20 až 0 80 aua, resp. 20 x 20 až 80 z 80 mm.

Stavebnicový systém se velni dobře osvědčil, S vývojem jsme z ač li ve spolupráci se SYIÍSS a SVÚil v roce 196? a do roku 1971 bylo realizováno uvedených sedm typů speciálních zařízení. V roce 1970 byla ve SVUSS rozpracována váeobecně aplikovatelná soustava s polovodičovými prvky, nazývaná defektoskopický impulsový ultrazvukový systém, ve zkratce DIUS. Jako první byl vyvinut přístroj na měření aodulu - 76 -

pružnosti, vhodný též pro zjiStování rad ve stavebních hmotách, který aá označení OIUS - B. Salšíni přístroji Jaou univerzální dafaktoakop na uran - OIUS - U a na zjišťování struktury - DIUS - S. Koncepce defektoskopického ianulsováho ultrazvukového a.vatéau SYÓSS V defektoakoplckéa iapulsovén ultrazvukové* ays tanu s* uvažuji tyto hlavni obvody: -1. aynchronixátor - S 2. generátor iapolsfi - 0 a. řízený zasilovač - $Z 4. zesilovaS 8 datekeí - ZD 5. vertikální koncový zasllovaS - VZ 6. zdroj značky - 211 7* čaaová základna * Cz 8. hloubková lupa - HL 9• horizontální koncový zesilovač - HZ 10. řídicí čáat čítače - fiC 11. dekády čítače - C 12. obrazovka a její obvody - 0 13. nonitor - M 14. napájecí zdroje - ZD 15. vysílací sonda - V 16. přijímací sonda - P. V synchronizátoru S (obr. 1) vynikají spouitěcí impulsy a vhodnou opalovací frekvencí, kterými se řídí generátor impulsů 6* Spouštěcí impulsy pro ostatní obvody se odebírají ?, êiserétoru Gt aby se vyloučilo zpoždění «azi synchro-/ r.iaátorera a vybuêním impulsu v generátoru. V obvodu znaS-' ky ZH r i spustí korekční ob?o<1« Společně a ním sa apouSti 7. ire».5 Časová sákladny Č2 a příaluěný rozsvěcovacř impuls. Na obrazovka se ob^ signilly pfevádSjí přes zesilovaS HZ. - 77 -

Ve vysílací sondě V vznikne ultrazvukový Impuls, kta-| rý se přijímá po průchodu materiálem buá na přijímací son-f dě P nebo sondou V, která sloužila jako vysílací. Přijímané impulsy se sešili nejprve ve vstupním řízeném zesilova-j či fiZ, na který navazuje střední zesilovač 23). Na jeho výstupu je připojen koncový zesilovač VZ, kterým se signál zesiluje na napětí potřebné pro vertikální vychylovací destičky obrazovky. V obvodu značky ZN vznikají impulsy pro otevírání • zavírání čítače Č. Z těchto inp&Lsů, přivedených do řídicí části Čítače fič, vznikne bránový impuls v daném časovém intervalu a ten otevírá hradlový obvod, přes který do čítače přicházejí hodinové impulsy z oscilátoru stabilizovaného křemenným výbrusem, odečítá-li se doba průchodu, nebo z oscilátoru s plynule proměnnou frekvenci, mSří-li se v délkových jednotkách. ' Pro signalizaci vad o daná velikosti ve zvoleném hloubkovém úseku se používá monitor, který je spouštěn bu5 z generátoru G interně,nebo externě z jiného interně spouštěného monitoru. Pro zabezpečení správného hodnoceni vad monitorem J« možno použít obvod kompenzace vlivu vzdálenosti, tj* elektrické vyrovnání změn akustického tlaku od vad v růzr* hloubce a tím i velikosti přijatého elektrického signálu tak, aby tyto signály měly od stejných vad v razné hloubat| konstantní velikost. Po stránce konstrukce se využívá v současné době uni-| verzální stavebnicový systém Tesla Hloubetín, typ X-KK-20, Základní část tvoři skříň, do které jsou po lyžinéch zpř«-| du, popř. zezadu zasouvány jednotky. Každá jednotka nese část panelu, na kterém jsou umístěny ovládací prvky. Blek-| tronické obvody jsou sestaveny a navrženy tak, aby umožni" ly realizovat nejmenší možnou jednotku se samostatnou a

ponii [nich

pokud možaovt neslanou čiímomtí* To pov»žuj«K» srn důležité z hlediska příštích generací ultrazvukových přístrojů, nebol očekáváme, Ze dědičnost jednotlivých jednotek «úatane zachována, což by aSlo přinést zhospodárnění a zintensivnění výzkumu, vývoja i výroby. Při těchto úvahách nelze zaponenout ani na rozvíjející ae součástkovou základnu v SSSR. Jednotlivá Jednotky lze průběžné Modernizovat bez hlubSích zásahu do funkce přístroje* Z dovozu uvažujeme pouze obrazovku s obdélníkovým stínítkem a vysokou svítivosti. Na základě uvedené koncepce hodláme v Laboratorních přístrojích v roce 1972 a 1973 připravit do výroby přístroje: 1. ultrazvukový přístroj na měření hrubozrnných materiálů, typ DIUS 1, 2. ultrazvukový impulsový univerzální defektoskop s číslicovým vyhodnocovánímt typ DIUS 2, 3. ultrazvukový impulsový univerzální defektoskop, typ

DIUS 3. I Ultrazvukový pMatre.1 na měření hrubozrnn.ých materiálů, typ DIUS 1 Měření rychlosti Síření ultrazvukových vlň s použitím I čítače je v dnešní době jednoznačné. S číslicovým vyhodnocováním souvisí automatický provoz, který představuje stájlé sledování vzdálenosti, resp. doby průchodu ultrazvuku [materiálem. líěří se pomocí značky, zobrazené na Sašové ose, [vymezující měřicí interval. Konec měřicího intervalu je I ovládán bud automaticky neběžnou hranou prvního přijatého [ultrazvukového impulsu nebo odběrnou hranou značky při ruč[ním nastavení. Při měření elastických konstant nepřichází použití Imonitoru v úvahu a ani při kontrole vnitřních vad staveb[nich hmot nepočítáme 9 jejich použitím. - 79 -

Protože je nutno poulit vysílací sondy, pracující na rozličných principech, je nutné jednotku generátoru k tSoto podmínkám přizpůsobit. Je použita zjednodušená lupa, rozSiřující mířený lišek 5 x* Je zařazena širší možnost zobrazeni, a to bu3 vysokofrekvenčního signálu z přijímací sondy, nebo po jeho detekci, popř. po dalSÍ filtraci. Pro lepší názornost zobrazení je zařazen odřez, který umožňuje posunout stejnosměrnou hladinu Sašové základny tak, že signály malé a pro kontrolu nezajímavé jsou potlačeny a zůstávají zobra~ sseny jen ty, které nastavenou hladinu přesahují* Při návrhu vycházíme z podkladů SVÚSS na přístroj. M D S - B. Technická data:

0,02 až Ž MHz frekvenční rozsah: O až 70 dB po 2 ďB zeslabení signálu: 50, 100, 200, 500 *é\ 1, 2, 5, 10 ns Sasová základna: hloubková lupa:délka msxiicálně 30 % nastaveného rozsahu ~ časové.základny

zpoždění měřitelné rychlost Šíření vln: maximální měřitelné doba průchodu vln: maxistálni měřitelná vzdálenost vad; maximální chyba:

maximálně 90 % nastaveného rozsahu časové" základny 1200 * 6500 ms " 1 9,999 ms 9,999 m + jednotka v nejnižším 2ohranovaném rádu čísla. 480 x ?10 x 420 no. 100 x 80 mm 220 7, 50 Hz, 70 VA 18 kp

váha přístroje:

- eo -

Ultrazvukový impulsové univerzální defektoskop 3 číslicovým vyhodnocováním, typ DIUS 2 Je určen pro defektoskopii ve strojírenství a hutnictví. Vycházíme z podkladů SVÚSS na defektoskop DIUS - D Přístroj je vedle číslicového vyhodnocování vybaven monitorem a kompenzací vlivu vzdálenosti. Doposud bylo možno u defektoskopu UID - R pracovat s křivkou o nastavitelném průběhu e~ x. V novém návrhu Jsou přijímaná echa vyrovnávána na konstantní hodnotu, čili přijímaný signál se řídí namísto nastavování křivky, obr. 3. Pro správné nastavení kompenzace je nutno znát vzdálenost 1 Q blízkého pole. Pro čelní jednoduché sondy s kruhovým neničem je možno tuto vzdálenost určit výpočtem

kde D e f je efektivní průměr měniče, který se přibližně rovná průměru postříbřeni elektrody (mm), A

vlnová délka v daném prostředí (mm).

Pro dvojité sondy je možno stanovit citlivosti, obr* 4*

1Q

z křivek

Vzdálenost 1 Q je znázorněna na stínítku obrazovky impulsem, který nás informuje o okaažiku minimální citlivosti zesilovače. Technická data defektoskopu DIUS 2: frekvence ultrazvuku: časová základna: hloubková lupa:

0,5 - 15 MHz 50, 100, 200, 500 mm, 1, 2, 5, 10 m v oceli s možno3tí plynulé změny o 0 až 30 % 0,3 x 8 možností plynulé změny 0 až 30 %

- 81 -

zpoždění hloubkové lupyí maximálně 90 % z délky příslušné Časové základny opakov&cí frekvence 100, 200, 500 Hz,

syíici.-onizátorxii

1, 2 kHz

maximální údaje čítače: rozsah měření rychlosti Šířeni ultrazvukových vln: počet monitorů: napájení: rozměr přístroje: váha přif>troje; rozsah pracovních teplot:

999,9 #* ; 9999 na 1200 až 6500 ms 1 220 V, 50 Hz, 140 VA 448 x 210 x 420 mm asi 18 kp -5 a2 +50 °C

Ultrazvukový impulsový univerzální defektoskop^ typ DIUS 3 Proti typu DIUS 2 tento defektoskop neobsahuje číslicové dekády. Hloubka vady se odečítá na stupnici před stínítkem obrazovky. Navíc má přístroj zařazeny tři monitory. Monitory mají možnost zapojení ir.terního nebo externího provozu. Při interním provosu je Činnost shodná s dosavadními typy monitorů, tj. dosiShne-li přicházející signál v daném úseku nastaveného komparačního napěti, je signalizována vada* Při externím provozu se připínají další monitory na jim predchc'zejici. Zdrojem vybíracího úseku je vždy monitor první. Nastavené komparační napětí je vázáno na zbývající dva monitory, takže signalizace umožňuje počítání a třídění vad podle velikosti v daném vybíracías úseku.

Seznam obrázků

Obr, Obr.

*

1 Obecné blokové schéma přístrojů typu PIUS 2 Uspořádání přední strany přístroje DIUS 1

Obr. 3

Zobrazení průběhu ech na stínítku obrazovky při řízeném zesilovači

Obr. 4 Křivka citlivosti dvojitých sond Obr* 5 Uspořádáni přední strany defektoskopu DIUS 2 Obr* 6 Uspořádání přední strany defektoskopu DIUS 3

- S3 -

č

obr, 2 - 84 -

*&*

*T N

N j

II 1 j u J I

a

°1

H

1

Of

•i *

N.

I.

-j j OS OS O l i -I j -i i

i

• i_

las -o ;DI

Í

cw

.-r« 4

of oi ®- °

Os o:

a:

p o| o|

=i

1

N

-<"

o; o «M It*

o* -*©:

N

O* Oi O'

>u

J

•o

- 87 -

o

ÚSEK

ÚSEK

O

10.5-Í.Zí

f.

A

O

ÚSEK

2v

POSUV

AMPLITUDA

0 KW

OK W 0 KVP

t

s t

VÝKON A

, / \

OfiS 'V>H ^ U B K A KOZSAH

O 1:1

O

Obr. 6

1.1

ooXcz :

0*

'60

ilM(A

Q

O QO

ID

tz

FILTR

ř

r •« v

MOŽNOSTI IDENTIFIKACE YMĚSTKU V OCELE ULTRAZVUKEM Ing. Vladissír Matuška, Třinecké ž e l e z á r n y VŘSR, Třinec

1. Uvoď

Téměř všechny technické kovy bývají více nebo méně doprovázeny nečistotami, kteri pocházejí jednak ze surovin, jednak z tavícího procesu. Dalšími nečistotami jsou různé nežádoucí příměsi, které přecházejí do tekutého kovu z vyzd/vek tavičích nebo licích souprav. Podle chemického složení se vměstky v oceli dělí na kysličníky, eirníky, křemičitany, nitridy apod. Nekovové vměstky mohou do značné míry ovlivňovat technologické vlastnosti oceli. Z těchto důvodů, zvláštg u náročných jakoetf, se musí vSnovat čistotě oceli zvláštní pozornost. Nejrozšířenější metodou hodnocení čistoty oceli je mikroskopické pozorování vyle3tSného výbrusu a porovnávání zorného pole s etálonovou stupnicí. V poslední době se prosazují v metalografii stále více elektronické přístroje typu Kvantimst, které objektivně určují poměrný obsah vměstku a jejich počet v zorném poli výbrusu. Stanovení čistoty těmito metodami je sice výstižné, ovšem platnost výpovědi je. víceméně omezena na zkoumaný vzorek a nemusí odpovídat celému objemu. Na základě této skutečnosti lze očekávat, že ultrazvuková nedestruktivní kontrola se i v tomto oboru bude stále více prosazovat.

I

- 89 -

2 . Konfigurace

nakgy/jyýjř: yračoúkč v....:..:-? -1

Tekutá ocel po odlití do lngoti se válcuje sestupně do bram, dále do sochorů nebo ploStin. Vlivea nšfcolíkeráho válcování jsou vměstky orientovány do rovin rovnoběžných o povrchem. Vměstky Jsou obvykle křehké a v důsledku tváření ztrácej! soudržnost a drobí se na stále menši částice. s tě ji se vyskytují v podobě nepravidelných částic (globulí), které jsou rozptýleny po celém objemu. Při větSím stupni primárního znečištění vytvářejí řetízky, řádky nebo jemné síloví. Při ještě vyšším znečištění vznikají .vměstko v é útvary typu páska nebo pruhů, které jsou vyplněny velkým počtem většinou drobných vměstkových částic. Zvláštní skupinu vytvářejí vmSstky exogenní, které pocházejí z vyzdívek pecí nebo pánví.. Pro získání představy Jsou na obr. L uvedeny fotografie vyleštěných výbrusů vzorků při stonásobném zvětšeni* Velikost znečištění} čili obsah vměstků, podle Kiselevtvy stupnice odpovídá postupně klasifikačním stupňům 2, 3, 4 a 5i přičemž stupni 5 odpovídá nejvyšší stupen znečištění. Na obrázku č. 2- je výbrus exogenniho vměstku a pod ním řez vzorkem, u kterého znečištění dosahuje takového stupně, že vmSstky vyplňují již souvislé pruhy. 3. _Mo?riosti indikace vtnžstků ultrazvukem Jak je zřejmé z přelehozího, leží vměstky v rovinách rovnoběžných s povrchem. Další podmínkou odrazu ultrazvukové energie od nehomogenity je, aby její odrazná plocha byla větší než délka vlny A/2 nebo alespoň « ní srovnatelná. Velikost jednotlivých vměstkovýeh částic Je ovšem ve většině případů podstatně menší. Radikální zlepšení nelze - 90 -

c*řkévat »ni -„a zvyšování frekvence. 2 tvchtií <3£vo3ů nalze tedy p o i í t i t a indikací Jednotlivých malých čňstic. Vséstkové útvary typu řetízků, říidků isfco pásků jaou charakteristické iimt že jednotlivé částice z:ají s i c e vStšinou nepatrné rozměry, ale revn-5ž i vzdálenost mezi nimi je velmi malá, menší než / / 2 . VoŠstkoví částice l e ž í rovněž v několika hladinách, přiřemS jejích vzdálenost může být též velmi malá. V oblasti makrovad márae propracovány poSetní metody, pomocí nichž můžeme z vslikoati poruchového echq stanovit ekvivalentní" velikost vady. Tuto závislost s i ra^žeme ověř i t i aěřením na etalonech a vyVrty zakonSenými plochým dnem. Bohužel v oblasti oikrovad toto v3eehno chybí' a rovněž nel&? realizovat vývrty s potřebnými malými prQciěry. Z těchto důvodů jsme experimentálně měřili vzorky dvouvratvé oceli,, v jejichž rozhraní se nacházejí strtisJcuvé vmšstky,. Za určitých okolností vzniká t o t i ž v rozhraní struskový film, který se při válcování drtí na s t á l e aenSí č á s t i c e . íía obr* 3 vidíme d e t a i l tohoto rozhraní se strunkovými čáaticeiai. Na vzorcích z braoy se nejdříve změřila velikost poruchového echa od struskových vměstků. Vzorky byly potom rozřezány v příčném a pak 1 v podálnéo saěru 1c ose braný* Elektronickým přístrojem Kvantimet QTM byl potom proměřen výbrua rozhraní těchto vzorků v Šířce 20 a dálce 10 mm. Zorné pole přlatroje Slnilo 0,12 x 0,5 mm. V každém zorném poli Kvantimet objektivně měří tyto hodnoty: 1 - poměrný souCet délek vměstků v zorném poli i - počet vměstků v zorném poli. Výsledky měřeni Seati skuSebních vzorků jsou uvedeny v připojené tabulce 1* Nahoře je uvedena naměřená velikost poruch ech a odpovídající ekvivalentní velikost výyrtů

