metody badań eksperymentalnych cz.2

Metody Badań Eksperymentalnych cz.2

Metody Badań Nieniszczących

dr. inż. Marek Chmielewski

GG p. 7 (niski parter) Egzamin?

Definicja badań nieniszczących

NDT- nondestructive testing

NDI - nondestructive inspection

NDE - nondestructive examination

- nondestructive evaluation

Nieniszcząca ocena właściwości materiałów

Definicja badań nieniszczących

Badanie nieniszczące to postępowanie, w wyniku którego uzyskuje się informację o wystepowaniu nieciągłości materiałów w obiektach, o właściwościach materiałów obiektów badanych i wymiarach obiektów, bez naruszenia ciągłości ich makrostruktury i mikrostruktury oraz powodowania zmian lub wpływania na ich właściwości i użytkowe.

Badania Nieniszczące

Obiekty badań nieniszczącychCele prowadzenia badań nieniszczącychTypowe wielkości określane dla badań nieniszczącychZjawiska fizyczne wykorzystywane w dziedzinie badań nieniszczącychPrzegląd metod badań nieniszczących

Przegląd metod badań nieniszczących

1. Nieniszczące metody wykrywania wad typu nieciągłości

1.1. Metoda radiograficzna 1.2. Metoda optyczna endoskopowa, wziernikowa 1.3. Metoda magnetyczna - pole rozproszone 1.4. Metoda ultradźwiękowa 1.5. Metoda prądów wirowych 1.6. Metoda emisji akustycznej 1.7. Metody inne

Przegląd metod badań nieniszczących

2. Nieniszczące metody badania jakości materiałów

2.1. Metoda radiograficzna (dyfraktometria) 2.2. Metoda ultradźwiękowa 2.3. Metoda elektromagnetyczna 2.4. Metoda spektroskopii mechanicznej

2.5. Metody pomiaru twardości.

Przegląd metod badań nieniszczących

3. Nieniszczące metody pomiaru naprężeń własnych

3.1. Metoda rentgenograficzna 3.2. Metoda neutronograficzna 3.3. Metoda ultradźwiękowa 3.4. Metody magnetyczne

Literatura

1. J. Deputat; Nieniszczące metody badania własności materiałów, Biuro Gamma, Warszawa, 1997.

2. Badania metodami nieniszczącymi; Koli, Gdańsk, 1991. 3. T. Piech; Badania magnetyczne, Biuro Gamma, Warszawa, 1998. 4. Badania mechanicznych właściwości materiałów i konstrukcji, IPPT,

SEM, Biuro Gamma, Zakopane, 1996 5. Handbook of measurements of residual stresses; ed. J. Lu; The Fairmont

Press, 1996. 6. A. Śliwiński; Ultradźwięki i ich zastosowanie; WNT, Warszawa, 1993. 7. Anna Lewińska-Romicka Badania Nieniszczące Podstawy defektoskopii

WNT Warszawa 2001

Obiekty badań nieniszczących

W technice, w badaniach i diagnostyce Materiałów do produkcji, półproduktów, wyrobów

gotowych, połączeń i konstrukcji Obiektów naziemnych, podziemnych i

podmorskich Elementów oraz podzespołów maszyn i urządzeń Elementów oraz podzespołów samolotów i

statków Elementów i podzespołów rakiet kosmicznych Elementów broni, pocisków itd.

Obiekty badań nieniszczących

W ochronie antyterrorystycznej

W kryminalistyce (narkotyki, fałszerstw)

W diagnostyce medycznej

W badaniach archeologicznych

W badaniach i konserwacji dzieł sztuki

W ochronie środowiska

Cele prowadzenie badań nieniszczących

Cele bezpośrednie Ocenę stanu makrostruktury i mikrostruktury

materiału, tzn. analizę stanu materiału, dokonywaną przez

Wykrycie Rozpoznanie Opis nieciągłości makrostruktury i opis anomalii

mikrostruktury Pomiar wielkości geometrycznych Pomiar użytkowych własności materiałów Sterowanie procesami produkcyjnymi

Cele prowadzenie badań nieniszczących

Do celów odległych, przyszłościowych Ryzyka pęknięcia Trwałości elementu Technologicznej i eksploatacyjnej przydatności

materiału

Zapewnienie bezpieczeństwa ludziomZapobiegania Stratom ludzkim Stratom materialnym Katastrofom ekologicznym

