Precision Ultrasonic Gauging: Factors That Can Impact Testing
Kvalitní ultrazvukové tloušťkoměry mohou nabídnout vysoce přesné testování kovů, plastů a dalších materiálů. Stupeň přesnosti dosažený v aplikaci však může být ovlivněn několika faktory souvisejícími s testovaným materiálem, vybavením, geometrií dílu a dovedností a péčí uživatele. Dále se dozvíte o faktorech, které mohou ovlivnit výsledky ultrazvukového testování.
Faktory související s materiálem
Fyzikální vlastnosti testovaného materiálu jsou jedním z faktorů, který ovlivňuje rozsah a přesnost měření ultrazvukového tloušťkoměru. Toto zahrnuje jak akustické, tak geometrické faktory.
1. Akustické vlastnosti testovaného materiálu
Přesnost a rozsah ultrazvukového měření tloušťky může omezit několik vlastností, které vykazují některé technické materiály:
- Rozptyl zvuku: V lité nerezové oceli, litině, sklolaminátu a kompozitních materiálech se zvuková energie rozptýlí na hranicích jednotlivých zrn v odlitcích nebo hranicích mezi vlákny a matricí ve skleněných vláknech nebo kompozitu. Stejný účinek může mít v jakémkoli materiálu pórovitost. Nezapomeňte upravit citlivost měřidla, abyste zabránili detekci těchto rušivých rozptýlených ech. Tato kompenzace může omezit schopnost měřidla detekovat platnou zpětnou koncových ech materiálu a omezit rozsah měření.
- Útlum nebo absorpce zvuku: U mnoha polymerů, jako jsou plasty s nízkou hustotou, a u většiny typů pryže je při frekvencích používaných pro ultrazvukové měření zvuková energie utlumena velmi rychle. Tento útlum se obvykle zvyšuje s teplotou. Maximální tloušťka, kterou lze v těchto materiálech měřit, je často omezena útlumem.
- Variace rychlosti: Ultrazvukové měření tloušťky je přesné pouze do té míry, do jaké je rychlost zvuku materiálu v souladu s kalibrací rychlosti měřidla. Některé materiály vykazují významné odchylky v rychlosti zvuku od bodu k bodu. To se děje u některých litých kovů z důvodu změn ve struktuře zrn, která je důsledkem různých rychlostí chlazení, a anizotropie rychlosti zvuku v materiálu se zrnitou strukturou. Sklolaminát může vykazovat místní změny rychlosti v důsledku změn poměru pryskyřice/vlákno. Mnoho plastů a pryží vykazuje rychlou změnu rychlosti zvuku s teplotou, což vyžaduje, aby operátoři prováděli kalibraci rychlosti při stejné teplotě jako měření.
- Otočení fáze nebo fázové zkreslení: Fáze nebo polarita vracející se odezvy je určena relativní akustickou impedancí (hustota × rychlost) hraničních materiálů. Ultrazvuková měřidla předpokládají obvyklou situaci, kdy je testovaný kus podložen vzduchem nebo kapalinou, které mají nižší akustickou impedanci než kovy, keramika nebo plasty. V některých speciálních případech, jako je měření skleněných nebo plastových vložek nad kovem nebo měděného pláště nad ocelí, je však tento impedanční vztah obrácen a odezva se zdá být v opačné fázi. Chcete-li v této situaci zachovat přesnost, nezapomeňte změnit správnou polaritu detekčního echa. Ještě složitější situace může nastat u anizotropních nebo nehomogenních materiálů, jako jsou kovové odlitky s hrubými zrny, nebo v určitých kompozitech, kde podmínky materiálu vedou ke vzniku více zvukových drah v oblasti svazku. V těchto případech může fázové zkreslení vytvořit odezvu, která není ani kladná, ani záporná. V těchto případech opatrně experimentujte s referenčními standardy, abyste určili vliv na přesnost měření.
2. Fyzické vlastnosti testovaného materiálu
Zohledněna musí být též velikost, tvar a povrchová úprava testovaného kusu, aby se stanovily meze rozsahu měření a přesnosti.
- Drsnost povrchu testovaného kusu: Nejlepší přesnosti měření se dosáhne, když je přední i zadní povrch testovaného kusu hladký. Když je kontaktní povrch drsný, zvětšuje se minimální tloušťka, kterou lze měřit, kvůli odrazu zvuku ve zvětšené tloušťce vrstvy vazebního prostředku. Nedostatečná vazba
může snížit amplitudy echa. Pokud je horní nebo spodní povrch testovaného kusu drsný, může také dojít ke zkreslení vracející se odezvy v důsledku většího množství mírně odlišných zvukových drah zaznamenaných snímačem, což vede k nepřesnostem měření.
