DETECTARE IMPERFECȚIUNILOR DE SUPRAFAȚĂ A PIESELOR METALICE PRIN CONTROLUL CU LICHIDE PENETRANTE [307458]

DETECTARE IMPERFECȚIUNILOR DE SUPRAFAȚĂ A PIESELOR METALICE PRIN CONTROLUL CU LICHIDE PENETRANTE

Coordonatori științifici:

Fiz. Dr. Aurelia Mandeș

Ș. L. Dr. Florin Moscalu

Student: [anonimizat]

2017

[anonimizat], [anonimizat]. Le mulțumesc totodată colegilor pe care i-[anonimizat].

Pot spune că acești ultimi patru ani au fost cei mai interesanți și cei mai importanți pentru evoluția mea intelectuală și spirituală.

Realizarea acestei lucrări a fost posibilă datorită profesorilorFiz. Dr. Aurelia Mandeș șiȘ. L. Dr. Florin Moscalu dorind ale mulțumi în aceste rânduri și a-mi exprima recunoașterea deplină.

07.07.2017 [anonimizat] „DETECTAREA IMPERFECȚIUNILOR DE SUPRAFAȚĂ A PIESELOR METALICE PRIN CONTROLUL CU LICHIDE PENETRANTE” [anonimizat] a fizicii. [anonimizat], [anonimizat], etc. Datorită acestor multiple întrebuințări consider că pentru viitor necesitatea oamenilor pregătiți în domeniu va fi mare și sper să fac parte din această categorie. [anonimizat]. [anonimizat], al radiațiilor atât X [anonimizat].

[anonimizat], iar capitolul cinci este rezervat parții experimentale pe care am desfășurat-o [anonimizat] „Ovidius” Constanța, sub atenta observare a profesorului de curs.

În primul capitol, “Metode de control nedistructiv”, am descris sumar cele mai folosite metode ale controlului nedistructiv: [anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat], în prima parte sunt redate noțiuni teoretice despre formarea câmpului electromagnetic și despre proprietățile magnetice ale materialelor. Am continuat cu o descriere a [anonimizat] ([anonimizat]).

[anonimizat]. Astfel că am descris proprietățile necesare fiecărui tip de substanță(solvent, penetrant și developant) pentru ca rezultatele inspecției să fie concludente.

În capitolul patru am prezentat controlul cu ultrasunete. Pentru înțelegerea mai clară a acestui tip de inspecție am început cu prezentarea tipurilor de unde, apoi am continuat cu metode de generare a ultrasunetelor, iar în final am detaliat acest proces exemplificând pașii ce trebuie urmați pentru o cât mai corectă interpretare a defectelor descoperite. Tot în parte a doua a capitolului patru, am prezentat procesul de calibrare a aparatului folosit, calibrarea fiind unul din cei mai importanți pași.

În ultimul capitol, capitolul cinci, am prezentat partea experimentală a acestei lucrări de licență. În acestă parte amefectuat controlul nedistructiv a doua piese metalice prin aplicarea metodei de lichide penetrante. Am prezentat în detaliuatât piesele cât și pașii de lucruurmați alături de pozele ce sugerează o inspecție efectuată în cel mai profesionist mod.

Concluziile, redactate în ultima parte, cuprind rezultatele acestei lucrărialături de avantajele și dezavantajele metodei de control nedistructiv cu lichide penetrante.

CAPITOLUL I

METODE DE CONTROL NEDISTRUCTIV

Controlul nedistructiv (nondestructive testing NDT) este metoda de control a rezistenței unei piese, structuri, suduri etc fără necesitatea demontării sau distrugerii acestore. Reprezintă ansamblu de metode care permite caracterizarea stării de integritate a piesei, structurilor industriale, fără degradarea lor, fie în decursul producției sau pe parcursul utilizării prin efectuarea testelor nedistructive în mod regulat pentru detectarea defectelor ce prin alte metode este mai dificil sau mai costisitor.

Alegerea metodei de control nedistructiv care se va utiliza, se face în funcție de anumite criterii care sunt legate de utilitatea piesei de controlat, costuri, tipul de structură, amplasament, materialul din care este fabricată piesa.

Domeniile de aplicare ale metodelor de control nedistructiv sunt folosite în diverse domenii ale industriei, cum ar fi:

industri automobilelor (diferite piese);

conducte îngropate ori submerse sub apă supuse coroziunii;

industria navală (controlul corpului de navă și a structurilor sudate);

aeronautică (diferite piese de motor, aripile avioanelor, etc);

structuri feroviare;

construcții de mașini (ansamble și subansamble, piese turnate sau forjate) etc.

Datorită unor evenimente nefericite din industrie în care anumite piese ale subansamblelor folosite au cedat fără a putea fi anticipată defectarea lor, s-a simțit nevoia înființării unui departament care să se ocupe strict cu inspecția nedistructivă ale acestor piese. De la ideea și până la punerea în practică a ei a fost cale lungă deoarece nimeni la acel moment nu avea studii sau descoperiri în acest domeniu. Astfel că a fost nevoie de oameni dedicați acestei idei, oameni ce au reușit de-a lungul zecilor de ani să aducă cercetarea în domeniul NDT pe culmile la care este azi.

Evenimente remarcabile în NDT:

1854- la firma Fales and Gay Gray Car,a explodat un boiler ce a provocat moartea a 21 de lucrători și alți 50 de răniți. Din acel moment s-a impus o verificare a boilerelor anuală.

1895- Wilhelm Conrad Röntgen descoperă prezența razelor X. În prima sa lucrare arară posibilitatea de detectare a unui defect de structură.

1920- Dr. H. H. Lester a conceput dezvoltarea radiografiei industriale a metalelor, pentru ca apoi în anul 1924 să folosească metoda pentru a detecta fisuri în anumite piese turnate la o termocentrală.

1926- s-a realizat primul aparat electromagnetic ce conține curenți turbionari.

1927-1928- Elmer Sperry și H. C. Drake au conceput un sistem cu inducție magnetică pentru a detecta defectele din șinele de cale ferată.

1929- A. V. DeFrost și F. B. Doaneeste au realizat primul aparat și prima metodă de testare cu marticule magnetice.

1930- Robert F. Mehl a realizat imagini radiografice cu ajutorul izotopilor de radiu folosind radiațiile gamma, ceea ce permite o examinare de elemente cu grosimi mai mari.

1940-1944- Dr. Floyd Firestone a dezvoltat în S.U.A. metoda de testare cu ultrasunete.

1950- J. Kaiser a introdus în metoda NDT, emisia acustică.

Cele mai folosite metode de control nedistructiv sunt:

Controlul vizual;

Controlul cu ultrasunetele;

Controlul cu pulberi magnetice;

Controlul cu lichide penetrante;

Controlul cu radiații penetrante.

1.1 Controlul vizual

Este cea mai utilizată metodă de control nedistructiv și cea mai simplă metodă de examinare. Acest tip de examinare se realizează cu ochiul liber, numindu-se control vizual, sau cu ajutorul unor aparate optice, numindu-se examinare optică. Această metodă fiind primul pas într-o examinare nedistructivă.

Pentru precizie controlului se folosesc anumite ustensile optice: lupe, lămpi, endoscopul, etc. Astfel sunt furnizate mai multe indicii legate de aspectul metalului și de condițiile executării sudurii.

Controlul vizual determină dacă examinarea se poate face complet sau nu. Odată cu acest control vizual se fac și unele măsurători cum ar fi: grosimile recipientului sudat, dimensiunile defectelor de îmbinare, dimensiunile cordonului sudat, etc.

Modalități de examinare vizuală:

Cu ochiul liber (Fig.1.1):

ochiul este mai sensibil la lumina verde-galben;

intensitate luminoasă adecvată: 800-1000 lux;

tehnicianul poate să lucreze maxim 2 ore;

se pot detecta: fisuri (forma și orientarea), coroziuni, defecte în cordoane de sudură, porozități;

rezultatele pot fi un bun ajutor pentru celelalte controale de tip NDT.

Fig.1.1 Controlul vizual

Cu instrumente optice:

instrumentele optice folosesc la mărirea imaginii defectului și la inspectarea zonelor mai puțin accesibile;

trebuie cunoscute tipurile de defecte ce pot apărea și zonele unde ar putea fi întâlnite;

micoscop;

boroscop (Fig.1.2)- sunt folosite pentru a inspecta cilindrii de diametre mici, aria examinată fiind de aproximativ 25 mm în diametru;

Fig.1.2 Controlul cu boroscop

lupa (Fig.1.3);

Fig.1.3 Controlul cu lupa

endoscop (Fig.1.4): sistem optic superior boroscopului- suprafața examinată poate fi la o distanță de 4 mm sau mai mare;

Fig.1.4 Controlul cu endoscop

telescop: permite mărirea imaginii obiectelor care se află la distanțe mari de ochi.

Procedeul este unul simplu dar indispensabil, o examinare vizuală trebuie sa respecte condițiile de claritate satisfăcătoare a echipamentelor, suprafețelor materialelor și sudurilor.

1.2 Controlul cu ultrasunete

Metoda se bazează pe undele mecanice (ultrasunete) care sunt generate de un element piezo-electric, acesta este excitat la o frecvență cuprinsă de obicei între 2 și 7,5 MHz. Controlul presupune transmiterea, reflexia și absorția undei ultrasonore care se propagă în piesa controlată. Undele elastice sunt clasificate în funcție de modul vibrației particulelor mediului, în raport cu direcția propagării:

Unde longitudinale- se propagă in medii lichide, solide și gazoase, iar oscilațiile sunt în direcția longitudinală.

Unde transversale (de forfecare)- particulele se antrenează între ele, astfel se deplasează pe o direcție perpendiculară pe direcția propagării, la jumătate din viteza undelor longitudinale.

Unde de suprafață (Rayleigh)- apare la suprafața unui solid cu grosime mare,mărginit de aer. Se propagă în vecinătatea suprafeței, în zona de grosime care este aproximativ egală cu lungimea de undă.

Fasciculul de unde emis este reflectat în interiorul piesei și pe defecte, apoi revine către defectoscop care poate fi și emițător și receptor în același timp. Prin interpretarea semnalelor se determină poziția si mărimea defectului.

Pentru aplicarea acestei tehnici se au în vedere trei componente importante:

transmițătorul de semnale;

palpatorul- este cel care face contact între transmițător si piesă, precum și între piesă și receptor;

receptorul de semnale- rolul acestuia este atât de a amplifica semnalul receptat cât și de al expune sub formă de semnale electrice pe un ecran (display).

Metoda prezintă avantajul găsirii defectelor în profunzime datorită rezoluției ridicate, dar este lentă datorită scanării multiple a piesei. Totuși ultimii ani au demonstrat că această metodă poate fi cea mai rapida și cea mai precisă datorită aparaturii de ultimă generație și a calculatoarelor mult mai puternice. În anumite cazuri este necesară executarea controlului și pe celelalte suprafețe ale piesei. Această metodă de control prin ultrasunete are o sensibilitate ridicată la detectarea defectelor netede (Fig.1.5).

Fig.1.5 Controlul cu ultrasunete

Există două modaliăți fundamentale pentru aplicarea metodei: puls-ecou și prin transmisie directa.

