KURZUS: Mérnöki anyagismeret
MODUL: Anyagkárosodások. Anyagvizsgálat. Anyagkiválasztás
29. lecke: A darab belsejében lévő eltérések kimutatására alkalmas roncsolásmentes vizsgálatok
| |||||||||||||||||||||||||||||||
A tartalom feldolgozása a következő követelmények teljesítését segíti: | |||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
![]() | Ultrahangos vizsgálat | ||||||||||||||||||||||||||||||
Elve: a nagyfrekvenciájú hanghullámok (ultrahang) a fémekben alig gyengülve, mint irányított sugarak haladnak, azonban határfelülethez érve visszaverődnek. Határfelületnek minősül minden akusztikailag más keménységű közeg, pl. a darab belsejében lévő hibák és a darab hátlapja. | |||||||||||||||||||||||||||||||
Az ultrahangos anyagvizsgálat lehetőséget ad arra, hogy az előállítás (alapanyaggyártás pl. hengerlés, öntés vagy kovácsolás vagy feldolgozás pl. hegesztés) vagy az üzemelés során keletkezett hibák helyét, nagyságát pontosan megállapítsuk. A módszer viszonylag olcsó, gyors, és szinte az egyetlen lehetőség 200 mm-nél nagyobb méretű acéltárgyak belső hibáinak a vizsgálatára. | |||||||||||||||||||||||||||||||
Alapfogalmak | |||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
Hangsebesség | |||||||||||||||||||||||||||||||
Az ultrahang terjedési sebessége különböző anyagokban
| |||||||||||||||||||||||||||||||
A hanghullámok esetében a frekvencia (f), a hullámhosszúság () és terjedési sebesség (v) között összefüggés van. | |||||||||||||||||||||||||||||||
A hullámhosszúság ismerete lényeges, mert ultrahanggal csak /2 esetleg ideális esetben /3 nagyságú hibák mutathatók ki. | |||||||||||||||||||||||||||||||
Az ultrahang előállítása, vizsgáló fejek | |||||||||||||||||||||||||||||||
|
A vizsgálófej egy rezgőt tartalmaz, a vezérléstől függ, hogy adó vagy vevő feladatot lát-e el. |
| ||
A vizsgálófejben két rezgő van, amelyek egymástól akusztikailag el vannak szigetelve. |
| ||
A hangsugár kilépési szöge szerint: | |||
| |||
A vizsgálófejből a hanghullám a fej érintkező felületéhez képest 90 °-os szögben lép ki. |
| ||
| |||
A hanghullám a fejből szög alatt lép ki. |
| ||
| |||
A vizsgáló fejek a hátlapról vagy hiba felületéről visszaverődő hanghullámokat érzékelik. | |||
A vizsgálófej legfontosabb jellemzője a frekvenciája, ugyanis ez megszabja a kimutatható hibaméretet. A nagy frekvencia a kimutatható hiba nagyságát csökkenti, de a hang szóródását növeli, ezzel a vizsgálati körülményeket rontja. A vizsgáló fejet a darabhoz csatolóanyaggal pl. víz, olaj, zsír , speciális paszták kell csatlakoztatni | |||
Ultrahangos vizsgálati módszerek | |||
A hangátbocsátás elvén alapuló módszer | |||
A hangátbocsátás elvén alapuló módszer lényege, hogy a munkadarabba megfelelő adófej és csatolóközeg segítségével longitudinális hullámot bocsátunk, amit a darab ellenkező oldalán az adóval azonos vevő fejjel érzékelünk. | |||
| |||
Ha a darab nem tartalmaz hibát a hanghullámok kismértékben gyengülnek, tehát az oszcilloszkópon az adóról származó bemenőjel és a vevőről származó végjel azonos magasságú. Amennyiben a hangnyaláb, vagy annak egy része hibáról (pl. repedés, zárvány, lunker stb.) visszaverődik a végjel magassága csökken, esetleg el is marad (nagy hiba). |
Alkalmazása: egymással párhuzamos lapú, vagy forgásfelületű darabok nagysorozatban végzett automatizált vizsgálatánál használják. | ||
Jellemzője: nagyon érzékeny, de hátránya, hogy a hiba távolsága a felülettől nem határozható meg. | ||
Impulzus visszhang módszer | ||
Az impulzus - visszhang módszer lehetővé teszi a hiba helyének pontos meghatározását. Lényege, hogy a vizsgálófej, impulzusszerűen bocsátja ki az ultrahangot, és ugyanez a fej érzékeli a visszaverődött hangot is. | ||
