Ultrazvukové testovanie oceľových platní môže účinne odhaliť chyby, ako je vnútorná stratifikácia a inklúzie v oceľových platniach, čím sa zabezpečí kvalita surovín pre oceľové rúry. Je to tiež jeden z prvých testovacích procesov pre oceľové rúry pred ich dokončením. Podľa normy API SPEC 5L (46. Použitá ultrazvuková frekvencia musí byť vyššia ako 20 kHz. Ultrazvukové vlny rôznych frekvencií a tvarov vĺn majú rôzne tvary vĺn, ktoré sa vracajú z materiálu. V srdci ultrazvukovej sondy je piezoelektrický účinok.
Základné princípy ultrazvukovej detekcie chýb v kovoch
Piezoelektrické materiály, ako napríklad keramika, majú jedinečnú vlastnosť generovania elektrického náboja, keď sú mechanicky deformované, a naopak, keď sa aplikuje elektrické napätie, menia svoj tvar. Ak sa na piezoelektrický kryštál aplikuje elektrický impulz, vibruje pri vysokej frekvencii, zvyčajne v rozsahu 2 - 20 MHz. Tieto vibrácie vytvárajú ultrazvukové vlny, ktoré sa prenášajú do materiálu. Ultrazvukové vlny prechádzajú kovom až kým sa nestretnú s hranicou medzi rôznymi typmi štruktúr alebo definovaných vnútorných vád.
Keď ultrazvukové vlny zasiahnu kryštál, spôsobujú, že jeho vibrácie, čo následne generuje elektrický signál. Ultrazvukové sondy sú základnými nástrojmi v oblasti detekcie vnútorných chýb v kovoch. Pri testovaní oceľových platní sa často používa kontakt s vodičským médiom, ktoré umožňuje vstup ultrazvukovej vlny do obrobku; ako prenosové médium sa vo všeobecnosti používa voda, takzvaná spojovacia voda.
Počas ultrazvukového testovania musí byť detekčná sonda v kontakte s obrobkom a medzi sondou a obrobkom musí byť médium, ktoré umožňuje šírenie ultrazvuku do materiálu. Ultrafrekvenčné vlny odrazené od vnútorných štruktúr sa opäť vracajú do sondy a vytvárajú elektrický signál, ktorý je spracovaný na obraz alebo signál o chybe.
Typy sond a ich funkcie pri detekcii chýb v kovoch
TenSonda s dvoma prvkmi je špecializovaná sonda, ktorá používa dva prvky na generovanie a prijímanie ultrazvukových vĺn. Pozdĺžne vlny sa prenášajú pod uhlom do materiálu, čo umožňuje lepšiu detekciu určitých typov štruktúr alebo defektov.
TenSonda s jedným prvkom rovná lúčová sonda; používa jeden piezoelektrický prvok na generovanie a prijímanie ultrazvukových vĺn, ktoré sa pohybujú v priamke.
TenSonda Transvers Wave so sklonom na obe strany umožňuje generovať a detegovať priečne vlny, ktoré vibrujú kolmo na smer šírenia vĺn. Tieto vlny sú užitočné na detekciu určitých typov defektov alebo štruktúr v materiáloch.
Interakcie ultrazvukových vĺn s matériou zahŕňajú odraz, refrakciu, absorpciu a rozptyl. Odraz nastáva na hraniciach s rozdielnou akustickou impedanciou, refrakcia spôsobuje ohýbanie vĺn pri prechode do materiálu s inou rýchlosťou zvuku, absorpcia premieňa časť energie na teplo a rozptyl rozptyľuje vlny na viaceré smery v dôsledku nerovností v materiáli. Tieto javy umožňujú identifikovať vnútorné vady ako trhliny, dutiny, póry alebo inklúzie.
Aplikácie ultrazvuku pri kontrole kovov a oceľových platní
Ultrazvukové testovanie je nedeštruktívna metóda, ktorá je objemová, čo znamená, že dokáže odhaliť vnútorné objemové chyby materiálu. Zvuk sa šíri ako mechanická energia vo pevnom materiáli a jeho odrazy a rozptyly od vnútorných štruktúr sú spracované do informácií o chybe. Frekvencie používané na skúšanie kovov sa pohybujú od 0,5 MHz do 25 MHz a umožňujú odhaliť chyby rôznych veľkostí. Pre detekciu delaminácie oceľových platní norma CDP-S-NGP-PL-013 uvádza použitie veľkostí umelých defektov v porovnávacích testovacích blokoch (Ø6 +0,35 mm, s t = hĺbky t/2, t/4 a 3t/4; šírka drážky 6 +0,35 mm, hĺbky t/2, t/4 a 3t/4).
