Určování materiálových konstant pomocí ultrazvuku

Příklady z praxe
Ultrazvuková kontrola
Určování materiálových konstant pomocí ultrazvuku
Testima s.r.o., Krautkrämer GmbH.
Oblast využití: Laboratoře, výzkumné ústavy
Úloha:
Určování materiálových konstant pomocí ultrazvuku
Materiálové konstanty se již tradičně určují pomocí destruktivních zkoušek. Veličiny definující
elastické vlastnosti materiálu se obvykle určují na základě výsledků zkoušky pevnosti v tahu
nebo na základě zkoušky pevnosti materiálu v ohybu, kde vzorek je ve tvaru tyče. Tyto metody
jsou zejména používány pro kovové materiály.
Výše citované metody jsou omezené následujícím:
! jestliže vhodné materiálové vzorky jsou příliš malé pro nezbytnou velikost vzorků pro
tradičně používané zkoušky
! materiály pro testování jsou příliš křehké, například keramika, kamenina, beton
! materiály více nebo méně plastické, například umělé hmoty/ plasty
Ultrazvuková metoda umožňuje určovat materiálové konstanty právě i pro tyto citované
případy. Měření do značné míry nezávisí na velikosti vzorku a jeho geometrie.
Řešení:
Rychlost šíření ultrazvukových vln v materiálu přímo závisí na Youngově modulu pružnosti E
nebo na modulu pružnosti ve smyku G:
G = ρ " ctrans2 ,
E = ρ " clong2 •
(1 + µ)(1 − 2µ )
(1 − µ)
Navíc Poissonovu konstantu µ lze přímo určit z rychlostí šíření ultrazvukových vln jednoduchým vztahem:
0.5 (Clong / Ctrans)2 - 1
µ =
(Clong / Ctrans)2 - 1
Výpočet je založen na podmínce, že hustota ρ je známá. Rychlost šíření ultrazvukových vln
v testovaném materiálu lze určit jednoduše podle známých metod s použitím přímých ultrazvukových sond.
Ultrazvukové sondy s velkým tlumením se používají pro optimalizaci přesnosti měření.
Dokonalejšího a přesnějšího měření lze dosáhnout použitím metody měření v bodu průchodu
UZ signálu nulovým bodem. (viz NDT Bulletin 2/96).
Volba frekvence použité ultrazvukové sondy závisí na tloušťce vzorku a na akustickém odporu
materiálu.
Příklad:
Následná odrazová echa (příčných vln) na 8 mm tenkém keramickém vzorku při použití
ultrazvukové sondy Krautkrämer - K 10 KY
Poznámka:
! Vazební médium pro sondy generující příčné vlny musí mít vysokou viskozitu jako
například olej SAE 90. Přírodní med se ukázal jako zvláště vhodný pro své dobré akustické vlastnosti a snadnou likvidaci z povrchu vzorku.
! Jestliže se vyskytnou odchylky u rychlosti šíření ultrazvuku během otáčení sondou pro
příčné vlny kolem své osy – tzn. se změnou směru polarizace – je tato odchylka způsobena
neizotropním materiálem nebo strukturální texturou vzorku.
Vhodná zařízení:
! Ultrazvukové přístroje Krautkrämer:
USN 52,USM 22, USM 25
USD 15, USD 10, USN 50,
! Ultrazvukové tloušťkoměry Krautkrämer: DMS, CL 304
! Ultrazvukové sondy Krautkrämer:
Měření rychlosti šíření podélných UZ vln:
K 1 SM
CA 211 A
G 2 KB
(57 873)
(54 270)
(58 503)
G 5 KB
(58 504)
G 10 MN 1 (65 608)
CLF 4
(54 261)
Měření rychlosti šíření příčných UZ vln:
K 2 NY
K 2 KY
(66 509)
(66 497)
K 4 KY
K 10 KY
www.testima.cz
(66 498)
(66 499)
[email protected]
TESTIMA, spol. s r.o., Křovinovo nám. 8, 193 00 Praha 9
Tel.:281 922 523 * Tel. servis: 281 922 522 * Fax: 281 921 531
PROVÁDÍME KALIBRACE A SERVIS ULTRAZVUKOVÝCH PŘÍSTROJŮ