| ||
| ||
| ||
Impulzus visszhang módszer jellemzői | ||
Mivel az ultrahang terjedési sebessége az anyagban állandó, az oszcilloszkóp etalon darabbal való kalibrálása után a darab vastagsága, és ha hiba van, annak helye meghatározható, az a monitorról leolvasható. | ||
Hátránya, hogy a felület közelében lévő hibák (kb. 20 mm, de függ az erősítéstől) nem mutathatók ki. | ||
A felületközeli hibák kimutatatása | ||
A felület közeli hibák kimutatatása problémának a megoldására dolgozták ki az adó-vevő (SE) fejeket, amelyekkel a felülettől akár 1 mm távolságban lévő hibák is kimutathatók. | ||
A vizsgálattal meg kell tudni határozni az eltérés (hiba) | ||
| ||
A hiba helyének meghatározása |
A hiba helyének meghatározása az impulzus visszhang módszerrel lehetséges. | |||
A helymeghatározás alapja az, hogy az ultrahang a darabban az anyagra jellemző állandó sebességgel terjed, így a megtett út az idő ismeretében meghatározható. A gyakorlatban az idő mérése helyett egy oszcilloszkópot kalibárálunk ismert vastagságú darabokkal. A kalibrálást "geometriai hitelesítésnek" nevezzük. A kalibrálás alapja a többszörös visszhang. | |||
![]() | ![]() A hang a darab egyik és másik lapja között többször visszaverődik és így kapjuk a többszörös visszhangokat. | ||
| |||
![]() | ![]() Ha az oszcilloszkóp képernyőjét a darab méreténél nagyobbra állítjuk be többszörös visszhangot kapunk. Oka, hogy a hátlapról visszaverődő ultrahangnak csak egy része lép be a vevőbe. Más része ismét visszaverődik és eljutva a hátlaphoz onnan ismét visszaverődik egészen addig, amíg le nem cseng. | ||
Fontos! A visszhang jelek közötti távolság azonos, így alkalmas a kalibrálásra. | |||
A kalibráláshoz nem csak ezek az etalonok használhatók, minden ismert vastagságú anyag felhasználható. Fontos csak az, hogy legalább 2 db hátfalvisszhang jelenjen meg pl. 100 mm-re kalibráláshoz 50 mm maximális anyagvastagság alkalmas. |
| ||
A hiba nagyságának meghatározása | |||
Az ultrahangos vizsgálattal csak helyettesítő hibanagyságot lehet meghatározni! | |||
Ez a hangsugárra merőleges körtárcsa reflektor, amelyről a hang ugyanúgy verődik vissza, mint a vizsgált hibáról. | |||
Az eltérés 20%-ot is elérhet. | |||
A meghatározás módja függ attól, hogy a visszaverő felület kisreflektor vagy nagyreflektor. | |||
Az hogy egy hiba kis vagy nagyreflektor attól is függ, hogy a darabban hol van. A nagyreflektor felülete nagyobb, mint a hangnyalábé. |
| ||
Nagyreflektor nagyságának meghatározása | |||
A hangnyalábnál nagyobb hibák nagysága a hiba "letapogatásával" határozható meg (6 dB módszer). |
A vizsgálatot a darab felületén előre berajzolt hálón végezzük pl. 200×200 mm. A csomópontokban mérünk, és a darab rajzán bejelöljük, a hibás pontokat. Ezeket összekötve kapjuk a hibatérképet. | |||||||
A 6 dB módszer elnevezés onnan származik, hogy a hibajelnek a zavarójelektől legalább egy képernyő magassággal el kell térni. Egy jel 1 képernyőmagassággal való "megnövesztéséhez" az ultrahangos vizsgálatnál 6 dB-lel kell növelni az erősítést. |
| ||||||
Alkalmazása: leggyakrabban a hengerelt lemezek rétegességének vizsgálatára. | |||||||
A darab felületére hálót rajzolunk, és a csomópontokban végzünk vizsgálatot. Az így meghatározott hiba nagyság ("hiba térkép") természetesen, csak helyettesítő hiba nagyság, az eltérés lehetséges nagysága a háló finomságától függ. | |||||||
| |||||||
Kisreflektor nagyságának meghatározása | |||||||