Miejsce badań nieniszczącychMateriały wyjściowe do produkcji

Badania NieniszcząceProcedury Badań Kryteria akceptacji

Akceptacja

Przetwarzanie

Produkty gotowe

Naprawa

Przekwalifikowanie

Złomowanie

Brak Akceptacji

Miejsce badań nieniszczącychProdukty gotowe

Badania NieniszcząceProcedury Badań Kryteria akceptacji

Akceptacja

Przetwarzanie

Procesy eksploatacji

Naprawa

Przekwalifikowanie

Złomowanie

Brak Akceptacji

Miejsce badań nieniszczącychProcesy eksploatacji

Badania Nieniszczące DiagnostyczneProcedury Badań Kryteria akceptacji

Akceptacja

Akceptacja do użytku aa pewien czas

Naprawa

Złomowanie

Brak Akceptacji

Ocena wyników badań nieniszczących

Poznanie technologii wykonywania obiektów

Poznanie procesów eksploatacji obiektów

Poznanie i opis nieciągłości w obiektach na skutek nieprawidłowości procesów wytwarzania

Poznanie i opis uszkodzeń pojawiających się w obiektach podczas eksploatacji obiektów

Dobór metody (metod) badania

Dobór aparatury do kontroli, jeśli zastosowanie wybranej metody wymaga użycia aparatury

Ocena wyników badań nieniszczących

Dobór preparatów do kontroliOkreślenie oczekiwanej, możliwej do osiągnięcia, informacji, jaka ma być/będzie uzyskana w wyniku prowadzenia badańDobór wzorcówOkreślenie sposobów rejestracji wykrytych nieciągłościOkreślenie sposobów oceny zarejestrowanych nieciągłościzapoznanie się z normami i innymi przepisami, dotyczącymi m. In. Metod i procedur badania obiektów poszczególnych klas, klasyfikacji wadliwości obiektów/akceptacji obiektów, ze względu na szkodliwość nieciągłości obiektów, w kontekście kryteriów dopuszczalności do pracy (bądź do dalszej pracy)

Ocena wyników badań nieniszczących

Wybór poziomu czułości badania

Poznanie wymagań w odniesieniu do poziomu jakości obiektów

Określenie zasad klasyfikacji (wadliwości)/akceptacji obiektów

Badania nieniszczące a widmo energetyczne

LpMetoda Badań nieniszczących

Zakres widma częstotliwości

Zakres częstotliwości wg podziału pasma widma Hz

1 Metoda MagnetycznaPoddźwiękowy i zakres

akustyczny

Pola stałe i pola zmienne najczęściej

50Hz do 6 kHz

2 Emisja Akustyczna Zakres akustyczny 20Hz-20kHz

3 Metoda Ultradźwiękowa Ultradźwięki 20kHz do 100MHz

4Metoda Prądów

Wirowych

Zakres akustyczny i fale radiowe 3Hz do 120 MHz

Wysokie częstotliwości 54MHz do 470MHz

Bardzo wysokie częstotliwości 470MHz do 13GHz

Mikrofale 10GHz do 1THz

LpMetoda Badań nieniszczących

Zakres widma częstotliwości

Zakres częstotliwości wg podziału pasma widma Hz

5Termografia w podczerwieni

Promieniowanie podczerwone 1012Hz do 4*1014Hz

6Badania wizualne i

metoda penetracyjnaŚwiatło widzialne 4*1014 do 8*1014Hz

7Metoda penetracyjna i metoda magnetyczna

Promieniowanie ultrafioletowe 8*1014 do 5*1016Hz

8 Metoda radiologiczna

Miękkie promieniowanie X 5*1016 do 3*1016Hz

Przemysłowe zastosowania

Promieniowanie X i 1017 do 3*1021Hz

Zakres zastosowań głównych metod badań nieniszczących

Metoda badań Metoda RadiologicznaZasada

wykrywalnościWprowadzanie promieniowania X i GAMMA. Otrzymywanie obrazu w postaci cienia w kierunku rozchodzenia się promieniowania. Rejestracja na błonach radiograficznych i rejestracja komputerowa. Dyfrakcja na sieci krystalicznej

Zastosowania Wykrywanie nieciągłości wprowadzanych w procesie wytwarzania i podczas eksploatacji obiektów. Badania i diagnostyka złączy spawanych oraz odlewów. Określanie naprężeń powierzchniowych

Ograniczenia Możliwość wykrywania nieciągłości korzystnie zorientowanych względem wiązki fal. Czułość wykrywania nieciągłości (0,5%– 2%) grubości materiału. Ograniczona grubość obiektów. Niebezpieczeństwo napromieniowania. Naprężenia tylko dla kilu warstw atomowych

Zalety Wizualna ocena zobrazowań nieciągłości. Zobrazowanie nieciągłości w widoku zgodnym z kierunkiem promieniowania na radiogramach

Materiały badane

Wszystkie metale i ich stopy, niemetale, żywność, wykrywanie obcych obiektów.

