Ultradźwięki znajdują dziś zastosowanie w wielu przeróżnych dziedzinach, począwszy od medycyny i fizjoterapii, przez obróbkę żywności, a kończąc na kosmetyce. Można je stosować także do badań właściwości materiałów i spoin.
Badania ultradźwiękowe spoin inaczej zwane defektoskopią ultradźwiękową są jedną z metod badań nieniszczących spoin. Ich największą zaletą jest to, że umożliwiają wykrycie nieciągłości spawalniczych znajdujących się wewnątrz badanego materiału. Przeprowadza się je za pomocą urządzenia zwanego defektoskopem ultradźwiękowym.
Defektoskopia ultradźwiękowa wykorzystuje zjawisko rozchodzenia się fal znajdujących się poza granicą słyszalności ludzkiego ucha. Za pomocą defektoskopu dźwiękowego wytwarza się fale dźwiękowe wędrujące wewnątrz badanego elementu. Jeśli w elemencie występuje niezgodność, fala odbije się od niej, a informacja o tym fakcie trafi do defektoskopu, co zostanie natychmiast odnotowane przez badającego specjalistę. Aby ustalić dokładną lokalizację nieciągłości, należy porównać ze sobą odległość impulsu początkowego i impulsu echa.
Najczęściej stosowaną metodą badań UT jest metoda echa. Polega ona na wytworzeniu fali dźwiękowej, która następnie odbija się od ewentualnej nieciągłości w materiale. Określenie położenia wady jest możliwe poprzez zmierzenie czasu upływającego od chwili wysłania fali w głąb badanego materiału do chwili jej powrotu po odbiciu. Powrót impulsów odbitych nazywamy echem wady materiałowej, stąd nazwa tej metody. Fala niekoniecznie musi odbić się od wady, odbicie następuje również od powierzchni ograniczających. Jeśli fala bez przeszkód dotrze i odbije się od przeciwległej krawędzi, oznacza to, że w powierzchni nie ma defektów.
Metoda cienia/przepuszczania polega na wprowadzeniu fal ultradźwiękowych z jednej strony badanego materiału i odbieraniu ich z drugiej strony, równocześnie obserwując ich natężenie. Jeśli fale dźwiękowe na swojej drodze napotkają nieciągłość, odbiją się od niej, co spowoduje osłabienie fal docierających do głowicy odbierającej. Do skorzystania z tej metody konieczny jest dostęp do badanej powierzchni z obu stron. Zalecane jest, by badana powierzchnia była cienka, ponieważ metoda cienia nie umożliwia określenia głębokości, na której znajduje się wada.
Metoda rezonansowa, tak jak metoda echa, oparta jest na zjawisku odbicia fal ultradźwiękowych od nieciągłości, jednak w jej przypadku obserwuje się nałożenie się na siebie fal padających i odbitych.
Metoda ultradźwiękowa największą efektywność osiąga podczas badań elementów grubszych niż 8 milimetrów. Świetnie nadaje się do kontroli grubości materiału, pozwalając na stałą kontrolę jego zużycia w okresie eksploatacji. Często do przeprowadzenia badania tą metodą nie jest nawet konieczne przerwanie pracy obiektu. Warto zdecydować się na badanie UT, gdy zależy nam na szybkiej kontroli wnętrza elementu. Dzięki niej możliwe jest wykrycie takich niezgodności w materiale jak:
Zdecydowanymi zaletami defektoskopii ultradźwiękowej są:
Badania ultradźwiękowe nie są jednak wolne od wad. Jako najważniejsze z nich wskazuje się konieczność posiadania odpowiednich kwalifikacji potrzebnych do kalibracji urządzenia i odczytania wyników, trudności w zbadaniu elementów o niewielkich wymiarach oraz słabe zastosowanie do powierzchni gruboziarnistych i niejednorodnych. Prowadzenie badań UT często wymaga także zastosowanie tzw. warstwy sprzęgającej, która ułatwia fali przejście pomiędzy ośrodkami, eliminując powietrze między nimi. Ten fakt również uważany jest za wadę tej metody. Do stworzenia warstwy sprzęgającej można wykorzystać klej do tapet, smar, glicerynę, a nawet miód pszczeli.
Defektoskopia ultradźwiękowa ma dwa podstawowe zastosowania – wykrywanie wad wewnętrznych materiału oraz pomiar jego grubości. Przy jej pomocy przeprowadza się diagnostykę kontrolną oraz diagnostykę eksploatacyjną. Pierwsza z nich dotyczy produkcji m.in.:
Diagnostykę eksploatacyjną przeprowadza się natomiast na:
Badania ultradźwiękowe mają więc szerokie zastosowanie w wielu sektorach, a w szczególności w przemyśle ciężkim, hutniczym, maszynowym, transportowym oraz produkcyjnym. Ze względu na mały rozmiar aparatury świetnie nadają się do pracy na wysokościach oraz w trudnodostępnych miejscach, a także do obserwacji niezgodności znajdujących się w urządzeniach będących nieustannie w użyciu.
