SPECIALIZAREA: SISTEME CAD-CAE-CAM ÎN DEFORMARE PLASTICĂ [301426]
UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA” DIN SIBIU
FACULTATEA DE INGINERIE
SPECIALIZAREA: [anonimizat]-CAM ÎN DEFORMARE PLASTICĂ
LUCRARE DE DIZERTAȚIE
COORDONATORI ȘTIINȚIFICI
Prof.univ.dr.ing. Adrian Marius Pascu
MASTERAND: [anonimizat]
2020
UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA” DIN SIBIU
FACULTATEA DE INGINERIE
SPECIALIZAREA: [anonimizat]-CAM ÎN DEFORMARE PLASTICĂ
Considerații privind controlul nedistructiv al asamblărilor sudate
COORDONATORI ȘTIINȚIFICI
Prof.univ.dr.ing. Adrian Marius Pascu
MASTERAND: [anonimizat]
2020
CAPITOLUL I: CONSIDERAȚII PRIVIND CONTROLUL NEDISTRUCTIV AL ASAMBLĂRILOR SUDATE
1. Introducere
Sudura:
Îmbinările sudate se execută prin operația tehnologică de sudare.[anonimizat],cu sau fără utilizarea unor elemente intermediare de îmbinare.
Sudarea este operația tehnologică prin care se realizează o asamblare nedemontabilă a [anonimizat] a [anonimizat],cu sau fără folosirea unei forțe exterioare de apăsare a pieselor de îmbinat.
Sudarea este utilizată în principal ca mijloc de asamblare a [anonimizat],[anonimizat],cât și ca mijloc de executare a [anonimizat].
2. [anonimizat]
2.1. Clasificarea sudurilor
1. După poziția reciprocă a pieselor:
Se deosebesc următoarele tipuri de îmbinări sudate(Fig.1):
a. cap la cap
b. în colț interior
c. în colț exterior
d. în T
e. în cruce
f. prin suprapunere
g. în muchie
h. cu margini răsfrânte
Fig.1
2. După numărul de treceri(Fig.2):
a. dintr-o trecere
b. din mai multe treceri
Fig.2
3. După părțile sudate (Fig.3):
a. dintr-o parte
b. din ambele părți
Fig.3
4. După continuitate (Fig.4):
a. cusături continue
b. cusături discontinue
Fig.4
5. După direcția cusăturii față de direcția de solicitare (Fig.5):
a. cusături frontale
b. cusături laterale
c. cusături înclinate
Fig.5
6. Rosturile de sudare:
Rostul de sudare este spațiul liber de o [anonimizat].
a) Elementele rosturilor sunt (Fig.6):
b – deschiderea rostului(mm);
α – unghiul rostului(grade);
h – înălțimea rădăcinii rostului(mm);
E – lățimea rostului(mm);
r – raza rostului(mm);
s – grosimea metalului de bază(mm);
lr – lungimea rostului(mm).
În afara acestora se mai definesc următoarele noțiuni:
– rădăcina rostului;
– muchia rostului;
– suprafața rostului etc.
Fig.6
b) [anonimizat] I – se caracterizează prin tăierea și prelucrarea perpendicular pe suprafața tablei a rostului de sudare (Fig.7)
Fig.7
– Rosturile în V – [anonimizat],care variază între α=30-90֯ (Fig.8)
Fig.8
– Rosturile în Y – [anonimizat]a tablelor de oțeluri carbon,slab aliate,inoxidabile,de Cu,Al,Ni,Ti și aliajele lor cu grosimea de s=5-36 mm,putând aplica aproape toate metodele mai importante de sudare prin topire cu pătrundere medie și mare (Fig.9)
Fig.9
– Rosturile în U – sunt caracteristice pentru sudarea dintr-o parte a tablelor de grosime mare cu s=14-60 mm,puternic solicitate static,dinamic,la oboseală și la temperaturi ridicate sau sub 0֯ C. (Fig.10)
Fig.10
– Rosturile în X – sunt de fapt două rosturi în Y dispuse pe ambele fețe ale tablelor de îmbinat,fiind varianta cea mai aplicată la sudarea pe cele două părți a tablelor groase cu s=16-60 mm din oțel carbon,slab aliate,aliate sau înalt aliate,respective din metale și aliaje neferoase(Al,Cu,Ti,Ni etc.) (Fig.11)
Fig.11
– Rosturile în 2 U – sunt aplicate în condiții asemănătoare ca și rosturile în simplu U,la table de oțeluri carbon,aliate sau înalt aliate cu grosime mare de s=24-80 mm. (Fig.12.)
Fig.12
– Rosturile asimetrice în 1/2Y,1/2U,K,1/2 2U – sunt utilizate mai rar,numai în cazul unor îmbinări sudate greu accesibile sau la sudarea în poziția orizontală pe perete vertical,când tabla tăiată drept se află în partea inferioară în vederea susținerii băii de sudură. (Fig.13)
Fig.13
c) Rosturile îmbinărilor sudate în colț
– Rosturile îmbinărilor sudate în colț interior – sunt cel mai frecvent utilizate pentru realizarea de construcții sudate cu elemente dispuse perpendicular la 90֯±15.
– cel mai simplu rost de îmbinare în colț este fără prelucrarea marginii tablelor(Fig.14a)
– pentru asigurarea unei pătrunderi pe toată grosimea materialului la îmbinările sudate realizate din table mai groase se utilizează variantele de rosturi prelucrate asimetrice(Fig.14),în 1/2Y(b),K(c) sau ½ 2U(d).
Fig.14
– Rosturile îmbinărilor sudate în colț exterior – servesc la sudarea cusăturilor din afara unghiului dintre tablele dispuse la 90֯±15֯ ,asigurând astfel cuprinderea de către cusătura realizată a fibrozității materialelor îmbinate pe toată grosimea metalului de bază.
În Fig.15 sunt prezentate variantele îmbinărilor sudate în colț exterior după cum urmează:
– varianta a. – se poate face cu electrozi înclinați la 45֯ sau cu tablele dispuse la 45֯ asigurând buna pătrundere a sudurii în metalul de bază
– varianta b. – permite o mai bună asamblare a tablelor prin suprapunerea de c=3-5 mm
– varianta c. – rostul în I asigură o mai ușoară sudare a îmbinării cu electrod vertical,însă fibrele de material din tabla verticală nu sunt prinse în totalitate în cusătura sudată
– varianta d. – aplicată la table mai subțiri se sudează fără sau cu puțin metal adaos,prin contopirea muchiei tablei verticale cu marginea tablei orizontale
Fig.15
– Rosturile îmbinărilor sudate în T – sunt destinate îmbinării a două table dispuse la 90֯,cu una sau două cusături de colț interior realizate pe cele două părți ale tablei verticale,cu electrozi sau capete de sudare înclinate la 45֯±15֯(Fig.16)
Fig.16
– Rosturile îmbinărilor sudate prin suprapunere – se deosebesc îmbinări sudate prin simplă suprapunere(a.),prin simplă suprapunere cu margini îndoite pentru a aduce tablele la acelasi nivel(b.) și prin suprapunere cu eclise(c.) (Fig.17)
Fig.17
d) Rosturile unor îmbinări sudate speciale
– Rosturile îmbinărilor sudate cu margini răsfrânte – se aplică numai la table subțiri cu grosimea de s=0,5-5 mm,care se pot deforma la rece prin îndoire sau ambutisare pe o lățime egală cu grosimea metalului de bază(Fig.18)
Fig.18
– Rosturile îmbinărilor sudate în muchie – au forma în I sau în V,cu dimensiuni asemănătoare cu cele de la îmbinările sudate cap la cap(Fig.19)
Fig.19
– Rosturile îmbinărilor sudate în găuri – sunt de fapt îmbinări prin suprapunere la care pentru mărirea rezistenței în tabla superioară sunt date niște găuri sau decupări circulare,ovale etc. care
apoi sunt sudate în colț,prin procedee manuale de sudare cu arc electric(Fig.20);dacă gaura are diametrul mic și este complet umplută cu sudură,cusătura se numește electronit(Fig.21)
Fig.20
Fig.21
2.2. Clasificarea procedeelor de sudare și procedeelor de sudare conexe
Procedeele de sudare de bază conform STAS 5555/2-80 și SR ISO 4063:1992 se împart în cinci categorii mari în funcție de starea materialelor care participă la formarea îmbinărilor sudate,natura procedeelor de sudare și felul procedeelor conexe:
Procedee de sudare prin topire – la care metalul adaos și marginile rosturilor metalului de bază se topesc sub influența sursei de căldură,alcătuind baia de sudură,care prin cristalizare formează cusătura sudată;
Procedee de sudare în stare solidă – la care îmbinarea pieselor se realizează prin presiune în stare solidă,fără metal adaos,cu sau fără încălzire
Procedee speciale de sudare
Procedee de lipire a metalelor
Procedee conexe – care sunt metode de prelucrare la cald a metalelor,care utilizează tehnici bazate pe procese care sunt proprii diferitelor metode de sudare,dar nu realizează îmbinări sudate(tăierea,metalizarea,sudarea de încărcare etc.)
