Twardościomierz ultradźwiękowy, pomiary twardości metodą UCI

Twardościomierz ultradźwiękowyTwardościomierze ultradźwiękowe są często stosowane między innymi w przypadkach, kiedy testy w warunkach laboratoryjnych nie są możliwe z powodu wielkości badanego obiektu. Jakie są zalety mobilnych pomiarów twardości? Czym jest twardościomierz UCI? Na co zwrócić uwagę dokonując pomiarów?

Twardościomierz UCI, pomiary metodą UCI

Twardość jest istotną charakterystyką materiałów konstrukcyjnych, a co za tym idzie, wpływa na ogólną wytrzymałość produktów i bezpieczeństwo związane z ich użytkowaniem. Materiał zbyt miękki może się okazać niewystarczająco wytrzymały w stosunku do przewidywanego zastosowania. Natomiast materiał zbyt twardy może być kruchy i podatny na pękanie.

Jednym ze sposobów badania twardości jest metoda UCI (Ultrasonic Contact Impedance) wykorzystująca wynik porównania częstotliwości oscylacji wgłębnika sondy pomiarowej, kiedy jest on w powietrzu z częstotliwością w momencie wcisku w materiał pod określonym obciążeniem.

Twardościomierz ultradźwiękowy wyposażony jest w sondę, w którą wbudowany jest pręt zakończonym diamentowym wgłębnikiem Vickersa. Pręt w trakcie pomiaru oscyluje z częstotliwością około 70 kHz.

Docisk diamentu sondy do badanego materiału powoduje zmianę częstotliwości w stosunku do wartości bazowej, określonej dla właściwości badanego materiału. Wynik pomiaru jest efektem działania specjalnej aplikacji znajdującej się wewnątrz twardościomierza UCI lub dostępnej za pośrednictwem urządzenia z systemem iOS. Porównanie dwóch częstotliwości i zastosowanie właściwych algorytmów wyrażone jest w jednostce HV, właściwej dla skali twardości Vickersa.

To bardzo istotne, ponieważ jest to skala uniwersalna, pozwalająca na uzyskanie wiarygodnych wyników dla wszystkich klas materiałów. Dzięki temu twardościomierz ultradźwiękowy ma bardzo szerokie zastosowanie.

Konwencjonalne metody pomiaru twardości jako wskaźnikiem posługują się rozmiarem wgłębienia wytworzonego w materiale przez wgłębnik, na skutek obciążenia testowego. Zastosowanie metody UCI nie wymaga optycznego określania parametrów wgłębienia. Istotne jest porównanie zmiany częstotliwości, która zawsze jest proporcjonalna do powierzchni styku, czyli obszaru wgłębienia uzyskanego za pomocą diamentu Vickersa.

Urządzenia wykorzystywane do pomiarów metodą UCI z uwagi na swoje gabaryty są stosowane między innymi w terenie. Pomaga to w ustaleniu, czy np. spoiny spawalnicze powstałe w procesie budowy dużych konstrukcji metalowych spełniają określone normy w zakresie limitów twardości.

Przeprowadzanie kontroli strefy wpływu ciepła (SWC) pod kątem wytrzymałości złącz spawanych, jest jednym z popularniejszych zastosowań twardościomierzy ultradźwiękowych.

Należy dodać, iż pomiary mobilne przy wykorzystaniu tych urządzeń cechują się szybkością, wydajnością i niskimi kosztami eksploatacyjnymi.

Zalety stosowania twardościomierzy ultradźwiękowych:

  • Szybkość pomiaru;
  • Dostępność zastosowania w terenie;
  • Możliwość wykorzystania w trudno dostępnych miejscach;
  • Niskie koszty eksploatacyjne.

Metoda UCI, wymogi materiałowe

Z uwagi na stosunkowo niewielki obszar badania, materiał poddawany temu zabiegowi powinien być homogeniczny i drobnoziarnisty. Powierzchnia przyłożenia nie może zawierać absolutnie żadnych nierówności, ponieważ może się to odbić negatywnie na wyniku.

Powyższe praktycznie wyklucza z badań surowe wyroby odlewnicze, odkuwki itp. Dopiero poddanie materiałów obróbce skrawaniem i ujednolicenie grubości materiału pozwala na określenie twardości w kontekście całego wyrobu.

Pomiary metodą UCI mają charakter porównawczy. Oznacza to konieczność kalibracji twardościomierza ultradźwiękowego, uwzględniającej właściwości danego materiału.

Twardościomierz UCI, ograniczenia

Nie należy poddawać badaniom próbek, których waga jest niższa aniżeli 300 gramów. Ograniczenie wynika z faktu, iż małe próbki mają skłonność do absorpcji energii, co w prostej linii prowadzi do powstania niepożądanych drgań fałszujących wyniki pomiaru.

Ponadto minimalna grubość materiału musi wynosić 5 mm. Nakładanie próbki na ciężki metalowy podkład, a następnie stosowanie lepkiej pasty, smaru lub warstwy oleju, jest w stanie odpowiednio wytłumić drgania sprężyste, jednak i w tym przypadku grubość próbki nie może spaść poniżej 2-3 milimetrów.

Standardy stosowania metody UCI przy pomiarach twardości zawarte są w normach:

  • DIN 50159;
  • ASTM A1038.

Nie należy poddawać testom materiałów gruboziarnistych, natomiast stopy aluminium i stali powinny być wcześniej odpowiednio przygotowane.

Metoda UCI, materiały i wyroby podatne na badania:

  • Lite elementy;
  • Strefa wpływu ciepła spoiny;
  • Rury, grubość ścianki ≥ 20 mm;
  • Rury, grubość ścianki < 20 mm.

Nabywając twardościomierz ultradźwiękowy, należy bezwzględnie zwrócić uwagą na szeroki zakres pomiarowy oferowany przez urządzenie, wysoką dokładność, dostępność opcji pomiaru powierzchni utwardzonych, lekkich i cienkich próbek oraz miejsc złącz spawanych i zgrzewanych.

Komentarze