1.2.1 Metoda puls-ecou(Fig.1.6)este cea mai utilizată metodă. Energia undelor este transmisă prin intermediul unui cuplant (ulei sau vaselină) între traductor și suprafața structurii testate. Undele trec prin material, iar la întâlnirea unei discontinuități, o parte a energiei lor se transmite mai departe în structură, iar o parte se reflectă. Undele care sunt transmise mai departe în material se vor reflecta în partea de jos a piesei și se vor întoarce înapoi putând fi vizualizate pe ecran ca un ecou, intitulat ecou de fund. În cazul apariției unui defect în piesă, ecoul acelui defect va apărea pe ecranul aparatului înaintea ecoului de fund, astfel se va determina adâncimea defectului.

Dacă palpatorul nu interacționează cu suprafața piesei, pe ecranul aparatului va apărea un singur ecou în partea din stânga numit și ecou inițial. În momentul în care se realizează contactul cu piesa va apărea și cel de-al doilea ecou, ecoul de fund. Distanța dintre cele două ecouri ce o putem citi de pe scala orizontală a aparatului, reprezintă grosimea piesei. De aceea aparatele de control cu ultrasunete trebuiesc calibrate înaintea oricărei lucrări de control, calibrarea fiind un proces foarte important în această metodă nedistructivă. Apariția defectului se va face de obicei între cele două semnale.

Fig.1.6 Metoda puls ecou

1.2.2 Metoda transmisiei directe(Fig.1.7) necesită două palpatoare, unul reprezentând emițătorul iar cel de-al doilea receptorul. Prezența unui defect în piesă este sugerată în acest tip de transmitere prin scăderea intensității semnalului receptat.

Metoda poate fi aplicată prin:

transmiterea ultrasunetelor (cele două palpatoare sunt plasate pe cele două fețe opuse ale piesei de controlat și așezate în linie);

reflexia ultrasunetelor (palpatoarele sunt plasate pe aceeași față a piesei, semnalul fiind transmis sub un anumit unghi);

conducția ultrasunetelor (se folosește în cazul unor piese cu geometrie complexă, dar trebuie să se aibe în vedere un calcul corect al parcursului sonic, astfel încat receptorul să fie plasat în poziția corectă pentru receptarea semnalului).

Principiul detecției este același în toate cele trei cazuri, doar poziția palpatoarelor diferă.

Fig.1.7 Metoda transmisiei directe

1.2.3 Tehnica de inspecție

Datorită necesității contactului dintre piesă și palpator există două tehnici ale acestui contact:

tehnica prin contact direct- palpatorul culisează pe suprafața piesei, cu ajutorul unui strat subțire de cuplant. Cuplantul poate fi reprezentat de apă, ulei, ulei cu vâscozitate redusă etc. Prezența cuplantului este obligatorie pentru recepționarea semnalelor;

tehnica prin imersie- este caracterizată prin faptul că atât piesa de controlat cât și palpatorul sunt introduse într-un mediu care are rol de cuplant, de obicei această soluție este formată din apă și de agent anticoroziv. Apa are rol de cuplant chiar și atunci când piesa este la o distanță mai mare de palpator.

Inspecția cu ultrasunete indiferent de metoda aleasă sau aparatura folosită nu are nici un efect dăunător asupra organismului uman.

1.3 Controlul cu pulberi magnetice

Această tehnică de inspecție se aplică numai pieselor din materiale feromagnetice, celelalte materiale nu pot fi inspectate cu ajutorul ei.

Controlul nedistructiv cu pulberi magnetice este bazat pe faptul că în momentul magnetizării piesei se creează la suprafața ei cât și în vecinătatea suprafeței o dispersie de flux magnetic în momentul în care câmpul magnetic întâlnește discontinuități. Este folosită o anume intensitate a câmpului magnetic pentru ca indicațiile să devină vizibile. Această metodă face posibilă detectarea acelor discontinuități ce sunt situate la suprafața piesei sau plasate în imediata apropiere a suprafeței exterioare, prin faptul că particulele magnetice folosite în această tehnică se aglomerează în dreptul indicației.

Modul de lucru se realizează cu ajutorul a două elemente importante:

jugul magnetic (Fig.1.8)- ce are rolul de magnet prin care piesa examinată este magnetizată. Cei doi poli magnetici au rolul de a crea un câmp electromagnetic în care piesa este plasată pentru a se magnetiza. În practică există mai multe tipuri de jug magnetic datorită modului de funcționare. Astfel că vom întâlni juguri magnetice de curent alternativ, curent continuu sau chiar permanente (cele permanente nu mai creează un câmp electromagnetic, ci un câmp magnetic, deoarece în componența lor intră magneți permanenți);

Fig.1.8 Jug magnetic

pulberea magnetică (Fig.1.9)- folosită pentru detectarea discontinuităților în piesă, este formată din particule magnetice foarte mici, acestea acumulându-se în zona cu defecte. Aceste pot fi incluse atât într-o soluție uscată, iar în acest caz ele sunt aplicate pe piesă în mod direct,cât și într-o soluție lichidă aplicată prin pulverizare. Totodată particulele pot fi colorate cât și fluorescente, acestea din urmă fiind vizibile numai la lumină UV.

Fig.1.9 Controlul cu pulberi magnetice uscate

Metoda de control cu pulberi magnetice are atât avantaje cât și dezavantaje. Acestea sunt prezentate în tabelul 1.1:

Tabelul 1.1

1.4 Controlul cu lichide penetrante

Examinarea utilizând lichidele penetrante se folosește pentru detectarea discontinuităților ce sunt prezente la suprafața piesei de examinat. Această tehnică este în avantaj față de cea cu pulberi magnetice deoarece materialul din care este prelucrată piesa examinată nu necesită a fi feromagnetic, dar ca și dezavantaj îl reprezintă faptul că se pot descoperii doar defecte aflate la suprafață, nu și în imediata vecinătate a ei. Pentru a se folosi această metodă sunt necesare următoarele materiale: lichide penetrante, developant și sursă de lumină. Astfel că se observă investiția minimă necesară în aplicarea acestei metode. Ea are o prezență mare în industria aeronautică cât și în controlul pieselor de aluminiu sau inox.

Avantajele și limitările acestei tehnici sunt prezentate în tabelul 1.2:

Tabelul 1.2

Pașii examinării sunt următorii:

un lichid special de o anumită culoare (în cele mai multe cazuri roșu), denumit și lichid penetrant, este aplicat pe suprafața piesei de controlat, acesta la rândul lui pătrunde în toate discontinuitățile aflate la suprafața piesei;

tot excesul de penetrant este îndepărtat și suprafața este curățată, după care se aplică cea de a doua substanță numită și developant. Ea are rolul de a absorbi din discontinuitățile piesei lichidul penetrant aplicat în primul pas, astfel că în acest mod se indică prezența defectelor. Fig.1.10 ilustrează prezența defectelor într-o piesă inspectată cu această metodă, observându-se faptul că penetrantul are o culoare albă ceea ce permite să facă un contrast clar cu penetrantul de culoare roșie.

Fig 1.10 Defecte în inspecția cu lichide pemetrante

1.5 Controlul cu radiații penetrante

Acest tip de inspecție are o istorie lungă fiind una dintre primele metode de control nedistructiv. În zilele noastre s-a dezvoltat foarte mult și încă este folosită pe scară largă ajungându-se până la a se folosi film radiografic digital. Tehnica implică precizie și cunoaștere în domeniul radioactivității deoarece este destul de periculoasă pentru organismul uman. Asta datorită efectului distructiv al radiațiilor și de aceea nu oricine este îndreptățit să efectueze acest tip de inspecție. Dar efectele nocive nu se aplică doar celor ce se folosesc de această tehnică ci și altor persoane ce se află în apropierea surselor de radiații.

Dezvoltarea radiografiei industriale este strâns legată de importante descoperiri în domeniul fizicii. Astfel că totul a început în anul 1895 cu descoperirea de către Rontgen a razelor X, a continuat în anul 1896 cu descoperirea radiațiilor gamma de către Becquerel și cu descoperirea soțiilor Curie a radioactivității artificiale în 1934.

Metoda folosește două tipuri de radiații: radiațiile gamma (produse în mod natural de către materialele radioactive) și radiațiile X (produse artificial de către un tub de radiații alimentat la current electric). Undele radioactive străbat piesa de examinat și la ieșirea din piesă sunt captate de către filmul radiografic.

Metoda în sine se aplică utilizând următoarele materiale:

sursă de radiații (Fig.1.11 a,b), care este responsabilă de generarea radiațiilor X sau radiațiilor gamma. În cazul radiațiilor X se folosește un tub de Rontgen alimentat la o sursă de curent, iar în cazul radiațiilor gamma sursa este reprezentată de un dispozitiv ce înglobează o pastilă dintr-un material radioactiv (iridiu, cesiu, etc.).

Fig.1.11 a. Sursă radiații gamma Fig.1.11 b. Sursă radiații X

film radiografic (Fig.1.12), ce este responsabil de captarea radiațiilor emise de sursă cât și a structurii interioare a piesei. Cu ajutorul lui se va evalua prezența defectului în piesă. Dimensiunile și densitatea lui sunt date de tipul piesei de inspectat cât și de tehnica folosită, cu radiații X sau radiații gamma.

Fig.1.12 Film radiografic

telecomandă (Fig.1.13), folosită pentru controlul de la distanță a sursei de radiații în ideea de a proteja tehnicianul ce aplică această metodă.

Fig.1.13 Telecomandă pentru sursa gamma

negatoscop (Fig.1.14), reprezintă o sursă de lumină albă, special realizată pentru a ajuta la citirea filmelor radiografice.

Fig.1.14 Negatoscop

aparat de developat, folosit la developarea filmelor după efectuarea controlului, tehnica de developare putând fi atât manuală cât și automată. De menționat că aparatul de developat trebuie montat într-o cameră în care nu pătrunde lumina.

Cu toate că alte metode de control nedistructiv s-au dezvoltat la un nivel ridicat, inspecția cu radiații rămâne și în ziua de azi o metodă des întâlnită în întreaga lume, totuși nu trebuie uitat gradul de risc la care se supun cei ce o folosesc.

CAPITOLUL II

CONTROLUL CU PULBERI MAGNETICE

Controlul nedistructiv cu pulberi magnetice este metoda de control nedistructiv ce constă în detectarea discontinuităților unui material cu ajutorul efectelor produse de acestea asupra caracteristicilor câmpului magnetic ce se produce în obiectul controlat.

Metoda de examinare cu particule magnetice reprezintă una dintre cele mai fiabile, sensibile și productive metode de control nedistructiv pentru inspecția de suprafață a produselor pentru materiale feromagnetice.

Examinarea cu pulberi magnetice este utilizată pentru indicarea defectelor de suprafață deschise, însă în anumite condiții poate detecta și defectele aflate aproape de suprafață.

Probabilitatea mai mare de detectare este atunci când direcția defectului este perpendiculară pe direcția câmpului magnetic. Cu cât unghiul este mai mic dintre defect și liniile de câmp magnetic, cu atât este mai slabă indicația.

