Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza

Výklad k tabulce dat v „Datovém listu“ sond firmy Krautkrämer ERLÄUTERUNG ZU DEN DATENBLÄTTERN FÜR PRÜFKÖPFE Krautkrämer GmbH Ing.Richard Regazzo,CSc., Marcela Regazzová, Lubomír Bartulík, R & R NDT Zeleneč

Slovo úvodem Každý ultrazvukář, který používá ultrazvukové sondy firmy Krautkrämer, má ke každé sondě přiložen „Datový list“ (Datenblatt), ve kterém je uvedeno 20 až 40 dat platných pro tuto sondu. V tabulce dat jsou použity různé symboly, (fe, B-6, |Zel|, N*, FB6, FL6, D0, Def, β atd.) pro jednotlivé hodnoty. Když si koupíme soubor těchto „datových listů“ v deskách formátu A6 získáme výklad použitých symbolů na 68 žlutých stránkách v němčině. Tato data často používáme v praxi i na ultrazvukových kurzech. Rozhodli jsme se proto tento návod přeložit a doplnit a nyní jej prostřednictvím „našeho“ prvního defektoskopického časopisu dáváme k dispozici. U symbolů, které se liší od nově zavedených symbolů ve skriptech UT 1, 2 i 3, vydaných QC Plzeň, jsme ponechali symboly původní, uvedené v datových listech i návodu, viz. tab. 1.

pojem

symbol datový list

skripta UT

α

κ

efektivní průměr měniče

Deff

Ds, Deff

poloviční úhel rozevření

γ

ϑ

náhradní velikost vady

Df

DKSR

útlum

atd. Tab. 1. Porovnání symboliky v datových listech a skriptech QC Plzeň

Kde jsme text doplnili poznámkou uvádíme označení „Pozn. R.:“ pro rozlišení od poznámek, které jsou v původním německém textu.

1

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza Obsah 1. Zkušební frekvence (fe) 2. Délka blízkého pole (N) 3. Ohnisková vzdálenost (F) 4. Hloubka fokusace (FTn) 5. Šířka (FBn) a délka fokusace (FLn) 6. Efektivní průměr měniče (Deff) 7. Úhel lomu ( β ) 8. Změna úhlu lomu s teplotou

∆β ∆T

9. Úhlová odchylka ( δ ), paralelní posuv (Z) a posuv bodu výstupu (ZA) 10. Úhel rozevření ( γ n a ϕ n ) 11. Odolnost proti otěru (M), maximální přípustný otěr (MZ) 12. Bodová pevnost v tlaku (P) 13. Rozsah pracovních teplot (Ta), krátkodobá pracovní teplota (T5 sec) 14. Rezerva zesílení (Vr) 15. Rozlišovací schopnost 15.1. Rozlišitelnost za vysílacím impulsem (tn) 15.2. Oblast ovlivněná vysílacím impulsem (sn) 15.3. Rozlišitelnost za echem (rn) 15.4. Oblast ovlivněná echem (en) 16. Rozlišovací schopnost dvojitých sond pod zkušebním povrchem 16.1. Rozlišitelnost těsně pod zkušebním povrchem (tø2) 16.2. Ovlivněná oblast těsně pod zkušebním povrchem (s) 16.3. Odstup od přechodového echa (Ca) 17. AVG-diagram 17.1. Náhradní velikost odražeče (Df) 17.2. Poměr výšek ech 17.3. Určení náhradní velikosti vady (Df) z AVG-diagramu 17.4. Zkrácená projekční vzdálenost (a') 17.5. Měření útlumu zvuku ( α ) 17.5.1. Kolmé prozvučování 17.5.2. Šikmé prozvučování 17.6. Zjistitelnost vad s uvážením útlumu ultrazvuku 17.7. Určení Df vady s uvážením útlumu ultrazvuku 17.8. Přenosová korekce pomocí AVG-diagramu 17.8.1. Kolmé prozvučování 17.8.2. Šikmé prozvučování

2


1. Zkušební frekvence (fe) Zkušební frekvence fe udává frekvenci na vstupu defektoskopu (geometrický střed z vyšší a nižší mezní frekvence pro pokles referenčního echa o 3 dB podle DIN 54119); definice referenčního echa je v kap. 14 "Rezerva zesílení". V použitém zkušebním materiálu musí být útlum zanedbatelně malý. Jmenovitá frekvence leží uvnitř tolerančního rozsahu uvedeného v tabulce dat. K přesnému měření se použije frekvenční analyzátor.

2. Délka blízkého pole (N) Délka blízkého pole je vzdálenost od měniče sondy, ve které má echo od malého odražeče (Df < 0,05 Deff) maximální výšku (viz obr. 1).

Obr. 1 - Schlierovo zobrazení zvukového pole sondy při trvalém buzení. Při impulsním provozu jsou oblasti vysokého akustického tlaku (černé) a nízkého akustického tlaku (bílé) méně výrazné.

Hodnota uvedená v tabulce dat udává délku blízkého pole v oceli, včetně dráhy v sondě. Pro přímé sondy (podle DIN 54119 z ledna 1980 kolmé sondy) s kruhovým měničem se vypočítá délka blízkého pole ze vztahu:

N=

2 Deff ⋅ f e 0,94 D02 ⋅ f e = 4⋅c 4⋅c

kde Deff je efektivní průměr měniče, c rychlost ultrazvuku ve zkoušeném materiálu a Do skutečný průměr měniče (pozn. R: Dle ČSN 01 5020 jmenovitý průměr měniče). Pro sondy s přibližně čtvercovým měničem, kdy rozdíl stran měniče je maximálně 12 % (pozn. R: a – b ≤ 0,12 · a) 2 a eff N = 1, 3 ⋅ ⋅ fe c

kde aeff je polovina efektivní délky delší strany měniče. Přímé sondy mají zpravidla tak malou dráhu v sondě (vzdálenost mezi měničem a kontaktní plochou sondy), že je zanedbatelná. Úhlové sondy mají velkou dráhu v sondě. Její délka měřená od středu měniče k bodu výstupu je uvedena pod označením lVC. Index c udává rychlost ultrazvuku v sondě. Pozn. R: Skutečná dráha ultrazvuku v sondě, tj. skutečná vzdálenost měniče od bodu výstupu, měřená pro osový paprsek, je uvedena v tabulce dat u AVG-diagramu. Tato hodnota lv,2730 je udána pro skutečnou rychlost šíření podélných vln v plexiskle (klínu) cL = 2 730 m/s.Tento údaj se přepočte na ekvivalentní sV pro rychlost šíření příčných vln ve zkoušeném materiálu. Pro

3

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza ocel, cT = 3 255 m/s, je ekvivalentní hodnota sV uvedena pod tabulkou dat v poznámce k délce blízkého pole N*.

s V = lV,2 730

2 730 cT

Příklad: úhlová sonda WB45-2, ocel V tabulce dat lV, 2 730 = 15,5 mm Pod tabulkou sV = 13 mm Kontrolní přepočet

s V = l V,2 730

i)

2 730 2 730 = 15,5 = 13 mm cT 3 255

výpočtová metoda délka blízkého pole pro cT = 3 255 m/s, Deff = 19,2 x 21,1 mm a f = 2 MHz 2 ⋅ f 22, 7 2 ⋅ 2 Deff = = 79, 2 mm 80 mm N = 4 ⋅ cT 4 ⋅ 3, 255 *

kde Deff pro ekvivalentní průměr kruhového měniče se vypočítá ze vztahu 2 π ⋅ Deff

4

Deff =

= 19, 2 x 21,1

19, 2 ⋅ 21,1 ⋅ 4

π

= 22, 7 mm

z celkové délky blízkého pole N* připadá na část v sondě 13 mm a v prozvučovaném materiálu 80 – 13 = 67 mm. ii)

podle dat z datového listu N* = 90 mm sV = 13 ± 2 mm potom z celkové délky blízkého pole N* připadá na klín 13 mm a prozvučovanou ocel 90 – 13 = 77 mm.