Badania nieniszczące to kontrola przeprowadzana między innymi w zakładach przemysłowych. Nie zawsze proces ten wygląda dokładnie w ten sam sposób – metodę przeprowadzania analizy dobiera się na podstawie charakterystyki badanego materiału. Czym w praktyce są badania nieniszczące i co należy o nich wiedzieć?
Chcesz wiedzieć, co to badania nieniszczące? To proces opierający się na analizie materiału – na przykład wyrobu gotowego, półproduktu lub surowca. Taka kontrola jest przeprowadzana przede wszystkim w zakładach przemysłowych, gdzie następuje łączenie różnych konstrukcji, na przykład poprzez spawanie. Następnie należy ocenić ich jakość oraz bezpieczeństwo – to właśnie wtedy przydają się badania nieniszczące. Wyróżnia się szereg metod kontroli, a wybór konkretnego sposobu na analizę materiału uzależniony jest od typu konstrukcji. Bardzo często łączy się kilka technik, aby ostatecznie uzyskać wiarygodne wyniki na temat kontrolowanego materiału. Nie bez powodu zakłady przemysłowe decydują się na takie rozwiązanie. Specjaliści oferujący przeprowadzanie badań nieniszczących posiadają nie tylko wiedzę, ale również dysponują narzędziami, które umożliwiają ocenę jakości złączy spawanych oraz innych konstrukcji. Kontroluje się precyzję wykonania danego elementu, ewentualne defekty oraz niedociągnięcia. Nawet najbardziej doświadczony inżynier niedysponujący stosownym sprzętem nie jest w stanie samodzielnie wdrożyć takiej analizy. Wspominając o tym, co to jest badanie nieniszczące, warto wiedzieć, że kontrolę mogą przeprowadzać tylko wykwalifikowani i certyfikowani specjaliści dysponujący stosownymi uprawnieniami.
Zapoznając się z informacjami o badaniach nieniszczących możesz natrafić na skrót NDT. Co to jest? W praktyce badania NDT są dokładnie tym samym, co badania nieniszczące. Skrót oznacza „non-destructive testing”. Możesz więc często spotkać się z takim oznaczeniem w kontekście kontroli różnego rodzaju materiałów przemysłowych. Na popularność przeprowadzania takiej usługi wpływ wywierają między innymi wymogi klientów oraz przepisy dotyczące bezpieczeństwa. Badania NDT pozwalają określić niezawodność danego wyrobu. Jednocześnie taka analiza nie narusza konstrukcji, więc badany element może być następnie oddany do użytku (o ile kontrola przyniosła wynik pozytywny). Warto wiedzieć nie tylko co to jest badanie NDT, ale również, kiedy się je przeprowadza. Choć kontrola najczęściej ma miejsce na etapie produkcji, nic nie stoi na przeszkodzie, aby analiza obejmowała konstrukcje i urządzenia będące w eksploatacji. Kontrola pozwala wykryć ewentualne nieciągłości materiałowe, co może świadczyć o niskiej jakości wyrobu oraz ewentualnym zagrożeniu dla użytkowników. Materiały z pozytywnym wynikiem takiej kontroli są zdatne do użytkowania, a przy tym całkowicie bezpieczne. Skoro wyjaśniliśmy, co to badania NDT, warto również wspomnieć, kto najczęściej z nich korzysta.
Badania NDT są przede wszystkim stosowane przez zakłady przemysłowe zajmujące się produkcją konstrukcji metalowych, odlewów, złącz spawanych, rur oraz innych wyrobów, które przerabia się plastycznie. Taka kontrola pozwala zweryfikować niezawodność materiału, co jest szczególnie przydatne na etapie koncepcyjnym, gdy produkt jeszcze nie trafił do seryjnej produkcji. W ten sposób przedsiębiorstwo może zminimalizować koszty związane z wytwarzaniem oraz ewentualnymi przestojami. Badania NDT pozwalają również skutecznie podnosić jakość produkowanych wyrobów. Choć taka kontrola jest kojarzona przede wszystkim z analizą metalów, może być wprowadzona również w przypadku innych materiałów. Konieczne jest jednak zastosowanie dopasowanej metody, która przyniesie wiarygodne wyniki. Dlatego badania NDT dzielą się na różne rodzaje. Poszczególne techniki przeprowadza się w inny sposób, zwykle przy wykorzystaniu profesjonalnego wyposażenia. Kontrola ma charakter nieinwazyjny, więc nie niszczy analizowanego materiału.