- 91 -

e plochým dnem. Pro oba směry je dále uvedena celková pocěrná šířka (délka) vmfiatků, dále počet vměstků na 1 mm šířky (délky) rozhraní a šířka (délka) největší vicěstkové částice. Z těchto údajů objektivně stanovených byla potom vypočtena střední velikost šířky a délky vměstků a střední velikost vzdálenosti mezi sousedními vměstky. Dole je vypočtena celková plocha vměstků, vztažená k plose kruhu 0 20 mm (sonda NZ - 20 - 2) a ekvivalentní velikost této plochy (průměr kruhu). Na obr. 4 je graficky zobrazeno rozložení vměstků v příčném a podélném řezu. Na vodorovné ose je uveden zji&těný počet vměstků a na svislou osu je vynesena poměrná šířka (délka) vměstků v jednotlivých zorných polích (šířka zorného pole 0,5 um). Při měření se dosáhlo těchto výsledků: a) Střední velikost šířky (délky) atruskových vměstků v jednotlivých vzorcích se vyskytuje v mezích od 0,166 do 0,010 mm, přičemž maximální délka největších vměstků se pohybuje v rozmezí od 3,65 do 0,07 mm. b) Střední velikost vzdálenosti mezi jednotlivými částicemi se pohybuje v mezích od 0,029 do 0,707 mm. c) Podle-stupně znečištěni zaujímají vměstkové částice v rozhraní plochu od 45,1 do 2,6 %. d) Střední hodnota poměru ekvivalentní velikosti umělé vady ypu plochého dna při dané velikosti poruchového echa k ekvivalentní velikosti plochy metalograficky stanovených struskových vuěstků Siní přibližně 0,76. Tento rozdíl je dán jednak nepravidelnosti v "rastru* vaSatků, dále rozdílnou "drsností" jejich odrazové plochy a v neposlední řadě i nepravidelností jejich tvaru, nebo? nejsou obdélníkového tvaru, jak je ve výpočtu uvažováno* Z uvedených výsledků vyplývá schopnost ultrazvuku indikovat vaěstkové částice, které svou velikostí ani zdaleka - 92 -

neiosahují velikosti A/2. Podmínkou je, aby střední hodnota vzájemné vzdálenosti sousedních vntéstků byla mnohonásobné menši než A/2. Za těchto podmínek je možné odrazové plochy sčítat a výška poruchového echa je potom úměrná aunární hodnotě odrazových ploch jednotlivých vněstků, nalézajících se v poli ultrazvukového svazku. 4. Měření na vzorcích z hlubokotažné oceli Předchozím experimentálním měřením byly ověřeny podmínky pro identifikaci vměstkových částic, za předpokladu výskytu vměatku na stejné hladině. Protože tento ideální stav v obecném případě nenastává, udělali jsme dalSÍ měření, tentokráte na vzorcích z hlubokotažné* oceli z ploštin o tloušíce 18 BUS. Nejdříve byla změřena velikost poruchových ech. Z měřených míst byly potom odebráay krychličky a z výbrusu obvyklým metalografickým postupem z plochy 13 x 18 mm byl přiřazen podle Kiselevovy stupnice klasifikační stupeň KS1 až KS5 z nejhorSího zorného pole. Statistická závislost mezi stupněm znečištění, čili stanoveným klasifikačním stupněm, a odpovídající velikostí poruchového echa je uvedena na obr* č. 5. Z něho Je zřejmé* že přírůstky velikosti poruchových ech s rostoucím klasifikačním stupněm postupně vzrůstají. Přírůstek mezi KS2 a KS3 činí přibližně 2 dB, u KS5 již činí kolem 11 dB. Drobné rozptýlené vmSstky jsou totiž ultrazvukem obtížně zjistitelné, Možnost jejich zjistitelnosti roste s rostoucím stupněm znečištění. Poznatky získané z měření a) Podle našeho názoru leží hranice zjistitelnosti vaěst~ ků ultrazvukea u takové jejich konfigurace, která odpovídá klasifikačnímu stupni 3. Se spolehlivou identidika* cí vméstků pod touto hranicí se již nedá počítat.

t>> J-'ii průsk-mu ultrazvukem r.n ploštinách byle zJ 5* rozložení vntfslků v ploštinách není rovnoměrné. Vezii čir.i viuěntků se koncentruje do okrajových, tzn. patních u hlavových částí ploStin. Často se ovšem hlavní výskyt vsšstků nachází mimo tuto okrajovou c b l s s t . POVÍIČŽ rozložení nečistot v ploštinách jednotlivjřch insotů je velmi individuální a stejně tak je to:nu i ziezi jednotlivými tavbami. Dá se očekávat, že tento prYběh rozloženi vměstků p l a t í obecně. c) Neshoda v porovnání velikosti poruchového eaha a p ř i řazeného klasjfikaSního stupně mikroskop!ckjha pozorováním v,ýbrucu Bifl že být někdy i dosti velká. Jednou z příčin je rozdíl ve vyhodnocovaném objemu obou metod. ZHIÍVUCO při zeření ultrazvukem dostáváme jakousi i n t e cr-hir-.í hočne tu řtupně zne5i§tění objemu materiálu daného ult/í.-.ívuk!>w^s svaskeia, pro stanovení čistoty metalofrtťickou Eic'todou se bere pouze rovina řezu* Navíc použitíá eietoda nsjhoráího zorného pole nesausí vždy fi? cherskterizovňt celkovou čistotu vsorku.

Fozšírenoa chybou při specifikování raikroCistoty oceli

je t o t že se vychází z podrobností na vzorku pro mikro-

skopickou kontrolu bea zřetele na interpretaci výsledků z pom$rn3 a&lého vzorku na skutečné rozměry celého výrobku nebo celého souboru výrobku. Přitom rozložení vměstků po celím souboru nebo celé tavbě je velmi nerovnoměrné. Na zaklaď? této skutečnosti se dá očekávat, že ultrazvukorá kont r o l a , dík své schopnosti nedestruktivní stoprocentní kontroly, sehraje důležitou a prospěšnou r o l i na iSseku zabezpečení vygší čistoty oceli u náročných jakostí. Dlužno poznamenat, že v mnoha případech konstruktéři

i technologové své požadavky na nikroíistctu oc°li přáhánejí, ovíera často jsou jejieft požadavky oprávnění /I/. Využití ultrazvuku na tomto poli se bude zrejsS ubírat dvojí cestou. 1. Hlavní těžiště bude na úseku třídění polotovarů, nebo polotovarů celých taveb s cílem vytřídit část, která je nečistotami postižena ve zvýšené míře. Tímto postupem se vyřadí z dal§ího zpracování část, která Je dosud větvinou příčinou různých těžkostí a nespokojenosti. 2. Dalším polem využití bude zřejmě postup objektivního stanovení: čistoty oceli ultrazvukem přímo na zkušebních vzorcích. Autoři / 2 / vypracovali zajímavou metodiku stanoveni čistoty tzv. "ultrazvukovým číslem M s to ty", což je v podstatě poměr počtu poruchových ech k prozvučovánému objemu vzorku. Porovnáním s metalografickou metodou pomocí Kvantimetru QTM dosáhli vysokého stupně shody výsledků a jejich reprodukovatelnosti.

Literatupá /I/ K.A. Ridal - The Assessment of Inclusions in Steel (ZjiSíovánl vměstků v oceli) IRON and SXSBX,, Special ISSUE 1970, 93-98. /2/ S.S. Daniel, R.A. Rege - Ultrasonic Cleonlinnes Rating of Steel (Ultrazvukové stanovení mikročistcty oceli) Journal of Metals - July 1971, 26-37.

Popis k obrázkům Obr. 5. 1

Charakteristické visěatkové útvary v oceli - 95 -

Obr. 6. 2 Nahoře: výbrus vzorkem s exogenním vaěstkem Dole: výbrus vzorkem s extrémně vysokým znečiStěním Obr. 5, 3 Detail rozhraní se at miskovými částicemi Obr* S. 4 Rozložení vměatků v jednotlivých zorných polích Obr. 2. 5 Závislost velikosti poruchového echa na stupni zneSiStění oceli voěstky

a x e

- 96 -

Tabulka fiíslo vzorku velikost poruchového echo (dB) odpovídající ekv.velikost umglé vňdv ti (ma).. poměrná Šířka počet • vměgtků střední vmčstků čfi etřední S I vraSstků

(i/mm) šířka (mm) vzdálenost (mm)

BH 29

„

a

I

! Šířka vméotků Imm) • : poměrná délkn • : vmřtstků .„ „ pofcet g ivmSňtká ( i Arm) I ' aU'cdni uélka t> vra&p^ků (mn) H ; otředni vzdt'lcnost in yraíotíců (nwn) .2. maximální celková plocho V2&£3tk& v ic;ui»u 6 20 (mra ) i (%) ,ekv. vulikoyl plochy JVfflSátkú 4 tilic:/ jrozdíl ekv. ploony vfuěsikft oproti voibli vadS £ (min)

BH 32

BH 26

N 14

N 20

18

10

9

7

3

1

10,5

6.5

6.0

5.0

3.5

J.O

0.531

0.4B8..

.„0-389

0.215

0.153

0.080

5.9

5.1

4.0

;

•

BH 38

I

3.4 •

11.5

0.166

0T042

0.066

0.042

0.038

0.062

0.138

0.044

0.104

0.154

0.212

0,70?

3.65

0,71

0.86

0.32

0^56

Of72

o.saq

0.469,

0.470

0.042

* 0.03.5

0.03}

5.1,

6.9

6.0

3.1

2.0

3.1

0.166

0.068

0.078

0.014

0 r 017

0.010

0.029

0,077

0*083

0.309

0.482

0.313

?.2

0.44

0 82

0.10

0.08

0T05

142 45,1 %

72,0 22,9 %

58,0 18 f 5 %

28,2 9%

17,2 5,5 %

8,3 2,6 %

8,6

6,0

4,7

3,3

+ 2,6

+ 1,0

+ 1,2

+ 0,3

13,5 • 3

9,6 + 3,1

- 98 -

Á =11 1

i -

- 99 -

1 •9

«o

ffl

- 100 -

->*•

"POUŽITÍ NEDESTRUKTIVNÍCH ZKOUŠEK Plži VÝROBĚ HLINÍKOVÝCH ODLITKU. LITÍCH POD TLAKEM Josef HalamíSek, A2NP, Mladá Boleslav Podíl hliníkových odlitků litých pod tlakem, které ae používají v mnoha oborech strojírenské výroby, neustále roate. Rovněž v automobilovém průmyslu při velkosériové výrobě zaujímají hliníkové odlitky stále -větší procento váhy finálních výrobků* Tyto odlitky většinou přenášejí velké dynamické i statické síly* Jakost těchto náročných odlitků líCinně pomáhají řešit metody nedestruktivní kontroly, zahrnující prozařování rentgenovým zářením, magnetické a kapilární metody a metodu ultrazvukovou. Nedestruktivní metody se používají nejen při kontrole hotových odlitků, ale již při výrobě tlakových forem, které mají veliký vliv na výslednou ja» kost odlitků. Uplatnění nacházejí rovněž při kontrol* níkterých dílů tlakových strojů. Účelné použití těchto metod, popřípadě jejich kombinace * doplnění vizuální kon~ trolou a tlakovou zkouškou umožňuje nejvýhodnější zhodno* cení jakosti odlitků a tím i zabezpečení předpokladů jejich provozní spolehlivosti* Kontrola ocelových výkovků pro tlakové formy Polotovary pro výrobu tlakových forem jsou výkovky (bloky) pravoúhlého průřezu, různých rozměrů i tlouStěk. Pro zjištění vnitřních vad a necelistvoetí se používá ultrazvuková zkouška. Při daném, poměrně jednoduchém, výhodném tvaru pro ultrazvukové zkouSení je tato metoda nejvhodnější s větdinou jedině nožná. U těchto výkovků se vyskytují převážně vnitřní vady typu vměstků, trhlin a dutin* Podmínky, - 101 -

způsob zkoušení i vyhodnocování je dáno směrnicemi, vypracovanými v n.p. ŠKODA, Plzeň. Ke kontrole ae používá ultrazvukový přistroj československé výroby UID-R, který se v provozu velmi dobře osvědčil (obr. 1 ) . Při vhodném tvaru bloků je možné kontrolovat z několika stran a tak lze při zjištění vitSích vad nebo shluků vad s dostatečnou přesností vymezit jejich prostorové rozložení. Zkouší se odrazovou metodou za použití čelních sond o frekvenci 2 až 5 MHz. Pro dosaženi dobrého kontaktu sondy s materiálem, i kdy2 je opracován, se používá strojní olej. Vlastni zkoušení má dvS fáze* V první fázi se zkouSí' tak, 2e je na přístroji nastavena vyhledávací, tj. zvýšená citlivost, která je seřízena podle etalonu tak, 8by se na celé tlouStce dala bezpečně zjistit vada (vývrt a plochým dnem) o 0 1 mm. ? této etapě zkoušení se potom vSechna místa nebo oblasti, kde byly zjištěny poruchové indikace, označí na povrchu mastnou červenou křídou. V druhé části se upraví citlivost na přístroji podle směrnic, podle nichž se také vyhodnotí všechny označené poruchové indikace a blok se zařadí do příslušné klasifikační třídy. Velikost vad se zjištuje výpočtovou metodou nebo pomoci AVG diagramu. Výsledek kontroly se zapíše do protokolu o zkoušení (obr. 2 ) . Povrchové vsdy (trhliny) se zjistují barevnou kapilární metodou. Tato zkouška je poměrně rychlá, levná, dostatečně průkazná a nevyžaduje větří zkušenosti od pracovníků, kteří tuto zkoušku dělají. Princip spočívá v tom, že kapilární kapalina, nanesená na očištěný povrch zkoušeného předmětu, vniká do povrchových necelistvostí a po odstranění jejího přebytku z povrchu předmětu vzlfné působením kapilárních sil a zviditelní povrchové trhliny v bílé vývojce. Jsko indikační kapalina a vývojka se používá Indikal I. a Indikal II, který vyrábí Druchema, Frahe.

- 102 -

Mnohdy Je třeba znát hloubku Již předem zjiStěné povrchové trhliny vyskytující B í t některém místě u bloku nebo u formy, která byle určitou dobu v provozu. Znalost hloubky trhliny jetiftležitápro rozhodnutí, je-li mo2né trhlinu opravit vybroušením nebo bude-li nutné dil Vyřadit* K tomuto účelu se používá měřič hloubky trhlin RT 25, který vyrábí firma Karl Deutsch (obr* 3 ) . Přístroj pracuje na principu měření tibytku napřtí v oblasti povrchové trhliny '-' pomocí třípólové ruční sondy s odpruženými kontakty a s další přívodní elektrodou přidržovanou permanentním magnetem. Je napojen ze sít.?- e mé* dva měřicí rozsahy; jeden 0 až 5 mm, druhý 0 a2 25 mm hloubky trhliny. Hloubku trhliny je možné přímo číst v milimetrech na stupnici indikátoru. Přesnost přístroje sávisl ne přesném nastavení nulové polohy a udává se při splnění vSech podmínek zkouěenl • 10 % naměřené hodnoty. Příslušenstvím přístroje je cejchovní měrka s uměle vytvořenou trhlinou, jejíž šířka je 0,19 mm a hloubka od 0 do 7 mm. Při měření se posouvá sonda po trhlině tak, eby byla zjištěna její hloubka po celé délce. Hodnoty hloubky trhlin kolísají obvykle v určitém rozmezí* Kontrola odlitků prozařováním Prozařováním rentgenem se u hliníkových odlitku litých pod tlakem zjistují především vnitřní vady. Pro tyto odlitky jsou typické vnitřní vady převážně protáhlé plynové dutiny (póry), staSeniny a bubliny (obr. 4, 5, 6 ) . Tato metoda umožňuje získat nejvíce informací o velikosti, četnosti a rozmístění vad v těchto odlitcích (obr. 7 ) . Používá se zvlažte k ověření technologie pro nové odlitky a při dozoru nad výrobou odlitkň s vysokým stupnůn mechanického opracování a 8 pevnostně kritickými oblastmi. Při rediografické kontrole tíchto odlitfcfc vznikají i některé problémy. V našem pf-íps-aě, kdy „Jde o velkosériovou výrobu, nelze prozkoiiše?, kaiJý odlitek, a to Jak z dů- 103 -

vodu kapacitních, tak i ekonomických. To by ov£ecs tské" nebylo vždy účelné, nebot ne každý odlitek s vnitřní vačou musí být považován za zmetek. Vady u odlitků litých pod tlakem ae vždy v menSÍ nebo větší míře objeví, protože jejich výskyt je spojen s chemicko-fyzikální podstatou lití. Jde tu především o to, snížit jejich výskyt na určitou přípustnou hranici, hlavně z hlediska pevnosti a propustnosti odlitku. Dále je to geometrická složitost jejich tvarů, proměnný průběh tlouSÍky v jednotlivých průřezech se změnami plynulými a Sasto i skokovými. To se řeší při vlastním snímkování tím, že se použijí dvě expozice se zaměřením vždy na určitou část o malém rozsehu tloušíkyv V mnoha případech u větších a tvarově složitějších odlitků, kde by při prozařování vznikalo nežádoucí překrytí dvou nebo i více stěn, musí se odlitek upravit, např. rozřezáním na jednotlivé části. Výhodou při rediografické kontrole tlakově litých odlito je především jejich poměrně snadná prozařitelnost, nebol většinou se tlouStky stěn pohybují v rozmezí od několika mm až do 50 mm, což zaručuje dobrou rozlišitelnost i drobných vad na rentgcnogremu. K prozařování těchto odlitků snímkováním používáme rentgenový přístroj UNIPOLAR 160, který je určen hlavně pro zkoušení lehkých kovů (obr. 8 ) . Používané rentgenka je pro maximální napětí 120 kV, což pro naše účely plně postaíuje, intenzitu 10 mA, velikost ohniska je 2,5 x 2,5 um a normální anoda je chlazena vodou. Fři vlastní kontrole, pokud t© dovolují rozměry odlitků, se většinou proeíiřuje n€kolik odlitků nejednou na formát filmu 30 x 40 esa. Nejvíce se osvědčily filmy OSWO EF 63, které jsou zabaleny v černáni papíru, tzv. denní balení % takže není nutno používat kazety. Před snímkováním se odlitky povrchově upraví, coS spočívá v odstranění vtokové soustavy. Při zjištovtní hloubky vad lze použít etalon, t j . stejný odlitek jako je prozařovaný, na kterém byla destruktivně ověřena hloubka zjištěných vnitřních vad. Potom lze při dosažení - 104 -

si

z

U

z

stejného zčernání na filmu a při zachování konstantních podmínek zkouSení i negativního procesu usuzovat na hloubku vady ve směru záření.. Dovoluje-li to tvar odlitku, je možné určit rozměr vad nebo jejich prostorové rozložení prozařováním ve íflvou na sebe kolmých průmětech* Na výslednou Jakost tlakově litých odlitků má mj, velký vliv správné-seřízení stroje a nastavení nejvýhodnějších parametrů (tlak, rychlost pístu, apod.). Při volbě ~ těchto parametrů se uplatňuje radiografická kontrola zkušebních odlitků. Během zkouSek pro nastavení nejoptimálnějších hodnot jsou odebrány skupiny odlitků, které se podrobí radfogtafické kontrole, destrukční zkoušce a metalografickému' rozboru. Na základě zjištSné kvality jednotlivých skupin odlitků je potom možné zvolit a nastavit nejvhodnější parametry lití na tlakovém stroji* Jednou ze zkouSek, často používanou k posouzení vnitřní jakosti odlitků, je i destrukční zkouška na rozlomení ve zvláštním přípravku a následujícím vyhodnocením lomových ploch (obr* 9)» I když lze říci, Se porózita zjištěná prozářením a jemnost lomové plochy spolu vcelku korespondují, je přesto snímek odlitku získaný prozářením, nejlepším dokumentem o velikosti a rozsahu vnitřních vad. Destrukční zkouška může sloužit jako orientační, ale nemůže dát nikdy tolik informaci o vadách odlitku, jako rentgenogram. Některé vybrané odlitky se v určitém počtu' podrobují pravidelné kontrole, protože u nleh i při ověřené technologii nelze vyloučit změnu kvality běhen výrobního procesu v důsledku náhodných příčin spojených a výrobou. Jedním z takových odlitků je např* víko ložiska klikového hřídele (obr. 10). Z praxe je známo, 2e i mezi jednotlivými odlitky z jedné sady bývají ve větší nebo menSí míře určité rozdíly ve výskytu vnitřních vad «o do velikosti i četnosti. Z tohoto důvodu je odlitek pro umožnění zjištění závialpsr ti výskytu vnitřních vad na zkušebním protokole rozdělen na