iii)

výpočtová metoda (podle jednoduššího vztahu pro N*) 2

 21,1  2   ⋅2 a eff ⋅ f 2   N* = 1,3 ⋅ = 1,3 = 88,9 mm c 3, 255

90 mm

odpovídá výsledkům při použití dat z datového listu sondy WB 45-2. Rozdíl mezi výpočtem podle vztahu

N* =

2 Deff ⋅f 4 ⋅ cT

a vztahu

4


N* = 1, 3

2 a eff ⋅f 4 ⋅ cT

je 10 mm a také tolerance ± 14 mm k hodnotě N* = 90 mm ±14 mm uvedená v datovém listu je velká a to znamená, že je otázkou, zda je nutné v praxi hodnotu sV uvažovat. To znamená při použití obecného AVG-diagramu nahradit běžně používaný vztah A =

s s + sV novějším vztahem A = pro úhlové sondy. A naopak N N

při přepočtu z A na s nutném při sestrojování vyhodnocovací křivky na obrazovku defektoskopu nahradit používaný vztah s = A ⋅ N + s V . Diskuse a rozbor této otázky ale není předmětem tohoto příspěvku a uvádíme to pouze pro informaci. Také norma ČSN 015022 používala jednodušší vztahy, to znamená bez uvažování sV, tj. lV, 2730.

3. Ohnisková vzdálenost (F) Ohnisková vzdálenost nahrazuje u fokusovaných přímých a dvojitých (SE) sond údaj o délce blízkého pole. Je to vzdálenost od kontaktní plochy sondy k ohnisku. Malé odražeče dávají maximální echo leží-li přímo v ohnisku. Jako fokusační vzdálenost platí právě vzdálenost, ve které křivka nejmenší náhradní velikosti v AVG-diagramu dosahuje maxima.

4. Hloubka fokusace (FTn) Hloubka fokusace udává vzdálenost před a za ohniskem, ve které jsou výšky ech od malých odražečů maximálně o n-dB menší než v ohniskové vzdálenosti (např. n = 6). Fokusační hloubku lze určit z příslušného AVG-diagramu. (Pozn. R:

Příklad SEB 4H

5


Ilustrační obrázek

5. Šířka (FBn) a délka (FLn) fokusace Velmi malý kruhový odražeč dává v akustickém poli sondy největší echo, když leží v ohnisku. Posouváme-li kouli z ohniska ve směru kolmém na akustickou osu (osový paprsek), tak se výška echa zmenšuje. Vzdálenost, ve které klesne o n-dB se označuje šířka fokusace.

Obr. 2 Definice …

U přímých sond leží ohnisko na konci blízkého pole. Tyto sondy mají zpravidla kruhový měnič, tak i akustický svazek má kruhový příčný průřez. Fokusační šířka FBn je potom stejná pro všechny příčné směry. Přímkově fokusované přímé sondy, úhlové sondy a dvojité sondy nemají kruhový svazek. Proto se rozlišuje šířka fokusace FBn a délka fokusace FLn. Jak jsou u úhlových sond definovány ukazuje obr. 2. U přímkově fokusovaných přímých sond udává šířka fokusace FBn rozměr ohniska kolmo k ohniskové čáře a akustické ose (osovému paprsku). Délka fokusace FLn udává rozměr ve směru ohniskové čáry (ohniskové linie) kolmo k akustické ose (obr. 2a).

6

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza U dvojitých sond udává šířka fokusace FBn rozměr ohniska kolmo k dělící rovině měničů a akustické ose. Fokusační délka FLn udává rozměr ve směru dělící roviny měničů kolmo na akustickou osu ultrazvukového. svazku (obr. 2b).

Obr. 2a, 2b

Vzhledem k lomu k ultrazvukovému. svazku u úhlových sond může dojít k odchylce v šířce fokusace FBn, proto jsou v tabulce dat uvedeny tolerance FBn= + ... mm a FBn = - ... mm, viz obr. 2.

6. Efektivní průměr měniče (Deff) Efektivní průměr měniče udává akusticky účinnou plochu měniče. Je menší než skutečný průměr měniče D0, protože následkem upnutí nebo přitmelení měniče je na okrajích tlumen a tím nekmitá celá plocha měniče se stejnou amplitudou. Směrem k okraji měniče amplituda kmitání klesá. Deff kruhového měniče se vypočítá z délky blízkého pole

Deff =

4 N⋅c fe

Podle zjednodušeného vztahu platí Deff = 0,97 Do.

7. Úhel lomu (β) Úhel lomu je úhel mezi osovým paprskem ultrazvukového svazku a kolmicí ke zkoušenému povrchu (viz obr. 2). Hodnoty uvedené v tabulce dat platí pro teplotu 20 °C. P řesné měření

7

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza úhlu lomu se provádí elektrodynamickou sondou na dostatečně širokém půlválci z oceli, jehož poloměr je větší než délka blízkého pole sondy. Úhel lomu změřený na kontrolní měrce K1 může ležet mimo uvedený toleranční rozsah, vzhledem k malé tloušťce 25 mm měrky K1.

 ∆β  8. Změna úhlu lomu s teplotou    ∆T  U úhlových sond s dráhou v sondě (≈ v klínu) závisí úhel lomu na teplotě materiálu klínu a zkoušeného kusu. Změna úhlu lomu s teplotou je uvedena pro změnu teploty ±10 °C ze základní teploty +20 °C.

9. Úhlová odchylka ( δ ), paralelní posunutí (Z) a posunutí bodu výstupu (ZA) Vlivem výrobní tolerance a nehomogenity materiálu měniče se může akustický svazek odchýlit od požadovaného směru nebo polohy. Tím nastane úhlová odchylka δ (obr. I), paralelní posunutí Z (obr. II) a u úhlových sond posunutí bodu výstupu ZA (obr. III).

Obr. I, II, III

10. Úhel otevření svazku ( γ n a ϕ n ) Akustický svazek se rozevírá ve vzdáleném poli v závislosti na průměru měniče a vlnové délce λ . Ohraničení svazku je dáno spojením bodů, ve kterých klesne výška echa o určitou

8

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza konstantní hodnotu vzhledem k maximu na ose svazku. Úhel mezi tímto krajním paprskem a osovým paprskem ve vzdáleném poli se nazývá úhel otevření a značí se γ (viz obr. 2). Poklesu výšky echa v krajním paprsku na 1/10 maximální výšky v osovém paprsku odpovídá 20 dB, tzn. hranice ultrazvukového svazku 20 dB, úhel otevření se značí γ 20. Pro většinu případů je důležitá hranice 6 dB, tzn. pokles výšky echa na 50% hodnoty v osovém paprsku, tj γ 6. Tvar ultrazvukového svazku pro pokles výšky echa o 6 dB je na obr. 3. Sondy s kulatým měničem mají rotačně symetrický svazek se stejným úhlem otevření v každé podélné rovině. To se týká většiny přímých sond. Pro ně platí přibližně pro impulsovou odrazovou metodu:

sin γ 20 = 0,87

λ Deff

; sin γ 6 = 0,5

λ Deff

kde λ = vlnová délka zvukové vlny Deff = účinný průměr měniče

Obr. 3

U sond s pravoúhlými měniči se rozlišuje vodorovný úhel otevření γ 20 , resp. γ 6 a svislý úhel otevření ϕ 20 , resp. ϕ 6 (viz. obr. 2). Protože při šikmém prozvučování vzniká určitá nesymetrie ve svazku rozlišuje se ještě mezi ϕ n = + ... a ϕ n = - ... (viz. obr. 2).

