Cuprins:

1. Cuprins: • Testarea ultrasonică • Introducere • Radiografia • Inspecţia vizuală • Metoda lichidului penetrant • Inspecţia cu particule magnetice • Testarea folosind curenţii Eddy

2. Principii de bază • foloseşte ultrasunete pentru efectuarea inspecţiilor. • Detecţie de fisuri/defecte, măsurători de dimensiuni, ... • Cea mai des folosită este metoda puls/ecou. • Instrumentar: generator de semnal, transducer, receptor, osciloscop/ecran.

3. 0 2 4 6 8 10 Testarea ultrasonică Pulsul iniţial Ecoul celeilalte suprafeţe Ecoul fisurii crăpătură Probă Osciloscop, sau ecranul detectorului de fisuri

4. Avantaje: • Sensibilă la defectele de suprafaţă şi de sub suprafaţă, poate măsura grosimi ... • Adâncimea de penetraţie • Acurateţe mare în determinarea poziţiei reflectorului şi estimarea dimensiunilor şi a formei sale. • Nu necesită preparare specială a probei. • Imagini detailate • Rezultate instantanee

5. Inconveniente • Suprafaţa trebuie să fie accesibilă. • Nevoie de mai multă îndemânare şi antrenament decât pentru alte metode • Mediu pentru transmiterea energiei sonore • Materialele de formă neregulată, rugoase, mici, subţiri sau neomogene sunt dificil de inspectat • Materiale cu grăunţi mari sunt greu de inspectat • Defecte liniare orientate paralel cu fascicolul sonor pot rămâne nedetectate • Nevoie de standarde pt. calibrare si interpretare

6. Istoric • Înainte de WW2, sonarul • 1929-1935 Sokolov: folosirea ultrasunetelor pentru detectarea obiectelor metalice • 1931 Mullhauser-patent pentru utilizarea ultrasunetelor pentru detecţia fisurilor • 1940 (Firestone) şi 1945 (Simons), metda puls-ecou • Dupa WW2, investigaţii medicale (Japonia)

7. Istoric • Testare nedistructivă: in timpul WW2 şi după • Scopul principal: detectarea defectelor • Probele trebuiau să fie fără defecte. În acea perioadă se dezvoltă şi celelalte forme de testare nedistructivă. Probele cu defecte erau eliminate din procesul de producţie. • 1970 discipline ca mecanica defectelor încep să se dezvolte. • Nu toate defectele sunt critice • Trebuie informaţii cantitative pentru prezicerea timpului de viaţă.

8. Propagarea undelor • Mişcarea la unison a atomilor pentru producerea unei unde mecanice UNDE ELASTICE

10. Reteaua nu e rigida atomii pot oscila in jurul pozitiilor de echilibru

11. Unde longitudinale

12. Unde transversale

13. kz m ky kx Ex: Vibraţiile reţelei cristaline. Reţeaua nu e rigidă atomii pot oscila în jurul poziţiilor de echilibru 2-D 3-D

14. Perturbaţii periodice în TIMP (T) şi în SPAŢIU (l). • Oscilaţiile (perturbaţia) se propagă în mediu de la particulă la particulă sub forma de unde = unde elastice. • Propagarea undelor se face cu viteză finită c. • Dacă toate particulele situate într-un plan perpendicular pe direcţia de propagare oscilează identic, unda se numeşte PLANĂ.

15. UNDE TRANSVERSALE UNDE LONGITUDINALE Animation courtesy of Dr. Dan Russell, Kettering University

16. Animation courtesy of Dr. Dan Russell, Kettering University

18. Animation courtesy of Dr. Dan Russell, Kettering University

19. Undă plană neatenuată ce se propagă în direcţia OX: ... Undă plană neatenuată ce se propagă în direcţia .

20. Oscilaţiile în fiecare puncte sunt armonice. Perioada undei plane monocromatice:

21. Animation courtesy of Dr. Dan Russell, Kettering University

22. Oscilaţiile în fiecare puncte sunt armonice. Perioada undei plane monocromatice: Faza undei Suprafeţe de undă = supreţele de fază constantă; viteza de fază = viteza undei plane monocromatice viteza particulei.

