defektoskopie 76 i h) is DŮM TECHNIKY ČVTS PRAHA 1976

Transkript

1 defektoskopie 76 i h) is DŮM TECHNIKY ČVTS PRAHA 1976

2 DUM TECHNIKY CVTS PRAHA DEFEKTOSKOPIE '

3 Obsah str. Ing. Jaroslav Obraz, CSc. Ultrazvukové sondy pro zjišíování únavových trhlin v blízkosti povrchu 7 Ing. Jiří Ullmann Ultrazvuková kontrola jakosti odporových svarů na vrtných trubkách s privarenými spojníky 20 Ing. Petr Šípek Nedestruktivní kontrola výrobků s austenitickou výstelkou 42 Jan SVoboda Uhlové sondy s různým úhlem lomu z hlediska zjištění vad zejména ve svarových spojích 54 Ing. Stanislav Janovský Stanovení náhradní velikosti vady v praxi 67 Ing. Jiří Pitter Metodika určování šířky konstrukčního neprůvaru a zjišťování trhlin u koutových svarů pomocí ultrazvuku ^2 Pavel Klaana, Jaroslav Kesl Zkušenosti s použitím přístroje D-BSetru při měření tlouštěk materiálu 79 Jiří Šplíchal Mechanizovaná ultrazvuková zkouška základního materiálu součástí rotačních tvarů 8 $ Alois LiSka Nedestruktivní kontrola výrobků potrubí primárního okruhu VVER 440 z oceli jakosti 08CH18N12T? 8

4 František Uacál Ověřování sovětské cejchovecí soupravy KEU Ing. Jaroslav Udatný, ing. Jiří Šimek Kapilární soubor KD - 40 LC 117 Ing.L.Čížek, CSc, Ing.V.Bízek, Ing.R.Pleskač Stanovení optimálních a mezních podmínek při prozařování s ohledem na zjistitelnbst přirozených vad 126 Ing. K. Rytina K volbě parametrů urychlovače pro radiografii velkých tlouštěk 163 Ing. Lubomír Duben, CSc. Zjišťování povrchových vad na ocelových trubkách velkých průměrů 175 Josef Solnař Vícepřlstrojové vybavení automatických nedestruktivních linek pro kontrolu trubek 192 Pavel Laurenčik Kontrola stupňa tepelného spracovania poistných krúžkov elektroinduktívnou meťódou 200 Jaroslav Kunt Příspěvek k problematice sledování trhlin metodou kontaktního měření elektrické vodivosti 208 Doc.Ing.M.Samotný, CSc, Ing.K.Koeman, CSc. Příspěvek k možnosti hodnocení obrobitelnosti kovových materiálů metodami nedestruktivní strukturoskopie 215 Jiří Sácha Poižití tepelných metod pro nedestruktivní defektoskopii v ČSSR 220 Doc.Dr.Ing.Oldřich Taraba, CSc. Rozbor emitovaného ultrazvukového signálu pravděpodobnostním analyzátorem PA 040 PEL

5 Úvod Předkládáme Vám sborník referátů z celostátního semináře Defektoskopie 76, který je již jedenáctým z cyklu každoročních periodických seminářů. Letošní seminář pořádá ČVTS - hutnická společnost - odborná sekce pro defektoskopii ve spolupráci s Celostátním defektoskopickým střediskem SVÚM Praha, Krajskou odbornou skupinou pro defektoskopii v Ostravě při Komitétu jakosti a spolehlivosti a Domem techniky ČVTS Praha. Plány rozvoje našeho socialistického hospodářství kladou stéle větší nároky na strojírensky průmysl. Plnění úkolů pětiletého plánu, integračních cílů, dohod o mezinárodní spolupráci socialistických států i obchodních závazků s ostatními státy a partnery se stává stále složitějším a náročnějším, především v důsledku rychlého rozvoje vědy a techniky. Proto naši vedoucí političtí i hospodářští pracovníci zdůrazňují nutnost neustálého rozvoje a zkvalitňování politické, organizační a technické struktury našich národních podniků. Významné místo v tomto dění zaujímá inovace výrobních programů podniků a dosahování vysoké kvality výrobků přicházejících na náš trh. Vysoké požadavky kladené na výrobky nelze splnit bez důkladného prověření funkce a parametrů (tedy přezkoušení) nově vyvinutých výrobků i výrobků již vyráběných. Cílem těchto seminářů je každoročně seznamovat technickou veřejnost s výsledky základního i aplikovaného výzkumu v oboru nedestruktivní defektoskopie

6 Referáty prvého dne jsou zaměřeny výhradně na ultrazvukovou defektoskopii, jejíž použití v praxi je nejrychlejší a nejekonomičtější. Dále je věnována pozornost prozařování, magnetickým a dalším defektoskopickým metodám. Posláním semináře je kromě přednesení odborných referátů umožnit navázáni přímých kontaktů mezi specialisty a poskytnout tak možnost vzájemné výměny názorů. Věřím, že všichni účastníci semináře naleznou v této publikaci bohatý zdroj inspirace pro práci na svém pracovišti a přispějí k aplikaci těchto teoretických poznatků v každodenní praxi. Jan Pejša, obor strojírenství, Dům techniky ČVTS Praha

7 ULTRAZVUKOVÉ SONDY PRO ZJIŠŤOVANÍ ÚNAVOVÝCH TRHLIN V BLÍZKOSTI POVRCHU Ing. Jaroslav Obraz, CSc./ SVIÍSS / Praha 1. Úvod V tlakových nádobách energetických zařízení se mohou vyskytovat únavové trhliny v blízkosti povrchu. Pro jejich zjišíování, zejména v případech, kdy nesouvisejí s povrchem, je vhodný ultrazvuk. Je známo, že se používá úhlových sond a zkoušení se provádí přímým odrazem od vady, zvláště když tloušíky materiálů jsou větší, jako tomu bývá u nádob energetických jaderných reaktorů. Cílem tohoto příspěvku je uvést některé teoretické i praktické poznatky o typu úhlových sond, kterými lze ultrazvukem zjistit únavové trhliny orientované kolmo k povrchu nebo od tohoto směru mírně skloněné. 2. Měřeni.jednoduchou sondou Trhliny orientované kolmo k povrchu lze ultrazvukem indikovat pouze při použití úhlových sond. Únavové trhliny v blízkosti povrchu se zjišíujl převážně přímým odrazem (obr. 1) úhlovými sondami s vyšším úhlem lomu f. Nepřímý odraz při použití tandemového uspořádání nebývá vhodný, protože při úhlech vyšších než 60 vycházejí vzdálenosti sond v tandemu příliš velké. Výška odraženého echa od vady o náhradní velikosti D závisí na její orientaci. Tuto závislost lze vyjádřit pro vady ve vzdáleném poli výrazem / : /., -ión 7?. (1) je argument Besselovy funkce J-, - 7 -