- 105 -

pět oblasti. Dále je zde roztřídění odlitků podle umístění ve formě (obr* 11J. Rozdělení odlitku a hodnocení vyskytujících se vnitřních vad (většinou porosita) podle oblastí a umístěni ve formě umožňuje zjistit statistickým vyhodnocením po určité době jisté zákonitosti a závislosti ve výskytu vnitřních vad. Tak ntfpř. pro tento odlitek byly zjištěny závislosti, které jsou vyjádřeny graficky na obr. 12, 13. Výsledky těchto grafických znázornění umožňuji potom konstruktérům a technologům realizovat opatření ke zlepšení vnitřní jakosti vhodnými úpravami, směnami vtokové soustavy, rozmístěním odlitků apod. Radiograflcká kontrola byla také využita při zjišťování vlivu vnitřních vad na pevnost v tahá u nenormalizovanýeh zkušebních tyčinek, vyříznutých přímo ze stěny větších odlitků. Zkušební tyčinky byly po obrobení prozářeny a v několika případech byl zjištěn výskyt vnitřních vad íporózita, bublinky) a jejich rozmístění. Po zkoušce tahem se srovnávaly přetržené tyčinky s rentgenogrames, zda přetržení nastalo v místech, ve kterých byla zjištěna porosita, a zároveň se porovnávaly hodnoty sil potřebných k přetrženi tyčinek bez vnitřních vad a a vadami. Téměř všechny tyčinky se přetrhly v místech, kde se vyskytovala porosita nebo bublinky (obr. 14). Jen tehdy, kdy se v tyčinkách vyskytovaly současně studené spoje, ale v jiném mís*č, přetrhly se právě v místech jejich výskytu (obr. 15). Src^rAnim výsledků bylo zjištěno, že porózlta a bublinky anižu/í hodnoty pevnosti v tahu, ovšem méně než studené spoje, ktsr- na rentgenogramu nelze prakticky zjistit, protože tcateriál v těchto místech, i když je nespojen, je vlastně jakoby nalepen a nevytváří tak dostatečnou vzduchovou mezeru potřebnou pro zčernáni na rentgenogramu. Jcko doplňující metoda pro zjištěni povrchových vad u těchto odlitků se používá barevná kapilární zkouSka. Touto metodou se např. zjišťovaly povrchové trhlinky u odlitků klik dveří. Odlitky se po očištění povrchu od nečistot - 106 -

a mastnoty acetones ponoří do indikační kapaliny na dobu asi 10 minut. Po této době se vyjmou, opláchnou vodou, osudí • postříkají mokrou vývojkou (suspenze CaGCL a acetonu). Po několika minutách se na bílém povrchu vzlínaJící kapalinou barevně zviditelní povrchové trhlinky, nejdříve větSÍ, později i drobnější necelistvosti. Potom následuje vizuální prohlídka a vyhodnocení indikací. Kontrola stro.1ů pro lití pod tlakem Ve rflévárnč hliníku se používají k výrobě odlitků převážně stroje Československé výroby typu CLO a v menší míře stroje zahraniční typu VOTAN a TBXULZZ. Jednotlivé díly strojů Jsou za provozu značně namáhány, především mechanicky a tepelně* V některých případech vznikly únavové lomy na vodicích sloupech a praskliny na přijížděeím válci a přední upínací desce. Při zJISlování únavových lomů na vodicích sloupech se ukázalo, že Jejich zkouSení ultrazvukem Je oprávněné, aí Jiř z důvodů bezpečnostních, nebo technických. Únavová lomy vznikají v příCném průřezu sloupu v místech závitová Části pro spojovací natieé. Příčinou vznikajících lomů může být zhrubělá struktura materiálu, vrub pro zhotovováni závitu, ale pravděpodobně sede má největSí vliv způsob dosednutí Šroubu a matice, rasp, nerovnoměrné zatížení některých sloupů, způsobená nesprávnou geometrií uložení, takže potom dva či tři sloupy přenáSeJÍ veSktrou síla vyvozenou při dotlaku kovu do formy. Vodicí sloupy se kontrolují ultrazvukem z bezpečnostních důvodů pravidelně za určitá období tak, aby se včaa zjistila eventuální únavová trhlina a naruSený sloup mohl být vyměněn. ZkouSí se z čelních stěn (obr. 16). Protože kontrola celého sloupu Je obtížná, zaměřili Jsme se na závitová Části, kde Je taká neJvětSÍ pravděpodobnost výskytu únavových trhlin. Ke kontrole [kontaktní odrazovou metodou »é používá ultrazvukový přístroj UlD-fi. Použitá frekvence - 107 -

je 3 až 5 MHz a jako vazební médium slouží mazací tuk. Citlivost je zde nastavena na vyřazeném sloupu a únavovém lomem. Rozsah únavového lomu, tj. jaký průřez plochy sloupu zaujímá, se zjišťuje metodou dynamického snímání, tzn., Se se zjistí průmět jejího obrysu na povrchu Sela sloupu. Je-li plocha lomu kolmá ke směru ultrazvukového svazku, poruchové echo se sníSi na polovinu maximální hodnoty, když -se osa zvukového svazku právě dotkne okraje vady. K zjištění povrchových trhlin, které vzniknou na ostatních Seatech tlakového stroje, jako je např. přijí2děcí válec, upínací deska, se používá zkoušečka svarů ZS 600, kterou vyrábějí Laboratorní přístroje, n.p.»Chotutice (obr. 17). Tento přístroj je přenosný a proto umožňuje poměrně snadné zkoušeni objemných součástí, které jsou zabudovány. Pomocí tohoto přístroje se kontroluje střídavým proudem, který prochází mezi elektrodami zkouSenou částí. Tím se vytváří magnetické pole kolmé na směr průchodu proudu. Poléváním zkoušené části detekční tekutinou (podle ČSN 01 5015) se indikují povrchové trhliny rovnoběžné s průchodem proudu* Vhodnou orientaci spojnice elektrod lze tak zkoušet povrchové trhliny libovolného směru. Místa, kde se přikládají elektrody, je třeba metalicky očistit, např. . ruSní bruskou. Použitím této metody se zjistí rozsah trhliny, která se p*otom zavařením opraví. Závěr Závěrem lze říci, Se nedestruktivní kontrola je při výrobě tlakových odlitků rychlá, spolehlivá a nezbytná. Dovoluje nám zjišíovat kvalitu jak samých odlitků, tak i tlakových forem. Zároveň má své plné opodstatnění při kontrole tlakových strojů, a to především z bezpečnostního hlediska.

-* 108 -

Literatura /I/ J. Aulický - RNDr. J. Slabá - Ing, J. Schnied: Kontrola odlitků prozařováním - Slévárenství, str. 100-101, 1965, S. 3 /2/ KrautkrSaer J.H.: Ultrasonic Testing of Materials, Berlin, Heidelberg, Hew York, 1969 Texty k obrázkům Obr. Z. % Ultrazvukový impulsní defektoskop UID-H Obr* 2. 2 Protokol o zkougce ultrazvuku Obr. č. ' 3 Přístroj pro měření hloubky trhlin ST 25* firmy Beutsch Obr. č. 4 Rentgenogram odlitků s vnitřními vadami Obr. č. 5 fk^zaé plocha odlitků 3 plynovou dutinou (zvětšeno) Obr. 2. 6 $ez.ná plocha odlitku s protáhlou plynovou dutinou ^__ (zvětšeno) Obr. č. 7 Ukázka íéisti vyráběných odlitků Obr. č. : 8 Rentgenový přístroj UNIPOIAK 160 Obr. č. 9 Lomová plocha odlitku víka ložiska s vadami Obr. S. 10 Odlitek víka ložiska Obr. č, 11 část zkušebního protokolu se znázorněním-rozdělení víka ložiska na jednotlivé Sásti Obr. č. 12 Grafická vyjádření závislosti množství vafl na umístěni ve formě u odlitků víka ložiska Obr* S, 13 Grafické vyjádření závislosti množství vad podlá oblasti odlitků vík ložisek Obr. 5. 14 Plochy zkušebních tySÍ po tahové zkoušce s póry a bublinkami (zvětšeno) ď;r. 2. 15 Plochy zkušebních tyčí po tahové zkoušce se studenými spoji (zvětšeno) Obr. Č. 16 Znázornění ultrazvukového zkouáení vodícího sloupu siroje pro tlakové lití - 109 -

Obr* t* 17 P ř i s t r o j 2SS $00 pro zlrouBení magnetickou netodou polévael.

Obr. 1

Obr. 3 - 111 -

A Z 8 P tiLFJtf BQiESUT OflJ IROX0K0& O ODOUSCB DLHUZVaOM "fc.

Adre«4t •isav vjmbfca

{RosaStř « • -

Bat«rl41 i

Tavte t

^

Pnra««try akouEeDi

a«t«u.t

Defektoikop Irtfcraae* <

floaA* i

Cltlivcrti

r^csa lapulwt tjiXiUk

iossab iascTé

tkouH«ni

•

-

I.

Typracovnlt ,

, ._.

Satuai

Obr. 2 - 112 -

£C\XV3I1Í1

- . .»... . .

5; . 9 1

5

•I

- 113 -

in O

- 114 -

, , . , - .

.„ - * v-j-*r»Kjy,

f

i\

i - 115 -

l\

Obr. 7

Obr. •

Obr. 9

.A Oto. 10 - 117 -

.

•• • _ .

-ň™

•:,''<• r.-'±JŘ

f

"• •

,

f

»

• ' '

.

• . '

'

. . /n3

So
i

i.

5

A

t < >

ii

O Obr.

XX

. • ' .! ; <

i

H fa

i ~

- 119 -

-

*

>

•

fí

i

ťv?^

'3

:

ít-

\

/•.•:•' " . - ; - i r

Îi*^-^î*4iûk^.i. ., .v.

- 120 -

v

i

Obr. U

Obr. J-5 - 121 -

t

Obr. 16

Obr. 17 - 122 -

lom

DETEKCE KAYITACNÍCH Z & Y HTDRODTNAMICKÝCH ELEKTRONICKÝMI METODAMI Doc. Dr. Ing. Oldřich Taraba, C S c , Elektrotechnická fakulta ČVUT, Praha S rozvojem výroby výkonných vodních turbín a čerpadel. je nutné zaměřit a* nejen na oblast sákladního výzkumu kavitace, ale i na identifikaci kavitačních proceaů v hydrodynamických systémech, a? jii jde o hydrodynamické stroje nebo o příslušenství hydrodynamických strojů (potrubí apod.), Obvyklé defektoskopické metody, at uS Jde o ultrazvuk, popř. rentgenové záření aj., identifikují pouze v několika málo případech dosavadní defekty v hydrodynamických «ysternech. Je proto nutné zaměřit se na identifikaci kavitace ve zmíněných systémech, identifikovat její stav, energetický líčinek, popř. prahovou hodnotu. Domníváme ae proto, ie pracovník v oboru defektoskopie by měl být informován o možnostech a způsobech Identifikace kavitace dříve, než kavitace svými destrukčními účinky způsobí závažné škody na hydrodynamických soustavách. Účinky kavitace jsou známy již dlouhou dobu a velký počet našich i zahraničních výzkumných pracoviSÍ se zabývá podrobným studiem tohoto fyzikálního jevu, významně ovlivňujícího konstrukční parametry velkých hydraulických soustav, jakými jsou např. velké vodní turbíny, čerpadla, potrubí a některá jiná zařízení vodních centrál apod. Je konečně známo, že kavitace napadá i kluzná ložiska a vyskytuje se obzvláště u ložisek a převodovek pracujících s vysokými obrátkami za současného mazání různými iruhy olejů. Bylo prokázáno, Se kavitace napadá i vložky pistů spalovacích motorů, které jsou při provozu stroje chlazeny vodou. - 123 -

Fyzikální noástata kevltace Kevitace je v podstatě vznik a zénik kaverny (dutiny; v proudící kapalině, obzvláště v těch místech, k:e v rrostoru hydrodynamického systému nastává turbulence k&pelin. Vzniká všude tam, kde je kapalinné kontinuum vystaveno hydrodynamickým silám (např* vírové oblasti v pohybující se kapalině epod.). Základní hydrodynamické představy kavitačního procesu v kapalině vycházejí z Rayleyghových teoretických závěrů. Na kavitační kavernu v prvním přiblíženi nahlížíme êko na kulový evakuovaný prostor, vytvořený v nekonečné velké oblasti nestlačitelné kapaliny* Vlivem vnějších sil nastává kolaps kaverny* čas k tomuto ději - implozi - je určen výrazem t)„ • k • E kde

k EQ

nabývá hodnoty 0,941 (pro zjednodušení uvažujeme k«l), je maximální poloměr kaverny před jejím kolapsem,

f hustota kapaliny, P a atmosférický tlak* Ke konci kolapsu nabývá tlak plynu v kaverně strmého maxima* Podrobněj5í tnfcled na dynamiku kaverny v kavitačním poli ukazuje, £? při kolapsu kaverny vzniká konečný, i když velmi vysoký pulsnl tlak* Okolní kapalina není totiž zcela stlačitelná, takže přijímá Sást implozní energie jako kompresní práci, která je pak vyzařována jako tlakové vlna. Konečné hodnota impulsní síly při kolapsu kaverny je ovlivněna malým množstvím vzduchu a per v kaverně, které se zde uvolní při její tvorbě.a při implozi jsou plyny a péry komprimovány a někdy zabraňují Úplnému zániku kaverny. - 124 -

?sh'.y hovoříme o tzv. "pseuflokavitaci" (která na rozčil ci pravé kavitace nemá tak závažné škodlivé účinky ne Pevnou látku, např. kov, slitiny, jako pravé kavitace}. .Je pochopitelné, že ke konci imploze se kaverna deformuje a nakonec se rozpadá v množství menších kaveren* Zraíp.čné tlakové impulsy se projevuji jako kevitační hluk v"u~). Měření kavitačního Sumu, který je určen dynamikou kaveren, je mírou stavu kavitace v kapalném prostoru. Impuls tlaku, vyzařovaný* jednou kavernou, pochopitelně též ovlivňuje dynamikou blízkých (sousedních) kaveren, je jimi dispergován i pohlcován. Parametry kavitařního Šumu (jeho spektrum, energetické rozložení), závisí též na počtu, druhu a velikosti pevných nečistot a některých fyzikt'ln<~ chemických vlastnostech vody včetně obsahu plynu ve vodě. Pohybová rovnice bude ve tvaru

(2)

+ T kde

» rychlost proudění kapaliny do místa kaverny (Jejího středu) p * tlak v kapalině, t s Čas, r, E * pruvodič vedený ze středu kaverny do kapaliny, f> = hustota kapaliny. v

Je-li potenciál rychlosti

f , pak

(3)

v* -

takže po zavedení do rovnice (2) a integrací od r do » bude

3L .

p
=

0 ,

protěže pro r -• ••

Je

f

* 0, v • 0, p(r) »

Uvažujeme-li nestlačitelnou kapalinu, bude • •v

*

R'

(5)

kde v Je rychlost kapaliny na povrchu kaverny* Pro potenciál rychlosti bude podle (3), (5),

f • r*

R2

(6)

fí

%

Dosazením (6) do (4) bude

r

F

2

(7)

0.

- P Dosazením (7) do r • R. v* *

d t

-i. 2

obdržíme

2 V dt'

í?

- P (B) J

Tlak Poo •" nekonečnu (ve velké vzdálenosti od středu kaverny) může nabývat různých hodnot* Pro sjednoduSenl lze předpokládat, Se P je konstantní, tj* P^ « P o a v kaverně je vakuum p (R) * 0* Doeadíne-li do (8) pro t * 0, E » R zaSíné implodovat), bude

- 126 -

v* « 0

(kaverna

v«

-

1

(9)

B takže po integraci (9) obdržíš* rovnici (1) pro t k • Noltlngovu-Nepplrasovu rovnici obdržiae s rovnice (82 (zavedeae-11 P^. • P 0 - P B ain u> t ) :

kde

€ m povrchové napěti kapaliny Pp * tlak kapaliny uvnitř kavárny n • polytropický exponent zaěny atavu plynu v kaverně.

Mírou kavltaCního jevu, jak jase ji2 uvedli, je v důaladku souboru kolapsfi kavitaSnlch kaveren (probíhajících v Sašových intervalech od několika aikroaekusd aS ssiliseksnd) generujících soubory tlakových vin, epektrum zasahující do oblasti kmitočtů několika UHs. Pro zmíněné účely jsae v naSí ultrazvukové laboratoři koncipovali elektronické zařízení: kavitoaěr FEL spolu s přistrojen urSenya pro diagnostické účely strojních zařízení: DIAONOST 01 ¥SLt jehoš využití a princip popíSese v naši dálil zprévě (vis "Spektrární analýza ultrazvukového pole jako powScke při bezde»ontéřnl diagnostice defektů strojů s strojních Sáatí"). Blokové achéaa kavitoměru řlL je patrné t obr, !• Piezokeraaický sniaaC FSL (1) pracující v rozsahu kmitoStu do 100 kHz, registruje aalý ěvm z prostoru turbíny pomocí vlnovodu. Napětí na aníaaSi seallené v předseailovači (2) i* vedené do selektivního zesilovače (3) vytvořeného RC-obv** - 127 -

čem (KalltSv filtr), jehož oJpor je po skocích regulován tsk, že lze nastavit vhodný kmitočet propouštěného pá3~a v rozsahu od 2 kHz do 20 kHz po 1/6 dekády se selektivitou minimálně 30 dB na dekádu. Koncový stupeň (4) zesiluje signál filtru, který je bu3 zaznamenán na registračním přístroji (6) nebo je indikován panelovým přístrojem (5). Linearita zesilovače je v celém rozsahu i 0,1 dB. Jako zapisovač lze užít např. registrační millampérmetr Vareg Metra. Příklad kavitačního spektra turbíny o maximálním výkonu 90 Utf v režimu 29 (nastavení běžného a rozvéděcího kola} je patrný z obr. 2. Měřili jsme v rozsahu 4,5 kHz do 20 kHz; V tomto režimu byla prokázána intenzívní kavitace v hydrodynamickém systému zapsané zapisovačem v rozsahu 20 kHz v oblasti 50 až 60 dílků. Vhodným nastavením parametrů turbíny při stejném výkonu lze snížit kavitaci o 50 %, což registruje obdobným způsobem kavitoměr FEL. Některé ze souborných diagramů režimu turbíny ukážeme v průběhu přednášky. Na obr. 3 je pohled na kavitoměr FEL spolu se zapisovačem GOERZ. Jiný průkazný doklad identifikace kavitačního procesu v jiné turbíně je riá grafu obr. 4. Zde se měřila kavitace v oblasti 1 KHz, 500 kHz a 400 kHz. Jek je ze záznamu jasně patrné, nastává zde v režimu 32 turbíny intenzívní kavitační proces. Položíme-li záznam kavitačního spektra v oblasti 1 MHz do hladiny O dB, pak signál v oblasti 300 kHz převyšuje předcházející signál o 30 Q 3 a signál 400 kHz o 50 d3. Pro úplnost uvádíme, že posun registračního papíru jo 120 aan za min* Významná destrukce stěny turbíny je patrná z obr* 5, \:\e lo portichy je zasunut šroubovák délky 25 cm. Ocelová stžna vyznačuje značné poruchy způsobené spárovou kavitaci. Jiný charakter poruchy je patrný z obr. 6, kde kavitačnl ;>! oces intenzívní narušil soustavu lopatek velké turbíny. - 128 -

Na obr* 7 Je patrný pohled na sondu kavitoměru (Šipka), která je připevněna šroubením na vlnovodu, který snímá kavitaSní proces ve vnitřním prostoru turbíny* Kavitaci lze pochopitelně registrovat obdobným způsobem u všech hydrodynamických strojů, potrubí a Jiných zařízení, kde nastává generace kavitaSního Sumu Jako důsledek kavitačního procesu. Na měření kavitačních procesů naším kavitoměrem nemá vliv vibrace stroje ani hluk stroje, jak bylo prokázáno souborem měření, která jsme uskutečnili na nejrůznějších typech hydrodynamických strojů od roku 1S60.

