1 METODY BADAŃ W TECHNICE
2 BADANIA NIENISZCZĄCE PODZIAŁ BADAŃ W TECHNICE:BADANIA NISZCZĄCE (DESTRUKCYJNE) Lewińska-Romicka Badania nieniszczące – Podstawy defektoskopii, WNT, Warszawa, 2001
3 BADANIA NIENISZCZĄCE (Non-Destructive Testing – NDT)jest to rodzaj oceny stanu obiektu, nie wpływający w istotny sposób na jego własności strukturalne i powierzchniowe. BADANIA DESTRUKCYJNE - NISZCZĄCE dostarczają znacznie więcej informacji dotyczących badanego elementu bądź próbki, jednakże uniemożliwiają jego dalsze wykorzystanie, co wiąże się ze wzrostem kosztów. Dlatego testy zniszczeniowe wykonywane są zazwyczaj na elementach post mortem
4 METODY BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Non-Destructive Testing – NDTbadania wizualne - badania radiograficzne (rentgenowskie, izotopowe) - badania ultradźwiękowe - badania penetracyjne - badania magnetyczno-proszkowe badania metodą prądów wirowych - inne metody, np. badania szczelności, pomiary grubości ścianek, ubytków korozyjnych i rozwarstwień blach, pomiary owalizacji i pocienienia
5 Metody i techniki badań nieniszczących umożliwiają:ocenę właściwości materiałów wykrywanie nieciągłości i niejednorodności materiału np. pęcherzy, pęknięć, żużlu lokalizację defektów materiału i wad strukturalnych materiału wymiarowanie obiektów i wykrywanie odstępstw wymiarów wczesną selekcję wadliwych elementów i diagnozowanie wad fabrycznych produktów, np. wady kształtu wykrywanie defektów instalacji przemysłowych pozwalają na wykrywanie niewłaściwego montażu pozwalają na wykrywanie uszkodzeń eksploatacyjnych np. erozji
6 Defektoskopowe metody badań nieniszczącychumożliwiają wykrywanie nieciągłości materiałowych, przede wszystkim nieciągłości makrostruktury obiektów. nieciągłości materiałowe: pęknięcia, przyklejenia, rozwarstwienia, pęcherze, zawalcowania, ubytki korozyjne nieciągłości strukturalne: karby strukturalne, inna twardość, plamy * nieciągłości geometryczne: nieciągłości powierzchni, nieprawidłowy kształt, zmiany wymiarów
7 Metody i techniki badań nieniszczących stosowane są celem zapewnienia wysokiej jakości wyrobów, urządzeń, konstrukcji: w przemyśle maszynowym chemicznym i petrochemicznym (platformy wydobywcze, gazociągi, rurociąg, urządzenia ciśnieniowe) wydobywczym (węgla, ropy naftowej) energetyce konwencjonalnej i jądrowej (turbiny energetyczne, konstrukcje reaktorowe) zbrojeniowym samochodowym i lotniczym w transporcie kolejowym, drogowym, morskim kolejnictwie, drogownictwie (mosty, drogi, tunele) budownictwie (wieżowce, dźwigi) także w diagnostyce
8 Obiekty badań nieniszczących:elementy (powłoki, pokrycia, połączenia spawane, lutowane, zgrzewane,) podzespoły maszyn i urządzeń, pojazdów (samochodów, samolotów, statków, rakiet) obiekty budowlane (budownictwa mieszkaniowego, przemysłowego, handlowego) koleje i wyciągi (szyny kolejowe, wyciągi górnicze) Badania naziemne, nadziemne, podziemne, na lądzie stałym i na wodach
9 Przy wdrażaniu badań nieniszczących konieczne jest:poznanie technologii wykonania obiektów poznanie procesów eksploatacji obiektów dobór metody (metod) badania dobór aparatury do kontroli dobór wzorców określenie sposobu rejestracji wykrytych nieciągłości (z rozróżnieniem czy to skutek nieprawidłowości procesu wytwarzania, czy uszkodzenie eksploatacyjne) zapoznanie się z aktami normalizacyjnymi dotyczącymi stosowania poszczególnych metod badań, metod i procedur badania różnych obiektów, stosowanych wzorców, zasad i kryteriów klasyfikacji wadliwości, kryteriów dopuszczalności obiektów do pracy