Câmpul magnetic de dispersie se produce în mediul înconjurător în dreptul discontinuităților ca urmare a magnetizării marginilor sale. Câmpul magnetic de dispersie are energie mare și este neomogen. Tendința câmpului de a-și micșora energia aproape de o valoare minimă posibilă este satisfăcută datorită atragerii unor particule feromagnetice ce sunt depuse sub formă de pulberi pe suprafața piesei controlate. Astfel se formează aglomerări de pulbere pe suprafața piesei, indicând prezența defectelor.

Mărimea câmpului magnetic de scăpări depinde de orientarea discontinuităților în raportul cu liniile de forță a câmpului magnetizat și de adâncimea unde se găsește discontinuitatea (Fig. 2).

1 2 3 4

Fig.2 Discontinuități de suprafață, în apropierea suprafeței și de profunzime

Discontinuitate de suprafață, aflată perpendicular pe liniile de câmp.

Discontinuitate în apropierea suprafeței, ce orientată este perpendiculară pe liniile de câmp.

Discontinuitate de profunzime, înclinată față de liniile ce câmp.

Discontinuitate în apropierea suprafeței, ce este orientată paralel cu liniile de câmp.

Din Fig.2 reiese faptul că doar discontinuitățile 1 și 2 se pot detecta prin examinarea cu pulberi magnetice.

2.1 Câmpul magnetic

Câmpul magnetic (Fig.2.1) reprezintă o marime fizică vectorială care caracterizează spațiul din vecinătatea a unui electromagnet, magnet ori a unei sarcini electrice în mișcare.

Fig.2.1 Câmp magnetic

Câmpul vectorial se manifestă prin forțele ce acționează asupra unei sarcini electrice aflate în mișcare prin forța Lorentz, asupra anumitor materiale:

Diamagnetice (μ<1);

Paramagnetice (μ~1);

Feromagnetice (μ>1).

Materialele diamagnetice sunt carbonul, aurul, argintul, siliciu, hidrogenul, zincul, germaniul, seleniul, cuprul etc. Acestea au permeabilitate magnetică relativ subunitară, destul de apropiată de unitate.

Materialele paramagnetice sunt aluminiu, cromul, radiul, potasiul, oxigenul, platina etc. Acestea au permeabilitatea magnetică relativ supraunitară, destul de apropiată de unitate.

Materialele feromagnetice sunt nichelul, aliaje, fierul, gadoliniul, cobaltul etc. Acestea au permeabilitatea relativ mai mare decât unitatea.

Aparatul de măsura al câmpului magnetic se numește magnetometru. Iar mărimea care măsoară interacțiunea dintre un material și un câmp magnetic se numește susceptibilitate magnetică.

Câmpul magnetic de dispersie este un câmp magnetic care se produce în mediul înconjurător în dreptul discontinuității ca urmare a magnetizării marginilor sale. (Fig.2.1)

a b

Fig.2.1 Magnetizarea unei piese fără discontinuitate (a)

Magnetizarea unei piese cu discontinuitate (b)

2.1.1 Proprietăți magnetice ale materialelor

Dacă se aduce materie în domeniul acțiunii al unui câmp magnetic, se pot observa două reacții diferite: sunt materiale, la care se simte forța de atracție reciprocă (magnet-material) și materiale, la care nu se simte efectul de forță.

Matetialele atrase de un magnet se numesc materiale feromagnetice ori izolat și materiale magnetizabile. Aceste materiale sunt controlabile cu ajutorul procedeului cu flux magnetic de scăpări. Cele mai importamte materiale sunt:

fierul și aliajele de fier (cu excepția celor austenitice);

cobalt;

nuchel.

Restul de materiale se numesc materiale nemagnetizabile sau materiale neferoase. Aceste materiale nu se pot controla cu procedeul de flux magnetic de scăpări. Mai jos sunt prezentate câteva materiale nemagnetizabile:

oțeluri austenitice;

aluminiu;

cupru;

alamă;

titan.

Referitor la proprietățile materialelor feromagnetice se observă printre altele următoarele:

fier feromagnetic ca și componentă de aliaj, nu dă întotdeauna iarăși un material feromagnetic (austenită);

dacă materialele feromagnetice sunt încălzite începând cu cu o anumită temperatură (temperatura Curie) acestea își pierd proprietățile magnetice;

Proprietățile feromagnetice există doar la materiale solide.

Cu aceste trei observații se arată faptul că feromagnetismul nu este proprietate nemijlocită a atomilor, el fiind cauzat de compunerea rețelei sau cristalului și de compunerea atomilor.

2.1.2 Model de magnetizare al materialelor feromagnetice

Dacă un magnest este împărțit în două, din acesta rezultă doi magneti independenți. Dacă se continuă împărțirea acesta duce la magneți elementari mici, care asamblați toți dau același magnet original (Fig.2.1.2).

Fig.2.1.2 Împărțire a unui magnet

Un material feromagnetic poate fi de asemenea compus din mai mulți magneți elementari mici. Magneții elementari se află într-un material feromagnetic ce sunt împachetați dens unul lângă celălalt, iar axele lor magnetice sunt distribuite statistic pe toate direcțiile spațiale, anulându-se efectele de forță ale tuturor magneților elementari, iar în afara materialului nuacționează nici un magnetism (Fig.2.1.2).

Fig.2.1.2 Distribuție statistică a magneților elementari

Dacă un material feromagnetic este situat într-un câmp magnetic extern, atunci magneții elementari interni încep să se alinieze conform direcției câmpului magnetic extern (Fig.2.1.2). Cu cât câmpul magnetic este mai puternic, cu atât alinierea este mai bună. Dacă toți magneții elementari sunt la fel, încât o mărire a câmpului magnetic extern nu are nici un fel de efect suplimentar, înseamnă că s-a atins saturația magnetică a materialului feromagnetic.

Fig.2.1.2 Dispunerea orientată a magneților elementari

Dacă se conectează din nou câmpul magnetic extern, atunci nu toți magneții elementari nu se orientează neregulat, ci rămâne un magnetism rezidual numit remanență. Câmpul magnetic al magneților elementari ce sunt aliniați, întăresc câmpul magnetic extern, astfel încât se produce o mărire a densității liniilor de câmp.

Magnetizarea reprezintă elementul de bază al controlului. Trebuie produs în interiorul materialului controlat un câmp magnetic cât mai intens. Magnetizarea oțelurilor carbon controlate uzual sunt făcute cu histerezis.

Permeabilitatea relativă nu poate fi constantă pentru orice stare de magnetizare și pentru orice stare de prelucrare a materialului. Dependențele reale sunt arătate de curbele de magnetizare/demagnetizare așa numite bucle de histereză, de unde se pot deduce iarăși prin B/H valorile permeabilității în funcție de intensitatea câmpului (Fig.2.1.2).

Fig.2.1.2 Schema curbei de histereză (buclă de histereză)

Este foarte importantă necesitatea magnetizării repetate pe cel puțin două direcții aproximativ perpendiculare, de obicei longitudinal și transversal, pentru a se depista toate imperfecțiunile plane, indiferent de orientarea lor.

2.1.3 Criterii pentru alegerea curentului de magnetizare

Curentul continuu (c.c.) este ales atunci când se dorește obținerea efectului de adâncime. Pe baza experimentelor sistematice efectuate asupra piesei cu orificiile ce au diametrul de 2 mm, plasate la adâncimi diferite, a rezultat că prin utilizarea curentului continuu adâncimea detectării câmpului de dispersie este mai mare de opt ori decât în cazul curentului alternativ.

Inducția realizată este invers proporționată cu suprafața secțiunii transversale a piesei. Se pretează în bună măsură pentru controlul pieselor lungi și de dimensiuni mari.

Curentul alternativ (c.a.) se folosește atunci când magnetizarea se produce într-un câmp variabil iar în material se induc curenți turbionari. Câmpul magnetic al acestora acționează în mod contrar câmpului aplicat din exterior.

Curentul alternativ provoacă efect pelicular de distribuție neomogenă în secține. Inducția ce se produce la suprafață este invers proporțională cu perimetrul secțiunii piesei. Urmarea directă este obținerea magnetizației maxime la suprafața piesei.

Curentul pulsat combină în fapt avantajele cazurilor anterioare. Experimentele comparative cu cele descrise demonstrează faptul că adâncimea de detectare poate să fie de 7 ori mai mare decât cazul alimentării în curent alternativ.

Coeficientul de umplere al curentului pulsat este un factor foarte important în detecția imperfecțiunilor, pentru că deplasarea pulberii în câmpul magnetic depinde de intensitatea câmpului dar și de durată.

2.2 Procedee de magnetizare

În tabelul 2.2 voi prezenta procedeele de magnetizare:

Tabelul 2.2

2.2.1 Magnetizare cu jug

Piesa de controlat sau doar o parte din ea trebuie magnetizată prin câmpul existent între cei doi poli a unui magnet permanent sau electromagnet. Se indică preferențial imperfecțiunile ce au direcția longitudinală perpendicular pe linia ce unește polii magnetului, adică să fie perpendicular pe direcția câmpului.

La magnetizarea cu jug trebuie să se evite pe cât este posibil interstiții de aer (adaptarea slabă de formă între obiectul de controlat și capetele jugului). Avantajul magnetizării cu jug (Fig.2.2.1) îl constituie faptul că nu curge curent prin obiectele de controlat și în acest caz se evita arsuri prin contacte imperfecte.

Fig.2.2.1 Jug de magnetizare cu acumulator

2.2.2 Magnetizare cu conductor parcurs de curent

Magnetizarea pieselor de controlat se produce prin câmpul conductorului parcurs de curent. Se indică preferențial acele imperfecțiuni care au direcția longitudinală la fel ca direcția căii de curent. Intensitatea magnetizării scade cu îndepărtarea față de conductor.

2.2.3 Magnetizare cu bobină

Această metodă constă în plasarea piesei de controlat cum ar fi piese zvelte de genul barelor, axelor sau țevilor, în interiorul bobinei ce este parcursă de un curent electric (Fig.2.2.3).

Fig.2.2.3 Magnetizare cu bobină parcursă de curent

Raportul dintre lungimea și diametrul piesei controlate în domeniu este 5≤L/D≤20. Producerea de regulă a unui câmp magnetic longitudinal permite detectarea imperfecțiunilor perpendiculare pe axă cu aproximativ ±30˚. Dacă raportul L/D este mic, atunci se recomandă folosirea pieselor polare ca prelungitoare prin care acest raport să se mărească.

În cazul pieselor lungi, câmpul magnetic este extins aproximativ 150-200 mm dincolo de barele bobinei, atunci controlul este executat progresiv pe porțiuni succesive, de aproximativ 400 mm.

2.2.4 Injecție în piesă

La această metodă se injectează toată piesa. La injecția parțială cu electrizi controlul este efectuat pe secțiuni (la controlul cusăturilor sudate).

Distribuția de câmp și cu intensitatea câmpului depind de tipul curentului, forma și dimensiunea piesei controlate, distanța între contacte de curent și intensitatea de curent. Pericolul arsurilor de contact din cauza intensității ridicate a curentului la injecția în piesă se poate reduce prin contacte ireproșabile cu presiunea de contact suficient de ridicată.

