PS 001 2016 WWW.pdf 86 PRZEGLĄD  SPAWALNICTWA       Vol. 88 10/2016 Podstawowe parametry głowic ultradźwiękowych   oraz ich wpływ na jakość wykonywanych badań Basic parameters of ultrasonic probes and their impact on quality of ultrasonic examination Dr Sławomir Mackiewicz – Instytut Podstawowych Problemów techniki PAN. Autor korespondencyjny/Corresponding author: smackiew@ippt.gov.pl Streszczenie W artykule opisano podstawowe parametry głowic ultra- dźwiękowych zdefiniowane w PN-EN 12668-2 oraz ASTM E 1065-08. Opisano typowe uszkodzenia głowic ultradźwię- kowych, występujące podczas eksploatacji oraz przeanali- zowano ich wpływ na podstawowe parametry głowic ultra- dźwiękowych. W dalszej kolejności pokazano w jaki sposób parametry głowic mogą wpływać na istotne aspekty badań ultradźwiękowych, w szczególności na wykrywalność, inter- pretację oraz ocenę wskazań. Omawiane zagadnienia zilu- strowano praktycznymi przykładami pokazującymi wpływ parametrów głowic na wyniki badań. Podkreślono znaczenie właściwego nadzoru nad sta- nem technicznym głowic ultradźwiękowych w całościowym systemie zapewnienia jakości badań ultradźwiękowych. Wskazano na konieczność prowadzenia okresowych kontroli głowic ultradźwiękowych podobnie jak ma to miejsce w od- niesieniu do defektoskopów. Słowa  kluczowe: głowice ultradźwiękowe; parametry głowic ultradźwiękowych; uszkodzenia głowic ultradźwiękowych; nad- zór nad wyposażeniem badawczym, badania ultradźwiękowe Abstract The article describes the basic characteristics of ul- trasonic probes as defined in the international standards PN-EN 12668-2 and ASTM E 1065-08. It further describes the typical damages to ultrasonic probes in use and their effect on basic probe parameters. Then it shows how the probe parameters affect important aspects of ultrason- ic testing, especially detection, interpretation and evalu- ation of indications. The discussed topics are illustrated with practical examples showing correlation between the probe parameters and examination results. The paper emphasizes the importance of proper su- pervision of technical condition of ultrasonic probes in the overall quality assurance system of ultrasonic testing. It points out the necessity to conduct periodic checks of ultrasonic probes in the same way as it is done with ul- trasonic flaw detectors. Keywords:  ultrasonic probes; parameters of ultrasonic probes; defects of ultrasonic probes; supervision of test equipment; ultrasonic testing Wstęp Ważnym elementem zapewnienia jakości badań nienisz- czących prowadzonych przez specjalistyczną firmę lub la- boratorium jest nadzór nad stosowanym wyposażeniem pomiarowym i badawczym. W przypadku badań ultradźwię- kowych sprowadza się do nadzoru nad aparatami ultradź- więkowymi (defektoskopami, grubościomierzami), głowica- mi oraz wzorcami i próbkami odniesienia. Zgodnie z obowiązującymi normami wszystkie wymienio- ne elementy wyposażenia ultradźwiękowego powinny po- siadać certyfikaty producenta potwierdzające ich zgodność z odpowiednimi normami. W szczególności defektoskopy powinny spełniać wymagania PN-EN 12668-1, zaś głowice PN-EN 12668-2. O ile jednak norma dotycząca aparatury ul- tradźwiękowej nakazuje coroczne sprawdzanie defektosko- pów przez uprawnione laboratorium, o tyle norma dotycząca głowic wymaga jedynie wystawienia certyfikatu dla głowic nowych. Nie ma tutaj konieczności wykonywania