Ultrazvuková zkouška

Ultrazvukové zkoušení je nedestruktivní zkušební metoda, která se používá pro zjišťování vad a nehomogenit v materiálu. Tato metoda používá zvukové vlny s frekvencí nad lidským slyšitelným rozsahem (> 16 kHz). Tyto vlny se nazývají ultrazvukové vlny. Ultrazvukové vlny lze vytvořit různými způsoby.

Piezoelektrický jev

Piezoelektrický jev

Ultrazvukové vlny jsou nejčastěji vytvářeny pomocí piezoelektrického jevu. Tímto způsobem jsou vlastnosti některých materiálů využívány ke změně jejich geometrických rozměrů při aplikaci elektrického napětí.

Ultrazvukové vlny lze vytvářet periodickým buzením tzv. piezoelektrického materiálu pomocí střídavého napětí.

Tzv. piezoelektrický měnič je hlavní součástí ultrazvukové sondy. Při ultrazvukovém zkoušení se musí ultrazvuk, vytvářený v sondě, přenést do zkoušeného materiálu. Jelikož ultrazvukové vlny se vzduchem nešíří, tak se pro tento účel používá vhodný vazební prostředek jako je např. voda, olej nebo gel - tak jako např. ve zdravotnictví.

Další metodou pro vytváření ultrazvukových vln je metoda EMAT, při které ultrazvuk vzniká elektro-dynamicky přímo ve zkoušeném materiálu a tedy u této metody není vyžadován žádný vazební prostředek. Metoda EMAT je podrobněji popsána na konci této stránky.

 

 

Metoda ozvěny impulsů

Zvláštní význam při ultrazvukové zkoušce má metoda ozvěny impulsů. Přitom se generuje krátký ultrazvukový impuls, vyšle se do testovaného materiálu a poté se čeká na jeho ozvěnu. Přijímání odezvy se může provádět stejným piezo prvkem, který byl použit k vytvoření ultrazvukového impulsu. Mohou se ale použít i takzvané zkušební hlavy SE, u kterých jsou dva piezo prvky – přijímací a vysílací prvek - umístěny v jednom pouzdru.

Při kolmém vysílání signálu vznikají ozvěny ultrazvukových vln v důsledku odrazů od zadní stěny plechu, trubky nebo např. kolejnice. Takzvaný obraz A ukazuje časový průběh amplitudy ultrazvukové vlny zaznamenané přijímacím prvkem. V popsaném případě sestává z vysílaného impulsu a řady klesajících ozvěn od zadní stěny. Amplituda vzniká tím, že ultrazvukový impuls se odráží jako tenisový míček mezi zadní stěnou a povrchem např. plechu nebo trubky a přitom postupně slábne.

Polohu ozvěny zadní stěny lze použít k určení tloušťky stěny trubky nebo plechu. Pokud jsou v materiálu vady, jako např. zdvojeniny, vměstky nebo segregáty, může to vést k dodatečnému odrazu ultrazvuku. V obraze A se pak objeví další ozvěna, kterou lze použít k detekci vad.

Funkce EMAT

Metoda EMAT umožňuje vysoce přesné měření tloušťky stěny feromagnetických bezešvých ocelových trubek bez vazebního média v kombinaci se zkušební a vyhodnocovací elektronikou. Ultrazvukové vlny jsou generovány elektromagneticky. Pomocí této zkušební metody pro měření tloušťky stěny lze dosáhnout přesnosti přibližně ± 50 μm. Princip je schematicky znázorněn níže.

1. Pomocí budicí cívky nacházející se ve vhodném magnetickém poli jsou vytvářeny vířivé proudy. 2. Vzájemným působením magnetického pole a vířivých proudů vznikají Lorentzovy síly.
3. Periodické vířivé proudy vytvářejí periodické Lorentzovy síly. 4. Periodické Lorentzovy síly vytvářejí zvukové vlny se stejnou frekvencí
(ultrazvuk).
 
5. Zvukové vlny se odrážejí od zadní stěny. 6. Koncová echa indukují signál v přijímací cívce. Pro stanovení tloušťky stěny slouží doba příchodu koncového echa.