Ultralydstest - Ultrasonic testing

Et eksempel på ultralydprøvning (UT) på blade-rødderne af en V2500 IAE fly motor .
Trin 1 : UT -sonden placeres på knivenes rod for at blive inspiceret ved hjælp af et specielt boreskopværktøj (videosonde).
Trin 2 : Instrumentindstillinger indtastes.
Trin 3 : Proben scannes over bladroden. I dette tilfælde angiver en indikation (top i dataene) gennem den røde linje (eller gate) et godt blad; en indikation til venstre for dette område angiver en revne.
Princip for ultralydstest. VENSTRE: En sonde sender en lydbølge ind i et testmateriale. Der er to indikationer, en fra sondens indledende puls og den anden på grund af ekko i bagvæggen. HØJRE: En defekt skaber den tredje indikation og reducerer samtidig amplituden af ​​bagvægsindikationen. Dybden af ​​defekten bestemmes af forholdet D / E s

Ultralydstest ( UT ) er en familie af ikke-destruktive testteknikker baseret på udbredelse af ultralydsbølger i det testede objekt eller materiale. I de fleste almindelige UT-applikationer transmitteres meget korte ultralydspulsbølger med centerfrekvenser fra 0,1-15 MHz og lejlighedsvis op til 50 MHz til materialer for at detektere indre fejl eller for at karakterisere materialer. Et almindeligt eksempel er ultralyd tykkelse måling , som tester tykkelsen af testobjektet, for eksempel til monitor rørsystem korrosion .

Ultralydstest udføres ofte på stål og andre metaller og legeringer, selvom det også kan bruges på beton , træ og kompositter, omend med mindre opløsning. Det bruges i mange industrier, herunder stål- og aluminiumskonstruktion, metallurgi, fremstilling, rumfart , bilindustri og andre transportsektorer .

Historie

Den første indsats for at bruge ultralydstest til at opdage fejl i fast materiale fandt sted i 1930'erne. Den 27. maj 1940 ansøger den amerikanske forsker dr. Floyd Firestone fra University of Michigan om et amerikansk opfindelsespatent til den første praktiske ultralydstestmetode. Patentet udstedes den 21. april 1942 som US patent nr. 2.280.226 med titlen "Flaw Detecting Device and Measure Instrument". Uddrag fra de to første afsnit i patentet til denne helt nye ikke -destruktive testmetode beskriver kortfattet det grundlæggende i sådan ultralydstest. "Min opfindelse angår en anordning til påvisning af tilstedeværelsen af ​​inhomogeniteter med densitet eller elasticitet i materialer. For eksempel hvis en støbning har et hul eller en revne inden i den, tillader min enhed tilstedeværelsen af ​​fejlen at blive detekteret og dens placering lokaliseret, selvom fejlen ligger helt inden i støbningen, og ingen del af den strækker sig ud til overfladen ... Det generelle princip for min enhed består i at sende højfrekvente vibrationer ind i den del, der skal inspiceres, og bestemmelse af tidsintervaller for ankomst af de direkte og reflekterede vibrationer på en eller flere stationer på overfladen af ​​delen. "

James F. McNulty (amerikansk radioingeniør) fra Automation Industries, Inc., derefter, i El Segundo, Californien, en tidlig forbedrer af de mange svagheder og grænser for denne og andre ikke -destruktive testmetoder, underviser i yderligere detaljer om ultralydstest i sine US patent 3.260.105 (ansøgning indleveret 21. december 1962 meddelt juli 12, 1966 med titlen ”Ultrasonic testapparater og Method”), at ”Grundlæggende ultralydsundersøgelse udføres ved at anvende en piezoelektrisk krystal transducer periodiske elektriske impulser af ultralyd frekvens. Krystallen vibrerer ved ultralydfrekvensen og er mekanisk koblet til overfladen af ​​prøven, der skal testes. Denne kobling kan udføres ved nedsænkning af både transduceren og prøven i et væskelegeme eller ved faktisk kontakt gennem en tynd film af væske, såsom olie. Ultralydsvibrationerne passerer gennem prøven og reflekteres af eventuelle diskontinuiteter, der kan opstå. De reflekterede ekkopulser modtages af den samme eller af en anden transducer og konverteres til elektriske signaler, der angiver tilstedeværelsen af ​​defekten. ” For at karakterisere mikrostrukturelle træk i de tidlige stadier af træthed eller krybskade bør der anvendes mere avancerede ikke -lineære ultralydstests. Disse ikke -lineære metoder er baseret på det faktum, at en intensiv ultralydsbølge bliver forvrænget, da den står over for mikroskader i materialet. Intensiteten af ​​forvrængning er korreleret med skadens niveau. Denne intensitet kan kvantificeres ved hjælp af den akustiske ikke -linearitet parameter (β). β er relateret til første og anden harmoniske amplituder. Disse amplituder kan måles ved harmonisk nedbrydning af ultralydssignalet gennem hurtig Fouriertransformation eller bølgetransformation.