corocz- nych badań okresowych. Obowiązkowe sprawdzenia głowic Sławomir Mackiewicz muszą być wykonywane jedynie w ramach uproszczonych kontroli operatorskich wykonywanych zgodnie z PN-EN 12668-3. Należy jednak zauważyć, że kontrole operatorskie dotyczą zasadniczo jedynie dwóch parametrów głowicy: środka oraz kąta wiązki. Pozostałe badania, obejmujące pomiar czułości, stosunku sygnału do szumu oraz szero- kości impulsu dotyczą kompletnego systemu badawczego aparat - głowica i nie mogą być traktowane, jako weryfika- cja parametrów samej głowicy. W sytuacji, gdy w laborato- rium NDT wykorzystuje się kilka defektoskopów ultradźwię- kowych i kilkanaście egzemplarzy głowic każda możliwa kombinacja aparatu ultradźwiękowego i głowicy powinna być periodycznie sprawdzana i odpowiednio dokumentowa- na. Jest to trudne do wykonania i w praktyce niestosowane. Zazwyczaj nadzoruje się pewien wybrany zestaw aparat- -głowica, co oznacza, że każda ewentualna zmiana typu lub egzemplarza podłączonej do aparatu głowicy oznacza niezgodność w systemie zapewnienia jakości. przeglad Welding Technology Review 87PRZEGLĄD  SPAWALNICTWA       Vol. 88 10/2016 W praktyce oznacza to, że laboratoria badań nieniszczą- cych wykazują znacznie większą dbałość o stan posiadanej aparatury ultradźwiękowej (defektoskopów i grubościomie- rzy) niż o stan stosowanych głowic. Jednak przy bliższej analizie procesu badania ultradźwiękowego nasuwa się wniosek, że w dobie cyfrowych defektoskopów ultradźwię- kowych, prawdopodobieństwo uzyskania nieprawidłowych wyników badania z powodu niesprawności defektoskopu jest znacznie mniejsze niż z powodu niesprawności lub zużycia głowicy ultradźwiękowej. Z tego powodu okresowa kontrola parametrów głowic ultradźwiękowych powinna być prowadzona podobnie jak ma to miejsce w przypadku de- fektoskopów. Zgodnie z PN-EN 12668-2 wymaganie takie nie jest obligatoryjne, jednak można je wprowadzić w drodze uzgodnień pomiędzy zainteresowanymi stronami. Badanie okresowe głowic nie musi obejmować wszystkich parame- trów wyszczególnionych w PN-EN ISO 12668-2 dla głowic nowych, lecz jedynie takie, które mają największe znacze- nie dla jakości badań oraz mogą z dużym prawdopodobień- stwem ulec pogorszeniu w trakcie eksploatacji. Podejście takie jest obecnie stosowane w przemyśle lotniczym i po- winno być rozszerzone na inne odpowiedzialne obszary ba- dań ultradźwiękowych. Celem niniejszego referatu jest pokazanie podstawowych zależności pomiędzy potencjalnymi uszkodzeniami głowic ultradźwiękowych a ich znormalizowanymi parametrami oraz praktycznymi skutkami dla badań ultradźwiękowych. Omawiane zagadnienia zilustrowano przykładami pokazują- cymi, w jaki sposób zmiany określonych parametrów głowic przekładają się na praktyczne aspekty badań. Przedstawio- ny materiał powinien ułatwić specjalistom nadzorującym badania ultradźwiękowe wdrożenie racjonalnych zasad nad- zoru nad jakością stosowanych głowic ultradźwiękowych. Przegląd parametrów głowic   ultradźwiękowych Pełne zestawy parametrów charakteryzujących głowice ultradźwiękowe określono w PN-EN 12668-2 [1] oraz ASTM E 1065-08 [2]. Istotną różnicą pomiędzy tymi normami jest fakt, że norma EN adresowana jest głównie do producentów głowic, podczas gdy norma ASTM dotyczy zarówno kontro- li głowic przez producenta jak też badań głowic będących w eksploatacji. Ponadto norma [1] szczegółowo określa akceptowalne tolerancje