U měření koroze bude uvolněný nebo odlupující se povlak, rez, koroze nebo nečistoty na vnějším povrchu testovaného kusu narušovat vazbu zvukové energie ze snímače do testovaného materiálu. Z tohoto důvodu před měřením očistěte veškeré uvolněné nečistoty ze vzorku drátěným kartáčem nebo pilníkem. Obecně je možné provádět měření koroze skrz tenké vrstvy rzi, pokud je rez hladká a dobře spojená s kovem pod sebou. Mějte na paměti, že některé velmi drsné nebo zkorodované povrchy bude možná nutné opilovat nebo obrousit dohladka, aby byla zajištěna správná akustická vazba. Možná bude nutné odstranit barvu, která se od kovu odlupuje.
- Zakřivení testovaného kusu: Souvisejícím problémem je vyrovnání snímače s testovacím kusem. Při měření na zakřivených površích je důležité umístit snímač kolem středové osy dílu a držet jej co nejstabilněji na povrchu. Pro udržení tohoto vyrovnání může být užitečný pružinový držák V bloku. Obecně platí, že když se poloměr zakřivení zmenšuje, velikost snímače by se měla snížit a důležitost vyrovnání sondy se výrazně zvyšuje. Pro velmi malé poloměry je vyžadován imerzní přístup se zaostřeným snímačem. V některých případech je dobré použít zobrazení tvaru vlny jako pomůcku k udržení co nejlepšího vyrovnání. Na zakřivených površích je také důležité nanést pouze takové množství vazebního prostředku, aby se dosáhlo odečtu hodnoty. Přebytečný vazební prostředek vytvoří zaoblení mezi snímačem a testovaným povrchem, kde se bude zvuk odrážet a může vytvářet rušivé signály, které mohou vést k nesprávnému měření.
- Zúžení nebo excentricita: Pokud jsou kontaktní i zadní povrchy testovaného kusu zúžené, excentrické, nebo jsou navzájem šikmo postavené či špatně vyrovnané, amplituda odezvy se sníží a může dojít k jejímu zkreslení v důsledku proměnlivosti zvukové dráhy napříč šířkou svazku, což snižuje přesnost měření. Měřená tloušťka bude typicky představovat přibližný integrovaný průměr měnících se tlouštěk v průměru svazku. V případech výrazného vychýlení není měření možné, protože odražený svazek vytvoří dráhu ve tvaru písmene V od snímače a nelze jej přijmout. Tento jev se zvyšuje s rostoucí tloušťkou materiálu.
Faktory související s obsluhou
Kalibrace: Přesnost jakéhokoli ultrazvukového měření je pouze tak dobrá jako přesnost a péče věnovaná kalibraci. Při výměně testovaného materiálu nebo snímače nezapomeňte provést kalibraci rychlosti a nuly, která je popsána v kapitole 4. Doporučujeme také provádět pravidelné kontroly se vzorky známé tloušťky, abyste ověřili, že měřidlo funguje správně.
- Vyrovnání svazku: Při testování na rovných površích držte snímač vždy v rovině a při testování na zakřivených površích kolmo k poloměru zakřivení. Při testování na zakřivených površích vždy přiložte snímač na střed zakřivení. Nesprávné vyrovnání způsobí zkreslení echa, což negativně ovlivní přesnost.
- Technika vazby: Při měření v režimu 1 s kontaktními snímači je tloušťka vrstvy vazebního prostředku součástí měření a je kompenzována částí odsazení-posunu nuly. Pro dosažení maximální přesnosti musí být technika vazby konzistentní. Pro konzistentní měření používejte pouze
tolik vazebního prostředku, abyste dosáhli stabilního odečtu, a aplikujte snímač rovnoměrným tlakem. Nácvikem dosáhnete stupně mírného až silného tlaku, který vytváří opakovatelné hodnoty odečtu. Nikdy také neodírejte ani nepřetahujte snímače přes drsné povrchy. Obecně platí, že snímače s menším
průměrem vyžadují menší sílu při provádění přiložení, aby se vytlačil přebytečný vazební prostředek, než snímače s větším průměrem. Naklonění snímače ve všech režimech zkresluje odezvy a způsobuje nepřesné hodnoty odečtu.
Pro měření koroze na potrubí a trubkách malého průměru držte snímač tak, aby byl materiál zvukové bariéry viditelný na čele sondy vyrovnán kolmo ke střední ose trubky, jak je znázorněno níže.
Faktory související s vybavením
Zatímco konstrukční faktory přístroje, jako je digitální vzorkovací frekvence, určují limity rozsahu a přesnosti ultrazvukového měřidla, rozsah a přesnost daného použití jsou nakonec určeny kombinací měřidla, snímače a nastavení, jakož i faktorů souvisejících s materiálem. Informace týkající se typických materiálů a rozsahů tloušťky, které lze měřit ultrazvukovými měřidly pomocí konkrétních snímačů a vhodných nastavení přístrojů, najdete v kapitole 9.0 Přílohy – Tabulky rozsahů snímačů.
Mějte na paměti, že přesná měřidla používající jednoměničové snímače mají obvykle vyšší vlastní přesnost než korozní měřidla používající dvouměničové snímače.