11. Odolnost proti otěru (M), maximálně přípustný otěr (MZ) Odolnost proti opotřebení (otěr) je relativní hodnota, která značí odolnost kontrolní plochy sondy proti opotřebení. M se udává v mm opotřebení na 1 km zkušební dráhy. Závisí podstatně na drsnosti zkoušeného povrchu, přítlačné síle, vazebním prostředku a teplotě zkušebního povrchu. Odolnost proti otěru se určuje normovaným postupem a je srovnatelná s velmi tvrdým nasazením v praxi. Dále je tabulce dat uvedeno maximální přípustné opotřebení MZ kontaktní plochy. Jestliže je kontaktní plocha opotřebena může se u některých sond přitmelit destička nebo opotřebená destička vyměnit.

12. Bodová pevnost v tahu (P) V praxi se může stát, že se kontaktní plocha sondy přitlačí na kulovou nerovnost povrchu a zničí se. Hodnota P uvádí sílu při bodovém zatížení, při které dojde ke zničení sondy.

9


13. Rozsah pracovních teplot (Ta), krátkodobá pracovní teplota (T5 sec) Rozsah pracovních teplot Ta je rozsah teplot, ve kterém lze sondu používat, aniž by došlo k jejímu opotřebení. Někdy je potřeba přiložit sondu na horký povrch na 5 sec. a provést zkoušku při teplotě vyšší než Ta. K tomu je udána v tabulce dat maximální přípustná teplota zkušebního povrchu, na který lze přiložit sondu po dobu 5 sekund T5 sec, sonda se potom musí dobře ochladit. Při teplotách blízko T5 sec je nutné použít dostatečné množství vazebního prostředku.

14. Rezerva zesílení (Vr) Rezerva zesílení Vr udává kolik dB je k dispozici, když referenční echo od srovnávacího odražeče má výšku 2/5 rastru (charakteristická výška). Při zvýšení zesílení o rezervu Vr musí být v celém zkušebním rozsahu úroveň elektronického šumu nejvýše 1/5 rastru, přitom sonda není přiložena přes vazební prostředek na zkušební povrch, tzn. volné vysílání. Jako referenční echo slouží u přímých sond koncové echo z tl. 25 mm kontrolní měrky K1, při zkoušení s imerzní vazbou echo do velkého rovinného ocelového odražeče ve vzdálenosti 20 mm, u úhlových sond koncové echo z poloměru 100 mm kontrolní měrky K1 a u dvojitých sond koncové echo z ocelového vzorku se zanedbatelným útlumem, jehož tloušťka je rovna ohniskové vzdálenosti F. Rezerva zesílení je výchozí hodnota pro určení zjistitelnosti vad v souvislosti se zkušebním zařízením. Čím větší je rezerva zesílení, tím menší vady lze obecně zjistit v určité vzdálenosti od sondy, nebo tím větší může být vzdálenost od sondy, ve které lze vadu určité velikosti ještě zjistit. Příklad A:

Přístroj Sonda: Zkoušený kus:

USL 32 B4S(E), série E ocel ST 52-3 (útlum zanedbatelný)

Úkol 1:

Ve které největší vzdálenosti je vada o náhradní velikosti 1 mm (= odražeč tvaru kruhového kotouče o ø 1 mm ještě zjistitelná?

Úkol 2:

Jaká vada (definovaná náhradní velikostí) je ještě zjistitelná v hloubce 2500 mm?

Řešení úlohy 1 (obr. 4):

Náhradní vada o ø 1 mm je zjistitelná do vzdálenosti 1 m.

10


Obr. 4

Řešení úlohy 2 (obr. 5):

Ve vzdálenosti 2500 mm je zjistitelná vada o náhradní velikosti ø 2,6 mm.

Obr. 5

15. Rozlišovací schopnost Rozlišovací schopnost je pojem, který zahrnuje rozlišitelnost v blízkém rozsahu („blízká rozlišitelnost“) a ve vzdáleném rozsahu („vzdálená rozlišitelnost“). Rozlišovací schopnost v blízkém rozsahu označuje dále pojmy "rozlišovací schopnost za vysílacím impulsem" a "oblast ovlivněná vysílacím impulsem". Rozlišovací schopnost ve vzdáleném rozsahu označujeme dále pojmy "rozlišovací schopnost za echem" a "oblast ovlivněná echem".

15.1. Rozlišitelnost za vysílacím impulsem (tn) Vzdálenost rozlišitelnosti za vysílacím impulsem tn vymezuje rozsah pod zkušebním povrchem, ve kterém vadu určité velikosti s vybraným zkušebním zařízením (sonda + přístroj) nelze jednoznačně prokázat. Vada se považuje za jednoznačně prokazatelnou,

11

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza když odstup vadového echa od vysílacího impulsu je 6 dB a více (obr. 6). Index "n" za t udává, o kolik dB je vadové echo uvažované vady menší než referenční echo. Výklad referenčního echa je v kap. 14 "Rezerva zesílení".

Obr. 6

Příklad B:

Přístroj: Sonda: Zkoušený kus:

USIP 11 MB4S(E), série E ocel ST 52-3

Úkol B1:

Určení mezní velikosti vady (= náhradní velikost vady) pro hodnoty t0, t20 a t40 pro rozlišitelnost za vysílacím impulsem

Úkol B2:

Označte tyto meze zjistitelnosti vad do AVG-diagramu

Řešení úlohy B1 (obr. 7):

Z tabulky dat pro sondu MB45(E) se odečte t0 = 5 mm, tzn. zjistitelnost velkých vad je od hloubky 5 mm. Mrtvé pásmo je 0 ÷ 5 mm t20 = 12 mm, tzn. vady o náhradní velikosti 1,5 mm lze zjistit od hloubky 12 mm t40 = 18 mm, tzn. vady o náhradní velikosti 0,5 mm lze zjistit od hloubky 18 mm.

12


Obr. 7

Řešení úlohy B2 (obr. 8):

Vyšrafovaný rozsah označuje oblast, ve které nelze jednoznačně prokázat vady do náhradní velikosti vymezené křivkou.

Obr. 8

Příklad C:

Přístroj: Sonda: Zkoušený kus

USL 32 MWB 70-4, série E ocel ST 52-3

13

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza Úkol C1:

Úkol C2: Řešení úlohy C1 (obr. 9):

Určení mezní velikosti vady (= náhradní velikosti vady) pro hodnoty t0, t20, t40 pro rozlišitelnost za vysílacím impulsem Označte tyto meze zjistitelnosti vad do AVG-diagramu t0 = 2 mm, tzn. zjistitelnost velkých vad je od dráhy ultrazvuku 2 mm měřené od bodu výstupu, mrtvé pásmo je 0 ÷ 2 mm t20 = 3 mm, tzn. vady o náhradní velikosti 1,6 mm lze zjistit od dráhy ultrazvuku 3 mm t40 = 10 mm, tzn. vady o náhradní velikosti 0,5 mm lze zjistit od dráhy ultrazvuku 10 mm

Obr. 9

Řešení úlohy C2 (obr. 10):

Vyšrafovaný rozsah vymezuje oblast, ve které vady do náhradní velikosti vymezení křivkou nelze jednoznačně prokázat.

14

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza Obr. 10

15.2. Pásmo ovlivněné vysílacím impulsem (sn) Pásmo ovlivněné vysílacím impulsem sn vymezuje rozsah pod zkušebním povrchem, ve kterém vady určité velikosti s vybraným zkušebním zařízením (sonda a přístroj) nelze jednoznačně popsat jejich náhradní velikostí, protože výška jejich vadových ech je ovlivněna vysílacím impulsem o více než ± 2 dB.