dla poszczególnych parametrów, natomiast norma [2] pozostawia to do uzgodnienia pomię- dzy zainteresowanymi stronami. Norma PN-EN 12668-2 określa parametry, które powinien podawać producent w specyfikacji głowicy. Zestawy wy- maganych parametrów różnią się w zależności od tego czy głowica przeznaczona jest do badań kontaktowych czy zanu- rzeniowych, czy jest głowicą normalną czy kątową, czy wy- twarza fale podłużne czy poprzeczne, czy wreszcie jest gło- wicą pojedynczą, podwójną, skupiającą lub nieogniskowaną. Część parametrów ma charakter czysto informacyjny. Są to takie dane jak nazwa producenta i typ głowicy, wymia- ry i waga, typ gniazda połączeniowego, materiał, kształt oraz rozmiary przetwornika, materiał i wymiary klina załamujące- go czy też materiał i grubość warstwy ochronnej. Pozostałe parametry dotyczą parametrów funkcjonal- nych głowic i muszą zostać określone przez producenta w drodze pomiarów lub obliczeń. Poniżej omówiono podsta- wowe parametry głowic, w szczególności takie, które mogą zmieniać się w trakcie eksploatacji i wpływać na jakość wykonywanych badań ultradźwiękowych. Podstawowymi charakterystykami głowic ultradźwięko- wych są kształt impulsu w dziedzinie czasu (tzw. impuls RF bez detekcji) oraz kształt jego widma w dziedzinie częstotli- wości. Charakterystyki te stanowią podstawą do wyznacze- nia kilku najważniejszych parametrów głowicy. Przykładowe charakterystyki uzyskane dla głowicy normalnej fal podłuż- nych pokazano na rysunku 1. Wspomniane wcześniej normy dokładnie określają re- flektory, jakie należy stosować w celu uzyskania impulsów referencyjnych charakteryzujących badane głowice. Waż- ne jest, aby w kolejnych badaniach stosować ten sam typ reflektora oraz jednakowe nastawy parametrów nadajnika oraz odbiornika aparatu ultradźwiękowego. Istotne znacze- nie ma również typ oraz długość kabla łączącego głowicę z defektoskopem. Rys. 1. Kształt impulsu oraz widmo głowicy V201 wraz z oznacze- niem podstawowych parametrów wyznaczanych na podstawie tych charakterystyk Fig. 1. Pulse shape and frequency spectrum of V201 probe with description of basic parameters derived from that characteristics Na podstawie zarejestrowanego przebiegu czasowego im- pulsu określa się szerokość impulsu - l zdefiniowaną, jako odci- nek czasu, na którym amplituda impulsu nie spada poniżej 10% wartości maksymalnej. Norma [1] wymaga, aby wyznaczona szerokość impulsu nie odbiegała więcej niż o 10% od warto- ści podanej w specyfikacji głowicy. Należy jednak zauważyć, że wymaganie to dotyczy głowic nowych, w przypadku głowic będących w eksploatacji PN-EN 12668-3 dopuszcza aż 50% wzrost długości impulsu w stosunku do pomiaru podstawo- wego wykonanego przy tych samych nastawach i za pomocą tego samego aparatu ultradźwiękowego. Na podstawie porównania napięcia peak-to-peak impulsu referencyjnego - Ve oraz impulsu nadawczego - Va wyznacza się tzw. względną czułość głowicy – Srel. Parametr ten charak- teryzuje ogólną sprawność głowicy w przetwarzaniu impul- sów elektrycznych na ultradźwiękowe i odwrotnie. Zgodnie z normą [1] wartość tego parametru nie powinna odbiegać od wartości podanej w specyfikacji o więcej niż ±3 dB. Amplitudy napięć Ve i Va należy wyznaczać za pomocą oscyloskopu cyfrowego bezpośrednio na zaciskach gło- wicy tj. przed wzmocnieniem oraz filtrowaniem impulsów w układzie odbiorczym aparatu ultradźwiękowego. W przy- padku