2.2.5 Injecție prin inducție

Un jug în care este injectat un câmp alternativ ce cuprinde obiectul controlat în formă de inel. Inelul închis formează o înfășurare secundară scurtcircuitată, care este formată în acest caz doar dintr-o spiră. Dacă bobina primară este parcursă de un curent, atunci conform legii inducției și în bobina secundară curge curent. Astfel se generează în obiectul de controlat un curent destul de ridicat, ne mai fiind necesare alte contacte de curent. Deoarece curentul curge în direcția circumferinței, se pot observa imperfecțiunile ce sunt orientate în direcția circumferinței (pe suprafețe exterioare, interioare și laterale).

2.2.6 Procedeu combinat

Dacă sunt aplicate minim două procedee de magnetizare simultan atunci înseamnă că avem un procedeu combinat. Acesta servește la punerea în evidență a imperfecțiunilor orientate aleatoriu cu un pas de control. Procedeele combinate au nevoie de folosirea curentului alternativ pentru cel puțin un tip de magnetizare.

O magnetizare corectă (suficientă) trebuie reglată. De aceea intensitatea tangențială de câmp magnetic Hₜ ce este dată în specificații trebuie verificată înaintea fiecărui control. Pentru acest lucru se folosesc aparate de măsură a intensității câmpului, ce indică direct valori ale intensității tangențiale de câmp.

Dacă se folosesc sonde Hall, acestea sunt așezate cu latura îngustă pe suprafață, deoarece suprafața cea mare a sondei trebuie pătrunsă de câmpul tangențial. Dacă sonda se rotește în jurul axei perpendiculare pe suprafață, atunci putem determina direcția câmpului în baza valorilor maxime. La controlul combinat, câmpurile trebuie măsurate separat succesiv.

2.3 Procedeul de demagnetizare

După fiecare control, piesa devine prin magnetizare un magnet permanent.Piesa își menține magnetizarea reziduală denumită magnetizare remanentă și provoacă perturbații în prelucrarea ulterioară a piesei dar și în exploatarea ei. Acestea pot fi perturbări funcționale ale aparatelor electromagnetice, mărirea vitezei de uzură , creșterea suscebilității la coroziune, etc.

Demagnetizarea se realizează de regulă prin instalațiile cu care s-a produs magnetizarea (Fig.2.3) folosindu-se în principal trei metode:

Demagnetizarea pieselor magnetizate longitudinal în curent continuu – acest lucru se efectuează foarte simplu, remagnetizând continuu cu câmpul contrar.

Demagnetizarea într-un câmp alternativ descrescător – această metodă se poate aplica doar în bobine de demagnetizare special deschise. Metoda este limitată la piesele de grosimi mici și mijlocii.

Inversarea succesivă a polarității în curent continuu și micșorarea până la zero – în cazul pieselor mari sau de grosimi relativ mari se lucrează cu frecvență micșorată. În acest scop se folosește un convertizor de frecvență plus un dispozitiv ce schimbă polaritatea prin comutarea succesivă a alimentării acelei bobinei de magnetizare.

Fig.2.3 Aparat de magnetizare și demagnetizare

Demagnetizarea locală se efectuează pe doua căi:

cu ajutorul unui jug magnetic portabil alimentat în curent alternativ, așezând astfel polii în contact cu suprafața piesei, după care retrăgându-i treptat de sub tensiune; întreruperea curentului se poate face doar după ieșirea completă a jugului din zona influenței piesei.

utilizarea cablurilor parcurse de curentul continuu,așezate pe suprafața piesei și aplicat, fie a unui câmp magnetic ce este egal și contrar celui de magnetizare sau prin reducerea treptată a curentului până la zero, concomitent cu inversarea sensului.

În întreprinderi controlul manual este efectuat într-un procentaj mare cu jug de curent alternativ , iar intensitatea de curent nu se reglează până la zero. De aceea se procedează astfel: se reduce intensitatea de câmp în zona de demagnetizare prin îndepărtarea jugului alimentar, adică jugul este tras încet peste suprafața domeniului de demagnetizat.

2.4 Bazele procedeului cu particule magnetice

Procedeul cu pulberi magnetice este un procedeu cu flux de scăpări, unde indicațiile provenite de la separația de material sunt constatate prin privirea suprafețelor de controlat. Perceptibilitatea vizuală depinde de diferența luminozității (constrast de luminanță) dintre indicație și câmpul înconjurător.

Pulberea magnetică să îndeplinească trei condiții generale:

să fie dintr-un material ce are permeabilitate ridicată și câmp coercitiv foarte mic (material feromagnetic moale);

în funcție de procedeul de aplicare trebuie să asigure o granulație corespunzătoare foarte omogenă;

asigurarea contrastului corespunzător pe suprafețele aplicate.

Particulele magnetice pentru defectoscopie sunt clasificate în funcție de:

Destinație:

pentru metoda uscată;

pentru metoda umedă.

Natura suportului magnetic:

cu suport magnetic pe baza pulberilor de fier;

cu suport magnetic pe baza pulberilor de oxizi de fier magnetici;

cu suport magnetic pe baza pulberilor de aliaje feromagnetice.

Culoare:

pulberi colorate (albe, roșii, galbene, negre și fluorescente de culori diferite);

pulberi necolorate peliculizate.

Granulație, care este dată de diametrul mediu al particulelor:

granulație fină, pentru fisurile fine dg = 1-15 µm, granulație specifică pulberilor fine;

granulație medie, pentru fisurile mai mari dg = 30-100 µm;

granulație grosieră, pentru piesele turnate și forjate dg = 100-300 µm, granulație specifică pulberilor uscate.

2.5 Proprietăți fototehnice ale particulelor magnetice

2.5.1 Particule magnetice nefluorescente

Culoarea acestor pulberi este de obicei brun-roșcată sau neagră. Indicațiile sunt greu de interpretat pe suprafețe gri și rugoase. În aces caz pe suprafețele de control este nevoie de pulverizarea unui strat de culoare albă pentru contrast. Stratul se aplicată uniform și subțire (≤ 40 µm), pentru a nu se reduce foarte mult sensibilitatea de control.

Pe suprafețele strălucitoare indicațiile negre se pot percepe bine. Reflexia de lumină îngreunează perceptibilitatea, iar atunci suprafața trebuie privită din poziții diferite. Perceptibilitatea depinde și de luminozitatea suprafeței, dacă este mai luminoasă suprafața aatunci condițiile de privire sunt mai bune. De aceea zona de ontrol trebuie suficient luminată iar intensitatea de iluminare să fie E≥ 500 lux.

2.5.2 Particule magnetice fluorescente

Pulberile fluorescente emit la iradierea ultravioletă, de obicei o lumina galben-verzuie (Fig.2.4.2). Cu zona de contact umbrită este obținut un contrast ridicat de luminanță între indicația strălucitoare și câmpul înconjurător întunecat.

Fig.2.4.2 Particule magnetice fluorescente

Pulberile magnetice fluorescente se folosesc adesea în instalații staționare deoarece este mai ușor de realizat o umbrire într-o cabină de control sau ceva asemănător.

Pentru producerea radiațiilor UV sunt folosite de obicei lămpile cu vapori de mercur cu presiune ridicată. Lumina vizibilă este separată printr-un filtru de sticlă neagră. Intensitatea radiației ultraviolet ce cade pe zona controlată se numește intensitate de iradiere și este măsurată în W/m². Pentru efectuarea controlului cu pulberi magnetice în general se cere ca în zona de control să fie intensitatea de iradiere Eₑ ≥ 5 W/m². Dacă această valoare nu este depășită, atunci intensitatea de iluminare E ar putea fi maxim 50 lux (E≤ 50 lux).

Pentru instalațiile nucleare sunt recomandate pentru zona de control o intensitate a iradierii Ee de minim 8 W/m². Maximul intensității de iradiere trebuie să fie în ambele cazuri la lungimea de undă λ= 365 nm. Intensitatea necesară iradierii este verificată la fața locului de către controlor cu ajutorul unui aparat de măsură a intensității de iradiere. Lămpile focalizate dau intensități de iradiere mai mari de 50 W/m² și din această cauză este admisă o luminozitate mai mare a mediului înconjurător.

2.5.3 Proprietățile particulelor magnetice

Proprietățile importante ale pulberilor magnetice pentru control sunt:

mărimea granulelor;

densitatea;

proprietăți magnetice;

culoare/flourescență.

Proprietatea importantă este mărimea granulelor. Cele mai adecvate pulberi magnetice pentru evidențierea fisurilor foarte fine sunt pulberile magnetice ce au diametrul mediu de granulă sub 8 µm. Dacă sensibilitatea cerută pentru evidențiere nu este foarte ridicată iar dacă este vorba de suprafețe rugoase, atunci sunt folosite pulberi magnetice grosiere, pentru a se mări contrastul.

2.5.4 Mărimea granulelor

Pulberea magnetică a căror particule au diametrul mai mare decât lățimea fisurii nu sunt cuprinse în totalitate de câmpul de dispersie. Din această cauză este nevoie de pulberi magnetice care să aibă granulație fină pentru a putea evidenția discontinuitățile fine de material. Pe o suprafață rugoasă acestea formează o indicație puternică de fond. În plus pulberi grosieri se formează cu proprietăți magnetice și optice mai bune.

Pulberi magnetice grosiere sunt folosite numai la controlul de semifabricate. Prin faptul că defectele fine admise sunt sau nu indicate, acestea ușurează aprecierea. Pulberile magnetice grosiere sunt menținute cu greu omogen în mediul purtător datorită vitezei ridicate de sedimentare.

La controlul uscat sunt folosite pulberi magnetice mai grosiere decât la controlul umed. La pulberi fine cu fracțiuni d ≤ 5 µm considerabile trebuiesc folosite echipamente de protecție a respirației deoarece există pericol de aspirație. La controlul umed nefluorescent sunt folosite deseori pulberi mai fine d ≤ 1µm.

2.5.5 Verificarea substanței de control

Proprietățile substanței de control poate fi foarte diferită și se poate schimba în timpul exploatării. La controlul pieselor de serie mare instalațiile staționare de control folosesc substanța de control în 2.mod repetat, adică folosesc un circuit cu pompă, astfel reducându-se fracțiunea de pulbere magnetic, murdărind substanța de control și distrugând pulberea magnetic fluorescent. din acest motiv calitatea substanței de controlat trebuie verificată și supravegheată current.

Perceptibilitatea indicațiilor depinde de următoarele mărimi:

Dimensiunile separării de material (adâncime, lățime);

Proprietățile obiectului controlat (starea suprafeței, proprietăți magnetice);

Procedeu de control (stropire, magnetizare);

Proprietățile substanței de control (mărimea granulei pulberii și fluorescență);

Acuitatea vizuală a operatorului.

2.6 Materiale utilizate la examinarea cu pulberi magnetice

Pulbere magnetică este o pulbere cu o anumită granulație, formată din material cu permeabilitate magnetică mare și remanentă mică. În mod normal sunt folosiți oxizi de fier feromagnetici.

Pulberea magnetică fluorescentă este o pulbere magnetică ale cărei granule sunt acoperite cu o peliculă fluorescentă. Contrastul față de fond este obținut prin diferența de strălucire la iluminarea cu ultraviolet (UV). În figura 2.6a, este prezntată o lampă UV portabilă, iar în figura 2.6b este prezentată o lampă UV staționară.