Warto nieco lepiej poznać rodzaje badań nieniszczących. Poszczególne techniki mogą być ze sobą łączone, aby ostatecznie kontrola była kompleksowa i jak najbardziej rzetelna. Podstawowe rodzaje badań nieniszczących to:
Wybór konkretnej metody badawczej uzależniony jest od typu materiału, który będzie poddawany kontroli. Zwykle pierwszą techniką jest analiza wizualna, a dzięki ocenie możliwe jest wskazanie, jakie kolejne techniki zastosować, aby dokładnie zweryfikować jakość badanego materiału.
PMI (Positive Metal Indentification) to jedna z metod zaliczanym do badań nieniszczących pozwalająca na identyfikację stopów metali na podstawie ich składu chemicznego. Badania PMI pozwalają na zweryfikowanie jakości stosowanego materiału pod kątem jego odporności na wysokie temperatury, właściwości antykorozyjnych, spawalności i innych właściwości użytkowych. Ma to kluczowe znaczenie podczas zapewniania bezpieczeństwa wielu urządzeń i instalacji, szczególnie tych pracujących na parametrach niebezpiecznych czyli wysokich ciśnieniach, temperaturach oraz transportujących i przetwarzających czynniki łatwopalne, trujące i toksyczne.
Ponieważ wymagania wielu branż przemysłowych nieustannie się zwiększają zapotrzebowanie na badania PMI stale rośnie.
Metoda PMI to jedna z metod nieniszczących pozwalająca na wykonanie badań w terenie dzięki zastosowaniu przenośnych analizatorów o niewielkich gabarytach. Oczywiście badania można wykonać w warunkach laboratoryjnych na bardziej rozbudowanych spektrometrach.
Natomiast z powodu nieustannego rozwoju technologii przenośne analizatory w większości przypadków spełniają wszystkie potrzebne wymogi a ich zastosowanie jest wystarczające.
Jak pisałem już wcześniej badania PMI opierają się na analizie stopów metali oraz ich identyfikacji na podstawie składu chemicznego. Metoda jest zaliczana do grupy badań nieniszczących ponieważ badanie nie wymaga przygotowania specjalnych próbek do badań czyli uszkodzenia badanego materiału.
Wyniki pomiarów są przedstawienie w postaci procentowego stężenia pierwiastków. Wiele spektrometrów oferuje automatyczne dopasowanie dokładnego gatunku badanego materiału. Metoda jest prosta, daje bardzo jednoznaczne wyniki. A to wszystko można osiągnąć w zaledwie kilka sekund. Sama obsługa nowoczesnych, cyfrowych spektrometrów również nie stanowi problemów dla przeciętnego kontrolera.
Spektrometry stosowane w badaniach PMI są dostępne w wielu różnych wariantach.
Specyfikację i wymogi materiałów stosowanych w przemyśle nieustannie się zmieniają wraz z ciągłym rozwojem przemysłu. Przez to zapotrzebowanie na testy PMI staje się również coraz bardziej popularne. Ze względów ekonomicznych przestoje w zakładach produkcyjnych, rafineriach wykonywane są coraz rzadziej przez co od stosowanych materiałów wymaga się dłuższej żywotności. Dodatkowo rozwój metalurgii sprawił, że na budowach i w zakładach produkcyjnych stosuje się bardzo szeroką gamę materiałów, która są nie do odróżnienia gołym okiem.
Wielu inwestorów wymaga badań PMI n SWOICH Projektach po to aby potwierdzić stosowanie właściwych materiałów przez wykonawcę. Dodatkowo badania są w stanie potwierdzić skład chemiczny podany przez producenta materiału. Zamiast opierać się na certyfikatach dostarczanych przez wytwórcę badania PMI umożliwiają w sposób szybki ale również bardzo precyzyjny określenie rzeczywistego składu chemicznego materiału.
Dla wykonania popranego złącza spawanego bardzo istotne jest również zastosowanie odpowiedniego materiału dodatkowego. Badania PMI złączy spawanych są w stanie dostarczyć nam dokładnych informacji na temat składu chemicznego spoiny.
Świadomość stosowania badań PMI może przynieść szereg korzyści. Dokładne i kompleksowe inspekcje mogą przynieść szereg korzyści ekonomicznych w postaci dłuższych żywotności produktów oraz poprawić bezpieczeństwo poprzez zmniejszenie ryzyka wystąpienia wypadku.
Gdzie badania PMI są już powszechnie stosowane:
Badania PMI są powszechnie stosowane w następujących obszarach przemysłowych:
Wiele wypadków przemysłowych jest związanych z awariami integralności mechanicznej. Przykładami tego typu sytuacji są eksplozję i wycieki czynników wynikające w związku z występowaniem pęknięć korozji naprężeniowej oraz niewystarczająca wytrzymałość połączeń spawanych.