Obr. 11

Index "n" udává, o kolik dB je vadové echo uvažované vady menší než referenční echo (definice referenčního echa viz kap. 14 "Rezerva zesílení"). Příklad D: Přístroj: Sonda: Zkoušený kus:

USL 32 B2S(E), série E ocel St 52-3

Úkol D1:

Určení mezní velikosti vady (= náhradní velikost vady) pro hodnoty so, s20 a s40 pro pásmo ovlivněné vysílacím impulsem

Úkol D2:

Označte tyto meze do AVG-diagramu

Řešení úlohy D1 (obr. 11a):

z tabulek dat se odečte s0 = 10 mm, tzn. vady o náhradní velikosti blížící se průměru měniče (průměr měniče D0 = 24 mm) lze jednoznačně vyhodnotit již od hloubky 10 mm

15


Obr. 11a

P.S. Z AVG-digramu vyplývá, že všechny vady s náhradní velikostí od 24 mm výše odráží jako koncové echo (∞). s20 = 20 mm, tzn. vady o náhradní velikosti 5 mm lze jednoznačně hodnotit od hloubky 20 mm s40 = 40 mm, tzn. vady o náhradní velikosti 1 mm lze jednoznačně hodnotit od hloubky 40 mm. Řešení úlohy D2 (obr. 12: Vyšrafovaný rozsah vymezuje oblast, ve které vady do náhradní velikosti vymezené křivkou nelze jednoznačně vyhodnotit podle náhradní velikosti.

Obr. 12

Příklad E: Přístroj: Sonda: Zkoušený kus:

USIP 11 WB45-2, série E ocel ST 52-3

16


Úloha E1:

Úloha E2:

Určete mezní velikost vady (= náhradní velikost vady) pro hodnoty s0, s20, s40 pro pásmo ovlivněné vysílacím impulsem Označte tyto meze do AVG-diagramu

Řešení úlohy E1 (obr. 13):

s0 = 0 mm s20 = 8 mm, tzn. vady o náhradní velikosti 6 mm lze jednoznačně hodnotit od dráhy ultrazvuku 8 mm, AVG-diagram pro sondu WB45-2 začíná dráhou ultrazvuku s = 10 mm, pro názornost je na obr. 13 čárkovaně dokreslena ještě dráha s = 8 mm. s40 = 21 mm, tzn. vady náhradní velikosti od 1,5 mm lze jednoznačně hodnotit od dráhy ultrazvuku 21 mm.

Obr. 13

Řešení úlohy E2 (obr. 14): Vyšrafovaný rozsah vymezuje oblast, ve které vady do náhradní velikosti vymezené křivkou nelze jednoznačně vyhodnotit podle náhradní velikosti.

17

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza Obr. 14

15.3. Rozlišitelnost za echem (rn) Pojem rozlišitelnosti za echem, krátce "vzdálená rozlišitelnost", označuje schopnost vybraného zkušebního zařízení (sonda a přístroj) jasně oddělit od sebe echa na obrazovce přístroje. Ve vzdálenosti rn (obr. 15) za prvním echem je druhé echo, které je o "n" dB menší a je zřetelně rozlišitelné od 1. echa, když odstup mezi echy je 6 dB a výše. Tento odstup se měří podle 2. echa. Data v tabulce dat se týkají rovinných odražečů. Pro nerovinné, drsné vady mohou být vadová echa širší, tzn. větší délka rn.

Obr. 15

15.4. Oblast ovlivněná echem (en) Pásmo ovlivněné echem en (obr. 16) vymezuje rozsah za echem, ve kterém nelze druhému echu jednoznačně přiřadit náhradní velikost, protože jeho výška je ovlivněna prvním echem o více než ± 2 dB. Index "n" udává o kolik dB je 2. echo mimo ovlivněnou oblast menší než 1. echo. Údaje v tabulce dat se týkají rovinných odražečů. Pro nerovinné, drsné vady mohou být vadová echa širší, tzn. větší délka en.

18


Obr. 16

16. Rozlišovací schopnost dvojitých sond pod zkušebním povrchem Stejně jako u přímých a úhlových sond lze u dvojitých sond rozlišovat vzdálenost rozlišitelnosti a ovlivněné pásmo. Ovlivněné pásmo i rozlišitelnost lze určit pomocí "přechodového echa" a násobných ech od odražeče v materiálu.

16.1. Rozlišitelnost (tø2) těsně pod povrchem Ve vzdálenosti tø2 jsou zjistitelná všechna echa, jejichž výška odpovídá nejméně náhradní vadě o ø 2 mm. Odstup od přechodového echa je nejméně 6 dB (obr. 17).

19


Obr. 17

16.2. Ovlivněná oblast (s) těsně pod povrchem Ovlivněná oblast s vymezuje rozsah těsně pod povrchem, ve které vlivem rušivých vlivů (např. přechodové echo a interference) je kolísání výšky echa větší než ±2 dB. V tomto rozsahu nelze hodnotit výšku echa (obr. 18). Z těchto důvodů začíná AVG-diagram právě tam, kde končí ovlivněná oblast s.

Obr. 18

20


16.3. Odstup od přechodového echa (Ca) Akustické a elektrické oddělení mezi vysílačem a přijímačem dvojité sondy je charakterizováno přechodovým echem. Hodnota Ca (obr. 19) udává o kolik dB je přechodové echo menší než referenční echo. Jako referenční echo slouží koncové echo z ocelové desky se zanedbatelným útlumem, jejíž tloušťka je rovna ohniskové vzdálenosti F dvojité sondy. Referenční echo : viz. kap. 14 "Rezerva zesílení Vr" Ohnisková vzdálenost: viz. kap. 3 "tabulka dat“ ke každé dvojité sondě přicházející v úvahu.

Obr. 19

Příklad F:

Přístroj: Sonda: Zkoušený kus:

USIP 11 MSEB 4, série E ocel ST 52-3

Úloha F1: Od jaké hloubky lze jednoznačně zjistit vadu o náhradní velikosti 2 mm? Úloha F2: Kde leží hranice pro hodnotitelnost výšky echa? Odpověděli jsme v tabulce dat u AVG-diagramu pro sondu MSEB4, série E. Řešení úlohy F1: Z tabulky se odečte hodnota tø2 = 1 mm, tzn. od hloubky 1 mm budou jednoznačně zjistitelné všechny vady, jejich vadová echa odpovídají náhradní vadě nejméně 2 mm. Řešení úlohy F2: AVG-diagram pro dvojitou sondu MSEB4, série E, začíná hloubkou a = 2,5 mm. Od této hloubky lze jednoznačně hodnotit výšky ech.

21


17. AVG-diagram AVG-diagram je základem AVG-metody. Samostatně značí A = vzdálenost v mm (u série E je použito označení s místo a), V = rozdíl v zesílení ∆ V v dB, G = velikost náhradního odražeče (kruhový terčík o průměru Df) v mm (viz. obr. 20).

Obr. 20

V AVG-diagramu je graficky znázorněna závislost výšky echa na dráze ultrazvuku pro "velké" a "malé" odražeče v prostředí s nulovým útlumem ( α = 0 dB/m).

17.1. Náhradní velikost odražeče (Df) Protože je sotva možné pomocí jedné nedestruktivní metody určit skutečnou velikost necelistvosti, vychází se z tzv. "Náhradní velikosti vady Df". Pojem náhradní velikost vady dává zjednodušenou představu o tvaru, poloze a odrazivosti malé materiálové vady. Možné odchylky od skutečné velikosti stojí proti výhodě reprodukovatelnosti údaje náhradní velikosti vady. Reprodukovatelnost je neodmyslitelnou předností pro každou nedestruktivní kontrolu. Ona tvoří hodnověrnost a důvěru. Náhradní odražeč podle AVG-metody je odražeč tvaru kruhového kotouče, který je kolmý k akustické ose ultrazvukového svazku, jehož osa je v ose svazku a dopadající ultrazvukové vlny stoprocentně odráží (obr. 21).