Fig.2.6a Lampă UV portabilă

Fig.2.6b Lampă UV staționară

Pulberea magnetică colorată este pulberea a cărei granule sunt colorate prin depunerea peliculei sau prin atacare chimică. Contrastul față de fond este obtinut prin diferența de culoare. (Fig.2.6)

Fig.2.6 Particule magnetice colorate

În funcție de modul de lucru a pulberii magnetice, metodele controlului pot fi :

metode uscate – pulberea este folosită în suspensie de aer;

metode umede – pulberea este folosită sub forma unui lichid magnetic.

Clasificarea standardizată a componentelor suspensiei magnetice este prezentată în tabelul2.6

2.6 Efectuarea controlului cu particule magnetice

Pentru controlul cu pulberi magnetice a piesei sau semifabricatului sunt necesare următoarele operații prezentate schematic mai jos:

Controalele trebuie să se efectueze conform regulilor, indicațiilor stabilite pentru piesă și specificațiilor. Mai jos este descrisă o desfășurare mai detaliată a unui control cu particule magnetice.

2.6.1 Verificarea condițiilor de vizibilitate

Controlul trebuie să asigure o intensitate foarte bună de iluminare și/sau iradiere, în zona unde se efectuează controlul.

2.6.2 Pregătirea suprafeței de control

Mișcarea particulelor magnetice pe suprafața piesei este influențată de mai mulți factori, printre care rugozitatea piesei, pelicule de grăsimi și apă, stratul de oxid. Sursele de contaminare

pot provoca false indicații îngreunând interpretarea rezultatului controlului. Înainte de parcurgerea operațiilor de control sursele de contaminare sunt îndepărtate prin prelucrare sau îndepărtare meanică, urmată de spălarea cu un detergent. Straturile de protecție electrochimică ori de vopsea nu pot influența practic sensibilitatea de examinare.

Între rugozitate, reproductibilitatea examinării și capacitatea de detectare există o relație de dependență directă. Cea mai bună sensibilitate de detecție o au suprafețele plane lustruite care pot ajunge la dimensiuni microscopice. În condiții obișnuite, rugozitatea suficientă și necesară pentru un control de rutină este Rₐ < 16 µm, corespunzând unei suprafețe finisate. Acesta este suficient pentru relevarea indicației de discontinuitate de aproximativ 1 mm.

În vederea măririi contrastului, înaintea aplicării pulberii se practică frecvent vopsirea suprafeței ce urmează să fie controlată cu o vopsea albă de nitrolac, diluându-se de 3:1, asigurând astfel o uscare rapidă.

La controlul fluorescent cu ulei, fluorescența albastră proprie a uleiului și grăsimii dau împreună cu fluorescența substanței de control nuanța de culoare alb murdar, îngreunând astfel controlul. De obicei o bună ștergere a suprafeței este de ajuns.

Dacă la control se folosesc se folosesc pulberi magnetice de culoare neagră, este recomandat să se pulverizeze pe suprafața controlată o culoare de fond. Controlul cusăturilor sudate necesită o polizare fără crestături pentru a îndepărta indicațiile aparente de fisuri.

2.6.3 Control vizual

Înaintea fiecărui control manual pentru fisurile de suprafață trebuie să se efectueze un control vizual într-o stare destul de curată. Controlul apreciază global imperfecțiunile grosolane pe suprafața de controlat și are grijă de crestături ori alte deformații, ce pot să ducă la indicații aparente de fisuri. Examinarea pieselor sunt realizate în lumină albă difuză, ce asigură o iluminare de minim 500 lux, iar în cazul folosirii pulberilor fluorescente lumina ultraviolet utilizată în spații slab iluminate este sub 50 lux.

Radiațiile ultraviolete sunt obținute cu ajutorul lămpii cu vapori de mercur. Densitatea luminoasă este roporțională cu intensitatea radiației ce se măsoară în W/m². Intensitatea minimă de iluminare trebuie să fie mai mare de 5 Wm², iar dacă lampa dispune de lupă, atunci ea trebuie să depășească 50 W/m².

Reguli referitoare la observarea vizuală și condițiile de control:

timpul pentru adaptarea controlului cu pulberi fluorescente în încăperi întunecate este de cel puțin 10 minute;

distanța examinării se recomandă să fie de 0,4 – 0,5 m;

capacitatea de adaptare la întuneric, menținerea acuității vizuale fără oboseală prematură, dar și sensibilitatea la strălucire trebuie să fie la nivele normale.

2.6.4 Verificarea substanței de control la fața locului

Sensibilitatea determinată pe corpul de testare poate fi transferat numai condiționat la obiectele de controlat. Astfel dând posibilitatea să se constate aptitudinea principală pentru sistemul de substanțe de control.

Verificarea proprietăților substanței de control nu este posibilă și nici nu este necesară la fața locului. Cele mai multe substanțe de control ce sunt din comerț au fost analizate înainte de producător ori un alt organism de control pentru verificarea aptitudinii ei.

2.6.5 Măsurarea zonei de control

Zona de control este determinată cu ajutorul valorilor intensității câmpului. În multe normative este stabilită delimitarea din exterior printr-o intensitate de câmp tangențial Ht ≥ 2 kA/m . Normativul pentru vasele sub presiune au prescrisă o a doua delimitare cu valori mari Ht ≤ 6,5 kA/m.

Însă suplimentar este necesar ca direcția câmpului magnetic să dea posibilitatea depistării definite de imperfecțiuni. Spre examplu la magneți cu jug aceasta se dă numai între poli și nu după poli în câmpul înconjurător. La poli devine efectivă și delimitarea ce depășește 6,5 kA/m.

2.6.6 Magnetizare și udare

De regulă se respectă următoarea succesiune:

așezarea sau prinderea în dispozitivul de magnetizare;

conectarea dispozitivului de magnetizare (verificare flux de curent);

udarea suprafeței de control magnetizată cu substanță de control;

post-magnetizare suficientă (> 2s);

deconectare (special la injecția de curent);

inspecție.

Acest proces se numește ,,pas de control”.

Pentru a cuprinde toate orientările de imperfecțiuni trebuie să fie controlat cu două direcții de magnetizare ce sunt aproximativ perpendiculare între ele. După fiecare magnetizare acesta trebuie inspectat. Întotdeauna sunt indicate imperfecțiunile cu acea orientarea paralelă cu traseele de curent, deoarece direcția de câmp magnetic este perpendiculară pe cea a fluxului de curent.

2.6.7 Interpretare

Interpretarea unei aglomerări de pulbere pe o zonă a piese indică posibilitatea existenței unei discontinuități. Interpretarea indicațiilor se face după amplasearea pe piesă, configurația lor, condițiile în care a fost exploatată (doar dacă este cazul) și tehnologia folosită la obtinerea piesei.

Indicația reprezintă orice aglomerare evidentă de pulbere magnetică. Indicațiile pot fi:

Indicație relevant – se poate asocia cu existența unei discontinuități. Aceasta poate fi:

– liniară, lungimea este mai mare față de triplul lățimii maxime;

– rotunjite, lungimea este mai mică față de triplul lățimii maxime.

Indicație nerelevantă – ce poate fi provocată de altă cauză decât cea a existenței unei discontinuități. În cele mai multe cazuri se datorează tehnicii de magnetizare incorecte sau a configurației geometrice a piesei.

Discontinuitățile ce pot apărea folosind metoda pulberilor magnetice sunt:

Discontinuități plane (suprapuneri, fisuri, nepătrunderi, stratificări etc) dau indicații cu aspect de linii întrerupte, punctate sau continue;

Discontinuități spațiale (sufluri, incluziuni etc) dau indicații circulare sau ovale;

2.6.8 Demagnetizare

Se realizează de obicei cu ajutorul instalațiilor cu care s-a produs magnetizarea, astfel folosindu-se trei metode:

Demagnetizarea pieselor magnetizate longitudinal, în curent continuu.

Demagnetizarea într-un câmp alternativ descrescător.

Demagnetizarea prin inversarea succesivă a polarității în curent continuu.

2.6.9 Curățirea finală

Urmele de suspensie magnetică sunt îndepărtate prin ștergere, cu ajutorul unei pânze curate. Se poate folosi de asemenea și un tampon textil îmbibat în solvent adecvat pentru îndepărtarea lichidului purtător.

CAPITOLUL III

CONTROLUL CU LICHIDE PENETRANTE

Controlul cu lichide penetrante evidențiază orice discontinuitate (imperfecțiune) de suprafață. Se aplică la orice material, formă și dimensiune a piesei, în condiții de hală sau șantier, pe suprafețele uscate, la temperaturi de peste 10~15˚C.

Controlul cu lichide penetrante fluorescente și colorate, reprezintă metoda cea mai răspândită de control a fisurilor suprafeței, doar atunci când piesa de controlat nu este feromagnetică. Metodele sunt corespunzătoare și la materialele nemetalice și la cele metalice.

Această metodă este ieftină, productivă, ușor de folosit și se pretează la controlul pe suprafețe mari. Rezultatele sunt imediate, concludente și ușor de interpretat. Indicațiile care provin de la discontinuități sunt mărite de câteva ori prin absorția penetrantului.

Metoda controlului cu lichide penetrante evidențiază discontinuități deschise la suprafață, cum ar fi: pori, fisuri, crăpături, sufluri deschise, rupturi, stratificări. (Fig.3.1)

Fig.3.1 Discontinuități deschise la suprafață

În practică sunt folosite frecvent două metode de bază pentru examinarea cu lichide penetrante:

Metoda colorării, unde penetrantul este un lichid colorat (mai tot timpul roșu), observarea se face la lumină albă, obișnuită. Indicațiile de defect apar ca niște pete de culoare roșie pe un fond alb al developantului.

Metoda fluorescenței, unde penetrantul este un lichid fluorescent și observarea se face la lumina ultraviolet, în cameră întunecată. Indicațiile defectelor apar ca pete luminoase (în mod obișnuit galben-verzui), pe un fond închis al developantului (de obicei de culoare indigo, datorită folosirii unui filtru la lampa radiației ultraviolet). Examinarea prin metoda fluorescenței are o sensibilitate mai mare decât metoda colorării.

3.1 Sisteme de substanțe de examinare

3.1.1 Privire de ansamblu

Sistemul de substanțe de examinare pentru folosirea în controlul cu lichide penetrante reprezintă o combinație a următoarelor substanțe pentru examinat:

Lichid penetrant;

Curățitor intermediar;

Developant.

Sunt folosite doar sisteme de penetrare admise ce au modele controlate. În tabelul 3.1 este prezentate sistemul de substanțe de examinare (lichidul penetrant, curățitorul intermediar și developantul).

Tabelul 3.1

Câmpurile colorate sunt sistemele de substanțe de examinare ce sunt folosite cel mai des:

Câmpurile albastre pentru lichide penetrante fluorescente;

Câmpurile roșii pentru lichide penetrante colorate.

3.1.2 Lichide penetrante

Hidrocarburile solubile în apă sau uleiurile minerale sunt substanțele de bază a majorității lichidelor penetrante. Acestora le sunt adăugate pigmenți și adaosuri tensioactive. Cei mai uzuali pigmenți sunt cei roșii, albaștri sau verzi, însă mai sunt uzuali și pigmenții ce emit lumină fluorescentă sub radiații ultraviolete, astfel devenind vizibili.