În funcție de energia utilizată pentru încălzirea materialelor există trei categorii de procedee de sudare:
1. Cu energie electrică:
– cu arc electric;
– cu plasmă;
– cu fascicul de electroni;
– prin rezistență electrică;
– cu curenți de înaltă frecvență;
– cu laser;
2. Cu energie chimică:
– cu flacără oxi-acetilenică;
– alumino-termic;
– în foc de forjă;
– prin explozie;
3. Cu energie mecanică:
– prin frecare;
– prin percuție;
– cu ultrasunete;
– prin presiune la rece;
În figurile 22,23,24,25 sunt prezentate schemele de clasificare a principalelor categorii de procedee de sudare,lipire și conexe:
Fig.22
Fig.23
Fig.24
Fig.25
CAPITOLUL II: SOLICITĂRI ALE ÎMBINĂRILOR SUDATE
1. Introducere
Solicitările care apar frecvent în îmbinările sudate sunt cele de forfecare,tracțiune,compresiune sau încovoiere.
La efectuarea calculelor de rezistență trebuie avut în vedere,pe lângă mărimea și dimensiunile sudurii și felul acesteia,respectiv natura solicitării.
La o îmbinare sudată trebuie să se aibă în vedere că atât cordonul de sudură cât și materialul de bază,să reziste la fel de bine și la limită.Tensiunile efective din cusătură trebuie comparate cu tensiunile limită la tracțiune a materialului de bază.
În principiu calculul unei îmbinări sudate:
– dacă aceasta este solicitată la sarcini simple constă în a limita tensiunea maximă la o valoare admisibilă: σmax ≤ σas sau τmax ≤ τas;
– dacă solicitările sunt compuse se limitează tensiunea echivalentă maximă:
σemax ≤ σas.
Tensiunea admisibilă a sudurilor (σas) se calculează în funcție de tensiunea admisibilă a materialului de bază (σa) astfel:
as = k· φ · a
unde:
φ – coeficientul ce depinde de natura sudurii și de solicitări.
a) la sudurile cap la cap: (solicitarea la tracțiune φ = 0,8; solicitarea la compresiune
φ = 1; solicitarea la încovoiere φ = 0,85; solicitarea la forfecare φ = 0,65).
b) la sudurile de colț φ = 0,65.
k – concentrator de tensiune, ce intervine la calculul sudurilor solicitate variabil:
a) la sudurile cap la cap:
– pentru
R > 0 , k =1
– pentru
R < 0 , k =
b) la sudurile de colț:
– pentru
R ≤ 0, k =
a – rezistența admisibilă a piesei pentru ciclul de variație respectiv.
Tensiunile efective din sudură se calculează cu relațiile obișnuite din rezistența materialelor în funcție de sarcinile ce acționează asupra îmbinării, considerându-se ca arie de calcul pentru cusătură, produsul dintre lungimea și grosimea de calcul a cusăturii.
Lungimea de calcul: λ = λs -2a
unde:
λs – lungimea sudurii;
a – pentru sudura de colț, este înălțimea triunghiului înscris în secțiunea sudurii (Fig.26);
– pentru sudura cap la cap, este grosimea tablei celei mai subțiri a = smin (Fig.27)
Fig.26
Fig.27
Tensiunea echivalentă se calculează:
– pentru sudurile cap la cap, cu relația:
e = ≤ as (1.1.)
– pentru sudurile de colț, cu relația:
e = ≤ as (1.2.)
unde:
– tensiunea normală în secțiunea mediană a sudurii;
τ₁ – tensiunea tangențială în secțiunea mediană a sudurii perpendiculară pe lungimea cusăturii
τ₂ – tensiunea tangențială în secțiunea mediană a sudurii, paralelă cu lungimea cusăturii
Făcând trecerea de la planul median al sudurii(P) la planul de separație al cordonului cu materialul de bază(P`) și considerând aria celor două secțiuni egală (Fig.28),din echilibrul forțelor rezultă:
= (t₁+n); τ₁ =(t₁-n); τ₂ = t₂ (1.3.)
Fig.28
În calculul sudurii de colț se determină mai întâi tensiunile n,t₁ și t₂ iar apoi cu relațiile de mai sus se trece la tensiunile din planul median σ, τ1 și τ2 iar cu relația de dimensionare (1.2.) se verifică sau se dimensioneaza cusătura.
2. Exemple de calcul a sudurilor
a) Suduri cap la cap
a1.Suduri cap la cap solicitate la tracțiune și încovoiere
S-a considerat asamblarea din Fig.29 supusă la solicitări de tracțiune(de către forța F) și încovoiere(de momentul încovoietor Mi ).
Fig.29
Tensiunea din cordonul de sudură va fi:
s = ts + is = +;
s = + (1.4.)
Cu relația de mai sus se poate stabili lungimea cordonului de sudură sau se poate verifica rezistența unei cusături.
a2.Suduri cap la cap la cazane și recipiente sub presiune
Recipientele se compun din corp, capac și fund (Fig.30). Corpul recipientelor se execută prin sudarea cap la cap în V a virolelor cilindrice cu cordoane de sudură inelare.
Datorită presiunii interioare p în învelișul recipientului vor apare tensiuni de tracțiune (Fig.31), atât în plan longitudinal (σt), cât și în plan transversal (σt1).
Fig.30
Fig.31
Din echilibrul forțelor (Fig.32) rezultă:
p·D·λ = 2 t · s · λ;
t = ≤ 0,8k· ’a (1.5.)
Fig.32
Cusăturile transversale (2) se execută cap la cap în V (Fig.33) și scriind ecuația de echilibru a forțelor rezultă:
1t · π ·D · s = p ·
1t = ≤ 0,8k· ’a (1.6.)
Fig.33
Se constată că σ1t = 2σt , pericolul distrugerii învelișului recipientului fiind pe direcție longitudinală (direcția generatoarei recipientului). Din acest motiv verificarea se face utilizând relația (1.5.)
b) Suduri de colț
b1. Suduri de colț bilaterale în “T”:
1) Cordoane paralele cu direcția forței (Fig.34).
Forța F se reduce în planul de separație a sudurii cu materialul de bază la o forță tăietoare F și un moment încovoietor Mi = F·d, care generează în acest plan tensiunile:
Fig.34
n = ;
n = = ;
t₂ = și t₁ = 0
Calculând tensiunile din planul median al cusăturii cu relațiile (1.3.) rezultă:
= · ; τ₁= · ; τ₂ = (1.7.)
Cu relația (1.2.) se scrie tensiunea echivalentă:
e = ≤ as (1.8.)
2) Cordoane perpendiculare pe direcția forței (Fig.35):
Forța F se reduce în planul de separație a sudurii cu materialul de bază la o forță tăietoare F și un moment încovoietor Mi = F·d (cu axa paralelă cu sudurile), care generează în acest plan tensiunile:
n = = ;t₂=0 ; t₁= (1.9.)
Fig.35
În planul median al cusăturii rezultă:
= · + ; τ₁= · – ; τ₂ =0 (1.10)
Aplicând relația (1.2.) se scrie tensiunea echivalentă și se pune condiția ca
e as .
b2. Suduri de colț la table suprapuse:
3) Cordoane paralele cu direcția forței (longitudinale).
În planul de separație a tablelor (Fig.36) forțele F se reduc la o forță F și la un moment
încovoietor Mi 0,5F s s, care generează tensiunile:
n = =;t₂ =; t₁= 0 (1.11)
Fig.36
În planul median al cusăturii rezultă:
= ·= -τ₁ iar τ₂ = (1.12.)
Aplicând relația (1.2.) se scrie tensiunea echivalentă.
3) Cordoane perpendiculare pe direcția forței (transversale)
Tensiunile din planul de separație al sudurii (Fig.37) cu materialul de bază:
Fig.37
n = =; t₁=; t₂= 0 (1.13.)
În planul median al cusăturii tensiunile se calculează aplicând relația (1.3.) și se verifică tensiunea echivalentă cu relația (1.2.).
b3. Sudura de colț supusă la moment de răsucire (Fig.38):
Această situație se întâlnește la roțile dințate care au obada sudată de butuc sau de coroană, la sudarea flanșelor pe arbori etc.
În acest caz sudura este solicitată la forfecare iar tensiunile din lungul cordonului vor fi:
Fig.38
τ₂ = = (1.14.)
Tensiunea echivalentă:
e =1,34τ₂ ≤ as = 0,65k’a (1.15.)
Dacă e / as rezultă mult mai mic decât 1 se pot face mai multe cordoane de sudură discontinue, obținându-se în acest caz tensiunea în cordon:
τ₂= (1.16.)
unde: n – numărul cordoanelor de sudură;
λ – lungimea de calcul al unui cordon.
Din condiția 1,34 τ₂ ≤ 0,65’a rezultă numărul cordoanelor dacă s-a ales lungimea lor sau invers.
CAPITOLUL III: TIPURI DE VERIFIĂRI NEDISTRUCTIVE A ÎMBINĂRILOR SUDATE
1. Introducere
Controlul nedistructiv este un ansamblu de metode ce permite caracterizarea stării de integritate a pieselor, structurilor industriale, fără a le degrada, fie în decursul producției, fie pe parcursul utilizării prin efectuarea de teste nedistructive în mod regulat pentru a detecta defecte ce prin alte metode este fie mai dificil, fie mai costisitor.
