Zašto titanijumske šipke zahtijevaju volumetrijsku detekciju grešaka
Titanijum i njegove legure kombinuju gustinu od otprilike 4,43 g/cm3 sa visokom specifičnom čvrstoćom i odličnom otpornošću na koroziju, zbog čega se šipka, šipka i žica naširoko koriste za pričvršćivače za avione, medicinske implantate, osovine pumpe, cevi za izmenjivač toplote i hardver za hemijske procese. Titanijumska šipka se obično naručuje prema ASTM B348, specifikaciji koja kontroliše hemiju i mehanička svojstva, ali sama po sebi ne dokazuje da je unutrašnjost šipke zdrava. Narudžbenice za zrakoplovnu, medicinsku i nuklearnu opremu stoga dodaju ultrazvučnu prihvatljivu klasu na vrhu specifikacije materijala.
Razlog su unutrašnji diskontinuiteti. Tvrde alfa inkluzije, šupljine skupljanja, preklopi kovanja i središnja poroznost mogu preživjeti valjanje i kovanje bez stvaranja vidljivih površinskih indikacija, ali djeluju kao podizači naprezanja u dijelovima koji su kritični za zamor. Ultrazvučno testiranje detektuje takve karakteristike volumetrijski, jer se zvuk megaherc frekvencije širi kroz čvrsti titanijum sa malim prigušenjem i snažno se reflektuje gde god se akustična impedansa promeni, na primer u praznini, pukotini ili inkluziji.
Kako radi ultrazvučna metoda
Industrijska inspekcija koristi talase u niskom opsegu megaherca, obično od 2,5 MHz do 10 MHz. Više frekvencije daju kraće talasne dužine, bolju rezoluciju i uži snop, ali su više raspršene strukturom zrna; niže frekvencije prodiru u deblje dijelove sa manje strukturne buke. Za kovanu ili valjanu šipku od titanijuma talasna dužina je dovoljno kratka da razreši reflektore u milimetarskoj skali, dok ostaje dovoljno duga da prođe kroz mikrostrukturu bez prekomernog slabljenja.
Dva mjerenja pokreću inspekciju. Vrijeme leta eha, u kombinaciji sa brzinom zvuka materijala, daje dubinu reflektora iz odnosa dubina=brzina x vrijeme / 2, gdje faktor dva računa povratno putovanje. Amplituda vraćenog signala povezana je s veličinom reflektirajuće površine, tako da veći diskontinuitet vraća više energije. Ekvivalentna veličina defekta očitava se iz krive amplitude u odnosu na udaljenost izgrađenu pomoću referentnih reflektora poznate geometrije.
Uzdužna brzina talasa u legurama titanijuma je približno 6.100 m/s, a brzina posmičnog talasa je približno 3.100 m/s za tip Ti-6Al-4V. Ove vrijednosti se mjere na referentnom bloku istog razreda, jer brzina neznatno varira sa sadržajem legure, teksturom i termičkom obradom, a greška brzine od jedan posto postaje greška dubine od jedan posto.
Talasni modovi i izbor sonde
| Wave mode | Tipična frekvencija | Cilj detekcije |
|---|---|---|
| Uzdužna, ravna greda | 2,5 do 10 MHz | Unutrašnje šupljine, inkluzije, središnja poroznost |
| Smicanje, kutna greda | 2 do 5 MHz, klinovi od 45 do 70 stepeni | Radijalne pukotine, preklopi, podzemni defekti |
| Površinski talas | 2 do 5 MHz | Defekti lomljenja površine na gotovoj šipki |
| Dvostruki element, ravna greda | 2 do 5 MHz | Zone blizu površine blizu ulazne površine |
Izbor sonde prati geometriju proizvoda. Štap malog prečnika ima koristi od sondi sa fokusiranim ili dvostrukim elementima koje smanjuju mrtvu zonu u blizini ulazne površine, dok se šipka velikog prečnika proverava nizom sondi pravog i ugaonog snopa koje rade sa cilindrične površine i sa oba kraja. Odabir spojnice je također važan: koriste se voda, lagano ulje i glicerin, a spojnica mora konstantno vlažiti površinu kako gubitak spoja ne bi pobjegao tokom dugog skeniranja.