8 H - výška srovnávacího echa odraženého od nekonečné odrazové plochy při kolmém dopadu (f = 0), D l[/\ - činitel průchodu přes rozhraní lomového klínu úhlové sondy s úhlem V" v oceli (obr. 2),,~ rv") - ginitel odrazu příčné vlny na volném rozhraní oceli natočeném o úhel $ od kolmé roviny, - plocha měniče, - náhradní velikost vady, - úhel dopadu v lomovém klínu sondy, - úhel lomu v oceli, - průmět plochy měniče do roviny kolmé na rovinu lomu a na osu ultrazvukového svazku, - průmět vady do roviny kolmé na rovinu lomu a na osu ultrazvukového svazku, * - délka příčné vlny v oceli, h - hloubka vady, 1 - dráha v lomovém klínu sondy, d - útlum podélné vlny v prostředí sondy, *ť T - útlum příčné vlny v oceli. Výraz (1) byl použit jako výchozí pro praktický výpočet. Nebyla však přímo vynášena poměrná výška echa vzhledem k výšce srovnávacího echa H, nýbrž jako srovnávací hladina (OdB) byla vzata velikost šumu při Jednoduché úhlové sondě s úhlem Y- 60 (57 ) a s velikostí měniče S n = 25 x 16 mm na frekvenci 2 MHz. Na obr. 4 až 6 jsou vyneseny závislosti pro úhlové sondy 57, 70 a 80 pro náhradní velikost vady D R / (V = 3,75. Je samozřejmé, že největší citlivosti se dosahuje při takovém sklonu.j*, kdy osa ultrazvukového svazku dopadá na vadu kolmo. Úhly 57 a 72 byly skutečně naměřené na sondách. Ve všech závislostech se vyskytují význačná minims výšek ech, která jsou pod hladinou šumu. Vady byly v hloubkách 10 a 20 mm. Experimentálne bylo možné ověřit pouze některé body. Výpočet souhlasí s měřením pouze kvalitativně, protože ultrazvukové signály je možné získat pouze tam, kde vypočtená hodnota výšky echa převyšuje hladinu šumu. Srovnáním závislostí na obr. 4 až 6 vyplývá, že echa - 8 -

9 větsích výšek lze získat při menších úhlech f = 57 a 60. Sondaai s úhly *y= 70 a 80 nejsou výsledky dobré, protože echa jsou většinou nižší než Sum. AvSak ani sondy s úhly kolem hodnoty /" = 60 nedávají pro praxi uspokojivé výsledky, protože i v tomto případě signály se často přibližují hladině Sumu nebo v ní mizí. V praxi se však vyžaduje, aby signál při ručním zkoušení převyšoval šum nejméně o 6 db a při zkoušení mechanizovaném o 10 db. 5. Měření dvo.1it.vini úhlovými sondami Neuspokojivé výsledky popsané v předchozí části vedly k vývoji dvojitých úhlových sond, o nichž je i z literatury známo, že jsou vhodné pro zkoušení sustenitických materiálů, vyznačujících se vždy velkým ultrazvukovým šumem. Dvojité úhlové sondy se skládají ze dvou samostatných funkčních částí sestavených tak, aby osy ultrazvukových paprsku svíraly úhel (obr. 7). Volbou tohoto úhlu se dosáhne maximální citlivost sondy v určité hloubce pod povrchem, stejně jako tomu je u sond přímých. Dvojité úhlové sondy mají kromě malého šumu i krátké mrtvé pásmo. Výsledky měření vad o poměrné náhradní velikosti D A = 3,75 ležících v hloubkách 10 a 20 mm jsou na obr. 8 a 9. Byla zjišťována závislost na orientaci ts v rozmezí ^ = -10 až +10. Srovnáním naměřených hodnot vyplývá, že nejpříznivější výsledky dává sonda s úhlem -f= 60 (57 ). Úhlové sondy byly navrženy pro úhel if = 60, avšak skutečný úhel zjištěny měřením na mechanickém přípravku byl změřen 57. Průběh citlivosti sond závisí 1 na sklonu S/tobou polovin sondy. Experimentálně bylo zjištěno, že pro danou velikost měničů (8 x 12,? mi Je optimum kolem 2" = 12. Fotom v hloubkách 10 až 25 mm pod povrchem se pracuje s odstupem minimálně 10 db nad šumem. Pro dvojité sondy také přibližně platí vztah (1) pro výšku echa a proto lze srovnat závislosti vypočtené (např. na obr. 4) s naměřenými (např. na obr. 8). Odchylky mezi vypočtenými a naměřenými hodnotami lze vysvětlit přechodem na různé měrky

10 4. Závěr V příspěvku jsou uvedeny výsledky početního a experimentálního vyšetření jednoduchých a dvojitých ultrazvukových sond pro zjišíování únavových trhlin v oceli uhlíkaté i austenitické. Jednoduché sondy jsou pro zkoušení austenitických ocelí zcela nepoužitelné pro velký ultrazvukový šum. Avšak ani pro uhlíkaté oceli nejsou jednoduché sondy vhodné, protože poměr signál - Sum je vyhovující pouze při vhodné orientaci trhliny, kdy ultrazvukový svazek dopadá přibližně kolmo na vadu. Při ostatních orientacích trhliny ultrazvuková echa v šumu úplně nebo částečně zanikají. Pro mechanizovaný způsob zkoušení jsou odstupy signál - šum nedostatečné. Naproti tomu dvojité úhlové sondy dávají uspokojivé výšky ech při dobrém odstupu signálu a šumu. V obou případech, at u sond jednoduchých nebo dvojitých se ukázalo, že nejpříznivější závislost na orientaci vady mají sondy s úhlem lomu í = 60. Úhlové sondy s měniči s velkou plochou, které jsou popsány v tomto příspěvku, jsou vhodné pro mechanizované zkoušení. Pro ruční zkoušení se uplatní sondy s menšími měniči, u nichž vzájemný sklon os vyzařovacích diagramů měničů je menší

11 Obr. 1. ZjiStováni dnavevé trhliny úhlovou soiviou ».--,.S..i.i.í>;.-,-i. - -.i :.-

12 I So I 10 Obr. 2 Součinitel průchodu D ( lľ) při transformaci podélné vlny na příčnou na rozhraní plcxiaklo - oe«l

13 Ml I ' Obr. 3, Součinitel odrazu podélné nebo příčné vlny dopadající pod úhlem JL,. nebo OCT na volné rozhraní oceli

14 o naměřené body pro sondu Y = 5 7 * =10mm ž' h = 20mm šum -3C Obr. 4 Závislosti poměrné výfiky ech z hloubak h = 10 a 20 mm při úhlové sondg s dhlem T * 60 (57 ) na sklonu ^ vady D n^ = 3,

15 30 20 o naměřené body pro sonda -r - 72,5 10 sum h = 10mm -20 h =20mm 30 ^_ [*] Obr. 5. Závislosti poměrné výšky y ech z Moubek h = 10 a 20 mm při dhlové sondě -f = 70 (72,5 ) na sklonu 9 vady D n 4 = 3,75

16 ffi TJ > X = 80' / / 1 / / / ; / / i -30 ii / x// - / / - V;Í \ / \ / \ i -20 -K \ 4 n\ \ \ \ \ 0 10 f s/20 0 /" /,' \ 1 \UM 1 SI i v 1 i1 fi i i v '10 / /. / \ t ť 20 t 1 1 šum h=10mm h = 20mm X Obr. 6. Závislosti poměrné výäky ech z hloubek h = 10 a 20 mm při úhlové sonďě 80 na sklonu vady = 3,

17 E o m m o so H O

18 sonda J = 57 J =13,5 h - 1C mm h- 20ir.m _12 d B Obr. 8. Naměřené poměrné výšky ech z hloubek 10 a 20 mm při dvojité dhlové sondě s tihlem 7f= 57 - IB -

19 T 9 y = 67* 6 = 11* I h = 10mm h = 10 mm h = 20rnm Obr. 9 - Naměřené poměrné výšky ech z hloubek h = 10 a 20 mm při dvojitých dhlových sondách s iíhly f = 67 a