- 129 -

in

o

- 130 -

Í - . . . 1'-

-131-

••• • ; , • • • " . " "

ro

- 132 -

- 133 -

- 134 -

- 135 -

Obr. 7 - 136 -

SPEKTRXLNF ANALÝZA ULTRAZTOGOVŽHO POLS JAKO POMGCKA BEZDEMONTXŽNÍ DIAGNOSTICS DBFEKTÚ STROJŮ A STPOJHÍCH

Doe. Dr. Ing. Oldřich Taraba, C S c , Elektrotechnické fakulta ČVUT, Praha

Důležitou ekonomickou složkou provozu velkých je včasná identifikace defektů, které v průběhu vznikají, aniž je nutné stroj demontovat a vyřadit na áelSÍ dobu z provozu. Na základě požadavku naSeho pr*jj\/3lu jsme se zaměřili na obor bezdemontéžaí diagnostiky (?&!>), obzvláště v těchto oblastech: 1. BDD ložisek 2. BDD části strojů (ventily, převodovkyi 3* procesy při mazání velkých ložisek (včetně event* kavitace v ložisku) 4. BDD kompresorů a jejich částí 5. identifikace místa a stupně kavitece v potrubí 6. kavitační procesy obecni* Je pochopitelné, Se BDD je záměře co jako pomůcka pro** vozu na prodloužení intervalu mezi generální opravou stroje ve snaze posoudit co nejdříve vznikající poruchu a rozhodnout včas nutnost vyměnit, event, opravit určitou část po* hyblivého soustrojí zařízení. Obvyklým měřením vibraci, tak jak je tomu zvykem ve strojírenství, nelze identifikovat vznikající poruchy ložisek a částí, protože dosavadní vibroaetry pracují obvykle v celém spektru do oblasti 20 kHz. Iři takovém měření vibrací charakter poruchy, která vzniká např* v ložisku, zcela zaniká a nelze ji diagnostikovat. Prokázali jsme, Se charakter spektra kmitočtů, které Zefektivní ložisko produkuje, zasahuje do oblasti kmitočtů 300 kHz, popř. do oblasti až 1 MHz. - 137

ZaaSřae se. zprvu aa kluzné ložisko, schematicky znázorněné na obr. 1. Botuje-li např. čep (3) velkou rychlostí, pak mezi pouzdrem ložiska {2} je olejová vrstva vystavena značné aile a čepy i pouzdro ložiska mhou být napadeny kavitaci,*která je obvykle příSinou dcatrukce čapa, event, pouzdra ve tvaru menSich nebo větších dftlkft. Přiloííme-li vhodnou opravou snímač 1, pak lze identifikovat destrukční, narušení loiiskových částí formou kavitačního Sumo v oblasti 900 kBsi event, lze určit i stupeň mazáni lofiaka. (Bude demonstrováno při přednášce). Způsob indikace poruchy mazání, event, destrukce kluzného ložic«r* lze diagnostikovat zařízením BXAOI06T 01 FEL, vyvinuty* v ultrasvukové laboratoři elektrotechnická fakulty v Prase. Schéaa, snásornojící fyzikální princip diagnostického procesu, je na obr. 2. Vesi dvS desky (5,7), jejichM povrchy Jsou lapovány, lse savéat aasání (6). Ha desce (5) je přiložena sonda (4)» jajil vyatup 4a připojen na DIAfflíOST 01 FBL (2). Vystup přístroj* je veden na indikátor (1), event, na sapisovač (3), popř. aula b^t připojen i oscilegraf. Sunoa-li se desky (9,7) po sobi be* aasáaí, indikuje DIAGROST Ol IEL Stworé spektru* v oblasti 500 kHz. Tata •pektrtm sa£ní svůj charakter co da intensity, tj* intenzita signálu poklesne a2 o 10 dB, zavedeae-li aazání. Týkaxují-li desky drobné nerovnosti, např. 3 0 0 ^ (obr. 3), pak při rychlé»t např. rotačníst pohybu vzniká v prostora aesl deskami kevitační proces, kterf registruje ahcdné zařízeni stoupnotlu signálu proti předchásajicíau připadá o 10 aS 15 d3. Důležité je diagnostika razných typ* kuličkových ložisek. Ka obr. 4 je schesatlcky znázorněno buzeni ultrazvukového spektra v desce (2), pohybuji-li se «e*i tooto deskou a deskou (4) kuličky (3). Vykazuji-li kuličky (3) nerovnosti, způsobené např. jejich poruchou (naznačeno na obr. 4), vznikají poláni sily působící na desku (2) a generace ultrazvukového spektra podle typu soustavy do oblasti ai $00 kHz.

- 138 -

la rozdíl ed švédského přístroje SEP sEPA 10 A indikuj* naSe zařízeni spektrum ultrazvukového pole daleko spolehlivěji a ezaktněji určuje poracba ložiska, dříve net nastane event, úplné destrukce ložiska. * Bovněi tak lze našim zařízením DIAGXOSr 01 1SL identifikovat turbulentní prouděni v jakémkoli potrubí (turbulentní . proudění kapaliny} obr* 5* Schematicky je sde nasnačena turbulence kapalin?;které, spAsobf-li kavltael ve vnitřním prostoru potrubí, generuje charakteristické ultrazvukové spektrum naBíja JHÁOĚ0BTEM 01 FEL registrované, přiloiíae-11 na.potrubí* snípi*Č. Základní pravidlo při BDD je nutnost, aby piesokeranickf snínaS; *ter^ je soaCásti našeho diagnostického přístroje, akustický kojtanikoval s mímUtu uloiení loSiska. Z těchto důvoifl jtt snfiaC připevněn na Sronbení v nístě nejkratší akostlcké dráhy od loZiska do nísta upevnění sníance. Schenaticky ^ tVináxoraěoo na obr. 6. ' ilaáe sařísenl DIACHCBT 01 FEL je patrné s obr. 7. Přistrojme rosdělen na dvě Sasti. £rvní čest anaijsuje spektrvsi VÔtsahu od 2 do 20/kHz/ druhé část od 250:k9z do 1 íMx. Vystup přístroje je připojen bud* na registrační přístroj nebo na oscilograf, event, lie 1 signál spektra po detekci registrovat akusticky sluchem. (Bude demonstrováno). Přístroj je plni osazen čs. transistory a integrovanými obvody a je proto lebce přenosný. Spektrum ultrazvukového pole generovaného charakteristickou poruchou lze popřípadě odečíst na panelových přístrojích zařízení. Charakter ultrazvukového spektra, které je prodnkciváno typickou poruchou, není ovlivněn vibracemi stroje a sékiado strojního zařízení* .

osa./

o&z.z 1 f

:•

'•

\

•"/-'L... mjiij.TřňU

X

i"5T

i J_

i

«S3P.3

•

O

Q C OBX.l

0BK6

- 141 -

*j./í.

~ 142 -

AKTIVUJ ICBTFOIA CELISTVOSTI SVARČ HOSCTOCESÍtf ZÍZS&MP AKU3TICKÍCH EMISÍ Ing. Hudolf Dubenský, ČVUT, fakulta strojnít Praha

Požadovaná celistvost stroktory svarových spojů strojních součástí se v aouSasné době při uváženi vSech platných norem nejčastěji kontroluje nedestruktivní Metodou proaařovací a ultrazvukem. Jak je již známo, nají obě setody svá specifická omezeni při zobecněni rozsahu jejich použitelnosti. Dnes vine, že např* radiograflcký sáznae je podstatně necitlivý a jen podKfnecnS průkazný k indikaci plošných vad typu trhlin, studených spojo, orientovaných hrubá do roviny kolsé ke sairu postupu pronikavého zářeni. Současně je klasická radiografická technika relativné pomalá a t£a ekonomicky nevýhodná, nebol obecně vyZaduje znaSné •no23tvi času k přfpravč a pořízeni sn£dazt jeho vyvoláni a zérěrečnéaa vyhodnoceni. Ultrazvuková-testováni bývá zpravidla rychlejSi, levnější a wtohdy i citlivějSi. Hicoéně výsledky ultrazvukových zkoušek se prozatím nesnadno kvantitativně vyhodnocuji a vsájesně srovnávají pro prozatísoí niSSl stupeň normalizace a též pro rozdílnou techniku, která se pro získávání ddajů používá. Y neposlední řadě lze i ultrazvukovou metodu obtížně použít v podmínkách hodnoceni indikaci při kontrole Slenitýcb svařenou se složitými tvary a různým typ? tavných svarových spojů. Je proto stále snaha zavádět nové, vhodně doplňujíc! nenákladná nedestruktivní kontrolní setody pro bezporuchové zkoušeni a průběžné ověřováni celistvosti svarů jak při jejich výrobě, tak i později v provozních podmínkách svěřenců*

K doplňkově používaném nedestajtifttiVnfm metodám určeným pro jednoznačné vyhodnocování jákóáti svarů zvláště důležitých a zpravidla dynamicky namáháních strojních součástí, Jako jsou defektO3kopické metody kapilární, magnetické; elektroináuktivní a vířivých proudů, lze -přiřadit novou, vysoce progresivní kontrolní metodu, a-poSivajici v zachycení a analýzetzv* akustických emisí* Z fyzikálního hlediska je vznik akustické emise určen jako okamžitý vnější projev plastické deformace v důsledku uvolnění nahromaděné deformační energie v místě začátku porušeni původní strukturální vazby materiálu. Část uvolněné energie se mění na pružné vysokofrekvenční kmity a takto vznikly1 akustický rozruch se šíří následně vSemi směry a lze jej výsledně eliminovat vhodnými elektroakustickými snímači, umístěnými při povrchu materiálu* Je jiS laboratorně prokázáno, Se akustické emise vznikají nejen při nukleaci nebo rozšiřování makroneceliatvosti, ale již při výskytu počátečních lokálních šikroposuvů a pohybů dislokací (nejmenší prokazatelný děj již při pohybu 5 • 50 dislokací). Intensito akustického rozruchu, který je vhodně průběžně detekován, je výsledně závislá na vzdálenosti emisního zdroje od snímací sondy, velikosti rozruchu, útlumové charakteristice materiálu, druhu snímače a zkušebního zařízeni. Jako přírodní úkaz projevu akustických emisí je možno uvést zemětřesení* JiS při počátečním vzrůstu napěti, předcházející protržení zemské kůry, lze na základě emisních záznamů seismografů předpovídat možnou přírodní katastrofu. Podobně i vzorky cínu, zinku nebo hořčíku vydávají slyšitelné zvuky již při rudním ohýbání. Emise je však možno získat nejen při vnějším mechanickém zatěžování vzorku statického nebo dynamického charakteru, ale také při vnitřním "zatěžováni", např. v průběhu fázových změn austenitu na asartenzit nebo perlit, křehnutí čistých kovů nebo slitin, dále jako - 144 -

mikrodeformací pocházejících z teplotních napětít sbytkových pnutí, stárnuti, únavových jevů nebo creep proceaa. Výskyt emisi lze pozorovat i v tekutých soustavách, kde slouží k urSení tvorby dutin nebo odkryti počínajícího varu. Jak Již bylo uvedeno, je použitelnost akustických emisi zcela evidentní pro detekci nukleace a růstu trhlin v pevných látkách* AvSak použitelnost této metody pro zjišťování mikroposuvů nemusí být uS tak samozřejmá* Tato detekce je pro Úspěšnou kontrolu velmi důležitá, nebol mikroposuvy se objevuji jiS při nižších hodnotách napěti a daleko dříve než v kritickém mekroaěMtku. Některé druhy hromadění a přesuvu dislokačnich poruch nebyly zatím z hlediska nauky o materiálu definovány, zapadají však do detekSního pole a JiS byly zachyceny / 2 / . Tento poznatek předurčuje výsledně metodu akustické emise jako velmi užitečnou ptrtůcku oboru meohaaiky lomu, metalografie a zjišlování celistvosti systémů. • ** * frekvence akustického emisního spektra^s* obecně pohybuji od slyšitelné části až po rozsah megahertz*. Je ovšem nutno rozlišovat několikerý význam- slova frekvence* Jeden způsob použiti se vztahuje k počtu rázů,.které vznikají za Sašovou jednotku, jako základní přirozená frekvence akustických emisi* Pro bližší ozřejměni lze popsat hypotetický vzor děje, umožňující vysvětlení vzniku energií a frekvence, který je v souhlasu se všemi až doposud účinnými záznamy o akustických emisích* Uvažujme srno kovového polykrystalického materiálu zhruba kulovitého tvaru o průměru d* Za existence potřebného deformačního napětí klouže horní Sást zrna přes spodní oblast přibližně ve vzdálenosti s. Při známé hodnotě modulu torze O pro sledovaný materiál lze výpoStem stanoG vit hodnotu deformačního napětí. sigmag * •* j > * Změna - 145 -

energie, které skluz provizí, je dále určena jako delta , kde veličina A vyjadřuje plošnou hodW =- 02. a notu smykové oblasti. Sále předpokládejme, že děj pokluzu zrna je náhlý a může být tedy uvažován jako impuls přivádějící zrno do rezpnanční vibrace* Výsledně lze, stanovit frekvenci této Z k d e a vyjadřuje haotu vibrace f • k zrna, k koeficient vlivu okolí frekvenčního zdroje*

V

Za konkrétního předpokladu, že jde o zrno polykrystallc. kého materiálu na bázi hliníkové slitiny zhruba velikosti 0,1 mm, vychází výpočtem základní frekvence této vibrace f ~ 2 MHz. Je-li iniciátorem pulsů kulovitý útvar, např. vměatek, bývá hodnota vzniklé frekvence vyšší řádově v 10* MHz. Přirozená emisní frekvence je tedy ovlivněna rozměrem a hustotou necelistvosti, počtem okolních poruch a druhem základního materiálu* Lze též předpokládat, že hranice elementárního zrna a s ní související lokální přesuv dislokací nejbližšího okolí bude mít na samovzbuzenou vibraci tlumící vliv, a je pravděpodobné, Se takový děj dá výsledně popud k četným doprovodným záchvěvům a nižší frekvenci* Při konečné úvaze vSech zmíněných vlivů cožno výsledně odhadnout základní přirozenou frekvenci akustických emisi v pravděpodobném intervalu 1 *• 100 ISHz. Jiný způsob definice frekvence, v literatuře nejČastSji používaný, spočívá v popisování ozvěn základních frekvencí 'akustických emisí výsledně vznikajících v součásti nebo v detekční sondě, kterou se emise šíří* Tato frekvence se vytváří druhotně tím, že vzniklé zákla.iní emisní pulsy, které putují rychlostí zvukových vln v materiálu, se nejčestěji odrážejí zpět a kupředu v testovaném vzorku a snímači,; dávají yznik stojatým vlnám a jsou příčinou rozknitání vazebního systému, jehož kmity se exponenciálně utluaí. není-li dodávána dalěí energie pulsů*

- 146 -

Počáteční kmity takto modulačně převedená do frekvenčního pásma akustického snímače, což je vždy spojeno s určitou energetickou ztrátou a příslušným zkreslením původního signálu, jsou jedinou praktickou možnou veličinou sloužící k bližšímu studiu dějů akustických eniaí. Znamená to, že akustické signály,ověřované a vyhodnocované zkušebním zařízením, jsou již frekvenčně pouhou analogií skutečných jevů, a nutně zcela reprezentují frekvenční ovlivnění kontrolované součásti a zvláště kmitočtové charakteristiky snímače. Proto je v praxi při použití různých druhů sní"mačů často velký rozdíl odezvy na určitý právě sledovaný signál aku6tické emise při dílčím hodnoceni jeho doby trvání a bližSího určení vlnoplochy. * Třetí způsob používání termínu frekvence je určen pro popsání samého puleu. Např. trvá-li půla jednu mikrovteřinu, může to být vyjádřeno jako půla o frekvenci 1 MHz. Horní hranice takto definované frekvence není známa a je závislá na rychlosti počátku nebo ukončení napěťového vzruchu a délce jeho trvání. Zdárné měření frekvence závisí rovněž na tlumicích vlastnostech materiálu, kterým puls musí proběhnout, než přijde do oblasti snímače. Tlumení se světSuje ae zvyšující se frekvencí, a vysoké frekvence tedy bývají snadněji utlumeny v" áob5 než signál dosáhne sondy. Při reálném vydetřování výskytu akustických emisí je nutné odfiltrovat všechny nežádoucí frekvence pod určitou mezí, např. 5 nebo 30 kHz, abychom tak odstranili možné interference z nežádoucích zdrojů hluku jak mechanického, tak elektrického původu.. Minimálně možná detekovaná amplituda je určena hlavně •• citlivostí sondy, druhem zařízení, která jsou používána pro zjistování emisního signálu a dále množstvím možných okolních poruch elektrické a mechanické povahy. Nejpoužívanějším převodním typem unímače k odhalení a hodnocení d&- 147 -

jú akustických etďěť j&-piezoelektrický krystal, zhotovený nejčastěji na bázi olovnato-zirkonového titanátu, jehož předností je nízká hodnota odporu a tím vysoká deformační citlivost. Též je možno použít konvenční akcelerometry, raménko přenosky nebo kontaktní mikrofony, jaké jsou používány na některých hudebních nástrojích. Již víme, že nejslabší zvuky, jež by bylo možno zachytit, jsou ty, které jsou vyvolány náhlým mikroposuvem dislokací, jako důsledek vzrůstu vnitřního napětí materiá— lu. Detekovat emise za těchto podmínek vyžaduje velmi citlivé zařízení snímače a nízkošumový předzeeilovač a zesilovač. Nejsilnější zvuky vycházejí naproti tomu z míst tvoření a růstu trhlin (kus dřeva způsobuje při lámání značné množství hluku) nebo tvorby jiných makronecelistvostí, které vždy při svém vzniku koncentrují v okolním materiálu špičku napětí, takže použiti.-měřicí aparatura může mít nižší citlivost. Je zřejmé1, že aplikace akustických emisí se stává po- * tenčiálni metodou ke sledování mnoha typů metalurgických procesů, které jsou spojeny se změnami v mikrostruktuře nebo v napětovém stavu kovů, takže metoda se jeví jako velmi slibná při hodnocení kritických struktur, a pochopitelně při detekování, nukleeci a růstu trhlin. Akustické emise svou fyzikální podstatou mohou vzniknout jedině jako důsledek náhlého snížení napětí poblíž místa porušení vzorku nebo necelistvosti, která se právě forauje nebo zvětšuje. Zásadně není metoda akustické emise použitelná pro detekci statických útvarů vad. Vznik pružného vlněni musí vžéy předcházet určitá plastická deformace nebo vzrůst trhlin* Jinak řečeno, je-li materiál zatížen k úrovni nějakého* napětí způsobeného plastickou deformací a odlehčen, nelze již pozorovat při novém postupném zatěžováni až k hodnotě překročení původní úrovně napětí výskyt emisí. Jev takto popisovaný ae nazývá Kaiaerův efekt /2/.