22


Obr. 21

Určení velikosti vady podle AVG-metody tedy znamená, určit velikost takového odražeče tvaru kruhového kotouče, který v poloze vady dává vadové echo stejné výšky jako reálná vada. Mírou velikosti odražeče je průměr Df odrážejícího kruhového kotouče.

17.2. Poměr výšek ech Určení náhradní velikosti vady ultrazvukem spočívá v porovnání dvou výšek ech. Porovnává se echo neznámého odražeče s echem známého odražeče nebo referenčním odražečem. Neznámé jsou vady, jejichž náhradní velikost se musí určit. Jako referenční odražeč se v praxi používají různé typy odražečů. Zpravidla při zkoušení přímými a dvojitými sondami je to rovinný protilehlý povrch kolmý k ultrazvukovým vlnám. Tím může být protilehlý povrch zkoušeného kusu, nebo protilehlý povrch referenčního kusu. Při použití úhlových sond zpravidla není k dispozici žádný protilehlý povrch kolmý ke svazku. Proto se používá radius kontrolní měrky K1 (DIN 54120) nebo K2 (DIN 54122) jako referenční odražeč. Protilehlé plochy jsou "velkými odražeči". Jejich echa sledují křivku pro koncové echo, tzn. echa od nekonečně velké rovné plochy kolmé ke svazku (v AVG-diagramu symbol ∞). Kromě křivky pro koncové echo jsou v diagramu křivky pro kruhové kotouče (náhradní odražeče) různých průměrů v mm.

23

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza Pomocí těchto křivek v AVG-diagramu lze zjistit rozdíl výšek ech dvou libovolných odražečů v libovolných vzdálenostech (obr. 24). Příklad G: Přístroj: Sonda: Zkoušený materiál:

USIP 11 MB2S, série E ocel ST 52-3, 70 x 70 x 140 mm, se dvěma válcovými vývrty ø 1 mm s rovinným dnem, vývrty jsou do hloubky 40 a 10 mm, dále s vývrtem ø 0,5 mm do hloubky 40 mm (obr. 22)

Obr. 22

Úkol G1: Jaký je rozdíl ve výšce ech v dB mezi 1. a 2. koncovým echem (pos. 2)? Úkol G2: Jaký je dB rozdíl mezi koncovým echem (pos. 2) a echem od náhradní vady 1 mm v hloubce 30 mm (pos. 1)? Úkol G3: Jaký je rozdíl v dB ve výšce ech mezi koncovým echem (pos. 2) a echem od náhradní vady 0,5 mm v hloubce 30 mm (pos. 3)? Úkol G4: Jaký je rozdíl v dB ve výšce ech od náhradní vady 1 mm v hloubce 30 a 60 mm? Úkol G5: Jaký je rozdíl v dB ve výšce ech mezi náhradními vadami 0,5 mm a 1 mm v hloubce 30 mm? Řešení úlohy G (obr. 23)

24


Obr. 23

Úloha G1: V1 = 6 dB Úloha G2: V2 = 28 dB Úloha G3: V3 = 40 dB Úloha G4: V4 = 12 dB Úloha G5: V3 - V2 = 40 - 28 = 12 dB Poznámky k příkladu G: Řešení úlohy G1 říká, že ve vzdáleném poli odpovídá dvojnásobné vzdálenosti pro koncové echo (dvojnásobná tloušťka zkoušeného kusu) pokles výšky echa o 6 dB (zákon pro velké odražeče). Řešení úlohy G4 říká, že ve vzdáleném poli odpovídá dvojnásobné vzdálenosti náhradní vady pokles výšky echa o 12 dB (zákon pro náhradní vady). Řešení úlohy G5 říká, že ve vzdáleném poli odpovídá zdvojnásobení průměru náhradní vady zvýšení výšky echa o 12 dB (lineární závislost mezi kruhovou plochou a výškou echa).

17.3. Určení náhradní velikosti vady (Df) z AVG-diagramu Když jsou známé průměr a hloubka odražeče tvaru kruhového kotouče, tak lze, jak bylo ukázáno, odečíst z AVG-diagramu rozdíl výšek (rozdíl zesílení ∆ V v dB) mezi echem této náhradní vady a určitým koncovým echem. Když je známa vzdálenost mezi dvěma náhradními odražeči (vadami) a jejich náhradní velikost Df lze také mezi nimi zjistit rozdíl zesílení ∆ V. Když je neznámá náhradní velikost jedné vady, potom ji lze určit z AVG-diagramu podle vzdálenosti a obou vad a rozdílu zesílení ∆ V jako měřítka pro rozdíl výšek ech (obr. 24).

25


Obr. 24

Příklad H: Zkoušeným kusem je výkovek ø 200 mm a délky 250 mm. Útlum je zanedbatelně malý. Úloha H1: Zkoušení sondou B2S, série E Zesílení pro výšku 1. koncového echa 2/5 rastru obrazovky ze vzdálenosti 250 mm = 26 dB Místo vady = hloubka 200 mm Zesílení pro výšku vadového echa 2/5 rastru = 40 dB Jaká je náhradní velikost vady? Úloha H2: Zkoušení dvojitou sondou MSEB4, série E Zesílení pro 1. koncové echo z kované ocelové desky tl. 30 mm (výška 1. KE je 2/5 rastru) = 12 dB Místo vady = hloubka 20 mm Zesílení pro výšku vadového echa 2/5 rastru = 26 dB Jaká je náhradní velikost vady? Úloha H3: Zkoušení úhlovou sondou WB45-2, série E Zesílení pro 1. KE z radiusu R 100 kontrolní měrky K1 (výška 1. KE je 2/5 rastru) = 18 dB Místo vady = v dráze 270 mm Zesílení pro VE výšky 2/5 rastru = 52 dB Jaká je náhradní velikost vady? Řešení úlohy H1 (obr. 25): Náhradní velikost vady je ø 8 mm

26


Obr. 25

Řešení úlohy H2 (obr. 26): Náhradní velikost vady je ø 2 mm

Obr. 26

Řešení úlohy H3 (obr. 27): Poznámka: Rádius (čtvrtkruh) kontrolní měrky K1 nemá "protilehlý povrch" ve smyslu kap. 17.2., protože je to větší zakřivený odražeč. Kromě toho je kontrolní měrka K1 tak úzká (tl. 25 mm), že je porušen boční průběh akustického svazku použité sondy. Z těchto příčin nemusí být výška koncového echa z radiusu 100 mm měrky K1 rovna výšce koncového echa z rovinné plochy kolmé ke svazku. Když se tedy používá koncové echo z radiusu R 100 měrky K1 (nebo K2) jako koncové echo (viz referenční echo v kap. 14 "Rezerva zesílení Vr") a dB - rozdíl mezi tímto koncovým (referenčním) echem a vadovým echem ∆ V [dB] se vyznačí přímo do AVG-diagramu pro úhlovou sondu, potom je nutné dodatečně provést opravu (korekci) hodnoty ∆ V [dB] o hodnotu

27

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza korekce ∆ VK, velikost korekce ∆ VK je uvedena v AVG-diagramu úhlové sondy vpravo nahoře. Korekční hodnota ∆ VK1/R100= 0,5 dB pro úhlovou sondu WB45-2, série E, je zanedbatelně malá a proto ji lze zanedbat. Řešení úlohy H3 je potom: vada má náhradní velikost ø 3 mm.

Obr. 27

Korekční hodnota, ∆ VK... udává, o kolik dB je echo z radiusu R 100 kontrolní měrky K1 ( ∆ VK1), resp. z radiusu R 25 kontrolní měrky K2 ( ∆ VK2) větší ( ∆ VK = + ... dB) nebo menší ( ∆ VK= - ... dB) než echo od rovinné plochy kolmé k ose svazku ve stejné vzdálenosti. Při hodnocení podle AVG-diagramů se musí uvažovat korekční hodnota ∆ VK. Při hodnocení podle AVG-předsádek (AVG-Skalen) MAD 32 (WB...), LAD 42 (MWB2...), MAD 44 (MWB4...) pro úhlové sondy série D nebo E jsou již tyto korekční hodnoty v předsádkách zakresleny (pozn. R: jsou obsaženy v hodnotě X [dB]).