23. Viteza particulei: Ecuaţia undei: sau

24. Animation courtesy of Dr. Dan Russell, Kettering University

30. Ex: Două unde care se propagă în sens opus

31. Ex: Unde a căror diferenţă de fază se modifică în timp

32. Ex: Două unde care se propagă în sens opus (diferenţă de fază = 180) UNDE STAŢIONARE

33. Fenomenul bătăilor

34. Ex: Coardă fixată la ambele capete

35. Propagarea undelor • Mişcarea la unison a atomilor pentru producerea unei unde mecanice • Unde longitudinale • se mai numesc unde de presiune sau densitate • Unde transversale • Orbite eliptice (suprafaţă-Rayleigh) • În materiale foarte subţiri (unde Lamb) • Dacă l este lungimea de undă, v viteza de propagare iar n frecvenţa undei: l=v/n

36. Lungimea de undă şi detectarea defectelor • Operatorul decide asupra lungimii de undă folosite • Senzitivitate şi rezoluţie • Înainte de efectuarea inspecţiei: grosimea grăunţilor şi a materialului, tipurile de discontinuităţi, localizarea discontinuităţilor. • Efectele creşterii frecvenţei ultrasunetelor. Împrăştierea ultrasunetelor. • Alte variabile: lungimea pulsului, diametrul transducerului, ...

37. Propagarea undelor în materiale elastice • Legea lui Hook F=-kx • Viteza sunetului e o proprietate a materialului • unde E este o constantă elastică(modulul Young) iar r este densitatea materialului • Anizotropia constantelor elastice

38. Atenuarea undelor sonore • În materiale ideale, presiunea sonoră (intensitatea semnalului) este redusă doar de împrăştierea undei sonore. • Materiale reale: împrăştiere şi absorbţie • Efectul combinat al împrăştierii şi absorbţiei: ATENUARE • a este coeficient de atenuare/direcţia z (depinde şi de frecvenţa semnalului sonor).

39. Impedanţa acustică (caracteristică) • Se defineşte ca produsul dintre densitatea materialului şi viteza sunetului. • Caracterizează transmisia şi reflexia undei sonore la interfaţă • Este importantă pentru designul transducerilor ultrasonici • Cunoaşterea impedanţei acustice permite estimarea coeficienţilor de reflexie sau transmisie

40. Coeficienţii de reflexie şi transmisie • O parte din unda acustică se reflectă la interfaţa dintre două materiale care au impedanţe acustice diferite. • Coeficientul de reflexie poate fi calculat folosind

41. Refracţie • Analog cu refracţia luminii • Pentru un anumit unghi de incidenţă, unghiul de refracţie poate fi 90. • Creep waves (neomogene) • Conversie de moduri

42. Raportul semnal-zgomot • Detectabilitatea unui defect depinde de frecvenţa ultrasunetului, dimensiunea defectului, diferenţa de impedanţă acustică între fisură şi material, ... . • Un gol este mai uşor de detectat decât o incluziune metalică (aer-metal, metal-metal). • Materialul poate furniza indicaţii false, din cauza microstructurii sale (intrinseci). • Raport semnal-zgomot: măsură a detectabilităţii unui defect (fisuri).

43. Raportul semnal-zgomot • Depinde de: • Dimensiunea probei • Frecvenţa utilizată • Interfaţă (curbură, rugozitate, ...) • Poziţia fisurii • Microstructura materialului • Reflectivitatea fisurii (Z, dimensiune, formă, orientare)

44. Raportul semnal-zgomot • Creşte cu dimensiunea fisurii • Invers proporţional cu lărgimea fascicolului • Creşte cu scăderea lărgimii pulsului • Invers proporţional cu densitatea şi viteza sunetului • În general creşte cu frecvenţa ultrasunetului

45. Alte fenomene: Transducerul nu este o sursă punciformă

46. Transduceri piezoelectrici: • Convertesc energia electrică în energie mecanică şi viceversa • Elementul activ: material cu molecule polarizate • La aplicarea unui câmp electric: orientare + modificarea dimensiunilor (electrostricţiune)

47. Transduceri piezoelectrici: • Efect piezoelectric: producerea unui câmp electric la modificarea dimensiunii (SiO2,BaTiO3, ...) . • SiO2= cuarţ (cristalin), nisip (amorf) - + + - - +

48. Transduceri piezoelectrici: + - + + - - + -

49. Transduceri piezoelectrici: - - + + - - + +

50. - + + - - + Transduceri piezoelectrici: + + + - - -