Z předchozího výkladu lze vyvodit, Se tepelné* ovlivněné pásmo, vyskytující ae v materiálu při procesu svařování, rovněž splňuje podmínky nutná pro vsnik akustických emisí* Správnost tohoto tvrzení podporuje existence tepelných pnutí, která vznikají v průběhu svařování* Jsou-li dostačující k plastická deformaci materiálu, nebo způsobují-li praskání tuhnoucího svaru, stávají se nutné* zdrojem akustických enisi. Jejich pribSIfeJ detekce při probíhajícím procesu svařování může z metalurgického hlediska zabezpečit okaniitou kontrolu kvality svaru* V podstatě, je takto možno vedle trhlin indikovat všechny druhy nakrostrukturálních necelistvoatí, jako např. porositu nebo vměstky, kdy se tyto vady vytvářejí jako důsledek napěťových gradientů, objevujících se v místě vzniku těchto diskontinuit. Naproti tonu je zcela evidentní, Se kontrolní enisnl tecbdka v průběhu svařování nemůže týt zásadně použita k odhalení vad typu neprůvarů kořene, sápalo spod,, tedy pro odhalení tSeJht:detektú, které představují zřetelný nedostatek, popřípadě i místní přebytek svarového kovu, e> jsou jinak vážnou chybou práce svářeče. Výskyt a zvláati eventuální negativní vliv při působení i těchto vad by fltf£ být popsanou technikou ověřován jedině při přetěžování s»ařence (mechanické** tepelném), např* v kritických provosních podmínkách, „kdy by i tyto defekty pod vlivem vnějšího přetíženi začaly vytvářet ve svém okolí Špičky napětí, dávající vznik počátkům plastické deformace, a tím signalizovaly své rozšiřování a počínající destrukci svěřence právě v místech jejich polohovéní* Tímto bylo poukázáno na další možnost použití emisní techniky pro stálou bezpečnostní kontrolu provozu ataf^th* ců, jako svařovaných tlakových nádob apod., kdy se pro přesné lokalizování zdroje emisí, a tím určeni kritické oblasti místa vady, používá zpravidla trojsondová triangulenčnl technika*

V technické praxi, při aktivní emisní kontrole svařovacího procesu, ee snímací ultrazvukové sondy za účelem dosažení akustické vazby přikládají tésné k povrchu svařence a ve vyhovujícím odstupu od tepelně ovlivněného pásma svarového spoje, zhruba ve vzdálenosti několika dm. Jejich poloha, ve srovnání s klasickou ultrazvukovou kontrolou, zůstává v tomto případě zpravidla neměnná. Současná používaná zařízení, určená pro ověřováni a hodnocení záznamů akustických emisi defektů svarových spojů, která již komerčně vyrábějí některé zahrániSní formy? jsou zpravidla sestavena z těchto funkčních díla. Především zachycuje emisní signál vhodný snímači jehoS výstup jde do laděného nízkošumového předzesilovaSe a dále vhodně filtrován přichází do koncového zesilovače. Tato Část systému umožňuje v průměru 10* i vícenásobné zesílení signálu, za současného útlumu nežádoucích kmitů mimo zvolený kontrolní frekvenční rozsah* V delších obvodech již zařízení zpracovává konečné údaje pro hodnocení indikace. Zesílený signál vstupuje hradlem do okruhu diakriminátoru, kde se při předem nastavené citlivosti vytváří potřebně tvarovaný impuls, jdoucí do obvodu vyhodnocování a sumarizace. Součástí zařízení bývá analyzátor energie pulsů. Nejčastěji odečítané parametry jsou intenzita emise, celková emise, déle výška a energie pulsů-,vyhodnocuje-li se velikost elektrického proudu, který je úměrný impulsu emise. ' Aby se současně ověřovala hodnota časového zpoždění mezi svařováním a začátkem růstu kritických vad, pro které je nutné určit i jejich polohu vn avarové housence, zaznamenává se průběžně teplota chladnoucího spoje zároveň s údaji 0 vyzařování zvuku. Při jednodušších aplikacích, kdy není důležité urče; í oi*uteSné doty vysílán' zdroje, nahrazujeme popsanou část z;-?ísení určenou pro lok-liaaci zdroje osci1 c«'--epeia, popřipaúš ve spojení s magnetoConec: (schopnost - 150 -

záznamu; požadované frekvenční Siře 0 potřebným počtem kanálů), určeným k pozorování a skladbs hodnotících údajů. Počáteční výsledky zkoušek celistvosti svarů popsanou emisní technikou, uskutečňovaných v laboratoři strojní fakulty v Praze, předběžně ukázaly, 2e např. defekty typu drobných trhlinek, které často vznikají v tuhnoucím svarovém kovu litiny, způsobují emise dostateční vysoko nad úrovní pozadí i s jednoduchou přístrojovou technikou* Jako piezoelektrický akustický snímač se při tSchto laboratorních zkouškách používal běžné dostupný zirkonátový měnič 5s. výroby typu NZ - 30 - 0,5, laděný na frekvenci 0,5 MHz ve spojení s nízkošumovým dvoustupňovým předzesilovačem pracujícím v šíři pásma 0,2 * 0,8 UHz. Akustickou vazbu sondy s povrchem materiálu zabezpečoval silikonový olej. Základní a pouze vizuální hodnocenf se uskutečňovalo na osciloskopu Křižík D 581, připojeném na výstup předzesilovače. Svařování vzorků litinových desek o tlouštice 12 mm bylo prozatím realizováno ručně plamenem, za různě volených podmínek svařovacího procesu. Enise se výrazně objevovaly na obrazovce osciloskopu zvláštg při zabezpečení zrychleného procesu chladnutí' nebo při předávání číSotic znečišSu~ jícího materiálu do tavné lázně na bázi titanu a nerez ocelí, tvořících se základním materiálem intermetalieké" fáze nebo křehké kerbiditické strukturní složky,. Výskyt emisí se projevoval vždy s určitým časovým zpožděním zhruba jeilnu r.inutu po začítko svařování, doba jejich výskytu ještě po u-rončení ovaru se -pohyboval* v průměru 1,5 * 2 iairvjty. Stnožrtví pnř.crovatelných emisních pulsů bylo při přidúvsní zu^čištuj-fcího ir-rteriálu odhadováno v době maxima var uchu na 30 pulsů za vteřinu. Porovnáním SP signálem f,en^rátoru P*l 34^ byla stěnovaná 'iroveň základního ícmového napatí n& výstupu sondy v hodnotě 400 mikrovolt, eledov&ri<5 indikace ddsahovply hodroty 2,í? milivoltu i vice.Frekver.ee

- 151 -

exponenciálně tlumeného emisního záznamu, průběžní odečítaní z časové základny "osciloskopu aa převážně pohybovala v roznáší 0,4 • 0-,? lÍHs. Výsledky získané1 v počáteční fázi zkouSek v naši laboratoři a Hlouběji již ověřované na některých zahraničních pracovištieb / V * M/» kde •• ji2 úspěšné laboretornSj uskutečnilo kvantitativní hodnocení tavného obloukového svařování ríeres oceli wolframovou elektrodou v inertním plyon, odporového svařování a svařování pod tavidlea ukazují, is vyzařování zvuku m&že být úspěšně použito pro aktivní nedestruktivní kontrolu svarů, kdy vady mohou být zjištěny již bdhem jejich vzniku, aniž je měření ovlivněno svařovacím zařičením, a ž« výskyt vad může být hodnocen v relaci a ostatními mířenými dynamickými pochody svařovacího procesu při laboratorním vypracovávání jeho optimalizace a při vývoji nových svařovacích postupů. Slibná aplikace využívání a hodnocení akustických emisí je též při použití ve výrobních automatických svařovacích linkách a při výcviku svářečů, protože téměř bezprostřední ejiStování vadných svarů a možné samostatné hodnocení každé svarové housenky při nSkolikavratvém svaru pomáhá svářeči při získávání potřebné pracovní zručnosti. Nová technika se stává atraktivní zvléStě pro použiti v "polních" podmínkách svařování a současně jako možná stálá kontrola v průběhu provozování avařence. Ačkoli jsou jeStfi zapotřebí dalSl zkušenosti v oblasti kvalitativního a kvantitativního hodnocení záznamů popsané: emisní nedestruktivní kontroly, jsou předběžné dosažené experimentální výsledky podnStné pro dalSÍ výskům s závěrečnou praktickou aplikaci*

- 152 -

Literatura /I/

F.H. Kutton: Akustická emisia - nová ísetodn kontroly celistvosti zváraných tlakových nádob, Zváranie 1971, č. 9 * 11, str. 341 * 347.

/2/

J.R. Frederick: Acoustic Emission es a Technique for Nondestructive Testing, Materials Evaluation 1970 5. 2, str. 43 * 47.

/3/

V/.D. Jolly: The Application of Acoustic Emission to In-Process Inspection of Welds, Materials Evaluation 1970 Č. 6, str. 135 • 144.

/4/

V»'.D. Jolly: Acoustic Emission Exposes Cracks During Welding, Welding Journal 1969 6. 1, str. 21 * 27.

PNEUMATIK Josef Slmorda, vyskumhy ústav guaérenaké a plastlkářaké technologie, áottvaldav

Beetoucl1 poladavky na kvalitu Hyiotyah. vyrobkfi a poetupujíoí automatizace výrobních praeesů vyžadují zavedení no vy oh zkušebních setod a saMsaaf pee kootr»2» kvality výrobků, «v álti výrobků, n ktarýdH by tkrytá vada aohla ohroslt J.ldaké ilvoty tttbo spfiaobit valké.&cúipbdtfřaké* straty. To ae svláfttě t^ká pnaumtik, vsiat
1

..

.

-154-

néa nebespeSÍ T ailniCnia provoxu. Předeviía je vlak třeba svyiovat bespeSnoat slepienou konatrukoi vosidel, poulivánía kvalitněj&íeh materiálů při výrobě motorových voxidel a zdokonalování* kvality a Jísdnioh Tlastnoatí pneuaatik* To vyžaduje rosBiřenf a sdokonaleni skouSek při vývoji novôh druhů pláSfú, při kontrola auroTin, při rývtbé m při kontrola pláStfl Ta výrobní* cávodi i v průběhu Jajieh vyulívání. Ooaud převládající konsarvatlvní násory na rýxnem na* daatrakCníoh itatod kontroly pláilů saSínají dnaa uatupovat, col dokaxuja např. rostoucí poptávka valkých avětovi«9i patuaatikáran po rantgaaovýoh dafaktoakopaeh. Tato cařísanf uvolňují visuální nadaatrukčnf kontrolu při dilkovés eyládání aanipulátorů pro upínáni, otáfianí a natáSani pláltů, kontrolovaných "od patky k patca". DřfviJH priaitivní á xdlouhavé rantgenové anínkování pláilů, poulíváná va avitě Jiš 10 ai 15 lat, m% nahraxuja sodaraíai aoupravaai pro kontrolu pohyblivých (ottfčajíeíoh »•) pláilů příso binokuláraa saailovaSa jaau rantganového obraxu v nasataanteé •íatnoati, nabo jalti pohodlněji a obrasovky připojmáho talavisnlho okruhu* . ealiatvoati Bafaktoakopla pnauxatik tvoří dnes podatátnou čiat koaplaxnioh skouBak kvality va viach většíoh pnauaatikár* náoh v technicky vyapělých atátaoh. Závody, ktará defakto* akoplcká xaříxaní - svláitě rentgenová - xavedly, ai Jii dnes nedovedou představit, 2a by se jich aohly vxdát /3/» Hlavní ekonomická účinky xe xavedenl dařaktoakopioká kon- . troly jaou obaoně va aleplená kvalitě výrobků, ve včasná* odhalení saetků u polotovarů nelw hotových výrobků bas po* rulení jejich ealiatvoati, ve zirýaení spolehlivoati výrobků vystavených vysokému naaáhání {(pneuaatik aJ.J,

v úsporách surovin na základě průběžné mezioperační kontroly v rušných stadiích výroby a ve aryahlení kontroly využitím nejrůznějších způsobů detekce vad, automatického značení vadných míst a třídění výrobků. Zlepšení kvality pak zvyšuje bezpečnost provozu (vozidel s pneumatikami) a životnost při periodické kontrole během využívání výrobků. Nejčastěji se vyskytující vnitřní vady, které třeba bez porušení celistvosti u pneumatik zjištovat, možno shrnout asi takto: je třeba kontrolovat celou stavbu pláště, zjiSiovat různé výrobní vady, jako anomálie v rozložení kordových nití, polohu a uspořádání lanek v patce, uvolněné - vyhřezlé nebo přetržené, rozpletené lanko, uvolněný drát lanka, separace v běhounu, kostře a v bocích, zalisov*i:ié cizí předměty nebo vzduchové bubliny, deformace kostry v profilu aj» Dále různé vady způsobené pouřívánía, jako propichy, zlomené, rozřezané nebo proražené kordy, poSleczení patek aj. Vady znemožňující protektorování, jako rozdělování (separace) kordových vrstev, tvorba boulí naplnSných rozdrcenou pryží aj. Konstrukci pneumatik při vývoji nových druhů, vady vzniklé při zkouškách na bubnovém zkušební si stroji nebo na zkušební dráze, vady po nadměrném zatížení", podhuŠtSní a nesprávné montáži, stav kvality pneumatiky při využívání (periodické zkoušky), nepravidelnosti tlouštěk v různých místech profilu pneumatiky apod. Zkoušet možno polotovary, hotové nebo reklamované výrobky, skuSební pneumatiky, cisí pneuaatiky, pneumatiky z nultých výrobních sérií aj. Dále též nepravidelnosti tloušíky a korozní vady topnýchtfufiípři využívání, kvalitu spojů du£1 (pro jízdní kola, motocykly a automobily) během výroby Velkou většinu uvedených vad možno spolehlivě zjišíovr*t rentgenovým zářením, jak uvidíme déle. V podstatě lze pomocí rentgenu indikovat všechny druhy vad, které se jeví

při prozařování jako níata 8 odliSnou tlouSlkou nebo a odliSným složením některé ze společně prozařovaných vrstev materiálu. Rentgenovým zářením vSak nelze odhalit důležitý druh vad, a to separace a Jiné podobné vady, které se neprojevuji ve směru prozařování změnou tloušlky ani změnou složení materiálu. Separace vSak můžeme dnes odhalit jinými metodami, např. ultrazvukem /3/, /4/, infračerveným zářením /5/ nebo pomocí laserové holografie /6/. Rentgenová zařízení, používaná donedávna jen velmi zřídka při kontrole pneumatik, neměla vhodné technické parametry a proto výsledky jejich užívání nebyly uspokojující. Obrat přineslo teprve měkké rentgenové záření a rentgenky s beryliovým okénkem. Potřeba rentgenové kontroly pneumatik se projevuje stále naléhavěji např. u mnohavložkových pneumatik, terénních 8 vyšší průchodností aj. Kontrola vizuálně a hmatem dnes nestačí a destrukční naříznutí tipořné pneumatiky znamená její zničení. U několikavložkovýéh pneumatik již dutinu nahmatat nelze, takže její dafektoskopická kontrola je nutná. Ukazuje se dále, že rentgenová zařízení pro kontrolu pneumatik musí být konstruována tak, aby umožnila bu3 dokonalé prohlédnutí celého pláště bez zřetele na £&B (laboratorní zkoušky), nebo sériové provozní zkouSky přímo ve výrobní lince v nejkratším čase, při plně automatizovaném provozu, pokud možno s omezením lidského činitele, zkoušky popřípadě pro daný druh pneumatiky jer* na určitý druh vad nebo vady. Určitým měřítkem potřeby defektoskopické kontroly pneuxietik je např, počet reklamací, četnoat reklamací pro jednotlivé druhy pneumatik (pneuniatikárny a výrobní období), 5etno3t různých druhů vad apod. Při tomto hodnocení, které ' pro avou potřebu sleduje každá pneuicatikárna, je třeba si . uvědomit, že se obvykle reklamují pouze viditelná vady a že skutečný rozsah vadných pneumatik se 3kr\ytýiBi vadami je značně vySSí. Nás dne3 vSak nezajímají odhady počtu vadných pneumatik, ale jen obecné úvahy o potřobS nedestrukční kontroly a laožnosti rentgenové defektoskopie.

tftalujeme-li dál* o potřebě defektoskopické kontroly pneumatiky pak kromě potřeb výzkumu, vývoje a výrolgr pneumatik nutno počítat též • vhodném zařízením1 pro řešení sporných reklamaoí pneumatik tuzemské i eisí výroby v prodejních střediskách pneumatik a u velkých spotřebitelů' ^ pneumatik (autobusová doprava, aerolinie aj«), kontrolujících pneumatiky během vyulí vání J.T' Rovněl v protektorovacích sávodech se projevuje naléhavá potřeba vhodného kontrolního zařízení, především pro kontrolu stavu kostry* Dosavadní metody nejsou spolehlivé (poklepávání kladívkem r změna zvuku v dobré a vadné části pláště, vhánění;vzduchu do separace dutou jehlou - objem separace se «vš.tší, podle změny výšky tónu při dxtásání," ' zahřáti pláště infračervenou suSicí žárovkou - objem vzali-~ chuâe v separaci zvětší, aj.7. Běžně se kontrolují plášti před protektorováním jen vizuálně, a to při přejímání a po odráaáaí starého běhounu. Zjišlují se separace, propiohy a jiné vady. Při oeně protektoru, např. těžké nákladní pneumatiky asi 600 K s , a při počtu protektorů řádu O,? mil. ročně je potřeba vhodného zkušebního zařízeni zřejmá. . Velký význam má dále komplexní defektoskopická kontro* la zkušebních pneumatik' 3ak před zkouSkou na bubnovém strop ji, tak i před provozní zkouSkou na zkušební dráze. Aby výsledky těchto nákladných zkoušek nebyly zkreslovány, je tfia ba z nich vyloučit pláště se skrytými vadami jakéhokoli hu a zkoušet jen pneumatiky dobré. Sama defektoskoplcká kontrola hotových výrobků nemůie odstranit všechny výrobní vady, i když k Jejich odhalení velmi účinně přispívá. V zájmu co nejvyšší kvality výrobků a co nejnižšího procenta zmetků je třeba věnovat pozornost celému technologickému postupu výroby. ^Te třeba odstraňovat již příčiny vzniku nejrůznějších výrobních vad zaváděním průběžných mesioperafiních kontrol, pečlivě kontrolovat např. kvalitu pogumování kordů, nedestrukčaě a bezdotykově - 158 -

porna* rmtí
. «itro4írens$yí^se rentgenoré defektoskopie úspěšné1 používá ke, ikoušení jaêriálCk nebo výrobků jil delll dobu. ZkouSení be* poûSenl- «eli«jtToati pomocí rentgenového »áření vlak bude u* výrobků s pryie stíSeno tíre Ie je nutno prostřorat naterls^r « poměrně aalou tloušťkou a s níský» absorpčním koeficientem. DalSÍ potíž je v tom, že pro*arormný T^robek (nepf ^pneumatika) se skládá % několika) druhu směsí, textilních róbo kovových vlofcek apod. Každá kauSuková směs pak obsahuje^ různé vulkanltaSní přísady a plniva, tj,. složky o růxných. absorpčních vlastnostech. Při prvních defektoskopických zkouSkách pryiových výrobiců se používala rentgenová zařízení běžná při kontrole kovových výrobku* Rentgenovou defektoskopií pneumatik a -. jiných pryžových výrobltů se zabýval kolem roku 1953 např. Kerekes /7/. Při napětí 80 kV (rentgenové zařízení maSaraké výroby typu líobil M3V s rentgenkou na 80 až 120 kV), vzdálenosti ohnisko - film 80. až 130 cm, expoziční době kolem 15 a a rentgenovém filmu Alfa-Texo-S bez zesilovacích fólií sledoval stavbu .pneumatiky, zvláště ocelová lanka a kordové vložky v patce* Nepoužil v3ak měkké rentgenové záření, s nímž moiil dosáhnout podstatně vyšší rozeznátelnosti kordů a jiných detailů zkoušených výrobků. Popis a zkouSky {kolem roku 1959) různých zařízení vhodných pro defektoskopii pryžových výrobků - zvláště pneumatik - jsou uvedeny např. v /8/» Jde o rentgenové zařízení - 159 -