Adaosurile tensioactive determină o ridicată capacitate de umectare. Umectabilitatea bună este factorul hotărâtor pentru efectuarea controlului.

Lichidele penetrante sunt de trei tipuri:

Lichid penetrant fluorescent de tip I, ce este vizibil numai sub radiații UV-A;

Lichid penetrant colorat de tip II, cu pigment vizibil la lumina zilei;

Lichid penetrant colorat fluorescent de tip III, posedă ambele proprietăți ceea ce înseamnă că sunt vizibile sub radiație UV-A și la lumina zilei.

3.1.3 Curățitor intermediar

Curățitoarele intermediare trebuie să poată îndepărta de pe suprafață lichidul penetrant fără a spăla lichidul penetrant ce se află în imperfecțiuni. Acest process trebuie efectuat cu mare grijă. Soluțiile folosite pentru aces process sunt:

Apă – în mod normal se folosește apă de la robinet, iar în cazuri special se folosește apă desărată sau fără clor. Ca și curățitor indermediar apa este folosită doar la lichidele penetrante ce sunt solubile în apă.

Emulgator lipofil – la lichidele penetrante post-emulsionabile, emulgatorul este aplicat într-un pas de lucru separat, determinând solubilitatea lichidului penetrant în apă. După care se spală lichidul penetrant cu apă.

Solvent (fază lichidă) – lichide organice cu efect intensiv de curățare.

Emulgator hidrofil – la curățirea intermediară cu ajutorul emulgatorului hidrofil de obicei piesa este prespălată cu apă. Restul lichidului rămas devine solubil în apă.

Apă și solvent- se poate face curățirea intermediară prima oaraă cu apă și apoi cu solvent.

3.1.4 Developant

Pulberile cu granulație fină (carbonați, silicați) sunt folosiți ca developant. Se folosesc în formă uscată cât și în lichide purtătoare (solvent ori apă). Sarcina developantului este:

-să absoarbă lichidul penetrant;

-să facă imperfecțiunile vizibile prin mărirea contrastului.

Există cinci tipuri de developant:

Developant uscat- la acest developant aplicarea pulberii se face fără adăugarea unei substanțe purtătoare. Acesta se adaugă direct pe suprafața de examinat.

Developant umed pe bază de apă (solubil)- apa este folosită ca și lichid purtător. Din această cauză este nevoie de o uscare (ex. într-un cuptor). În acest caz developantul trebuie dizolvat în apă.

Developant umed pe bază de apă (suspendat)- și în acest caz este folosită apa ca lichid purtător și de aceea este nevoie de o uscare. Distribuirea developantului se face în apă în formă foarte fină.

Developant umed pe bază de solvent- acest developant folosește un lichid purtător în care developantul plutește. Lichidul purtător este un solvent. Evaporarea lichidului purtător dă posibilitatea developantului să se usuce rapid.

Developant umed pe bază de solvent sau apă pentru aplicații speciale- acest developant special după evaporarea apei sau a solventului dă un film solid continuu, unde se inserează lichidul penetrant și se fixează indicația.

3.2. Proprietățile substanțelor de examinare

Premiza pentru succesul unei examinări cu lichide penetrante o reprezintă capacitatea lichidului penetrant, formând pe suprafața de control care a fost curățată în prealabil un film de lichid durabil, continuu, adică să umecteze suprafața.

Mărimile fizice care au un rol la umectarea unei suprafețe, sunt explicate cel mai bine în baza picăturii de lichid pe suprafața orizontală. Consistența internă a picăturii este ajutată de tensiunea superficială a lichidului (coeziune).

Forțele de atracție (adeziune) nu apar decât între părțile componente (molecule) ale lichidului, ele apar și pe suprafața limită dintre lichid și suprafața de corp solid. Dacă forța exercitată asupra moleculei de lichid (coeziune) este redusă, înseamnă că lichidul se întinde complet peste suprafața corpului solid.

1. Umectabilitatea

Caracteristica unei umectabilități bune a suprafeței corpului solid o reprezintă unghiul marginal mic. Unghiul marginal este unghiul format din suprafața corpului solid și tangenta aflată la suprafața picăturii, în punctul de contact dintre aer, corp solid și lichid.

Coeziunea mare a lichidului (ex. apa) și adeziunea redusă dintre lichid și corp solid, înseamnă un unghi marginal mai mare de 90˚, deci o umectabilitate scăzută. (Fig.3.2.1)

Coeziunea medie și adeziunea medie între un corp solid și lichid reprezintă unghiuri marginale medii (<90˚) deci o umectabilitate încă bună. (Fig.3.2.1)

Coeziunea redusă a lichidului și adeziunea mare între lichid și corpul solid reprezintă unghi marginal foarte mic (<90˚) deci o umectabilitate bună. (Fig.3.2.1)

Fig.3.2.1 Unghi marginal α foarte mic

Se cunoaște din practica de examinare faptul că umectabilitatea lichidelor de penetrare este influențată de material și de starea suprafeței acestuia, atât cât și de curățenia suprafeței de examinat. Extinderea picăturii de lichid penetrant depinde foarte mulr de acești parametri.

2. Capilaritate

Reprezintă capacitatea unor lichide de a pătrundere în fisuri și în cavități mici. În crăpături înguste și țevi, lichidul urcă în baza capilarității peste nivelul lichidului. Acesta este motivul pentru care lichidele penetrante urcă singure în cele mai fine separări ale materialului împotriva forței gravitaționale. (Fig.3.2.2)

Fig.3.2.2 Capilaritate

Prin cavitate mică înțelegem acea cavitate a cărei dimensiune minimă are la suprafața piesei examinate o dimensiune capilară. Știind această caracteristică, discontinuitățile care pot fi puse în evidență prin metodele de examinare sunt împărțite în următoarele grupe:

discontinuități mici, unde dimensiunile după trei direcții au același ordin de mărime (de dimensiuni capilare);

discontinuități tubulare, au dimensiune de mărime capilară după două direcții, însă cea de-a treia are o dimensiune mult mai mare;

discontinuități de tipul crăpăturilor, fisurilor, stratificărilor, unde o dimensiune este capilară și celelalte doua sunt mult mai mari.

Forța capilară Fⅽ, care determină pătrunderea de lichid în cavități este dată de relația:

Fc=σ·L·cosθ

unde: σ- coeficient de tensiune superficială;

L- lungimea conturului unde acționează forța capilară;

θ- unghiul de umectare.

Coeficientul de tensiune superficială σ,depinde atât de natura lichidului cât și de temperatură. Valoarea unghiului de umectare θ, depinde de natura lichidului dar și de cea a solidului cu care intră în contact și este influențată într-o măsură foarte mică de mediul gazos în care este aflat asamblul lor. Ea este puternic influențată de impuritățile aflate pe suprafața discontinuității.

3.3. Principiul procedeului – Desfășurarea schematică a procedeului:

durată de penetrare durată de penetrare durată de penetrare

Controlul cu lichide penetrante constă în folosirea unui lichid cu bune calități pe suprafața supusă controlului de a penetra discontinuitățile superficiale și punerea în evidență a acestora cu ajutorul unui developant.

Fig.3.3. Principiul controlului cu lichide penetrante

curățarea suprafeței;

aplicarea penetrantului și infiltrarea în discontinuitate;

îndepărtarea excesului de penetrant;

aplicarea developantului și absorția penetrantului.

3.3.1. Pregătirea și curățarea prealabilă

Această primă operație este importantă pentru reușita examinării și are ca scop îndepărtarea oxizilor, murdăriei și în special îndepărtarea substanțelor grase de pe suprafață, astfel asigurând pătrunderea penetrantului în cavitățile discontinuităților. Metodele de curățire folosite care nu conduc la obturarea discontinuităților sunt:

spălarea cu apă, de preferat caldă;

curățarea mecanică (perie de sârmă moale);

spălarea cu solvenți organici (acetonă, benzen, benzină ușoară);

spălarea cu soluții de detergent.

Piesele de examinat în stadiul final al curățirii trebuie sa fie uscate temeinic astfel încât apa sau solvenții să nu rămână în discontinuități. Există anumiți factori legați de starea suprafeței ce pot influența negativ rezultatele finale examinării cu lichide penetrante. Acestea sunt prezentate în tabelul de mai jos:

Tabelul 3.2

3.3.2. Aplicarea penetrantului

Aplicarea pe suprafața controlată a penetrantului se poate face prin: stropire, pensulare, imersie sau pulverizare. În figura 3.3.2 avem o aplicare a penetrantului prin pulverizare.

Fig.3.3.2 Aplicarea penetrantului prin pulverizare

Stratul de penetrare este depus uniform într-un strat subțire, după care este menținut un timp deoarece lichidul trebuie să poată pătrunde cât mai bine în cavitatea discontinuităților. Ca și durată de penetrare aceasta trebuie să fie cel puțin egală ca și durata folosită la determinarea sensibilității. Nu este indicat ca penetrantul să se usuce din cauza duratei prea mari în discontinuități.

Temperatura suprafeței pe care se aplică penetrantul să fie între 10˚C și 50˚C, deoarece trebuie redusă intrarea umezelii în discontinuități. În cazurile speciale temperatura se poate reduce până la 5˚C.

3.3.3. Îndepărtarea excesului de penetrant

După ce timpul de penetrare s-a scurs, excesul de penetrant de pe suprafața de controlat este înlăturat cât mai bine, astfel încât să rămână penetrant doat în cavitățile discontinuităților. Excesul de penetrant este înlăturat prin diferite modalități. Acestea depind de natura agenților intermediari (solvenți) care se folosesc pentru îndepărtarea lui.

Dacă penetrantul este solubil în apă, atunci excesul de penetrant se îndepărtează prin clătire sau stropire cu jet de apă la o temperatură cuprinsă între 10 și 40˚C, cu o presiune mai mică de 2,5 bar la un unghi mai mic de 30˚ față de suprafață și ștergerea cu tampoane fără scame din materiale textile.

Penetrantul solubil în solvent organic este îndepărtat în doua etape:

este îndepărtat cât se poate de mult penetrant cu ajutorul unei pânze curate, fără scame și uscată prin ștergerea suprafeței;

ștergerea cu un tampon îmbibat foarte puțin în solvent, după care cu un tampon uscat.

Penetranții postemulsionabili sunt îndepărtați prin clătirea cu apă, după ce se aplică un emulgator. Acesta poate fi de doua feluri:

emulgator hidrofil, adică diluabil în apă;

emulgator lipofil, adică pe bază de ulei.

3.3.4. Uscarea suprafeței

Imediat după ce excesul de penetrant a fost îndepărtat, suprafața supusă examinării va fi uscată cu ajutorul unui procedeu sau chiar cu o combinație de procedee enumerate mai jos:

uscarea în curent de aer;

uscarea la temperatură mărită;

prin evaporarea la o temperatură amiabilă după imersarea în apă fierbinte (maxim 50˚C);

prin ștergerea cu o cârpă uscată, curată și care nu lasă scame.