17.4. Zkrácená průmětová vzdálenost (a') V AVG-diagramech pro úhlové sondy WB..., série E a MWB..., série E jsou dvě stupnice pro vzdálenost, stupnice a [mm] a b [mm]. Vzdálenost a (obr. 28) odpovídá dráze ultrazvuku a, začíná v bodu výstupu ultrazvukového svazku ze sondy a pokračuje ve směru akustické osy ultrazvukového svazku.

28


Obr. 28

K určení náhradní velikosti vady by nebyla nutná žádná další stupnice pro vzdálenost. Potřeba zjednodušení metody určení polohy vady, vedla nejdříve k nahrazení dráhy ultrazvuku a průmětovou vzdáleností a′ a dále k nahrazení průmětové vzdálenosti a′ zkrácenou průmětovou vzdáleností b (použité symboly jsou libovolně volitelné, u E-série je použito s místo a a a′ místo b , právě tak, jako často v literatuře). Zkrácená průmětová vzdálenost je vzdálenost mezi čelní hranou sondy a bodem průmětu vady do zkušebního povrchu. Doporučující otázka k úloze H3: V jaké zkrácené průmětové vzdálenosti je vada, ke které byla změřena dráha ultrazvuku a = 270 mm? Řešení (obr. 29): Z AVG-diagramu se odečte zkrácená průmětová vzdálenost b = 170 mm pro vadu náhradní velikosti 3 mm v dráze ultrazvuku a = 270 mm.

29


Obr. 29

Dodatek k úloze H3: Přirozeně je také možné určit náhradní velikost vady podle zkrácené průmětové vzdálenosti b , při nastavení rozsahu časové základny ve zkrácené průmětové vzdálenosti b . 17.5.

Měření útlumu zvuku ( α ) Často hraje při zkoušení ultrazvukem útlum podřadnou roli, tzn. je zanedbatelně malý (např. při zkoušení výrobků podélnými vlnami při 2 MHz). Avšak ne vždy se smí přehlédnout. Proto je zde popsána metoda, která s pomocí AVG-diagramu umožňuje určit koeficient útlumu ultrazvuku α většinou dostatečně přesně, když jsou ztráty odrazem u sondy zanedbatelně malé. (Nevhodná je pro sondy s tvrdou ochranou destičkou, kde ztráty odrazem u sondy nejsou zanedbatelné). V prvním přiblížení nechť je tloušťka zkoušeného kusu nejméně 3 délky blízkého pole.

17.5.1. Kolmé prozvučování Vybudí se násobné koncové echo z rovnoběžného kusu zkoušeného materiálu. Tloušťka kusu je d (obr. 30).

30


Obr. 30

Při dobrém navázání se změří rozdíl mezi výškami dvou prvních ech pomocí atenuátoru v dB. Rozdíl je Vg (obr. 31).

Obr. 31

Z AVG-diagramu se odečte rozdíl Ve mezi koncovým echem ze vzdálenosti d a z dvojnásobné vzdálenosti 2d (obr. 32) podle křivky ∞ pro koncové echo.

31


Obr. 32

∆ Ve je vždy rovno 6 dB, když d je větší než trojnásobek délky blízkého pole N (d ≥ 3N !). Délka blízkého pole N: viz kap. 2 a tabulka dat pro použitou sondu. Vypočte se změna zesílení vlivem útlumu ultrazvuku

∆ Vs = ∆ Vg - ∆ Ve. Koeficient útlumu α se vypočítá ze vztahu

α=

∆ Vs 2d

Příklad K: Rovnoběžná deska z oceli tl. d = 300 mm. Úloha K1: Měření útlumu přímou sondou B4S, série E. Zesílení pro výšku 1.KE 2/5 rastru ze vzdálenosti 300 mm = 28 dB. Zesílení pro 2. KE pro výšku 2/5 rastru = 40 dB. Určete koeficient útlumu α . Úloha K2: Měření útlumu přímou sondou B2S, série E. Zesílení pro 1.KE výšky 2/5 rastru ze vzdálenosti 300 mm = 30 dB. Zesílení pro 2.KE výšky 2/5 rastru ze vzdálenosti 2 x 300 mm = 36 dB. Určete koeficient útlumu α . Řešení úlohy K1 (obr. 33):

∆ Vg = 40 - 28 = 12 dB

32


∆ Ve = 6 dB ∆ Vs = 12 - 6 = 6 dB

α=

6 = 10 dB.m-1 600

tzn. α = 10 dB.m-1

Obr. 33

Řešení úlohy K2 (obr. 34):

∆ Vg = 36 - 30 = 6 dB ∆ Ve = 6 dB ∆ Vs = -6 - 6 = 0

Poznámka k řešení úlohy K2: Výsledek udává, že útlum není měřitelný tímto postupem. Pro praxi to znamená zpravidla, že je zanedbatelný.

33


Obr. 34

17.5.2. Šikmé prozvučování Použijí se dvě úhlové sondy se stejným úhlem lomu β (viz kap. 7). Sondy se nastaví proti sobě na planparalelním místě zkoušeného materiálu, defektoskop se přepne na průchodovou metodu a jedna sonda se použije jako vysílač S a druhá jako přijímač E. Přijímací sonda se postupně nastaví do posic E1 a E2 (obr. 35).

Obr. 35

Maximální průchozí echo (přijímací sonda v pos. E1) se nastaví na ref. výšku (např. 3/5 rastru, obr. 36).

34


Obr. 36-38

Odečte se zesílení V1 [dB] a vzdálenost s1 (defektoskop má přesně nastavený rozsah časové základny pro odrazovou metodu). Přijímací sonda se ustaví do pos. E2 a max. průchozí echo se nastaví na referenční výšku (obr. 37).

35

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza Odečte se zesílení V2 [dB] a vzdálenost s2. Vypočítá se rozdíl ∆ Vg = V1 - V2 v dB a rozdíl ∆ s = s2 - s1 v mm. Z AVG-diagramu se odečte hodnota ∆ Ve (obr. 38) z křivky ∞ pro koncové echo pro dráhy ultrazvuku s1 a s2. Vypočítá se změna zesílení útlumem ultrazvuku ∆ Vs = ∆ Vg - ∆ Ve Koeficient útlumu se potom získá ze vztahu

α=

∆ Vs 2 ∆s

Příklad L: Planparalelní referenční vzorek z oceli Úloha L1: Útlum ultrazvuku se měří 2 úhlovými sondami WB45-2, série E: Dráha pro 1. průchozí echo s1 = 200 mm dráha pro 2. průchozí echo s2 = 400 mm zesílení pro 1. průchozí echo (výšky 2/5 rastru)=42 dB zesílení pro 2. průchozí echo (výšky 2-5 rastru)=51 dB Určete koeficient útlumu ultrazvuku α . Úloha L2: Útlum ultrazvuku se měří 2 úhlovými sondami MWB70-4, série E: Dráha pro 1. průchozí echo s1 = 50 mm dráha pro 2. průchozí echo s2 = 100 mm zesílení pro 1. průchozí echo (výšky 2/5 rastru)=12 dB zesílení pro 2. průchozí echo (výšky 2/5 rastru)=21 dB Určete koeficient útlumu α .