Scifex-t-Jsovolt fi napětím do 150 kV, s rentgenkami e beryliu v^sa ckčnkeia s dvojitým jeanýra ohniskem pro zatížení 3 a 12 mA. Zařízení je umístěno v prozařovaeí skříni, opatřené přeaouvacím rámem s běžným Štítem a a elektronickým zesilovačem Jasu rentgenového obrazu a dálkovém ovládáním rentgenky i prozařovaného předmětu* Ob?az zesílený zesilovačem se pozoruje binokulárem v neaatemnSné místnosti. Anomálie uspořádání kordových nití v bočnici osobního pláStě byly pomocí zesilovače údajně dobře patrní, zvláště při zvětšení obrazu v poměru 1:2. Filmový snímek v5ak měl ostřejší kresbu. Přímé pozorování na atítu ; v adaptaci oka ukázalo stejné podrobnosti, ale hodnocení bylo namáhavější a kontrast byl v d$3led.ku potřebného vyššího napětí na rentgene© nižší. Rozeznatelnost různých vad (kresby kordových nití aj.) je při pozorování pomocí rentgenového zesilovače jasu lepší než při hodnocení ze Štítu. Dobře patrné bylo i shrnutí kordové vložky v běhounu i shrnutí nebo natlačení nárazníku do běhounu (nárazníková pryž - větší absorpční koeficient vzhledem k obsahu zirku). Umělý křížový řez v kostře, ros5típnutý trnem, byl dobře patrný zvláště při zvětšení obrazu. Rezštípnutí řezu v3alí nebylo patrné při přímém pozorování na štítu; pomocí zesilovače jasu bylo i na filmovém snímku dobře patrné (jaíro zjasnění obrazu), ještě výrazněji pak při zvětšení obrazu. Fro potřeby prodejen a opraven pneumatik může posloužit též menší typ rentgenového defektoskopu /<3/, /9/« Je to jednoduchý přístroj pro pozorování rentgenového obrazu r.o štítu. Zkoušená pneumatika leží na válečkovém vedení, UMOsnujícím její snadné otáčení kolem svislé osy. Hentgenka čo 100 kV je pc' pneumatikou a lze ji posunovat v iii;.". r.:r,*ru podle velikosti pneumatiky. Svazek záření .]•-? ico'Ja^ nahoru, v^ddlenoai, ohvlrko - pneumatika Je stálá. O'.r lu>..-; :.y nahne n?A příotroj a pr.soruje na Štítu rentgeno- 160 -

vý obraz obou boků současné". Prozařování j«n jednoho boku nebo běhounu v kalném smSru není nožné. Zařízení pro rentgenovou kontrolu patek velkých pneumatik pro terénní vosidla a pro kontrolu uspořádání kordových n i t i u radiálních pneumatik používá podle /10/ fa Ford Dunlop v Anglii. Na výhody rentgenové kontroly pneumatik u fy Continental (IvSK), zvláStě na možnost rozeznatelnoati i jednotlivých kordových n i t í , upozorňuje / l i / j i ž v roce 1952, OtáCející se pneumatika ae kontroluj© na prozařovirtím š t í t u . O skouSkách pneuaatik a« rentgenovém zarízeuí se zesilovačem jasu ve Fraocii referuj* /12/. Rentgenový p ř í s t r o j a napStía do 150 kV, rentgenka a díro j i tým jemným ohniskem. Kontroluje ae konfekce pláště a ar.oaiál i e v rozložení kordových n i t í . Kožno pracovat ae zvétSenía obraau až v poměru 1:3. Poála jiného pramene z Franciu / U / as pro kontrolu pnaocatik doporučuje rentgenový p ř í s t r o j do 50 kV a a rentgenkou © beryliovýa okánkea. Doporučuje se mino jiné prftb&2ná kontrola pneumatik v určitých i n t e r valech při využívání. líededtrukíní rentgenová metoda to právě umožňuje. Zařízení pro rentgenovou kontrolu pneumatik od malých osobních s i po ti??.ké nákladní o hmotS až 115^ kg ins tálo vála ve svých pnaursatikárnácii fa U.S. P.ubber Company v Bat r o i t u /14/. Tyty dafelctoskopy jsou určeny jak pro potřeby vývoje a pro kcntcolu pncuRati'< p"'Gů zkouďkaai na iir»5r.er ták i pro kontrolu pneudsatik jdebíruíiých ze sériové výroby* Jde o podobné aarÍKení, jíik4 tylo papatíno v /&/. Podle /15/ z roku 1955 používají v USA fa řírestone l i r e & í?ubb*r Zx> aj» retgenový defektoskop príeu."í.iiik fy Ficker, Tíicto zni'i" zením je aožno y.koušst pneum^ťky o vnitraťa P^ŮESTU 3í ar. 61 cm, o vně jSÍTU prtearu až 142 ca a o hxac-ič až 160 V.%, Snísťky ze zesilovače .jssu mcino pořizovat k.-axaevou Fcí ifíod za 10 p« Nsvyřaduje-lí SB V,/, ik-4 rosliSovnci Bchcj»nc-"t, jako n»př. pro vlo£'*y s ccelovými kordy n pro náríiKiií•'.>', siožno u souprav uv&lenčho typu nahradit oyster, rentgenová-

- 161 -

ho zesilovače obrasu Jednoduchým prozařovaeím Ititem o ros* měrech asi 55 x 55 em. Jinou alternativou pro vizuální kontrola, nahrazující optický systém zesilovače, je televizní kanera ./•/. Využívání popsaných rentgenových defektoskopů nejrůznějších typů se v posledních létech velmi rozšířilo / 4 / . Zpočátku se soupravy využívaly jen k zjišťování vad při různých zkouškách pneumatik. Ukázalo se, Se metoda je zvlášl užiteSná při vývoji a kontrole některých nových druhů pneumatik, jako radiálních a semiradiálních (pásových). Spolehlivá výroba radiálních pneumatik není ani možná bež častého využívání rentgenové kontroly. Možnost měření rozložení kordu nedestrakční metodou má pro tento druh pláště největší význam. Jak vyplývá z úvodu této kapitoly, není používání rentgenové defektoskopie v pneumatikářském průmyslu nové. Jednoduchá primitivní zařízení, jako předchůdce dnešních souprav, se využívala již před 10 až. 15 léty. Avšak teprve během několika posledních let se dosáhlo možnosti vizuálně kontrolovat pohybující se - otáčející se - předměty (pneumatiky) a kontrolní soupravy doplnit uzavřeným televizním okruhem / 4 / . Použití fluorescenčního elementu v detekčním systému odstranilo čas potřebný pro negativní proces při zdlouhavém snímkování pneumatiky. Tím se dosáhlo současného prozařování a pozorování zkoušeného předmětu. Možností přímého pozorování (kontroly) otáčejících se pneumatik se dosud zajímavá laboratorní kuriozita změnila na nástroj užitečné provozní kontroly. Prozařovaeí a zobrazovací systém fti automaticky vynutil dálkové ovládání pohybů zkoušené pneumatiky, a tak byl získán dokonalý rentgenový defektoskop pneumatiky, který však má ještě nedostatečnou rychlost kontroly pro možnost instalace přímo ve výrobě. Pro kontrolu jedné pneumatiky je třeba si 3 až 6 minut, takže pracovní kapacita jedné soupravy je asi 10 až 18 pneumatik za hodinu /4/« - 162 -

Fro pneuaatikárnu, vyrábějící např. 20 000 plástů za den, to znaaená aei 1 až 2 % vyrobených pneumatik, u nichž Je rentgenová kontrola nutná. Je to aioa velké zlep&ení proti dřívějšímu staro, ale stále Ještě p M U S daleko od 100 %. Ze statistického hlediska ovšea i toto procentuální Množství zkoušených pneuaatik poskytuje doati přesný obraz o kvalit6 pneuaiatik opoufitějících výrobní linku /16/« Důležitou součástí popsané rentgenové zkuSební soupravy je manipulátor, zabezpečující dálkově ovládané pohyby zkoušené pneumatiky. Velmi užitečné je pak jeho doplnění značkovací* zařízením. Nalesne-li, obsluha vadu,t afciakne knoflík a místo vady se označí barevnou značkou. Enejja^tiku je pak možno rozříznout a zjistit příčiny vzniklé vady. Je zřejmé, že pro snadné a rychlé iyaíezeíií vajly j*. třeba, aby činnost manipulátoru i značkovacího.zařízení byly dokonale synchronizovány. * TftlAvitní způsob kontroly pneusatik byl vyvinut teprve během posledních čtyř až pěti let a Firestone je první společnosti, která začala tato zařízení využívat ve velkéa něřítku. V roce 1970 využívala firma Firestone 13 těchto televizních rentgenových defektoskdpů va svých pneumatikárnách a je.jí závod v Hanil tonu instaloval první soupravu toho druhu v Kanadě. Ostatní pneuaatiteářské společnosti se rychle přizpůsobují. Zařízení je Soifto přizpůsobit pro zkou-' Sení kteréhokoli rozměru pneumatiky. Např. fa Goodyear v závodech Topeka a Danville vyvinula pneumatiky pro průmyslové použití, jejichž hmota obsahuje 6000 až 7000 kg. K prozkoušení těchto pneumatik vyviniti Picker potřebný rentgft&ový defektoskop /16/. Podle /17/ stačí ke zjiStění všech druhů vad v pneumatice dvě metody, a to rentgen a ultrazvuk. Ultrazvuk nfá xabezpečit detekci separací, které po zavedení kvaliťnícS' druhů koráů zůstávají hlavní příčinou katastrofálního proirŽení pneumatiky při velkých rychlostech. Procentuálně tento druh defektu zřídka překročí 0,2 %. Přesto však i tak malé - 163 -

procento snamoaá 150 000 havárií za rok (USA - 1968). Povinností yýrobců pneunatlk Je vyutít kataau Možnost, jak zlepšit a idokonalit Jakost pneumatik a Jejich kontrolu. A zde - v rájcci úvah o rentgenové kontrole - chcea* praví upozcrr.it n& to, 2«aana rentgenové kontrola pn*iiaatik nt~ stafcí, zvlá§tě proto, Se není schopna s j i s i i t separace; proto Je nutno doplnit Ji Jinou aetoďou. Dříve a« xáály k tonuto úíelu slibná metody pomocí ultrazvuku, mikrovln* a infračerveného záření, dnes pak netoda holo^rafická /$/• Přes toto ocezení poskytuje rentgenové kontrola neocenitelné yýaledky a zaSíná se v aaxiaélní síř« využívat. Zavedení rentgenové kontroly pneumatikt pro 5sní Jejish vy§ě£ provosní spolehlivosti, ohlásil Trelleborg ve Švédsku / 1 8 / . K detekci separaaí jsou ajySleísy dutiny vStSích roamSrůl) a rovnoroSrnoíšti rosložeaí kordS používá prosařcvání ne Š t í t poiaocí rentganového zíířízeřaí Balteau (50 kV, beryliové okéiíko). Ofeal-.fia posorujs obraa na Štítu ve zůí zatesinfcné ssístactt :i. Msvyncáon tohoto aafíxení, které neobsahuje ZQSXZOV&S rsntênového obrazu, J« nutnost prás* v satssuiěné aíataosti (&}aptp.ee oka), xsutnost použití vyšší intensity záření (pro dosažení potřebného ^&WM obrazu na š t í t u ) a ti® vétSí nsbeapeíi obvitu pvo obsluhu. RexitgeflovéprozařOTéní se j-ako j*.'dna z Si-ociíns výrobních kontrol "kvality - mezíopereSních a 'tý~ stupních - využívá huS u všach vyrober>ých kusu urSitého druhu pneuiaíitiky nebo formou naiaótkové kontroly. Podle inroraasí zástupců fy Picker ~ Ánclrex js v současné době velká poptávka pc rentgenových defektoskopech i s manipulátory - popsaných vý"3e - a to zvl43tě v souvislosti s rainejřídnou důležitostí a výhodami této metody pro ocelové pldStS. Podle /19/ ee rentgenové defektoakopy uplatní nejen při kontrole výroby pneumatik, ale nutno počítat s jejich roatoucíra využití© při protektorování. Předpovídá se evýae-

- 164 -

nó využívání pneumatik se skleněnými kordy, kterých se má kolem roku 1973 prodat více než 60 %. Pracovníci protektorovacích závodů se na to musí připravit a zabezpečit spolehlivý způsob protektorování i těchto pneumatik, které dosud byly pro protektorování odmítány. Stav skleněných kordů a jiné vnitřní vady pomůže odhalit rentgenový defektoskop. Z přehledu o potřebě nedestrukčního zjišťování vnitřrnich vad pneumatik, o iaoZnoatech rentgenové defektoskopie při kontrole jejich kvality a o stavu ve využívání- rentgen nové defektoskopie pneumatik ve světě je patrný mimořádný zájem a prudký rozvoj této zkuSební metodiky v technicky vyspělých státech, zvláště v několika posledních létech. Velký rozmach zkoušení pneumatik lze přičítat hlavně zavedení elektronických zobrazovacích prvků do zkušebních souprav (zesilovač Jasu rentgenového obrazu, uzavřený televizní okruh aj»), usnadňujících rychlý a nenákladný "pohled do pneumatiky* bez jakéhokoli jejího poškození. Obr. 1. ukazuje místo obsluhy laboratorního rentgenového defekto3kopu pneumatik VUGPT, uvedeného do zkušebního provoau v roce 1971. Začátkem letoSního roku pak instalovala fa Colltp.ann, Lubeck, NSR, v pneumatikárně Continental v Hannoveru první rentgenový defektoskop pneumatik pro provozní kontrolu (obr. 2.) osobních pláSÍů s ocelovým nárazníkem /20/. Fodóbné zařízení nabízí též fa Masehinenfabrils Gebr. Hofm«inn, Darm3tndt. Mnohem složitější zařízení, pro provozní kontrolu nákladních plááxů, předvádí fa Col.1jnar.n v listopadu t.r, Dalšá podrobnosti o téchto září— saních budou uvedeny během promítání série diapozitivů na návžSr této přednášky.

- 165 -

Literatura /I/ Siinorda J.s Některé poznatky z oboru defektoskopie pneumatik aekkym rtg šeřením. In: Sborník XI* a@zijDárodního gumárenského sympozia T Gottwaldově, 29. září až 3. října 1969. /2/ Rubber Age, 1971, 6. 103, e. 60. /3/ Šimorda J.: Laboratorní defektoskopie pneu. (Výzkum ná apráva.) Gottwaldov, VÚGPT 1968. /4/ Simorda J.: Defektoskopie pneu. (Výzkumná zpráva.) Gottwaldov* VÚGPT 1970. /5/ šiiuorda J«.: Nové možnosti nedeatrukčního zkouSení pneumatik infračerveným zářením. Plastické hmoty, Kaučuk, v tisku. /6/ Simorda J..: Plastické hmoty, Kau&ak^l-j 1970, e. 330 é. 361. /7/ Kerekea J.: F?.aate undl Kautachuk, 2» 1958. s. 374. /&/ Tschnopan Roňtgen, Berlin: Bericht uber zerstorungsfreie Heifecprúfungea,. /9/ Gummibereifung, 22ř 1956, 2. 8, s. 7. /10/ Fort Dunlop, Controls in Tyre Manufacture. Seria No* 1146 H. 1955 (prospekt). /li/ Kautschuk uná Gummi, 2» 1952, a. 292. /X2/ Lafay F.: Ingén. et Teehn., 7/8, 1959, 5. 123, s. 23. - 166 -

/ 1 3 / Bevue Gen, Caoutchouc, £$., 1966, € . 9, a. 1131. / 1 4 / Gummlbereifung, 3JL, 19*31

fie

5

» s*

24

«

/15/ Materials Evaluation, 21, 1965, 6. 8, s. 357. /16/ Rubber World, 162., 197O, 6, 3, a. 77. /17/ »9l»«J< G.H.: Mat. Evaluation, 26, 1968, s. 137. / 1 8 / liafitedchten Trelleborg, 2» 1969, a. 1. / 1 9 / Modern Tire Dealer, 12, 1970, C. 2» a. 61. / 2 0 / Colliaan, Lubeck: Rontgenanlage fur Stahlgurtelreifen, 1972.