Hvordan det virker

På en byggeplads, en tekniker tests en rørledning svejse for mangler ved hjælp af en ultralyds fasede instrument. Scanneren, der består af en ramme med magnetiske hjul, holder sonden i kontakt med røret af en fjeder. Det våde område er ultralydskoblingen, der lader lyden passere ind i rørvæggen.
Ikke-destruktiv prøvning af en svingaksel viser spline krakning

I ultralydprøvning, en ultralyd transducer er forbundet til en diagnostisk maskine føres over det objekt, der inspiceres. Transduceren er typisk adskilt fra testobjektet ved hjælp af et koblingsmiddel, såsom en gel, olie eller vand, som ved nedsænkningstest. Men når ultralydstest udføres med en elektromagnetisk akustisk transducer (EMAT), er brug af couplant ikke påkrævet.

Der er to metoder til at modtage ultralydsbølgeformen: refleksion og dæmpning . I refleksion (eller puls-ekko) udfører transduceren både afsendelse og modtagelse af de pulserende bølger, når "lyden" reflekteres tilbage til enheden. Reflekteret ultralyd kommer fra en grænseflade, såsom objektets bagvæg eller fra en ufuldkommenhed inden i objektet. Diagnosemaskinen viser disse resultater i form af et signal med en amplitude, der repræsenterer refleksionens intensitet og afstanden, der repræsenterer reflektionens ankomsttid . I dæmpningstilstand (eller gennemgående transmission) sender en sender ultralyd gennem en overflade, og en separat modtager registrerer mængden, der har nået den på en anden overflade efter at have rejst gennem mediet. Ufuldkommenheder eller andre forhold i rummet mellem sender og modtager reducerer mængden af ​​lyd, der transmitteres, og afslører dermed deres tilstedeværelse. Brug af koblingen øger processens effektivitet ved at reducere tabene i ultralydsbølgeenergien på grund af adskillelse mellem overfladerne.

Funktioner

Fordele

  1. Høj penetrationskraft, som gør det muligt at opdage fejl dybt i delen.
  2. Høj følsomhed, der tillader påvisning af ekstremt små fejl.
  3. Større nøjagtighed end andre ikke -destruktive metoder til bestemmelse af dybden af ​​indre fejl og tykkelsen af ​​dele med parallelle overflader.
  4. En vis evne til at estimere størrelsen, orienteringen, formen og arten af ​​defekter.
  5. En vis evne til at estimere strukturen af ​​legeringer af komponenter med forskellige akustiske egenskaber
  6. Ufarlig for operationer eller for nærliggende personale og har ingen effekt på udstyr og materialer i nærheden.
  7. Kan bæres eller er meget automatiseret.
  8. Resultaterne er øjeblikkelige. Derfor kan der tages beslutninger på stedet.
  9. Det skal kun have adgang til en overflade af produktet, der inspiceres.


Ulemper

  1. Manuel betjening kræver omhyggelig opmærksomhed af erfarne teknikere. Transducerne advarer om både normal struktur af nogle materialer, tolerable anomalier fra andre prøver (begge kaldet "støj") og fejl deri alvorlige nok til at kompromittere prøveintegritet. Disse signaler skal adskilles af en dygtig tekniker, hvilket muligvis kræver opfølgning med andre ikke -destruktive testmetoder.
  2. Der kræves omfattende teknisk viden til udvikling af inspektionsprocedurer.
  3. Dele, der er ru, uregelmæssig i form, meget små eller tynde eller ikke homogene, er svære at inspicere.
  4. Overfladen skal forberedes ved rengøring og fjernelse af løs skala, maling osv., Selvom maling, der er korrekt bundet til en overflade, ikke behøver at blive fjernet.
  5. Koblinger er nødvendige for at tilvejebringe effektiv overførsel af ultralydsbølgeenergi mellem transducere og dele, der inspiceres, medmindre der anvendes en berøringsfri teknik. Berøringsfri teknik inkluderer laser- og elektromagnetiske akustiske transducere ( EMAT ).
  6. Udstyr kan være dyrt
  7. Kræver referencestandarder og kalibrering