A hangnyalábnál kisebb hibák elsősorban hegesztési varratok vizsgálatánál fordulnak elő. A hegesztési varratokat szögvizsgáló fejekkel vizsgáljuk. A varratban előforduló hibák nagyságát az ún. AVG (Abstand vom Prüfkopf, Versterkung dB és Grösse der Ersatzfehler) módszerrel határozhatjuk meg. A módszer lényege, hogy a hiba felületéről visszaérkező visszhang magasságát összehasonlítja a hátfalról érkező visszhang magasságával és ebből megfelelő diagram az ún. AVG diagram segítségével a hibát helyettesítő hiba nagysága meghatározható. | |||||||
A vizsgálófej kalibrálása után a hibanagyság azzal az értékkel egyezik meg ahova a hibajel "nő". |
| ||||||
A hiba típusának meghatározása | |||||||
A hiba típusa ultrahangos vizsgálattal nem határozható meg egyértelműen! Vannak bizonyos megfigyelések a hibajel alakja és a hiba közötti összefüggésről, de az nem elég megbízható! | |||||||
| |||||||
Az ultrahangos vizsgálat dokumentálása | |||||||
A legújabb készülékekkel lehetséges a vizsgálat összes adatát, beleértve az oszcillogramot is, tárolni illetve igény esetén jegyzőkönyvként kinyomtatni. | |||||||
| |||||||
![]() | Röntgen vizsgálat |
Röntgen vizsgálat elve | ||
A röntgenvizsgálat a legrégebbi roncsolásmentes módszer. A vizsgálat alapja az, hogy a röntgen csőből kilépő ( = 0,1 - 1 nm hullámhosszúságú) röntgen sugarak képesek a fémeken áthatolni. Az áthaladás közben gyengülnek. A gyengülés mértéke annak az anyagnak a függvénye amelyiken a sugárzás áthalad. | ||
| ||
Az ábrán látható, hogy a röntgen csőből kilépő d vastagságú darabba belépő sugárzás eredeti Io intenzitása az ép anyagon áthaladva I1 a hibás részen pedig I2-re csökken, ahol: | ||
Megjegyzés: ez arra az esetre érvényes, ha a hiba folytonossági hiány, tehát elnyelési tényezője elhanyagolható | ||
A az ún. elnyelési vagy gyengítési tényező. | ||
az összefüggésben c egy konstans, az anyag sűrűsége, z a rendszáma, pedig a röntgen sugárzás hullámhosszúsága. | ||
A hibátlan és a hibás részen áthaladó sugárzás intenzitása tehát különböző I2>I1. Ha képezzük az hányadost, láthatjuk, hogy mivel a hiba mérete nem befolyásolható, a röntgen vizsgálatnál a hibakimutatás az elnyelődési tényezőtől azon belül is a röntgen sugár hullámhosszúságától függ. | ||
A a röntgencső csőfeszültségével szabályozható. Minél nagyobb a csőfeszültség annál rövidebb a hullámhosszúság, tehát annál keményebb a sugárzás. A hosszabb hullámhosszúságú sugárzást lágy sugárzásnak nevezzük. A keményebb sugárzással vastagabb anyag világítható át, de rosszabb a hibakimutatás. | ||
Az intenzitás különbség kimutatása | ||
| ||
Fényképezéses eljárás | ||
Ahol a filmet erősebb sugárzás éri, az előhívás és fixálás után feketébb lesz, mint a gyengébb sugárzásnak kitett részen. | ||
A hiba tehát "sötétebb foltok" formájában lesz megfigyelhető. | ||
A fényképezéses eljárás során a intenzitás különbséget filmen rögzítjük. A röntgen filmet (a nagyobb érzékenység miatt mindkét oldalán van emulzió) a darabnak a csővel ellentétes oldalára kell elhelyezni. |
| ||||||
| ||||||
| ||||||
A felvétel élességét, tehát a hibakimutatást befolyásolja a külső vagy geometriai életlenség, ami lényegében a nem pontszerű fókusz miatt a hiba körül képződő árnyék. Csökkentése érdekében a filmet közvetlenül a darabra tesszük. A másik ún. belső életlenség a film szemcsézetétől függ. A durvább szemcsézet kevésbé éles képet ad. | ||||||
A felvétel elkészítéséhez meg kell választani a film minőségét, a csőfeszültséget, az anódáramot és a fókusz-film távolságot. Az adatok megválasztására adott film esetén megvilágítási diagramok állnak rendelkezésre. | ||||||
| ||||||