Řešení úlohy L1 (obr. 39)

∆ Vg = 51 - 42 = 9 dB ∆ Ve = 5 dB ∆ Vs = 9 - 5 = 4 dB ∆ s = 400 - 200 = 200 mm

α=

4 400

= 0,01 dB.mm-1

tzn. α = 10 dB.m-1

36


Obr. 39

Řešení úlohy (obr. 40):

∆ Vg = 21 - 12 = 9 dB ∆ Ve = 4 dB ∆ Vs = 9 - 4 = 5 dB ∆ s = 100 - 50 = 50 mm

α=

5 = 0,05 dB.mm-1 500

tzn. α = 50 dB.m-1

Obr. 40

37


17.6.

Zjistitelnost vad s přihlédnutím k útlumu ultrazvuku Pomocí rezervy zesílení Vr lze určit pro každou vzdálenost mezní zjistitelnost vad (definovanou nejmenší zjistitelnou náhradní velikostí vady), viz. kap. 14, když je útlum α zanedbatelný. Když není útlum zanedbatelný, potom z útlumové křivky nakreslené do AVG-diagramu zjistíme vliv útlumu na zjistitelnou náhradní velikost vady. Změna zesílení vlivem útlumu ultrazvuku ∆ Vs ve vzdálenosti (dráze ultrazvuku) s se vypočítá podle vztahu:

∆ Vs = 2 s ⋅ α kde se za α dosadí hodnota koeficientu útlumu známá nebo změřená, za s vhodně zvolené dráhy s1 až s6 (obr. 41).

Obr. 41

Pozn. R.: Rezerva zesílení Vr je uvedena v tabulce dat u AVG-diagramu. Například pro sondu MWB 70-4 je Vr = 84 dB nebo pro sondu WB 45-2 je Vr = 81 dB. Vypočtené hodnoty ∆ Vs ( ∆ Vs1 až ∆ Vs6) se vynesou z linie Vr (= úrovně ideální zjistitelnosti vad) směrem nahoru. Útlumová křivka K potom odděluje oblast zjistitelných náhradních velikostí vad (oblast nad K-křivkou) od oblasti nezjistitelných náhradních velikostí vad (oblast pod K-křivkou).

Příklad M: Přístroj USL 32 Sonda MWB70-4, série E α = 0,06 dB. mm-1 Úloha M1: Je vada o náhradní velikosti Df = 1 mm v dráze s = 100 mm ještě jednoznačně zjistitelná?

38

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza Úloha M2: Je vada o náhradní velikosti Df = 1 mm ve zkrácené průmětové vzdálenosti a′ = 300 mm ještě jednoznačně zjistitelná? Řešení úlohy M1 (obr. 42): Ano, neboť průsečík kolmice v dráze s = 100 mm s křivkou náhradní velikosti Df = 1 mm leží jednoznačně v rozsahu nad útlumovou křivkou α = 0,05 dB.mm-1.

Obr. 42

Řešení úlohy M2 (obr. 43): Není, neboť průsečík kolmice ve zkrácené průmětové vzdálenosti a′ = 300 mm s křivkou náhradní velikosti Df = 1 mm leží jednoznačně v rozsahu pod útlumovou křivkou α = 0,06 dB.mm-1.

Obr. 43

39

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza 17.7.

Určení náhradní velikosti vady s uvážením útlumu Nejspolehlivěji se zjistí vliv útlumu při stanovení náhradní velikosti vady, když se nejdříve určí náhradní velikost vady bez uvážení útlumu podle kap. 17.3. Potom se určí pokles výšky koncového echa Va2 vlivem útlumu,(obr. 44).

Obr. 44

Dále pokles výšky vadového echa Va1 vlivem útlumu a vypočte se hodnota ∆ Va = ∆ Va2 - ∆ Va1. Při zanedbání útlumu při stanovení Df je ∆ Va chyba stanovení náhradní velikosti vady, neboť vliv útlumu nyní není zanedbatelný. Správná náhradní velikost vady se zjistí vynesením hodnoty ∆ Va dolů (pro ∆ Va > 0) nebo nahoru (pro ∆ Va < 0) z výchozího bodu Df1, tzn. podle bodu Df2. Příklad N: Úloha N1: Zkoušený kus ocelolitina o ø 200 mm a délce 250 mm. Koeficient útlumu α = 0,02 dB.mm-1 pro podélné vlny o f = 2 MHz Zkoušení sondou B2S, série E Zesílení pro 1.KE z tl. 250 mm (výška 1.KE 2/5 rastru) = 42 mm Vadové echo v hloubce = 100 mm Zesílení pro VE (výšky 2/5 rastru) = 62 dB Jakou náhradní velikost Df má vada? Řešení úlohy N1 (obr. 45): ∆ Vg = 62 - 42 = 20 dB Při zanedbání útlumu má vada nesprávnou náhradní velikost Df1 = 3 mm. S uvážením opravy ∆ Va vlivu útlumu: ze vztahu Va = 2 α .s vyplývá pro koncové echo Va2 = 2.0,02.250 = 10 dB a pro vadové echo

40

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza Va1 = 2.0,02.100 = 4 dB rozdíl je ∆ Va = 10 - 4 = 6 dB, protože je Vg > 0 vynáší se z bodu Df1 směrem dolů. Bodu Df2 odpovídá náhradní velikost vady Df2 = 2 mm. Tzn. s uvážením opravy vlivu útlumu je správná náhradní velikost vady Df2 = 2 mm.

Obr. 45

Úloha N1: Zkoušený předmět je svar v desce tl. 25 mm, koeficient útlumu α = 0,06 dB.mm-1 pro příčné vlny o f = 4 MHz. Zkoušení sondou MB70-4, série E. Zesílení pro 1.KE výšky 2/5 rastru z radiusu R 25 mm kontrolní měrky K2 = 18 dB. Oprava výšky 1.KE VK2, R25 = 2 dB (viz. pozn. v kap. 17.3. u příkladu H3) tedy: zesílení pro 1. KE z R 25 kontrolní měrky K2 s korekcí ∆ VK2, R25 je 20 dB Dráha k vadě = 150 mm Zesílení pro vadové echo výšky 2/5 rastru = 62 dB Jakou náhradní velikost má vada? Řešení úlohy N2 (obr. 46): ∆ Vg = 62 - 20 = 42 dB Bez uvážení útlumu má vada nesprávně určenou náhradní velikost Df1 = 1,3 mm S uvážením opravy ∆ Va vlivu útlumu: ze vztahu Va = 2 α .s vyplývá pro 1.KE z R 25 kontrolní měrky K2 Va2 = 2 . 0,06 . 25 = 3 dB a pro VE v dráze 150 mm Va1 = 2 . 0,06 . 150 = 18 dB rozdíl je ∆ Va = 3 - 18 = - 15 dB Správná náhradní velikost vady s uvážením opravy ∆ Va vlivu útlumu je Df2 = 3 mm.

41

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza Poznámka k řešení N2: Záporná hodnota ∆ Va značí, že oprava ∆ Va se vyznačí z bodu Df1 směrem nahoru, neboť Df1 je menší vlivem útlumu α .

Obr. 46

17.8.

Přenosová korekce pomocí AVG-diagramu Všechna použití AVG-diagramu se zakládají na porovnání výšek dvou ech. Diagram udává pouze průběh se vzdáleností pro "velké odražeče" a odražeče tvaru kruhového kotouče. Když je v materiálu nezanedbatelný útlum, tak se musí také uvážit. Otázku pouze zůstává, zda mohou existovat ještě jiné vlivy, při jejichž zanedbání se získá nesprávný výsledek. Značný vliv má stav zkoušeného povrchu zkoušeného kusu, neboť na něm závisí kvalita akustického navázání mezi sondou a zkoušeným kusem. Když platí pro porovnávaná echa stejné vazební podmínky (např. koncové echo i vadové echo je ze zkoušeného kusu, obr. 47A), tak je vliv povrchu stejný na obě echa a proto na přesnost měření nemá vliv.

