Vysokoteplotní ultrazvukové testování

Ačkoli se ultrazvuková defektoskopie a měření tloušťky většinou provádí při běžných teplotách prostředí, je v mnoha situacích nutné testovat materiál, který je horký.

To se běžně stává ve zpracovatelském průmyslu, kde je třeba testovat horké kovové trubky nebo nádrže, aniž by bylo možné je odstavit a nechat zchladit. Patří sem také situace při výrobě, kdy probíhá práce na horkých materiálech, jako jsou vytlačované plastové trubky nebo tepelně tvarované plasty bezprostředně po výrobě, popřípadě testování kovových ingotů či odlitků před jejich úplným ochlazením.

Konvenční ultrazvukové snímače tolerují teploty až do přibližně 50 °C nebo 122 °F. Při vyšších teplotách nakonec utrpí trvalé poškození v důsledku vnitřního rozpojení způsobeného tepelnou roztažností. Pokud je testovaný materiál teplejší než přibližně 50 °C nebo 122 °F, pak by měly být použity vysokoteplotní snímače a speciální testovací techniky.

Tato poznámka k oblasti použití obsahuje stručné referenční informace o výběru vysokoteplotních snímačů a vazebních prostředků, jakož i důležité faktory pro jejich použití. Týká se konvenčního ultrazvukového testování materiálů při teplotách do přibližně 500 °C nebo 932 °F. Ve výzkumu, kdy se pracuje s vyššími teplotami, se používají vysoce specializované vlnovodné techniky. Ty nespadají do oblasti platnosti této poznámky.
 

Vysokoteplotní snímače

Vysokoteplotní snímače NDT se dělí do dvou kategorií: dvouměničové snímače a snímače s předsádkou. V obou případech slouží materiál předsádky (který je v případě dvouměničových snímačů uvnitř) jako tepelná izolace mezi aktivním měničem snímače a horkým zkušebním povrchem. Z konstrukčních důvodů nejsou ve standardní produktové řadě žádné vysokoteplotní kontaktní nebo imerzní snímače.

Vysokoteplotní dvouměničové snímače a snímače s předsádkou jsou k dispozici jak pro měření tloušťky, tak pro aplikace v defektoskopii. Stejně jako u všech ultrazvukových testů bude nejlepší snímač pro danou aplikaci určen podle konkrétních požadavků testu, včetně materiálu, rozsahu tloušťky, teploty a v případě defektoskopie typu a velikosti příslušných vad.

1. Snímače pro vysokoteplotní měření tloušťky

Nejčastěji se vysokoteplotní měření tloušťky používá při zkoumání koroze. Jedná se o měření zbytkové tloušťky kovu na horkých potrubích a nádržích pomocí měřičů koroze, jako jsou přístroje 39DL PLUS™ a 45MG. Většina snímačů, které jsou určeny pro použití s měřiči koroze Evident, je vhodná pro použití při vysokých teplotách. Běžně používané snímače řady D790 lze použít na površích o teplotě až 500 °C nebo 932 °F. Úplný seznam dostupných dvouměničových snímačů pro měření koroze, který obsahuje teplotní specifikace, naleznete na tomto odkazu: Dvouměničové snímače měřičů koroze.

Pro přesné měření tloušťky pomocí tloušťkoměru 39DL PLUS nebo 45MG se softwarem Single Element, jako například při měření tloušťky horkých plastů, lze kterýkoli ze standardních snímačů Microscan™ s předsádkou řady M200 (včetně výchozích snímačů M202, M206, M207 a M208) vybavit vysokoteplotními předsádkami. Předsádky DLHT-1, -2 a -3 lze použít na površích do 260 °C nebo 500 °C. Předsádky DLHT-101, -201 a -301 lze použít na površích do 175 °C nebo 347 °C. Tyto předsádky jsou uvedeny v tabulce příslušenství převodníků.

V náročných aplikacích vyžadujících nízkofrekvenční snímače pro zvýšenou penetraci lze snímače s vyměnitelným čelem Videoscan™ a příslušné vysokoteplotní předsádky použít také s tloušťkoměry 39DL PLUS a 45MG obsahujícími volitelný software High Penetration. Bude nutná vlastní konfigurace snímače. Standardní předsádky pro tuto řadu snímačů lze použít pro kontakt s povrchy horkými až 480 °C nebo 896 °F. Úplný seznam snímačů a předsádek naleznete na tomto odkazu: Snímače s vyměnitelným čelem.

2. Snímače pro vysokoteplotní defektoskopii

Stejně jako při měření tloušťky při vysokých teplotách se i při vysokoteplotní defektoskopii nejčastěji používají dvouměničové snímače nebo snímače s předsádkou. Všechny naše standardní dvouměničové snímače pro NDT defektoskopii nabízejí možnost detekce vad při vysokých teplotách. Prstové dvouměničové snímače, snímače se zapuštěným pouzdrem a snímače s rozšířeným rozsahem, jejichž frekvence je 5 MHz nebo nižší, lze použít až do teploty přibližně 425 °C nebo 797 °F a dvouměničové snímače s vyšší frekvencí (7,5 a 10 MHz) lze použít až do teploty přibližně 175 °C nebo 347 °F. Úplný seznam snímačů této kategorie naleznete na tomto odkazu: Dvouměničové snímače pro defektoskopii.