20 ULTRAZVUKOVÁ KONTROLA JAKOSTI ODPOROVÝCH SVAR& HA VRTNÍCH TRUBKÁCH S PŘIVAŘENJMI SPOJNÍKY Ing. Jiří Ullmann, Výzkumný a zkušební ústav NHKG, Ostrava-Kunčice Při hloubení vrtů pro průzkum a těžbu ložisek nafty a senního plynu se v současné době ve značné míře používají vrtné trubky s odporově privarenými spojníky. Proti dříve používanému závitovému spojení má odporový svar vyšší únavovou pevnost, ovšem za předpokladu kvalitaíno provedení svaru. Výrobci vrtných trubek proto věnují značnou pozornost i kontrol* kvality svarů mezi vrtnými trubkami a spojníky. Kontrola se většinou provádí podle interních závodních předpisů, závazné, obecně platné normy nebyly dosud zpracovány. Svary vrtných trubek s privarenými spojníky se od zavedení výroby kontrolují v NHKG ultrazvukem podle dosud nezávazného mezinárodního doporučení ISO-TC-SC-5 /I/. Tento předpis však není zcela jednoznačný. Proto byl v poslední době proveden podrobný průzkum podmínek ultrazvukové kontroly odporových svarů, jehož cílem bylo zdokonalit ultrazvukovou kontrolu a vytvořit podmínky pro maximální zvysování kvality vrtných trubek. Průzkum podmínek pro ultrazvukové zkoušení svarů, jehož hlavní výsledky jsou uvedeny v tomto příspěvku, byl prováděn na trubkách o průměru 5", z materiálu P IO5 podle API, a konci pěchovanými vně i uvnitř, se spojníky 4 1/2" IF. Zhodnocení způsobů kontroly svarů Pro vady odporových svarů je charakteristické, že mají zcela jednoznačnou orientaci. Probíhají prakticky kolno k povrchu materiálu, poněvadž vlastní svar je velmi úzký. Podle literárních údajů / 2/ /V se jedná ve většině případů o oxidické vměstky, které mohou být za určitých podmínek zjištěny ultrazvukem, prozařováním však jen v ojedinělých případech

21 I při zkoušení ultrazvukem je nutno počítat s tím, že malá tlouáíka vad nepříznivě ovlivňuje podmínky odrazu ultrazvuku. Při kontrole vrtných tyčí však nelze zcela vyloučit výskyt vad mimo svar, zejména v pěchované části trubky. Je nutno zkoušet i okolí svaru, kde lze předpokládat převážně vady kolmé na osu trubky, většinou související s vnitřním povrchem. Geometrický tvar koncu trubek se spojníky (obr. 1) umožňuje pouze kontrolu vhodnými úhlovými sondami. U vad souvisejících s povrchem lze při zkouäení úhlovou sondou očekávat poměrně dobré výsledky. Úhlový odražeč, který tyto vady vytváří, se za určitých podmínek chová Jako odražeč kolmý na osu ultrazvukového svazku* To platí především při úhlu loni ultrazvukového svazku v rozmezí 35 až 55. Při větším úhlu lomí, především v okolí 60 bude odraz ultrazvuku horší a značně závislý na úhlu lomu /4/. U vad ve střední části tlouštky stěny jsou podmínky pro jejich zjištění horší. Ultrazvukový svazek nedopadá na vadu kolmo, na vadě se zrcadlově odráží a odražený paprsek nedopadá zpět na měnič sondy. Na měnič dopadá pouze část ultrazvukové energie, difusně rozptýlené na nerovnostech vady. U vad odporových avarů s poměrně hladkým povrchem a malou tloušťkou bude odražený signál poměrně slabý /5/. Z hlediska maximální citlivosti zkušební metody se jeví výhodnější tandemová metoda, u které je přijímací sonda oddělená a umístěná v místě dopadu odraženého paprsku. Tento způsob zkoušení je prakticky totožný s případem, kdy je vada kolmá na osu ultrazvukového svazku. Praktické použití tandemové metody je však spojeno s určitými technickými obtížemi. Mají-li být vady v různé hloubce pod povrchem zjištovény za stejných, optimálních podmínek, je nutno během zkouäení měnit vzájemnou polohu sond, při čemž osy ultrazvukových svazků obou sond musí být neustále v jedné rovině. Při kontrole svaru a jeho okolí by bylo kromě toho zapotřebí dále zajistit pohyb dvojice sond rovnoběžně se svarem a kolmo na svar. Zajistit při ruční kontrole tři nezávislé pohyby dvojice sond, zaručit při tom potřebnou vzájemnou polohu

22 sond a dosáhnout spolehlivého prozkoušení celého kontrolovaného objemu je však velmi obtížné a časově náročné. Také je nutno uvážit, že tandemová metoda nezaručuje dobré podmínky pro zjištění vad souvisejících s povrchem, takže se musí doplnit zkoušením jednou sondou. Zjednodušit způsob zkoušení je možno za předpokladu, že se 1 připustí určitá chyba při určení amplitudy poruchového echa a využije se rozbíhavosti ultrazvukového svazku* Při nepříliš velké tlousfce zkoušeného materiálu se nabízí laožnost použít dvojici sond s konstantní vzájemnou vzdáleností, které pak mohou být pevně zabudovány do zkušební hlavice. Rozbíhavost svazku také umožňuje zjistit vady uprostřed tloušťky stěny i při zkoušení jednou sondou, pokud je tato v dostatečné vzdálenosti od vady (obr. 2). Jedná se o obdobu tandemové metody pro sondy s odlišným úhlem lomu a nulovou vzájemnou vzdáleností. Další možností zjednodušit ultrazvukovou zkoušku je zkoušet svar z konstantní vzdálenosti. Pokud se dosáhne uspokojivé přesnosti, přináší tento způsob značné zrychlení kontroly a snižuje pravděpodobnost neprozkoušení některých částí svaru. Při zkoušení tvarově komplikovaných pěchovaných konců vrtných trubek nelze s dostatečnou přesností teoreticky stanovit závislost velikosti poruchového echa na podmínkách zkoušky. Použitelnost jednotlivých způsobů zjednodušení kontroly je nutno ověřit experimentálně. Předběžné zkoušky, sloužící k ověření vhodného typu sond, byly provedeny na rovinném vzorku tloušťky 18 mm a umělými vadami ve formě zářezů kolmých k povrchu a ve formě vývrtů s plochým dnem, rovněž kolmým ke zkoušenému povrchu (obr. 3). Etyly ověřovány některé komerčně vyráběné sondy, blíže charakterizované v tabulce 1. Na uvedeném vzorku byla zjišťována závislost amplitudy poruchového echa na uhlu lomu ultrazvukového svazku a úhel rozevření ultrazvukového svazku ve směru kolmém na zkušební povrch. Poměr užitečného signálu a šumu byl stanoven na vzorku z vrtné trubky se svarem, jako umělá vada sloužil vývrt s plochým dnem 0 3 x 3 mm s osou kolmou na zkušební povrch

