Calitatea pieselor depinde de un numar foarte mare de factori, cum sunt: calitatea materialelor de formare,modul lor de preparare, calitatea formarii, precizia dimensionala a garniturilor de model, a formelor metalice sau matritelor, calitatea si intretinerea utilajului de formare,modul de asamblare pentru turnare,modul de elborare a materialului metalic, compozitia si temperatura de prelucrare, conducerea proceselor de incalzire, topire, solidificare sau racire, viteza de umplere a formei - in cazul produselor turnate - sau viteza de executie a altor tipuri de prelucrari, curatirea pieselor sau finisarea lor.

O deficienta la oricare din acesti factori sau la mai multi din ei,duce la aparitia unor piese care nu indeplinesc una sau mai multe din conditiile de livrare.

Desi conventionala, prin notiunea de defect a piesei, se intelege orice abatere de la forma, dimensiuni, masa, aspect exterior, compactitate, structura, compozitie chimica sau proprietati mecanice si fizice prescrise in standardele respective, normative tehnice sau conditii tehnice contractuale.In functie de standardele respective, normative tehnice sau conditiile tehnice contractuale aceasi discontinuitate a piesei turnate poate fi in unele cazuri admisibila sau remaniabila, iar in alte cazuri poate fi considerata un defect inadmisibil.

Pe baza acestor elemente, discontinuitatile pieselor se pot imparti corespunzator cu fiecarui tip de prelucrare, in functie de importanta lor, in trei grupe:

discontinuitati admisibile, fara remanieri;

discontinuitati admisibile, cu remanieri;

discontinuitati inadmisibile (defecte)

Grupa intai cuprinde discontinuitatile care nu afecteaza in nici un fel calitatea si functionalitatea piesei. Pentru imbunatatirea aspectului comercial al acestei grupe de discontinuitati ele se inlatura aparent prin acoperirea cu chituri sau vopsele.

Grupa a doua cuprinde acele discontinuitati care influenteaza defavorabil functionalitatea piesei. Aceste discontinuitati se pot inlatura prin remanierea pieselor utilizand diferite procedee (mecanice, metalurgice, chimice sau speciale) in asa fel incat piesele turnate sa corespunda integral conditiilor tehnice prevazute in standarde, documentatii tehnice, norme interne sau caiete de sarcini.

Grupa a treia cuprinde defectele inadmisibile, care conduc, fara exceptie, la rebutarea pieselor.

Clasificarea si terminologia discontinuitatilor pieselor sunt standardizate in standarde specifice modului de prelucrare al produsului. Standardul stabileste clasificarea si terminologia discontinuitatilor pieselor pentru toate tipurile de aliaje feroase si neferoase, indiferent de modul de fabricare al acestora.
In general in practica industriala si prin standarde, clasificarile nu se fac numai cu scopul unei sistematizari intr-un ansamblu de notiuni, ci in special pentru a pune la indemana practicienilor un instrument util care sa coordoneze activitatea acestora.
Din acest punct de vedere, clasificarea discontinuitatilor pieselor trebuie sa indeplineasca anumite conditii:
- sa cuprinda toate defectele caracteristice pieselor in functie de modul de prelucrare al acestora;

sa permita incadrarea discontinuitatii cu precizie intr-o anumita categorie;

sa permita identificarea cauzelor care au produs discontinuitatea;

sa permita evidenta usoara, clara si operativa a defectelor.

In standarde sistemul folosit pentru clasificarea discontinuitatilor se bazeaza pe descrierea fizica a fiecarei discontinuitati. Acest sistem permite identificarea discontinuitatilor fie prin observarea directa a piesei, fie dupa o descriere precisa a discontinuitatii folosind doar criteriile formei, aspectului, localizarii si dimensiunilor acestora. Astfel identificarea se poate face fara a se recurge la numele discontinuitatii sau la cauzele care pot interveni (si care de fapt sunt necunoscute in prealabil).

1.2. ASIGURAREA CALITATII PRODUSELOR

Calitatea unui produs, in general, insumeaza toate masurile de organizare luate in sensul ca procesul de productie, in toata complexitatea lui sa se desfasoare in conformitate cu prevederile tehnologice stabilite in cadrul unui anumit flux tehnologic prescris. In final calitatea piesei arata daca performantele obtinute au fost executate la nivelul parametrilor proiectati si acceptati de beneficiari.

Calitatea piesei turnate exprima gradul de indeplinire al functiilor impuse de destinatia sa, de a satisface cerintele beneficiarului.

Avand in vedere cele mentionate se poate sublinia faptul ca activitatea de examinare tehnica de fabricatie incepe din momentul alegerii procedeului tehnologic de formare si prelucrare, continua cu receptia calitativa a materiilor prime si materialelor, care urmeaza sa fie utilizate in procesul de productie, se desfasoara constant pe tot parcursul procesului tehnologic de fabricatie si se incheie cu livrarea si respectiv receptia pieselor.

Scopul examinarii, respectiv al defectoscopiei nedistructive este de a decela cu operativitate discontinuitatile,a le determina natura si parametrii acestora: pozitia, orientarea si marimea, si de a emite decizii de acceptare, remediere sau refuz, in concordanta cu criteriile de admisibilitate sau limitele de admisibilitate prescrise in documentatii de executie, norme si standarde. Stabilirea naturii discontinuitatii este deosebit de utila in identificarea cauzelor si fixarea masurilor de corectare a executiei sau a tehnologiei. Aflarea celorlalti parametrii ai defectului se impune in vederea indicarii cu exactitate a locului si extinderii remedierii.

Dezvoltarea impetuoasa a examinarii nedistructive pe terenul tot mai extins a pretentiilor pentru calitate si rentabilitate, are ca principal argument eficienta economica. Ea rezulta, in primul rand pe cale directa prin:

reducerea cheltuielilor materiale, a fortei de munca si a timpului pentru examinarii;

reducerea cheltuielilor de folosire a tehnologiilor active de executie;

marirea productivitatii si ritmicitatii muncii;

preintampinarea pierderilor in productie si in exploatare, prin eliminarea in faze timpurii de executie a semifabricatelor si pieselor necorespunzatoare si micsorarea rebuturilor;

reducerea cheltuielilor de exploatare si intretinere;

imbunatatirea calitatii produselor, prin marirea gradului de detectabilitate a defectelor si a preciziei examinarii.

Metodele nedistructive folosite pentru examinarea materialelor, pieselor si imbinarilor in general, pot fi grupaqte in :

a) Examinarea vizuala: cu ochiul liber, folosind aparate de marit obisnuite, sau tehnici speciale;

b) Examinarea cu lichide penetrante: cu contrast de culoare fluorescente;

c) Examinarea cu pulberi magnetice: cu pulberi colorate, cu pulberi fluorescente;

d) Examinarea cu radiatii penetrante: cu radiatii X, cu radiatii gamma;

e) Examinarea cu ultrasunete: cu impuls reflectat, cu r 616k1024g ezonanta;

f) Examinarea cu ajutorul curentilor turbionari;

g) Examinarea prin termografie;

h) Examinarea prin holografie;

i) Examinarea prin metoda emisie acustice.

In alegerea metodei de examinare nedistructiva pentru evaluarea discontinuitatilor trebuie avute in vedere urmatoarele:

a) Tipul discontinuitatilor ce urmeaza a fi detectate;

b) Procedeul de fabricare al produselor;

c) Accesibilitatea articolului;

d) Nivelul de sensibilitate dorit;

e) Echipamentul de examinare disponibil;

f) Costul.

1.3. CATEGORII DE DISCONTINUITATI

Fiecare din discontinuitatile specifice materialelor feroase sau neferoase, configuratiei materialului sau procesului de fabricare sunt impartite in trei categorii: inerente, de prelucrare si de utilizare.

1.3.1. DISCONTINUITATILE INERENTE

Discontinuitatile inerente sunt acele discontinuitati care sunt legate de solidificarea metalului topit. Ele sunt de doua tipuri:

a) Forjate. Discontinuitatile inerente ale materialelor forjate acopera categoria acelor discontinuitati care sunt legate de incalzirea si racirea metalelor sau de matrita de forjare.

b) Turnate. Discontinuitatile datorate turnarii sunt cele legate de topire, turnare si solificare a metalului turnat. Include acele discontinuitati care sunt proprii procesului de fabricare ca: incarcarea inadecvata, procedeul de turnare,temperatura de turnare excesiv de ridicata, bule de aer,manipulare si cuva de turnare.

1.3.2. DISCONTINUITATI DE PROCES

Discontinuitatile de proces sunt discontinuitatile legate de feluritele moduri de prelucrare a materialului: fasonare, extrudare, laminare, sudare, placare sau tratari termice.

1.3.3. DISCONTINUITATI DE UTILIZARE

Aceste discontinuitati acopera gama acelor discontinuitati care sunt legate de conditiile variate de utilizare: oboseala, eroziune, corodare.

1.3.4. DESCRIEREA DISCONTINUITATILOR SI A CAUZELOR CE LE PRODUC

Descrierea discontinuitatilor trebuie sa fie insotita de incadrarea ei intr-o categorie speciala, precum si de fotografii care sa ilustreze tipul discontinuitatilor.

Discutia asupra discontinuitatilor trebuie sa acopere urmatoarele puncte:

a) Originea si localizarea discontinuitatilor (de suprasfata, in apropierea suprafetei sau interne);

b) Orientarea (paralele sau perpendiculare directiei de prelucrare);

c) Forma (ovale, neregulate sau spiralate);

d) Fotografia (o indicatie tipica a discontinuitatii);

e) Analiza cauzelor ce au produs-o.

1.4. TIPURI DE DISCONTINUITATI SI METODELE DE EXAMINARE NEDISTRUCTIVA APLICATE PENTRU DETECTAREA ACESTORA

In cele ce urmeaza se va face o caracterizare a discontinuitatii si o explicare a cauzelor ce le-au produs, dupa care se va prezenta aplicatibilitatea metodelor de examinare cu ajutorul lichidelor penetrante, a ultrasunetelor si a curentilor turbionari in ordinea utilitatii aplicarii acestora.

1.4.1. FISURI DE RECTIFICARE

Aceste tipuri de fisuri sunt datorate procesului de fabricatie.

Ele apar atat la materiale feroase cat si neferoase.

Sunt fisuri de suprafata putin adanci si ascutite la baza, similare fisurilor de tratament. De obicei apar in grup, perpendiculare pe directia de rectificare. Se intalnesc la produsele tratate la temperaturi inalte, la cele cromate si la cele ceramice supuse operatiei de rectificare.

Cauzele producerii lor

Rectificarea suprafetelor dure determina frecvent aparitia fisurilor. Aceste fisuri termice sunt cauzate de supraincalzirea locala a suprafetei ce este grundata sau slefuita. Supraincalzirea este de obicei cauzata de lipsa sau proasta calitate a agentului de racire de o grundare improprie, de o incarcare rapida sau de prelucrarea cu indepartarea de aschii de, mare sectiune.

Metode de examinare nedistructiva folosite:

a) Lichide penetrante.

De obicei sunt folosite pentru materiale feroase si neferoase pentru detectarea fisurilor de rectificare. Indicatiile lichidelor penetrante vor apare ca urme fine de linii neregulate,frante sau intrerupte brusc. Fisurile sunt cele mai dificile discontinuitati ce pot fi evaluate cu ajutorul lichidelor penetrante, de aceea necesita un timp de penetrare mai lung. Produsele care au fost degresate in prealabil pot retine solventi in discontinuitati de aceea trebuie lasate un timp suficient necesar evaporarii acestora inainte de aplicarea penetrantului.

b) Curenti turbionari.

Aceasta metoda nu este de obicei folosita pentru detectarea fisurilor de rectificare. Poate fi folosita totusi la materiale neferoase.

c) Ultrasunete.

In general aceasta metoda nu este folosita la detectarea fisurilor de rectificare. Alte metode de examinare sunt mult mai rapide, mai economice si mai bine adaptate la aceste tipuri de discontinuitati.

1.4.2. SUDURI RECI

Aceste discontinuitati sunt inerente.

Sunt intalnite atat la materiale feroase cat si neferoase.

Sudurile reci sunt prezente la suprafata sau in imediata apropiere a suprafetei avand forma unor crestaturi plane.

Cauzele producerii lor

Sudurile reci sunt produse in timpul turnarii metalului topit. Ele pot rezulta din improscari, turnare intermitenta, intreruperea turnarii sau intalnirea a doi curenti de metal topit venind din directii diferite. De asemenea solidificarea unei suprafete inainte ca o alta turnare de metal topit sa aiba loc, prezente peliculare de metal racit, vascos sau al oricarui alt factor ce impiedica fuzionarea a doua suprafete ce se intalnesc vor produce suduri reci. Mai raspandite sunt in produsele ale caror matrita de turnare prezinta canale sau porti de turnare.

Metode de examinare nedistructiva folosite

a) Lichide penetrante.De obicei sunt folosite in evaluarea sudurilor reci de suprafata existente atat in materialele feroase cat si neferoase. Indicatiile vor apare sub forma plana regulata continue sau intermitente, paralele cu sectiune transversala a ariei in care apar. Unele piese turnate pot avea suprafata de asa natura incat indepartarea excesului de penetrant sa fie dificila. Configuratia geometrica (canale, orificii sau falturi) pot permite developantului sa se usuce impiedicand determinarea discontinuitatilor.

b) Ultrasunete. Aceasta metoda nu este recomandata. Structura si configuratia produselor turnate nu permit de regula,examinarea cu metoda ultrasonica.

c) Curenti turbionari. Configuratia produselor turnate si variatile inerenta ale materialului restrictioneaza folosirea acestei metode.

1.4.3.CRAPATURI

Sunt datorate procesului de fabricatie.

Aceste tipuri de discontinuitati sunt specifice produselor forjate feroase si neferoase.

Crapaturile sunt discontinuitati de suprafata dar si interne. Ele se prezinta sub forma unor cavitati drepte sau neregulate, de marime variabila, avand interstitii largi sau foarte fine. De obicei sunt paralele cu directia de prelucrare. Se intalnesc in materiale rupoase care au suferit procesul de forjare, laminare sau extrudare.

Cauzele producerii lor:

Crapaturile aparute in urma procesului de forjare sunt crapaturi de suprafata sau interne datorate prelucrarii materialului la temperaturi scazute, miscarii materialului in timpul procesului de forjare, laminare sau extrudare.

Crapaturile nu au forma spongioasa si astfel prezenta lor poate fi remarcata si intr-un tub, chiar daca apar in centrul acestuia.

Crapaturile tind sa se mareasca si, cel mai des, duc la rupturi in timpul procesului de utilizare a produsului.

Metode de examinare nedistructive folosite:

a) Ultrasunete. De obicei aceasta metoda este folosita pentru determinarea crapaturilor interne. Crapaturile sunt definite ca deschizaturi in material, producand o indicatie foarte clara pe ecran. Metoda ultrasonica este capabila sa detecteze crapaturi de marime de marime variabila care nu pot fi detectate prin alte metode de examinare nedistructiva. Crescaturile, aschiile, ariile suprainaltate, incluziunile straine, bulele de gaz, prezente in produsul examinat pot produce indicatii contradictorii.

b) Curenti turbionari. Nu este de obicei folosita. Examinarea prin aceasta metoda este rezumat la fire, sarme si alte produse cu diametrul mai mic de 6,35 mm.

c) Lichide penetrante. In general aceasta metoda nu se aplica la detectarea crapaturilor. Daca totusi se utilizeaza trebuie avut grija in momentul in care se utilizeaza un penetrant fluorescent pe un produis ce a fost testat inainte cu un penetrant colorat ca toate urmele penetrantului colorat sa fi fost indepartate prin spalarea minutioasa a suprafetei cu un solvent adecvat.

1.4.4. CRAPATURI DATORATE TRATAMENTULUI TERMIC

Sunt datorate procesului de prelucrare (mai ales in cazul sudurilor).

Apar atat in materiale feroase cat si neferoase.
Sunt discontinuitati de suprafata, de obikcei destul de adanci si foarte fine. De obicei apar paralel cu directia zonei incalzite sau a sudurii efectuate.

Cauzele producerii lor:

Fisurile datorate incalzirii zonelor de sudura cresc in marime si numar odata cu cresterea continutului de carbon in material. Otelul care contine 0,30% carbon este expus aparitiei acestor tipuri de fisuri si necesita o preincalzire inaintea inceperii procesului de sudare.

Metode de examinare nedistructiva folosite:

a) Lichide penetrante. De obicei sunt folosite la materiale neferoase. Materialele care au suprafata stearsa, estompata sau amestecata datorita procesului de fabricatie nu trebuie sa fie examinate pana ce stratul de impuritati nu a fost inlaturat. Examinarea cu lichide penetrante dupa aplicarea unui film protector pe suprafata produsului este improprie deoarece acesta poate acoperi sau chiar umple discontinuitatile.

b) Ultrasunete. Aceasta metoda se foloseste acolo unde au fost dezvoltate aplicatii specializate. Sunt necesare standarde si proceduri rigide pentru dezvoltarea validitatii testelor.

c) Curenti turbionari. In general aceasta metoda nu este folosita pentru detectarea crapaturilor datorate tratamentului termic. Echipamentul de curenti turbionari are capacitatea de a detecta discontinuitatile de suprafata in materiale neferoase dar nu este universal folosit.

1.4.5. FISURI DE TRATAMENT TERMIC

Sunt datorate procesului de productie.

Apar atat in materiale feroase cat si neferoase, forjate sau turnate.

Sunt discontinuitati de suprafata,de regula adanci si bifurcate. Pot urma o schema definita sau pot fi in orice directie a piesei. Ele iau nastere in zonele care prezinta o schimbare rapida a grosimii materialului, urme de prelucrare, filetari, caneluri si discontinuitati care au fost aduse la suprafata materialului.

Cauzele producerii lor:

In timpul procesului de racire si incalzire poate aparea un fenomen de stres local datorat unei incalziri sau raciri inegale. Aparitia acestor forte de tensiune interna determina aparitia de fisuri. Supunerea materialului la anumite solicitari poate cauza o ruptura.

Metode de examinare nedistructive folosite:

a) Lichide penetrante. Metoda este recomandata in special materialelor neferoase.

b) Curenti turbionari. De obicei aceasta metoda nu este folosita pentru detectarea acestor tipuri de discontinuitati. Folosirea lichidelor penetrante este mult mai economica.

c) Ultrasunete. Daca se foloseste aceasta metoda, indicatiile obtinute trebuie sa fie foarte clare. Se recomanda utilizarea undelor de suprafata.

1.4.6. FISURI DE CONTRACTII SUPERFICIALE

Sunt discontinuitati datorate procesului de fabricatie.

Apar atat in materiale feroase cat si neferoase.

Sunt fisuri situate la suprafata sudurilor, in zonele de fuziune si la baza metalului. Domeniu de marime variaza de la fisuri mici, inguste si de mica adancime, pana la fisuri adanci si deschise. Fisurile pot aparea paralel sau perpendicular pe directia de sudare.