Najszersze zastosowanie badania Positive metal identyfication znajdują w energetyce i przemyśle naftowym. Wiele dużych firma wymaga aby każda rura, kolano, zawór, kołnierz oraz złącze spawane zostało skontrolowane za pomocą spektrometru. W przypadku badań złączy spawanych kontrola obejmuje skład chemiczny spoiny oraz SWC. Badania PMI są obecnie powszechnie stosowane na wielu poważnych inwestycjach w energetyce oraz przemyśle petrochemicznym.
Badania PMI znajdują coraz szersze zastosowanie w branży odlewnictwa. W przypadku odlewów o dużych gabarytach użycie przenośnego spektrometru jest bardzo pożądane ze względu na brak konieczności ich transportowania do laboratorium.
Globalizacja jest kolejnym czynnikiem zwiększającym zapotrzebowanie na badani PMI. Wielu nabywców ze względu na wiele czynników ekonomicznych decyduje się na zakup produktów z innego kraju a bardzo często nawet z innego kontynentu. Przenośmy spektrometr umożliwia nabywcy w szybki i łatwy sposób zweryfikowanie jakości otrzymanego produktu.
Ponieważ specyfikacje materiałów stosowanych w przemyśle są coraz bardziej szczegółowe zapotrzebowanie na testy PMI nieustannie rośnie na przestrzenni ostatnich lat.
Istnieją dwie główne technologie stosowane do identyfikacji stopów w technice PMI – są to : fluorescencja rentgenowska (XRF) oraz optyczna spektroskopia emisyjna (OES).
Spektrometry XRF w swoich analizach wykorzystują wiązkę promieniowania rentgenowskiego, a dokładnie wystawiają na jej działanie badany wyrób. Atomy materiałów, z którego wykonano przedmiot badań pochłaniają energię promieniowania rentgenowskiego, pozostają przez chwilę w stanie wzbudzenia po to by następnie wyemitować promieniowanie wtórne. Każdy pierwiastek chemiczny emituje promieniowanie rentgenowskie o innej energii. Za pomocą pomiaru intensywności i rodzaju emitowanego promieniowania wtórego, spektrometr może z łatwością przeprowadzić jakościową oraz ilościową składu chemicznego badanego materiału.
W przypadku techniki OES atomy również zostają wzbudzone, jednak energia potrzebna do do wykonania tej czynności pochodzi z iskry utworzonej pomiędzy badanym obszarem a specjalną elektrodą. W przypadku tej techniki energia iskry powoduje, że elektrony w badanym materiale emitują światło, które zostaje następnie w sposób jakościowy i ilościowy przeanalizowane przez spektrometr. Pomimo tego, że metoda OES jest uważana za metodę nieniszczącą, po wykonaniu badania na kontrolowanym materiale zostaje niewielki ślad spowodowany przez iskrę.
Zarówno jedna jak i druga technika ma swoje wady i zalety. Spektrometry XRF są łatwe w użyciu, posiadają małe gabaryty i lekką wagę a badana powierzchnia nie wymaga specjalnego przygotowania. Niestety posiadają ograniczenia co do liczby materiałów jakie są w stanie skontrolować. Dodatkowo pojawią się problem z promieniowaniem rentgenowskim. Urządzenia generujące wiązkę promieniowania rentgenowskiego wymagają specjalnego pozwolenia uzyskanego od Państwowej Agencji Atomistyki.
Spektrometry OES posiadają większe gabaryty. W ich przypadku przygotowanie próbki do badań ma dużo większe znaczenie ale praktycznie nie posiadają ograniczeń co do zdolności analizowania pierwiastków znajdujących się w większości dostępnych metali. Spektrometr OES posiada przewagę podczas pomiarów pierwiastków lekkich takich jak węgiel i aluminium.
Uważamy, że badania PMI to bardzo ciekawa, praktyczna oraz rozwojowa metoda badań NDT. Zapotrzebowanie na badania nieustannie się zwiększa. Głównymi zaletami metody jest szybkość i dokładność wykonywanych pomiarów.
Na przestrzeni ostatnich lat nastąpił również bardzo duży rozwój samych urządzeń do badań PMI. Dla przykładu – jeszcze 10 lat temu przenośne analizatory XRF ważyły 10 kilogramów i potrzebowały około 30 sekund na wykonanie pomiaru. Obecnie ze względu na znaczący rozwój technologii zminiaturyzowanych lamp rentgenowskich oraz elektroniki takie przyrządy mogą ważyć mniej niż 2 kilogramy i wykonać pomiar w mniej niż 5 sekund.
Na rysunku dostępne są również nowoczesne pakiety oprogramowania do analizy danych, ich łatwego przesyłania i drukowania. Urządzenia mogą komunikować się z komputerami bezprzewodowo. Wiele przenośnych analizatorów najnowszej generacji pozwala osiągnąć wyniki pomiarów zbliżone dokładnością do urządzeń stacjonarnych jednak dodatkowo posiadają ogromną zaletę pozwalającą na pracę w terenie.