23 První ověřovací zkoušky s těmito sondami byly opět prove- deny na rovinném vzorku (obr. 3), na vývrtech s plochým dnem. Ke zkouškám byl použit ultrazvukový defektoskop Unipan Sondy byly po povrchu vzorku přemistovány pomocí přípravku s křížovým vodičem, který umožňoval odečítat aoučadnice polohy sondy s přesností asi 0,2 nu. Byla zkoušena jedna sonda nebo dvě sondy v tandemovém uspořádání s konstantní vzájemnou vzdáleností 44 mm nebo 25 mm. Závislost velikosti poruchového echa na vzdálenosti sondy od svaru je pro několik typických případů znázorněna na obr Ve všech případech docházelo ke kolísání velikosti poruchového echa i při malé změně vzdálenosti sondy od vady (i několik db/nm). Na uvedených obrázcích jsou proto zakresleny pouze obalové křivky maxim a minim. r I když rozdíly v citlivosti i v poměru signál/šum nebyly přílis významné, pro předpokládaný účel se jevily vhodnější sondy se čtvercovým měničem než sondy s měničem obdélníkovým, zejména pro lepší rozlišitelnost poruchových ech a pro menší výskyt rušivých signálů. Velikost měniče je v podstatě omezena délkou blízkého pole vzhledem k předpokládané vzdálenosti od svaru* Pro praktické zkoušení odporových svarů na vrtných trubkách byly proto navrženy sondy 4 MHz/70 /10 x 10 nm. Navržené sondy byly vyrobeny ve Státním výzkumném ústavu pro stavbu strojů, Běchovice. Z výsledků měření vyplynulo, že je vhodné umístit sondy co nejblíže svaru, jednak z důvodu citlivosti, jednak pro kolísání amplitudy signálu. Z geometrických důvodů však nemůže být vzdálenost sondy od svaru menší než asi 75 mm. Vliv vzájemné - vzdálenosti sond u tandemové metody na velikost poruchového echa není příliš výrazný, takže je reálné uvažovat o použití dvou sond s konstantní vzdáleností. Rovněž kolísání velikosti poruchového echa v závislosti na vzdálenosti sond od svaru a srovnatelná úroveň velikosti ech pro vady v různých hloubkách zdůvodňuje možnost kontroly svarů z konstantní vzdálenosti. Při hodnocení výsledků těchto zkoušek je však nutno vzít v úvahu, že podmínky zkoušky na rovinném vzorku a na tvarově složitějším svaru nejsou stejné. Ověřeni uvedených závěrů na

24 skutečných svarech Je uvedeno v následujících kapitolách. ZkuSební zařízeni Pro zkoušení svarů na vrtných trubkách byl použit polsky ultrazvukový defektoskop Unipan 510. Je to moderní, transistorový, přenosný přístroj s příznivými parametry pro běžné použití. Podrobnější popis přístroje je uveden v literatuře /6,7/. Pro usnadnění obsluhy přístroje při zkoušení trubek byl zhotoven transportní vozík (obr. 8), sloužící zároveň jako stojan během zkoušení. Čelní panel přístroje je proti nežádoucí manipulaci chráněn uzamykatelným víkem. Ve víku je skříňka s přepínačem, který usnadňuje práci se dvěma sondami. V polohách přepínače 1 a 2 pracuje první nebo druhá sonda současně jako vysílač i přijímač. V poloze 1-2 je první sonda přijímací, druhá vysílací. Dvě sondy byly pevně zabudovány do zkušební hlavice, vyrobené ze silonu (obr. 9). Doeedací plocha hlavice je přizpůsobena zakřivení povrchu zkoušených trubek. Uvedené uspořádání sond umožňuje zkoušet svar jednou sondou ze dvou různých vzdáleností i dvěma sondami v tandemovém uspořádání, aniž se mění vzdálenost hlavice od svaru. Postačí přepínání sond. Aby se usnadnilo vedení zkušební hlavice v konstantní vzdálenosti od svaru, upíná se na zkousenou trubku opěrný kroužek, o který se hlavice opírá (obr. 9). Jako vazební prostředek se z praktických důvodu'jevila výhodnější voda než běžně užívaný olej. Neznečištuje zkoušené trubky, neztěžuje povrchovou ochranu trubek a neznečištuje pracoviště. Použití kompaktní hlavice s dosedací plochou přizpůsobenou zakřivení zkoušení trubky umožňuje přivádět kontaktní kapalinu do bezprostřední blízkosti sond a dostatečně dlouho ji tam udržet, i když má nižší viskozitu než olej. Pro přívod vody byl v tělese hlavice vyvrtán otvor rovnoběžný se sondami, vyúsťující ke každé sondě dvěma kanálky 0 1 mm. Jako podávací čerpadlo byl použit elektrický omývas skel automobilů APO 010. Upevňuje se na boční stranu vozíku defektoskopu a je napájen přímo ze sítového zdroje defektoskopu

25 Při praktiekéd zkoušení trubek není nutný trvalý přívod kapaliny, postačí občasné, krátkodobé zapnutí čerpadla. Aby zařízení mohla obsluhovat jedna osoba, byl* tlačítko pro zapínání čerpadla umístěno přímo do zkušební hlavice. Ke spojení zkušební hlavice a ultrazvukového defektoskopii slouží dva koaxiální kabely (pro sondy) a dvoulinka (spouštění čerpadla). Jelikož na zkušební hlavici byl nedostatek místa pro umístění samostatných koaxiálních konektorů a konektoru pro ovládání, byla vyzkoušena možnost použít společného pětikolíkového konektoru Tesla. Bylo zjištěno, Že útlum ultrazvukových signálů je menší než 1 db. Také nebyl zjištěn žádný nepříznivý vliv na tvar vyhodnocovaných ech. Ověřovací zkoušky ultrazvukového zařízení na vzorku s vadami Funkce ultrazvukového zařízení byla ověřována na vzorku z vrtné trubky 5" x 9,2 s privareným spojníkem. Část spojníku až do vzdálenosti 20 am od svaru byla upíchnuta. Jako umělé vady byly z čelní plochy vyvrtány otvory 0 3 mm s plochým dnem tak, aby dno vad leželo přímo ve svaru. Umělé vady měly hloubku pod zkoušeným povrchem 5, 6, 9, 12 a 15 mm. Při zkouškách se měřila velikost poruchových indikací v závislosti na vzdálenosti zadní hrany hlavice od svaru A. Hlavice byla vedena pomocí opěrného kroužku. Po ukončení měření byly umělé vady převrtény na průměr 4 mm a měření bylo stejným způsobem opakováno. U viech zkoušek byl použit maximální výkon vysílacího pulsu. Při předběžných zkouškách bylo zjištěno, že původně předpokládaná vzdálenost sond od svaru mm nemůže být využívána. Docházelo k rušení oscilogramu klamnými echy, jejichž vzájemná vzdálenost odpovídala přibližně tloušíce zkoušeného materiálu (obr. 10). Tento Jev na rovinném vzorku pozorován nebyl a je pravděpodobně způsoben odrazem vedlejšího ultrazvukového svazku na kuželovém přechodu vnitřního pechu do těla trubky

26 Výsledky zkoušek byly přehledně zpracovány způsobem, znázorněným na obr. 11 a 12. Na těchto diagramech je uvedeno rozpětí velikosti poruchových ech pro vady v řízných hloubkách při různých vzdálenostech zkušební hlavice od svaru. Z výsledků vyplynulo, že vady ležící v různých hloubkách jsou indikovány s různou citlivostí. Přesto uvedené diagramy dokumentují možnost takového nastavení citlivosti, že umělé vady o průměru 4 mm budou spolehlivě indikovány, kdežto vady o průměru 3 mm prakticky nikoliv. Pro sondu č. 1 (blíže u svaru) nastává tento případ pro vzdálenost hlavice od svaru mm a mm (obr. 11). Mimo tyto oblaati dochází k určitému překrývání. U sondy č. 2 byly tyto vzdálenosti mm a mm. Lepších výsledků se dosáhne při dvojím zkoušení svaru sondami 1 a 2, přičemž se pro hodnocení použije větší poruchové echo. Tento případ je graficky znázorněn na obr. 12. Při vzdálenosti hlavice 205 mm od svaru a při citlivosti asi 53dB bude hranice třídění aezi vadami o náhradní velikosti 5 s 4 ass. Část trubky až do vzdálenosti min. 35 mm od svaru bude zkoušena prakticky za stejných podmínek. Na straně spojníku bude chyba měření poněkud větší. Lze to však tolerovat, protože výskyt malých vad ve spojníku je málo pravděpodobný. Dvojím zkoušením se také značně snísi pravděpodobnost přehlédnutí vady. Zkoušení svarů tandemovou metodou nedalo lepší výsledky než zkoušení jednou sondou. I při zkoušení jednou sondou Je Již vzdálenost od svaru dostatečná, aby byl zaregistrován ultrazvukový svazek zrcadlově odražený od vady. Tandemovou metodu lze doporučit pro případ, kdy při zkoušení Jednou ze sond vzniknou rušivá echa při nepříznivém umístění přechodu pěchované části trubky. V úvahu opět přichází dvojí zkoušení - jednou sondou a tandemovou metodou. Provozní zkoušky tfčelem provozních zkoušek bylo prověřit ťunkci celého zařízení a metalograficky identifikovat typické vady. Celkem bylo vyzkoušeno více než 200 svarů na trubkách 5" x 9,2 z materiálu P 105 podle API