Všechny snímače s vyměnitelným čelem Videoscan lze při defektoskopii použít s vhodnými vysokoteplotními předsádkami. Dostupné předsádky pro tuto řadu snímačů lze použít pro kontakt s povrchy horkými až 480 °C nebo 896 °F. Úplný seznam snímačů a předsádek vhodných pro různé maximální teploty naleznete na tomto odkazu: Snímače s vyměnitelným čelem.

Pro aplikace s tenkými materiály se často nejvíce hodí snímače s předsádkou řady V200 (nejčastěji V202, V206, V207 a V208), z nichž každý může být vybaven vysokoteplotními předsádkami. Předsádky DLHT-1, -2 a -3 lze použít na površích do 260 °C nebo 500 °C. Předsádky DLHT-101, -201 a -301 lze použít na površích do 175 °C nebo 347 °C. Tyto snímače a předsádky jsou uvedeny v seznamu snímačů s předsádkou.

Nabízíme také speciální vysokoteplotní klíny pro použití se snímači s úhlovým paprskem: řadu ABWHT pro použití do 260 °C nebo 500 °F a řadu ABWVHT pro použití do 480 °C nebo 896 °F. Podrobnější informace o dostupných velikostech získáte u místního obchodního zástupce společnosti Evident.
 

Vazební prostředky pro vysokoteplotní ultrazvukové testování

Nejběžnější ultrazvukový vazební prostředek, jakým je propylenglykol, glycerin nebo ultrazvukové gely, se při použití na površích teplejších než přibližně 100 °C nebo 212 °F rychle odpaří. Proto ultrazvukové testy při vysokých teplotách vyžadují speciálně vyvinuté vazební prostředky, které zůstanou ve stabilní kapalné nebo pastovité formě, aniž by se vyvařily, spálily nebo by uvolňovaly toxické výpary. Pro jejich použití je důležité znát stanovený teplotní rozsah a používat je pouze v tomto rozsahu. Použití vysokoteplotních vazebních prostředků mimo určený rozsah může mít za následek špatné akustické vlastnosti a/nebo bezpečnostní rizika.

Při velmi vysokých teplotách je třeba i specializované vysokoteplotní vazební prostředky používat rychle, protože mají tendenci vysychat nebo tuhnout a přestávají přenášet ultrazvukovou energii. Zaschlé zbytky vazebního prostředku je třeba před dalším měřením ze zkušebního povrchu a ze snímače odstranit.

Mějte na paměti, že vazební prostředky využívající příčnou vlnou s kolmým dopadem nejsou obecně při zvýšených teplotách použitelné, protože komerční vazební prostředky využívající příčnou vlnu zkapalní a ztratí velmi vysokou viskozitu, která je pro přenos příčných vln nezbytná.

Nabízíme dva typy vysokoteplotních vazebních prostředků:

1. Vazební prostředek H-2: Rozsah teplot −18 až 400 °C (0 až 750 °F)

2. Vazební prostředek I-2: Rozsah teplot −40 až 675 °C (40 až 1250 °F)

Mějte na paměti, že vazební prostředky pro střední a vysoké teploty by se neměly používat v nevětraných prostorách kvůli nízké možnosti samovznícení par. Podrobné informace získáte od společnosti Evident.

Úplný seznam vazebních prostředků dostupných od společnosti Evident spolu s dalšími poznámkami ke každému z nich naleznete v poznámce k oblasti použití týkající se ultrazvukových vazebních prostředků.
 

Zkušební techniky pro vysokoteplotní aplikace

Při stanovení zkušebního postupu pro jakoukoli vysokoteplotní aplikaci je vždy třeba vzít v úvahu následující faktory:

1. Pracovní cyklus

Všechny standardní vysokoteplotní snímače jsou konstruovány s ohledem na pracovní cyklus. Přestože vnitřek snímače izoluje předsádka, způsobí delší kontakt s velmi horkými povrchy výrazné hromadění tepla a případně trvalé poškození snímače, pokud vnitřní teplota příliš vzroste.

U většiny dvouměničových snímačů a snímačů s předsádkou by při doporučeném pracovním cyklu pro povrchové teploty přibližně mezi 90 a 425 °C (194 až 797 °F) neměl kontakt s horkým povrchem překročit dobu maximálně deset sekund (doporučuje se pět sekund), po nichž následuje minimálně jedna minuta chlazení vzduchem. Mějte na paměti, že se jedná pouze o orientační údaj; poměr doby kontaktu k době chlazení se stává kritičtější na horním konci stanoveného teplotního rozsahu daného snímače.