A felvétel jóságát, tehát a hibakimutathatóságot etalonokkal ellenőrizzük, amelyet a belépő sugár oldalára helyezünk el. | ||||||
| ||||||
Fényképezéses eljárás alkalmazása | ||||||
Elsősorban | ||||||
| ||||||
| ||||||
Átvilágító ernyő | ||||||
Az átvilágító ernyő egy röntgensugárzás hatására szekunder sugárzást kibocsátó, legtöbbször cinkszulfid bevonattal ellátott ernyő. A hibakimutatás azon alapszik, hogy ahol a nagyobb intenzitású sugárzás éri az ernyőt (hibás rész) a szekunder sugárzás erősebb lesz, tehát a hiba "világosabb folt" formájában jelenik meg. A vizsgálat kevésbé érzékeny, mint a fényképezés. Ez azzal magyarázható, hogy az ernyő nem helyezhető közvetlenül a darabra, tehát nagyobb a külső életlenség, de ugyanakkor mivel az ernyő szemcsézete is durvább, a belső életlenség is nagyobb. Ezért az átvilágító ernyőt elsősorban a könnyűfém öntvények, műanyagok, szigetelő anyagok vizsgálatánál használják. | ||||||
| ||||||
A képerősítőhöz kapcsolt TV rendszer, a több irányban mozgatható darabtartó asztal lehetőpvé teszi bonyolult alakú könnyűfém öntvények pl. keréktárcsák vagy műanyagok vizsgálatát |
|
Műszeres hibakimutatás | |||||||||||||||||||||||||||||||
A műszeres hibakimutatás az ipari gyakorlatban nem terjedt el. Lényege, hogy a sugárzás intenzitását sugárzásmérő detektorral mérjük. A röntgen sugár pontszerű, és mintegy letapogatja a darabot. A módszer a gyógyászatban elterjedt. | |||||||||||||||||||||||||||||||
A röntgen képerősítő | |||||||||||||||||||||||||||||||
A képerősítőhöz kapcsolt TV rendszer, a több irányban mozgatható darabtartó asztal lehetővé teszi bonyolult alakú könnyűfém öntvények pl. keréktárcsák vagy műanyagok, szigetelő anyagok vizsgálatát. | |||||||||||||||||||||||||||||||
![]() | Izotópos vizsgálat | ||||||||||||||||||||||||||||||
A röntgenvizsgálathoz hasonlóan átvilágítással vizsgálhatjuk az anyagok belső hibáit (sugárzó izotópokkal) is. A vizsgálat elve a röntgen vizsgálatéval azonos. A különbségek a következők: | |||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
Mesterséges izotópok | |||||||||||||||||||||||||||||||
Izotóp táblázat
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
Akusztikus emissziós vizsgálatok | |||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
Az akusztikus emisszió tehát olyan mechanikai hullám, amely az anyagban tárolt energia gyors felszabadulása során keletkezik. | |||||||||||||||||||||||||||||||
Megkülönböztethetünk: | |||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
Akusztikus emisszió jön létre: |
| ||
Alkalmazás | ||
| ||
Jellemzői, előnyei | ||
| ||
Hátrányai | ||
|
Ellenőrző kérdések | |||||||||
1. Válassza ki az alábbi állításokból az egy helyes állítást!
![]() | |||||||||
2. Az ultrahang hullámhosszúsága adott anyagon belül ... függ
![]() | |||||||||
3. Vizsgálja meg az állítás helyességét! A vizsgálati frekvencia megválasztása nagyon fontos, mert meghatározza a kimutatható hibaméretet.
![]() | |||||||||
4. Az alábbi állításokból válassza ki azt, amelyik a hangátbocsátás elvén alapuló módszerre igaz!
![]() | |||||||||
5. Az alábbi állításokból válassza ki azt, amelyik az impulzus visszhang módszerre igaz!
![]() | |||||||||
6. Milyen módszerrel mutatható ki a hiba helye ultrahangos vizsgálatnál?
![]() | |||||||||
7. A röntgen vizsgálatnál a hibakimutatás alapja...
![]() | |||||||||
8. Milyen vizsgálati módszert választana alumíniumból készült keréktárcsa ellenőrzésére?
![]() | |||||||||
9. Vizsgálja meg az alábbi állítások helyességét! Jelölje meg a helyes állítást!
![]() | |||||||||
10. Hegesztési varrat ellenőrzésére a megadott módszerek közül melyiket választaná?
![]() |