10 Zastosowania nietechniczne:badanie dzieł sztuki archeologia ochrona środowiska ochrona antyterrorystyczna diagnostyka medyczna
11 1. materiały wyjściowe do produkcji badania nieniszczące przetwarzanie Miejsce badań nieniszczących w procesach wytwarzania i eksploatacji obiektów: 1. materiały wyjściowe do produkcji badania nieniszczące przetwarzanie ↓ 2. gotowe produkty, podzespoły, połączenia, układy, obiekty 3. procesy eksploatacji badania nieniszczące diagnostyczne
12
13
14
15 UWAGI 1. fizyka: * obiekt fizyczny + pole w fizyce * ruch + energia 2. aparatura: „słownik w MFwTiM
16 Badania nieniszczące prowadzone są zazwyczaj na działających obiektachi mają na celu wcześniejszą detekcję możliwości awarii oraz przedsięwzięcie odpowiednich środków zaradczych. W badaniach nieniszczących wykorzystuje się szeroki zakres widma energetycznego - tablica.
17
18
19
20
21 Badania wizualne przeprowadza się w celu:wykrycia ewentualnych niezgodności w wyrobie - z założoną funkcjonalnością - i specyfikacją techniczną - lub odpowiednią normą. Podczas badań wizualnych, możemy wykryć niezgodności znajdujące się na powierzchni badanego przedmiotu, niezgodności kształtu i wymiaru. Badania wizualne przeprowadza się również na naprawionych obiektach.
22 Badania wizualne badania wizualne bezpośredniebadania wizualne pośrednie Badania bezpośrednie (oględziny) prowadzone są nieuzbrojonym okiem, za pomocą lup i mikroskopów (nieduże powiększenia) Badania pośrednie to badania optyczne, umożliwiające badania powierzchni niedostępnych bezpośrednio do oględzin. Prowadzone są za pomocą endoskopów, wideoskopów, peryskopów, zestawów luster, drobnego sprzętu .
23 boroskopy – sztywne (sztywny kabel) Endoskopy boroskopy – sztywne (sztywny kabel) fiberoskopy (flexoskopy) – giętkie (giętki kabel) Badania wizualne często są badaniami wstępnymi dla innych metod badań nieniszczących. Często stosowane są zestawy kontrolne składające się z endoskopów, kamer, monitorów i magnetowidów oraz wideoskopów (wideoendoskopów) i wideoanalizatorów. Wyniki badań w formie: fotogramów i rejestracji cyfrowej. ***Techniki światłowodowe
24 Schemat wizualnego badania obiektów
25 Badania ultradźwiękowesą oparte na zjawisku rozchodzenia się fal ultradźwiękowych w ciałach stałych, cieczach, gazach (niezbyt rozrzedzonych), czyli w substancjach. Fale ultradźwiękowe wprowadza się do badanego przedmiotu przez głowicę i odpowiedni płyn ( np. olej, wodę, roztwór kleju do tapet ), tworzący sprzężenie akustyczne. Odbicia wiązki fal ultradźwiękowych od powierzchni przedmiotu lub od wewnętrznych nieciągłości materiału są uwidaczniane na ekranie defektoskopu w postaci tzw. "echa dna, lub echa wady".
26 Prowadzenie badań : Wprowadzenie do obiektu fal sprężystych (drgań mechanicznych) o częstotliwościach większych od 20kHz Skanowanie powierzchni obiektu Detekcja sygnałów/(impulsów – „zbieranie odpowiedzi” Sygnał (amplituda, faza, widmo) i obwiednia sygnałów zawierają informację o strukturze i nieciągłościach obiektu.