Controlul nedistructiv este util atât pentru depistarea unor defecte de fabricație ale unor piese cât și a defectelor dobândite după un timp, în funcționare.
2. Clasificare
2.1. Inspecția vizuală
2.1.1. Principiul de bază
Inspecția vizuală este procesul de examinare și evaluare a sistemelor și componentelor folosind sistemul senzorial uman:văz,auz,miros,pipăit.
Acest tip de control,în condițiile în care obiectul examinat este iluminat optim, permite detectarea cu ochiul liber a numeroase tipuri de defecte de suprafață,scurgeri,deteriorări accidentale, etc.
Fenomenul fizic care stă la baza examinării vizuale este reflexia luminii de pe suprafața examinată.
Pentru executarea unui control vizual corect,accesul la suprafața de examinat trebuie să fie suficient pentru amplasarea ochiului la o distanță de cel mult 600 mm(recomandat este 300 mm) și la un unghi nu mai mic de aproximativ 30֯ față de suprafața examinată.Examinarea suprafețelor la unghiuri mai mici poate fi viciată de prezența unor umbre care să mascheze prezența unor defecte.
Acuitatea vizuală a operatorului este o caracteristică extrem de importantă.
Se consideră că acuitatea vizuală a unui om este în limite normale(cu sau fără ochelari), dacă distinge defecte de tip fisuri cu deschideri de 0,07…0,15 mm, de la o distanță de 250 mm și în condițiile unei iluminări corespunzătoare.
În general, focalizarea ochiului uman este optimă pentru distanțe mai mari de 250 mm, din acest motiv, distanța recomandată dintre ochi și suprafața de examinat trebuie să fie între 250 – 600 mm.
Fig.39
2.1.2. Controlul optico – vizual
Controlul optico – vizual este un tip de control vizual care se realizează cu ajutorul unor instrumente sau aparate optice ce asigură o sensibilitate mai mare examinării(oferă posibilitatea de a detecta defecte mai fine decât cele detectabile cu ochiul liber).
Instrumentele optice folosite în acest scop sunt:
Lupa
Lupele au puteri de mărire cuprinse între 1,5 – 10 X.
În general lupa este formată dintr-o singură lentilă de formă biconvexă.
Principalele caracteristici ce trebuie cunoscute în momentul în care se alege o lupă sunt: puterea de mărire, distanța de lucru, câmpul de lucur, corecția cromatică și puterea de rezoluție.
Microscoapele optice
Sunt utilizate frecvent în cadrul examinării optico – vizuale.
În funcție de mărirea ce o asigură,microscoapele se clasifică în microscoape cu putere de mărire mică (până la 40 X), cu putere de mărire medie (20 – 100 X) și cu putere mare de mărire (50 – 2000 X).
Boroscopul
Este un echipament destinat inspectării interiorului tuburilor, țevilor sau suprafețelor greu
accesibile.
Aria examinată cu ajutorul boroscopului este de aproximativ 25 mm în diametru, distanța dintre lentila ocular și suprafața examinată fiind de aproximativ 25 mm.
În general puterea de mărire a boroscoapelor nu depășește 20 X.
Boroscoapele pot avea diferite direcții de examinare, cele mai întâlnite fiind: 0֯, 45֯, 90֯ și 110֯.
Fig.40
Endoscopul
Este un dispozitiv asemănător boroscopului, diferența majoră constând în faptul că endoscopul este flexibil.
Flexibilitatea se datorează utilizării fibrei optice pentru a transmite lumina înspre locul examinat (ghid de lumină) respectiv pentru a transmite imaginea locului examinat către ocularul echipamentului (ghid de imagine).
Cei doi ghizi – de lumină și de imagine, sunt realizați din mii de fibre optice foarte subțiri, de înaltă calitate.Fiecare fibră este acoperită cu un strat al cărui indice de refracție este diferit de materialul fibrei, această acoperire acționând ca o oglindă, permițând trecerea luminii de-a lungul fibrei prin procese de reflexie totală.
Transmiterea luminii prin fibrele optice se realizează și dacă fibra optică este îndoită, acest lucru făcând posibilă examinarea unor conducte sau a unor zone imposibil de examinat cu ajutorul boroscopului.
Fig.41
Scanarea 3D
Se face cu ajutorul laserelor este o tehnică din ce în ce mai utilizată.
Cu ajutorul ei se obține imaginea 3D a suprafeței de examinat, această suprafață putând fi apoi comparată cu imaginea unei suprafețe etalon (fără defecte).
O variantă mai modernă a echipamentelor de tip boroscop sau endoscop este videoscopul.
Acesta diferă față de boroscop sau endoscop prin faptul că imaginea zonei examinate nu este transmisă spre observator prin intermediul lentilelor sau a fibrei optice, ci sub formă de semnal electric produs de o cameră video de înaltă rezoluție.
De asemenea imaginea suprafeței nu este analizată privind printr-un ocular, aceasta fiind afișată pe un ecran, conferind operatorului un grad ridicat de comoditate.
Fig.42
Pentru examinarea optico-vizuală a unor conducte de dimensiuni mari s-au dezvoltat o serie de echipamente teleghidate precum cele prezentate mai jos.
Fig.43
Acestea sunt dotate cu surse de lumină LED și camere video de înaltă definiție care pot fi orientate în diverse unghiuri în funcție de zona de interes pentru operator.
2.1.3. Avantajele și dezavantajele inspecției vizuale
Cele mai importante avantaje ale inspecției vizuale sunt:
este o metodă de control simplă și eficientă, iar echipamentele necesare sunt ieftine;
discontinuitățile piesei examinate sunt efectiv văzute (nu doar observate pe un ecran sub forma variației unui semnal);
pot fi puse în evidență cea mai mare parte a discontinuităților de suprafață;
durata programului de instruire pentru operatori este relativ scurtă.
Dezavantajele inspecției vizuale sunt următoarele:
este un tip de control cu un înalt grad de subiectivitate; calitatea controlului depinde foarte mult de experiența și conștiinciozitatea operatorului;
discontinuitățile exterioare nu pot fi detectate.
2.2. Controlul nedistructiv cu lichide penetrante
2.2.1. Introducere
Controlul cu lichide penetrante este o tehnică ușor de folosit, rapidă, relativ ieftină și foarte răspândită.
Această tehnică presupune aplicarea unui lichid penetrant pe suprafața de examinat, lichid ce va pătrunde în imperfecțiunile suprafeței.
Evidențierea imperfecțiunilor se face cu ajutorul unui developant care extrage lichidul penetrant din imperfecțiuni, colorându-se vizibil în zona în care există un defect.
Cu toate că tehnica de control nedistructiv cu lichide penetrante poate fi văzută ca o îmbunătățire a controlului vizual, această tehnică s-a impus ca tehnică de sine stătătoare datorită faptului că este o tehnică flexibilă, rapidă și relativ ușor de folosit.
În comparație cu inspecția vizuală simplă, avantajul este acela că facilitează mult observarea defectelor care sunt invizibile cu ochiul liber.Este cunoscut faptul că o persoană cu vedere perfectă nu poate distinge detalii mai mici de 0,07 mm.
În primul rând, indicațiile obținute în cazul unui defect (oricare ar fi acesta) sunt mult mai mari decât defectul în sine, facilitând punerea în evidență a celor mai mici defecte de suprafață.
În al doilea rând, contrastul dintre indicație și fundal este foarte mare, facilitând astfel punerea în evidență a defectului.
Cu ajutorul acestei tehnici se poate analiza aproape orice material care nu are o suprafață foarte rugoasă sau foarte poroasă.
De subliniat este faptul că această tehnică poate pune în evidență doar acele defecte care comunică cu suprafața!
2.2.2. Principiul testării cu lichide penetrante
Controlul nedistructiv cu lichide penetrante este influențat de o serie de factori cum ar fi: tipul de lichid penetrant folosit,compoziția chimică a materialului testat, tipurile de defecte preconizate a fi prezente, condițiile atmosferice (temperatură și presiune atmosferică), etc.
Controlul cu lichide penetrante presupune parcurgerea următoarelor etape:
Pregătirea suprafeței;
Aplicarea lichidului penetrant pe suprafața controlată;
Îndepărtarea surplusului de lichid penetrant de pe suprafață;
Aplicarea developantului;
Examinarea vizuală a suprafeței probei și interpretarea indicațiilor obținute.
Fig.44
Principalele metode de control nedistructiv cu lichide penetrante sunt:
Metoda colorării: punerea în evidență a unui defect de suprafață are loc prin colorarea fondului alb dat de developant de către lichidul penetrant din defect;defectele apar sub forma unor peter roșii pe fondul alb.
Metoda fluorescentă: evidențierea prezenței defectului are loc datorită strălucirii în lumină ultravioletă a lichidului penetrant, extras de către developant din cavitatea defectului.
Metoda activării cu ultrasunete: se folosesc ultrasunete pentru o umplere mai bună a cavității defectelor.