Výhody ultrazvukového testovania kovov zahrnujú možnosť automatizácie kontrole predovšetkým polotovarov s jednoduchým tvarom, rýchlu vizualizáciu výsledkov a presné určenie polohy, hĺbky a veľkosti vnútorných chýb. Ultrazvukovou metódou je možné odhaliť nielen vnútorné chyby typu trhliny a dutiny, ale aj povrchové vady.
Praktické aspekty a technické detaily pri meraní a diagnostike
Pri ultrazvukovej detekcii sa vyžaduje dobré prenosové médium medzi sondou a skúšaným materiálom; voda je najbežnejšie používané médium na spojenie medzi sondou a oceľou. Pri detekcii štruktúr a chýb sa využíva princíp, že vyššia frekvencia umožňuje odhaliť menšie vady, ale znižuje penetráciu do hĺbky. Tvar a počet prvkov sondy ovplyvňujú pokrytie oblasti skúšania a schopnosť generovať uhol zväzku bez posunu sondy.
Okrem diagnostických funkcií majú ultrazvukové sondy aj terapeutické a meracie využitie. Ultrazvukové meranie vzdialenosti je založené na meraní času odrazu a je široko aplikovateľné v robotike, parkovacích asistenčných systémoch a pri meraní úrovne kvapalín. Ultrazvukové technológie sa používajú aj v priemyselnom rezaní a vysekávaní (prináša presnosť s nízkym trením), v zváraní a iných výrobných procesoch.
Ďalšie súvisiace použitia ultrazvuku a súčasný vývoj
Ultrazvuková technológia nachádza uplatnenie v lekárskej diagnostike - ultrazvukové prístroje emitujú vysokofrekvenčné vlny, ktoré sa odrážajú od tkanív tela a vytvárajú obraz. Výhodou je absencia ionizujúceho žiarenia. Ultrazvukové vlny majú vlnovú dĺžku veľmi krátku napríklad pri frekvencii 100 kHz je vlnová dĺžka približne 3,4 mm a šírenie je priami, čo umožňuje zamerať energiu do konkrétneho ohniskového bodu.
V oblastiach ako automobilový priemysel, výroba, elektronika, medicínska technika a laboratórne testovanie je ultrazvuk kľúčovým nástrojom. Ultrazvukové čistenie je proces odstraňovania nečistôt vibráciami v kvapaline, schopný preniknúť do malých trhlín a otvorov bez silných chemikálií. V praxi sa uplatňuje aj ultrazvukové rezanie a vysekávanie v kovoch, skle a keramike, čo umožňuje presné a nepoškodené rezy.
Bezpečnosť, presnosť a optimalizácia výkonu
Výkon ultrazvukových sond závisí od frekvencie, dizajnu a počtu prvkov, ako aj od fyzikálnych vlastností skúšaného materiálu - hustoty, elasticity a akustickej impedancie. Vyššie frekvencie poskytujú lepšie rozlíšenie, ale obmedzujú hĺbku penetrácie; nižšie frekvencie prenikajú hlbšie, ale s nižším rozlíšením. Správna voľba sondy a média umožňuje rýchlu lokalizáciu vnútorných chýb a odhad ich veľkosti.
Vlhkosť a prostredie okolia môžu ovplyvniť presnosť meraní; preto sa pri niektorých aplikáciách uplatňuje ultrazvuková excitovaná termografia (UET), čo je kontaktná metóda, ktorá kombinuje mechanickú excitáciu a záznam tepla infrared kamerou. Pri tepelnom rozdiele sa môže vizualizovať lokalizované trenie a tvorba tepelného LAZNE. Táto technika umožňuje rýchlu detekciu trhlín a klasifikáciu materiálov na báze dreva a iných polymérov.
Záver
Ultrazvukové testovanie poskytuje komplexný a efektívny spôsob na detekciu vnútorných chýb v kovoch, najmä v oceľových platniach, s možnosťou automatizácie a širokým spektrom aplikácií od priemyselného merania až po lekárske zobrazovanie a terapie. Rozpoznanie typov sond, vhodné frekvencie a úprava spojovacích médií sú kľúčové pre spoľahlivú detekciu a presné určenie polohy a veľkosti defektov. Keďže technológia pokrýva široké spektrum aplikácií, od meraní hrúbky až po rezanie a zváranie, zostáva jedným z hlavných nástrojov moderného priemyslu aj v budúcnosti.
tags: #ultrazvuk #a #prechadzanie #kovom