Kriteriji kalibracije i prihvatanja
Kontaktno pulsno eho skeniranje prati ASTM E114, koji opisuje ultrazvučno ispitivanje pulsnog eha kontaktnom metodom i pokriva linearnost instrumenta, intervale kalibracije i pokrivenost skeniranja. Referentni blokovi se proizvode i verificiraju prema ASTM E127, praksi za proizvodnju i provjeru ultrazvučnih referentnih blokova koji definiraju reflektore ravnog dna koji se koriste za postavljanje osjetljivosti i za izgradnju krivulje amplitude udaljenosti.
ASTM E2375, praksa za ultrazvučno ispitivanje kovanih proizvoda, pruža krovni okvir za inspekciju šipki i gredica, uključujući zahtjeve za brzinu skeniranja, pokrivenost i dokumentaciju. AMS 2631 postavlja klase prihvatljivosti za ultrazvučnu inspekciju titanijumske šipke i obično ga citiraju proizvođači aviona i motora, pri čemu svaka klasa ograničava maksimalnu dozvoljenu veličinu indikacije i broj indikacija koje se mogu odbaciti u datoj zapremini. Klasa, nivo snimanja i ograničenja prihvatanja moraju biti navedeni u narudžbini, jer ista traka može proći jednu klasu, a propasti strožu.
Tipične industrijske primjene
Strukturni pričvršćivači aviona i hardver motora, gdje skriveno uključivanje može izazvati zamorne pukotine.
Medicinski implantati i prazni instrumenti, gdje unutrašnja čvrstoća podržava vijek trajanja i čistu završnu obradu površine.
Šahtovi postrojenja za hemikalije i desalinizaciju i komponente pumpi izloženi hloridima.
Proizvodnja električne energije i nuklearna klasa koja zahtijeva dokumentiranu evidenciju volumetrijske inspekcije.
Šipka sirovine za aditivnu proizvodnju koja se koristi za proizvodnju elektroda i žice.
Često postavljana pitanja
P: Koji način ultrazvučnog talasa je najbolji za unutrašnje defekte titanijumske šipke?
Uzdužni ravni talasi snopa su standardni izbor za unutrašnje šupljine, inkluzije i središnju poroznost, jer putuju duž ose šipke i efikasno se reflektuju od defekata koji leže normalno na gredu.
P: Zašto je potrebno ispitivanje smičnim talasima?
Smični talasi ugaone grede prelaze prečnik i presreću radijalne i nagnute defekte koje pravi snop može promašiti, tako da većina specifikacija šipki kombinuje oba načina u jednoj sekvenci skeniranja.
P: Kako se izražava veličina defekta?
Indikacije se upoređuju sa referentnim reflektorima i prikazuju kao ekvivalentna veličina rupe ravnog dna izvedena iz amplitude i dubine odjeka, a ne kao direktno mjerenje fizičkog defekta.
P: Koliko često se kalibracija provjerava?
Kalibracija instrumenta i sonde se provjerava na početku i na kraju svake inspekcijske sesije i nakon svake promjene sonde, kabla ili spojnice, a rezultati se bilježe u izvještaju o inspekciji.
P: Može li ultrazvučno ispitivanje zamijeniti destruktivno ispitivanje?
Ne. Ultrazvučna inspekcija je volumetrijska dopuna hemijskom, zateznom i metalografskom ispitivanju. Provjerava materijal zbog unutrašnjih diskontinuiteta, ali ne potvrđuje sastav ili mehanička svojstva.
P: Šta ograničava osjetljivost titanijuma sitnog zrna?
Zrnasta struktura, završna obrada površine i geometrija dijela postavljaju praktičnu granicu. Gruba ili trakasta mikrostruktura podiže pozadinski šum, tako da frekvencija i pojačanje moraju biti izbalansirani u odnosu na potreban prag detekcije.