Metoda cu trasor radioactiv: lichidul penetrant conține substanțe radioactive ce vor impresiona un film fotografic lichid, depus pe suprafața examinată indicând astfel poziția și forma defectului.
Pregătirea suprafeței
Operația de pregătire a suprafeței probei presupune curățarea acesteia, în așa
fel încât să se realizeze îndepărtarea tuturor impurităților care ar putea împiedica pătrunderea lichidului penetrant în cavitatea defectelor care comunică cu suprafața sau a impurităților care ar putea da indicații false.
Contaminarea suprafeței unei probe se poate datora unor factori precum: prezența uleiurilor sau vaselinei, a straturilor de vopsea, oxizi, zgură, șpan, nisip și chiar apă rezultată prin condens.
Prezența acestor contaminanți organici îngreunează sau chiar blochează accesul lichidului penetrant în cavitatea defectelor.
Se cunosc o serie întreagă de metode de curățare a suprafețelor, condițiile care se impun acestor metode sunt de a nu masca sau închide defectele de suprafață și de a nu conduce la alterarea lichidului penetrant ce urmează a fi folosit.
Cele mai cunoscute sunt:
Curățarea mecanică
Spălarea cu apă
Spălarea în solvenți organici
Spălarea cu detergenți
Curățarea chimică prin decapare
Curățarea în băi cu ultrasunete
După etapa de curățare a suprafeței probei, urmează obligatoriu etapa de uscare a probei care are ca scop îndepărtarea ultimelor urme de apă sau substanțe folosite la curățare de pe suprafața probei și din cavitățile defectelor, deoarece acestea ar putea împiedica pătrunderea lichidului penetrant în cavitățile defectelor, ar putea reacționa cu lichidul penetrant sau ar putea produce un strat de oxid superficial, compromițând rezultatul controlului.
Aplicarea lichidului penetrant
După etapa de curățare și uscare a suprafeței urmează etapa de aplicare a lichidului penetrant.
În cadrul acestei operații trebuie să ne asigurăm că suprafața controlată este acoperită cu un strat subțire și cât mai uniform de lichid penetrant.
După aplicarea penetrantului, acesta este lăsat pe suprafața controlată suficient timp astfel încât o cantitate cât mai mare de lichid penetrant să pătrundă în defectele de suprafață ale piesei.
Penetrantul poate fi aplicat prin pensulare, pulverizare (cu aer comprimat sau spray-uri) și imersare într-o baie de lichid penetrant.
Durata variază în general 5-60 minute și depinde de o serie de factori precum: caracteristicile penetrantului (tensiune superficială, unghi de umectare, vâscozitate), dimensiunile defectelor analizate, forma piesei controlate, materialul piesei, modul de aplicare a penetrantului, presiunea atmosferică, temperatura mediului ambiant etc. Depășirea duratei de penetrare nu influențează negativ rezultatele controlului cu condiția ca această depășire să nu ducă la uscarea stratului de penetrant.
Temperatura penetrantului și a suprafeței supuse controlului influențează în mod hotărâtor rezultatul analizei. Cele mai bune rezultate se obțin în cele mai multe cazuri în domeniul de temperatură 10֯ C – 50֯ C. Creșterea temperaturii peste aceste valori va conduce la o accelerare a procesului de evaporare a penetrantului și respectiv la riscul ca acesta să se usuce pe suprafața controlată.
Nu este recomandată realizarea controalelor la temperaturi sun 5֯ C. În cazul în care temperatura suprafeței este de 5-15֯ C trebuie prelungită durata de penetrare, care poate ajunge la 2-3 ori din durata indicată la temperatura ambiantă.
Îndepărtarea surplusului de lichid penetrant
Aceasta este cea mai delicată operație a controlului nedistructiv cu lichide penetrante, pentru că penetrantul în exces trebuie îndepărtat de pe suprafața analizată, eliminând în același timp cât mai puțin penetrant din cavitatea eventualelor defecte de suprafață.
În funcție de tipul lichidului penetrant, acesta poate fi îndepărtat cu un solvent, prin clătire directă cu apă sau tratarea inițială a suprafeței cu un emulgator, clătire cu apă și apoi tamponare cu un material textil uscat.Îndepărtarea lichidului penetrant se face până la dispariția fondului colorat sau fluorescent. Spălarea excesivă va scoate penetrantul din defecte sau îl va dilua, conducând astfel la observarea dificilă a defectelor. O spălare insuficientă, va conduce la un contrast scăzut, unele defecte de dimensiuni mai mici trecând ușor neobservate.
Aplicarea developantului
Această operație este una foarte importantă și urmărește acoperirea în întregime a suprafeței examinate cu un strat subțire și cât mai uniform de developant.
Acesta are rolul de a extragea lichidul penetrant din defectele piesei, indicând astfel prezența defectelor de suprafață.
Developanții în funcție de modul de depunere pe suprafață se clasifică în developanți uscați (de tip pulbere) și developanți umezi (suspensii de pulberi în lichide ușor volatile).
Developanții uscați se aplică pe suprafața controlată prin presărare, sitare, pulverizare sau electrostatic.
Suspensiile de developanți se aplică prin pulverizare, imersare sau pensulare, iar înainte trebuie să ne asigurăm că pulberile sunt cât mai omogen distribuite în lichid.
Este recomandat ca înainte de aplicare să se realizeze operația de omogenizare a developantului prin scuturări energice.
Examinarea vizuală și interpretarea rezultatelor
În funcție de tipul penetrantului utilizat, examinarea suprafeței se va face în lumină albă (naturală sau artificială) sau în lumina ultravioletă.
Lumina albă trebuie să aibă intensitatea minimă de 500 lx și se va utiliza în cazul folosirii penetranților colorați, această intensitate se poate obține cu o lampă cu incandescență de 100 W, situată la o distanță de 20 cm față de suprafața analizată sau un tub fluorescent de 80 W la o distanță de 100 cm.
Radiația ultravioletă se folosește în cazul utilizării lichidelor penetrante fluorescente, iar controlul se face în încăperi întunecate sau slab luminate (intensitatea luminii maximă admisă fiind de 20 lx). Radiația ultravioleta este obținută cu ajutorul unor lămpi ce emit lumină a cărei lungime de undă se încadrează în domeniul 330-390 nm.
Indicațiile obținute de pe suprafața controlată cu lichide penetrante se clasifică în trei categorii:
Concludente
Neconcludente
False
Indicațiile neconcludente se datorează executării necorespunzătoare a operațiilor caracteristice controlului nedistructiv cu lichide penetrante, mai exact o pregătire necorespunzătoare a suprafeței de analizat.
În cazul obținerii unor astfel de indicații este necesară repetarea examinării și folosirea aceluiași tip de lichide penetrante pentru a evita eventualele reacții chimice între diferite tipuri de lichide.
Indicațiile false apar de obicei datorită geometriei probei (solzii cusăturilor sudate sau rugozitate excesivă a suprafeței), a prezenței unor cruste sau oxizi pe suprafața analizată.
Interpretarea indicațiilor concludente trebuie făcută ținând cont de aspectul acestora, poziția lor pe suprafața piesei analizate și eventuala evoluție a acestor indicații în timp.
Clasificarea indicațiilor concludente și aspectului lor este prezentată în figura de mai jos.
Fig.45
2.2.3. Avantajele și dezavantajele controlului nedistructiv cu lichide penetrante
Avantajele principale ale acestei tehnici sunt:
poate fi pusă în evidență prezența unor defecte de dimensiuni foarte mici
se poate aplica aproape tuturor materialelor
este rapidă și permite examinarea unor suprafețe mari
se poate aplica la piese cu geometrie complexă
este o tehnică care nu necesită întotdeauna realizarea în laboratoare speciale
este o metodă ieftină
Dezavantajele principale ale acestei tehnici sunt:
se pot pune în evidență doar acele defecte care comunică cu suprafața ( defecte deschise)
nu se aplică suprafețelor poroase
suprafața trebuie curățată corespunzător înaintea aplicării penetrantului
calitate suprafeței poate influența rezultatul examinării
este necesară curățarea piesei/suprafeței după examinare
se impun condiții de manipulare și păstrare corespunzătoare pentru materialele folosite (penetranți, developanți, emulgatori, solvenți etc.)
2.3. Controlul nedistructiv cu pulberi magnetice
2.3.1. Introducere
Controlul nedistructiv cu pulberi magnetice este o tehnică simplă, ieftină și ușor de implementat.
Această tehnică poate pune în evidență doar defectele de suprafață sau defectele ce se află în imediata vecinătate a suprafeței (3 – 5 mm) și poate fi aplicată doar materialelor feromagnetice, pe bază de Fe, Ni, Co sau aliaje cu conținut ridicat din aceste elemente.
Tehnica constă în magnetizarea piesei supusă controlului și depunerea pe suprafața acesteia a unei pulberi feromagnetice fine. În zonele unde există defecte se va forma un câmp magnetic de dispersie sau câmp magnetic de scăpări, care se datorează faptului că liniile de câmp magnetic vor ocoli defectul, fiind nevoite să iasă în afara materialului piesei.
