Badania ultradźwiękowe odlewów

Byultrarent

Badania ultradźwiękowe odlewów

Badania ultradźwiękowe znajdują bardzo szerokie zastosowanie w kontroli wyrobów odlewanych. Jest to spowodowane szeregiem korzyści otrzymywanych podczas wykorzystania właśnie tej metody. Wyrobu odlewane są stosowane wszędzie tam gdzie biorąc pod wagę czynniki ekonomiczne chcemy uzyskać elementy o skomplikowanych kształtach oraz wysokich właściwościach wytrzymałościowych.

Jak powstają wyroby odlewane

Odlewy jak sama sama nazwa wskazuje powstają poprzez krzepnięcie materiału, zalewanego do odpowiednio przygotowanych do celu for piaskowych lub kokil. Po zakrzepnięciu materiału pozostaje on w tym stanie przyjmując wymagane kształty i wymiary.

Najważniejsze etapy procesu odlewania:

  • wypełnienie formy odlewniczej ciekłym metalem,
  • krzepnięcie płynnego materiału w formie,
  • wyjęcie odlewu / usunięcie formy odlewniczej,
  • usunięcie wlewków i wykończenie odlewu.

Wyróżniamy następujące metody odlewania:

  • odlewanie grawitacyjne (zalewanie formy ciekłym metalem pod wpływem siły grawitacji),
  • odlewanie odśrodkowe (formy wirujące, wykorzystujące zjawisko bezwładności),
  • odlewanie ciśnieniowe ( aplikowanie materiału do formy pod ciśnieniem),
  • odlewanie ciągłe (chłodzone, metalowe formy, materiał jest doprowadzana w sposób ciągły – np. produkcja rur),
  • odlewanie metodą modeli wytapianych (podczas odlewania wykorzystuje się jednorazowe modele np. z wosku),

Materiały , z których najczęściej wytwarza się wyroby odlewane:

  • staliwo węglowe,
  • żeliwo z grafitem płytkowym,
  • żeliwo z grafitem sferoidalnym,
  • żeliwo ciągliwe,
  • odlewy z metali lekkich,
  • odlewy z metali ciężkich.

Kiedy najlepiej  wykonać badania ultradźwiękowe odlewów

Najlepszym rozwiązaniem jest wykonanie badań na odlewach w końcowym stanie dostawy, po wykonaniu obróbki cieplnej chyba, że klient dodatkowo wymaga międzyoperacyjnej kontroli półproduktu.

Badana powierzchnia powinna zostać oczyszczona ze zgorzeliny, zanieczyszczeń, oleju, smarów, farb oraz pozostałości z pokryć formierskich. Wszelkie zanieczyszczenia mogą bowiem negatywnie wpływać na jakość badania i uniemożliwiać interpretację wskazań.

Dodatkowo przyjmuje się, że badania ultradźwiękowe odlewów należy przeprowadzić po procesach obróbki skrawaniem lub/i śrutowania. Powierzchnia nie powinna być nadmiernie chropowata i powinna zapewniać uzyskanie odpowiedniego sprzężenia akustycznego pomiędzy głowicą ultradźwiękową a odlewem. Brak odpowiedniego sprężenia utrudnia lub całkowicie uniemożliwia wykonanie prawidłowego badania.

Badanie powierzchni obrobionej ma kolejny atut ekonomiczny – gładka powierzchnia chroni przed nadmiernym zużyciem głowicy.

Jak badań odlewy za pomocą metody ultradźwiękowej:

Badania ultradźwiękowe odlewów wykonywane są najczęściej za pomocą metody kontaktowej z zastosowaniem głowic normalnych lub kątowych.

Przebieg, warunki badania oraz kryteria akceptacji powinny być zgodne z wymaganiami norm europejskich, wytycznych klienta lub innych międzynarodowych standardów.

Powierzchnie przeznaczone do badań są również kwestią uzgodnienia i powinny one zostać precyzyjnie wskazane w dokumentacji badania.

Ze względu na silne tłumienie fali ultradźwiękowej w odlewach zaleca się stosowanie głowic ultradźwiękowych o niskiej częstotliwości.

Jeżeli tylko istnieje taka możliwość badanie należy przeprowadzić z obu prostopadłych do siebie powierzchni odlewu.

Podczas wykonywania badań należy nieustannie kontrolować echo dna badanego elementu.

Obrabiane powierzchnie, szczególnie te znajdujące się w pobliżu nadlewów i w otworach zaleca się poddać badaniu podpowierzchniowemu przy użyciu głowicy dwuprzetwornikowej aby wykluczyć możliwość występowania niezgodności w strefie martwej.

Szczególną uwagę należy również zwrócić na miejscach, w których zostaną wykonany otwory oraz obszary, w których wykonano szlifowanie usuwające nadlewy.

W jakim celu wykonujemy badania ultradźwiękowe odlewów

Zalety badań ultradźwiękowych odlewów:

  • duża szybkość badania,
  • dokładność pomiaru,
  • wysoka czułość badania,
  • możliwość wykonania badań przy jednostronnym dostępie,
  • bezpieczeństwo operatora badań nieniszczących
  • przenośny, niewielki sprzęt badawczy,
  • możliwość wykonywania badań eksploatacyjnych w trakcie procesów technologicznych,
  • możliwość automatyzacji procesu

Wady badań ultradźwiękowych odlewów:

  • mała wykrywalność pojedynczych defektów,
  • brak możliwości badania materiałów o silnym tłumieniu
  • brak pewności co do określenia rodzaju niezgodności znajdującej się wewnątrz odlewu
  • brak możliwości kontroli elementów o skomplikowanych kształtach
  • konieczność posiadania przez operatora wysokich kwalifikacji, zwłaszcza podczas interpretacji oraz oceny otrzymanych wyników,
  • w przypadku technik ręcznych brak trwałego zapisu z badania jak ma to miejsce w przypadku radiografii (problem nie pojawia się w nowszych urządzenia i technikach zaawansowanych),
  • błędna interpretacja wskazań może prowadzić do niepotrzebnych napraw.