Cauzele producerii lor:

Fisurile de contractie superficiala sunt rezultatul aplicarii unei incalziri necorespunzatoare, fie in timpul sudarii materialului sau al incalzirii lui. Incalzirea sau racirea intr-o zona locala poate determina aparitia unor forte de tensiune in material care determina fisurarea materialului. De asemenea impiedicarea miscarii materialului (contractia sau intinderea lui) in timpul incalzirii, racirii sau sudarii determina tensionarea lui excesiva.

Metode de examinare nedistructiva folosite:

a) Lichide penetrante. De obicei aceste fisuri sunt detectate cu ajutorul lichidelor penetrante. Materialele necesare examinarii cu lichide penetrante sunt usor de transportat si pot fi utilizate atat in examinare sudurilor facute la materiale feroase cat si neferoase. Componentele unite prin bulonare, nituire, sudare in puncte sau prin ajustaj fortat vor retine penetrantul care va fi extras la suprafata in momentul aplicarii developantului, mascand discontinuitatile invecinate. Cand produsele sunt uscate in aer cald trebuie evitata folosirea unei temperaturi excesiv de ridicate a aerului pentru a preveni evaporarea pentrantului.

b) Curenti turbionari. De obicei aceasta metoda este aplicata la sudurile realizate la bare si tevi neferoase. Se folosesten un traducator in forma de solenoid atunci cand geometrie produsului o permite.

c) Ultrasunete. Aceasta metoda nu este de obicei folosita. Alte metode de examinare nedistructiva dau rezultate mai bune, fiind de asemenea mai economice si mai rapide.

1.4.7. FISURILE TEVILOR

Sunt fisuri inerente.

Apar in materiale neferoase.

Fisurile tevilor apar pe suprafata superioara in directia structurii granulare a materialului.

Cauzele producerii lor:

Fisurile tevilor pot fi atribuite uneia dintre cauzele cauzele enumerate mai jos sau unei combinatii a acestora.

Racirea necorespunzatoare a acestora in timpul fabricatiei

Prezenta unor incluziuni straine in suprafata interioara a tevilor cauzeaza fragilitatea acestora si fisurarea lor in momentul in care materialul prelucrat este incalzit in procesul de decalire.

Metode de examinare nedistructiva folosite:

a) Curenti turbionari. Sunt frecvent folositi pentru detectarea acestor tipuri de discontinuitati. Diametrul si grosimea tevilor examinate prin aceasta metoda trebuie sa corespunda capacitatilor echipamentului de examinare. Examinarea tevilor confectionate din materiale feromagnetice este mai dificila.

b) Ultrasunete. De obicei aceasta metoda este folosita la examinarea tevilor prelucrate prin aschiere. O varietate mare de traductoare pot fi folosite pentru observarea discontinuitatilor interne de acest tip. Anumiti cuplanti folositi la traductoarele cu ultrasunete pot avea un continut ridicat de sulf ce are un efect negativ asupra aliajelor de nichel.

c) Lichide penetrante. Aceasta metoda nu este recomandata pentru determinarea fisurilor prezente in tuburi. Discontinuitatile interne sunt dificil de observat si evaluat.

1.4.8. INCLUZIUNI

Sunt datorate procesului de fabricatie.

Apar in materiale feroase si neferoase prelucrate prin forjare.

Sunt discontinuitati situate la suprafata sau in imediata apropiere a suprafetei. Sunt de doua tipuri: nemetalice - sub aspectul unor linii lungi, paralele cu directia de prelucrare sau scurte aparand in grup - si neplastice - aparand sub forma unor arii mai intinse si nu sunt paralele cu directia de prelucrare. Se intalnesc in materialele forjate, extrudate sau laminate.

Cauzele producerii lor:

Incluziunile nemetalice sunt cauzate de existenta unor zgure sau oxizi in matrita de prelucrare. Incluziunile neplastice sunt cauzate de particulele ramase in stare solida in timpul incalzirii lingoului.

a) Ultrasunete. De obicei aceasta metoda este utilizata pentru determinarea incluziunilor prezentein materialele forjate. Incluziunile vor apare ca interfate in interiorul materialului. Grupari mici de incluziuni sau prezxenta lor in plane diferite cauzeaza o pierdere a ecoului de fund. Mai multe incluziuni mici, adunate, pot apare sub forma unui " semnal de zgonmot" excesiv. Indicatiile incluziunilor paralele cu directia fascicolului ultrasonic sunt dificil de interpretat. Directia fascicolului ultrasonic trebuie sa fie perpendiculara pe directia de prelucrare a materialului oro de cate ori acest lucru este posibil.

b) Curenti turbionari. De obicei se utilizeaza in examinarea peretilor subtiri ai tevilor sau pentru bare de diametre foarte mici. Examinarea materialelor feromagnetice poate fi dificila.

c) Lichide penetrante. Aceasta metoda nu este folosita in detectarea incluziunilor din materiale deoarece acestea nu apar in general la suprafata.

1.4.9. STRATIFICARI

Sunt dicontinuitati inerente.

Apar in materiale feroase si neferoase forjate.

Sunt discontinuitati de suprafata cat sai interne, plane, extrem de fine, in general orientate paralel cu suprafata de prelucrare a materialului. Pot contine o pelicula subtire de oxidant intre suprafete. Se intalnesc in produsele forjate extrudate si laminate.

Cauzele producerii lor:

Stratificarile sunt santuri in general orientate paralel cu directia de prelucrare a suprafetei materialului. Pot fi rezultatul unor incluziuni de aer, suduri, segregatii inerente sau facute in directia de prelucrare. Stratificarile sunt discontinuitati intinse extrem de fine.

Metode de examinare nedistructiva folosite:

a) Ultrasunete. Pentru materialele prelucrate prin aschiere geometria si orientarea stratificarilor (perpendiculare pe fascicolul ultrasonic) fac ca detectia lor sa fie limitata la ultrasunete. Pot fi utilizate diferite tipuri de unde pentru detectarea acestor discontinuitati alegerea metodei facandu-se in functie de natura materialului. Pot fi adaptate mai multe metode: automata, manuala sau de imersie. Stratificarile vor apare ca o interfata definita avand ca urmare pierderea ecoului de fund.

b) Lichide penetrante. De obicei sunt folosite la materiale neferoase. Diferite procese prelucrare pot determina acoperirea si mascarea suprafetei stratificarilor. Acizii si alcalinele limiteaza eficacitatea examinarii cu ichide penetrante. Curatirea suprafetei este esentiala.

c) Curenti turbionari. Aceasta metoda nu este de obicei folosita in detectarea stratificarilor. Daca este folosita ea trebuie aplicata doar pieselor subtiri.

Cap.2 EXAMINAREA NEDISTRUCTIVA PRIN METODA LICHIDELOR PENETRANTE

INTRODUCERE

Examinarea nedistructiva cu lichide penetrante este folosita pentru testarea unor varietati de produse metalice sau nemetalice cum sunt: suduri, piese turnate, forjate, materiale plastice, ceramice, etc. Atat timp cat examinarea cu lichide penetrante este capabila sa releve in mod economic discontinuitatile de suprafata in materiale diferite, este unul dintre cele mai importante instrumente in procesul de asigurare al calitatii.

OBIECTIVE

1) Obiectivul examinarii cu lichide penetrante este sa asigure fiabilitatea produselor avand in vedere satisfacerea urmatoarelor conditii:

a) Obtinerea unei imagini vizibile corespunzatoare discontinuitatilor de suprafata a produsului testat.

b) Determinarea naturii discontinuitatii fara a se deteriora materialul.

c) Diferentierea in materiale acceptate si neacceptate in conformitate cu standardele prestabilite.

2) Nici un test nu este complet pana ce evaluarea rezultatelor nu este facuta. Evaluarea procedurii de examinare si a rezultatelor obtinute necesita intelegerea obiectivelor examinarii.

2.1.DOMENIUL DE APLICARE AL EXAMINARII CU LICHIDE PENETRANTE

2.1.1. GENERALITATI

Examinarea cu lichide penetrante evidentiaza discontinuitatile deschise la suprafata prezente in materiale neporoase. Acest tip de examinare este folosita cu succes in examinarea metalelor,cum ar fi: aluminiu, magneziu, alama, cupru, fonta, otel inoxidabil, titan si alte aliaje nemetalice. Poate fi folosit de asemenea si in examinarea altor materiale inclusiv ceramice, materiale plastice, cauciucuri sau sticla.

Se pot detecta in felul acesta 3 categorii de defecte:

a) Defecte ale materialelor primare obtinute prin turnare, laminare, forjare, extrudare, tragere, etc. (exemple tipice: pori la suprafata, sulfuri deschise, crapaturi la cald sau la rece, pliuri etc);

b) Defecte ale pieselor rezultate in procesul de fabricare al acestora prin sudare, lipire, aschiere, presare, tratament termic etc.(exemple tipice: fisuri de rectificare, pori, fisuri si nepatrunderi ale imbinarii lor sudate etc)

c) Defecte ale pieselor,aparute in procesul de exploatare al acestora (exemple tipice: fisuri de oboseala, uzuri, crapaturi, ruperi etc.)

Sensibilitatea examinarii cu lichide penetrante este foarte mare, permitand detectarea unor fisuri deschise la suprafata cu latime minima de 0,001 mm si lungime minima de 0,01 mm.

2.1.2. AVANTAJELE EXAMINARII CU LICHIDE PENETRANTE

Lichidele penetrante prezinta urmatoarele avantaje: au o sensibilitate ridicata, un domeniu larg de aplicare in raport cu natura defectelor de suprafata si a materialelor examinate, concludenta ridicata a rezultatelor, posibilitatea examinarii pieselor cu diferite grade de complexitate, posibilitatea examinarii intregii piese sau numai a unei portiuni a acesteia, simplitatea operatiilor de examinare,posibilitatea examinarii si automatizarii majoritatii operatiilor tehnologice, cantitatea sporita de informatii privind forma, marimea si chiar natura defectelor, costul relativ scazut al materialelor folosite s.a.

2.1.3. DEZAVANTAJELE EXAMINARII CU LICHIDE PENETRANTE

Printre dezavantaje se pot enumera: domeniul de aplicare redus numai la defectele de suprafata, volum mare de munca in lipsa mecanizarii si consum mare de timp (0,5.1,5h), necesitatea curatirii amanuntite a suprafretelor examinate, dificultatea examinarii la temperaturi scazute, modificarea rezultatelor datorita peliculelor de oxizi si deformatiilor stratului superficial al pieselor examinate, volumul mare al instalatiilor stationare de examinare, subiectivitatea examinatorului care depinde de calificarea si constiinciozitatea personalului operator.

2.1.4. CONCLUZII

Avand in vedere particularitatile examinarii cu lichide penetrante, enumerate anterior, rezulta ca acesta se poate aplica la examinarea pieselor si semifabricatelor in procesul de fabricatie si montaj in laboratoare de examinare, sectii productive sau in conditii de santier.

Metodele de examinare cu lichide penetrante se asociaza frecvent examinarii defectoscopice nedistructive cu radiatii penetrante sau cu ultrasunete care prezinta dificultati la detectarea discontinuitatilor de suprafata.

De asemenea aceasta examinare se asociaza examinarii magnetice, pentru sporirea cantitatii de informatii referitoare la discontinuitatile de suprafata.

Un camp larg de aplicare a examinarii cu lichide penetrante il constituie examinarea pieselor ansamblurilor aflate in exploatare, in cadrul verificarilor de rutina sau al reviziilor si reparatiilor de diferite grade (motoare, compresoare, turbine, trenuri de aterizare, recipienti etc.).

De asemenea examinarea cu lichide penetrante poate fi aplicata cu rezultate bune la determinarea etanseitatii recipientilor, cazanelor, carcaselor etc.

2.2. BAZELE FIZICE ALE EXAMINARII CU LICHIDE PENETRANTE

Examinarea defectoscopica nedistructiva cu lichide penetrante se bazeaza pe proprietatea unor lichide de a umecta suprafetele corpurilor solide si de a patrunde in cavitatile discontinuitatilor acestor suprafete. Intrucat patrunderea lichidelor in interiorul defectelor are loc prin capilaritate,metoda de examinare cu lichide penetrante este cunoscuta si sub denumirea de metoda capilara.

Studiul fenomenelor care se produc la interfata lichid - solid si care au ca rezultat patrunderea lichidului in cavitatea discoontinuitatii se poate simplifica reducandu-l doar la studiul fenomenelor capilare si utilizand cateva relatii principale din fizica ce caracterizeaza aceste fenomene. Astfel presiunea coloanei de lichid aflata in echilibru in cavitatea defectului se determina cu relatia:

Pc=hrg, (2.1)

In care pc este presiunea capilara, h este inaltimea coloanei de lichid, r este densitatea lichidului,iar g acceleratie gravitationala.

Inaltimea coloanei de lichid h se poate determina si pe baza legii lui Jourin:

h =2s cos q/drg (2.2)

in care s este coeficientul de tensiune superficiala a lichidului, q unghiul de udare pentru starea de echilibru iar d este deschiderea (latimea) discontinuitatii.

Ca urmare, relatia presiunii devine:

Pc = 2s cos q/d, (2.3)

Pentru crapaturi, respectiv:

Pc = 2s cos q/r, (2.4)

Pentru cavitati tubulare cu raza r, stabilindu-se astfel o legatura intre marimea defectului si proprietatile lichidului folosit la examinare.

Intrucat legea lui Jurin ia in consideratie numai conditiile echilibrului static pentru defectoscopie este necesar sa se determine timpul in care se stabileste acest echilibru.

Luandu-se in considerare factorii care conditioneaza patrunderea lichidului in cavitatea defectelor, s-au stabilit urmatoarele relatii in care este inclus si timpul de penetrare tp :

a) pentru cavitati tubulare strapunse:

h²=(r s cos q h)tp, (2.5)

de unde rezulta:

tp= (2h/ r s cos q)h² (2.6)

b) pentru crapaturi strapunse

h²=(d s cos q h)tp, (2.7)

de unde rezulta:

tp = (3h/ d s cos q)h² (2.8)

c) pentru cavitati tubulare infundate:

tp r²/8h = h²/2pc + po h³/3p²cho + po (po + pc)h⁴/4p³ch²o, (2.9)

unde rezulta:

tp = 8h/ r²(h²/2pc + po h³/3p²cho + po (po + pc)h⁴/4p³ch²o)

d) pentru crapaturi infundate:

tp c²/12h = h²/2pc + po h³/3p²cho + po (po + pc)h⁴/4p³ch²o

de unde rezulta:

tp = c²/12h( h²/2pc + po h³/3p²cho + po (po + pc)h⁴/4p³ch²o)

S-a determinat astfel timpul de penetrare pentru diferite tipuri de discontinuitati, notandu-se cu h vascozitatea dinamica, cu po presiunea atmosferica, cu ho adancimea cavitatii defectului si cu h adancimea de penetrare corespunzatoare timpului tp.

2.3.CLASIFICAREA METODELOR DE EXAMINARE CU LICHIDE PENETRANTE

2.3.1. PROCEDURA DE LUCRU

In principiu examinarea cu lichide penetrante comporta mai multe etape comune diferitelor tipuri de penetranti. Etapa premergatoare inceperii procedurii de testare este operatia de pregatire a suprafetei. Aceasta are drept scop indepartarea murdariei, oxizilor si substantelor grase de pe suprafata, astfel incat sa se asigure accesul penetrantului la cavitatile discontinuitatilor. Urmatorii pasi constau in:

a) aplicarea penetrantului pe suprafata de studiat;

b) acordarea unui timp necesar penetrantului pentru a patrunde in cavitati;

c) inlaturarea excesului de penetrant;

d) aplicarea developantului necesara extragerii penetrantului din cavitati;

e) examinarea vizuala a suprafetei de studiat;

f) curatirea finala a suprafetei.

2.3.2. TIPURI DE PENETRANTI

Lichidele penetrante utilizate in examinarea nedistructiva pot fi clasificate in functie de colorantul pe care il contin. Admitem ca penetrantii care contin coloranti fluorescenti sunt de tip I iar cei care contin coloranti vizibili (de obicei rosu) sunt de tip II. Orice proces de lucru ce foloseste penetranti solubili in apa se refera la Procedura A; procesul de lucru care se refera la folosirea penetrantilor cu postemulsionare se refera la Procedura B; iar procesul de lucru care foloseste penetranti solubili in solventi organici se refera la Procedura C.

Astfel Procedura A, tip I semnifica un proces de lucru ce necesita un penetrant solubil in apa ce contine coloranti fluorescenti; Procedura C, tip II semnifica un proces de lucru ce utilizeaza un penetrant solubil in solventi organici si contine un colorant vizibil.

2.4.TEHNOLOGIA EXAMINARII CU LICHIDE PENETRANTE

2.4.1. CURATIREA SUPRAFETELOR

Operatia de pregatire a suprafetelor examinate are un rol deosebit in buna desfasurare a examinarii. Eficacitatea examinarii cu lichide penetrante este bazata pe capacitatea penetrantului de a patrunde in discontinuitati. Suprafata ce urmeaza a fi examinata trebuie sa fie curata si eliberata de prtezenta altor materiale straine care pot acoperi discontinuitatile. Orice urma de vopsea , oxizi, sgura, substante grase, apa, murdarie treuie inlaturate de pe suprafata produsului de examinat. O atentie deosebita se va acorda prezentei uleiurilor sau unsorilor, care prin influentarea nefavorabila a tensiunii superficiale a penetrantului vor impiedica patrunderea acestuia in cavitatile discontinuitatilor. Metoda de curatire folosita este determinata de natura materialului de examinat si de impuritatile ce trebuiesc inlaturate. In general este acceptata orice metoda de curatire, cu conditia ca aceasta sa lase suprafata curata si uscata, sa nu atace materialul de examinat si nu provoace inchiderea sau mascarea defectelor si alterarea lichidelor penetrante.