Badania wiroprądowe to jedna z metod badań nieniszczących wykorzystywana do wykrywania niezgodności powierzchniowych i podpowierzchniowych ze stali o różnych strukturach, miedzi, aluminium, tytanu, cyrkonu i innych stopów. Badania wiroprądowe są nazywa również metodą prądów wirowych.
Zasada działania metody prądów wirowych oparta jest na zjawisku indukcji magnetycznej. Powstające w badanym obiekcie prądy wirowe, wytwarzana są pod wpływem zmiennego pola magnetycznego, wytworzonego przez cewkę zasilaną zmiennym prądem o wysokiej częstotliwości – zazwyczaj od 10 do 120 MHZ. Wzbudzone w badanym materiale prądy wirowe, wytwarzają następnie zgodnie z regułą Lenza własne pole magnetycznego, które z kolei oddziaływuje na pierwotne pole cewki powodując powstawanie pola wypadkowego, zmieniającego własności elektryczne cewki.
Wszelkie zmiany przewodnictwa badanego elementu, takie jak niezgodności przypowierzchniowe, różnice grubości mają wpływ na wielkość otrzymanego prądu wirowego. Wszystkie zmiany są wykrywane za pomocą cewki pierwotnej lub cewki wtórnej detektora, stanowiąc jednocześnie podstawę działania techniki inspekcyjnej wykonywanej za pomocą prądów wirowych.
Z metodą prądów wirowych bezpośredni związek ma współczynnik przenikalności magnetycznej. Przenikalność określa stopień z jaką dany materiał może zostać namagnesowany. Przewodność materiały wpływa na głębokość penetracji podczas wykonywania inspekcji. W przypadku metali o wysokiej o wysokiej przenikalności magnetycznej następuje większy przepływ prądów wirowych oraz głębokość penetracji jest większa niż w przypadku metali takich jak miedz lub aluminium.
Głębokość penetracji w metodzie prądów wirowych można zmieniać również poprzez zmianę częstotliwości prądu przemiennego. Im niższa jest wartość częstotliwości tym większa jest głębokość penetracji. Dlatego prądy wirowe o wysokich częstotliwościach wykorzystywane są wyłącznie do wykrywania defektów powierzchniowych, a zakresy o częstotliwościach niskich do wykrywania defektów znajdujących się wewnątrz materiału. Niestety w momencie obniżenia częstotliwości zwiększamy głębokość obszaru przeszukiwania ale czułość badania ulega znacznemu pogorszeniu. Dlatego bardzo istotne jest aby dla każdego testu zoptymalizować częstotliwość aby uzyskać wymaganą głębokość i czułość badania.
Zalety badania prądami wirowymi:
– możliwość wykrycia niezgodności powierzchniowych oraz przypowierzchniowych o wielkości zaledwie 0,5 mm,
– możliwość wykonania badań bez konieczności usuwania warstw farby i innych powłok zabezpieczających,
– możliwość badania powierzchni o podwyższonych temperaturach – metoda bezkontaktowa,
– możliwość kontrolowania elementów o bardzo złożonej geometrii,
– otrzymywanie wyników badania na bieżąco,
– przenośna i lekka aparatura badawcza,
– szybki czas przygotowania do badań – kontrolowane powierzchnie wymagają tylko nie wielkiego czyszczenia wstępnego,
– możliwość określenia przewodnictwa elektrycznego badanych elementów,
– duże możliwości dotyczące zautomatyzowania kontroli wyrobów seryjnych takich jak koła zębate, rury, oraz inne podzespoły wykorzystywane w przemyśle lotniczym,
Ograniczenia badania wiroprądowego
– możliwość testowania wyłącznie elementów przewodzących strumień pola magnetycznego,
– zmienna głębokość penetracji,
– duża podatność na zmiany przenikalności magnetycznej – problem pojawia się w momencie badania złączy spawanych wykonanych w stali ferrytycznej. Przy zastosowaniu nowoczesnych defektoskopów oraz sondy o odpowiedniej konstrukcji można ten problem wyeliminować,
– brak możliwości wykrycia defektów zlokalizowanych równolegle do powierzchni badanego obiektu,
– problem z interpretację wskazań dla operatora posiadającego niewielkie doświadczenie.
Zastosowanie metody wiroprądowej:
Wykrywanie pęknięć
Metoda wiroprądowa może posiadać szerokie zastosowanie. Najczęściej technika jest wykorzystywana do wykrywania pęknięć oraz innych wad powierzchniowych. Sprzęt do wykrywania pęknięć z wykorzystaniem metody prądów wirowych można podzielić na aparaturę o wysokiej częstotliwości do wykrywania pęknięć powierzchniowych występujących w materiałach żelaznych i nieżelaznych oraz na urządzenia o niskiej częstotliwości do wykrywania pęknięć podpowierzchniowych w materiałach nieżelaznych.