2.3.2. Principiul controlului nedistructiv cu pulberi magnetice
Se consideră un magnet permanent precum cel prezentat în figura 46. Dacă peste acesta se presară o pulbere feromagnetică (de exemplu pilitură de fier) particulele vor fi atrase, în mare măsură, doar de capetele magnetului (cei doi poli).
Așadar magnetul atrage pulberile doar în locul în care liniile de camp magnetic ies sau intră în magnet.
Dacă un magnet precum cel prezentat în figura 46(a) este rupt în două sau mai multe părți, indifferent de lungimea bucăților, fiecare bucată va avea în mod instantaneu câte un pol nord și un pol sud. Se consideră deci că sensul liniilor de camp magnetic în interiorul magnetului este de la sud la nord, iar în afara magnetului sensul este de la nord la sud.
Fig.46
Dacă într-un magnet se va realiza o crestătură precum cea din figura 46(b), în zona crestăturii se va forma o nouă pereche de poli nord și sud. Se poate observa că pulberea magnetică este atrasă atât de polii situați la capetele magnetului cât și de polii creeați de crestătură.
În cazul în care liniile de camp magnetic întâlnesc un defect (precum crestătura din magnet) acestea vor încerca să îl ocolească, deoarece acesta este caracterizat de o permeabilitate magnetică mult mai mică decât magnetul.Când un material ferromagnetic este magnetizat, comportamentul aacestuia este similar cu al unui magnet.
Existența unei fisuri de suprafață, sau în imediata apropiere a suprafeței materialului magnetizat, va provoca apariția unui camp de dispersie neomogen și cu o energie mare în zona fisurii.
Minimizarea energiei câmpului se poate realiza prin atragerea unor particule feromagnetice (pulberi magnetice), ce se depun în lungul liniilor de camp magnetic, creeând un fel de punte pentru liniile de camp magnetic cum se poate observa în figura 47.
Fig.47
Prezența defectelor va conduce la dispersia liniilor de camp magnetic, cinducând la obținerea unei indicații ce va fi mult mai mare decât dimensiunea efectivă a defectului.
Orientarea defectului în raport cu liniile de camp magnetic influențează în mod hotărâtor mărimea câmpului de dispersie. Acesta este maxim în cazul în care defectul este perpendicular pe direcția câmpului aplicat (cazul 1 și 2 din figura 48) și este minim în cazul în care defectul este parallel cu direcția liniilor de camp (cazul 4 din figura 48).
Fig.48
Etapele generale ale unui control cu pulberi magnetice sunt prezentate în schema de mai jos.
Fig.49
Schimbarea direției de magnetizare a probei constă în magnetizarea probei la un unghi de 90֯ față de prima magnetizare, în așa fel încât, indiferent de orientarea defectului, acesta va produce un câmp de dispersie detectabil, dacă defectul nu se află la o adâncime prea mare.
2.3.3. Pregătirea suprafeței pentru examinare
Pregătirea suprafeței nu impune un grad de strictețe similar cu cel pentru controlul cu lichide penetrante, aceasta fiind o mai de grabă o curățare sumară a suprafeței care vizează îndepărtarea pe cât posibil a contaminanților precum: praf, șpan, amestec de formare, substanțe grase (ulei, vaselină) etc. Neîndepărtarea lor va conduce la obținerea unor indicații false.
În cazul în care se folosesc pulberi magnetice necolorate, pentru obținerea contrastului corespunzător între indicație și defect, suprafața examinată se recomandă a fi vopsită cu o vopsea albă pe bază de oxid de titan sau oxid de magneziu.
Rugozitatea influențează în mod direct sensibilitatea metodei, fiind necesar a se verifica dacă rugozitatea îndeplinește condiția Ra≤16վm.
2.3.4. Metode de magnetizare a pieselor pentru controlul cu pulberi magnetice
Metoda de magnetizare longitudinală sau polară
În cadrul acestui tip de magnetizare, operatorul trebuie să se asigure că liniile de câmp magnetic sunt orientate paralel cu axa longitudinală a piesei.
Obținerea câmpului magnetic longitudinal în proba care urmează a fi examinată se poate face cu ajutorul unui jug magnetic (electromagnet), în formă de potcoavă sau a unei bobine de magnetizare.
Utilizarea magneților permanenți ca sursă de câmp magnetic este o soluție ieftină, însă aceasta nu permite controlul intensității câmpului magnetic aplicat.
Magneții permanenți pot fi folosiți pentru examinări subacvatice sau în medii explozive, unde folosirea electromagneților este imposibilă sau foarte periculoasă.
Fig.50
Magnetizarea longitudinală cu ajutorul unei bobine se pretează pentru piese lungi (figura 50b).
Bobina poate fi formată din câteva spire realizate dintr-un conductor cu secțiune mare sau dintr-o singură spiră de secțiune mare.
În ambele variante se obține un câmp magnetic care în interiorul piesei analizate are liniile orientate paralel cu axa bobinei.
În cazul examinării pieselor cu geometrie complexă, bobina poate fi înlocuită cu un cablu flexibil prin care trece un curent de intensitate mare care se înfășoară în jurul piesei.
Metoda de magnetizare transversală sau circulară
Obținerea unui câmp magnetic transversal sau circular într-o probă se poate realiza prin trecerea unui curent electric prin probă sau prin trecerea unui curent electric printr-un conductor care se află în interiorul piesei examinate (în cazul pieselor tubulare).
Trecerea curentului electric prin conductor va conduce la apariția în jurul acestuia a unui câmp magnetic circular constant pe toată lungimea conductorului (figura 51a).
Câmpul persistă atât timp cât conductorul este străbătut de curent electric, intensitatea lui scade cu distanța față de conductor, iar sensul liniilor de câmp poate fi determinat cu ajutorul regulii mâini drepte (figura 51b).
Fig.51
În figura 52 sunt prezentate două moduri de a obține o magnetizare circulară într-o piesă prin trecerea curentului electric prin aceasta.
În prima figură (52a), piesa este fixată între două plăci de contact confecționate din plumb sau țesătură de cupru.
În urma trecerii curentului prin piesă, în interiorul acesteia și în jurul acesteia se va forma un câmp magnetic circular. Intensitatea câmpului magnetic este proporțională cu intensitatea curentului ce străbate piesa examinată.
În a doua figură (52b) trecerea curentului prin piesa examinată se face cu ajutorul unor electrozi de contact sau a unor cleme atașate de aceasta. Curentul electric trece prin probă în zona dintre cei doi electrozi, conducând la formarea unui câmp magnetic circular în jurul traseului curentului.
Fig.52
O altă modalitate de a produce linii circulare de câmp magnetic în proba examinată este aceea de a trece un curent electric printr-un cablu sau o bară de cupru ce se află în centrul piesei (Figura 53).
Fig.53
2.3.5. Pulberi și suspensii magnetice
Pulberile magnetice trebuie să îndeplinească o serie de condiții, în așa fel încât să se obțină indicații pentru defecte cât mai mici situate în profunzime și indicațiile obținute să iasă în evidență cât mai tare pe suprafața examinată.
Clasificare:
Din punct de vedere a granulației, pulberile pentru defectoscopie magnetică se clasifică în:
pulberi cu granulație fină (diametrul mediu al pulberilor de 1-15 վm);
pulberi cu granulație medie (diametru mediu al pulberilor de 30-100 վm);
pulberi cu granulație grosolană (diametru mediu al pulberilor de 100-300 վm).
Pulberile pot fi colorate sau nu. În cazul celor colorate (roșu, galben, alb, verde sau fluorescente) pulberea magnetică este acoperită cu un strat de pigment colorat.
În funcție de materialul de bază a pulberii magnetice, ce constituie suportul magnetic pentru pigmenții colorați, acestea se clasifică astfel:
pulberi de fier;
pulberi ai unor oxizi ai fierului (oxizi magnetici moi);
pulberi a unor aliaje feromagnetice moi.
Pulberile pentru controlul nedistructiv cu pulberi magnetice se produc în două variante:
pulberi uscate ( pentru metoda uscată);
pulberi în suspensie (pentru metoda umedă).
2.3.6.Avantajele și dezavantajele controlului cu pulberi magnetice
Avantajele principale ale acestei tehnici sunt:
permite detectarea defectelor de suprafață și din apropierea suprafeței, spre deosebire de controlul cu lichide penetrante, care pune în evidență doar acele defecte care comunică cu suprafața;
pregătirea suprafeței nu este o operație pretențioasă ca și în cazul lichidelor penetrante
se pot examina cu ușurință piese cu geometrie complexă
este ieftină în comparație cu alte metode
este rapidă iar indicațiile obținute sunt vizibile pe suprafața examinată
poate fi aplicată în medii în care alte tehnici nu se pot aplica sau dau rezultate nesatisfăcătoare
Dezavantajele principale ale acestei tehnici sunt:
se aplică doar materialelor feromagnetice;
capacitatea limitată de detectare a defectelor situate în profunzime;
este necesară curățarea și demagnetizarea probei după examinare;
realizarea controlului se face pe două direcții perpendiculare;
examinarea pieselor de dimensiuni mari necesită surse speciale de curent;
nu furnizează informații cu privire la adâncimea la care se află defectul.