Standarder

International Organization for Standardization (ISO)
  • ISO 2400: Ikke -destruktiv test - Ultralydstest - Specifikation for kalibreringsblok nr. 1 (2012)
  • ISO 7963: Ikke-destruktiv test-Ultralydstest-Specifikation for kalibreringsblok nr. 2 (2006)
  • ISO 10863: Ikke-destruktiv test af svejsninger-Ultralydstest-Brug af diffraktionsteknik ved flyvetid (TOFD) (2011)
  • ISO 11666: Ikke-destruktiv test af svejsninger-Ultralydstest-Acceptansniveauer (2010)
  • ISO 16809: Ikke-destruktiv test-Måling af ultralydstykkelse (2012)
  • ISO 16831: Ikke-destruktiv test-Ultralydstest-Karakterisering og verifikation af ultralydstykkelsesmålerudstyr (2012)
  • ISO 17640: Ikke -destruktiv test af svejsninger - Ultralydstest - Teknikker, testniveauer og vurdering (2010)
  • ISO 22825, Ikke -destruktiv test af svejsninger - Ultralydstest - Test af svejsninger i austenitiske stål og nikkelbaserede legeringer (2012)
  • ISO 5577: Ikke-destruktiv test-Ultralydsinspektion-Ordforråd (2000)
Det Europæiske Standardiseringsudvalg (CEN)
  • EN 583, Ikke -destruktiv test - Ultralydsundersøgelse
  • EN 1330-4, Ikke -destruktiv test - Terminologi - Del 4: Udtryk brugt ved ultralydstest
  • EN 12668-1, Ikke -destruktiv test - Karakterisering og verifikation af ultralydsundersøgelsesudstyr - Del 1: Instrumenter
  • EN 12668-2, Ikke -destruktiv test - Karakterisering og verifikation af ultralydsundersøgelsesudstyr - Del 2: Prober
  • EN 12668-3, Ikke -destruktiv test - Karakterisering og verifikation af ultralydsundersøgelsesudstyr - Del 3: Kombineret udstyr
  • EN 12680, Grundlæggelse - Ultralydsundersøgelse
  • EN 14127, Ikke -destruktiv test - Måling af ultralydstykkelse

(Bemærk: En del af CEN -standarderne i Tyskland accepteret som DIN EN, i Tjekkiet som CSN EN.)

Se også

Referencer

Yderligere læsning

  • Albert S. Birks, Robert E. Green, Jr., tekniske redaktører; Paul McIntire, redaktør. Ultralydstest , 2. udg. Columbus, OH: American Society for Nondestructive Testing , 1991. ISBN  0-931403-04-9 .
  • Josef Krautkrämer, Herbert Krautkrämer. Ultralydstest af materialer , 4. fuldt rev. red. Berlin; New York: Springer-Verlag, 1990. ISBN  3-540-51231-4 .
  • JC Drury. Ultrasonic Flaw Detection for Technicians , 3. udgave, Storbritannien: Silverwing Ltd. 2004. (Se kapitel 1 online (PDF, 61 kB)).
  • Nondestructive Testing Handbook, Third ed .: Volume 7, Ultrasonic Testing. Columbus, OH: American Society for Nondestructive Testing.
  • Påvisning og lokalisering af defekter i elektroniske apparater ved hjælp af scanning af ultralydsmikroskopi og måling af wavelet -transformation, bind 31, nummer 2, marts 2002, side 77–91, L. Angrisani, L. Bechou, D. Dallet, P. Daponte, Y. Ousten
  • Charles Hellier (2003). "Kapitel 7 - Ultralydstest". Håndbog i ikke -destruktiv evaluering . McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-028121-9.