Principalele metode de curatire sunt

a) Curatirea mecanica. Realizata cu ajutorul periilor rotative din sarma de otel, otel inoxidabil, alama, cupru, cu ajutorul materialelor abrazive sau sablarii. Aceste metode sunt deosebit de productive, dar prezinta unele dezavantaje ca: extragerea dificila a murdariei din discontinuitatile inguste, inchiderea si mascarea defectelor,mai ales la materialele metalice moi.

b) Spalarea cu apa. Este utilizata in vederea indepartarii de pe suprafata pieselor si din cavitatile discontinuitatilor a substantelor ce se dezvolta in apa. Rezultate bune se obtin cu apa calda sau prin spalare repetata cu apa calda si apa rece. Spalarea cu apa , desi ieftina si usor de aplicat, nu asigura o buna pregatire a pieselor, mai ales a celor continand urme de substante grase.

c) Spalarea cu detergenti. Poate fi folosita la orice fel de material. Deoarece detergentii sunt de natura chimica sau alcalina, trebuie luat in considerare ca ei pot fi corozivi pentru anumite materiale. Incalzirea solutiilor favorizeaza procesul de incalzire. El poate fi optimizat prin combinarea cu metoda de curatire mecanica. Dupa curatirea cu detergrenti suprafata trebuie sa fie foarte bine clatita si uscata.

d) Spalarea cu solventi organici. Este folosita pentru indepartarea urmelor de ulei, unsoare, ceara, parafina, unele vopsele, smoala etc.. Ca solventi se pot folosi: benzenul, acetona tehnica, benzina usoara, white-spirit-ul, tetraclorura de carbon, tricloretilena, clorura de metilen si diversi solventi organici. Acesti solventi asigura o buna curatire si in special degresare.

e) Spalarea cu vapori de solventi organici. Constituie una dintre cele mai eficiente metode de degresare. Solventul incalzit intr-o baie speciala se evapora; vaporii, intalnind piesa relativ rece se condenseaza pe suprafata acesteia si actioneaza asupra impuritatilor. Procesul nu numai curata piesa dar o si incalzeste astfel incat dupa curatare niu va ramane solvent in discontinuitati. Trebuie avut grija sa se foloseasca solventi care nu sunt daunatori materialului de examinat.

f) Curatirea chimica prin decapare. Se poate face in bai acide sau bazice. Decaparea constituie cel mai sigur mod de curatire al suprafetelor fara a denatura discontinuitatile prezente in material. Decaparea in bai acide permite inlaturarea straturilor de oxizi, produselor coroziunii si a murdariei existente pe suprafata pieselor confectionate din cele mai diferite materiale. Pentru aceasta se va alege compozitia chimica a baii de decapare in functie de natura materialului de examinat si se va respecta regimul de lucru recomandat. Curatirea prin decapare necesita mai multe etape: degresare - (neutralizare) - decapare - spalare cu apa - neutralizare - spalare cu apa - uscare.

g) Curatirea electrochimica. Reprezinta un proces de curatire in electroliti sub actiunea curentului electric. Folosirea curentului contribuie la intensificarea proceselor si, in consecinta, la micsorarea duratei de lucru.

h) Curatirea cu ultrasunete. Se desfasoara in mediul lichid activ si constituie o metoda eficienta de curatire. Durata de lucru este mult redusa.

2.4.2. USCAREA

Se pot folosi urmatoarele tehnici: uscarea in aerul inconjurator, uscarea cu jet de aer comprimat, incalzirea in cuptor sau in dulapuri de uscare cu aer cald, uscarea in vid, incalzirea la temoeraturi ridicate in vid sau in medii de gaze protectoare.
Uscarea efectuata inainte aplicarii penetrantului are drept scop indepartarea urmelor de solutii de curatire sau de apa de pe suprafata piesei sau din cavitatile discontinuitatilor. Principala problema care trebuie rezolvata la o uscare o constituie golirea completa a cavitatilor discontinuitatilor de orice lichid care ar impiedica patrunderea ulterioara a penetrantului.

2.4.3 APLICAREA PENETRANTULUI

Penetrantul poate fi aplicat prin pulverizare, stropire, pensulare si scufundare (imersie).

Suprafetele de examinat trebuie sa ramana acoperite de penetrant un timp bine stabilit nimit timp de penetrare. Dupa expirarea timpului de penetrare preodusul de examinat este pregatit pentru urmatoarele etape din procedura de testare.

Caracteristicile diferitelor tipuri de aplicare a penetrantului sunt urmatoarele:

a) Aplicarea prin pulverizare. Este cea mai raspandita metoda asigurand cea mai mare sensibilitate datorita depunerii penetrantului intr-un strat uniform, oricat de complicata ar fi configuratia suprafatei examinate. Pulverizarea se poate face in mai multe moduri: mecanic, cu aer comprimat, cu aerosol(spray). Varianta de pulverizare se stabileste in functie de intinderea suprafetei examinate si de gradul de mecanizare al procesului. Datorita imprastierii picaturilor foarte fine de penetrant in spatiul inconjurator este necesara o ventilatie foarte buna a locului de munca.

b) Aplicarea prin pulverizare in camp electrostatic. Asigura cel mai uniform strat de penetrant, concomitent cu micsorarea duratei de aplocare cu circa 30-70% in raport cu pulverizarea cu aer comprimat. In acelasi timp se imbunatatesc conditiile igienico - sanitare la locul de munca. Penetrantii trebuie sa prezinte proprietati electrice corespunzatoare.

c) Aplicarea prin stropire. Are productivitate ridicata si este folosita numai in conditii de atelier si examinarea in serie la piese cu suprafete de intindere mare sunt necesare instalatii speciale de recirculare a penetrantului.

d) Aplicarea prin imersie. Este cea mai buna metoda de aplicare a penetrantului dar impune existenta unor bai cu penetrant de dimensiuni corespunzatoare cu ale produselor examinarte. Se preteaza bine acestei metode examinarea pieselor de dimensiuni relativ mici cu conditia ca acestea, prin configuratia lor, sa permita scurgerea penetrantului.

2.4.4 TIMPUL DE PENETRARE

MATERIALUL UTILIZAT	MODUL DE PRELUCRARE AL PIESEI DE EXAMINAT	TIPUL DISCONTINUITATILOR	TIMPUL DE PENETRARE (PROCESUL A; TIPUL I SI II PENTRANT SOLUBIL IN APA)	TIMPUL DE PENETRARE (PROCESUL B;TIPUL I SI II PENETRANT CU POSTEMULSIONARE	TIMPUL DE PENETRARE (PROCESUL C;PENETRANT SOLUBIL IN SOLVENTI ORGANICI)
ALUMINIU	TURNARE EXTRUDARE SI FORJARE SUDURI ORICE ALTA FORMA DE PRELUCRARE	POROZITATI LIPITURI RECI FALTURI LIPSURI IN SUDARE POROZITATI FISURI FISURI DE OBOSEALA	5-10 MIN NR*** NR	**5 MIN	3 MIN 5R
MAGNEZIU	TURNARE EXTRUDARE SI FORJARE SUDURI ORICE ALTA FORMA DE PRELUCRARE	POROZITATI LIPITURI RECI FALTURI LIPSURI IN SUDARE POROZITATI FISURI FISURI DE OBOSEALA	NR*** NR
ALUMINIU	TURNARE EXTRUDARE SI FORJARE SUDURI ORICE ALTA FORMA DE PRELUCRARE	POROZITATI LIPITURI RECI FALTURI LIPSURI IN SUDARE POROZITATI FISURI FISURI DE OBOSEALA	NR* NR*	20
BRONZ SI ALAMA	TURNARE EXTRUDARE SI FORJARE LIPIRI CU ALAMA ORICE ALTA FORMA DE PRELUCRARE	POROZITATI LIPITURI RECI FALTURI LIPSURI IN LIPIRE POROZITATI FISURI	NR***
PLASTICE SAU STICLA	ORICE FORMA DE PRELUCRARE	FISURI
ALIAJ DUR DE CARBURI METALICE		LIPSURI IN LIPIRE POROZITATI FISURI
TITAN SI ALIAJE LA TEMPERATURI INALTE	ORICE FORMA DE PRELUCRARE		NR**
ALTE METALE	ORICE FORME DE PRELUCRARE	STRES SAU COROZIUNI INTERGRANULARE	NR***

* pentru materialele care au temperatura mai mare de 60F

** doar pentru turnare

*** NR nerecomandat

Tab. 2.1. - Timpul de penetrare

Perioada de timp in care penetrantul este mentinut pe suprafata de examinare a suprafetei de examinat constituie partea vitala a examinarii. Aceasta perioada de timp, cunoscuta sub numele de timp de penetrare, este strans legata de marimea si adancimea discontinuitatilor anticipate deoarece marimea discontinuitatilor determina viteza de partrundere a penetrantului in ele. Crapaturile inguste pot necesita un timp de penetrare de 30 de minute pentru ca indicatia asteptata sa fie satisfacatoare. Pentru discontinuitatile de dimensiuni mari este necesar un timp de penetrare de numai cateva minute. Timpul de penetrare in fiecare caz al examinarii este determinat de discontinuitatile anticipate si de recomandarile producatorilor de penetranti .

a. Datorita proprietatilor bazice ale penetrantilor ei sunt afectati de temperatura si, in consecinta, timpul de penetrare este de asemenea afectat. Temperatura produsului de testat si temperatura penetrantului pot afecta timpul necesar penetrarii. In functie de penetrantul folosit cresterea temperaturii implica scurtarea timpului de penetrare. Pe de o parte cresterea temperaturii mareste viteza de patrundere a penetrantului in cavitati, dar pe de alta parteeste posibila uscarea penetrantului patruns in cavitati ceea ce determina ori infundarea discontinuitatilor ori imposibilitatea extragerii penetrantului de catre developant din cavitati in vederea obtinerii unor rezultate adecvate. Masura de prevedere ce trebuie luata este evitarea incalzirii excesive a materialului pentru a nu cauza evaporarea penetrantului din discontinuitati.

b. Temperatura si umiditatea spatiului de lucru poate afecta de asemenea actiunea penetrantului deoarece temperatura mediului ambiant determina viteza de uscare a penetrantului. In general cu cat temperatura mediului ambiant este mai ridicata cu atat timpul de penetrare este mai scurt. Daca umiditatea este scazuta penetrantul se usuca rapid si examinarea devine dificila daca nu chiar imposibila. Iar daca aerul este foarte uscat penetrantul se usuca inainte de a patrunde in discontinuitati.

2.4.5. INDEPARTAREA EXCESULUI DE PENETRANT

Dupa scurgerea timpului de penetrare,excesul de penetrant se inlatura cat mai bine de pe suprafata examinata. In urma acestei operatii trebuie sa mai ramana penetrant doar in cavitatile defectelor. Modalitatile de inlaturare a excesuluui de penetrant depind de natura acestuia si de natura solventilor ce se pot folosipentru indepartarea lui.

a. Penetrantii solubili in apa se indeparteaza prin clatire sau stropire cu jet de apa si stergerea cu tampoane din materiale textile fara scame.

b. Penetrantii solubili in solventi organici se indeparteaza in 2 etape: mai intai se indeparteaza cat se poate de mult penetrant prin stergere cu o carpa curata, fara scame, apoi se indeparteaza restul de penetrant prin tamponarea sau pulverizarea cu solvent, urmata de stergerea cu material textil uscat. Operatia de indepartare a excesului de penetrant se efectueaza pana la disparitia fondului colorat sau fluorescent, evitandu-se spalarea excesiva. Cand se lucreaza cu penetranti fluorescenti este recomandcabil ca inlaturarea excesului de penetrant sa se faca sub incidenta luminii negre pebtru obtinerea unei eficiente sporite.

c. Penetrantii cu postemulsionare sunt substante cu putere mare de penetrare, dar care nu pot fi inlaturate de pe suprafata examinata decat dupa aplicarea unui emulsificator. Perioada de timp permisa emulsificatorului sa ramana pe suprafata pana la inlaturarea lui este cuprinsa intre 1-4min

d. Timpul de emulsionare este in concordanta cu indicatiile producatorilor de emulsificatori. Excesul de penetrant, dupa emulsionare, se inlatura prin spalare cu apa.

2.4.6. APLICAREA DEVELOPANTULUI

Deoarece penetrantul ramas in discontinuitati tinde sa se usuce, aplicarea developantului se face imediat dupa ce indepatarea excesului de penetrant a fost facuta. Rolul developantului este acela de a extrage la suprafata penetrantul ramas in discontinuitati, la baza acestei actiuni fiind fenomenul de capilaritate. Developantul accentueaza prezenta discontinuitatilor deoarece absoarbe penetrantul ramas in discontinuitati si acesta se va intinde la suprafata pe o arie mai mare decat marimea discontinuitatilor. De asemenea ofera un contrast bun intre discontinuitatile indicate de penetrantul absorbit si restul suprafetei. Developantul este intalnit atat sub forma uscata, de pulbere, cat si sub forma de solutie.

a) Developanti pulbere. Se aplica prin presarare, sitare, pulverizaresau prin scufundarea produsului de examinat in pulbere. Nu este necesara nici un fel de pregatire a pulberii singura cerinta este aceea ca suprafata studiata sa fie perfect uscata. Timpul de developare pentru developantii in sub forma de pulbereeste egal cu jumatate din timpul pe penetrare corespunzator penetrantului aplicat.

c) Developantii in suspensie. Sunt developanti care prezinta o solutie de pulbere alba amestecata cu solvent sau cu apa. Ei se aplica prin imersare, pulverizare sau cu ajutorul pensulei. Cea mai folosita metoda de aplicare este totusi prin pulverizare. Developantul trebuie aplicat atunci cand suprafata de examinat este complet uscata. Folosirea developantilorn in suspensie impune un anumit timp in care lichidul suspesiei sa se evapore. In functie de volatilitatea acestuia timpul de evaporare va fi de ordinul secundelor sau minutelor. Este posibila accelerarea evaporarii prin suflare de aer la temperatura normala sau a aerului caldla temperatura sub 50 grade Celsius. Presiunea aerului trebuie sa fie mica astfel incat sa nu se disloce pulberea de pe suprafata piesei. Timpul de developare utilizat in practica este cel recomandat de producator.

2.4.7. EXAMINAREA

In functie de metoda de examiinare aplicata - a colorarii sau a fluorescentei - examinarea vizuala a suprafetelor examinata se face in lumina alba respectiv ultravioleta.

Examinarea suprafetelor examinate cu penetranti colorati se face la lumina alba, difuza se face la minimum de 800 lx. Se poate folosi in acest scop un tub fluorescent de 80wati la no distanbta de circa 1 metru sau a unui bec cu incandescenta de 100 wati la o distanta de circa 0,2 metri. Sursa de lumina trebuie sa creeze un camp uniform luminat fara reflexii.

Examinarea suprafetelor pe care au fost penetranti fluorescenti se face in spatii intunecate si sub incidenta "luminii negre". Asa numita "lumina neagra" are o lungime de unde de 3650 Angstrom. Aceasta lumina este situata in spectrul intrevizibil si ultraviolet. Radiatia din acest interval nu afecteaza pielea sau ochii. O lumina adecvata pentru examinarea suprafetelor examinate cu penetranti fluorescenti este in general obtinuta prin folosirea unui bec cu vspori de mercur de 100 wati. Se mai pot folosi si becuri cu lumina ultravioleta de 400 wati care sunt capabile sa ilumineze o arie de zece ori mai intinsa fata de cele de 100 wati.

Pentru olbtinera unor rezultste bune examinarea suprafetelor trebuie sa se realizeze in spatii intunecate sau slab iluminate. Cu cat spatiul de examinare este mai intunecat, cu atat se vor vedea indicatiile mai stralucitoare. Acest lucru este extrem de important inm cr a ce priveste educatiile fine. Daca exista urme de penetrant pe masa de lucru sau pe mainile operatorului acestea vor straluci puternic sub incidenta lumnii negre si pot determina confuzia operatorului.

De asemenea operatorul trebuie sa se obisnuiasca cu vederea la intuneric inaintea inceperii examinarii. Patrunderea luminii negre in ochi produce senzatia de "ceata" datorita faptului ca lichidul din ochi este fluorescent. Aceasta poate fi cauzata de incidenta directa sau reflectata a luminii negre in ochi. Nu este daunatoare pentru ochi dar cauzeaza oboseala si reduce sensibilitatea observarii indicatiilor.

Dupa examinare developantul uscat sau in suspensie trebuie inlaturat de pe suprafata prodxusului. Mentinerea lui pe aceasta suprafata un timp mai indekungat il face dificil de inlaturat.

2.4.8. PREZENTAREA IN IMAGINI A PROCESULUI DE EXAMINARE CU LICHIDE PENETRANTE

2.5. INTERPRETAREA REZULTATELOR

Termenii "interpretare" si "evaluare sunt adesea confundati de catre personalul ce executa examinarea. De fapt termenii se refera la 2 etape complt diferite in procesul de examinare. A interpreta o indicatie inseamna a decide careeste cauza formarii ei. Evaluarea urmeaza interpretarii. Daca exista o discontinuitate,decide efectul ei asupra piesei care necesita evaluarea, in consecinta articolul este acceptat asa cum este retusat sau respins. Succesul si siguranta interpretarilor si avaluarilor indicatiilor examinarii cu lichide penetrante depinde de meticulozitatea cu care este efectuat procesul.

2.5.1. GENERALITATI ASUPRA INDICATIILOR

Cat timp penetrantul nu indica nimic altceva decat o pata pe suprafata, indicatia este cauzata de o discontinuitate de suprafata sau de catre o urma de penetrant ramasa pe suprafata dintr-o cauza necunoscuta.

2.5.2. INDICATII FALSE

Cea mai obisnuita sursa de indicatii false este inlaturarea incompleta a penetrantului de pe suprafata de examinat. Folosirea luminii ultraviolete in timpul procesului de inlaturare a excesului de penetrant atunci cand se foloseste un penetrant fluorescent, este foarte importanta. Operatorul poate observa cu usurinta daca s-a obtinut o curatire completa sau daca au ramas pete fluorescente pe material. La penetrantii care necesita o inlaturare prin solvent este preferat de asemenea ca procesul de inlaturare sa fie complet.

Masurile de prevedere care se iau in evitarea confuziilor date de incatiile fluorescente sau colorate, altele decat indicatiile adevarate, sunt acelea de a avea grija ca suprafata sa nu fie contaminata din exterior. Sursele de contaminare sunt:

a. Urme de penetrant pe mainile operatorului;

b. Contaminarea cu developant pulbere sau in suspensie;

c. Penetrantul extras dintr-o discontinuitate ajuns intr-o portiune curata din suprafata de examinat;

d. Pete de penetrant pe masa de lucru;

e. Pentru a elimina contaminarea aceste cauze pot fi evitate.

2.5.3. INDICATII NERELEVANTE

In afara domeniului de indicatii false este o categorie de indicatii nerelevante pe care personalul ce efectueaza examinarea le poate recunoaste cu usurinta. Acestea sunt indicatii adevarate in sensul ca ele sunt cauzate de discontinuitati de suprafata dar discontinuitatile acestea fac parte din structura produsului si in nici un fel ele nu sunt considerate discontinuitati adevarate. Cele mai multe sunt usor de recunoscut atat timp cat ele sunt legate direct de anumite caracteristici ale ansamblului, caracteristici care justifica prezenta lor. Indicatiile nerelevante le includ si pe acelea care apar in produsele care sunt imbinate prin presare, nituite, care prezinta caneluri, pete de suduri unite sau acelea care apar in piesele turnate ca rezultat al pierderii aderentei sau a suprafetei aspre a formei in care sunt turnate. Aceste indicatii nerelevante trebuie observate cu atentie atat timp cat pot interfera cu indicatii adevarate.

Cele mai obisnuite indicatii nerelevante sunt aratate in fig.

2.5.4. INDICATII ADEVARATE

Indicatiile adevarate sunt acelea cauzate de discontinuitati. Interpretarea indicatiei ca adevarata este facuta observand indicatia, eliminand posibilitatea ca ea sa fie falsa si determinand ca nu este o indicatie nerelevanta. Orice indicatie adevarata devine imediat subiect de evaluare pentru a stabili cauza ei si efectul pe care il are in destinatia produsului. Nu sunt reguli stricte de stabilire a unei metode sigure a determinarii daca indicatia este adevarata. Astfel de aprecieri definite necesita cunoastwerea procesului de fabricatie al produsului sau, in cazul unui produs utilizat, cunoasterea modului lui de utilizare si solicitarile la care este supus.