Dacă se folosește aer comprimat, acesta trebuie să fie lipsit de apă și de ulei iar presiunea pe suprafața de examinat trebuie să fie cât de posibil scăzută. Procesul de uscare al suprafeței examinate trebuie efectuat astfel încât să impiedice uscarea lichidului penetrant în imperfecțiunile de suprafață.

3.3.5. Aplicarea developantului

Developantul se aplică într-un strat subțire și uniform (Fig.3.3.5) pe toată suprafața de examinat, capabil să extragă penetrantul rămas în cavitățile discontinuităților după îndepărtarea excesului de penetrant. După ce a fost aplicat developantul, suprafața examinată trebuie uscată prin evaporare natural sau prin evaporare forțată.

Fig.3.3.5 Aplicarea developantului prin pulverizare

Durata developării începe imediat după ce suprafața s-a uscat. Aceasta poate să fie cuprinsă intre 10 și 30 de minute. Există și anumiți factori care ar putea influența negativ datele examinării cu lichide penetrante. Acești factori sunt prezentați în tabelul 3.3 de mai jos:

3.3.6. Examinarea suprafeței

Suprafețele controlate cu penetranți fluorescenți sunt examinate în incinte slab luminate sau întunecate, folosindu-se lămpi cu radiații ultraviolet. Înainte de examinare, ochiul operatorului trebuie să se acomodeze cu lumina mediului ambient. Acest proces durează minim 5 minute. Iluminarea suprafeței examinate se efectuează astfel încât fascicolul de lumină să nu depășească cu 30˚formarea unghiului cu normal la suprafață. Iluminarea efectuându-se astfel încât să nu formeze umbre sau anumite reflexii de pe suprafața controlată.

Suprafețele controlate cu penetranți colorați sunt examinate la lumina naturală sau la lumina artificială, astfel încât se asigură o iluminare adecvată pentru analiza discontinuităților. Cantitatea de penetrant prezentă pe fondul developantului indică existența unor discontinuități. Din mărimea indicației nu se trag concluzii cu privire la adâncimea discontinuitților.

În cazul apariției unei indicații nerelevante acea zonă se supune din nou examinării, respectându-se toate fazele.

3.3.7. Interpretarea rezultatelor

Prezența cantității evidente de penetrant pe fondul developantului poartă numele de indicație. Ea poate fi:

O pată de culoare roșie pe un fond alb-la metoda colorării;

O pată luminoasă (de obicei galben sau galben-verzui) pe un fond închis al developantului (de obicei având culoarea indigo, ca urmare a folosirii filtrului indigo-violet la lampa de radiație ultraviolete) la examinarea prin metoda flourescenței.

Indicațiile pot fi în funcție de concludența lor:

indicație relevantă sau concludentă, ce se poate asocia cu prezența unei discontinuități;

indicație nerelevantă sau neconcludentă, care este provocată din altă cauză decât prezența unei discontinuități, adesea fiind datorată unei tehnici operatorii incorecte;

indicație falsă, ce se datorează configurației geometrice a suprafețelor, oxizilor, crustelor, etc.

În afara petelor de culoare ori lumină clare, sunt considerate ca fiind indicații cu tente de culoare, ce reprezintă pete difuze pe o suprafață destul de întinsă a suprafeței (cum ar fi, cele provenite de la grupări de pori mici).

Orice laborator ce efectuează examinări cu lichide penetrante deține un registru de evidență ce va cuprinde următoarele date: data examinării; comanda internă; produs; subansamblu; tipul lichidului penetrant utilizat și fabricantul; numar de buletin emis.

3.3.8. Curățarea finală

Suprafața examinată este curățată de developant și de penetrant prin spălare cu apă ori ștergere cu solvent, imediat ce procesul de examinare s-a terminat. Necasitatea curățării finale este justificată pentu că produsele penetrante pot interfera cu procesul următor sau cu condițiile de utilizare. După curățarea finală se poate impune aplicarea unei protecții adecvate împotriva coroziuni.

CAPITOLUL IV

CONTROLUL CU ULTRASUNETE

Una din cele mai importante aplicații ale ultrasunetelor o reprezintă defectoscopia ultrasonoră, ce a fost descoperită în anul 1924 de către savantul sovietic S.S. Socolov. Aplicarea ultrasuntelor în defectoscopie se bazează pe marea putere de pătrundere a ultrasuntelor în metale.

Metoda prezintă avantajul găsirii defectelor în profunzime datorită unei rezoluții ridicate, dar este lentă datorită necesității multiple de scanare a piesei. Deseori este necesară executarea controlului și pe celelalte suprafețe ale piesei examinate. Metoda de inspecție prin ultrasunete este foarte sensibilă la a detecta defecte netede.

Ultrasunetele reprezintă unde elastice a căror frecvență este superioară frecvenței maxime auzibile de urechea omenească, adică 20.000 Hz. Importanța practică a ultrasunetelor este legată de lungimea de undă mică a acestora. Din această cauză ultrasuntele pot fi emise și se propagă ca și razele de lumină sub formă de fascicule, spre deosebire de sunetele obișnuite care se împrăștie în toate direcțiile.

Ultrasunetele suferă reflexia și refrecția la suprafața de separare a două medii diferite la fel ca undele luminoase. Folosind acest fenomen au fost construite oglinzi concave sau lentile speciale care să concentreze într-un punct fascicule de ultrasunete. Proprietățile ultrasunetelor permit folosirea lor într-o mare varietate de aplicații practice.

Procesele tehnologice în care ultrasunetele se folosesc sunt: spălarea, curățarea, uscarea sau sudarea unor corpuri și de asemenea pentru prelucrarea unor piese. Însă cel mai folosite sunt în defectoscopia ultrasonoră. Controlul ultrasonor permite stabilirea unor defecte (fisuri, goluri) în interiorul piesei metalice masive.

Ultrasunetele se pot produce prin mai multe procedee, cum ar fi procedee mecanice, electrice și altele.

Procedee mecanice- Generatoarele ultrasonice mecanice transformă energia mecanică în energie ultrasonică.

Procedee electrice- acest procedee au la bază transformarea oscilațiilor electrice în unde ultrasonore. Prin procedee electrice sunt generate unde ultrasonore prin următoarele moduri: piezoelectric, magnetostrictiv și electromagnetic.

Dintre mijloacele de producere a ultrasunetelor singurele folosite în prezent sunt oscilatorii cu magnetostricțiune și oscilatorii piezoelectrici.

4.1 Tipuri de unde

Sunetul ca și ultrasunetul este o vibrație mecanică a particulelor mediului în jurul unor poziții de echilibru. Moleculele sau particulele constituente (grupurile de atomi, ioni) ale unui corp solid cristalin sau amorf oscilează sub acțiunea unor forțe intermoleculare de atracție și respingere. În orice moment între particulele corpului solid există forțe de respingere și de atracție, fiecare particulă fiind supusă acțiunii unei forțe rezultate a tuturor particulelor vecine. (poză)

Într-un astfel de solid avem întrunite condițiile pentru generarea și transmiterea diferitelor tipuri de unde ultrasonice. Aceste unde sunt:

Unde longitudinale (Fig.4.1) (modul de propagare longitudinal)- aceste unde produc compresii și rarefieri succesive de-a lungul direcției de propagare în fluide. În solide produc eforturi alternative de întindere și de comprimare. Sunt unde la care direcția de oscilație a particulei este paralelă cu direcția de propagare a undei. Particulele materiale osilează în jurul poziției de echilibru.

Fig.4.1 Unde longitudinale

Unde transversale (Fig.4.2) (modul de propagare transversal)- la acest tip de unde ultrasonice vibrația particulelor mediului se face liniar dar perpendicular pe direcția de propagare a frontului de undă. Aceste unde se mai numesc și de alunecare și se formează numai în solide.

Fig.4.2 Unde transversale

c) Unde de torsiune- în bare, la torsiune se pot propaga și unde de răsucire asemănătoare cu cele transversale la aceste unde traiectoria particulelor mediului este circulară într-un plan perpendicular pe direcția de propagare a frontului de undă.

d) Unde Lamb (Fig.4.3) sau unde de placă- apar în plăci în locul undelor transversale când grosimea plăcii este comparabilă cu lungimea de undă a undelor ultrasonore și a căror direcție de oscilație este paralelă la suprafața corpului.

Fig.4.3 Unde Lamb

e) Unde Rayleigh- reprezintă undele care se propagă la suprafața mediului elastic fără a pătrunde în interiorul lui. Undele de suprafață sunt unde bidimensionale și atenuarea lor este mai mică decât a undelor longitudinale sau transversale. Undele de suprafață apar la suprafața de separație lichid-solid sau solid-solid.

4.2 Generarea și recepția ultrasunetelor

Cel mai utilizat procedeu în generarea ultrasunetelor este procedeul electric, procedeu ce se folosește de efectul piezoelectric. Acesta constă în apariția unei diferențe de potențial electric, apărut la capetele unui element piezoelectric, atunci când se acționează asupra lui cu o forță mecanică de compresie. Cele mai utilizate materiale piezoelectrice sunt: cuarțul și turmelina. În present sunt utilizate materialele ceramice ca, titanatul de bariu (BaTiO3), niobatul de plumb (PbNbO6) și zirconatul de plumb (PTZ).

Aceste materiale piezoelectrice intră în componența traductorilor (palpatorilor) ce sunt responsabili de generarea ultrasunetelor în material. Un echipament complet folosit în defectoscopie este format din aparatul ce generează ultrasunetele, le amplifică și le redă pe un ecran, un cablu de transmitere a semnalului electric și palpatorul în alcătuirea căruia intră materialul piezoelectric (Fig.4.4).

Fig.4.4 Aparat inspecție cu ultrasunet (USM 35X, cablu electric și palpator)

La examinarea cu ultrasunete sunt utilizate următoarele tipuri de traductori:

normali (0˚ folosit în general pentru determinarea grosimilor sau la descoperirea defectelor de laminare în material);

unghiulari (înclinați, în general apar sub trei unghiuri 45˚, 60˚ și 70˚, fiind folosiți în metoda de control manuală cu ultrasunete pentru detectarea defectelor la îmbinările sudate);

cu unghi variabil (sunt mai rar folosite în practică, având același rol ca și cele unghiulare);

dublu cristal E-R (folosit la determinarea grosimilor deoarece are o precizie mai bună decât cel normal de 0˚);

focalizați (utilizați în controlul automat cu ultrasunete);

multipli.

Pentru ca palpatorii să transmită ultrasunete în piesă este necesar generatorul de unde. Acesta este un aparat digital ce are trei funcții, prima este de a genera o tensiune electrică spre palpator pentru ca acesta să o transforme în ultrasunete, a doua de a recepționa semnalul de întoarcere a ultrasunetelor în momentul în care acestea întâlnesc marginea piesei sau un defect, iar cea de-a treia funcție are rolul de a afișa pe un ecran digital semnalele recepționate din piesă.

4.3 Efectuarea controlului cu ultrasunete

Pentru controlul cu ultrasunete sunt necesare următoarele operații prezentate schematic mai jos:

4.3.1 Pregătirea suprafeței de inspecție

Suprafața inspectată trebuie să fie fără vopsea, rugină sau alte substanțe ce pot influența inspecția.Înainte de control trebuie curățată mecanic suprafața pe o lungime egală cu lungimea cordonului de sudură inspectat, iar lățimea suprafeței curățate trebuie calculată în funcție de distanța necesară pentru a obține o inspecție pe toată grosimea materialului. În general acest calcul se aplică la controlul cu palpatori unghiulari.