Techniki badań ultradźwiękowych odlewów:

Metoda echa

W przypadku wykorzystania metody echa przetwornik głowicy pełni funkcję zarówno nadajnika jak i odbiornika fali ultradźwiękowej. Metoda ta jest szeroko stosowana w przemyślę ze względu na jej prostotę oraz zadowalające efekty. Metoda ta pozwala bowiem na na bardzo precyzyjne określenie lokalizacji, głębokości zalegania oraz wielkości niezgodności występujących w kontrolowanych elemencie.

Do głównych zalet tej metody należą: możliwość kontroli odlewu w przypadku jednostronnego dostępu, wysoka czułość, minimalna strefa martwa oraz duża wykrywalność.

Dodatkowo technika nie wymaga zastosowania drogiej i skomplikowanej aparatury badawczej. Do poprawnego przeprowadzenia badania wystarczy standardowy, przenośmy defektoskop ultradźwiękowy oraz

Technika przepuszczania

Technika przepuszczania polega na zastosowaniu dwóch przetworników ultradźwiękowych znajdujących się po obu stronach kontrolowanego obiektu. Jeden z przetworników pełni funkcję przetwornika, drugi zaś odbiornika. W momencie występowania wady w badanym elemencie amplituda odbieranego sygnału ultradźwiękowego znacznie się zmniejsza lub całkowicie zanika.

Metoda transmisji umożliwia wykrycie niezgodności o mniejszych rozmiarach w porównaniu z metodą echa.

Niestety do poprawnego wykonania badania wymagany jest dostęp z obu stron. Dodatkowy problem stanowi właściwa orientacja dwóch przetworników względem siebie. Dodatkowo  bardzo ograniczona została możliwość określenia głębokości zalegania defektu.

Zaletami techniki są natomiast brak strefy martwej i  wysoka odporność na zakłócenia.

Niestety z powodu, że jest ona mniej praktyczna i jej zastosowanie jest ograniczone technika jest dużo mniej popularna niż metoda echa.

Technika Pahssed Array

Główną zaletą tej metody jest duża wydajność badań w porównaniu do głowicy jednoprzetwornikowej.

Głowice mozaikowe phassed array w przeciwieństwie do zwykłych głowic jednoprzetwornikowych wysyłają wiązkę w określonym zakresie kątów z odpowiednią rozdzielczością kątową.

Dzięki zastosowaniu wieloprzetwornikowej głowicy mamy możliwość zwiększenia rozdzielczości badania oraz zobrazowanie wad z dużo większą dokładnością. Dodatkowo technika PAUT umożliwia całkowity zapis z przebiegu badania, jego ewentualne otworzenie oraz ponowną interpretację jeżeli zajdzie taka potrzeba. Wszystkie zalety metody PAUT przyczyniają się do zwiększenia wykrywalności badanych elementów. Dodatkowo technika charakteryzuje się dużo większą szybkością przeprowadzania badań.

Problemy występujące podczas badania ultradźwiękowego

Badania ultradźwiękowe odlewów mogą być bardzo problematyczne z powodu następujących przyczyn:

  • surowa nieobrobiona powierzchnia odlewu na ogół nie kwalifikuje się do przeprowadzenia odlewu i wymaga odpowiedniego przygotowania,
  • skomplikowana w wielu przypadkach geometria odlewu umożliwia skontrolowanie całej objętości odlewu tylko w nielicznych przypadkach,
  • odlewy w większości nie posiadają naprzeciwległych ścian równoległych – z tego powodu tylko w niewielu przypadkach można zastosować metodą echa do wykrywania typowych wad,
  • wady odlewów ze względu na ich kształt oraz usytuowanie są bardzo złymi reflektorami wiązki fali ultradźwiękowej,
  • odlewy posiadają różny stopień wypełnienia, który jest zależny od geometrii przekroju. Z tego powodu współczynniki korekcyjnych na tłumienie może mieć różne wartości w zależności od kierunku,

Uwzględniając wymienione powyżej spostrzeżenia – badania ultradźwiękowe odlewów muszą być wykonywane w specjalny sposób oraz przez bardzo doświadczony personel. Ocena otrzymanych wskazań na podstawie wysokości echa nie daje zadowalających wyników. Dużo lepsze wyniki możemy uzyskać stosując metodę przepuszczania oraz technikę Phassed Array.

Badania ultradźwiękowe odlewów powinny zostać w zasadzie ograniczone do obszarów o ściankach równolegle usytuowanych, które często wymagają mechanicznej obróbki kontrolowanej powierzchni oraz obszarów naprawianych przez napawanie. Ponadto bardzo istotne jest aby badania wykonywać zgodnie z procedurą opracowaną i zatwierdzoną przez doświadczony personel  posiadający uprawnienia III stopnia.

About the Author

ultrarent administrator