2.5.5. CATEGORII DE INDICATII ADEVARATE

Indicatiile de discontinuitati variaza in mare masura in infatisare dar pentru fiecare indicatie trebuie sa se raspunda la 2 intrebari interpretative. Ce tip de discontinuitati a cauzat indicatia? Care este marimea discontinuitatii evidentiate de indicatie? Raspunsurile la intrebarile interpretative sunt obtinute prin observarea indicatiilor si identificarea discontinuitatilor din caracterul infatisarii indicatiilor.

Raspunsul la intrebarea de evaluare este bazat pe cunoasterea sigura a gravitatii discontinuitatilor si completa intelegere a utilizarii produsului. Indicatiile adevarate se impart in 5 categorii: linii continue, linii intrerupte, indicatii rotunde, puncte mici si indicatii difuze sau slabe.

a) Linii continue. Indicatiile sub forma de linii continue sunt cauzate de fisuri, suprapuneri, stratificari, lipsa de topire si nepatrunderi ale sudurilor, exfolieri, incretiri la laminare etc.

b) Linii intrerupte. Aceleasi discontinuitati care cauzeaza indicatiile sub forma de linii continue in imprejurari diferite, cauzeaza indicatiile sub forma de linii intrerupte. Astfel ele pot fi datorate fisurilor foarte fine sau acelor partial strapunse la suprafata precum si defectelor precedente, inchise in cursul unor prelucrari anterioare.

c) Rotunjite (circulare, eliptice, oarecare). Discontinuitatile obisnuite sunt cauzate de obicei de porozitati. Porozitatile pot fi cauza unor sulfuri de suprafata, goluri de stantari sau porozitatea materialului in general. Fisurile adanci pot sa apara sub forma unor indicatii rotunde deoarece ele absorb o cantitate mare de penetrant care difuzeaza cand developantul este aplicat. Orice indicatie rotunda care apare singura intr-o pozitie izolata indica de obicei o discrepanta de nivel care sau nu fi rotunda.

d) Puncte mici. Indicatiile sub forma de puncte mici sunt datorate unor sulfuri de suprafata foarte fine, porozitatii materialului sau a granulatiei mari a formei in care a fost turnat.

e) Indicatii difuze sau slabe. Indicatiile difuze sau slabe sunt greu de interpretat. Indicatiile slabe care apar pe o arie extinsa sunt intotdeauna suspecte cand apar pe un produs care nu a fost minutios curatat si apoi retestat. Alte indicatii slabe sau difuze pot fi cauzate de porozitatea suprafetelor dar mai ales de o curatire insuficienta, o inlaturare incompleta a penetrantului sau un exces de developant.

2.5.6. DETERMINAREA ADANCIMII DISCONTINUITATILOR

Luminozitatea unei indicatii colorate sau stralucirea unei fluorescente este o masura a adancimii discontinuitatii. Cu cat este mai mare adancimea discontinuitatii cu atat ea va absorbi mai mult penetrant si indicatia va fi mai mare si mai stralucitoare. Discontinuitatile superficiale absorb o cantitate mica de penetrant si apar sub forma unor linii subtiri de stralucire scazuta. Cand evaluarea necesita mai multe informatii despre adancimea discontinuitatii aceasta se obtine prin curatarea suprafetei si repetarea examinarii. Se va tine seama ca marimea indicatiilor si viteza de extragere a penetrantului din discontinuitati este proportionala cu adancimea discontinuitatilor.

2.6. SENSIBILITATEA EXAMINARII CU LICHIDE PENETRANTE

Sensibilitatea examinarii cu lichide penetrante poate fi definite in diverse moduri cel mai raspandit fiind legat de cele mai mici dimensiuni ale defectelor detectate(sensibilitate absoluta).

Principalii factori care influenteaza sensibilitatea examinarii cu lichide penetrante sunt: calitatea materialelor folosite, starea suprafetelor pregatite pentru examinare si operatiile anterioare de prelucrare a acestora, timpii de penetrare; emulsionare, developare, modul de indepartare a excesului de penetrant, cantitatea de developant, temperatura de lucru, modul de iluminare al suprafetei in timpul examinarii, insusirile fiziologice, calificarea si constiinciozitatea personalului operator.

Rezulta ca respectarea stricta a disciplinei tehnologice, calitatea materialelor folosite si calificarea personalului operator sunt imperative de cea mai mare importanta in asigurarea sensibilitatii examinarii cu lichide penetrante.

2.6.1. METODE PENTRU MARIREA SENSIBILITATII EXAMINARII CU LICHIDE PENETRANTE

Pentru a se spori sensibilitatea examinarii cu lichide penetrante, se pot aplica o serie de metode, care au drept scop asigurarea unei mai bune patrunderi a penetrantului in cavitatile discontinuitatilor. Dintre aceste metode fac parte :

a) Penetrarea in vid Piesele examinate sunt introduse in camere de vidare; dupa realizarea vidului se acopera suprafetele cu penetrant. Pe langa o crestere a sensibilitatii datorita penetrarii mai bune (nu mai exista aer in cavitatile discontinuitatilor).

b) Penetrarea cu incalzire Se incalzesc piesele examinate la o temperatura care sa nu conduca la alterarea penetrantului. Eventual se incalzeste si penetrantul (cazul penetrarii prin imersie). Cresterea sensibilitatii este pusa pe seama modificarii favorabile a fluiditatii penetrantului si a capacitatii sale de umectare.

c) Penetrarea cu vibrare In timpul penetrarii piesa examinata este supusa unor vibratii ceea ce conduce la modificarea geometriei defectelor si deschiderea lor, indepartarea impuritatilor si impingerea penetrantului datorita inertiei. La frecvente mari - in domeniul ultrasunetelor (17 - 20 kHz) - poate apare si fenomenul de cavitatie.

d) Penetrarea combinata. Aceasta consta din combinarea metodelor descrise mai inainnte ( de exemplu: penetrarea in vid cu incalzire).

2.7. CALITATEA EXAMINARII CU LICHIDE PENETRANTE

Eficienta examinarii cu lichide penetrante este determinata in mare parte de calitatea materialelor (a penetrantilor) folosite. Cele mai bune metode pot fi nesatisfacatoare daca materialele folosite la examinare sunt de proasta calitate. Pentru a ne asigura de faptul ca materialele folosite indeplinesc conditii satisfacatoare se utilizeaza mai multe tipuri de examinare a calitatii acestora. Producatorii de materiale utilizaten in examinarea cu lichide penetrante stabilesc limitele acceptabile de contaminare si diluare a acestora, precum si indicatii detaliate privind modul de folosire al acestora. Testele de examinare a calitatii sunt bazate pe presupunerea ca puritatea si utilizarea materialelor sunt in stricta concordanta cu recomandarile producatorilor.

2.7.1. BLOCURILE DE EXAMINARE

Blocurile de examinare se confectioneaza din aluminiu in stare laminata cu o rezistenta de rupere de circa 400 N/mm², avand forma din figura

In centrul fiecarei portiuni a blocului (marcate cu A si B) se delimiteaza cu un creion termocolor (pentru 510 - 525 C) cate o suprafata cu diametrul de 25 mm. Se incalzeste blocul pe partea opusa cu un bec Bunsen sau cu o lampa cu gaz pana la temperatura de virare a culorii creionului termocolor. Dupa obtinerea acestei temperaturi blocul este in continuare incalzit un timp de aproximativ 4 minute, dupa care este introdus imediat in apa rece, ceea ce va duce la formarea unei retele de fisuri. Se usuca apoi blocul la circa 150 C.

Compararea performantelor tehnice a doi penetranti diferiti se efectueaza prin aplicarea unui penetrant pe suprafata A si a celuilalt pe suprafata B. In crestatura dintre cele doua portiuni se introduce un ecran de carton, pentru a preveni amestecarea lichidelor. Penetrantul care produce cea mai clara indicatie a retelei de fisuri de pe suprafata pe care a fost aplicat, va fi cel preferat.

Dupa cel mult trei utilizari ale blocului de examinare, acesta trebuie degresat cu aburi, spalat cu o perie cu detergent si apa, lasat in acetona circa 12 ore, clatit cu apa si incalzit incet pana la 400 C si introdus apoi in apa rece. Inainte de reutilizare se usuca la o temperatura de circa 150 C.

In cazul in care instalatia cu care se examineaza se gaseste la o temperatura diferita de cea prevazuta de producatorul penetrantului, se vor folosi doua blocuri de examinare: unul la temperatura normala si in conditiile indicate de producator si celalalt la temperatura instalatiei. Se modifica parametrii de examinare in cea de a doua situatie, pana cand indicatiile obtinute pe cele doua blocuri asemanatoare; in acest caz procedeul propus poate fi acceptat pentru aplicare.

2.7.2. ALTE TIPURI DE BLOCURI DE EXAMINARE

Exista si alte tipuri de blocuri de examinare avand o retea de fisuri si anume:

a) Placute din otel cu grosimea de 3 - 4 mm cromate pe una din fete. Pe fata opusa cromajului se apasa o bila din otel, care produce fisuri in stratul de crom;

b) Tije din otel calibil cu diametrul de 25mm si lungimea pana la 250mm.

Probele se calesc la cea mai mare duritate posibila si se rectifica la F=24mm. Pe suprafata rectificata se depune electrolitic un strat de crom cu grosimea de 0,3 - 0,4 mm si se rectifica din nou, folosind un regim dur (avans transversal mai mare de 0,3mm/cursa simpla, avans longitudinal mai mare de 20mm/rot si lipsa racirii). Se obtine o retea fina de fisuri de rectificare pe suprafata prelucrata.

La utilizarea blocurilor de examinare trebuie avut in vedere faptul ca nu este posibil sa se obtina doua blocuri cu retele de fisuri identice, lucru de care trebuie sa se tina seama la interpretarea rezultatelor.

V.3. EXAMINAREA NEDISTRUCTIVA PRIN METODA ULTRASUNETELOR

V.3.1. INTRODUCERE

Posibilitatea utilizarii undelor ultrasonice pentru testari nedistructive s-a recunooscut de abia in anii '30, in Germania de catre Mulhauser, Trost, Pohlman, iar in Rusia de catre Sokoloff, acestia folosind tehnici variate cu unde continue. Echipamentul de detectie s-a dezvoltat bazandu-se pe principiul interceptarii energiei ultrasonice de catre o discontinuitate aflata in calea fascicolului ultrasonic. Aceasta tehnica a fost cunoscuta mai tarziu sub denumirea de metoda prin transmisie. Un sistem ingenios de transmisie a fost dezvoltat de catre Pohlman. Acesta se baza pe producerea de imagini ca niste umbre ale defectelor interne. Mai tarziu s-au perfectionat cateva tipuri de astfel de detectori. In timpul perioadei de inceput examinarea cu ultrasunete era destul de limitata deoarece metoda prin transmisie necesita accesul la ambele fete ale materialului testat. Nu a fost gasita o practica mai buna pana cand Firestone a inventat aparatul ce utilizeaza trenul de pulsuri ultrasonice, obtinand reflexii de la discontinuitatile din materialul testat. Acest aparat, pe care el l-a numit "reflectoscopul ultrasonic" s-a dezvoltat rapid datorita perfectionarii instrumentatiei ultrasonice. In anii '40 acest aparat era un lider al aparatelor ultrasonice de detectie a defectelor, atat in Statele Unite ale Americii cat si in afara acestora. In aceasi perioada, echipamentul de testare ultrasonica a fost dezvoltat independent de catre Sproule, in Anglia.

Aplicatii ale acestei metode au aparut in scurt timp, in productie inspectia ultrasonica fiind aplicata in cadrul examinarii calitative in metalurgie. Cercetarile au continuat, Firestone fiind din nou cel care a adus majoritatea contributiilor importante impreuna cu asociatii sai de la Universitatea Michigan, ei preocupandu-se de investigarea mecanismului de functionare al traducatorilor, posibilitatea utilizarii undelor de forfecare, aplicatiile Rayleigh, ale undelor Lamb, metoda rezonantei pentru masuratori de grosime etc.

Deoarece metoda ultrasonica este bazata pe fenomene mecanice, in particular ea este adaptata determinarii structurii materialelor tehnice. Principalele aplicatii ale acestei metode sunt: determinarea discontinuitatilor, masurarea grosimilor, determinarea modului de elasticitate, studiul structurii metalurgice. Avantajele acestei metode sunt urmatoarele: sensibilitatea mare de detectie, putere de penetrare mare (permitand examinarea unor grosimi foarte mari), acuratete in determinarea pozitiei discontinuitatii si estimarea marimii acesteia, raspuns rapid, metoda pretandu-se la automatizare, accesul numai dintr-o singura parte a materailului testat.

Metoda ultrasonica are totusi limitari cum ar fi: geometria nefavorabila a produsului testat(marime, contur, complexitate si orientare a discontinuitatilor), structura interna nefavorabila (granulatie mare, porozitati structurale, incluziuni etc).

In zilele noastre examinarea cu ultrasunete acopera un domeniu foarte larg de investigare, cum ar fi: industria metalurgica, energetica, aeronautica, constructoare de masini, constructii transporturi etc.

V.3.2. OSCILATII SI UNDE

Oscilatiile elastice sau vibratiile elastice reprezinta variatii periodice de stare a mediului. Pentru propagarea oscilatiilor este necesara prezenta unui mediu material, adica prezenta legaturilor elastice intre particulele substantei. La trecerea undei prin mediu particulele se abat intr-un mod anumit de la pozitia de echilibru. Daca una din particule este abatuta din pozitia de echilibru, atunci actiunea fortelor elastice din partea celorlalte particule tinde s-o readuca in starea initiala: prezenta fortelor elastice conduce la faptul ca potiunile vecine se manifesta ca fiind scoase din pozitia de echilibru, iar prezenta fortelor de inertie este cauza faptului ca particulele continua sa oscileze in jurul unei pozitii medii chiar si dupa trecerea undei.

Urechea omului receptioneaza in mod normal, oscilatii elastice de frecventa joasa si anume de la 16 la 16000 oscilatii pe secunda. Cand frecventa oscilatiilor particulelor mediului se afla intre aceste limite atunci undele elastice sunt receptionate de om sub forma sunetului. Cand frecventa oscilatiilor particulelor mediului depaseste pragul superior, atunci aceste oscilatii se numesc ultrasonice sau ultrasonore. Limita superioara de frecventa a oscilatiilor ultrasonice este de aproximativ 10¹⁰ oscilatii pe secunda, frecventa ce corespunde oscilatiilor termice ale moleculelor in corpurile solide.

V.3.2.1. OSCILATIA SISTEMELOR ELASTICE. OSCILATII LIBERE

Oscilatiile elastice in toate gamele de frecventa, din punct de vedere fizic sunt echivalente intre ele. Propagarea lor se supune acelorlasi legi acustice.

Intervalul de timp intre 2 stari similare de miscare a corpului in oscilatie se numeste perioada de oscilatie T, iar numarul de oscilatii care se executa in unitatea de timp se numeste frecventa f.

Frecventa si perioada sunt legate prin relatia:

f = 1/T = w p (3.1)

Marimea w se numeste pulsatie sau frecventa circulara si reprezinta numarul de oscilatii complete care se efectueaza in 2p unitati de timp. Daca timpul se masoara in secunde, atunci unitatea de frecventa este frecventa acelei oscilatii a carei perioada este egala cu o secunda. Aceasta unitate de frecventa se numeste Hertz.

In orice moment corpul oscilant poseda o valoare bine determinata pentru deplasare, vitezaq si acceleratie. Fie momentul de timp t = 0, acel moment la care corpul a fost scos din pozitia de echilibru si a inceput sa oscileze. Atunci la momentul de timp t valoarea instantanee a deplasarii (elongatiei) va fi egala cu:

x = A sin wt = A sin 2p ft, (3.2)

unde A este amplitudinea oscilatiei.

Expresia de mai sus reprezinta ecuatia miscarii armonice oscilatorii. Viteza punctului material oscilator sau viteza de deplasare instantanee este egala cu derivata deplasarii in functie de timp adica:

n = dx/dt = A cos wt (3.3)

Valoarea maxima a vitezei de oscilatie are loc pentru cos wt = 1

n_m wA = 2pA (3.4)

Derivand fata de t relatia ce defineste viteza se obtine expresia pentru acceleratia punctului material oscilant:

a= d_n/dt = - A w sin wt. (3.5)

Valoarea maxima a acceleratiei este:

a_m = A w wn_m. (3.6)

Din formulele ce contin definitia vitezei si acceleratiei punctului care executa o miscare oscilatorie armonica se observa ca acestea sunt functii periodice de timp avand aceiasi perioada T; viteza creste proportional cu frecventa iar acceleratia creste cu patratul frecventei.

Dupa cum se stie, orice miscare oscilatorie este o miscare care se desfasoara cu acceleratie. De aceea asupra corpurilor oscilante trebuie sa actioneze forte care sa le imprime aceste acceleratii. In particular, daca un corp de masa m, de exemplu o bila suspendata de un resort, este scos din pozitia de echilibru, atunci fortele de elasticitate ce actioneaza in resort vor readuce aceast corp in pozitia de echilibru si bila va incepe sa efectueze o oscilatie armonica. Conform celei de a doua legi a mecanicii asupra masei m va actiona o forta egala cu:

F = m a_m= -m wx = - kx (3.7)

Unde k m weste coeficientul de rigiditate al resortului (sistemului oscilant).

In aceste fel asa cum rezulta din expresia anterioara, pentru ca corpul sa efectueze o miscare oscilatorie armonica asupra lui trebuie sa actioneze cu o forta indreptata intotdeauna spre pozitia de echilibru, iar ca marime trebuie sa fie direct proportionala cu deplasarea din aceasta pozitie.

Ne propunem sa definim legea miscarii oscilatorii. Sa presupunem o masa oarecare m concentrata intr-un volum foarte mic care efectueaza o oscilatie armonica. Energia totala a unui astfel de sistem mecanic se compune din energia cinetica si potentiala in procesul de oscilatie, marimea lor variind periodic.

Energia cinetica a sistemului are expresia:

E_c=mn m wA²sin² wt/2. (3.8)

Energia potentiala a sistemului asupra caruia actioneaza forta de tip F=kx este:

E_p=kx²/2= m wA²sin² wt/2.s

Energia totala va fi:

E_t= E_c+ E_p = m wA²/2 (3.10)

Din expresia de mai sus rezulta ca energia totala a miscarii armonice oscilatorii este direct proportionala cu patratul amplitudinii si cu patratul frecventei circulare a oscilatiilor.