27 Ultrazvukové zařízení fungovalo spolehlivě, voda přivádě- J ná přímo k sondám vytvářela dostatečný akustický kontakt. Vedeni ní hlavice se sondami pomocí opěrného kroužku se osvědčilo, i reprodukovatelnost výsledků byla dobrá. Úroveň Sumu v oblasti svaru byla v<ilmi nízká, prakticky se neodlišovala od základního materiálu. Výskyt vad byl velmi nízký, jen v ojedinělých případech se velikost poruchových ech blížila tírovni umělé vady o průměru 3 až 4 mm. Na obr. 13 je dokumentována vada zjištěná mimo svar. Jedné se o přeložku na vnitřním povrchu, vzniklou v souvislosti s pěchováním konce trubky. Bližší údaje o indikaci vady jsou uvedeny v tabulce 2. V porovnání s ostatními vadami téhož typu bylo možno konstatovat, že při mezní náhradní velikosti 3-4 mm budou vady tohoto typu s velkou piavděpodobností zjištěny, pokud překračují všeobecné podmínky přípustnosti vad podle norem API (12,5 % tiouštky stěny)* Kromě toho je možno o těchto vadách rozhodnout i pomocí vizuální kontroly vymezeného místa. Na obr. 14 a 15 je uveden příklad vady, zjištěné přímo ve svaru. Vada byla sledována na losu přetržsné skušefcní tyče s vrubem. Tento způsob byl svolen proto, že na podélném řezu není zřejmý plošný rozsah celé vady. Vada také nebyla viditelná na povrchu vzorku a předem nebyla známa chyba určení polohy vady tohoto typu ultrazvukem. Z obrazu lomové plochy vyplývá, že v místě vady došlo k nedokonalému svaření trubky a spojníku. V tomto místě nebyla při pěchování dokonale odstraněna vrstva zoxidovaná při ohřevu. Potvrzuje to zbytek vměstku na lomové ploše i výskyt vměstko na řezu kolmém na lomovou plochu. Podrobnější rozbor vady byl proveden na rastrovacím elektronovém mikroskopu JSM-5A. Na obr. 15a je zachycena hranice mezi transkryatalickým lomem zdravé části a lomem v oblasti vady, který byl pravděpodobně iniciován přítomností drobných vměstku. Nekovové částice na lomové ploše jsou zachyceny na obr. 15b. Maji různou velikost a oetrohranný tvar*

28 Záver Experimentálně byla potvrzena možnost zkoušet odporová svary na vrtných trubkách šikmou sondou z konstantní vzdálenosti. Proti obvyklému způsobu zkoušení, kdy se sonda pohybuje po plose ve dvou vzájemně kolmých směrech, znamená navržený způsob významná snížení pracnosti zkoušky. Aby se snížily rozdíly mezi indikacemi vad v různá hloubce pod povrchem a v různé vzdálenosti od svaru, je vhodné zkoušet svar dvakrát, ze dvou různých vzdáleností* Pro usnadnění práce byla zhotovena zkušební hlavice se dvěma sondami za sebou. Sondy je možno přepínat, takže vzdálenost hlavice od svaru není nutno během zkoušení měnit. Při ověřovacích zkouškách bylo potvrzeno, že navržený způsob zkoušení umožňuje spolehlivě zjišíovat vady ve svarech vrtných trubek i v okolí svarů. I když je při správné technologii svařování výskyt vad velmi nízký, přispívá ultrazvuková kontrola ke zvyšování jakosti vrtného nářadí

29 Literatura /!/ ISO-TC-SC-5 "Předběžný návrh mezinárodní normy pro vrtné trubky ocelové pro vrty na naftu a zemni plyn", srpen 1972 /2/ Helnsohn K.: Ultraschallprufung an abbrennstumpfgeschweiasten Baustahlen. ZIS-Mitteilungen, 1969, č. 3, s /3/ Heinsohn K.: Zerstórungsfreie Untersuchungen zuř Nahtwertigkeit von Abbrennstumpfschweissungan. ZISS-Mittellungen, 1971, fi. 10, s /4/ Krautkramer J. u.h.: Werstoffprufung mit Ultraschall, Berlin 1966 /V Ščerblnskij V. O., Bělyj V. E.: Obnaruženlje defektov švarných Svov pri ultrazvukovom kontrole sistěnoj "tandem" Defektoskopija 1974, fi. 5, s /6/ Ullmann J.: Charakteristika ultrazvukového defektoskopu Unipan 510. Sborník referátů ze semináře "Defektoskopie 75", Dum techniky CVTS, Praha, /7/ Firemní literatura firny Unipan

30 Tabulka 1. Základní parametry vybraných sond Sonda měnič rozevření svazku pro 6 db vzdálenost roven šumu poruch, signál echo :šum db 4T60A7 4/60 7x7 6, T7OA7 2T7OA15 Unipan 4/70 2/70 7x7 15x15 8,7 3, OZ 60-4 OZ 70-4 o XS 1 LP C tice 4/60 4/70 10x5 10x5 12,0 20, Tabulka 2. Výsledky laboratorních zkoušek Vzorek sonda poruch. echo db vzdal. uz od svaru X hloubka vady x ,2 nm 6,7 * x - změřeno po rozřezání vzorku

31 sv»r min 35 cc«ioc O»t Obr. 1. Základni rozměry vrtné trubky 5" x 9,2 v pěchované Cáati

32 Obr. 2. Nepřímý odraz na vadě kolmé k povrchu w oo Obr. 3- Kovinný vzorek

33 x [u] Obr. 4. Jedna sonda 70 h = 3 mu: x [ ] Obr. 5. Tandem / 44 ram h = 9mm

34 x [u] Obr. o. Jedna sonda 70 h = 11mm Obr. 7. Tandem 7O +7C /?5 mm h = 9mm

35 Obr.8, Ultrazvukové zařízení pro kontrolu odporových svarů

36 Obr.9- ZkuSební hlavice a opěrný kroužek Cbr.lC. Huáivá echa

37 Obr. 11, Schema indikace vad 3ondou C. 1

38 Obr. 12. Schema indikace vad pro dvojí zicousení sondami 5. 1 a 2

39 Obr.13. Vada na vnitřním povrchu trubky

40 lomová plocha x 2 i r řez kolmo na lomovou plochu x 250 neleptáno Obr.14. Vada ve svaru