2.4. Controlul nedistructiv cu ultrasunete
2.4.1. Introducere
Controlul nedistructiv cu ultrasunete constă în introducerea unui fascicul de ultrasunete într-un material și analiza perturbațiilor propagării fascicolului în material.
Datorită caracteristicilor elastice diferite, dintre materialul de bază și un defect anume (fisură, segregație, suflură, etc.), la interfața dintre acestea va avea loc un fenomen de reflexie a utrasunetelor, ceea ce va permite punerea în evidență, localizarea și măsurarea defectului.
2.4.2. Principiul controlului nedistructiv cu ultrasunete
a) Reflexia și transmisia undelor sonore
Incidența normală
Atunci când o undă sonoră ajunge la interfața dintre două medii a căror impedanță acustică este diferită, aceasta poate fi reflectată, transmisă sau refractată parțial sau total.
Atunci când unda are o incidență normală cu interfața dintre două medii (unde este perpendiculară pe suprafață), o parte din energia undei este reflectată înapoi în mediul original, iar cealaltă parte va trece în celălalt mediu, păstrându-și direcția.
Fig.54
Cât din energia undei incidente va fi reflectată și cât va fi transmisă la interfața dintre două medii diferite depinde de impedanța acustică a celor două medii.
În conformitate cu teoria propagării undelor sonore, și luând în considerare valorile impedanței acustice ale celor două medii, se obțin coeficienții de reflexie și transmisie :
(1.17.)
unde R este coeficientul de reflexie, Z1 și Z2 sunt impedanțele acustice ale celor două medii ce formează interfața.
Înmulțind valoare lui R cu 100 se obține cantitatea de energie reflectată de interfață.
Incidența oblică
Dacă o undă longitudinală întâlnește oblic o interfață între două medii diferite, o parte din energia undei va fi reflectată în mediul din care provine (mediul 1) și o altă parte se refractă trecând în mediul 2 sub un alt unghi. În ambele medii, energia refractată și energia reflectatîă, se descompun în două componente, având loc fenomenul de transformare a undelor într-o undă longitudinală (VL1 și VL2) și o undă transversală (VT1 și VT2). Fenomenul este cunoscut sub denumirea de conversie de mod.
Relația dintre viteza undei incidente, vitezele undelor reflectate sau refractate și unghiurile corespunzătoare de incidență, reflexie sau refracție este dată de legea lui Snell:
(1.18.)
unde VL1 și VL2 reprezintă vitezele de propagare a undelor longitudinale în mediul 1, respectiv 2, VT1 și VT2 reprezintă vitezele de propagare a undelor transversale în mediul 1, respectiv 2, Ө1 și Ө2 reprezintă unghiul de incidență și de refracție a undelor longitudinale și Ө3 și Ө4 reprezintă unghiul de incidență și de refracție a undelor transversale.
Fig.55
b) Generarea ultrasunetelor
Marea majoritate a traductorilor utilizați în defectoscopia cu ultrasunete folosesc cristalele piezoelectrice pentru generarea și detecția ultrasunetelor. Acest efect constă în apariția unor sarcini electrice egale și de semn opus pe fețele unui cristal, atunci când acesta este supus unor eforturi de tracțiune sau compresiune.
Deformațiile unui cristal piezoelectric se produc de-a lungul axelor sale polare. În funcție de direcția după care sunt tăiate aceste plăcuțe, ele vor produce unde longitudinale sau unde transversale.
Fig.56
Cele mai cunoscute materiale piezoelectrice naturale sunt următoarele: cuarțul (SiO2), turmalina (Al2O3·nH2O) și sarea Seignette (NaKC4H4O6). Dintre cele enumerate, cuarțul este cel mai folosit, fiind și primul material folosit la realizarea traductorilor pentru controlul nedistructiv cu ultrasunete.
Cuarțul are avantajul de a fi stabil din punct de vedere electronic și termic, este insolubil în aproape orice lichid, având rezistență mecanică mare și susceptibilitate scăzută la îmbătrânire.
Principalul dezavantaj este eficiența redusă a conversiei electromecanice.
Ultrasunetele pot fi produse și prin intermediul efectului magnetostrictiv, care constă în modificarea dimensiunilor unor materiale feromagnetice ca urmare a aplicării unui câmp magnetic extern.
O metodă mai rară de obținere a ultrasunetelor este prin magnetostricțiune.
c) Traductori de ultrasunete
Traductorii de ultrasunete au rolul de a transforma un curent electric în vibrații mecanice (mod transmitere) și de a transforma vibrațiile mecanice în semnal electric (mod recepție).
Fig.57
Când un traductor funcționează în modul transmitere, un semnal electric alternativ induce vibrații de frecvență înaltă în traductor, vibrații care sunt transmise ca unde ultrasonore materialului care este supus testării.
Funcționarea traductorului în modul recepție presupune recepționarea vibrațiilor primite dinspre materialul analizat și transformarea acestor vibrații în semnal electric, ce poate fi mai apoi afișat și analizat.
Structura de bază în secțiune a unui traductor este prezentată în figura de mai jos.
Fig.58
Întreaga suprafață a unui traductor se constituie în surse de ultrasunete, ceea ce conduce la ideea că suprafața unui traductor este alcătuită dintr-un număr infinit de astfel de surse.
Undele emise de aceste surse vor suferi fenomene de interferență distructivă sau constructivă în drumul lor prin materialul investigat. Interferența undelor va conduce la un câmp sonor, caracterizat de fluctuații importante a intensității sunetului, în apropierea feței traductorului.
Această zonă este cunoscută sub denumirea de câmp apropiat. Datorită fluctuațiilor intensității sunetului în această zonă, orice defect situat în câmpul apropiat va fi foarte greu de evaluat corect. La o distanță față de traductor, undele se combină dând naștere la un front de undă mult mai uniform cunoscut sub denumirea de câmp îndepărtat.
Fig.59
Un alt fenomen care duce la diminuarea intensității sunetului este divergența.
Acest fenomen constă în propagarea ultrasunetelor, emise de un palpator sub forma unui con.
Fig.60
Divergența unui fascicul de ultrasunete se exprimă prin unghiul dintre axul central al traductorului (axul acustic) și suprafața exterioară a conului format de fascicolul de ultrasunete.
2.4.3. Tipuri de traductori/palpatoare
a) Traductori de contact
Mai sunt denumiți și traductori normali, deoarece fascicolul de ultrasunete are o incidență normală (90֯ ) cu suprafața piesei examinate.
Se folosesc în contact direct cu suprafața inspectată și sunt manipulate de un tehnician. Elementele active sunt protejate de o carcasă robustă, pentru a putea suporta contactul direct cu o mare varietate de materiale. Designul lor este ergonomic și ușor de manipulat și de mișcat.
Între suprafața traductorului și suprafața piesei investigate se folosește un material de cuplare, de obicei lichid, cum ar fi apă, uleiuri, vaselină sau diverse materiale special concepute pentru a realiza cuplajul cât mai eficient între traductor și materialul de investigat.
Fig.61
b) Traductor cu cristal dublu
Este folosit pentru inspectarea sau măsurarea materialelor subțiri sau când detectăm discontinuități de suprafață, care pot împiedica obținerea unui rezultat clar.
Cele două cristale piezoelectrice sunt separate de un material izolator fonic și sunt ușor înclinate în raport cu fața traductorului. Fiecare cristal funcționează fie ca transmițător, fie ca receptor, fără să conteze neapărat care din ele îndeplinește o anumită funcție.
Pentru emisia de ultrasunete se va alege un cristal cu bune caracteristici de emițător iar pentru recepția acestora se poate alege un alt tip de cristal care excelează ca receptor.
Fig.62
Datorită înclinării cristalelor piezoelectrice, traductorii cu element dual nu pot examina materiale groase, aceștia fiind însă ideali pentru măsurarea grosimii materialelor subțiri sau pentru detectarea defectelor aflate în imediata vecinătate a suprafeței (la adâncimi mai mici de 3 mm).
c) Traductori cu linie de întârziere
Aceștia sunt prevăzuți cu o linie de întârziere al cărei scop principal este să introducă un timp de întârziere într etapa de generare a ultrasunetelor și etapa de recepție a acestora. Acest lucru permite traductorului să poată completa trimiterea fascicolului de ultrasunete înainte de a începe funcția de recepție.
Acest tip de traductoare este recomandat pentru aplicații care necesită o bună rezoluție a determinării în straturile superficiale ale materialului (aproape de suprafață). Se pot folosi pentru măsurarea grosimii cu precizie mare la materialele subțiri și controale de delaminare la materialele compozite. Mai pot fi folosite și pentru examinări la temperaturi ridicate, deoarece linia de întârziere izolează termic cristalul piezoelectric față de suprafața aflată la temperaturi ridicate.
Fig.63
d) Traductori unghiulari
Sunt diferiți de cei normali sau direcți, deoarece cristalul formează un anumit unghi cu suprafața materialului.
Traductorii unghiulari folosesc principiul refracției și a conversiei de mod a unui fascicul de ultrasunete, pentru a produce unde transversale sau longitudinale, care sunt refractate sub un anumit unghi în materialul investigat.