- 167 -

. -

-

•

* ! ' • • •

t

Obr. 1: Míatc obsluhy leboratorního rantfíenovdho defelctoskopu pneumatik VJGPT, UTnitř rentgenové kabiny je iálkovš ovládaný manipulátor pro rozpínání, otáčení, natáčení a posouvání kontrolovaným outcplňšt&n

.^P6*"^-^-^-*** * «4 Í

•

£guMW

I

Obr. 2: Cslkový pohled na rentjgenovou zkuáební soupravu osobních pláěíft s ocelovým nárazníkem fy Collmann, Lubeclc /20/

NEDESTRUKTIVNÍ KONTROLA BSZEŠvfcH TRUBEK ZA TEPLA Ladislav Vavroš, NHKG-Kunčice, Ostrava Úvod Ve svém příspěvku se budu zabývat problémy kontroly bezešvých trubek, válcovaných za tepla Sîeflovým způsobem v podmínkách rourovny NHKG. Moderní kontrola by měla zjišťovat: a) b) c) d)

strukturální stav a záměny materiálu povrchové vaáy skryté vnitřní vady průběžné měření rozměrů (vnějšího průměru, tloušlky stěny a délky). Z uvedených kontrolních problémů je zřejmé, Se komplexní kontrola je záležitost složitá a nelze ji řešit jednou použitou metodou, resp. jedním typem kontrolního zařízení* Rozborem jednotlivých druhů vad, sortimentem a množstvím vyráběných trubek se projevilo jako nejvýhodnější v našich podmínkách použit kontrolní zařízení pracující na elektroinduktivním a elektromagnetickém principu* Tyto metody jsou ve srovnání s jinými poměrně rychlé. Při zpracování komplfixní studie jsme vycházeli jak z přímých tuzemských a zahraničních poznatků, tak i z dosažitelné literatury včetně firemních publikací* V rourovně NHKG jsou bezešvé trubky válcovány z kruhových sochorů o vnějším průměru 105 až 210 mm a povrchem zokujeným a loupaným* Povrch se u převážné většiny sochorů JĎ 120 až 210 mm opracovává na loupacích strojích* Z těchto sochorů jsou válcovány trubky podle přísluSných rosaSrů a aateriéltt na dvou tratích, pracujících - 170 -

Stieflovým způsobem. Defektoskopická zařízeni jsou rozložena podle odpovídajících výrobních provozů: 1* loupárna sochorů 2. výroba trubek J& 21,3 až 114,3 mm v provozu Stiefel 140 3. výroba trubek & 139,7 «5 273 mm v provozu Stiefel 4-10" ad %• Loupárna sochorů Povrch sochoru od 0 120 do 210 mm ae loupá na strojích Norton s íSběrem třísky 1 až 3 mm*- Loupaná produkce je průběžně kontrolována defektoskopickým zařízením Botomat, typ 6080 od fy Forster, které pracuje na principu rozptylových toků (obr. č. 1 ) . ']

Hotující pólové riáatavce magneticky naaytl kontrolovaný materiál. Na povrchu a uvnitř sochoru se vytváří kruhové magnetické pole. 7 místě vady nastává zhuSÍování magnetických siločar a malá Část siločar proniká nad povrch vady. intenzitu rozptylových toků snímají rotující Heliový sondy. Ka výstupu obdržíme signál, který jet- závislý na hloubce vady. Impulsy rozptylových toku; které jsou snímány rotujícími sondami (viz obr. 2) jsou'předávány do zesilovačů, umístěných uvnitř rotační hlavy přístroje. Odtud jsou signály předávány db vyhodnocovací aparatury, která předává impul-? sy do automatické řídicí a třídicí aparatury k vytřídění. Vadná místa jsou automaticky barevně označována". Zařízení Botomat C. 6080 (obr. 5. 3) ae skládá z rotační hlavy a elektroniky. Aparatura umístěná v rourovně je vybavena rotační hla-.J vou (obr. 2. 4) pro roaaah kontrolovaných sochorů 0 90 až 240 mm. Stavitelné sondové hlavice jsou uloženy kolmo k polovýia nástavcům. Každá hlavice se skládá z pěti jednotlivých •ond. Elektronická část přístroje (obr. č. 5) je stavebnicového systému, uložena ve dvou skříních. Obrazová část nám

P 171'-"

umožňuje zobrazení přijatého signálu, který znézariÍRê rozvinutý pleší obvodu zinroseného sochoru v daném oksijd&ku. Zobrazení je přepínatelné -pro jednotlivé kanály. Zjištění jednotlivých ved je závislé na drsnosti povrchu zkouSených sochorů. Minimální hloubka zjistitelných vad je 0,3 až 0,4 mm u dosahované drsnosti povrchu. Minimal?? ní hloubka vad není v2ak. využívána, nebo? sochory jsou před válcováním do trubek ohřívány.na odpovídající válcovací teplotu* Tím nastává částečné opalování povrchu sochorů. Rovněž védy menších hloubek nejsou na závadu v použitelnosti trubek* Hloubka vad je proto nastavována v závislosti na stupni náročnosti trubek, což je dáno příslušnou normou. Zjištěné vady ns sochorech, které jsou barevně označeny, odstraňují se opalováním. Přístrojem jsou spolehlivě zachycovány povrchové trhliny, pleny, nekovové nečistoty, hlubší rýhy mechanického původu a zčásti vnitřní vady. Zkušebně byly ověřovány sochory s přirozeným zokujenýaa povrchem* Zkoušení uvedených sochorů není vhodné se zřetelem na značné znečištění vnitřního prostoru rotační hlavy, což může mít za následek vyřazení přístroje z provozu. Od dalších zkoušek bylo z tohoto důvodu upuštěno. Kontrolní defelctoskopické zařízení Rotomat se v našem zé^&áě provozně využívá od druhého pololetí roku 1971« Póruchy v elektronice nebyly zaznamenány. Určité problémy se vyskytly v činnosti značicího zařízení. Větší část poruch vznikala ve snímací části uvnitř rotační hlavy*. Celkově bylo zaznamenáno 9,5'% prostoj, z celkového kontrolního času. V počátcích zkoušení došlo k'několika ha- . v&rižaa snímacích sond, které nebyly konstruovány k výskytu- jícímu se povrchu materiálu. Vhodnými Úpravami .snímacích sard a vnitřního prostoru rotační hlavy byl tento problém z větší části vyřešen..

*- 172 -

< i

[ j \ j

Sondové hlavice rotují po obvodu kontrolovaných sochorů rychlostí 190 až 300 ot/min., což zéviaí na kontrolovaném průměru. Při rotačním pohybu se dotýkají povrchu. Kruhový sochor je veden čtyřmi přítlačnými kladkami. Eychloat posuvu v závislosti na kontrolovaném průměru se pohybuje v rozmezí 0,25 a2 0,5 m/s. Při této rychlosti Je zaručena kontrola celého povrchu* • ad 2. Defektoskopické kontrola trubek JČ 21.3 až j.a.4,.3 ffl V provozu jStiefel 140 Jajtyi vyráběny trubky k b$%&$m po.: učívání (závitové,, ôzy.pd gp]§7:.a páry, konstrukční tíčely aj.), dále trubky kotlové a pjlejářské. Tlouííka štčoy závisí na vnějším prům&ru, příslušné rozměrové normě a pohybuje se v rozmezí 2 f 5 až 12 mm. PouiSitý materiál je většinou z uhlíkaté oceli jr rámci norem API, SIN a ČSN. Výchozím materiálem jaou kruhové sochory 0 10? aS 150 mm s povrchem zokujeným a pro náročnější trubky s povrchem loupaným, který je nedestruktivně zkouSen přístrojem Rotomat. Veškerou výrobní produkci provozu Stiefel 140 lze rozdělit podle vnějšího průměru: a) trubky menších průměrů v rozmezí & 21,3 až 44 mm b) trubky větších průměrů v rozmezí 89 až 114,3 mm« ad a) Kontrola trubek ň 21.3 až 44 mm Trubky v uvedeném sortimentu pro náročné použití a exportní dodávky jsou nedestruktivně zkouSeny v automatické kontrolní lince (viz obr. č. 6 ) . Linka se skládá z přístroje Defektograf 2181 od fy Forater, zařízení pro měření a třídění délek - vyvinutého ve Výzkumném ústavu NHKG a strukturoměru SK-7 z Laboratorních přístrojů, Bráník.

- 173 -

FřÍBtro.1 Defektograf 2181 (obr. Č. 7) pracuje na principu vířivých proudů a průchozí cívkou, Pro plynulé zkoušeni bezešvých trubek je vhodný pro poměrně vysokou kontrolní rychlost* Další výhodou je bezdotykové zkoušení, vlastní snímač nemá žádné pohyblivé části (viz obr. č. 8 ) , takže je značně provozně spolehlivý. Kontrolní rychlosti jaou odvozeny z průměru kontrolovaných trubek a pohybují ae okolo 2,5 m/s* Rozhodující význam pro kvalitu zkouíení má úroveň rušivých signálů| které je závislá především na odchylkách oá ideálního stavu trubek (kolísání průměru, excentricita, křiv06t atd.), na jakosti povrchu, místních rozdílech magnetických vlastností a elektrické vodivosti. Právě u trubek válcovaných za tepla je úroveň rušivých signálů vyšší než u výrobků tažených, u kterých je použití metody vířivých proudů obvyklé. Vzhledem k těmto rušivým signálům je urBité pravděpodobnost zařazení trubek bez vad mezi trubky vadné & opačně. Moderní zkušební přístroje umožňují zpravidla omezit vliv rušivých signálů několika způsoby současně, U přístroje Defektograf 2181 jsou použity tyto způsoby: Především se používají dvě snímací cívky uspořádané těsně za sebou. Indikace vad je odvozena od rozdílu napě-* ti mezí těmito cívkami* Tímto uspořádáním je do značné míry vyrovnáván vliv kolísání rozměrů a magnetických vlastností. Uspořádání cívek za sebou mů však za následek, že velikost poruchového signálu nezávisí na hloubce vady, ale na rozdílu hloubek vad v jednotlivých cívkách. To znesnadňuje zjištění dlouhých vad, jejichž hloubka poměrně málo kolísá. Nepříznivý vliv kollaáaí rozměrů je možno vhodným fázovým posunutím poruchového signálu dále omezit. SIcousené trubky jsou zmagnetovány stejnosměrným proudem e? do nasycení, čímž jsou do značné míry potlačeny signály vyvolané místními- rozdíly magnetických vlastnosti.

Rušivé signály je možno dále potlačit zařazením obvodu, který omezuje' frekvenční spektrum na straně nižších frekvencí. Přítomnost vad totiž obvykle vyvolává rychlejší změnu poruchového signálu, než ostatní rušivé vlivy* Použití frekvenčního filtru samozřejmě vyžaduje konstantní kontrolní rychlost* Se zřetelem na poměrně vysokou hladinu rušivých sig-.. nálů u trubek válcovaných za tepla je optimální nastavení výše popsaných obvodů činitelem, na kterém závis' kvalita získaných výsledků. Veškeré optimální nastavení zkušebních parametrů se dělalo experimentálně v provozních podmínkách* Při zkoušení jsou spolehlivě zachycovány krátká povrchové vady, zejména díry, šupiny, mechanické otlaky, prohlubně ap. Obdobné vady na vnitřním povrchu, popřípadě vnitřní vady, jsou indikovány s poněkud menší citlivostí v závislosti na tloušíce stěny trubky* V trubek s tlouší- . kou stěny do 3 mm byly vady na vnějším i vnitřním povrchu dostatečně indikovány i při frekvenci 10 kHz. U trubek s větší tloušťkou stěny je možno pokles citlivosti k vadám na vnitřním povrchu vyrovnat použitím nižších frekvencí . (2 kHz), což je ovšem spojeno se snížením citlivosti k vadám na vnějším povrchu. Rozhodnutí, zda používat jednu nebou druhou frekvenci, závisí pak na četnosti výskytu jednotlivých druhů vad v konkrétních výrobních podmínkách a ne druhu namáhání trubek v provozu. Pro nejnáročnější druhy trubek je vhodná dvojí kontrola při obou frekvencích. Méně Spolehlivě jsou zachycovány vady dlouhé (podélné spirálovité trhliny, hluboké rýhy apod«), jejichž hloubka se po délce trubky mění pomalu. To jé dáno uspořádáním zkušebních cívek. Dlouhé vady jsou indikovány ha začátku a r.a konci, je-li přechod náhlý. U jemnějších Vad tohoto druhu je indikace nejistá. Je vhodné doplnit tuto automatickou kontrolu vizuální prohlídkou* při ní2 se zároveň kontrolují i nezkoušené konce do vzdálenosti 200 sun od čela trubek. - 175 -

Uvedenou metodou ja'ou trubky zpravidla tříděny do tří skupin* První skupinu tvoří trubky ae závažnými a nepřípustnými vadami. Druhé skupina se skládá » trubek, které mají vady v rámci nebo na hranici příslušné normy. Třetí skupinu tvoří dobré trubky.. Vznik druhé skupiny je částečně podmíněn principem použité metody. Zjištěné vadjr jsou automaticky barevně značeny. Srovnávali jsme výše uvedenou metodu 0 vizuální kontrolou u řádově statisíců trubek. Jednoznačně se potvrdila oprávněnost používání kontroly pomocí přístroje Defektograf. Trubky po vizuální kontrole byly podrobeny nedestruktivnímu zkoušení| které zachytilo větší množství vadných trubek, v některých případech značně závažných, např., díry celou tloušťkou stěny. Vesměs byly zachyceny vady místního charakteru a vady skryté, které nelze vizuálním způsobem zjistit, např. dutiny ve stěně, díry na vnitřním povrchu aj. Ope Sny* postup byle vizuální kontrola po nedestruktivním zkoušení přístrojem Defektograf u trubek vyhodnocených jako dobré. Bylo nalezeno jen minimální množství vadných trubek, u kterých se předpokládalo nezachycení. šlo především o vady v koncích a trhliny spirálovitého charakteru po celé délce trubky,-: jejichž" hloubka se měnila ve velmi maláiá rozsahu.

Přístrojem byly rovněž ověřovány podélně svařované trubky, a to s velmi kladnými výsledky. Veškeré charakteristické vady, které doprovázejí výrobu těchto trubek, byly spolehlivě zachyceny již při poměrně nízké citlivosti. Jejich kontrola v porovnání s bezešvými trubkami válcovanými za tepla je mnohem snadnější. Průměrná měsíční produkce výše popsané automatické kontrolní linky, v dvousměnném přetržitém provoze se pohybuje okolo 80 000 zkontrolovaných trubek. Poruchovost vlastního přístroje včetně příslušenství a zařízení pro automa-* tické třídění činila v roce 1971 se zřetelem na cslkový - 176 -

kontrolní čas 6,3 %. Posazený výsledek Je poněkud ovlivněn vlastní organizací oprav* Ke snížení dosažené poruchovosti se realizují některá opatření. Nedílnou součástí uvedené kontrolní linky je zařízení pro měřeni a třídění délek kontrolovaných trubek (viz obr. č, 9 ) , které bylo vyvinuto ve Výzkumném Ústavu NHKG a do provozního užívání bylo zařazeno poCátkem tohoto roku* Principem této konstrukce je přem8na měřené délky v impulsy, jejichž počet je dměrný délce trubky a nezávisí na jejich pohybu. Impulsy jsou získávány fotoelektricky tak, že pohybující se trvbka přeruSuje světelný tok dopadající na vhodně umístěná snímací čidla. Snímací čidla jsou dvojího druhu: čidla pro hrubé měření délky a čidla pro jemné měření délky. Přesnost vlastního měření je déna roztečí fotonek. Delt- je možno třídit pomocí zařízení pro měření délek. Instalovaná měřidla plně automatizují něření a třídění délek. Doklady o měření jsou na registrační pásce. 'Záznam se dělá u jednotlivých vyhovujících trubek a rovněž souhrnně z celého kontrolovaného svazku. Posledním přistrojen této kontrolní linky je strukturoměg SK-T (obr* Č. 10). V současné době se uskutečňuje pťovozní ověřování přístroje a jeho záběhový provoz. Z těchto příčin nejsou uváděny konkrétní výsledky. Trubka, která projde jako dobrá uvedenou defektoskopie5tou linkou, kde celý kontrolní proces je plně zautomatizován, vyhovuje po stránce kvality vnitřního a vnč-jšího povrchu, jsou známy tídeje o její přesné délce a plně vyhovuje po stránce strukturních a mechanických vlastností v souladu s použitou normou. ad b) Kontrola trubek t> 89 ag ,114,3 cgn Trubky jsou nedestruktivně zkouSeny poloautomatickou kontrolní linkou pracující s přístrojem Cirkograf 6221,

> 177 -

fy Forster Cobr. č. II). Linkou se kontroluji trubky na výskyt povrchových vad* Metoda je založena na principu vířivých proudů. Dvojice sond.obíhá rychlostí 1500 ot/min. a produkuje vířivé proudy na povrchu zkoušené .trubky. Hloubka průniku při použité frekvenci 400 kHz je poměrně malá. Pohybuje-li se sonda přes vadu, je pole vířivých proudů krátkodobě rušeno, což působí zpětně na přijímací část sondy. Rušení vzniká rovněž při větších změnách vodivosti, popř. magnetických vlastností zkoušené trubky. Tento druh změn pole vířivého proudu leží všeobecně ve fázové rovině v jiném směru, takže pomocí fázového uspořádání může být dále potlačen, Belativně vysokou zkušební frekvencí jsou zjiSíovány pouze vady, které se projevují na povrchu zkoušených trubek. Proto vady, které nemají přímou souvislost s povrchem, i když poměrně hluboké, nemohou být touto metodou zjištěny. Nejlépe jsou zachycovány vady trubek,.u nichž šířka vzduchové mezery nepřesahuje třetinu jejich hloubky, např. trhliny. Prakticky nemohou být zachyceny vady, které mají orientaci kolmou na podélný směr zkoušené trubky, např. příčné trhliny. Zařízení se skládá ze dvou hlavních částít rotační hlavy se sondami a z elektroniky. V našich podmínkách je používána rotační hlava H I (obr. 5, 12). Elektronická část je umístěna v samostatné skříni o šesti zásuvných jednotkách (obr. č. 13). Plaší zkoušeného obvoáu trubky je na obrazové části přístroje rozvinut do horizontální roviny. Tínto způsobem je možno přesně určit umístění zjištěné vády na povrchu trubky• Přístroj dále obsahuje dva monitory se světelnou signalizací vad. Tím je umožněno třídění trubek do tří skupin. Vadné místa jsou automaticky barevně značena, vyzkoušení - 178 - •

celého povrchu kontrolované trubky dosáhneme při kontrolní rychlosti 0,8 m/s. - "« V období experimentálňíhV ověřování v' provozních podmínkách byl zjiSíován vztah mezi jednotlivými charakteristickými vadami. Znalost vzájemných vztahů je velice důležitá pro nastavení aparatury a přesné třídění'do jednotli vých skupin. Při konstantní hióubce vady existují vztahy: indikace povrchové Supy = indikace spirálovité trhliny x

x 1^34

indikace povrchové díry =" indikace spirálovité trhliny x Opačné vyjádření při konstantní velikostí výSky Indikace: hloubka Supy - hloubka spirálovité trhliny x O,6l hloubka díry s hloubka spirálovité trhliny x 4,0 . Přístroj lze poměrně přesně nastavit na hloubku trhliny (která je nejzávažnější a její výskyt je největší) podlé příslušných norem, podle kterých jsou trubky dodávány. Trubky předkládané, ke zkoušení musí rozměrově a tvarově odpovídat příslušným rozměrovým normés. Y opačném případě mohou být výsledky zkresleny a může dojít k haváriím rotujících sond. Nejsou přípustné deformované konce, materiálové vady, které přesahují 1 mm nad zkoušený povrch. Při nedodržení těchto požadavků se mohou poškodit, sondy, které se pohybují nad povrchem ve vzdálenosti 1 až 3 mm. U této metody je nutné používat etalony, které svým vnějším průměrem odpovídají kontrolovaným trubkám. Výška indikace umělé vady je asi poloviční (v závislosti na kontrolovaném průměru) Ve srovnání s ekvivalentní hloubkou přívozeflé vady, při šířce umělé drážky 0,2 mm. Etalony se většinou používají k ověření platnosti zjištěných experimentálních vztahů, které jsou nutné při přístroje* VJ.aíě$tií nastavení citlivosti apa-

retury se uskutečňuje podle přirpzené trhliny o známé hlouboe.