41 a) x 1CC b) x 1C0 Obr.15. Detaily lomové plochy

42 NEDESTRUKTIVNÍ KONTROLA VÝROBKU S AUSTENITICKOU VÝSTELKOU Ing. Petr Šípek, Vítkovice - železárny a strojírny Klementa Gottwalda, n.p., Ostrava 6 Úvod Rozvoj vědy a techniky, snaha o konstrukci co nejvýkonnějších a co nejekonomičtějších zařízení vyvolává stále vyšší a náročnějfií požadavky na používané oceli. Stále rostou teploty, tlaky a zároveň chemické a další vlivy na různé konstrukční prvky. Velmi často Je řada těchto pro ocel nepříznivých vlivů kombinována natolik, že doposud běžné ferriticko-perlitické materiály obzvláší z hlediska odolnosti vůči teplotě a chemické agresivitě pracovního prostředí nedostačují. Proto pak musejí být používány speciální vysoce legované austenitieké materiály. Tyto sice na jedné straně mají vyhovující technické parametry, ale na druhé straně jsou nevýhodné ekonomicky - jejich cena je totiž několikanásobně vyšší oproti materiálům tradičním. Proto pro dosažení všestranně (z hledieka výroby i provozování zařízení) přijatelných výsledků byla v řadě případů lispěšně navržena i zavedena výroba určitých obzvláší exponovaných dílů ze dvou složek. Konstrukční část, nesoucí hlavně mechanická zatížení, Je vyrobena z tradičních ferriticko-perlitických ocelí. Její plochy, namáhané navíc hlavně tepelně a chemicky, jsou pokryty výstelkou těmto vlivům dobře odolávající austenitické oceli. Poněvadž i v našem podniku je v rozsáhlé míře připravována důležitá výroba vysoce náročných výrobků s austenitickou výstelkou, započali jsme 3 pracemi na řešení a ověřování možností jejich nedestruktivní kontroly. 0 některých doposud zjištěných a z hlediska defektoskopie zajímavých a problematických skutečnostech má informovat tento referát

43 Požadavky na nedestruktivní kontrolu Pro defektoskopii vyvstává specifický úkol kontrolovat kvalitu výrobku e austenltickou výstelkou. Oproti běžným zvyklostem při kontrole celistvosti jednosložkových výrobků existují v případě dvouvrstvých výrobků určité odlišnosti jak v požadavcích na kontrolu, tak v možnostech jejich řešení. Hlavními, reap, z hlediska defektoskopie nejzajímavějšími požadavky na ni jsou v současné situaci kontrola celistvosti rozhraní mezi základním materiálem a austenitickou výstelkou, kontrola tloustěk obou vrstev a dále kontrola celistvosti pracovní plochy výstelky. Naše výsledky byly získány na výrobcích, resp. vzorcích ze základních materiálů z ocelí středně legovaných (v oboru tříd ČSN 15...) a tloustěk v desítkách mm, materiál výstelek byla CrNi ocel tloustěk řádově několika mm (3-10). Výstelky byly zhotoveny jednak tzv. plátováním, jednak navařením. UZ kontrola celistvosti rozhraní vrstev 1 měření tlouštěk vrstev bylo provedeno hlavně přístrojem USIP 11 (fy Krautkramer) s příslušnými sondami řady -N. Plátované výrobky Kontrola výrobků plátovaných je z hlediska defektoskopie poměrně jednodušší. Jedná se totiž vesměs o plech, se kterým je neválcováním za tepla spojen austenitický plát, tj. druhý plech. Z těchto plátovaných plechu jsou pak dalším zpracováním (lisování, zkružování) vyráběny potřebné díly. UZ kontrola vnitřní celistvosti základního materiálu i spojení na rozhraní obou vrstev (dále pouze "na rozhraní") je prováděna běžným způsobem čelními, resp. VP sondami. Podle našich zkušeností je bez ohledu na kvalitu povrchů výrazně vhodnější provádět UZ kontrolu rozhraní ze strany základního materiálu. Výskyt a indikovatelnost necslistvostí v základním materiálu není nutno zde rozvádět. Za zmínku vsak stojí UZ indikace na rozhraní* Získávané indikace totiž zřejmě mají dvojí příčinu, a to jednak výskyt skutečných necelistvostí, daných

44 ' : nedokonalým spojením obou vrstev, jednak rozdílné akustické vlastnosti základního materiálu a austenitické výstelky. Většina necelistvostí ne rozhraní - vyjma vyloženě technologické nespojení * je podle našich zkušeností dána výskytem převážně oxidických vměstků (viz obr. 1-6). Tyto necelistvosti mají pro UZ kontrolu ne právě nejlepší vlastnosti - jejich tvar se dosti blíží kulovému, jejich rozměry jsou řádově v setinách mm a vyskytují se ve shlucích s různou četností. Jejich indikace Je pak podstatně závislá na jejich četnosti, resp. vzdálenostech v kolmém průřezu UZ svazku, na jejich propojení atd. Vyhodnocovaná náhradní velikost UZ indikace (je požadována od průměru cca 2 mm výše) pak jednak skutečným poměrům odpovídá velmi přibližně, jednak dosti závisí na typu (čelní - VP) a průměru sondy. Druhou možnou příčinou UZ indikací z rozhraní je rozdílnost akustických vlastností (hlavně rychlosti Síření UZ) základního a austenitického materiálu. Teoretické propočty i experimentální výsledky se vcelku dobře shodují v tom, Se na rozhraní uvažovaných materiálů vzniká odraz UZ vln, odpovídající náhradní velikosti kolem 0 1 um. Sama o sobě tato skutečnost nemá podstatný vliv na posuzování kvality spojení - získávané hodnoty náhradních velikostí leží dosti hluboko pcd tsrovni, registrovanou podle stávajících podmínek. Pokud odmyslíme určité zvětšení indikace od skutečné necelistvosti jejím součtem s indikací od rozhraní (ve stejné hloubce), má existence indikace od rozhraní z hlediska nedestruktivního měření tlouštěk vrstev vítaný přínos. Je totiž požadováno a potřebné i nedestruktivní měření tlouštěk, a to jak základního materiálu, tak výstelkové vrstvy - s přesností na desetiny mn. Pro měření tlouštěk austenitu, blížících se 10 mm, již metody magnetické i elektroinduktivní selhávají - alespoň nám není známo vhodné a spolehlivé zařízení. Jako jediný technicky i ekonomici-v přijatelný způsob měření pak zůstává UZ. Lze vycházet z toho, že rozhraní mezi základním a výstelkovým materiálem vždy dává určitý malý UZ impuls (pracovně

45 nazvaný "meziecho"), který *e navíc větainou zesílen odrazy od na rozhraní přítomných necelistvostí. Měřením vhodnou frekvencí (kolem 5 MHz) a vhodně seřízeným UZ defektoskopem (pomocí etalonové techniky) pak lze s dostatečnou přesností na obrazovce defektoskopu odečítat vzdálenosti mezi vstupním impulsem - meziechem - koncovým impulsem, a tím zjišíovat tloužíku základního materiálu i výstelky. Uvedený postup byl na řadě vzorků ověřen a lze říci, že se osvědčil. Ovšem - i když se jeho princip zdá zcela jednoduchý a spolehlivý, je nutné při jeho realizaci počítat s řadou nepříznivých faktorů, například: Při vyhodnocování tloušíky výstelky je nutná výrazná korekce na rychlost Siření UZ v austenitu. Prakticky ji lze provádět nejlépe experimentálně - pomocí vhodných etalonů, odpovídajících zkoušenému výrobku materiálem a tloušťkami. Indikace rozhraní je téměř vždy "doplněna" o indikaci od necelistvostí. V důsledku toho se mění amplituda meziecha. Vzhledem ke vždy ne kolmém náběhu impulsu na obrazovce UZ defektoskopu tak dochází k určité chybě v odečtu tloušťek. Tato chyba může být řádově srovnatelná s potřebnou přesností měření. Uvedené dvě skutečnosti slouží jako příklad hlavních potíží, se kterými Jsme se při řešení problému setkali a které se snažíme specifikovat a eliminovat. I když řešení celého problému měření tloustěk výrobků s austenitickou výstelkou není doposud uzavřeno, lze již v současném stadiu považovat navržený princip za výhodně použitelný. Navařované výstelky Obdobné, jako u plátované výstelky, a navíc další problémy se vyskytují u nedestruktivní kontroly výrobků s výstelkou navarovanou. U návarů má být nedestruktivně zkoušena: 1. UZ kontrolou celistvost rozhraní mezi základním materiálem a návarem.