Wykrywanie pęknięć podpowierzchniowych w materiałach żelaznych jest możliwe ale dopiero w momencie doprowadzenia ich do stanu magnetycznego nasycenia. Jest to proces bardzo złożony i możliwy do wykonania tylko i wyłącznie w systemach zautomatyzowanych.
Badania wiroprądowe są natomiast bardzo skuteczne w przypadku wykrywania pęknięć powierzchniowych. Wysokie częstotliwości rzędu 2 MHZ pozwalają na uzyskanie bardzo dobrej wykrywalności. Niestety sondy wykorzystywanego w tego typu badaniach są małe i skontrolowanie dużych powierzchni wymaga czasu.
Testowanie rur
Do kontrolowania rur, prętów oraz drutów za pomocą metody prądów wirowych wykorzystuje się zautomatyzowane systemy badawcze, pozwalające na kontrole z prędkością do 3 m/s.
Po dokonaniu kalibracji przez operatora za pomocą elementu wzorcowego inspekcja rur przebiega automatycznie usuwając z linii produkcyjnej wadliwe elementy lub oznaczając je za pomocą farby.
Niestety ze względu na efekty krawędziowe nie ma możliwości testowania końcówek rur. Nie można również wykryć defektów powstałych w procesie wytłaczania, ponieważ pole prądów wirowych z otaczającej cewki ma zerowe natężenie w środku pręta.
Kontrola wymienników ciepła
Technika prądów wirowych jest powodzeniem stosowana do oceny stanu i żywotności rur wymienników ciepła szczególnie w przemyśle, energetycznym, petrochemicznym, chemicznym oraz chłodniczym.
Badania wiroprądowe pozawalają na wykrywanie korozji, wżerów, pęknięć, erozji i innych niezgodności występujących zarówno na powierzchni wewnętrznej jak i zewnętrznej rury.
Podczas badania sonda jest umieszczona wewnątrz rury i przesuwana przez całkowitą jej długość. Zaletą takich inspekcji jest możliwość wykrycia wszelkich usterek natychmiast oraz zgłoszenia wykrytych nieprawidłowości do przedstawiciela klienta.
Badania wiroprądowe połączeń spawanych
Defektoskopy wykorzystywane w metodzie prądów wirowych są w pewnych sytuacjach wykorzystywane do wykrywania pęknięć eksploatacyjnych w złączach spawanych. Metoda ma ogromną zaletę, której brakuje pozostałym metodom badań NDT. Mianowicie badania wiroprądowe umożliwiają wykonanie inspekcji przez warstwy farby. Dzięki temu badania wiroprądowe połączeń spawanych cieszą się dużą popularnością w przemyśle offshorowym.
Badania wiroprądowe są często stosowane w połączeniu z innymi metodami badań nieniszczących takimi jak: badania magnetyczno-proszkowe lub badania ultradźwiękowe.
Metoda może być również z powodzeniem stosowana do badania połączeń spawanych ze stali nierdzewnej.
Pomiar grubości materiału i powłok
Ze względu na bardzo wysoką rozdzielczość badań prądami wirowymi w pobliżu powierzchni sprawia, że metoda ta jest bardzo przydatna do dokładnego pomiaru powłok, zarówno metalicznych jak i warstw farb naniesionych na metalowe podłoża.
Ponadto metodę prądów wirowych można zastosować do określenia grubości materiału oraz wykrywania wszelkich wycienień materiału spowodowanych oddziaływaniem korozji.
Przemysł lotniczy
Jak wiadomo, przemysł lotniczy to branża gdzie utrzymanie maksymalnej jakości jest niezbędne. W wielu przypadkach nie mamy możliwości zastosowania konwencjonalnych metod badawczych ze względu na różnorodność stosowanych materiałów konstrukcyjnych z których większość nie jest ferromagnetyczna. Metoda wiroprądowa w lotnictwie jest bardzo często wykorzystywana do kontrolowania miejsc łączenia ze sobą kilku elementów czy innych punktach krytycznych.
Podsumowując
Testowanie prądami wirowymi jest niezwykle korzystną metodą inspekcyjną wykorzystywaną w przypadku kontroli materiałów pod kątem występowania wad powierzchniowych, pęknięć i innych defektów, dyskwalifikujących użytkowanie badanego wyrobu.
Dużym atutem metody jest możliwość badania zarówno materiałów paramagnetycznych jak i innych tworzysz sztucznych będących ferro- oraz paramagnetykami.
Operatorzy wykonujący badania powinni posiadać skomplikowaną wiedze na temat doboru właściwej sondy badawcze, która sprawdzi się w przypadku geometrii badanego elektrum.
Muszą również odpowiednio zinterpretować rodzaj wykrytej wady, jej wielość i lokalizację. Przede wszystkim należy w sposób prawidłowy wyeliminować wszystkie wskazania pozorne.