niemożności wyznaczenia parametru Srel można za- stępczo wyznaczać parametr Absolute. Gain (wzmocnienie absolutne) zdefiniowany w normie ASTM [2] i mający ścisły związek z czułością głowicy. Wyznaczanie tego parametru nie wymaga stosowania osobnego układu pomiarowego 88 PRZEGLĄD  SPAWALNICTWA       Vol. 88 10/2016 z oscyloskopem cyfrowym i polega na określeniu wzmocnie- nia defektoskopu, przy którym impuls referencyjny głowicy osiąga pełną wysokość ekranu (100% FSH). W odróżnieniu od czułości względnej głowicy Srel tak określony parametr będzie zależał od defektoskopu ultradźwiękowego (typu a nawet egzemplarza) oraz ustawienia wielu jego parame- trów (rodzaju i energii impulsu nadawczego, impedancji nadajnika, filtrów odbiornika). Może zatem służyć jedynie do pomiarów porównawczych prowadzonych za pomocą tego samego układu pomiarowego i przy tych samych usta- wieniach. W przypadku badań tego samego typu głowic (a ściślej głowic o jednakowych parametrach elektrycznych) różnica wartości wzmocnień absolutnych będzie odpowia- dać różnicy względnych czułości Srel tych głowic. Na podstawie kształtu widma impulsu referencyjnego wyznacza się dwa inne kluczowe parametry głowicy: często- tliwość środkową - f0 oraz względną szerokość pasma - Δfrel. Częstotliwość środkową, zwaną też częstotliwością pod- stawową głowicy, wyznacza się ze wzoru: f0=(fu-fl)/2 gdzie: fu – górna częstotliwość graniczna pasma głowicy przy 6 dB spadku fl – dolna częstotliwość graniczna pasma głowicy przy 6 dB spadku Zgodnie z normą [1] częstotliwość podstawowa głowi- cy nie powinna odbiegać od wartości nominalnej podanej w specyfikacji głowicy o więcej niż ±10%. Należy zauważyć, że norma ASTM [2], oprócz częstotli- wości środkowej, definiuje także częstotliwość maksimum widma impulsu – fp. Różnica między tymi częstotliwościa- mi stanowi miarę asymetrii pasma przenoszenia głowicy i w niektórych przypadkach może być użyta do diagnozowa- nia jej stanu technicznego. Względna szerokość pasma głowicy – Δfrel wyznaczana jest ze wzoru: Δfrel=[(fu-fl)/2)]100% Względna szerokość pasma jest parametrem, który cha- rakteryzuje stopień wytłumienia drgań przetwornika głowi- cy przez przylegającą masę tłumiącą, badany materiał oraz obwody elektryczne aparatu ultradźwiękowego. Ponieważ jej wartość silnie zależy od rezystancji wewnętrznej nadaj- nika oraz charakterystyki częstotliwościowej odbiornika pomiar Δfrel powinien być dokonywany w powtarzalnych wa- runkach, najlepiej przy zastosowaniu tego samego zestawu pomiarowego. Zgodnie z normą [1] względna szerokość pa- sma głowicy nie powinna odbiegać od wartości nominalnej o więcej niż ±15%. W przypadku głowic kątowych ważnymi parametrami, które mogą zmieniać się w trakcie eksploatacji są środek głowicy oraz kąt głowicy. Ponieważ, w zależności od nasi- lenia prowadzonych prac oraz chropowatości badanych po- wierzchni, parametry te mogą zmieniać się w bardzo różnym tempie, ich kontrola powinna być prowadzona na bieżąco przez operatora. W niektórych przypadkach, przy niesyme- trycznym ścieraniu się klina lub linii opóźniającej głowicy może zmienić się także kąt zboczenia wiązki. Szereg parametrów wyspecyfikowanych w normie [1] dotyczy charakterystyki geometrycznej wiązki ultradźwię- kowej wytwarzanej przez głowicę. W szczególności są to rozbieżności wiązki w dwóch wzajemnie prostopadłych płaszczyznach a także odległość ogniskowa oraz rozmiary ogniska w przypadku głowic skupiających. Parametry te zde- terminowanie są głównie przez rozmiary geometryczne ele- mentów głowicy oraz dokładność jej wykonania i montażu. (1) (2) Zasadniczo, nie powinny one ulegać zmianom w trakcie eks- ploatacji, o ile tylko nie ulegnie zmianie częstotliwość pod- stawowa oraz pasmo przenoszenia głowicy. Parametry elektryczne głowicy (pojemność statyczna oraz charakterystyka impedancyjna) mogą zmienić się wskutek eksploatacji jednak ich wpływ na wyniki badania ultradźwiękowego jest zawsze pośredni, tj. przejawia się przez zmiany przebiegu czasowego oraz widma impulsu głowicy. Nie ma więc konieczności mierzenia tych parame- trów podczas okresowej kontroli głowic ultradźwiękowych. Uszkodzenia głowic oraz ich wpływ   na mierzone parametry  Podstawą dla wprowadzenia racjonalnej kontroli okre- sowej głowic ultradźwiękowych musi być zrozumienie zależności, jakie zachodzą między typowymi uszkodzenia- mi głowic podczas eksploatacji a ich parametrami funkcjo- nalnymi. W dalszej kolejności należy przeanalizować wpływ określonych parametrów głowicy na praktyczne aspekty badania ultradźwiękowego. Biorąc pod uwagę typową konstrukcję głowic ultradź- więkowych opartych na przetwornikach piezoelektrycznych można wyróżnić kilka typowych przyczyn ich eksploatacyj- nych uszkodzeń i degradacji. W przypadku głowic kątowych jest to w pierwszym rzę- dzie ścieranie się czoła klina załamującego prowadzące do zmiany środka oraz kąta głowicy. Szczególnie niebez- pieczne jest nierównomierne ścieranie się klina prowadzące do zmiany kąta załamania głowicy. Przykładowo, dla głowicy o kącie nominalnym 70º niewielka zmiana kąta powierzchni czołowej klina w kierunku podłużnym wynosząca 1º prowa- dzić będzie do zmiany kąta głowicy o 2,2º co przekracza limit tolerancji określony w normach [1] i [3]. Typową przyczyną uszkodzeń głowic normalnych jest odklejanie się oraz pękanie warstwy ochronnej przetworni- ka głowicy. Przykłady głowic z tego rodzaju uszkodzeniami pokazano na rysunku 2. Rys. 2. Głowice do badań zanurzeniowych z uszkodzoną warstwą ochronną przetwornika Fig. 2. Immersion probes with defects in the transducer protective layer Ten typ uszkodzeń głowicy powoduje osłabienie transmi- sji fali ultradźwiękowej z przetwornika do materiału badane- go, co w pierwszym rzędzie wpływa na obniżenie czułości względnej głowicy - Srel. W przypadku odklejenia się przetwornika od masy tłu- miącej najważniejszą zmianą w parametrach głowicy bę- dzie znaczne zmniejszenie się względnej szerokości pasma - Δfrel oraz zwiększenie szerokości impulsu - l. Jednocześnie, 89PRZEGLĄD  SPAWALNICTWA       Vol. 88 10/2016 czułość względna głowicy może ulec pewnemu podwyższe- niu. Efekty te będą szczególnie widoczne w przypadku gło- wic szerokopasmowych. Przy częściowym odklejeniu się przetwornika od masy tłumiącej może dojść do zniekształcenia widma głowicy polegającego na pojawieniu się dwóch maksimów. Zgodnie z wymaganiami normy [1] spadek amplitudy widma pomię- dzy sąsiadującymi maksimami nie może przekroczyć war- tości 3 dB. W przypadku głowic kątowych przyczyną pogorszenia się właściwości użytkowych głowicy może być również od- klejenie się przetwornika od klina załamującego. Objawi się to głównie przez znaczne obniżenie czułości względnej gło- wicy - Srel. W przypadku głowic wąskopasmowych, wyposażonych w cewkę indukcyjną przyczyną uszkodzenia głowicy może być odłączenie się lub przerwanie obwodu cewki. Objawi się to jako obniżenie czułości względnej głowicy Srel przy jednoczesnym zwiększeniu względnej szerokości pasma. W niektórych przypadkach może zmienić się częstotliwość podstawowa głowicy – f0. W przypadku długotrwałej eksploatacji lub częstego wykonywania badań w podwyższonych temperaturach przetwornik piezoelektryczny głowicy może ulec częścio- wej depolaryzacji. Spowoduje to obniżenie współczynnika sprzężenia elektromechanicznego ceramiki piezoelektrycz- nej przetwornika i w konsekwencji spadek czułości względ- nej głowicy - Srel. W tym przypadku szerokość pasma głowi- cy oraz szerokość impulsu pozostaną bez zmian. Jak wynika z przeprowadzonego przeglądu tylko niektó- re z potencjalnych uszkodzeń głowic mogą zostać wykryte w ramach bieżącej kontroli operatorskiej. Dotyczy to np. zmiany kąta i/lub środka głowicy. Trudne do wykrycia są natomiast uszkodzenia zachodzące stopniowo, niewidocz- ne na zewnątrz i niepowodujące nagłego pogorszenia pa- rametrów funkcjonalnych głowic. W przypadku wieloletniej eksploatacji uszkodzenia takie mogą znacząco wpłynąć na jakość wykonywanych badań ultradźwiękowych. Jedynie sukcesywna kontrola okresowa podstawowych parametrów głowic może skutecznie wykryć i wyeliminować tego rodza- ju problemy. Wpływ zmian parametrów głowicy   na wyniki badań Ocena stanu technicznego głowic w ramach kontroli okresowej opierać się może na tolerancjach określonych w normie [1] bądź też bazować na indywidualnych kryteriach akceptacji ustalanych przez zainteresowane strony. W celu racjonalnego ustalenia takich kryteriów należy przeanalizować podstawowe zależności, jakie zachodzą między zmianami parametrów głowic a istotnymi aspektami badań ultradźwiękowych. Jednym z podstawowych parametrów głowicy jest jej częstotliwość podstawowa – f0. Norma [1] dopuszcza 10% odchylenie tego parametru od wartości nominalnej. Roz- ważmy, w jaki sposób niekontrolowana zmiana tej często- tliwości może wpłynąć na wyniki badania. Z praktycznego punktu widzenia najważniejszą negatywną konsekwencją takiej niezgodności będzie unieważnienie krzywych DGS generowanych przez defektoskop dla danego typu głowicy. Oprogramowanie defektoskopu oblicza krzywe DGS przy założeniu częstotliwości nominalnej wybranej głowicy, zaś jej ewentualna niezgodność skutkuje nieprawidłowym obli- czeniem długości pola bliskiego i wygenerowaniem krzywej DGS niezgodnej z faktycznym przebiegiem zależności DGS dla danej głowicy. Rys. 3. Krzywa DGS obliczona przez aparat ultradźwiękowy dla mi- niaturowej głowicy kątowej o częstotliwości nominalnej f = 4 MHz (linia ciągła) oraz rzeczywista zależność DGS dla głowicy o często- tliwości obniżonej o 15% (linia przerywana). Fig. 3. DGS curve calculated by flaw detector for miniature angle probe with nominal frequency of 4 MHz (solid line) as compared to the actual DGS dependence for the probe with actual frequency reduced by 15% (dashed line) W celu ilustracji tego problemu rozpatrzymy przykład szeroko stosowanej głowicy kątowej fal poprzecznych o częstotliwości nominalnej 4 MHz i wymiarach przetwor- nika 8x9 mm. Załóżmy, że wskutek uszkodzenia eksploata- cyjnego częstotliwość podstawowa głowicy zmniejszyła się o 15% (tj. do 3,4 MHz). Wskutek tego długość pola bliskiego głowicy uległa skróceniu i rzeczywista zależność DGS bę- dzie różnić się do zależności obliczonej przez aparat. Różni- cę miedzy tymi zależnościami pokazano na rysunek 3. Rzeczywista zależność DGS dla rozważanej głowicy prze- biega, w dużej części zakresu pomiarowego, ok. 2 dB poniżej krzywej teoretycznej obliczonej przez aparat. W przypadku prowadzenia oceny wskazań ultradźwiękowych według tej krzywej ich poziomy echa będą systematycznie zaniżane o ok. 2 dB. W przypadku większego odstępstwa częstotliwo- ści podstawowej od wartości nominalnej skala popełniane- go błędu będzie oczywiście odpowiednio większa. W celu przeanalizowania wpływu względnej szerokości pasma głowicy - Δfrel rozpatrzmy charakterystyki częstotli- wościowe dwóch głowic kątowych o podobnych parame- trach nominalnych, tj. starszego typu głowicy 4T70º10C fir- my INCO oraz nowoczesnej głowicy ABC 0470 firmy KeyYu. Częstotliwości podstawowe obu głowic są prawie jedna- kowe (4 MHz), jednak szerokości pasma różnią się zasadni- czo. Dla głowicy 4T70º10C względna szerokość pasma wyno- si tylko 17,9% natomiast dla głowicy ABC 0470 jest to 44,2%. Większa szerokość pasma w dziedzinie częstotliwości przekłada się na mniejszą szerokość impulsu w dziedzinie czasu. Odpowiednie przebiegi czasowe impulsów RF dla obu głowic pokazano na rysunku 5. Dla głowicy 4T70º10C normowa szerokość impulsu referencyjnego wynosi 2,26 µs, natomiast dla głowicy ABC 0470 jest to zaledwie 0,97 µs. Mniejsza szerokość impulsu głowicy powoduje, że układ badawczy wykazuje wyższą rozdzielczość w kierunku osi wiązki. Oznacza to możliwość lepszego rozróżniania niecią- głości położonych w zbliżonej odległości od głowicy a tak- że dokładniejszego wyznaczania położeń i rozmiarów wad. Wyższa rozdzielczość czasowa głowic ułatwia także odróż- nianie ech kształtu od wskazań wad jak również pozwala na wykonywanie dokładniejszych pomiarów grubości. Jakkolwiek szerokość pasma i długość impulsu są bardzo ważnymi charakterystykami głowicy musi im towarzyszyć odpowiednio duża czułość głowicy wyrażona parametrem 90 PRZEGLĄD  SPAWALNICTWA       Vol. 88 10/2016 - Srel. Impulsy wskazań ultradźwiękowych muszą być nie tylko krótkie, ale też odpowiednio wysokie, tak aby wyraźnie wychodziły ponad poziom szumów. W przypadku dwóch porównywanych głowic nie wyzna- czono bezpośrednio czułości względnej - Srel a jedynie wzmocnienia absolutne przy tych samych ustawieniach aparatu ultradźwiękowego. Wynosiły ono odpowiednio 58,3 dB dla głowicy 4T70º10C oraz 33,9 dB dla głowicy ABC 0470. Oznacza to, że przybliżona różnica czułości względ- nych tych głowic wynosiła ok. 24 dB na korzyść głowicy typu ABC 0470. Stwierdzona różnica czułości może wynikać za- równo z procesów degradacyjnych, które zaszły w głowicy Rys.  4.  Charakterystyki częstotliwościowe głowic kątowych 4T70º10C oraz ABC 0470 o podobnych parametrach nominalnych ale różnej szerokości pasma Fig. 4. Frequency spectra of angle probes 4T70º10C and ABC 0470 having similar nominal parameters but different bandwidths Rys. 5. Kształty impulsów RF głowic kątowych 4T70º10C oraz ABC 0470 Fig. 5. Pulse shapes of angle probes 4T70º10C and ABC 0470 4T70º10C w wyniku wieloletniej eksploatacji jak również z faktu, że ceramika piezoelektryczna stosowana w obecnie produkowanych głowicach posiada lepsze parametry niż ceramika stosowana w latach 80-tych. Najprawdopodobniej przyczyniły się do tego oba wymienione fakty. Niezależnie od tego najważniejsze dla prowadzonych roz- ważań jest stwierdzenie, w jakim stopniu różnica czułości oraz szerokości pasma obu głowic przekłada się na praktycz- ne aspekty badań ultradźwiękowych. W tym celu obie głowi- ce ustawiono na wzorcu nr 2 tak, aby uzyskać zmaksymali- zowane echo od powierzchni cylindrycznej R25. Następnie zwiększono wzmocnienie tak, aby uzyskać czułość badania odpowiadającą reflektorowi odniesienia o średnicy DDSR = 1,5 mm. Obrazy ekranu uzyskane po wykonaniu tej procedu- ry dla obu testowanych głowic pokazano na rysunku 6. Rys. 6. Zobrazowania ultradźwiękowe typu A uzyskane głowicami 4T70º10 oraz ABC 0470 na wzorcu nr 2 po nastawieniu jednakowej czułości badania Fig. 6. A-scans obtained with 4T70º10C and ABC 0470 probes on V1 calibration block after the same sensitivity setting Zgodnie z oczekiwaniami zobrazowanie typu A uzyskane głowicą 4T70º10 cechuje się znacznie wyższym poziomem szumów niż zobrazowanie uzyskane głowicą ABC 0470. Dużo trudniej zaobserwować na nim mniejsze echa, które in- terferują z szumami i mogą być przeoczone w prowadzonym badaniu. Widoczna jest również wyraźna różnica w szero- kości impulsów ultradźwiękowych odbitych od powierzchni wzorca. Przykład ten pokazuje praktyczną różnicę w prowa- dzeniu badań ultradźwiękowych przy użyciu głowic, ogólnie rzecz biorąc sprawnych, lecz wyraźnie różniących się co do niektórych parametrów funkcjonalnych. Dotyczy to w szcze- gólności takich parametrów jak względna szerokość pasma - Δfrel oraz względna czułość – Srel. 91PRZEGLĄD  SPAWALNICTWA       Vol. 88 10/2016 Podsumowanie Z przedstawionej analizy i przykładowych rezultatów badań wynika jednoznacznie, że parametry funkcjonalne głowic ultradźwiękowych, a w szczególności ich niekontrolowane zmiany mają bardzo istotny wpływ na jakość prowadzonych badań ultradźwiękowych. Wpływają one na prawidłowość nastawiania czułości badania, prawidłowość oceny wskazań oraz dokładność określania położeń i rozmiarów wad. Mają także bardzo istotny wpływ na łatwość prowadzenia badań oraz interpretacji wskazań przez operatorów. Zapewnienie odpowiedniego nadzoru nad jakością stosowanych głowic jest bardzo ważnym aspektem zapewnienia jakości całego systemu badań ultradźwiękowych i powinno być traktowane na równi z nadzorem nad jakością defekto- skopów ultradźwiękowych. Oznacza to, że należy prowadzić zarówno bieżące kontrole operatorskie zgodnie z wymaga- niami PN-EN 12668-3 jak również laboratoryjne badania okresowe wykonywane w oparciu o wymagania PN-EN 12668-2 lub ASTM E 1065-08. Badania okresowe powinny obejmować, jako minimum: wyznaczenie kształtu impulsu RF głowicy oraz jego widma a także pomiar takich parametrów jak częstotliwość podstawowa – f0, względna szerokość pasma - Δfrel oraz względna czułość – Srel. Kryteria oceny tych parametrów można określić na podstawie wymagań PN-EN 12668-2 lub też uzgodnić w porozumieniu z zainteresowanymi stronami. Proponowane podejście jest obecnie stosowane w przemyśle lotniczym i należy oczekiwać, że w najbliższych latach rozszerzy się na inne sektory i obszary zastosowań badań ultradźwiękowych. Literatura [1] PN-EN 12668-2:2010 Badania nieniszczące – Charakteryzowanie i wery- fikacja aparatury ultradźwiękowej – Część 2: Głowice. [2] ASTM E 1065-08 Standard Guide for Evaluating Characteristics of Ultra- sonic Search Units. [3] PN-EN 12668-3 Badania nieniszczące – Charakteryzowanie i weryfikacja aparatury ultradźwiękowej – Część 3: Aparatura kompletna.