Obecně platí, že pokud se vnější pouzdro snímače příliš zahřeje na to, aby jej bylo možné pohodlně držet holými prsty, pak dosahuje vnitřní teplota snímače potenciálně škodlivé teploty a před pokračováním testování je nutné nechat snímač vychladnout. Někteří uživatelé používají k urychlení procesu chlazení vodu. Společnost Evident však nevydává žádné oficiální pokyny pro chlazení vodou a jeho vhodnost musí určit konkrétní uživatel.

2. Funkce pozastavení

Naše defektoskopy a tloušťkoměry řady EPOCH™ jsou vybaveny funkcí pozastavení-zamrazení, kterou lze použít k pozastavení zobrazeného průběhu signálu a hodnoty. Funkce pozastavení je velmi užitečná při měření za vysokých teplot, protože umožňuje obsluze zachytit hodnotu a rychle odstranit snímač z horkého povrchu. U měřidel je vhodné používat režim rychlé aktualizace obrazovky, který pomáhá minimalizovat dobu kontaktu.

3. Technika provádění přiložení

Kombinace požadavků na pracovní cyklus snímače a tendence vazebních prostředků tuhnout nebo odpařovat se na horní hranici použitelného rozsahu tloušťky vyžaduje rychlou práci obsluhy. Osvědčeným postupem je nanést na čelo snímače kapku vazebního prostředku a poté snímač pevně přitisknout ke zkušebnímu povrchu, aniž by došlo k jeho zkroucení nebo obroušení (které může způsobit opotřebení snímače). Mezi měřeními je třeba z hrotu snímače odstranit případné zaschlé zbytky vazebního prostředku.

4. Podpora zesílení

Tloušťkoměry 39DL PLUS a 45MG mají stejně jako všechny defektoskopy řady EPOCH uživatelsky nastavitelné funkce podpory zesílení. Vzhledem k vyšším úrovním útlumu spojeným s měřením při vysokých teplotách je často užitečné před samotným měřením zvýšit zesílení.

5. Odchylky rychlosti

Rychlost zvuku se u všech materiálů mění s teplotou a zpomaluje se, jak se materiál zahřívá. Přesné měření tloušťky horkých materiálů vždy vyžaduje opakovanou kalibraci rychlosti. U oceli je tato změna rychlosti přibližně 1 % na změnu teploty o 55 °C nebo 100 °F. (Přesná hodnota se liší v závislosti na slitině.) U plastů a jiných polymerů je tato změna mnohem větší a může se blížit 50 % na změnu teploty o 55 °C nebo 100 °F až do bodu tání. Pokud graf teploty/rychlosti pro materiál není k dispozici, pak by měla být provedena kalibrace rychlosti na vzorku testovaného materiálu při skutečné zkušební teplotě. Softwarovou funkci teplotní kompenzace u tloušťkoměru 39DL PLUS je možné použít k automatickému nastavení rychlosti pro známé zvýšené teploty na základě naprogramované konstanty teplota/rychlost.

6. Opakovaná kalibrace nuly

Při měření tloušťky pomocí dvouměničových snímačů mějte na paměti, že hodnota trvalého posunu nuly pro daný snímač se s jeho zahříváním mění v důsledku změn doby průchodu předsádkou. Proto je pro zachování přesnosti měření nutné pravidelné nulování. U měřičů koroze společnosti Evident to lze snadno a rychle provést prostřednictvím funkce automatického nulování měřidla; stačí stisknout tlačítka 2. funkce > Provést nulu.

7. Zvýšený útlum

Útlum zvuku ve všech materiálech se zvyšuje s teplotou a tento efekt je mnohem výraznější u plastů než u kovů nebo keramiky. U obvyklých jemnozrnných slitin uhlíkové oceli je útlum při frekvenci 5 MHz při pokojové teplotě přibližně 2 dB na 100 mm jednosměrné dráhy zvuku (což odpovídá dráze 50 mm tam a zpět). Při teplotě 500 °C nebo 932 °F se útlum zvýší přibližně na 15 dB na 100 mm dráhy zvuku. Tento efekt může vyžadovat použití výrazně vyššího zesílení přístroje při testování s dlouhými dráhami zvuku při vysoké teplotě. Může také vyžadovat úpravu křivek korekce vzdálenosti/amplitudy (DAC) nebo programů TVG (Time Varied Gain, zisk měnící se v čase), které byly stanoveny při pokojové teplotě.

Účinky teploty/útlumu u polymerů jsou značně závislé na materiálu, ale obvykle jsou několikanásobně vyšší než výše uvedené hodnoty pro ocel. Zejména dlouhé vysokoteplotní předsádky mohou při testu představovat po zahřátí významný zdroj celkového útlumu.

8. Úhlové změny klínů

U jakéhokoli vysokoteplotního klínu se rychlost zvuku v materiálu klínu při zahřívání snižuje, a proto se úhel lomu v kovech při zahřívání klínu zvyšuje. Pokud je to při daném testu důležité, měl by být úhel lomu ověřen při skutečné provozní teplotě. Teplotní odchylky během testu v praxi často ztěžují přesné určení skutečného úhlu lomu.