Fig.64
Acest tip de traductor este folosit foarte des pentru inspecția sudurilor, pentru a evidenția defectele care nu sunt paralele cu suprafața materialului examinat. De asemenea pot fi generate și unde de suprafață, pentru a se detecta defectele de suprafață ale unei piese sau semifabricat.
e) Traductori de imersie
Acești traductori nu intră în contact direct cu piesa examinată, fiind concepuți să poată fi folosiți atunci când piesa este imersată într-un lichid. Acest tip de traductor se folosește, de obicei, în interiorul unui rezervor cu apă. Manipularea lor se realizează, de obicei, cu manipulatoare automatizate.
Suprafața de emisie poate să fie plană (traductor de imersie normal) sau poate fi de tip lentilă acustică (traductoare focalizate).
În funcție de suprafața de emisie a lentilei acustice, acestea pot focaliza fascicolul de ultrasunete într-un punct sau pe o linie.
Fig.65
f) Traductori phased array
Traductorii de tip phased array constau în mod obișnuit dintr-un ansamblu de 16 până la 256 de elemente active individuale de mici dimensiuni, care pot fi pulsate fiecare separat.
Orientarea fascicolului de ultrasunete în materialul examinat se face prin pulsarea elementelor individuale ale traductorului la momente ușor diferite.
Cristalele piezoelectrice ce formează acest tip de traductor pot fi aranjate într-o largă varietate de forme cum ar fi: bandă (matrice liniară), inel (matrice inelară), circular (matrice circulară) sau pătrat (matrice pătrată).
Fig.66
Acești traductori pot fi folosiți ca traductori de contat sau în imersie în apă și pot fi folosiți doar împreună cu echipamente adecvate, care permit excitarea separată a elementelor active, la diferite intervale de timp, permit recepția și digitalizarea ecourilor care se întorc, permit compilarea acestor informații și afișarea lor în diferite formate standard.
2.4.4. Cuplantul
Cuplantul este, în general, un material lichid care facilitează transmiterea ultrasunetelor de la un traductor la materialul inspectat.
Fig.67
Cuplantul este folosit datorită diferenței mari între impedanța acustică a aerului și impedanța acustică a materialului inspectat. Dacă acesta ar lipsi, aproape întreaga energie a fascicolului de ultrasunete va fi reflectată la interfața dintre traductor și piesa inspectată, permițând astfel fascicolului de ultrasunete să penetreze piesa.
În cazul traductoarelor de contact, pe post de cuplant se poate folosi un film subțire de ulei, glicerină sau apă. În cazul în care se utilizează apa, aceasta va conține substanțe pentru creșterea gradului de umectare a suprafeței sau inhibitori ai coroziunii.
Pentru inspecția cu unde transversal, cuplantul trebuie să aibă o vâscozitate cât mai mare, pentru a permite o propagare eficientă a acestui tip de unde.
La scanarea în imersie, nu este nevoie să se adauge un fir subțire de cuplant pe suprafața piesei, deoarece atât traductorul cât și piesa care urmează a fi inspectată se află imersate în cuplant care este, în majoritatea cazurilor, apa.
2.4.5. Calibrarea echipamentelor de control cu ultrasunete
Pentru ca rezultatele unui control nedistructiv cu ultrasunete să fie corecte și reproductibile, este necesar să se realizeze operația de calibrare/etalonare a echipamentului utilizat.
Calibrarea se face cu ajutorul unor blocuri de calibrare (de referință) diferite, confecționate din același material sau un material cu caracteristici acustice cât mai apropiate de a materialului supus controlului.
Operația de calibrare vizează următoarele două aspecte:
Etalonarea și reglarea aparatului propriu zis care constă în:
etalonarea scării de măsurare a distanțelor și controlul proporționalității scării distanțelor;
reglarea sensibilității;
liniaritatea amplificării, determinarea zonei moarte;
determinarea puterii separatoare.
Calibrarea traductorului, aceasta constând în:
determinarea punctului de incidență a fascicolului;
verificarea unghiului de refracție;
verificarea devierii axei longitudinale a fascicolului;
corecția punctului de zero;
ridicarea caracteristicii de directivitate.
2.4.6. Avantajele și dezavantajele controlului nedisctructiv cu ultrasunete
Avantajele principale ale acestei tehnici sunt:
se pot detecta defecte de suprafață sau din profunzimea piesei;
se pot detecta defecte aflate la adâncimi mari;
este foarte precisă pentru determinarea poziției defectelor și estimarea dimensiunii și formei acestora;
pregătirea suprafeței probei înaintea controlului este minimă;
rezultatele se obțin în timp real;
nu este periculoasă pentru operator sau persoanele aflate în apropiere.
Dezavantajele principale ale acestei tehnici sunt:
necesită personal cu un grad de specializare superior altor tehnici de control nedistructiv;
necesită un agent de cuplaj care să permită transmiterea ultrasunetelor în piesă;
materialele cu rugozitate mare, cu forme neregulate, cu dimensiuni foarte mici, neomogene sau foarte subțiri sunt dificil de controlat ;
defectele liniare orientate paralel cu direcția de propagare a fascicolului de ultrasunete pot scăpa neobservate;
necesită blocuri de referință pentru calibrare și verificare, ce trebuie să fie din materiale cu caracteristici acustice apropiate de cele ale materialului investigat;
fontele de turnătorie sau alte materiale cu granulație grosolană sunt greu de analizat datorită atenuării puternice a ultrasunetelor și raportului semnal/sunet scăzut.
2.5. Exemple de verificări nedistructive a asamblărilor sudate
2.5.1. Pod rulant monogrindă
a) Descrierea instalației
Podul rulant de tip monogrindă este echipat cu electropalan suspendat, grinzi transversale și unități de antrenare, folosindu-se pentru deplasarea materialelor uzuale în raza lui de acționare.
Grinda din care este compus podul este de tip chesonat sudată din tablă de oțel, de plăcile de capăt sudate se fixează, cu șuruburi, grinzile transversale cu roțile de deplasare.
Electropalanul se deplasează pe aripa inferioară a profilului, limitată de câte două tampoane de capăt de cursă.
Grinda principală se sprijină pe cele două grinzi transversale, prinse de acesta cu șuruburi, prin intermediul plăcii de capăt. Lungimea grinzii este de 18 metri.
Comanda podului se realizează de la o cutie de comandă suspendată, cu butoane de acționare în două trepte, cu mișcarea independentă de cea a electropalanului.
Podul rulant monogrindă a fost construit în anul 2004 și pus în funcțiune în anul 2005.
b) Motivul efectuarii verificărilor nedistructive a asamblărilor sudate
Efectuarea verificărilor nedistructive a asamblărilor sudate ale podului rulant, tip monogrindă, este necesară deoarece durata normală de funcționare pentru podurile rulante este de 9 ÷ 15 ani, fapt pentru care se impune efectuarea verificării tehnice în utilizare pentru investigații/examinări cu caracter tehnic, cu scopul evaluării stării tehnice, estimării duratei de funcționare remanentă și stabilirii condițiilor de funcționare în sigurantă a podului rulant în conformitate cu prevederile Prescripției Tehnice R1-2010, Cap.VII, secțiunea 1, art.79, lit.e.
c) Tipuri de verificări efectuate
1. Examinarea vizuală a îmbinărilor sudate (VT)
La examinarea vizuală a îmbinărilor sudate se va verifica aspectul exterior al tuturor sudurilor existente în proporție de 100 %.
Se vor avea în vedere depistarea neconformităților de tip: fisuri, deformații, defecte vizibile, supraȋnălțare etc.
Examinarea vizuală a tuturor sudurilor accesibile s-a efectuat cu ochiul liber și cu lupa de mărire x8.
În urmă examinării vizuale s-a constatat că rezultatele sunt în conformitate cu SR EN ISO 5817/2015 – nivel B.
2. Examinarea îmbinărilor sudate cu ultrasunete (UTs)
Se vor examina cu ultrasunete următoarele cordoane de sudură :
cordoanele de sudură L1÷L8 – suduri cap la cap – suduri de îmbinare a grinzilor principale cu grinzile de capăt, care sunt menționate în figura 72, ȋn procent de 100% – lungimea cordonului de sudură măsurat este de 4 metri ;
cordoanele de sudură L9÷L18 – suduri cap la cap – suduri de îmbinare a chesoanelor ce compun grinzile principale, care sunt menționate în figura 73, ȋn procent de 100% – lungimea cordonului de sudură măsurat este de 5,4 metri .
Condițiile de execuție a verificării sunt conform SR EN ISO 17640:2019
Criterii de acceptare și nivelul sunt conform:
nivel de acceptare 2 – conform SR EN ISO 11666:2018
nivel de calitate B – conform SR EN ISO 5817:2015
Condiții tehnice:
Tab.1
Fig.68
Fig.69
Fig.70
Fig.71
În urma examinării cu ultrasunete nu s-au constatat discontinuități înregistrabile asupra cordoanelor de sudură examinate și au fost declarate “Admis” conform SR EN ISO 11666:2018 nivel de acceptare 2.