Wykwalifikowany operator musi być w stanie dobrać odpowiednią częstotliwość badania aby osiągnąć odpowiedni kompromis pomiędzy głębokością badania a wykrywalnością.
Pomimo swoich ograniczeń badania wiroprądowe są wypróbowaną i sprawdzoną metodą, która zapewnia bardzo dobre efekty w wykrywaniu małych, drobnych pęknięć oraz pozostałych niewidocznych gołym okiem wad.
Ponadto aparatura badawcza jest przenośna dzięki czemu nie ma problemu z wykonywaniem badań w trudnodostępnych warunkach.
Badania wiroprądowe umożliwiają kontrole dużych powierzchni i elementów i bardzo krótkim czasie.
Badania twardości to bardzo szybka i stosunkowo niedroga metoda badań nieniszczących służąca na sprawdzeniu twardości badanego materiału oraz określeniu jego przydatności do zamierzonego zastosowania. Badanie twardości doskonale sprawdza się w wielu branżach przemysłowych.
Najbardziej prostą i powszechnie stosowaną definicją twardości jest odpornością materiału na trwałe odkształcenie plastyczne. Twardość jest cechą materiału oraz jego podstawową własnością fizyczną i jest określona jako pomiar głębokości wgniecenia w badany materiał.
Mówiąc prościej, używając określonej wartości siły (obciążenia) oraz odpowiedniego wgłębnika wykonujemy odcisk w badanym materiale. Im mniejsze wgłębienie otrzymamy tym twardszy jest nasz materiał. Wartość twardości określa jest poprzez pomiar głębokości lub powierzchni otrzymanego za pomocą jednej z dostępnych metod pomiarowych odcisku.
Dostarczone podczas badania informacje mają ogromne znaczenie w przypadku większości gałęzi przemysłu. Określenie właściwości materiału zapewnia cenny wgląd w ich trwałość, wytrzymałość, elastyczność i możliwości zastosowania określonych komponentów oraz materiałów. Informacje uzyskane podczas badania twardości pozwalają na skontrolowanie spawanych oraz obrabianych termicznie materiałów oraz upewnieniu się, że procesy te zostały wykonane w sposób prawidłowy. Jak wiadomo wraz ze wzrostem twardość, właściwości plastyczne materiałów ulegają znacznemu pogorszeniu. Dodatkowo wzrost twardości powoduje również obniżenie udarność materiału – ma to bardzo kluczowe znaczenie szczególnie w obniżonych temperaturach. Element staje się twardy ale bardziej podatny na pękanie. Niepożądane zwiększenie twardości może świadczyć również o przegrzaniu materiału podczas spawania oraz zastosowaniu zbyt dużej energii liniowej.
Badanie twardości jest obecnie popularną, szeroko stosowaną formą badania materiałów. Test jest stosunkowo łatwy do wykonania, zwykle minimalnie lub całkowicie nieniszczący a przenośne mierniki twardości dostępne na rynku są stosunkowo tanie w porównaniu innymi rodzajami aparatury badawczej stosowanej w badaniach nieniszczących. Dodatkowo obecnie nie jest problemem wykonanie badania bezpośrednio na elemencie.
W Jakim celu wykonuje się badanie twardości:
Przede wszystkim w celu charakterystyki badanego materiału:
Badania HT można również stosować w celu potwierdzenia stosowania danego materiału zgodnie z przeznaczeniem.
W ciągu ostatnich lat znacząco wzrósł popyt na stosowanie twardościomierzy przenośnych. Wynika to z faktu, że producenci kładą coraz większy nacisk na testowanie elementów w trakcie procesu produkcyjnego- np. na budowie lub warsztacie. Pomimo tego, że przenośne twardościomierze nie są w stanie zastąpić urządzeń mobilnych w każdym przypadku są one bardzo ciekawą alternatywą ze względu na swoją mobilność.
Przenośne twardościomierze są znacznie mniejsze, lżejsze i bardziej kompaktowe. Ich dużą zaletą jest fakt, że kontroler nie musi pobierać z elementu próbek do wykonania pomiaru. Dlatego są dużo bardziej praktyczne i mogą być stosowane do kontroli elementów gotowych oraz urządzeń będących w trakcie eksploatacji.
Podczas wyboru odpowiedniej metody pomiaru twardości należy uwzględnić następujące czynniki:
Test twardości Brinnella jest jednym z najczęściej wykorzystywanych pomiarów twardości polega na przykładaniu do badanego materiału siły z wykorzystaniem kulki wykonanej z węglika wolframu. Średnica kulki może wynosić 1, 2,5, 5 lub 10 mm a czas przyłożenia od 10 s dla stali do 60 dla miękkich stopów. Po wykonaniu odcisku następuje usunięcie obciążenia a następnie pomiar średnicy otrzymanego wgłębienia. Twardość zostaje następnie wyznaczona za pomocą specjalnego wzoru.