Sa examinam prin ce ecuatii diferentiale se poate descrie miscare oscilatorie armonica. Fie masa m, exemplu o bila suspendata de un resort, care efectueaza oscilatii armonice proprii. In absenta fortelor de frecare, oscilatiile armonice vor continua infinit de mult deoarece energia totala a unui sistem inchis este o constanta. Asupra bilei scoase din pozitia de echilibru actioneaza forta de sens invers - kx, cu ajutorul careia bila se va putea deplasa spre pozitia de echilibru. Insa in pozitia de echilibru bila nu se va opri intrucat asupra ei actioneaza forta de inertie egala cu md²x/dt² care provoaca abaterea bilei in sensul invers pozitiei de echilibru. Ecuatia de miscare a bilei de masa m va avea aspectul:

m(d²x/dt²) = -kx sau m(d²x/dt²) + kx = 0 (3.11)

Tinand seama de notatia lui k, expresia anterioara se va scrie:

m(d²x/dt²) + wx = 0 (3.12)

Daca sistemul oscilatoriu se afla intr-un mediu oarecare atunci energia sa se consuma prin invingerea fortelor de frecare, prin aceasta amplitudinea si viteza miscarii oscilatorii scad treptat. Astfel de oscilatii se numesc amortizate. Legea variatei amplitudinii oscilatiilor amortizate depinde de mmarimea si caracterul fortelor de rezistenta care la randul lor depind de proprietatilde mediului. In acest caz, cea de a doua lege a dinamicii pentru sisteme oscilatorii se scrie:

m(d²x/dt²) = kx - r(d²x/dt²), (3.13)

unde r este un factor de proportionalitate pentru rezistenta mecanica a mediului.

Expresia de mai sus este valabila pentru cazul oscilatiilor mici, pentru care viteza corpului este mica si forte de rezistenta este proportionala cu viteza.

Sa impartim expresia la masa corpului si sa notam:

r/m = 2d si w = (k/m)^1/2

atunci obtinem o ecuatie diferentiala pentru oscilatiile amortizate:

d²x/dt² + 2d(dx/dt) + w²x = 0 (3.14)

Solutia acestei ecuatii, in conditia cand w >d este reprezentata de expresia:

x = A_oe^-^d^tsin w't,

unde w w d (3.15)

Amplitudinea oscilatiilor se schimba in decursul timpului dupa o lege exponentiala:

A = A_oe^-^d^t (3.16)

Marimea d defineste viteza descresterii amplitudinii oscilatiilor in timp si este denumita coeficient de amortizare.

Sa calculam raportul amplitudinilor invecinate una de alta cu o perioada:

A_n/A_n+1 = A_oe^-^d^t/ A_oe^-^d^(t+T) = e^d^t (3.17)

Logaritmul natural al relatiei de mai sus este denumit decrement logaritmic al amortizarii:

D = ln A_n/A_n+1 = ln e^-^d^t dT (3.18)

sau:

D = (r/2m)T (3.19)

Decrementul logaritmic al amortizarii este direct proportional cu marimea coeficientului de amortizare si invers proportional cu masa intregului sistem.

3.1.2. TIPURI DE UNDE

Undele acustice pot fi de diverse tipuri in raport cu traiectoria pe care o pot avea particulele mediului si cu natura si dimensiunea corpului prin care se propaga undele.

In cazul cand traiectoria este liniara si deplasarea particulelor se produce in directia propagarii undelor, undele se numesc longitudinale. Propagarea unei unde longitudinale printr-un mediu va produce compresii si decompresii. In general, propagarea undelor longitudinale este legata de variatii periodice locale de presiune, de densitate si de volum specific. Undele longitudinale se propaga in medii solide, lichide si gazoase.

Daca dimensiunile corpului solid nu pot considerate infinite si devin comparabile cu lungimea undei acustice, se produce o schimbare a volumului corpului prin care se propaga undele, undele numindu-se in acest caz cvasilongitudinale.

Cand traiectoria particulelor este tot liniara, insa deplasarea particulelor se face intr-o directie perpendiculara pe directia propagarii undelor, acestea se numesc transversale.

Daca corpul solid are dimensiuni finite - o bara sau o placa a caror raza, respectiv grosime, sunt comparabile cu lungimea undei - in loc de unde transversalele apar unde de incovoiere.

In cazul cand traiectoria este un cerc cu centrul in pozitia de repaus a particulei sau o elipsa continuta intr-un plan paralel cu directia de propagare a undelor, acestea se numesc unde de suprafata sau unde Rayleigh. Acest tip de unde se intalnesc in semispatii lichide sau solide la suprafata de separare a unor asemenea medii in contact cu vidul sau cu un mediu suficient de rarefiat, de exemplu, aerul. Aceste unde se propaga pe o adancime de cateva lungimi de unda si numai la suprafata corpului. Undele Rayleigh se propaga si dupa muchiile corpului investigat ceea ce le face utile in depistarea ultrasonica a fisurilor si defectelor de suprafata.

Daca traiectoria particulei este tot circulara, insa planul circular este perpendicular pe directia de propagare a undelor, acestea se numesc unde de torsiune. Acest tip de unde se intalnesc in cadrul barelor circulare sau a tuburilor supuse actiunii unor cupluri.

Existenta undelor de suprata implica o anumita grosime a corpului solid, acestea trebuind sa fie mai mari decat lungimea de unda. Sunt cazuri insa, cand grosimea unei placi este egala sau mai mica decat lungimea de unda. In aceasta situatie nu se mai produc unde de suprafata pure, ci o varianta a acestora, cunoscute sub denumirea de unde de placa. Directia de propagare a undei de placa este paralela cu suprafata placii si intreaga sectiune a placii ia parte la miscarea de oscilatie, deci la transportarea energiei.

Daca perturbatia este produsa de un punct material aflat in oscilatie (sursa punctuala), fronturile undei sunt suprafete sferice, avand centrul intr-un punct care coincide cu sursa. Acestea sunt undele sferice.

Undele Lamb sunt unde care apar atunci cand oscilatiile elastice sunt generate in placi subtiri sau in tevi cu pereti subtiri, particulele mediului efectuand in acest caz miscari eliptice intr-un plan perpendicular pe directia de propagare a frontului de unde. Undele Lamb pot fi de 2 tipuri: simetrice sau de dilatare si nesimetrice sau de incovoiere.

Undele Lamb pot fi excitate prin incidenta oblica a unei unde longitudinale pe suprafata corpului investigat. Amplitudinea va fi maxima atunci cand viteza de faza a undei longitudinale va fi egala cu viteza de faza a undei Lamb, atunci cand este satisfacuta conditia:

sin a = V_L/V_P

sau:

V_P = vl /sin a

Unde: a - unghiul de incidenta al undelor longitudinale;

v - frecventa undelor longitudinale;

l - lungimea de unda a undelor longitudinale;

V_p - viteza de faza a undei Lamb;

V_L - viteza de faza a undelor longitudinale.

Pe langa dependenta de v si l a undei longitudinale, lungimea de unda Lamb depinde si de grosimea placii in care se produce aceasta.

3.1.3. ECUATIA UNDELOR

Analizam cum are loc propagarea oscilatiilor in mediu si in ce fel se poate caracteriza analitic un proces ondulatoriu.

Fie un punct material care efectueaza o oscilatie intr-un mediu, in care toate particulele sunt legate intre ele. Oscilatia punctului material creeaza in mediul inconjurator tensiuni elastice, care la randul lor provoaca oscilatia particulelor invecinate, transmitand in continuare oscilatia mai departe (particulelor inconjuratoare) etc. Fenomenul de propagare a oscilatiilor in mediu il numim unda.

La propagarea undei nu are loc o transmisie de substanta intrucat pozitia de echilibru in jurul careia se efectueaza oscilatia particulelor mediului nu se deplaseaza.

Sa admitem ca undele se propaga in lungul axei OY, adica in sensul cresterii valorii coordonatei y.

Sa notam prin x deplasarea punctului din pozitia de echilibru. Procesul ondulatoriu va fi cunoscut daca se cunoaste deplasarea lui x in fiecare moment al timpului pentru fiecare punct al dreptei in lungul careia se propaga unda, adica, daca se stie deplasarea punctului x ca functie de timp si de coordonata a pozitiei de echilibru a punctelor.

Drept origine a coordonatei O, alegem acel punct de pe dreapta care este centrul deplasarilor si care oscileaza dupa legea:

x = A sin wt (3.20)

Pe dreapta OY luam punctul arbitrar O' dispus la distanta y de O.Oscilatia ajunge pana la punctul O' in intervalul de timp:

t = y/c

Punctul O' incepe sa se deplaseze in timpul t' fata de punctul O (pozitia de echilibru), iar deplasarea x a punctului O' se va exprima prin:

x = A sin wt ₁, (3.22)

unde t ₁ este timpul calculat din momentul cand punctul A a inceput sa oscileze. Deoarece t₁ = t - t' ,ecuatia anterioara capata aspectul:

x = A sin w(t - t') (3.23)

sau:

x = A sin w(t - y/c) (3.24)

Ultima ecuatie defineste deplasarea x ca o functie de timpul t si de distenta y a punctului O' fata de centrul de oscilatie O. Ea reprezinta ecuatia undei care s-a propagat in lungul dreptei OO'.

Sa admitem ca unda se propaga in sens invers adica de la punctul O' spre O, in sensul descresterii coordonatei y. Atunci in ecuatia anterioara y trebuie sa fie inlocuit cu -y, iar ecuatia unei astfel de unde se va scrie sub forma:

x = A sin w(t + y/c) (3.25)

La deducerea formulei s-a presupus ca amplitudinea de oscilatie, A, pe masura propagarii undei, nu variaza, iar viteza de propagare a fazei oscilatorii este aceeasi.

Intr-un mediu elastic sunt posibile unde de un alt tip decat cele plane, de exemplu sferice sau cilindrice.

Intr-o unda sferica amplitudinea oscilatiei se micsoreaza invers proportional cu distanta R fata de sursa de oscilatie. Ecuatia undei sferice are aspectul:

x = A/R sin w(t - R/c) (3.26)

Suprafetele de unda (suprafetele fazelor egale) a unei astfel de unde sunt sferele.

Pentru unde cilindrice amplitudinea oscilatiilor se micsoreaza invers proportional cu (R)^1/2 ,

x = A/(R)^1/2 sin w(t - R/c) (3.27)

Suprafetele de unda ale undei cilindrice sunt niste cilindri concentrici .

Eliminand in ecuatia (3.24) timpul, obtinem:

x = A sin (w y/c) (3.28)

care defineste un proces periodic fata de directia de propagare y. Doua puncte separate unul de altul de o distanta egala cu l au aceasi faza de oscilatie si sunt legate prin relatia:

w(y + l)/c - w (y/c) = 2p

(3.29)

De aici, luand in considerare ca w pf , gasim:

l = c sau l = c/ = cT (3.30)

Marimea l este lungimea de unde. In acest fel, folosind formula de mai sus, expresia (3.24) devine:

x = A sin[2p(ft - (y/l))] = A sin [2p l(ct - y)]

(3.31)

Propagarea procesului ondulatoriu se poate descrie printr-o ecuatie de propagare care este o ecuatie diferentiala cu derivate partiale. Pentru deducerea ecuatiei ondulatorii folosim ecuatia undei plane (3.24).

Sa derivam partial marimea oscilatorie x in raport cu timpul, y fiind constant:

n x/ t) = Aw cos(t - y/c)

a x/ t² = - Awsin w(t - y/c)

Daca x inseamna deplasarea particulelor mediului in decursul osculatiilor atunci n si a vor fi viteza si acceleratia acestor particule in cazul miscarii lor oscilatorii in punctul de coordonate y.

Derivatele partiale ale lui x fata de y, pastrand t constant, vor fi egale cu:

x/ t = A(w/c)cos w(t - (y/c)) (3.33)

x/ y² = (w/c²)sin w(t - (y/c))

Comparand ultima expresie cu cea a acceleratiei obtinem:

x/ t²= c²( x/ y²) (3.34)

Aceasta ecuatie reprezinta ecuatia diferentiala a unei unde plane care se propaga pe axa OY cu viteza c intr-un mediu liniar, izotrop, omogen, conservativ ( in alte cazuri ecuatia de propagare este cea mai complicata); aceasta ecuatie se numeste ecuatie se numeste ecuatia de propagare a undelor. Ecuatia poate fi folosita pentru determinarea vitezei sunetului in diferite medii.

3.1.4. PRESIUNEA UNDELOR

Cunoscand viteza de oscilatie si acceleratia particulelor mediului la propagarea undei, se poate determina valoarea presiuniivariabile care apare in mediu la propagarea undei acustice.

Presiunea instantanee in unda plana se obtine din ecuatia de miscare a lui Newton avand aspectul:

-d_p/d_y = - rwA sin(t - y/c) (3.35)

Integrand aceasta expresie fata de y aflam dependenta presiunii de coordonate si timp:

p_t= p₀ + rwA cosw(t - y/c) = p₀ - p (3.36)

In care p_t este presiunea totala iar p_o presiunea statica

Expresia:

p = rwcA cosw(t - y/c) (3.37)

Reprezinta o presiune provocata de unda, iar:

p_m = rwcA = n_mrc (3.38)

Este amplitudinea presiunii acustice (presiunea acustica mixta).

Perturbatia provocata de punctul material in oscilatie se propaga prin mediul elastic sub forma de compresiuni si rarefieri. Intrucat compresiunea se datoreaza unei mariri a presiunii iar rarefierea unei micsorari a presiunii, propagarea undelor acustice se asimileaza cu o variatie a presiunii, propagarea undelor acustice se asimileaza cu o variatie a presiunii in timp si spatiu. Considerand un punct anumit in campul acustic, presiunea acustica instantanee reprezinta presiunea totala la un moment dat din care se scade presiunea statica in acel punct. Cand mediul elastic de propagare a undelor este atmosfera, presiunea statica este echivalenta cu cea atmosferica.

Spre deosebire de presiunea acustica instantanee, care este o marime variabila in timp,forta exercitata asupra unei suprafete prin incidenta unui fascicul de unde cu o suprafata este constanta; aceasta se numeste presiune de radiatie acustica. Aceasta forta depinde de intensitatea undelor, de proprietatile elastice ale mediului, de orientarea suprafetei mediului fata de directia de propagare a fasciculului, precum si de aria acestei suprafete.

Valoarea presiunii de radiatie acustica se poate determina prin formula:

p_r= rnm/2 (3.39)

Sau pentru cazul particular al undelor plane:

p_r= I/c (3.40)

Unde I este intensitatea undelor acustice.

3.1.5. MARIMI ACUSTICE

a)Impedanta acustica

Marimea definita de raportul:

Z = p/v (3.41)

Se numeste impedanta acustica specifica.

Aceasta este o marime complexa deoarece presiunea acustica, in general, nu este in faza cu viteza particulei, Doar in cazul particular al undelor progresive, care se propaga intr-un mediu nelimitat, fara pierderi de energie, presiunea acustica si viteza particulei gasindu-se in faza, impedanta acustica specifica este o marime reala. In acest caz ea devine egala cu produsul dintre densitatea mediului si viteza de propagare a undei acustice prin acel mediu, adica:

z = rc (3.42)

Cum aceasta marime depinde de caracteristicile fizice ale mediului, produsul rc se mai numeste impedanta caracteristica a mediului

b)Energia acustica.

Energia portiunii din mediul in care se propaga unda se compune din energie cinetica E_c si energie potentiala E_p.

Notand volumul portiunii mediului cu V, masa lui cu m, viteza de deplasare a particulelor mediului cu v, energia cinetica a volumului mediului considerat este:

E_c = mv²/2 (3.43)

Avand in vedere m = rV si tinand cont de expresia acceleratiei obtinem:

E_c= 1/2rVA²wsin² w(t - (y/c)) (3.44)

Energia potentiala a portiunii mediului cu volumul V , supus deformarii relative dx/dy, este:

E_p = 1/2k(dx/dy)²V (3.45)

Unde dx este diferenta deplasarii particulelor mediului care sunt situate una fata de alta la distanta dy iar k este compresivitatea mediului.

Substituind expresia deformarii relative din formula:

x/ y²=Aw/c²sinw(t-(y/c)) (3.46)

In expresia energiei potentiale, obtinem:

E_p = 1/2k Aw/c² Vsin²(t-(y/c)) (3.47)

Din comparatie expresiilor energiilor cinetice si potentiale exprimate anterior rezulta ca energia cinetica ci cea potentiala variaza in aceasi faza, adica in acelasi timp ajung la valorile maxime si minime. In aceasta consta principala deosebire a energiei de oscilatie a unui punct material izolat valoarea energiei totale ramane constanta, in timp ce la progarea undelor in mediu, energia totala a portiunii mediului in care se propaga unda variaza odata cu transferul energiei dintr-o portiune a mediului in alta.

Adunand expresiile celor doua energii se aflaenergia totala a elementului de volum al mediului

E_t= ½((1/kc²)+r)A²wVsin²(t-(y/c)) (3.48)

Deoarece viteza de propagare a undelor longitudinale in bare solide se defineste:

c = (E/r)^1/2= (1/kr (3.49)

Si expresia energiei totale devine:

E_t= rA²wVsin²w(t-(y/c)) (3.50)

Intrucat valoarea medie a patratului sinusului intr-o perioada este egala cu ½, valoarea medie totala a energiei volumului mediului este:

t E/V = 1/2rA²w (3.51)

Rezulta ca densitatea de energie este proportionala cu densitatea mediului, cu patratul amplitudinii si cu patratul frecventei.

c) Intensitatea undelor acustice.

Avand in vedere ca energia nu ramane in portiunea respectiva ci se transfera in mediu, se introduce notiunea de intensitate a undelor acustice. Intensitatea acustica reprezinta fluxul de energie acustica care strabate unitatea de suprafat perpendiculara pe directia de propagare a undelor.

Intrucat energia se propaga cu viteza sunetului, intensitatea este egala cu energia cuprinsa in paralelipipedul drept a carui suprafata a bazei este egala cu viteza sunetului c,adica:

I = tc = 1/2rcA²w (3.52)

Din expresia anterioara rezulta ca valorile maxime ale amplitudinii oscilatiei deci si a vitezei de oscilatie si acceleratiei particulelor mediului in care se propaga unda, depind de intensitatea sunetului si se determina din formulele:

A= 1/2pf(2I/rc)^1/2,

n_m= (2I/rc)^1/2, (3.53)

a = pf(2I/rc)^1/2

Intensitatea este legata direct de puterea sursei de oscilatii N' , prin care intelegem marimea energiei totale radiata de sursa in unitate de timp. Integrand intensitatea I pe suprafata inchisa care contine sursa de oscilatii se obtine puterea acustica:

N = IdS_i (3.54)

Pentru fasciculul ultrasonic plan,cu o sectiune transversala S, in conditia cand intensitatea este distribuita uniform pe toata suprafata, puterea este:

N = IS_i (3.55)

Intensitatea acustica mai poate fi determinata daca se cunoaste marimea amplitudinii presiunii acustice cu formula:

I = p²m/2rc (3.56)

Marimea I are o anumita directie care corespunde cu directia de deplasare a undei. Pentru unde sferice care se propaga de la o sursa punctiforma, intensitatea acustica este invers proportionala cu patratul distantei de la sursa:

I = N'/4pR² (3.57)

Acest raport este real in cazul lipsei de atenuare in mediu, adica atunci cand energia ondulatorie nu trece in alt tip de energie. In realitate, in orice mediu, din cauza frecarilor interne si a schimbului de caldura, o parte din energia miscarii ondulatorii se consuma, de aceea cantitatea totala de energie purtata de unda depinde de distanta pana la sursa; cu cat suprafata ondulatorie considerata este mai departe de sursa cu atat energia este mai mica. Intrucat energia este proportionala cu patratul amplitudinii , amplitudinea oscilatiei se micsoreaza pe masura propagarii undei.