27 Podstawowe metody badań:metoda przepuszczania (cienia ) - przysłanianie wiązki fal przez nieciągłości metoda echa - odbicie fal od powierzchni obiektu i nieciągłości obiektu metoda TOFD (time of flight diffraction) dyfrakcja (ugięcie) i rozpraszanie fal ultradźwiękowych, m.in. na poprzecznych krawędziach i płaskich nieciągłościach
28
29
30
31 E – moduł sprężystości wzdłużnejG – moduł sprężystości poprzecznej ρ – gęstość materiału ν – liczba Poissona cL - prędkość rozchodzenia się fal podłużnych cT - prędkość rozchodzenia się fal poprzecznych cR - prędkość rozchodzenia się fal powierzchniowych
32 Własności akustyczne wybranych materiałówcL - prędkość rozchodzenia się fal podłużnych cT - prędkość rozchodzenia się fal poprzecznych z = ρ c z – akustyczna oporność falowa (impedancja akustyczna materiału) ρ – gęstość materiału Tablica 6.1, 182
33
34
35
36 Zastosowania ultradźwięków wg stosowanych częstotliwości
37 Personel wykonujący badania nieniszczące musi posiadać kwalifikacje odpowiedniego stopnia i we właściwym sektorze przemysłowym zgodnie z normą PN-EN 473. Szczegółowe wymogi dotyczące badań ultradźwiękowych zawarte są w normach dotyczących tych badań. · PN-EN :2001 "Badania nieniszczące - Terminologia - Część 4: Terminy stosowane w badaniach ultradźwiękowych" · PN-EN 583-1:2002 "Badania nieniszczące - Badania ultradźwiękowe - Część 1: Zasady ogólne" · PN-EN "Badania nieniszczące - Badania ultradźwiękowe-Cz.2: Nastawa czułości i zakresu obserwacji" · PN-EN 583-3:2000 "Badania nieniszczące - Badania ultradźwiękowe - Część 3: Technika przepuszczania" · PN-EN "Badania nieniszczące - Badania ultradźwiękowe-Cz.5: Charakteryzowanie i wymiarowanie nieciągłości" · PN-EN 1714:2002 "Spawalnictwo - Badania nieniszczące złączy spawanych - Ultradźwiękowe badania złączy spawanych" · PN-EN 1713 "Nieniszczące badania spoin - Badanie ultradźwiękowe - Charakterystyka niezgodności w spoinach" · PN-EN 1712:2001 "Badania nieniszczące złączy spawanych - Badania ultradźwiękowe złączy spawanych - Poziomy akceptacji" · PN-EN 10160:2001 "Badania ultradźwiękowe wyrobów stalowych płaskich grubości równej lub większej niż 6 mm ( metoda echa )" · PN-EN :2000 "Badania nieniszczące odkuwek stalowych - Badania ultradźwiękowe odkuwek ze stali ferrytycznych lub martenzytycznych" · PN-EN :2000 "Badania nieniszczące odkuwek stalowych - Badania ultradźwiękowe odkuwek ze stali nierdzewnych, austenitycznych i austenityczno-ferrytycznych" · PN-EN 27963:1993 "Połączenia spawane w stali - Wzorzec kontrolny nr 2 do ultradźwiękowych badań stali" · EN "Badania nieniszczące - Charakteryzowanie i weryfikacja aparatury ultradźwiękowej - Cz.1: Aparatura" · EN "Badania nieniszczące - Charakteryzowanie i wymiarowanie aparatury ultradźwiękowej - Cz.2: Głowice" EN "Badania nieniszczące - Charakteryzowanie i weryfikacja aparatury ultradźwiękowej - Cz.3: Aparatura kompletna"
38
39
40
41
42
43
44 Metoda magnetyczna
45 Metoda magnetyczna/proszkowapozwala na wykrycie najbardziej niebezpiecznych nieciągłości powierzchniowych i podpowierzchniowych: pęknięcia zmęczeniowe, kuźnicze, szlifierskie, hartownicze przyklejenia pęknięcia spawalnicze zawalcowania naderwania zakucia wtrącenia niemetaliczne (pęcherze)