42


Obr. 47

Když je, ale koncové echo ze srovnávací měrky s hladkým rovinným povrchem (obr. 47B, obr. 48D) a vadové echo ze zkoušeného kusu s hrubším rovinným povrchem (obr. 47C, obr. 48E), tak se výšky vadových ech ze zkoušeného kusu ještě zmenší vlivem vazebních ztrát (zhoršené vazby), což vede k nesprávným výsledkům. Když je povrch zkoušeného kusu drsný a k tomu ještě zakřivený (obr. 48F), potom je vadové echo značně menší a výsledky jsou zcela nepoužitelné. Když je třeba použít echa ze srovnávací měrky (obr. 47B, obr. 48D) a zkoušený kus má hrubší povrch než měrka, potom je nutné provést co možno nejpřesněji měření ztrát vlivem rozdílnosti povrchů měrky a zkoušeného kusu, tj. měření přenosové korekce. Tato přenosová korekce zahrnuje vliv ztrát v případě, že zkoušený kus má méně kvalitní povrch než je ideálně kvalitní povrch měrky.

43


Obr. 48

17.8.1. Přenosová korekce při kolmém prozvučování Obvykle odpadá, když se získá koncové echo ze zkoušeného kusu. Vliv drsnosti protilehlého povrchu na výšku koncového echa je zanedbatelný, když hloubka drsnosti nedosahuje řádově velikosti vlnové délky. Plné válcové kusy (obr. 49A) jsou rovnocenné k rovinnému povrchu, když je průměr válce větší než cca 3,7 x délka blízkého pole použité sondy tzn., že zakřivený protilehlý povrch je zcela rovnocenný velkému rovinnému odražeči (platí to i pro sondy bez zakřivení dosedací plochy, tzn. bez přizpůsobovací předsádky). Je-li však válec s osovým vývrtem, potom jako referenční odražeč slouží koncové echo od válcového vývrtu (obr. 49B a C) a toto echo není použitelné jako rovnocenné koncovému echu od rovinné plochy. Pomocí koncového echa od vývrtu je nastavená hodnota zesílení příliš vysoká.

44


Obr. 49

45


Obr. 50

Z nomogramu na obr. 50 se odečte pro tyto případy hodnota zesílení v dB, o kterou se musí zmenšit zesílení nastavené na vývrtu. Nomogram dává přibližné hodnoty, které dávají dobré výsledky pro zkušební frekvence od 2 do 4 MHz. Příklad O: Sonda B2S, série E Zkoušený kus ocelový válec ø 200 mm Úloha O1: Jako referenční odražeč slouží osový vývrt ø 100 mm. O kolik dB se musí zmenšit zesílení při nastavení zesílení pomocí echa od vývrtu? Úloha O2: Jako referenční odražeč slouží osový vývrt ø 50 mm. O kolik dB se musí zmenšit zesílení při nastavení zesílení pomocí echa od vývrtu? Řešení úlohy O1 (obr. 51): Zesílení se musí zmenšit o 3 dB.

46


Obr. 51

Poznámka: V praxi se zmenší zesílení o 2 dB a počítá se s tím, že se vady přehodnocují o 1 dB. Tolerance ˝ 1 dB zaručuje velmi dobrou reprodukovatelnost.

Řešení úlohy O2 (obr. 52): Zesílení se musí zmenšit o 6,5 dB

Obr. 52-53

17.8.2. Přenosová korekce při šikmém prozvučování

47

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza Je obvykle nutná, neboť koncové echo se získá ze zkoušeného kusu jen ve výjimečných případech a kontrolní měrky K1 a K2 (obr. 53) mají ideálně hladký povrch. Pro úhlové sondy WB...-2 a MWB...-2 se zpravidla použije koncové echo z radiusu R 100 mm kontrolní měrky K1 jako referenční echo. Při použití úhlových sond MWB...-4 slouží jako referenční echo koncové echo z radiusu R 25 mm kontrolní měrky K2. Jak lze uvážit na základě těchto předpokladů přenosové korekci? 1) Jako náhrada za chybějící koncové echo ze zkoušeného kusu se použije průchozí echo (obr. 54), vybuzené dvěma úhlovými sondami vybraného typu (průchodová metoda k zabránění interferencím !).

Obr. 54

2) Stejnými sondami se získá průchozí echo z kontrolní měrky K1 (obr. 55) jako porovnatelné echo.

Obr. 55

3) Rozdíl výšek obou průchozích ech je Vg, dráha ultrazvuku je sp a sK (předem byl nastaven rozsah časové základny) 4) Je-li zanedbatelný útlum a stejná kvalita povrchu zkoušeného kusu a kontrolní měrky, potom hodnota Vg musí být rovna hodnotě Ve odečtené z AVG-diagramu (obr. 56).

48


Obr. 56

5) Když je útlum zanedbatelný, ale změřená hodnota Vg je větší než hodnota Ve odečtená z AVG-diagramu, tak může být příčina pouze v různé kvalitě povrchů. 6) Přenosová korekce je potom:

∆ VT = Vg - Ve 7) Když není útlum zanedbatelný, tak dodatečně ovlivňuje výšky průchozích ech. Při frekvenci 2 MHz je útlum v kontrolních měrkách K1 a K2 ovšem tak malý, že je zanedbatelný. V tomto případě má vliv pouze útlum ve zkoušeném kusu. Útlumová křivka ukazuje, o kolik dB je průchozí echo ze zkoušeného kusu menší vlivem útlumu (obr. 57). Hodnota je Va.

Obr. 57

49

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza AVG-diagram s útlumovou křivkou také ukazuje, že hodnota Vg musí být menší než Ve o hodnotu Va v tomto případě, kdy dráha ultrazvuku sP ve zkoušeném kusu je menší než dráha sK v kontrolní měrce K1. Když bude dráha ultrazvuku sP ve zkoušeném kusu větší než dráha ultrazvuku sK v kontrolní měrce (sP > sK), potom AVG-diagram ukazuje hodnotu Va, o kterou musí být Vg větší než Ve. S uvážením rozbíhavosti svazku (průběh ∞) a útlumu bude rozhodující rozdíl VZ mezi výškami průchozích ech. VZ = Ve - Va pro sK větší než sP , resp. VZ = Ve + Va pro sK menší než sP. 8) Hodnota přenosové korekce je potom

∆ VT = Vg - VZ pozn. R: o tuto hodnotu se změní zesílení, tzn. v praxi pro ∆ VT < 0 se zvýší a pro ∆ VT > 0 se zmenší. Příklad P: sonda MWB45-2, série E α = 0 dB pro 2 MHz příčné vlny sP = 15 mm, výška průchozího echa 3/5 rastru (obr. 54) sK = 35 mm, Vg = 3 dB (obr. 55) Určete přenosovou korekci ∆ VT. Řešení úlohy P: Z AVG-diagramu se odečte Ve = 3,5 dB Přenosová korekce

∆ VT = Vg - Ve = 3 - 3,5 dB = - 0,5 dB Zesílení by se mělo zvýšit o 0,5 dB, což se v praxi zanedbá. Příklad R: sonda MWB45-2, série E koeficient útlumu v kontrolní měrce K1 α K = 0 ve zkoušeném kusu α P = 30 dB.m-1 sp = 100 mm, výška průchozího echa 3/5 rastru sK = 35 mm, Vg = 16 dB Určete přenosovou korekci ∆ VT. Řešení úlohy R: Z AVG-diagramu se odečte Ve = 13 - 5,5 = 7,5 dB vypočte se Va = 2 α sP = 2.0,03.100 = 6 dB pro sP > sK VZ = Ve + Va = 7,5 + 6 = 13,5 dB

50

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza přenosová korekce

∆ VT = Vg - VZ = 16 - 13,5 = 2,5 dB Zesílení se zmenší o 2 dB, chyba 0,5 dB je zanedbatelná.

51

Kopírování pouze se souhlasem firmy Testima nebo Ing. Richarda Regazza

Recommend Documents