3.2. COMPORTAREA ULTRASUNETELOR IN MEDII DIFERITE SI LA SUPRAFATA DE SEPARARE A ACESTORA

3.2.1.ABSORBTIA ENERGIEI UNDELOR ULTRASONICE

La propagarea energiei undelor ultrasonice intr-un mediu omogen, se petrece o amortizare treptata a lor, adica micsorarea energiei undelor. Micsorarea amplitudinii oscilatiilor, deci si a intensitatii lor, odata cu indepartarea de sursa de oscilatie, este provocata de prezenta frecarii interne in mediu si de conductivitatea sa termica.

Absorbtia undelor ultrasonice plane se defineste prin urmatoarea formula:

I = I₀ e^-2^a^y (3.58)

Avand in vedere ca intensitatea acustica este legata de amplitudinea oscilatiei prin relatia:

I = ½ rcA²w (3.59)

Impartind ambii termeni ai acestei relatii cu 1/2rcw extragand radicalul si folosind relatia absorbtiei undelor ultrasonice obtinem:

A = A₀e^-^a^y (3.60)

Aceasta expresie se mai poate obtine daca se face ipoteza ca la traversarea unui strat de grosime dy micsorarea relativa a amplitudinii -dA/A este proportionala cu dy, adica: -dA/A = ady unde a este o marime constanta care depinde de natura mediului fiind denumita coeficient de absorbtie acustica. Astfel, expresia precedenta se mai poate scrie:

d(ln A) = - d(ay) (3.61)

Daca diferentialele a doua marimi sunt eale, atunci insasi marimile difera una de alta printr-o constanta arbitrara de marime C, de unde:

ln A = -ax + C (3.62)

Constanta C se determina din conditia pentru care la y = 0 marimea lui A sa fie egala cu C, deci:

ln A = ln A₀ - ay (3.63)

Dupa care:

A = A₀e^-^a^y (3.64)

Conform acestei expresii amplitudinea A scade pe masura ce unda se propaga in directia axei y. Din ecuatiile ce exprima intensitatea undei ultrasonice se afla usor valorile coeficientului de absorbtie:

a hw rc³) = 8p h rc³) (3.65)

Absorbtia energiei ultrasonice depinde de asemenea de conductivitatea termica a mediului in care se propaga unda. Astfel datorita conductivitatii termice are loc un schimb de caldura intre portiunile de compresiune si destindere din unda, care conduce la micsorarea energiei undei. Kirchoff a aratat ca in acest caz coeficientul de absorbtie este:

a p rc³)((x - 1)/C_p)k_t (3.66)

Unde c = C_p/C_v este raportul caldurilor specifice la presiunea constanta C_p si la volum constant C_v; k_t este coeficientul de conductivitate termica.

Teoria absorbtiei energiei undelor acustice a lui Stokes si Kirchoff a fost numita teria clasica; conform acestei teorii coeficientul total de absorbtie este:

a a a p rc³))(4/3h c - 1)/C_p)k_t) (3.67)

La studierea absorbtiei undelor acustice in lichide, de obicei se neglijeaza influenta conductivitatii termice, deoarece pentru majoritatea lichidelor, absorbtia pe seama conductivitatii termice este foarte mica. In gaze absorbtia datorata conductivitatii termice, are aceasi influenta ca absorbtia datorita vascozitatii. In corpurile solide, absorbtia energiei undelor este de asemenea legata de frecarile interne si de conductivitatea termica, in plus un rol foarte important il au histerezisul, curgerea plastica si procesele elastice de relaxare.

Bergman a efectuat experiente privind determinarea absorbtiei undelor acustice in solide, lichide si gaze, rezultatele obtinute nefiind intotdeauna corespunzatoare cu calculele teoretice.

In prezent exista multe cercetari si aplicatii care confirma teoria clasica a lui Stokes - Kirchoff pentru majoritatea lichidelor, insa pentru unele lichide cum ar fi hidrocarburi aromatice, acetati etc., teorie nu este conforma cu rezultatele practice. Aceasta permite considerarea teoriei Stokes - Kirchoff ca un caz particular al unei teorii mai generale, teoria cinetico moleculara de absorbtie a undelor acustice in lichide. Aceasta teorie a primit denumirea de teorie de relaxare, la baza ei stand presupunerea aparitiei in lichide si gaze a unor procese de relaxare a caror prezenta duce la o absorbtie suplimentara de energie acustica.

3.2.2. REFLEXIA SI REFRACTIA UNDELOR PLANE SUB INCIDENTA NORMALA

Ajungand la suprafata de separare a doua medii o unda acustica sufera o reflexie si anume o parte din energia acustica incidenta este redata primului mediu si o refractie, cealalta parte din energia acustica fiind transmisa in cel de-al doilea mediu. Astfel se produce o unda reflectata si o unda transmisa (fig.3.1.)

Admitand ca nu exista pierderi de energie si ca forma undelor este sinusoidala presiunea acustica este:

p_i = P_isin(wt - k₁x)

p_r = P_r sin(wt - k₁x) (3.68)

p_tr = P_trsin(wt - k₂x)

Unde k₁si k₂ sunt numerele de unda pentru cele doua medii (k_n = 2p l

Din legea continuitatii presiunii si vitezei de oscilatie a particulelor in cele 2 medii rezulta:

p_i- p _r= p_tr (3.69)

v_i- v_r = v_tr

In conditiile cand impedantele celor 2 medii sunt rc₁, rc₂ avem:

p_i = n_irc₁

p_r = n_rrc₁ (3.70)

p_tr = n_trrc₂

Punand conditia x = 0 respectiv considerand ca sunt indeplinite conditiile de continuitate in punctul x = 0, relatiile presiunilor acustice devin:

P_i - P_r= P_tr (3.71)

Respectiv:

rc₂(P_i - P_r) = rc₁P_tr (3.72)

de unde:

P_r = P_i ((rc₂ - rc₁)/ (rc₂ + rc₁)) (3.73)

Si:

P_tr = P_i ((2rc₂)/ (rc₂ + rc₁)) (3.74)

Raportul ce exprima presiunea reflectata poate fi pozitiv sau negativ functie de calorile impedantele celor celor doua medii. Definim prin raportul P_r/P_i= R_a, factorul de reflexie acustica

R_a = (rc₂ - rc₁)/ (rc₂ + rc₁) (3.75)

Iar prin raportul P_tr/P_i= T_a, factorul de transmisie acustica:

T_a = (2rc₂)/ (rc₂ + rc₁) (3.76)
Daca in locul presiunilor consideram intensitatile acustice cele doua relatii de mai sus devin:

K_r = I_r/I_i = ((rc₂ - rc₁)/ (rc₂ + rc₁))² (3.77)

In care K este coeficientul de reflexie acustica si:

K_tr = I_tr/I_i = (4rc₁rc₂)/ (rc₂ + rc₁)² (3.78)

K_tr fiind coeficientul de transmisie acustica.

Asa cum se vede din expresiile celor doi coeficienti, intre ei exista relatie:

K_tr= 1 - K_r (3.79)

In tabelul urmator de dau valorile K_rsi K_tr pentru diferite medii.

De remarcat, ca in cazul unor impedante egale ale celor doua medii, factorul de reflexie cat si coeficientul de reflexie acustica devin egali cu zero, deci intreaga energie acustica trece din primul mediu in cel de-al doilea.

NATURA MEDIILOR IN CONTACT

K_r

K_tr

Aer si apa

Apa si otel

Cauciuc si apa

Plexiglas si otel

Cuart si aer

Cuart si apa

Cuart si plexiglas

Tabelul 3.1. Valorile coeficientilor de reflexie si transmisie acustica pentru unele medii in contact.

3.2.3.REFLEXIA SI REFRACTIA UNDELOR SUB INCIDENTA OBLICA

In cazul cand fasciculul de unde longitudinale plane intalneste planul de separare a doua medii sub un unghi do incidenta q_{i ,}o parte din energia acustica este reflectata in directia OR sub unghiul q, iar cealalta parte este transmisa in cel de al doilea mediu in directia OT sub unghiul q_tr

Deoarrece presiunea acustica corespunzatoare undei incidente are directie oblica fata de suprafata de separatie a celor doua medii, aceasta se descompune intr-o componenta normala pe suprafata si o alta tangentiala care actioneaza de-a lungul planului de separatie, formandu-se in final atat unde longitudinale, cat si unde transversale. Undele transversale se vor reflecta in directia OR' si se vor transmite in cel de-al doilea mediu in directia OT'.

Directiile de propagare a undelor se pot determina aplicand legea lui Snell:

q_r q_I (3.80)

si:

c₁/sinq_tr = c₁'/sinq'_tr= c₂/sinq_tr= c'₂/sinq'_tr (3.81)

In care c₁, c₂ respectiv c₁' si c₂' sunt vitezele undelor longitudinale si transversale.

Din relatia de mai sus rezulta, cand q_tr

q_i = arcsin c₁/c₂ (3.82)

Deci unda longitudinala este reflectata total, ea fiind dirijata de-a lungul planului de separare.

Pentru unghiuri de incidenta mai mari decat cele rezultate din valoarea data de relatia anterioara, in cel de-al doilea mediu nu mai sunt transmise unde longitudinale,existand doar cele transversale.

Cand unghiul de incidenta q_iare o astfel de valoare incat unghiul de refractie corespunzator undei transversale devine egal cu 90 , respectiv q'_tr = 90 , atunci:

q_r = arcsin c₁/c'₂ (3.83)

Deci unde transversala este reflectata total, ea fiind continuta in planul de separatie a celor doua medii; pentru aceasta valoare a lui q_i in cel de-al doilea mediu neexistand decat unde de suprafata. Cele de mai sus valabile pentru c₁< c₂'.

Cunoasterea valorilor limite a unghiului de incidenta este necesara la constructia transformatoarelor de unda, in vederea transmiterii unui anumit tip de unda in corpuri solide, in special in aplicatiile tehnologice.

3.2.4. DIFRACTIA SIN DIFUZIA UNDELOR ULTRASONICE

Undele in general prezinta proprietatea de difractie(ocolire a obstacolelor) care in cazul folosirii undelor ultrasonice, pot fi: incluziuni, pori, fisuri, deci, in general, discontinuitati.

Difractia este observabila in bune conditii daca discontinuitatea are dimensiuni suficient de mici pentru a putea fi comparata cu lungimea de unda.

Fenomenul conta in micsorarea domeniului de umbra din spatele discontinuitatii, perpendicular pe directia de propagare. Unghiul de difractie, pentru fante circulare se exprima prin relatia:

sinq l D (3.84)

Unghiul qeste direct proportional cu l si invers proportional cu dimensiunea reflectorului.

Fenomenul de difractiea undelor se explica pe baza principiului lui Huygens, potrivit caruia undele se propaga in afara unei suprafete inchise continand sursa de oscilatie, sunt identice cu acelea care s-ar obtine suprimand aceasta sursa si inlocuind-o prin surse elementare separate, convenabil repartizate pe toata suprafata si a caror infasuratoare constituie un nou front de unda.

Obstacolele pot produce pe langa difractie si fenomenul de difuzie a undelor, fenomen prin care o parte din energia ultrasonica este deviata de pe directia de propagare.

Pentru a se realiza o evaluare a discontinuitatilor existente in materialul in care se propaga unda ultrasonica trebuie sa comparam amplitudinea sau presiunea undelor reflectate de suprafata unor defecte artificiale de dimensiuni cunoscute.

Presiunile produse de unda incidenta si cea reflectata sunt prezentate grafic in figura, unde d_e este distanta defect - palpator emitator, iar d_r este distanta palpator receptor - defect.

3.2.5. PROPAGAREA ULTRASUNETELOR IN GAZE

Formula vitezei sunetului este usor de obtinut daca ne imaginam cum se propaga o unde de presiune intr-o conducta infinit de lunga. Fie un piston aflat in conducta a carui suprafata a sectiunii transversale este egala cu unitatea. Cand are loc variatia unitatii de volum de aer atunci pistonul se deplaseaza in conducta in conformitate cu relatia:

dV/V = dx/dy (3.85)

Considerand ecuatia transformarii adiabatice pentru gaze:

pV^g = const. (3.86)

Si diferentiand obtinem:

dp/p = - c (dV/V) = - c (dx/dy) (3.87)

La deplasarea pistonului in conducta presiunea variaza dupa legea:

p = p₀ - cp₀(dx/dy) (3.88)

Caderea de presiune, adica forta care actioneaza pe unitatea de volum a gazului va fi egala cu:

- (dp/dy) = p₀c((d²x)/(dy²)) (3.89)

Dupa legea a doua a dinamicii aceasta forta reprezinta produsul dintre masa gazului din unitatea de volum si acceleratia sa:

p₀c((d²x)/(dy²)) = r(d²x)/(dt²) (3.90)

Ecuatia precedenta se mai poate scrie:

x) t²)= (cp₀/r x y (3.91)

Aceasta ecuatie coincide cu ecuatia:

x) t²) = c² ( x y (3.92)

De unde rezulta ca viteza undelor longitudinale in gaze egala cu:

c = (cp₀/r (3.93)

3.2.6. PROPAGAREA ULTRASUNETELOR IN LICHIDE

Expresia anterioara o putem folosi pentru determinarea vitezei sunetelui in lichide.

Daca luam in considerare ca oscilatiile se produc adiabatic, adica viteza de variatie a presiunii este atat de mare incat se poate neglija schimbul de caldura dintre straturile vecine, in acest caz viteza este definita de compresivitatea adiabatica si de densitatea mediului lichid.

Astfel:

c = (1/rK (3.94)

Unde K este compresivitatea si se poate determina din expresia:

K = 1/cp (3.95)

Compresivitatea lichidelor este cu cateva ordine de marime mai mica decat a gazelor, de aceea independent de densitatea lor mare, comparativa cu cea a gazelor, viteza sunetului in lichide este considerabil mai mare decat in mediile gazoase.

3.2.7. PROPAGAREA ULTRASUNETELOR IN MEDII SOLIDE

Viteza de propagare a undelor longitudinale intr-o bara se defineste dupa formula:

c = (E/r (3.96)

Expresia anterioara este valabila pentru unde elastice longitudinale care se propaga in bare ale caror dimensiuni sunt cu mult mai mici decat lungimea de unda. Daca undele longitudinale elastice se propaga intr-un corp solid nelimitat, viteza lor se va determina dupa formula:

c = (E(1-m r m m (3.97)

Unde m este coeficientul lui Poisson.

Din ecuatia anterioara se vede ca viteza undelor elastice longitudinale este determinata de densitate si constantele elastice ale mediului. In Tabelul 3.2. se indica pentru unele materiale solide valorile vitezei de propagare a undelor acustice, densitati si rezistente acustice specifice.

Viteza de propagare a undelor longitudinale intr-un corp solid nelimitat este mai mare decat in bare. Aceasta diferenta se explica prin aceea ca in medii nelimitate, la propagarea undelor, fiecare element de volum sufera o compresiune sau intindere laterala, suplimentara, din partea elementelor de volum vecine.

Undele transversale elastice pot fi excitate atat intr-un volum limitat al unui corp cat si intregul corp. Luand de exemplu o bara suspendata de o sfoara si aplicand o lovitura la capatul ei, perpendicular pe suprafata laterala, in locul unde s-a aplicat lovitura, un strat de particule din corpul solid se va deplasa din pozitia de echilibru, adica va executa o miscare de alunecare. Prezenta fortelor de elasticitate, dintre particulele barei, provoaca deplasarea stratului invecinat iar in bara apare o unda de alunecare care se raspandeste in lungul barei.

Viteza de propagare a undelor transversale este definita de relatia:

c_t = (G/r (3.98)

Si este de doua ori mai mica decat a undelor longitudinale(G este modulul de elasticitate transversal.)

Expresia anterioara se mai poate scrie sub forma:

c_t = ((E/r m (3.99)

Unde:

E = 2G(1+m (3.100)

Unde analoage acelor unde care se propaga pe suprafata apei pot fi produse pe o suprafata libera a unui corp solid elastic prin forte de elasticitate si inertie.

Astfel de unde se amortizeaza repede, aproape ca nu patrund in volumul corpului iar traiectoria particulelor corpului solid reprezinta aproximativ cercuri a caror suprafata coincide cu directia de propagare a undei. Traiectoriile de deplasare ale particulelor undelor de suprafata au componente paralele si perpendiculare pe suprafata corpului elastic.

Viteza acestor unde (unde Rayleigh) care se propaga pe suprafata unui solid se definesc dupa formula:

c_s= (0,87+1,22m m)(G/r 0,9(G/r (3.101)

Si nu depinde de lungimea lor de unda. Aproximativ se poate considera ca viteza undelor de suprafata este egala cu 0,9 din viteza undelor transversale

3.3. CARACTERISTICILE FASCICULULUI ULTRASONIC

3.3.1. CAMPUL ACUSTIC AL UNUI EMITATOR CIRCULAR

Din notiuni de simetrie, repartitia energeica se face circular sau inelar. De la emitator pe axa z, campul se imparte in:

camp apropiat care se intinde pana la N = D l

camp indepartat care se intinde dupa N = D l

In campul acustic indepartat presiunea se exprima prin relatia:

P = (P₀/Z)(2J₁klsinl/kDsing

Unde P_o este presiunea ultraacustica pe axa x, Z - distanta, k =2 p/2 - numarul de unda, J₁ - functia Bessel, l - lungimea de unda, D - diametrul emitatorului, g_o - unghiul pe care il face directia de propagare cu o dreapta ce uneste traducatorul cu un punct din spatiu in care se calculeaza P.

In campul acustic apropiat, expresia care da presiunea campului ultrasonic este foarte complicata. Limita campului apropiat se obtine cu relatia D l

3.3.2. DIFRACTIA FRASNEL IN CAMP APROPIAT

Se considera ca emitatorul are un numar infinit de puncte ce devin microsurse de la care pleaca undele Huygens. Acestea interfera si dau un front de unde plane care se propaga pe o directie perpendiculara fata de suprafata cristalului. In interiorul cristalului are loc o anulare reciproca a undelor produse de microsursele invecinate.

La suprafata cristalului undele emise nu se anuleaza complet, pentru ca nu exista compensatie vecina exterioara pentru undele Huygens. Astfel, se genereaza un camp ultrasonic cu o variatie de intensitate.

La distanta D l de cristalul piezoelectric,ultimul maxim al intensitatii ultrasonice imparte campul ultraacustic in doua zone (fig 3.3):

zona Fresnel, situata intre emitator si ultimul maixim, numita camp apropiat;

zona Fraunhofer, situata dupa ultimul maxim, numit camp indepartat.