.••'•'

Popisovaný defektoskopieký přístroj se srovnával s vl:: lni kontrolou u většího nnožství trubek (asi l(r). Po* . .. iání jednoznačně potvrdilo oprávněnost a také nutnost používání přístroje u neročnýea trubek, svléStě pro oléjář3ké účely. Přístroj zachytil vysoké množství vad, které nelze pozorným vizuálním způsobem zjistit. Povrch těchto vad je zokujen, splývá s okolím, takže ani při vysoké pečlivosti není možno vady vizuálně odhalit. Některé z těchto vad zasahovaly do poměrně velkých hloubek. Srovnání s práškovou magnetickou metodou, která se do doby zavedení přístroje Cirkograf používala, je velmi příznivé.pro přístroj Cirlrograf. Podle nánosu prášku nelze totiž zjistit přesně hloubku vady. Větší množství vad zjištěných práškovou kontrolou muselo být pracně broušeno, i kdy2 Slo o vady přípustné, které nejsou na zavedu použitelnosti trubek. Byly vybru?ovány také vady hluboké, které jsou nico toleranci tlca5tky stěny a po vybroušení byly dodatečně zmetkovány. Veškeré vady zjištěné práškovou magnetickou kontrolou spolehlivě potvráil přístroj Cirkograf. Kromě uvedených předností je přistroj Cirkograf podstatně rychlejší a výsledky kontroly nezávisejí přímo na osobě kontrolora. Poruchovost kontrolní linky byla za období jejího provozu od třetího Čtvrtletí roku 1S71 minimální a činila 2,4 51 z eelkcvčho kontrolního času. Kontrolní linka bude v nejbližším obcfobf doplněna defektoskopes, kterým budou zachycovány vady ležící na víiit?ním povrchu kontrolovaných trubek. Přístroj je v souČasnť? době vyvíjen ca pracovišti SVtJM Freha. Uvažuje se tskč o navedení strukturoměru SK-7, Čím£ celý systém bude tvo:'it komplexní kontrolní pracoviště.

- 160

ad 3. Pefektoskopická kontrola trubek 0 139.7 až 273 ma :. Trubky v uvedeném rozmezí se vyrábějí • provozu Stiefel 4-10". Jde převážně o náročné trubky pro olejářské účaly. Vedle těchto trubek se zde vyrábějí také trubky pro běžné účely a trubky kotlové. Trubky Jsou z materiálů uhlíkatých, legovaných a vySSfch jakostních stupňů, které se tepelně zpracovávají (např. jakosti E, N, P aj. podle normy API). Výchozím materiálem jsou kruhové sochory žokujené a 8 loupaným povrchem. Pro trubky olejářské se používá výhradně loupaná vsázka, která je nedestruktivně zkoušena přístrojem Rotomat. Veškeré trubky pro závažné dčely použití jsou nedestruktivní ověřovány práSkovou magnetickou metodou. U trubek tepelně zpracovaných je navíc zařazena kontrola konců trubek ultrazvukem. Magnetickou práSkovou kontrolou zjišíujeme povrchové vady trubek pomocí žalezného prášku. Metoda je založena na principu elektromagnetickém a je vSeobecn* známa. Elektrický proud je dodáván ze zdroje Caratar (obr. č. 14), který je v podstatě třífázový usměrňovač. Tím dostáváme stejnosměrný proud o intenzitě 2000 A. K magnetování trubek nám slouží ovládací spínač. Proud se přivádí výstupními kabely, které mají na koncích upevněny magnet!začni trny. Zdroj Carstar je tuzeaafcá výroby, který byl původně vyroben jako zařízení pro spouštění vozidel* MenSími úpravami je přizpůsoben pro naše podmínky zkoušení. Foyrch magnetovaných trubek se posypává železným ' práškea z PVC nádobek 2 dírkovaným vífikem. Kromě kontroly povrchu se posypává taká vnitřní povrch do vzdálenosti 0,5 m. Vadná mí3ta jsou sakre3lena křídou a pak vybruSována. Po brouSení se znovu posypávají práškem, j3ou-li vady odstraněny zcela. K měření brouSených míst se používá indikátorový hloubkotiSr nebo ultrazvukový tlouSÍkomSrCorrtrometr, výrobek ty Krautkraaier.

Ke komplexní kontrole patří vizuální kontrola vnitřního povrchu, rozměrová kontrola tlouSíky stěny a vnSjSího průměru. Měsíční produkce vyzkoušených trubek při dvousměnném provoze je asi 35 000 m trubek. Poruchovost použitého zdroje je minimální, v roce 1971 činila 0,4 * k celkovému kontrolnímu Sašu. U tepelně zušlechťovaných a vrtných trubek jakostních stupňů N, P, C a B podle norem API se ultrazvukem kontrololují vnitrní vady v koncích trubek. Ultrazvukem se kontroluje pomocí ručních defektoekopů Kretz 1000 a UID-R. Poruchovost uvedených ruSních defektoskopů je minimální. V -minulém roce při dvousměnném, nárazově i třfsměnaéa provoze bylo celkem 0,6 % poruch* Konce trubek ae zkoušejí na výskyt podélných a příčných vnitřních vad. Ke zkoušení na podélné vady se pouSívá dvojice ťShlových sond, které jsou umístěny ve speciálním držáku (via obr. 15). Jedna sonda je vysílací a druhá je přijímací. Zkouší se ve dvou površích v podélném směru, čímž je vyzkouSen celý obvod trubky do vzdálenosti 0,5 m. K Ů zkoušení se používají tihlové sondy PB 60 ° fy Krautkraiaer a sondy typn JZ 60 ° LP Chotutice o frekvenci 2 MHz. Princip použité metody je patrný z obr, č. 16. Otočným šroubkem držáku libovolně měníme sklon úhlových sond* Tímto 2působeia lze kontrolovat trubky různých průměrů od 0 4 1/2" do 9 5/8". Aparatura se seřizuje na etalonu o počtélnýs uméiýn zářezem. Bozměry umělé drážky jsou závislé r.a ůruhu kontrolovaných trubek a jsou dány normou API, podle které jsou trubky vyráběny. PříSnfi orientované vady vzniklé při tepelném zpracování jsou zkoušeny ze vzdálenosti 200 až 400 mm od čela trubky po podélných površích tak, aby byl vyzkoušen celý obvod • ZkouSÍ se úhlovýsai sondami WB 60 až 70 ° f^ Kraut~ kfímer a u2 60 ° IP Chotutice o frekvenci 2 MHz. K seřízení aparatury se používá etalon, který má vývrt stěnou. HoMiiry vývrtu jsou dány normou API. ~ 132 -

Na výskyt podélných vad skoulím* ultrazvukem tepelnS xuSlechtřná trubky * 5 2/2* •* 9 5/8" v5««h jakostních stupňů. U vrtných trubek 0 3 1/%* až 5 1/2" používáme zkoušení na podélné i příčná vady. Výběr a použití jednotlivých metod zkoušení je dán technologií vyráběných trubek a výskytem jednotlivých typů vad. Nedílnou čéstí závitové olejářské trubky je nátrubek. Jsou zkoušeny pouze nátrubky z jakosti N, P, C podle normy API. Nátrubky 0 4 1/2" až 5 1/2" jsou zkoušeny magnetickou polévací metodou pomocí vodorovného stabilního defektoskopu HD 400 (obr. 6. 17)* Pro vyšší rozměry není vodorovný defektoskop dimenzován. Princip použité metody je shodný 8 výSe uvedenou magnetickou práškovou metodou. Místo železného prášku se používá detekční tekutina* což je směs petroleje s jemně rozptýlenými Železnými pilinami. Zjištěná vadná místa jsou vybruáována. Vyšší rozměry nátrubků 0 7 až 9 5/8" zkoušíme ultrazvukem. Kontrolujeme pomocí dvojice sond, umístěných ve speciálním držáku. Sondy se posouvají po dvou podélných površích, čímž je zaručeno vyzkoušení1 celého nátrubku. Používají se ruční ultrazvukové přístroje Krotss iOOO a UID-IU Aparatura se seřizuje před počátkem zkoušení na kontrolním nátrubku. Umělé vady na etalonu jsou vyrobeny podle normy API. Za uplynulý rok bylo touto metodou ověřeno 10 829 nátrubků pro olejářské trubky. Kromě uvedených defektoskopických přístrojů se příležitostně používají různé další přenosné přístroje. Pro názornost uvádíme některé z nich: např, ultrazvukový přístroj UIB-lí, ultrazvukový tloušíkoměr K-lieter £y Krautkramer, tangcnoiólní aěrič magnetického pole fy Forster, měřič hloubky trhlin fy Deutsch, k místnímu zjišťování poruchových vad 25-600 a ZS-700 fy IP, Chotutice aj. Defektoskopiokou technikou v rourovně NHKG neřešíme - 183 -

jen problémy související s výstupní kontrolou trubek* Při nadměrném výskytu vad kontrolovaných trubek působíme zpětně na výrobu a ředíme operativně problémy související »e zvýšenou zmetkovitostí. Zařazujeme defektoskopickou techniku dó některých mezioperací, aby byl přesně zjištěn důvod vzniku některých typů vad. Tímto způsobem jsme vyřešili již mnoho provozních problémů. Jedním z posledních zdárně vyřešených problémů bylo zjištění vzniku podélných trhlin v koncích zušlachtěnýoh trubek. Výskyt trhlin byl zaviněn nevyhovujícím konstrukčním řešením chladicí sprchy* Bez defektoskopické techniky nejenže by odhalení příčiny závady bylo časově značně náročné, ale výroba zušlechtěných trubek by musela být zastavena. Nedestruktivní metody nám také řeší některé problémy v ekonomickém využití částečně vadných, značně namáhaných součástí. Zjištěné vady jsou periodicky sledován? vzhledem k jejich rešenf, ale běžně jsou zařazeny ve výrobním procesu např. válce z válcovací tratě. ' Srovnávali jfame také defektoskopickou kontrolu se zkouškou vodním tlakem u trubek 0 22 a2 32 mm. V tabulce č. 1 jsou uvedeny výsledky zkoušky vodním tlakem, u kterých byly na trubkách při fiefektoskopické kontrole zjištěny velké a střední vady. Netěsnost při malém zkušebním tlaku však vykazovaly pouze trubky děravé. Trubky s vadami hlubšími než polovina tloušíky stěny jsou většinou těsné i při tlacích značně převyšujících obvyklá zkušební tlaky. Zkouška ví•'.,-iiíí tlakem je málo citlivá a propouští trubky s velkými vs.;. íí, což ae projaví až při delšía provozování těchto tr .k. Podobný názor byl publikován na konferenci normaliu..'ní komise API v roce 1959. Uvážíme-li dále, Se trubky označené defektoskopem jako nevyhovující nevykázaly při ověřovacím zkoušení vodním tlakeur žádnou netěsnost, je možno považovat nahraztmí vodního tlaku nedestruktivními metodami za požadavek plně oprávněný.

- 184 -

\a i

{ j i

Již delší dobu trvá jednáni v normalizačních komisích bez kladných výsledků. Poznamenávám, že nedestruktivní zkoušení je součástí řady zahraničních norem pro výrobu trubek např. API, DIN 17175, polské normy 70/K - 74252 atd. Nedestruktivní zkoušení v rourovnách NHKG bude dále rozvíjeno. V současné době je vypracována koncepce, jejími cílem je zakoupení další defektoskopické techniky, např, přístroje Rotomat na zkoušeni trubek 0 5 1/2 až 10 3/4") čímž by se nahradila málo produktivní prášková kontrola. Také uvažujeme o zakoupení přístroje Defektomat fy Forster pro kontrolu trubek 0 22 až 130 mm, což bude řešit další rozšíření nedestruktivní kontroly u těchto trubek.

1 -,. f (

Zavádění nedestruktivního zkoušení* je podmíněno ekonomickými výsledky, kterých se těmito metodami dosanuje, společenskou nutností a neustálým zvyšováním úrovně jakosti* výrobku. Bez defektoskopické kontroly bychom obtížně v eoučasné době mohli vůbec trubky pro náročné účely použití vyrábět a konkurovat se zahraničními výrobci. To všechno nás nutí uvedené metody plně podporovat a nahradit ták již dnes zastaralé metody, např. vizuální kontrolu a zkoušení vodním tlakem. Ve svém příspěvku jsem se pokusil podat přehled o nedestruktivním zkoušení trubek v rourovně NKKG. Celá problematika je značně obsáhlá, takže není možné ae zabývat podrobněji jednotlivými, problémy a používanými metodami. Texty k obrázkům Obr. č. 1

Princip rozptylových toků

Obr. č. 2

Snímací sonda přístroje líotocat

Obr. č. 3

Část kontrolní linky pracující s pMatrojea Rotomat

Obr. č. 4

Pohled na odkrytou rotační hlavu pr-ístroje Rotomat - 185 - -

Obr. £. 5 a , b

Elektronická Cist přístroje Rotomat

Obr. č. 6

Pohled na kontrolní linku pracující s přístrojem Defektograf 2181, měřičem délek a istrukturoměrem

; ; ř

Obr„ č. 7

Elektronická část přístroje Defektograf 2181

f í

Obr. S. 8

Umístění magnetizafiního jha Č. II. a jha č. III. • kontrolní lince

Obr. 5. 9 a

Měřič délek - systém fotonek pro větši délkové měření

Obr. č. 9 b

Měřič délek «• systém fotonek pro jemné délkové měření, umístění cívky pro přístroj Sk 7

[ ; |

Obr. č. 10

Elektronická čáet etrukturomeru Sk 7

|

Obr. č. 11

Pohled na kontrolní linku pracující e přístrojem Cirkograf 6221

[ f

Obr. 5. 12

Pohled na rotační hlavu a animací sondy přístroje Cirkograf 6221

I f

Obr. č. 13

Elektronická čáet přístroje Cirkograf 6221

i

Obr. C. 14

Zdroj stejnosměrného proudn GABSTAR

[

Obr. č. 1$

Drřák včetně ultrmsvukov^ch uaaA

\r

Obr. č. 16

Princip ultrazvukového dcoulenf na vjslqpt podélných vaa trubek

\ f

Obr. č. 17

Vodorovný defektoekop HD 400

\'~ S I. t f

-

| f

Tak* U Porovnáni kcntroty watodon vířivých proucti sa ifcouškou tndnfti tlafcta

trubky

1

t 3 4 5 C

1

a 9

10

11 tt 11

swu

tt * to j 1 i

,

» i

t

a • 5

JIf

(•O 3/1* x 3,5 1/4-* 3,5 3/4M x 2,15 22x2,5

22x23 22x3,5 22x35

22x3,5 22 * 3*5 25x2,5 25x2,5 25x2,5

25 a M 32*2,5

3t J*,5 32 1 2 , 3

3ti t,5

fetariál •odU CSN 11333 11353 11353 11353 11353 15 111 15 111 15 111 *5 111 2 021 <1 gs| 2 021 2 021 1353 1353 1353 11353 1 jyjj 1

25*2,5

1353 1353 1 1353 It 021

3**1,5

11353

t2 a 2*5

25*22

12 021 12 021 •

vady xjiitiné pFfstroJw

podétnéifv

•hluk Šupí* vtikó šupiny iuoina stftdnf valikotU thluk iupin aalé lupiny lupin* • likni trhlina valká íoplna •hluk iuoin •hluky lupin •hluky lupin •hluky Supin hluboké lupiny •hluky iupin podélné rýhy uadiniU tuptM •Muky iupin pa c«1é délca wtká lupina w i k i iuplna MubeM mPf umitf trubky v#1ká lupint •iadlnlii viliiá iupiM o M i n i l á valki Supina Mtfwka r j h i , aPalalfca nft>lflf aMiaoaaC

díra

Hloubka «ad

(«)

0.29 0,35

0^7

0^8 0^2 0,10 1,05 0^27 0.28

0^2

0,15 1*93 0,28

0^2

0««4

0^2 0^6

1*24

1,74 1*90 0,47 0,91

2?3

wjXlmtm* UCCnB^j

wMmtíém

trubka tísni •> 350 á t trubka tísné *> 350 at trubka tísné *' 350 at trubka tísni *> 400 at trubka tísné «• 400 at trubka tísné <• 400 at trubka tísné «• 400 at trubka tísné *» 400*4 trubka tísné •> 400 «t trubka tísné <• 400 at trubka tísná •• 400 at trubka tísni •• 400 at trubka Usni •• 400 at trubka U »né -• 350 at trubka tísni •• 350 at trubka tísni <- 350 at trubka tísné <• 350 t t trvbfca tísni •» 350 at • trubka Usni <» 350 at trubka tísni •> 350 at trubka tísni •• 350 at MtiMwtpfi350aft Mtfsnnt p M .BO a t mtísoMt při 100 < at nattsnoatpH.300 at Mtíani m »citku *o«iky

P

l» P 2 pólové néstarce vzbusujici aagMtické polt

S,* S_ aondovi hlavice EP místo Txniku rozptylových proudu

Obr* 1 - 188 -

f

'

•

^

'

•

^

'

'

•

-

.

. ' ' «

'

•"

- Í69 -

u O

- 190 -

hr. 4

lil-

esa»eacMe3Mgrcuux^îuinBkaittft
.

. flt

a

T

i' !:

•-i**

:*.'*

4

.3

a ITx •

u x> o

'•I

iÉSšlf

«:©•

'£.l'

- 192 -

Obr. 5 •

-194 -

Obr. 7 - 195 -

is o

. 196 -

I'- 197 -

- 198 -

Oto. 10 - 199 r

- 201'*-

• 202 -

- 203 -

O

- 204 -

ai

Obr. 16 . 20$ -

- 206 -

Obsah lívod Richard Rtgazzo Přeanoat určeni bodá výstupu a úhlu losu na mčrce K 1 • . ng. Antonín Bumbálek hlové sondy pro zkoušení ultrazvukem při teplotách do 150 °C Ing. J i M Ullman Zařízení pro ultrazvukovou kontrolu jakosti svarů spirálové svařovaných trubek Ing. Jiří Přepechal Opakované defektoakopické zkoušky tlakových nádob jaderných reaktorů . Ing. Jaroslav Obraz. CSc. Ultrazvuková holografie Ing. Jaroalav Roztočil Základní typy přístrojů ry"ríjených r Laboratorních pří•trojích na základe defektoakopického iapulaového ultrazTukorého ayateau SVUSS Ing. Vladimír Matuška Možnost identifikace T»éetků • oceli ultrazrukea Josef Halamíček Použití nedestruktivních zkoušek při výrobe hliníkových odlitků litých pod tlakem Doe. Dr. Ing. Oldřich,Taraba, CSe. Detekce kavitačních zon v hydrodynamických systémech elektronickými metodami Doc. Dr. Ing. Oldřich Taraba, CSc. Spektrální analýza ultrazvukového pole jako pomůcka při bezdemontáiní diagnostice defektů strojů • strojních části Ing* Rudolf Dubenaký Aktivní kontrola celistvosti svarů hodnocením záznamu akustických emijí Josef Simorda Rentgenová defektoskopie pneumatik Ladislav Vavroš Nedestruktivní kontrola bezešvých trubek válcovaných za tepla

Ž

- 207 -

Strana 3 5 21 44 59 ^7 76 89 101 123 137 143 154 170

Druh publikace: Název: Zpracoval: Počet stran: Náklad: Formát: Číslo publikace: Vydal a rozmnožil: ijatum vydání:

- 208 -

Sbornik referátů DEFEKTOSKOPIE 1972 Kolektiv autorů 208 250 výtisků A 5 60/845/72 Í636) Dům techniky ČVTS w a n e Gorkého nám. 23, Praha 1 Prosinec 1972

DŮM TECHNIKY CVTS PRAHA. í-» I» i # «# «* «'«#«%«« PRAHA 1972

Recommend Documents