46 fr Poznémte: austenitový navař vykazuje typickou hrubozrnnou licí ^ strukturu (viz např. obr. 7) f u které se zřejmě vůbec nepřed- > pokládá možnost dosaženi dostatečná citlivosti a vyhodnotitelnosti UZ kontroly homogenity materiálu vrstvy. Zřejmě proto není UZ kontrola vnitřní celistvosti návaru vůbec požadována a tedy ani my se její problematikou doposud hlouběji nezabýváme. 2. "Nedestruktivně" tloušíka základního materiálu a návaru. 3. Kapilární kontrolou celistvost povrchu návaru. K.jednotlivým kontrolám 1. UZ kontrola celistvosti je předepsána a tedy rovněž uvažována pouze pro oblast ostrého rozhraní mezi základním materiálem a návarem. Předepsaná citlivost vyžaduje indikaci od náhradní velikosti 0 cca 2 mm vyše. Oproti plátované výstelce vsak zde vyvstávají další potíže. Jako prvý problém je nutno řesit vůbec určení polohy rozhraní. Při navařování totiž dochází jednak k poměrně hlubokému (a2 v ma) protavení základního materiálu, jednak k určitému promísenl obou materiálu podle rozhraní. Tento fakt je závislý na momentálních parametrech navařovacího procesu «může se během navařování dosti měnit - a taky se mění alespoň co do hloubky provaření. Jako poměrně přijatelné východisko se nabízí reálný předpoklad celistvosti základního materiálu. Před navařováním je totiž základní materiál zkoušen UZ na vnitřní celistvost a navíc plocha pro návar je zkoušena magnetickou metodou práfikovou. Za tohoto předpokladu pak při kontrole rozhraní zjigíované necelistvosti musí mít spojitost s provedeným návarea. Se současným přihlédnutím k popisovanému měření tloustěk budou i vyhodnocovány. Příklad charakteru rozhraní spolu s fotografiemi příslušných oscilogramů je na obrázcích 7 «ř 11. Druhým závažným problémem při kontrole celistvosti rozhraní navařeni vrstvy a základního materiálu se jeví možnost výskytu velmi nebezpečných podnávarových trhlin. 0 možnostech jejich vzniku, charakteru tvaru i uloženi existují doposud značně rozporné informace. Při námi prováděných ověřovacích

47 zkouškách jsme se s nimi doposud nesetkali - veškeré nalezené nepřípustné indikace tyly zapříčiněny vměstfcy. Teoreticky se indikace podnávarových trhlinek tradičními metodami (UZ čelní i úhlové sondy, prozáření) nejeví jako dosti spolehlivá. Proto OTěřujeme možnosti nasazení a provozní aplikace kontroly pomocí akustické emise, která by v tomto případě měla dávat spolehlivou informaci o vůbec výskytu podnávarových trhlin. 2. Měření tlouštěk základního materiálu i navařené vrstvy. Problematika je sice obdobná vyše uvedené plátované výstelce, ale její řešení je obtížnější. Navíc přibývá doposud přesně nezodpovězená otázka, jaký vliv na polohu a velikost meziecha mohou mít přechodové oblasti, tzn. oblasti kolem rozhraní se vzájemným pronášením obou materiálů. Doposud se tento nepříznivý vliv neprojevil a lie předpokládat jeho "ukrytí" v přípustné chybě měření. Při měření tloustěk navařovaných dílů se nepříjemně projevuje i vlnitost plochy rozhraní. Odchylka plochy rozhraní od kolmice k ose UZ svazku zapříčiňuje patrný pokles amplitudy meziecha. Vzhledem k tomu, že (na rozdíl od ostatních známých metod měření) lze jednak korigovat citlivost, jednak provést měření těsně vedle nepříznivého místa, nezdá se tato skutečnost být na závadu. I přes uvedené některé odlišnosti lze přijmout stejný závěr, jako u plátovaných výstelek: UZ kontrola tlouštěk navařovaných výstelek pomocí meziecha je reálná a oproti doposud používaným metodikám měření je výhodná. 3. Kapilární kontrolu provádíme podle SSN 01 $016. Její zvláštností je nepřípustnost obsahu síry a halogenů (max. do 1 %) v používaných penetračních prostředcích. Kontrola se provádí na opracovaných plochách a problémy s ní spojené jsou spíše rázu provozního a hygienického než přímo defektoskopického. Závěrem považujeme za vhodné podotknout, že uvedené výsledky jsou založeny na prvé fázi celého ověřovacího programu. Měly by sloužit hlavně pro podníoení dalšího vývoje v tomto směru i v dalších organizacích, zabývajících se uvedenou problematikou

48 0333B ^ loox Obr.l. Metalografické zobrazeni malých a málo četných vměstků v rozhraní plátovaného materiál" * «"** Obr.2, D t t o - větší zvětšení

49 Obr.3, UZ oscilogram v miste obr,l < «<* 033' 100 Obr.4. Neleptaný vsor?k n ve-lkýia počtem vm- r 3tků v rozhraní plátovaného r.icteri

50 03342 * 100.x Cbr.5. D t t o obr.4 - leptáno Obr. 6 V Z oacilogra^. z niista řezu obr

51 >.- Obr,7. Metalografické zobrazení rozhráni navaru

52 Obr.8- U Z oscilogram návaru - - mxato obr.7 Obr.9 ; D t t o - 6x menší rozsah časové základny

53 Obr.10> Rozhraní náraru 3 vmestkem Obr.11, Oscilogram UZ oblasti místa obr.10.

54 S R&ZNÝM ÚHLEM LOKU Z HLEDISKA ZJIŠTĚNÍ VAD ZEJMĚNA VE SVAROVÝCH SPOJÍCH Jan Svoboda, ŠKODA)o.p., Plzeň Práce se zabývá studiem vlivů na přenos a odraz ultrazvukové energie při ultrazvukovém zkoulení svarových apojů / zejména velkých tloušťek. Závéry se kloní k tomu, že nezáleží v největší míře na úhlu lomu, ale na technologii výroby svaru a typu jí způsobených vad. V technických přejímacích podmínkách se vyskytují někdy požadavky odlišné od zvyklostí výrobce. Tak při jednání se zákazníkem ze SSSR vznikla otázka jakého úhlu lomu použít při zkousení svarových spojů úhlovými sondami. Otázka vznikla proto, Se v Sovětském svazu jaou zavedeny ultrazvukové sondy s úhly lomu 39* 51, oproti u nás používaným úhlům 35, 45, 60 a 70. Protože úhly lom 60 a 70 se vyskytují v obou řadách t jednalo se hlavně o to, lze-li úhly lomu 39 a 51 Jednoduše nahradit úhly lomu 35 a 45, případně bude-li nutno použít ještě jiných úhlů. Tyto otázky byly dosti podrobně zkoumány jak teoreticky, tak i prakticky. Výsledky jsou zajímavé nejen pro posuzování a tvorbu technických podmínek, ale i protože hlavně z experimentální oblasti lze udělat obecnější závěry. Hlediska, která mohou být uvažována pro náhradu sond 8 různými úhly lomu jsou jednotlivě posouzena a v závěru je proveden souhrn. Konstrukce a provedení sond Fyzikální základy konstrukce, technologie zpracování a materiál se příliš neliší u většiny vyráběných a používaných úhlových sond. Hlavními součástmi jsou piezoelektrický měnič a plexisklový klin, kterými je ultrazvukové vlnění generováno