In cazul zonei Fresnel(campul apropiat), pozitia maximelor si minimelor se calculeaza cu relatiile:

A_Max = D - (2ml)²/8ml ; m = 1,2,3,. (3.102)

A_Min = D - (2(n/2)l)²/8(n/2)l , n = 1,2,3,. (3.103)

In zona Fraunhoffer, la o distanta mai mare de pozitia ultimului maxim al intensitatii ultrasonice, suprafetele de unda sunt sferice, avand centrul comun cu cel al sursei circulare. In aceasta zona intensitatea acustica scade continuu, invers proportional cu patratul distantei:

I = P/4pd² (3.104)

3.3.3. LEGEA MARIMII DEFECTULUI

In campul indepartat al unui palpator, inaltimea ecoului ultrasonic provenit de la o discontinuitate depinde de puterea impulsului, amplificarea la care este reglat aparatul, de diametrul D al palpatorului , de lungimea de unda l a ultrasunetelor, de diametrul defectului D, si de distanta d intre palpator si defect(fig.3.4)

Se disting patru zone:

zona I, unde D/l<<1/2, adica defectul presupus in forma de disc perpendicular pe fasciculul ultrasonic are un diametru mai mic decat l, nu apare ecou si el nu va putea fi detectat. In acest se recomanda utilizarea unor frecvente ridicate.

zona II, unde inaltimea de ecou ultrasonic creste cu aproximativ (D/l)², adica proportional cu suprafata defectului.

zona III, inaltimea de ecou ultrasonic creste proportional cu D/l, adica proportional cu diametrul defectului.

Limita intre regiunile III si IV depinde de distanta d de la palpator la defect si de diametrul D al palpatorului. Pana la acest punct se presupune ca defectul se afla in intregime in interiorul fasciculului ultrasonic. In zona IV inaltimea ecoului creste mai incet si se aproximeaza inaltimea maxima a ecoului atunci cand suprafata defectului este mult mai mare decat sectiunea fasciculului ultrasonic.

3.4. PRODUCEREA ULTRASUNETELOR

3.4.1. INTRODUCERE

Orice sistem mecanic capabil sa vibreze cu o frecventa cuprinsa in domeniul ultrasunetelor constituie o sursa de ultrasunete.

In general trebuie facuta o distinctie in cadrul generatoarelor de ultrasunete intre sistemele care genereaza energie si cele care primesc aceasta energie si o transfera altui sistem (mediu de propagare) sub forma frecventa inalte de vibratie mecanica. Aceste sisteme apartin categoriei traductoarelor.

Energia generata de traductoare poate fi electrica sau mecanica. Traductoarele ultrasonice pot fi impartite in doua grupuri in functie de energie folosita: electrica sau mecanica. Primului grup apartin urmatoarele traductoare, enumerate in ordinea in care ele sunt folosite: traductoare piezoelectrice, traductoare magnetostrictive, traductoare electrodinamice, traductoare electrostatice, traductoare prin scanteie. Al doilea grup include acele traductoare in care presiunea sau viteza fluidului primind energie este modulat la frecventa inalta cu ajutorul unui element mecanic fixat sau cu ajutorul unui element mecanic mobil.

Materialele utilizate ca traductori trebuie sa indeplineasca mai multe conditii ca:

a) sa prezinte caracteristici piezoelectrice satisfacatoare pentru modurile de vibratie necesare;

b) sa poata fi prelucrate in forma si marimea dorita;

c) proprietatile lor sa aiba variatii mici cu temperatura;

d) sa aiba frecari interne cat mai mici;

e) sa fie stabile fizic si chimic;

f) sa-si pastreze proprietatile piezoelectrice in intregul domeniu de temperaturi in care vor fi utilizate.

In plus, pentru eficienta maxima, traductorul trebuie sa se potriveasca atat cu circuitul electric cat si cu mediul de propagare si sa nu dea nastere la vibratii parazite care pot apare atat din cuplarea diferitelor moduri de vibrare cat si din armonici apropiate de modul de vibratie fundamentala.

3.4.2. TRADUCTOARE PEZOELECTRICE

Aceasta traductoare sunt bazate pe efectul piezoelectric.

Unele materiale cristaline se polarizeaza atunci cand sunt supuse unor tensiuni mecanice. Prin inversarea directiei fortei de tensiune mecanica aplicata asupra materialului polarizarea isi schimba sensul. Pe de alta parte, daca materialul este supus actiunii unui camp electric prin aplicarea unei diferente de potential intre 2 fete opuse ale lui, materialul se deformeaza si forta de deformare isi schimba sensul cand sensul campului electric este inversat.

O placuta dintr-un material piezoelectric poate fi astfel determinat sa genereze unde elastice. Intr-adevar, daca diferenta de potential aplicata este alternativa, elementul vibreaza si vibratiile sale mecanice sunt transferate mediului inconjurator.

Cele mai importante materiale piezoelectrice aplicate in acustica sunt: cuartul (SiO₂), turmalina (cristalizata in sistem trigonal), sulfatul de litiu (Li₂SO₄+H₂O), fosfatul de amoniu dehidrogenat (NH₄H₂PO₄) (tetragonal), sarea Rochelle (NaKC₄H₄O₆+4H₂O) (rombic) si titanatul de bariu polarizat (BaTiO₃) (tetragonal).

Cuartul si titanatul de bariu sunt cele main utilizate datorita stabilitatii proprietatilor lor mecanice, chiar si atunci cand vibratia are o amplitudine considerabila. Traductorul de cuart consta dintr-o placuta taiata dintr-un cristal natural. Traductorul din titanat de bariu este o ceramica in care proprietatile piezoelectrice sunt artificial induse.

a) Traductorul din cuart.

Cuartul cristalizeaza in sistem trigonal formand o prisma hexagonala cu 2 capete romboedrice ca in fig.3.5. Cele trei axe care unesc varful sectiunii transversale ale prismei se numesc axe piezoelectrice(x₁,x₂,x₃). Axele prismei ce trece prin centrul sectiunii se numesc axe mecanice(y₁,y₂,y₃). Axa prismei ce trece prin centrul sectiunii este axa de simetrie optica, numita si axa optica a cristalului. In lungul acestei axe lumina nu sufera fenomenul dublei refractii, dar se observa fenomenul de polarizare rotatorie a luminii.

Pentru generarea undelor longitudinale placuta traductorului este taiata din cristal pe o directie perpendiculara pe una din axele piezoelectrice. Placuta astfel obtinuta este de forma dreptunghiulara sau circularasi se numeste cu taietuta x.

O schema simpla a unei retele cristaline nedeformate este aratata in fig.3.6.a. Se observa ca sarcinile ionice pozitive de siliciu si cele negative de oxigen se neutralizeaza astfel incat pe fetele placutei nu apare o concentrare de sarcini de un anumit tip.

Cand se aplica o forta de tensiune pe aceste suprafete in directia lui x (fig.3.6.b.) atunci ionii de siliciu sunt impinsi spre fata superioara iar ionii negativi de oxigen spre fata inferioara, corespunzator deformarii [(d-d_o)/ d_o] cauzate. Echilibrul sarcinilor electrice de pe suprafetele placutei este perturbat si aceasta conduce la o diferenta de potential V intre cele doua fete. Daca directia fortei de tensiune mecanica aplicata se inverseaza (fig.3.6.c), sensul de deformare este de asemenea inversat si, din motive similare celor expuse mai sus, distributia de sarcina de pe fetele placutelor isi va schimba semnul si diferenta de potential devine -V. Aceasta se numeste efectul piezoelectric longitudinal.

Din aplicarea unei tensiuni mecanice perpendiculare pe axa x (in directia lui y), cum este aratat in fig.3.6.c. este obtinuta o distributie de sarcina ce are ca rezultat efectul piezoelectric transversal . Invers,daca elementul este supus unui camp electric in directia lui x prin aplicarea unei diferente de potential intre fetele placutei, sarcinile ionice sunt determinate sa se miste in directia campului aplicat, dand nastere unei forte de comprimare proportionala cu grosimea placutei (efectul piezoelectric invers).

Aceste comprimari produc efecte mecanice si electrice in diferite directii ale elementului. O descriere generala a fenomenului este data de ecuatiile care stabilesc relatii corespunzatoare intre constantele piezoelectrice, elastice si dielectrice ale cuartului.

Urmand notatiile lui Voigt putem reprezenta in fiecare caz prin cateva ecuatii tensoriale comportarea unui cristal de forma paralelipipedica,taiat in directia axelor cristalului asa cum este indicat in figura 3.7.

Daca S_k este tensorul tensiunii electrice, avand componentele longitudinale: x_x, y_y, z_z iar cele transversale x_y, y_z, z_xobtinem:

S_k= d_ikE_i (3.106)

ⁱ

Unde d_ik reprezinta constanta de tensiune piezoelectrica (cu I=1,2,3 si h,k=1,6); E_i reprezinta cele trei componente ale vectorului camp electric. Asta inseamna ca fiecare compoonenta a campului electric contribuie la producerea tensiunii longitudinale si tangentiale de-a lungul axelor x,y,z.

In cazul unei taieturi in lungul axei x a placutei de cuart, asa cum este aratat in figura, multi coeficienti sunt zero iar altii sunt simplificati datorita simetriei. Astfel sistemul de 6 ecuatii reprezentat de relatia (3.106) este redus la urmatoarele relatii simple:

x_x = d₁₁E_x,

y _y= - d₁₁E_x ,

y_z = d₁₄E_x , (3.107)

z_x = - d₁₄E_y,

x_y = - 2d₁₁E_y,

Unde constantele d₁₁ si d₁₄ au urmatoarele valori numerice:

d₁₁ = 2,3 10^-12Coul/Nt (3.108)

d₁₄ = 5,66 10^-12 Coul/Nt

Tensiunile piezoelectrice sunt conform relatiei (1), legate de deformarile elastice prin ecuatiile tensoriale date de forma generala a legii lui Hooke:

T_k = c_kkS_k, (3.109)

Unde T_k este tensorul deformarii elastice si are trei componente normale: X_x, Y_y, Z_z si trei componente tangentiale: X_y, Y_z, Z_x, iar c_kk reprezinta constantele elastice de rigiditate, care sunt in numar de 36.

Introducand o relatie noua intre constantele de tensiune piezoelectrica e_ik si constantele de deformare d_ik obtinem:

e_ik = c_kkd_ik, (3.110)

Si astfel poate fi stabilita o relatie intre componentele tensiunii mecanice T_k si cele ale campului electric E_i. Din constructia placutei de cuart numarul constantelor independente e_ikeste considerabil redus si sistemul de ecuatii ce rezulta din relatiile (3.109) si (3.110),prin eliminarea coeficientilor c_kk devine:

X_x = e₁₁E_x,

Y_y = - e₁₁E_x,

Y_z = e₁₄E_x, (3.111)

Z_x= - e₁₄E_y,

X_y= - e₁₁E_y,

Traductorul este evident excitat pe unul din modurile sale mecanice. Din cauza faptului ca placuta vibreaza in directia grosimii ei, frecventa naturala a oscilatiilor elastice este aceea care determina maximul elongatiei celor 2 fete in doua directii opuse, situatie descrisa de undele elastice stationare cu deplasarea antinozilor pe ambele fete.

In cazul primului mod normal de vibratie este un singur plan nodal si grosimea lui d este egala cu ½ din lungimea de unda. In acest caz frecventa de oscilatie devine:

= c/l = 1/2d(c₁₁/r

Unde c₁₁ este modulul elastic in directia lui x si r este densitatea cuartului.

In practica valoarea masurata a lui f difera putin fata de cea calculata corespunzator marimii placutei de cuart.

In conditii standard alte oscilatii decat cele in directia lui x, interactioneaza cu oscilatiile in directia grosimii placii, modificandu-I frecventa naturala.

b) Titanatul de bariu.

Asa numitul efect piezoelectric al titanatului de bariu poate fi tratat prin fenomenul general de electrostrictiune - o proprietate corespunzatoare materialelor dielectrice - si consta in proportionalitatea deformarii cu patratul campului electric aplicat.

Acest efect este nesemnificativ in materiale dielectrice obisnuite dar atinge valori apreciabile in ceramicile de titanat de bariu. Aceste ceramici sunt obtinute prin amestecarea titanatului de bariu in forma cristalina cu alte saruri ce poseda proprietati electrostrictive si se incalzeste amestecul la o temperatura in jur de 1300 - 1400 C. Acestea conduc la obtinerea unui material caruia daca i se aplica un camp electric de 10⁶V/m produce o tensiune de 3x10^-4V.

Elementele de orice configuratie: placi, sfere, cilindrii etc. pot fi polarizate cu succes. Pentru folosirea ceramicilor ca traductoare, acestea trebuie sa fie polarizate corespunzator. Daca este adaugata o componenta alternativa campului de polarizare, se obtine o deformare mecanica periodica care variaza liniar, in limitele stabilite,cu tensiunea electrica aplicata. Componentele continue si alternative ale campului sunt orientate in directia grosimii materialului. Pe de alta parte, daca este aplicata o forta elementului polarizat in directia orientarii campului atunci se va observa o variatie a campului electric direct proportionala cu tensiunea mecanica observata in material.

Aceste proprietati dau nastere unor efecte similare cu cele observate in materialul piezoelectric. Pentru aceste motive traductoarele de titanat de bariu sunt privite ca niste traductoare piezoelectrice.

Una din caracteristicile fundamentale ale acestor ceramici este faptul ca apare o polarizare permanenta daca aplicam un camp de curent continuu in jurul a 2000 V/cm,in lungul grosimii elementului, la o temperatura apropiata de punctul de tranzitie (120 C) si este mentinut in timpul unei raciri treptate. In acest mod nu mai este nevoie sa adaugam un camp electric direct tensiunii alternative.

Atat timp cat polarizarea reziduala depinde de tendinta domeniilor de dipoli de a ramane aliniati in directia campului indus, este necesar sa ne asiguram ca efectul termic si campul alternativ nu vor modifica apreciabil aceasta tendinta. Adaugarea de titanat serveste in acest scop prin ridicarea punctului de tranzitie.

Acest fapt impune limitarea valorilor tensiunii alternative si temperaturii. Pe de alta parte, proprietatile piezoelectrice ale titanatului de bariu sunt superioare acelora ale cuartului.

Suprafetele traductorului intre care este aplicata o tensiune electrica sunt in general acoperite cu un strat subtire de argint. Modurile de vibratie ale traductorului depind de forma, directia si prepolarizarea campului si de configuratia fetelor pe care se aplica tensiunea.

In figura sunt prezentate unele tipuri de traductoare de titanat de bariu. Frecventele obtinute cu traductoarele de titanat de bariu sunt mai joase decat ale celor de cuart, in primul rand din cauza pierderilor datorate hesterezisului dielectric si dificultatii de a obtine traductoare foarte mici. Traductoarele sub forma de placute sunt in general folosite pentru obtinerea frecventei de la cateva sute de kHz la cativa MHz.

Traductoarele de titanat de bariu au o impedanta mai mica decat cele de cuart, astfel incat pentru obtinerea unei aceleiasi puteri de radiatie acustica este necesara aplicarea unei tensiuni electrice mai ridicate.

3.4.3. TRADUCTOARE MAGNETOSTRICTIVE

Daca un material feromagnetic este supus actiunii unui camp magnetic, in material apare o forta de tensiune mecanica. Invers, daca acelasi material este deformat ca rezultat al aplicarii unor forte exterioare, este observata o variatie a proprietatilor sale magnetice. In concordanta cu metodele experimentale s-au investigat variatiile diferitelor aspecte ale acestor fenomene ca: variatia in lungime observate intr-o bara cand este aplicat un camp magnetic coaxial asupra ei(efectul Joule). Efectul invers arata influenta unor forte mecanice ce actioneaza asupra materialului (efectul Villari).

Principalele materiale ce preinta efectul magnetostrictiv sunt: nichelul, cobaltul si aliajele lor in diferite combinatii. Astfel de aliaje contin de multe ori cantitati din alte metale: cupru, crom, vanadiu etc.

Intr-o bara alungirea datorata magnetostrictiunii depinde de tipul metalului si nu depinde liniar de variatia intensitatii campului magnetic.

Dupa cum este aratat in figura, in cazul nichelului,apare o scurtare a barei la orice valoare a intensitatii campului. Pe de alta parte o bara de fier se alungeste in prezenta unui camp slab si se scurteaza in prezenta unui camp mai puternic.

Efectul magnetostrictiv depinde de temperatura si devine zero in punctul Curie, unde proprietatile magnetice ale materialului dispar.

Figura arata tensiunea interna ca apare intr-o bara de nichel atunci cand este crescuta temperatura. Curbele au fost desenate pentru cateva intensitati relative ale campului magnetic.

O relatie simpla leaga alungirea relativa a materialului si inductia B din material. Aceasta relatie se pastreaza bine pentru valori mici incepand de la o inductie B_o data:

DL/L = KB₀DB (3.113)

Coeficientul K nu este constant, el depinde de B_o . De exemplu, in cazul nichelului K=-2x10³daca B_o= 0,5Wb/,m².

In constructia traductoarelor magnetostrictive valoarea lui B_o va fi aleasa in asa fel incat, pentru valori egale ale lui DB valoarea tensiunii mecanice devine maxima. In forma simpla, un traductor consta intr-o tija din material magnetostrictiv introdus intr-un solenoid traversat de un curent electric ce are o componenta continua necesara producerii inductiei magnetice B_osi o componenta alternativa capabila sa produca vibratii in tija astfel incat oscilatiile sa atinga o amplitudine considerabila.

Polarizarea tijei datorita componentei continue este importanta pentru a impiedica tija sa oscileze la o frecventa de doua ori mai mare decat aceea de excitare.

Intr-o substanta data efectul magnetostrictiv apare intotdeauna in aceeasi directie, chiar daca polarizarea campului magnetic isi schimba semnul. In timpul fiecarei perioade de oscilatie de excitatie de bara se contracta si dilata de doua ori in aceeasi maniera.

Nichelul pur, asa cum am vazut, are cele mai bune proprietati magnetostrictive, motiv pentru care este frecvent folosit. Punctul sau Curie este la 360 C iar rezistenta scazuta la oboseala il face sa fie mai putin recomandat pentru producerea unor puteri acustice mari.

Fierul pur prezinta un efect magnetostrictiv mai slab decat nichelul iar la o anumita valoare a campului magnetic magnetostrictiunea isi schimba semnul. De exemplu adaugarea unei cantitati mici de nichel este suficienta pentru a produce magnetostrictiunea pozitiva pentru toate valorile campului magnetic care poate fi aplicat. Aliajele de fier si cobalt comporta un efect magnetostrictiv pronuntat. Unul dintre aceste aliaje (permendur) este folosit frecvent si consta din parti egale de cobalt si fier plus 2% vanadiu care are rolul de a creste proprietatile magnetostrictive.

Partile esentiale ale generatorului magnetostrictiv sunt ilustrate in figura. Elementul magnetostrictiv (de exemplu nichelul) sub forma unei tije sau tevi este fixat in centrul unei linii nodale cu un suport rigid capabil sa-I permita oscilatia libera in modul sau fundamental de vibratie extensionala. Elementul magnetistrictiv este plasat in interiorul solenoidului L al circuitului rezonant al tijei.

Polarizarea elementului magnetostrictiv poate fi obtinuta in mai multe feluri:

a) folosind o componenta continua a curentului anodic a tubului de vid;

b) folosind o putere separata suplimentara, trimisa prin intermediul unei frecvente inalte, pentru obtinerea curentului necesar solenoidului L;

c) cu ajutorul unui solenoid separat, coaxial cu L (vezi fig.3.9.);

d) prin plasarea unui magnet permanent sau a unui magnet permanent sau a unui electromagnet in apropierea barei astfel incat fluxul magnetic rezultat de la expasiunea polara sa penetreze tija in lungul ei.