Metoda Brinella jest zwykle stosowana do testowania stopów aluminium i miedzy z wykorzystaniem niższego zakresu dopuszczalnej siły oraz stali i żeliwa przy większym zakresie.
W przypadku badania twardości z wykorzystaniem skali Rockwella narzędziem pomiarowym jest stalowa kulka lub diamentowy wgłębnik w kształcie stożka. Podczas wykonywania testu pierwotnie na powierzchni badanego materiału przyłożone zostaje obciążenie wstępne w ceku ustalenia zerowego punktu odniesienia. Następnie przyłożone zostaje główne obciążenie, które jest otrzymywane przez wymagany czas. Po upływie kilku sekund wartość obciążenia wraca do wartości wstępnej. Wynikiem pomiaru ustalany jest na podstawie różnicy głębokości od położenia zerowego punktu odniesienia do położenia wgłębnika w momencie maksymalnego obciążenia.
W przypadku badania twardości za pomocą metody Rockwella w wyniki badań otrzymuje się szybko i bezpośrednio bez konieczności wykonywania dodatkowych pomiarów wymiarów.
Procedura wykonania całego testu trwa zaledwie od kilku do kilkunastu sekund.
Najpopularniejszym typem wgłębnika jest diamentowy stożek, szlifowany pod kątem 120 stopni, który wykorzystuje się do badania stali. Materiały o mniejszej twardości badanie się za pomocą kulek z węglika wolframu.
Badanie mikro oraz makrotwardości powszechnie określane jako badanie Knoopa lub Vickersa jest wykonywane przez wciśniecie wgłębnika o określonej geometrii w badaną powierzchnię. W przeciwieństwie do testów Rockwella oraz Brinella w metodzie Knoopa lub Vickersa stosuje się stałą wartość siły wykorzystywanej podczas badania. Otrzymany podczas badania odcisk jest następnie mierzony za pomocą mikroskopu o dużej mocy lub automatycznego oprogramowania pomiarowego.
W technice tej wykorzystuje się twardościomierze ultradźwiękowe. Technika w trakcie pomiaru wykorzystuje fale ultradźwiękowe i jest całkowicie nieinwazyjna. Może być wykorzystywana do pomiaru zarówno materiałów metalowych jak i niemetali takich jak beton czy cegły. Dużym plusem techniki jest mobilność aparatury pomiarowej Istnieją dwa rodzaje wykonania pomiaru – technika kontraktowa i zanurzeniowa. Technika kontaktowa umożliwia badanie dużych elementów, których transportowanie jest utrudnione lub niemożliwe. Technika zanurzeniowa natomiast polega na kontroli elementu zanurzone w cieczy w celu uzyskania lepszego sprzężenia dla fali ultradźwiękowej. Technika jest dużo bardziej czuła i dokładna.
Wybór odpowiedniej metody twardości zależy przede wszystkim od rodzaju badanego materiału a dokładniej jego struktury oraz od wielkości badanych elementów a także ich stanu. Jak pisaliśmy na początku artykułu – podczas badania twardości dokonujemy wgniecenia wgłębnika do badanego materiału. Podczas wykonywania testu elementów szorstkich oraz niejednorodnych konieczne jest zastosowanie większej siły niż w przypadku materiału gładkiego oraz o strukturze jednorodnej. Oprócz wymienionych czynników przy wyborze odpowiedniej metody badania twardości należy uwzględnić wymagania podane w normach branżowych oraz wytyczne klienta.
Każda z metod badania twardości posiada zarówno swoje wady jak i zalety.
Podczas wyboru metody badania twardości należy wziąć pod uwagę:
Jak zapewnić dokładność i powtarzalność podczas badania twardości
Prawidłowe wykonanie badania twardości wymaga starannego przygotowania powierzchni. Dodatkowo należy nieustannie kontrolować cały przebieg badania twardości.
Czynniki wpływające na badanie twardości
Na wyniki testów twardości wpływa wiele czynników. Zgodnie z ogólną zasadą, im mniejsze obciążenie stosujmy podczas badania twardości, tym więcej czynników należy kontrolować aby zapewnić jego dokładność.
Oto kilka najważniejszych czynników, które należy wziąć pod uwagę aby zapewnić dokładny przebieg badania:
https://www.struers.com/en/Knowledge/Hardness-testing#hardness-testing-how-to
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.
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:
Wyróżniamy następujące metody odlewania:
Materiały , z których najczęściej wytwarza się wyroby odlewane:
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.
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.
Zalety badań ultradźwiękowych odlewów:
Wady badań ultradźwiękowych odlewów:
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 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.
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.
Badania ultradźwiękowe odlewów mogą być bardzo problematyczne z powodu następujących przyczyn:
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.