3. Examinarea îmbinărilor sudate cu pulberi magnetice (MT)
Se vor examina cu pulberi magnetice ale următoarele cordoane de sudură :
cordoanele de sudură L1÷L8 – suduri cap la cap – suduri de îmbinare a grinzilor principale cu grinzile de capăt, care sunt menționate în figura 72, ȋn procent de 100% – lungimea cordonului de sudură măsurat este de 4 metri ;
cordoanele de sudură L9÷L18 – suduri cap la cap – suduri de îmbinare a chesoanelor ce compun grinzile principale, care sunt menționate în figura 73, ȋn procent de 100% – lungimea cordonului de sudură măsurat este de 5,4 metri .
sudurile de colț K1÷K4 – suduri de îmbinare a grinzilor principale cu grinzile de capăt, care sunt menționate în figura 73, ȋn procent de 100% – lungimea cordonului de sudură măsurat este de 1 metru;
sudurile de colț K5÷K24 – suduri de îmbinare a chesoanelor ce compun grinzile principale, care sunt menționate în figura 73, reprezentând un procent de aprox. 50% din lungimea totală a sudurilor – adică 36 metri.
Fig.72
Fig.73
Condiții tehnice:
Tab.2
Fig.74
Fig.75
PFINDER 280 este o vopsea cu uscare rapidă, de contrast albă, pentru testarea cu particule magnetice. În combinație cu PFINDER 250 (251) defectele de suprafață de materiale magnetizabile poate fi indicată la lumina zilei.
Beneficiile produsului:
– Uscare rapidă.
– Consum redus de cauza opacității mari.
– Aderență mare la toate tipurile de materiale și suprafețe
– Nu fisurează vopseala la temperatură scăzută.
– Fără silicon, sec. amine, nitriți / halogeni.
Fig.76
PFINDER 251 este o pulbere magnetică neagră într-un container cu ulei de o vȃscovitate joasă cu aditivi speciali pentru testarea cu particule magnetice. Cu PFINDER 150 defectele de suprafață ale materialelor magnetizate pot fi evidențiate sub lumina zilei.
Beneficiile produsului:
– Indicații excelente, clare.
– Aproape inodor.
– Compatibil cu materiale neferoase.
– Fără silicon, sec. amine, nitriți / halogeni.
În urma examinării cu pulberi magnetice nu s-au constatat discontinuități înregistrabile asupra cordoanelor de sudură examinate și au fost declarate “Admis” conform SR EN ISO 23278:2015 nivel de acceptare 2.
2.5.2. Recipient cilindri vertical
a) Descrierea instalației
Recipientul este un recipient cilindric vertical în construcție sudată, cu diametrul interior de 700 mm, cu funduri elipsoidale, susținut de trei picioare sudate de fundul inferior și prevăzut cu următoarele racorduri:
Tab.3
Materialele din care este confecționat recipientul sunt pentru :
-Virolă – R44.4b, STAS 2883/2-80;
-Funduri – R44.4b, STAS 2883/2-80;
-Racorduri –OLT 35K, STAS 10382-80 ;
Parametrii de funcționare sunt conform tabelului următor:
Tab.4
Recipientul a fost fabricat ȋn anul 1989 și a fost pus ȋn funcțiune în anul de 1995.
Durata de funcționare menționată în proiect este de 15 ani.
b) Motivul efectuarii verificărilor nedistructive a asamblărilor sudate
Efectuarea verificărilor nedistructive a asamblărilor sudate ale recipientului cilindric vertical, este necesară deoarece durata normală de funcționare a fost depașită, în conformitate cu PT ISCIR C4-2010, art. 116-d), așadar este necesară efectuarea verificării tehnice în utilizare pentru investigații / examinări cu caracter tehnic cu scopul stabilirii stării tehnice, evaluării duratei de funcționare remanentă și stabilirii condițiilor de funcționare în siguranță a utilajului.
c) Tipuri de verificări efectuate
1. Examinarea vizuală a îmbinărilor sudate (VT)
La examinarea vizuală a îmbinărilor sudate se va verifica aspectul exterior al tuturor sudurilor existente în proporție de 100 %.
Se vor avea în vedere depistarea neconformităților de tip: fisuri, deformații, defecte vizibile, supraȋnălțare etc.
Examinarea vizuală a tuturor sudurilor accesibile s-a efectuat cu ochiul liber și cu lupa de mărire x8.
În urmă examinării vizuale s-a constatat că rezultatele sunt în conformitate cu SR EN ISO 5817/2015 – nivel B.
2. Examinarea îmbinărilor sudate cu ultrasunete (UTs)
Se vor examina cu ultrasunete următoarele cordoane de sudură :
sudura longitudinală L1, menționată în figura 77, ȋn procent de 100%;
sudurile circulare C1 și C2, menționate în figura 77, ȋn procent de 100%
Condițiile de execuție a verificării sunt conform SR EN ISO 17640:2019
Criterii de acceptare și nivelul sunt conform:
nivel de acceptare 2 – conform SR EN ISO 11666:2018
nivel de calitate B – conform SR EN ISO 5817:2015
În acest caz măsurătorile cu ultrasunete nu s-au putut efectua deoarece grosimea materialului de bază a recipientului este mai mică de 6mm.
3. Examinarea îmbinărilor sudate cu pulberi magnetice (MT)
Se vor examina cu pulberi magnetice ale următoarele cordoane de sudură :
sudura longitudinală L1, menționată în figura 77, ȋn procent de 100%;
sudurile circulare C1 și C2, menționate în figura 77, ȋn procent de 100%
sudurile de colț K1÷K15, menționate în figura 77, în proporție de 100%.
Fig.77
Condiții tehnice:
Tab.5
În urma examinării cu pulberi magnetice nu s-au constatat discontinuități înregistrabile asupra cordoanelor de sudură examinate și au fost declarate “Admis” conform SR EN ISO 23278:2015 nivel de acceptare 2.
Capitolul IV: CALCULUL UNEI SUDURI PENTRU RECIPIENTUL CILINDRIC VERTICAL ȘI PODUL RULANT MONOGRINDĂ
1. Calculul sudurilor cap la cap L1 și C1 a recipientului cilindric vertical
Recipientele se compun din corp, capac și fund. Corpul recipientelor se execută prin sudarea cap la cap în V a virolelor cilindrice cu cordoane de sudură inelare.
Datorită presiunii interioare p în învelișul recipientului vor apare tensiuni de tracțiune (Fig.78), atât în plan longitudinal (σt), cât și în plan transversal (σt1).
Fig.78
Fig.79
a) Calculul tensiunii de tracțiune în plan longitudinal pentru sudura longitudinală L1
Materialul din care este fabricat recipientul este oțel carbon de calitate R44.4b.
Tensiunea admisibilă a materialului = 187 MPa
Coeficientul de siguranță – k = 1,25
Presiunea = 6 bar
Grosimea peretelui recipientului – s = 4 mm
Diametrul interior al recipientului – D = Ø700
Din echilibrul forțelor (Fig.79) rezultă:
p·D·λ = 2 t · s · λ
t = ≤ 0,8k· ’a
t = ≤ 0,8·1,25·
t = 52,5 MPa ≤ 187 MPa (1.17)
Fig.80
b) Calculul tensiunii de tracțiune în plan transversal pentru sudura circulară C1
1t = ≤ 0,8k· ’a
1t = ≤ 0,8·1,25· 187
1t = 26,25 MPa ≤ 187 MPa (1.19)
Fig.81
Se constată că 1t = 2 t , pericolul distrugerii învelișului recipientului fiind pe direcție longitudinală (direcția generatoarei recipientului).
2. Calculul sudurii de colț K10 a podului rulant monogrindă
Grinda din care este compus podul este de tip chesonat sudată din tablă de oțel, de plăcile de capăt sudate se fixează, cu șuruburi, grinzile transversale cu roțile de deplasare.
Grinda principală se sprijină pe cele două grinzi transversale, prinse de acesta cu șuruburi, prin intermediul plăcii de capăt. Lungimea grinzii este de 18 metri.
Fig.82
Forța F se reduce în planul de separație a sudurii cu materialul de bază la o forță tăietoare F și un moment încovoietor Mi = F · d (cu axa paralelă cu sudurile), care generează în acest plan tensiunile:
Fig.83
F = 500 kN
d = 100 mm
h = 12 mm
a = 12 mm
n = =; t₂=0 ; t₁=
n = === 93,49 N/mm (1.20)
λ = λs – 2a = 2500 – 2·12 = 2476 mm
t₁===8,41 N/mm² (1.21)
În planul median al cusăturii rezultă:
= · + =· + =· + =72,04 N/mm² (1.22)
τ₁= · – = · – = · – =60,16 N/mm² (1.23)
τ₂ = 0
e = ≤ as
e = ≤ 1,25·0,85·187
e = ≤ 198,68 MPa
e = ≤ 198,68 MPa
e = ≤ 198,68 MPa
e = 108,18 MPa ≤ 198,68 MPa (1.24)
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: SPECIALIZAREA: SISTEME CAD-CAE-CAM ÎN DEFORMARE PLASTICĂ [301426] (ID: 301426)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.