Metode de pregătire a suprafeței pentru examinare sunt următoarele:

-sablarea (cu jet de nisip) pentru suprafețele ruginite;

-arderea pentru acoperirile cu strat de vopsea;

-curățirea cu perii rotative din fire de oțel pe suprafețe forjate sau laminate la cald.

-polizarea cu discuri de șmirghel pe suport de pânză.

4.3.2 Calibrarea aparatului

Acest pas este unul foarte important deoarece o bună calibrare va genera o interpretare corectă a defectelor atunci când discutăm de mărimea, poziția și adâncimea lor. Calibrarea poate fi făcută doar cu ajutorul blocurilor de calibrare. În practică se întâlnesc două blocuri de calibrare, V1 (Fig.4.3.2 a) și V2 (Fig.4.3.2 b).

Fig.4.3.2 a) Bloc calibrare V1 Fig.4.3.2 b) Bloc calibrare V2

Cele două blocuri au rolul de a ajuta operatorul în a calcula unghiul de emisie al razei transmise, viteza ultrasunetelor în material și punctul corect de emisie din palpator al ultrasunetului. Atât pentru detectarea grosimilor cât și pentru inspecția sudurilor se vor folosii unu din cele două blocuri de calibrare. Singura diferență o face faptul că la inspecția sudurilor este nevoie de un al doilea bloc de calibrare făcut din același material de bază ca cel inspectat. Cu ajutorul lui operatorul își va desena pe ecranul aparetului o curbă de amplitudine numită și curba DAC (Fig.4.3.2). Această curbă va fi realizată datorită unor defecte induse în blocul de calibrare, defecte ce au o mărime cunoscută.

Fig.4.3.2 Curba DAC

4.3.3 Aplicarea cuplantului

Pentru asigurarea continuității în practică se folosește un așa numit mediu de cuplare, căruia îi revine rolul de a elimina aerul existent pe suprafața piesei, care vine în contact cu traductorul. Mediul de cuplare sau cuplantul nu se folosește în nici un caz în scopul înlăturării uzurii palpatorului cum greșit se mai vehiculează ideea. Mediul de cuplare se prezintă fie sub formă lichidă, fie semilichidă pastă sau chiar în unele cazuri, aproape solid.

Astfel, mediile de cuplare cele mai des folosite în practică sunt: apa, uleiul, vaselina, cleiul de piele sau cleiul de oase, amestecul de glicerină-apă, sirop de zahăr în amestec cu miere de albine etc. Cuplantul se aplică de cele mai multe ori cu o pensulă.

Un foarte bun mediu de cuplare este mercurul, care transmite cel mai bine energia ultrasonoră, însă toxicitatea acestuia ridică dificultăți în utilizare fără să mai amintim că prețul destul de ridicat nu-l recomandă din punct de vedere economic.

4.3.4 Inspecția piesei

În cazul inspecției de laminare controlul se face pe toată suprafața plăcii și se va urmării atât grosimea materialului, să fie constantă cât și apariția defectelor în material. În general se va poziționa pe ecranul aparatului două semnale provenite de la ecoul inițial și marginea de jos a piesei. În cazul unui defect în piesă, cel de al doilea ecou (semnal) va dispărea sau se va micșora ca intensitate, între ele făcându-și apariția un alt semnal ce ne va da adâncimea indicației (Fig.4.3.4). Acest control se realizează folosind palpatorul de 0˚ cu un cristal sau dublu cristal.

Fig.4.3.4 Detectarea defectelor de laminare

La inspecția îmbinărilor sudate se vor folosii palpatorii unghiulari (45˚ 60˚ 70˚) și piesa se va inspecta pe toată suprafața cordonului de sudură, de-o parte și alta a lui. Se va îndepărta palpatorul de sudură atât cât este nevoie pentru a se obține o a treia reflexie pe display-ul aparatului. În cazul în care se întâlnesc indicații, ele se vor analiza cu atenție, rotind și orbitând palpatorul în dreptul indicației pentru a se determina tipul defectului.

4.3.5 Interpretarea defectelor

La detectarea unor indicații, operatorul va analiza cu precizie zona determinând și notând adâncimea indicației, poziția ei și mărimea. Totodată se va încerca și determinarea tipului de indicație (lipsă de fuziune, defect de laminare, porozități, fisuri etc.). Operatorul trebuie să ia în considerare cel mai rău caz posibil, dacă un defect este determinat cu toate cele trei palpatoare.

4.3.6 Marcarea defectelor

Orice defect descoperit se va marca pe piesă și se va prezenta totodată un raport al inspecției în care vor fi trecute detaliile tuturor indicațiilor, cât și dacă aceste indicații sunt acceptate sau rejectate în funcție de criteriile de acceptare folosite de operator.

Controlul manual cu ultrasunete se va face în totdeauna respectând anumite proceduri. Ele vor fi semnate și acceptate de cei îndreptățiți în domeniu.

Cu toate că este o metodă de control nedistructiv complexă și în care este nevoie de personal specializat și mult mai bine pregătit decât în celelalte metode, controlul cu ultrasunete are marele avantaj de a prezenta o evaluare precisă a indicației atât la suprafața piesei cât și în interiorul ei.

CAPITOLUL V

DETECTARE IMPERFECȚIUNILOR DE SUPRAFAȚĂ A PIESELOR METALICE PRIN CONTROLUL CU

LICHIDE PENETRANTE

Pentru această lucrare, partea experimentală, a fost reprezentată prin controlul cu lichide penetrante a două piese de laborator Piesa A (Fig.5.1) și Piesa B (Fig.5.2). Piesele sunt din oțel și au urmatoarele dimensiuni:

Piesa A- lungime= 160 mm

lățime= 40 mm

grosime= 29 mm

Fig.5.1 Piesa A

Piesa B- lungime= 80 mm

lățime= 80 mm

grosime= 20 mm

Fig.5.2 Piesa B

Piesele au fost controlate pe toate fețele în încercarea de a descoperii toate defectele de suprafață vizibile cu metoda de lichide penetrante. Fețele au fost notate cu indicative de la 1 la 6.

Pentru această metodă m-am folosit de următoarele materiale (Fig.5.3):

Fig.5.3 Materiale pentru inspecția cu lichide penetrante

manuși din latex- folosite pentru protecție impotriva substanțelor chimice din spray-uri;

materiale textile și șervețele- pentru îndepărtarea impurităților și a excesului de penetrant;

rigla milimetrică- pentru determinarea diferitelor lungimi;

spray-uri- folosite la metoda lichidelor penetrante (Fig.5.4 a. b. c.)

Fig.5.4 a. solvent de curatare FLUXO S190 Fig.5.4. b.penetrant FLUXO P125

Fig.5.4. c. developant FLUXO R175

Piesa A

Piesa B

CONCLUZII

Partea practică efectuată cu metoda lichidelor penetrante a demonstrat eficacitatea acestui tip de inspecție, evidențiind defecte de suprafață (deschise la suprafață). Datorită contrastului alb-roșu nu există dubii privind prezența acestora, oricine cu o acuitate vizuală normală fiind în măsură a le repera. Este de apreciat faptul că aplicarea acestei metode este posibilă și pentru materialele non-feromagnetice, deci nu este limitată ca în cazul controlului cu pulberi magnetice. Rămâne de apreciat și faptul că tehnica folosită de mine în această lucrare se prezintă cu cheltuieli mici în comparația cu metodele mult mai costisitoare prezentate în lucrarea de față. Aș adăuga și faptul că alegerea acestui tip de controlde suprafață se dovedește a fi foarte practic, inspectorul nefiind limitat de accesul la curent electric sau alte necesități.

Totuși limitele acestei metode se observă în două ipostaze. O primă ipostază o reprezintă faptul că inspecția nu se efectuează în profunzimea materialului, ceea ce ne poate conduce la ideea că este nevoie alături de tehnica lichidelor penetrante și de o altă metodă ce privește în profunzime piesa de studiat. Acest lucru se aplică în momentul în care se dorește o inspecție completă. Cea de-a doua ipostază ce ne prezintă o altă limitare a metodei se observă în momentul în care se poate considera că o indicație deschisă la suprafață poate fi interpretată greșit privind adâncimea sa dacă anumite particule (mizerie, rugină, etc.) blochează accesul penetrantului până la adăncimea maximă a indicației. O atenție sporită trebuie acordată etapei de înlăturare a excesului de penetrant pentru ca acesta să nu fie eliminat din anumite discontinuități.

BIBLIOGRAFIE

1. Petculescu Petre, Examinarea nedistructivã a materialelor, Ovidius University Press, 1997

2. Mason W.P., Physical Acoustics,vol.II part. B, Academic Press, 1965

3. Petculescu Petre, Metode experimentale în fizica acusticã, Ovidius University Press, 1999

4. Gheroghe Amza, Alexandrina Mihai, Victor Popovici, Gabriel Jiga, Aurel Răduță, Viorel Goanta, Metode moderne de detectare a defectelor, București, 2011

5. http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/camp-magnetic647152111.php

6. SAFTA V.I., Defectoscopie nedistructivă industrială, E.T., București 2001

7. http://camp-electromagnetic.infarom.ro/fundamente.html

8. Mihai, A., s.a, Introducere în defectoscopia nedistructivă, Ed. Printech, București 2008

9. http://ndt.ro/overview.html

10. http://www.phys.ubbcluj.ro/~daniel.andreica/pdf/NDT/PDF-MN-INSPECTIA%20CU%20 PARTICULE%20MAGNETICE.pdf

11. Voicu, M., Mihai, A., s.a. Examinarea cu lichide penetrante, Ed. Printech, București 2008

12. http://www.phys.ubbcluj.ro/~daniel.andreica/pdf/NDT/PDF-MN-INTRODUCERE.pdf

13. http://www.sigmaautomotive.ro/inspectii-si-control-calitativ-vizual-p9

14. https://ro.wikipedia.org

15. http://www.solutiicnd.ro/blog/controlul-nedistructiv-cu-ultrasunete-ut/

16. http://www.resist.pub.ro/Cursuri_master/MNEIS/curs5_MNEIS.pdf

17. http://www.creeaza.com/referate/fizica/EXAMINAREA-CU-PULBERI-MAGNETIC454.php

18. http://www.kimet.ro/pulberi-magnetice.html

19. Bohãțiel T.,Nãstase E.(1980), Defectoscopia ultrasonicã fizicã și tehnicã, Editura Tehnicã București

19. http://www.kimet.ro/lichide-penetrante.html

20.Volker Deutsch; Winfried Morgner; Manfred Vogt-Controlul fisurilor cu pulbere magnetică, Principii și practică, Editura MEDRO,

21. http://download.docslide.net/documents/curs-examaminarea-cu-lichide-penetrante.html#

22. http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/EXAMINAREA-NEDISTRUCTIVA-PRIN-45396.php

23. http://download.docslide.net/documents/curs-examaminarea-cu-lichide-penetrante.html24. http://www.asisco.ro/legislatie/documente/cr6.pdf

24. http://cyd.ro/ultrasunetele/