55 a převáděno do zkoušeného materiálu. Jedině tyto součásti mohou mít podstatný vliv na účinnost. Protože ale, jak bylo řečeno, jsou si velni podobné anebo úplně stejné, nemůže tudíž z tohoto hlediska vzniknout podstatný rozdíl mezi sondami různých úhlů lomu a dokonce ani různých výrobců. Tím méně pak by se mohlo jednat o ostatní prvky sondy jako jsou tlumící tělíska, lepidla, kryt sondy, které mohou mít vliv pouze podřadný, např. na velikost mrtvého pásma, tvorbu nepravých indikací apod. Přenos ultrazvukového vlnění Jevy spojené s přenosem ultrazvukového vlnění do zkoušeného předmětu a zpět, v podstatě z jednoho prostředí do druhého, jsou v popředí odborného zájmu již řadu let a byla o nich publikována řada prací A, 2, 3/. Tak Krautkramer A/ uvádí diagram úbytků akustického tlaku na rozhraní plexi-ocel, sestrojeném podle údajů Kuhna a Lutche, pro impuls podélného vlnění v plexi a příčného v oceli, který prosel tam a spět, následující hodnoty. Při vzrůstajícím úhlu lo.nu <</ z hodnoty 35 nejprve při jmu tý akustický tlak stoupá t, hodnoty 0,26 vyslaného jednotkového akustického tlaku na maximum 0,29, kterého je dosaženo při t = 38. Akustický tlak pak zvolna klesá až na hodnotu 0,125, které je dosaženo při^' = 80. Pokles akustického tlaku při úhlech lomu oc * 35 až 80 je z hodnoty 26 % na 12,5 *, tj. přibližně 7 db. Rozdíl v akustickém tlaku o 7 db je pro praktickou ultrazvukovou zkoušku nepodstatný, protože jenom rozsah zesilovače bývá 80 db. Lze tedy ztráty akustického tlaku bezpečně krýt buď zvýšením výkonu vysílače^ nebo přijímače. Změna úhlu lomu v mezích 35 až 80 se z hlediska přenosu impulsu vlnění do materiálu a zpět jeví jako nepodstatná. Je třeba upozornit na to, že hodnota úbytku akustického tlaku u úhlu lomu 35 se nachází na strmé části křivky a při prvním kritickém úhlu U - 33 dosahuje 100 *. Vlnění v tomto případě neprochází. Tím může být vyzařovací charakteristika sondy s úhlem lomu 35 ovlivněna více než u sondy s úhlem lomu

56 Směr Siření ultrazvukového svazku ve zkoušeném materiálu Jakmile impuls ultrazvukového vlnění přestoupí ze sondy do zkouseného materiálu není ovlivňován Již ničím jiným než akustickými vlastnostmi materiálu, tj. materiálu základního a materiálu necelistvosti a tvarem a polohou odrazné plochy, tj. necelistvosti. Akustické vlastnosti materiálů jsou pravidelně ve všech směrech stejné a nemají tudíž vliv na volbu úhlu lomu. Naproti tomu tvar a poloha necelistvoati má vlastní směrový účinek. Tvar odrazné plochy Je jasné, že nejmenší směrový účinek bude mít odrazná plocha kulového tvaru, případně válcového tvaru. Tedy např. bubliny nebo vměstky. U těchto ploch potom přirozeně nezáleží na úhlu lomu, naproti tomu plochy rovinné mají sněrove účinky významné. Nejjednodušší případ odrazu nastává na jedné odrazné rovině. Optimální odraz vlnění nastává na rovině, která je orientována kolmo na směr Síření ultrazvukového svazku. Toho lze ovšem v praxi u všech přirozených vad, které se ve sledovaném objemu vyskytují, těžko dosáhnout, i když u jednotlivé vady je to možné. Prakticky se vš a k tohoto optimálního případu dosáhne v minimálním počtu případu. Pro odraz na rovině odkloněné od pravého úhlu uvádí Krautkrämer /I/ na rozhraní ocel - vzduch diagram. Podle tohoto diagramu při odchylce o 10 od pravého úhlu dochází k poklesu odraženého akustického tlaku na 0,9 původní jednotkové hodnoty, tj. pokles o 1 db. Tato hodnota je prakticky zanedbatelná a je tedy zanedbatelná i změna úhlu dopadu a tím i úhlu lomu odkloněného od pravého úhlu do 10. Dalším případem, který je pro praxi významný, je odraz na dvou, případně na třech, na sebe kolmých rovinách, které tvoří kout, případně roh. Takovéto uspořádání tvoří opět podle Krautkrámera dokonalý reflektor tehdy, když příčné vlny dopadnou do rohového reflektoru pod úhlem 33 až 57. Tento případ se při zkoušení svarů může vyskytnout velmi často neboí malé reflektorky vznikají na nepřuvarech kořene, na studených spojích

57 návarových hran a housenek, mezi jednotlivými housenkami vícevrstvových svarů a drobných trhlinkách uvnitř svarových housenek (tzv. kráterových). Zdá se jakoby zejména ruční svarový spoj přímo oplýval tímto typem reflektorů. Reflektory nemusí být ovšem prakticky tvořeny pouze pravoúhle se stýkajícími stěnami, ale i jinýel úhly. Tyto případy zkoumá ve své práci Regazzo /4/ a dochází k podobným výsledkům. Z hlediska úhlu lomu sond jsou všechny uvažované sondy rovnocenné, protože a) k j»vu dochází při úhlech 33 až 57 b) směrodatný je úhel dopadu do reflektoru.jehož poloha je dána bu5 konstrukcí, nebo výrobní technologií svaru Praktické ověření vlivu úhlu lomu Pro praktické ověření vlivu úhlu lomu na výsledky ultrazvukové zkoušky byl použit asi 900 mm dlouhý automatový svar (obr. 1) provedený na plechu tloušíky 128 mm. Zkušební povrchy opracovány na drsnost lepší než 3,2AÍ. Svar byl před ultrazvukovou zkouškou tepelně zpracován. Pro zkoušení svarového spoje bylo použito 11 různých úhlových sond, jejichž parametry jsou uvedeny v tabulce 1. Efektivní průměr a blízké pole každé sondy byl stanoven podle ČSN Do rovnic pro výpočet blízkého pole a efektivního průměru byla dosazována změřená pracovní frekvence, takže získané parametry sond odpovídají v největaí dosažitelné míře skutečnosti. Pracovní frekvence byla změřena pomocí osciloskopu. Náhradní velikost byla stanovena podle ČSN Cílem všech těchto opatření bylo, aby byl v největší míře omezen vliv různých parametrů jednotlivých sond a naopak, aby se projevil vliv různého úhlu lomu. Každou sondou, jejichž seznam je v tabulce 1, byl svar prověřen ve čtyřech směrech, které jsou označeny A, B, C, D (obr. 1). Souřadnice polohy a náhradní velikost vad jsou zaznamanány v tabulce 2. Jednotlivé vady byly indikovány buď jednou, nebo vícekrát. V takovém případě jsou souřadnice vad