In unele generatoare ce au o constructie simpla tubul de iesire care transmite oscilatiile traductorului este autoexcitat prin intermediul unui feedback corespunzator si actioneaza ca un oscilator simplu a carui frecventa este examinata de vibratia elementului magnetostrictiv.

In reglarea generatorului trebuie acordata atentie faptului ca inductia magnetica modifica(uneori foarte putin) valoarea modulului lui Young E al elementului magnetostrictiv. Acest lucru conduce la o variatie a vitezei sunetului in metal si, ca urmare, a freventei sale de vibratie mecanica.

Frecventa maxima ce poate fi obtinuta este limitata de pierderile electrice datorate histerezisului si curentilor turbionari. Aceste pierderi sunt legate de permeabilitatea magnetica si de rezistivitate. Un sistem des folosit pentru limitarea curentilor turbionari consta in efectuarea unor taieturi in lungul barei prin care circuitul lor electric este intrerupt. Mult mai eficienta este laminarea miezului tijei in aceeasi maniera ca la transformatoare.

3.4.4. CONSTRUCTIA SI FUNCTIONAREA PALPATOARELOR

Prin palpator se intelege ansamblul format din traductorul piezoelectric cu montura sa, completat de partea electrica de conectare la aparat. Acesta trebuie realizat astfel incat zgomotul intern sa nu perturbe interpretarea indicatiilor obtinute pe ecran, la sensibilitatea de lucru aleasa. Traductorul este confectionat dintr-un material piezoelectric si reprezinta dispozitivul care transforma energia electrica in energie mecanica si invers. Dintre toate materialele piezoelectrice, in defectoscopie cel mai des utilizate sunt cuartul si materialele ceramice sintetizate. Cuartul prezinta o serie de avantaje cum ar fi: buna stabilitate chimica, electrica si termica; insolubilitate in cele mai multe lichide; tarie si rezistenta la uzura si imbatranire. De asemenea, cuartul prezinta si un mare dezavantaj prin faptul ca, dintre toate materialele piezoelectrice, acesta genereaza o energie acustica slaba, fiind nevoie de o tensiune inalta, mai mare decat cea necesara materialelor ceramice sintetizate. Aceste materiale sunt bune materiale generatoare de energie, dar fragile la temperaturi joase si solubile in apa.

Traductorul, indiferent de materialul din care este confectionat este montat intr-un ansamblu care permite aplicarea tensiunilor electrice, protectia cristalului, precum si posibilitatea de a-l prea pe suprafata piesei examinate. Ansamblul respectiv este format din traductor, pe suprafata caruia se aplica electrozi, corpuri de amortizare si sistem electric de adaptare, toate acestea montandu-se intr-o carcasa metalica pentru a se obtine o soliditate mecanica.

Daca traductorul este paralel cu suprafata piesei, undele emise sau receptionate sunt transversale iar palpatorul se numeste normal sau drept.

Dand traductorului o inclinare fata de suprafata piesei de examinat undele emise sau receptionate sunt transversale iar palpatorul se numeste unghiular sau inclinat.

In cazul uni palpator de unde longitudinale, fascicolul ultrasonic va avea doua zone distincte: zona campului apropiat si zona campului indepartat. In zona campului apropiat intensitatea fasciculului variaza neregulat in timp,deci inaltimea ecourilor variaza de o maniera complexa si nu se pot interpreta. In zona campului indepartat intensitatea descreste continuu cu distanta, ecourilor de defect fiind proportionale cu aceasta. Ca urmare atunci cand se face alegerea palpatoarelor pentru lucru, trebuie cunoscuta mai intai lungimea campului apropiat, dependent de frecventa si diametrul traductorului, pentru a putea fi evitata aceasta zona. De asemenea, trebuie determinate caracteristici cum ar fi rezolutia si sensibilitatea. Sensibilitatea se defineste ca fiind capacitatea unui palpator de a depista discontinuitati mici, deci de a transmite spre partea de receptie a aparatului un impuls mare de la un defect mic. Rezolutia se defineste ca fiind capacitatea unui palpator de a separa undele reflectate de doua discontinuitati aflate la o diferenta de adancime cat mai mica. Aceste caracteristici ale palpatorului depind de frecventa de lucru a cristalului si de marimea acestuia. Palpatoarele normale au frecventa de lucru cuprinsa intre 0,5 si 15 MHz, iar cele inclinate intre 1 si 5 MHz, de obicei 2 MHz si 4MHz. Corect spus, traductoarele lucreaza intr-o banda de frecvente. De exemplu, un palpator despre care se spune ca are frecventa de lucru de 4MHz va lucra in banda de frecvente (3 5)Mhz.

Frecventa unui palpator este dependenta si de marimea acestuia, de fapt marimea acestuia este limitata de frecventa joasa. Se stie faptul ca un cristal mare si subtire este mai fragil decat unul de dimensiuni mai mici. Daca avem de a face cu suprafete rugoase este necesara o mare putere de penetrare, se transmite de la piesa cu pierderi mari din cauza faptului ca traductorul, avand dimensiuni mari, este fragil si pericolul de spargere este mare. Ca urmare a acestui fapt, pentru a se obtine palpatoare cu dimensiuni mai mari se foloseste un mozaic de cristale, avand insa dezavantajul ca intensitatea fascicolului este foarte mica.

Palpatoarele normale ca marime au diametre de 24mm sau de 34mm pentru frecvente sub 1 MHz. De asemenea, exista palpatoare cu diametrul de 10 mm, numite miniaturale si cu diametre de 5 mm sau chiar mai mici, numite subminiaturale.

Palpatoarele pot fi prevazute cu folie de protectie, aceasta nefiind insa o cerinta obligatorie. De asemenea, exista palpatoare speciale, utilizate in cadrul metodei de examinare in imersie, si traductoare cu talpa adaptata curburii in cazul examinarii unor suprafete curbe.

In cazul palpatoarelor curbe inclinate, unghiurile de refractie in otel sunt de 35 si 90 , caz in care avem de a face cu unde de suprafata. De asemenea se construiesc si palpatoare cu unghi variabil, in acest caz palpatorul fiind umplut cu cuplant.

De o deosebita utilitate tehnica se bucura palpatoarele emisie-receptie cu dublu cristal. Cele doua unitati, de emisie si de receptie sunt similare din punct de vedere constructiv, fiecare continand cate un traductor realizat din titanat de bariu care se cupleaza cu materialul investigat prin intermediul unor blocuri de plexiglas si a cuplantului folosit. Cele doua unitati ale palpatorului sunt izolate intre ele din punct de vedere acustic prin intermediul unui strat subtire de pluta. Un asemenea tip de palpator are cea mai buna rezolutie, deoarece zona moarta este redusa intre transmisie si receptie si nu are loc fenomenul de interferenta acustica. Palpatorul emisie-receptie cu dublu cistal este folosit intr-o serie de aplicatii, cum ar fi: investigarea materialelor cu granulatie mare, ce produc o imprastiere considerabila a fasciculului ultrasonic,aici folosindu-se palpatori dublu cristal inclinati sub unghiuri convenabile; masuratori de grosimi; investigarea materialelor continand un numar mare de incluziuni.

3.4.5. CONSTRUCTIA SI FUNCTIONAREA DEFECTOSCOAPELOR

La baza unui echipament de examinare ultrasonic stau o serie de elemente comune: aparatul generator-indicator, palpatoarele, cablurile de legatura, adaptoarele, blocurile de calibrare, reglare si accesoriile specifice aparatului.

Aparatul generator-indicator produce trenuri de unda foarte scurte de cate 2, 3 oscilatii puternic amortizate. Oscilatiile sunt generate si receptionate de un singur palpator (tehnica reflexiei), sau generate de unul si receptionate de altul(tehnica transmisiei).

Metoda reflexiei presupune generarea de impulsuri scurte, introducerea lor in piesa de examinat prin intermediul palpatorului si urmarirea timpului de propagare al undelor si amplitudinii impulsurilor reflectate de orice suprafata separatoare de mediu. Impulsurile ultrasonice generate si reflectate sunt prezentate pe ecranul tubului catodic la o distanta pe axa orizontala proportionala cu distanta parcursa de unda pana la discontinuitatea de care se reflecta.

Schema bloc a unui defectoscop ultrasonic cuprinde:

- tubul catodic;

- blocul de inalta tensiune;

- blocul de baleiaj;

- blocul emitator;

- amplificator;

- monitor;

- palpator

Impulsul de inalta frecventa este ransformat de palpator intr-un tren de oscilatii mecanice. La receptie, sub actiunea undelor mecanice, cristalul piezoelectric produce un tren de oscilatii mecanice care se aplica blocului amplificator. Acesta ridica semnalul atenuator calibrat care serveste la aprecierea marimii defectului. Amplificatorul este de banda larga si zgomot mic. Emitatorul genereaza impulsuri de inalta frecventa pentru excitarea traductorului simultan cu amorsarea cursei de baleiaj pe orizontala. Timpul de emisie are o durata scurta comparativ cu durata dintre doua impulsuri pentru a se putea desfasura semnale din piesa. De asemenea, acest bloc comanda momentul generarii impulsului de emisie, viteza sa fiind reglata de sincronizator. Monitorul serveste la avertizarea automata (acustica sau optica) asupra aparitiei unor semnale de discontinuitate care depasesc un anumit nivel din inaltimea ecranului si la inregistrarea semnalelor de defect.

Pentru realizarea sincronizarii emisiei impulsurilor si receptiei semnalelor reflectate, aparatul dispune de un generator sincronizator care comanda baleiajul intre placile orizontale ale tubului catodic, formand baza de timp necesara masuratorilor. Afisarea pe ecran se realizeaza propotional cu distanta parcursa de fasciscul in urmatoarea succesiune: impulsul de emisie, impulsul reflectat de la defect, impulsul reflectat de suprafata opusa.

Baza de timp apare pe ecranul aparatului la scurt timp de la comutarea butonului de pornire, ca o linie luminoasa orizontala, si marcheaza timpul in care ultrasunetul parcurge piesa, de la suprafata de intrare la suprafata opusa acesteia si inapoi. La unele aparate exista posibilitatea reglarii focalizarii, latimii acestei linii, in acest caz fiind necesar ca acesta sa fie cat mai stralucitoare. Pe ecranul aparatului, partea din stanga se considera ca punct de intrare a ultrasunetului in piesa, ca urmare examinarea acestuia se face de la stanga la dreapta.

3.4.6. MEDIUL DE CUPLARE SI ROLUL SAU IN DEFECTOSCOPIE

Datorita rugozitatii suprafetelor materialelor care se examineaza, intre palpator si piesa apare un strat de aer care joaca rolul unui ecran ultraacustic. Acest lucru este urmarea faptului ca palpatorul nu realizeaza un contact 100% cu suprafata investigata pe de o parte, iar in aer undele longitudinale se atenueaza foarte repede si undele transversale nu se propaga. Pe de alta parte, stiindu-se ca ultrasunetele se propaga foarte bine in solide si lichide, acest neajuns poate fi eliminat prin introducerea unui strat de cuplant intre palpator si suprafata examinata. Mediul de cuplare se poate prezenta sub forma lichida, semilichida, sub forma de pasta sau chiar solida, in cazul cleiurilor de oase sau de piele.

Cel mai bun cuplant este mercurul, dar are marele dezavantaj al unei toxicitati ridicate, si, in plus, este foarte scump.

Un cuplant bun trebuie sa aiba urmatoarele caracteristici:

a) sa adere bine la suprafata de examinare pentru a elimina aerul;

b) sa fie omogen, fara particule solide sau bule de aer;

c) sa nu intre in reactie chimica cu materialul examinat;

d) continutul de halogeni si sulf sa nu depaseasca cerintele proiectantului.

Atunci cand se alege mediul de cuplare trebuie sa fie luate in considerare urmatoarele: pozitia suprafetei de examinat, rugozitatea suprafetei, compozitia materialului investigat, temperatura materialului.

Inainte de aplicarea mediului de cuplare este recomandata utilizarea aceluiasi cuplant, atat pentru operatiile de calibrare pe blocurile de referinta, cat si pentru cele de examinare.

3.5. BLOCURI DE CALIBRARE SI CALIBRAREA PALPATOARELOR

3.5.1. BLOCUL DE CALIBRARE A1

Blocul A1 este confectionat din otel carbon armat, elaborat in cuptoare Siemens-Martin sau electrice, si trebuie sa aiba o granulatie uniforma, cu marimea grauntelui 8. Forma si dimensiunile sale sunt prezentate in figura. Din punct de vedere acustic blocul de calibrare nu trebuie sa prezinte variatii locale mai mari de 1 dB, iar viteza de propagare a ultrasunetului sa fie de 5920 20m/s. Brunarea ori durificarea suprafetelor este interzisa. Calibrarile si verificarile pe blocul A1 raman valabile numai pentru examinarea unei piese din otel nealiat, unde viteza ultrasonica este egala cu cea din bloc. La oteluri inalt aliate, viteza ultrasunetului este mai mica decat cea a blocului A1, ceea ce impune calibrari pe un bloc corespunzator. Astfel, la un otel ci 13% Cr, a rezultat, la un palpator de 70 , abateri ale unghiului de refractie de 10 , fapt ce conduce la erori mari in determinarea pozitiei defectelor.

Blocul de calibrare A1 are inglobata o piesa cilindrica din plexiglas, cu diametrul de 50mm si grosimea de 23mm, care corespunde cu timpul de propagare total (dus-intors) a undelor longitudinale prin 50mm otel. Una din suprafetele cilindrului din plexiglas este acoperita cu un strat conducator de argint, ce serveste la calibrarea cu palpatoare prin contact direct al cristalului de emisie-receptie cu suprafata de examinare. Pe langa orificiul cu diametrul de 50mm, blocul mai este prevazut cu un orificiu cu diametrul 1,5mm si cu doua fante, de unde se obtin ecouri la plasarea palpatoarelor pe suprafetele plane ale blocului. Prin electrogravura ori prin atac chimic, mai sunt marcate pozitiile relative, corespunzatoare unghiurilor de refractie ale palpatoarelor inclinate si o scara gradata de unitati de lungime. Pe latura de 200 mm a blocului de calibrare sunt marcate pozitiile relative corespunzatoare unghiurilor de refractie ale palpatoarelor inclinate si o scara gradata in unitati de lungime. Pe latura de 200 mm a blocului de calibrare, sunt marcate pozitiile relative corespunzatoare palpatoarelor cu unghiuri de refractie de 35 . Pe fata opusa acestei laturi, este marcata o scara gradata cu diviziuni din 5 in 5 mm. Latura blocului cu lungimea de 300mm este prevazuta cu marcaje pentru pozitiile relative corespunzatoare unghiurilor de refractie de 60 si 76 . Pe fata opusa acestei laturi, este gradata zona din jurul pozitiei centrului sectorului circular cu raza de 100mm, prin diviziuni milimetrice in domeniul 10mm.

Cu acest tip de bloc se executa urmatoarele operatiuni:

a) calibrarea scarii distantelor;

b) corectia de zero;

c) verificarea liniaritatii scarii de masurare a distantelor (baza de timp) si a amplificarii;

d) calibrarea scarii distantelor, in distante proiectate si distante proiectate reduse;

e) verificarea si reproducerea sensibilitatii aparaturii si sensibilitatii de vdetectare;

f) verificarea zonei moarte;

g) verificarea puterii separatoare in adancime;

h) verificarea si determinarea punctului de incidenta al palpatoarelor inclinate;

i) trasarea caracteristicilor de directivitate in plan orizontal si vertical pentru palpatoare inclinate;

j) verificarea unor diferente structurale intre materialul din care este confectionat blocul A1 si alte sortimente din otel.

3.5.2. CALIBRAREA PALPATOARELOR CU AJUTORUL BLOCULUI DE CALIBRARE A1

In general calibrarea cu ajutorul blocului A1 se foloseste la palpatoare cu unde longitudinale.

Alegerea si reglarea cat mai precisa a scarii distantelor (numita si scara de profunzime) se face pentru domeniul de lucru corespunzator parcursului ultrasunetelui in piesa. In acest scop pe blocul de calibrare A1 se alege un domeniu cu o grosime de material care este foarte aproape de cea care trebuie sa fie verificata, sau un multiplu al acesteia.

De remarcat este faptul ca la o reglare corecta, ecoul initial de emisie (situat pe partea stanga a ecranului) nu se gaseste pe zero la scala aparatului, deoarece intre cristalul piezoelectric si piesa, exista cuplantul si eventual o folie din plastic pentru protectie.

Pentru grosimi de peste 50mm este recomandat a se alege cel putin doua ecouri de fund, de exemplu pentru grosimea de 80mm se fixeaza palpatorul pe blocul de calibrare A1 unde grosimea este de 100mm si se alege domeniul de lucru 0-250mm.

Din punct de vedere practic se recomanda ca la etalonarea scarii de masurare a distantelor sa se aleaga pe blocul de calibrare o anumita grosime pentru care va rezulta cel putin doua sau mai multe ecouri.

Pentru examinarea proportionalitatii distantelor se aseaza palpatorul pe blocul de calibrare A1, in zona cu grosimea de 25 mm, aparatul fiind pe domeniul de 250mm si se obtin ecouri. In cazul in care ecourile 2 si 8 ale scalei, ecourile intermediare nu trebuie sa depaseasca 1 diviziune din gradatiile scalei.

Pentru reglarea sensibilitatii se deosebesc doua cazuri. Primul caz este acela in care grosimea piesei este inferioara grosimii blocului de etalonare. Pentru acesta se fixeaza palpatorul pe blocul de calibrare si se obtine al doilea ecou cu o inaltime de h=50%. Se pune palpatorul pe piesa si se obtine al cincilea ecou cu h=50%.

Cand grosimea piesei este superioara rosimii blocului de etalonare al patrulea ecou obtinut prin fixarea palpatorului pe blocul A1 are inaltimea de 50% si corespunde cu aceasi inaltime a ecoului 2 pe piesa ce se examineaza. Trebuie mentionat ca la doua piese cu aceasi grosime ecourile nu au aceasi inaltime, datorita gradului de absorbtie a ultrasunetului, respectiv a atenuarii ultrasunetului in materialul examinat.

Puterea separatoare se poate determina si cu ajutorul blocului de calibrare A1, caz in care scala de masurare a distantelor va fi pe domeniul 0-100mm. Se fixeaza palpatorul pe suprafata etalonului cu lungimea de 300mm in zona in care se obtin ecouri de la distantele de 85,91 si 100 mm - deci ecouri ce difera ca distanta cu 6 si 9 mm. In cazul in care cele trei ecouri apar distincte pe ecran, se apreciaza ca puterea separatoare a palpatorului pentru zona 85-100mm este satisfacatoare.

Document Info

Accesari: 19141
Apreciat:

Comenteaza documentul:

Nu esti inregistrat
Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta

Creaza cont nou

A fost util?

Daca documentul a fost util si crezi ca merita
sa adaugi un link catre el la tine in site

Copiaza codul:
in pagina web a site-ului tau.

eCoduri.com - coduri postale, contabile, CAEN sau bancare

Politica de confidentialitate | Termenii si conditii de utilizare