Badania ultradźwiękowe należą do jednych z najważniejszych i najbardziej rozpowszechnionych metod badań nieniszczących. Badania ultradźwiękowe są oparte na zjawisku rozchodzenia się fal ultradźwiękowych w ciałach stałych.

Fale ultradźwiękowe powstają wskutek drgań przetwornika (płytki piezoelektrycznej), po doprowadzeniu do jego powierzchni prądu o wielkiej częstotliwości (przeważnie od 0,5 do 15 [MHz]). Pobudzanie przetwornika piezoelektrycznego impulsami elektrycznymi oraz „nasłuch” odbywa się za pośrednictwem defektoskopu ultradźwiękowego.

W badaniach ultradźwiękowych można wyróżnić trzy podstawowe metody badań:

  • przenikania,
  • echa,
  • rezonansowa.
Metodę przenikania, zwaną również metodą cienia, używa się do wykrywania nieciągłości położonych blisko powierzchni badanych, kiedy możliwy jest dwustronny dostęp do konstrukcji.

Sygnał, który obserwuje się na ekranie urządzenia badawczego, stanowi impuls fali przechodzącej przez obiekt zarejestrowany przez głowicę odbiorczą. Jeżeli na drodze fali ultradźwiękowej znajduje się nieciągłość wtedy odebrany impuls ma mniejszą amplitudę i dobiega do głowicy nieco później niż w przypadku, gdy fala przebiega przez materiał bez wewnętrznych defektów. Osłabienie energii zależne jest od wymiarów i położenia wady względem głowic. Większy spadek energii fali nastąpi, kiedy nieciągłość będzie znajdowała się bliżej głowicy nadawczej i co z tym związane, przysłaniać będzie większą część padającej na nią wiązki ultradźwiękowej. Wadą tej metody jest niemożliwość określania głębokości zalegania wady. Metoda ta jest obecnie rzadko spotykana.

Metoda echa wymaga jedynie jednostronnego dostępu do badanego obiektu. Kiedy badania dokonuje się w obszarach elementu pozbawionego wewnętrznych defektów wówczas na ekranie defektoskopu obserwuje się echo pochodzące od fal odbitych od dna obiektu.

W przypadku, gdy wewnątrz badanej konstrukcji występuje nieciągłość strukturalna nieprzysłaniająca całkowicie wiązki fal ultradźwiękowych wtedy na ekranie urządzenia pomiarowego zauważyć można dodatkowo echo wynikające z odbicia się ultradźwięków od nieciągłości. Metoda ta pozwala wnioskować o wielkości wady i głębokości jej zalegania na podstawie wielkości impulsu odbitego od wady i jego odległości od impulsu odbitego od przeciwległej zewnętrznej powierzchni. Jest to metoda która umożliwia ustalenie rodzaju wady.

Metoda rezonansu oparta jest podobnie jak metoda echa na zjawisku odbicia fal ultradźwiękowych od nieciągłości (wady) jednak, podczas gdy w impulsowej metodzie echa odbicie od wady obserwuje się oddzielnie od obrazu fal wysyłanych, to w metodzie rezonansowej obserwujemy nałożenie się na siebie fal padających i odbitych.

Czynności składające się na przebieg badania:

  • zapoznanie się z obiektem (oględziny),
  • wybór techniki badania,
  • sprawdzenie, czy urządzenie badające działa poprawnie,
  • skalowanie zakresu obserwacji,
  • ustawienie czułości badania,
  • przygotowanie powierzchni badanego obiektu,
  • wyznaczenie strat przejścia,
  • korekta czułości ze względu na straty przejścia,
  • przyjęcie układu współrzędnych,
  • wykonanie badania obiektu,
  • klasyfikacja jakości/wadliwości obiektu,
  • sporządzenie wyników.

Badania nieniszczące wykorzystujące ultradźwięki mają szeroki zakres zastosowania w różnych gałęziach przemysłu. Ultradźwięki w badaniach strukturalnych stosuje się przede wszystkim do wykrywania niejednorodności makroskopowych, których wymiary są porównywalne lub większe od długości fali. Na tym też polega zastosowanie ultradźwięków w defektoskopii, a także w badaniach struktury części organizmów żywych (gałki oczne, serca), w diagnostyce medycznej itd. Do tej grupy zaliczyć też można wyznaczenie geometryczne wymiarów ciał, np. grubości blach lub poziomu cieczy w zbiornikach.

Do podstawowych powszechnie stosowanych badań ultradźwiękowych zaliczamy ocenę:

  • połączeń spawanych, lutowanych i dyfuzyjnych,
  • wyrobów kutych, odlewanych i przerabianych plastycznie,
  • zbiorników ciśnieniowych z blach platerowanych,
  • wałów korbowych i osi z otworami centralnymi,
  • pomiary grubości rurociągów z rejestracją w specjalistycznych bazach danych.
Zalety badania ultradźwiękowego:

  • uniwersalność i skuteczność,
  • szybkość badania i bezpośrednia dostępność wyników,
  • możliwość dokładnej lokalizacji wad,
  • możliwość pomiaru grubości elementów jednostronnie dostępnych z dokładnością rzędu 0,1 [mm] lub większą,
  • przenośna i lekka aparatura.

 

Wady badania ultradźwiękowego:

  • konieczne wysokie kwalifikacje badającego,
  • utrudnione lub niemożliwe badania elementów bardzo małych,
  • wpływ struktury badanego materiału na wykrywalność wad, a zatem utrudnione badanie materiałów niejednorodnych i gruboziarnistych,
  • konieczność dobrego przygotowania powierzchni badania.

O autorze

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *