Ultrazvukové monitory napětí šroubů jsou nedestruktivní přístroje pro přesné měření předpětí (axiální předpínací síly) působícího na šrouby a svorníky v kritických mechanických spojích. Využívají šíření podélných ultrazvukových vln v materiálu šroubu k měření elastického prodloužení vyvolaného utahováním. Znalost modulu pružnosti materiálu a geometrie šroubu umožňuje přesný výpočet axiální síly, což poskytuje výrazně přesnější řízení než pouhé řízení momentu. Používají se ve strojírenských konstrukcích, kde má selhání šroubů vážné následky: turbíny, generátory, odstředivá čerpadla, chemické reaktory, petrochemické a jaderné elektrárny a konstrukční díla.
Chcete pomoci s výběrem produktu?
Princip měření UT
Princip je založen na vztahu mezi elastickým prodloužením šroubu pod zatížením a dobou šíření ultrazvukové vlny v materiálu: T = T₀ (1 + ΔL/L), kde T je doba letu po utažení, T₀ je doba s nezatíženým šroubem, L je jmenovitá délka šroubu, ΔL je elastické prodloužení (vztažené k síle F podle Hookeho zákona F = E A ΔL/L). Měření T před a po utažení udává axiální sílu působící na šroub. Přesnost měření je obvykle lepší než 5 % síly (podstatně vyšší než u řízení momentu, které může mít chyby 25–30 % v důsledku proměnlivosti součinitele tření).
Provozní postup
Postup zahrnuje: předběžnou charakterizaci materiálu šroubu (modul pružnosti, ultrazvuková rychlost – obvykle deklarovaná výrobcem šroubu nebo stanovená na vzorovém šroubu); přípravu čelní plochy šroubu (čištění, případně pomocí vazebné hmoty a s vyznačenou referencí pro opakovatelnost); měření počáteční doby letu T₀ (nezatížený šroub, před utažením); utažení šroubu dle předepsaného postupu; měření doby letu T₀ pod zatížením; automatický výpočet prodloužení a síly pomocí přístroje. Měření obvykle trvá 30–60 sekund pro každý šroub s přesností mnohem vyšší než při zkoušce momentem.
Vlastnosti nástrojů
Ultrazvukové monitory napětí šroubů integrují: kontaktní UT převodník s typickou frekvencí 5-10 MHz, automatické propojení pro stabilní spojení (gel nanesený na hlavu šroubu), elektroniku pro snímání s vysokou vzorkovací frekvencí (50-100 MS/s) pro přesné měření doby letu signálu, A-scan displej pro vizualizaci ozvěny a diagnostiku anomálií (přítomnost vnitřních vad, výběr správné odražené ozvěny), databázi šroubů s přednastavenými parametry (délka, materiál, geometrie, modul pružnosti), funkce automatického výpočtu síly a archiv pro sledovatelnost každého utažení.
Kritické aplikace
Mezi aplikace patří: utahování šroubů větrných turbín (šrouby přírub věží, šrouby lopatek náboje); elektrické generátory; vysokotlaká odstředivá čerpadla; chemické reaktory a tlakové výměníky; vysokotlaké ropovody a plynovody; hlavní vodovodní řady; velké sběrné potrubí spalovacích motorů; příruby bezpečnostních systémů v jaderných elektrárnách; a geotechnické kotvy ve velkých konstrukcích. Ve všech těchto případech zajišťuje kontrola předpětí UT integritu šroubového spoje po celou dobu jeho životnosti s pravidelnými kontrolami během preventivní údržby.
Referenční standardy
Referenční normy jsou: ASTM F2168 (postup UT pro měření předpětí šroubů); ISO 16047 (zkoušení koeficientu tření závitů, doplněk k UT); ASME PCC-1 (Komponenty tlakových nádob – pokyny pro kritické šroubování). VDI 2230 (výpočet šroubových spojů). Šrouby používané s UT musí být speciálně připraveny (označená referenční hlava, charakterizovaný materiál), aby bylo dosaženo deklarované přesnosti. Doporučuje se kvalifikace personálu jako obsluhy UT dle ISO 9712 (minimální úroveň 1 pro měření předpětí).