46 Ujawnianie pola magnetycznego
47
48 Ujawnianie pola magnetycznego Oprócz metody proszkowej Użycie cewek ruchomych – strumieniomierzy Użycie hallotronów
49 Badanie prądami wirowymijest elektromagnetyczną metodą stosowaną do badania rurek ze wszystkich materiałów metalowych (stale nierdzewne wysokostopowe, metale kolorowe i ich stopy). Metoda prądów wirowych stosowana jest głównie do materiałów nie ferromagnetycznych w urządzeniach systemów cieplnych, instalacji chemicznych, bloków energetycznych. Metoda ta polega na magnesowaniu badanego elementu oraz wykrywaniu magnetycznego pola rozproszenia, pojawiającego się w miejscu występowania nieciągłości. Metoda ta ma zastosowanie jedynie względem obiektów wykonanych z materiałów ferromagnetycznych, obrabianych plastycznie, spawanych, obrabianych termicznie (np. poszycia statków, wały, osie, czopy, Metoda ta polega na magnesowaniu badanego elementu oraz wykrywaniu magnetycznego pola rozproszenia, pojawiającego się w miejscu występowania nieciągłości. Metoda ta ma zastosowanie jedynie względem obiektów wykonanych z materiałów ferromagnetycznych, obrabianych plastycznie, spawanych, obrabianych termicznie (np. poszycia statków, wały, osie, czopy, przekładnie zębate, itp.). W badaniach magnetyczno-proszkowych możliwe jest Metoda ta polega na magnesowaniu badanego elementu oraz wykrywaniu magnetycznego pola rozproszenia, pojawiającego się w miejscu występowania nieciągłości. Metoda ta ma zastosowanie jedynie względem obiektów wykonanych z materiałów ferromagnetycznych, obrabianych plastycznie, spawanych, obrabianych termicznie (np. poszycia statków, wały, osie, czopy, przekładnie zębate, itp.). W badaniach magnetyczno-proszkowych możliwe jest wykrywanie nieciągłości powierzchniowo otwartych oraz podpowierzchniowych do głębokości ok. 3 mm. wykrywanie nieciągłości powierzchniowo otwartych oraz podpowierzchniowych do głębokości ok. 3 mm. zębate, itp.). W badaniach magnetyczno-proszkowych możliwe jest wykrywanie nieciągłości powierzchniowo otwartych oraz podpowierzchniowych do głębokości ok. 3 mm.
50
51
52
53 Metoda prądów wirowychSystem pomiarowy
54 Metoda penetracyjna W badaniach wykorzystuje się zjawisko kapilarności. Stosuje się barwne lub fluorescencyjne zestawy badawcze (penetrant, zmywacz, wywoływacz). Metoda nie ma ograniczeń materiałowych - można wykryć nieciągłości w takich materiałach jak spieki, stale stopowe i niestopowe, aluminium, wszelkiego rodzaju ceramiki, itd.
55
56 Do badań penetracyjnych stosujemy preparaty już gotowe, wg norm i przepisów badania powinny to być środki atestowane. Zestaw badawczy składa się z: · penetranta, · zmywacza, · wywoływacza. Penetranty mogą być, barwne lub fluorescencyjne. Zmywacz jest to ciecz służąca do usuwania nadmiaru penetranta z badanej powierzchni, zmywaczem może być np. woda. Wywoływacz jest to substancja silnie chłonąca penetrant, nakładana jest po zmyciu nadmiaru penetranta.
57 Metody radiacyjne
58 Badania niszczące * badania na rozciąganie i zginanie materiałów orazzłączy spawanych * pomiary twardości * badania makroskopowe