Rodzaje wykrywanych nieciągłości

Wykrywanie nieciągłości przestrzennych, pęcherzy, pozostałości jamy skurczowej, oraz płaskich pęknięć skurczowych, wtrąceń braki przetopów - w złączach spawanych, wykrywanie nieciągłości odlewów, pęcherzy, pęknięć skurczowych. Wykrywanie i ocena zmian grubości obiektów i grubości powłok

Metoda badań Metoda Ultradźwiękowa

Zasada wykrywalności

Wprowadzanie fal ultradźwiękowych. Fale są odbijane przez nieciągłości, uginane i rozpraszane na krawędziach nieciągłości

Zastosowania Wykrywanie, w zależności od rodzaju fal, nieciągłości wewnętrznych i powierzchniowych, pomiary grubości, wykrywanie braku przyczepności we wszelkiego rodzaju połączeniach i spoin.

Ograniczenia Możliwość wykrywania nieciągłości korzystnie zorientowanych względem wiązki fal. Konieczność stosowania bardzo dobrych, powtarzalnych sprzężeń akustycznych (jakość powierzchni)

Zalety Możliwość wykrywania nieciągłości o średnicy porównywalnej lub większej od długości fali. Możliwość pomiaru grubości obiektów, przy dostępie jednostronnym.

Materiały badane

Wszystkie metale i ich stopy, niemetale (tworzywa sztuczne, ceramika, szkło guma, beton)

Rodzaje wykrywanych nieciągłości

Nieciągłości płaskie oraz przestrzenne. Pęknięcia wewnętrzne zewnętrzne i powierzchniowe, wtrącenia i pozostałości jamy usadowej, rozwarstwienia w obiektach. Nieciągłości obiektów złącz spawanych: przyklejenia pęknięcia braki przetopu wtrącenie pęcherze itp..

Metoda badań Badania Wizualne

Zasada wykrywalności

Obserwacja okiem nieuzbrojonym, za pomocą lup oraz urządzeń do zdalnej obserwacji, endoskopów: boroskopów i fibroskopów

Zastosowania Wykrywanie nieciągłości na dostępnych i niedostępnych powierzchniach

Ograniczenia Wykrywanie jedynie nieciągłości powierzchniowych. Brak możliwości wykrywania nieciągłości zaciśniętych

Zalety Prostota i niski koszt prowadzenia badań wizualnych. Możliwość obserwacji powierzchni trudno dostępnych; przy małych średnicach sond endoskopowych

Materiały badane

Wszystkie materiały

Rodzaje wykrywanych nieciągłości

Wszelkie nieciągłości powierzchniowe np.. Pęknięcia i wżery korozyjne, wykrywanie przedmiotów podczas przemytu.

Metoda badań Metoda Penetracyjna

Zasada wykrywalności

Wnikanie cieczy – penetrantów barwnych i fluorescencyjnych – do nieciągłości. Stosowanie wywoływaczy i ewentualnie emulgatorów

Zastosowania Wykrywanie nieciągłości powierzchniowych

Ograniczenia Wykrywanie tylko nieciągłości powierzchniowych otwartych. Powierzchnia gładka.

Zalety Prostota i niski koszt prowadzenia badań. Możliwość kontroli, w jednej operacji obiektów o skomplikowanym kształcie

Materiały badane

Wszystkie metale i ich stopy, niemetale

Rodzaje wykrywanych nieciągłości

Pęknięcia produkcyjne i pęknięcia eksploatacyjne

Metoda badań Metoda Magnetyczna

Zasada wykrywalności

Magnesowanie obiektów stałym, przemiennym polem magnetycznym. Wykrywanie zmiany strumienia magnetycznego: proszki magnetyczne przetworniki indukcyjnościowe (efekt Faradaya)

Zastosowania Wykrywanie nieciągłości powierzchniowych i podpowierzchniowych w obiektach z materiałów ferromagnetycznych. Pomiar naprężeń i jakości materiałów

Ograniczenia Brak możliwości zastosowania dla materiałów niemagnetycznych.

Naprężenia tylko na powierzchni

Zalety Prostota prowadzenia badań metodami magnetycznymi.

Nieduże wymagania dotyczące stanu powierzchni

Materiały badane

Stale ferromagnetyczne, nikiel kobalt

Rodzaje wykrywanych nieciągłości

Wykrywanie nieciągłości powierzchniowych: pęknięć i nieciągłości podpowierzchniowych. Pomiar jakości materiału powierzchni oraz stanu naprężeń.

Metoda badań Metoda Prądów Wirowych

Zasada wykrywalności

Indukowanie prądów wirowych pod wpływem zmiennego pola magnetycznego. Pomiar impedancji lub napięcia zespolonego

Zastosowania Zautomatyzowane badania półproduktów gotowych – podczas procesów wytwarzania, diagnostyka ręczna i zautomatyzowania w procesach eksploatacji

Ograniczenia Brak możliwości zastosowania do materiałów nieprzewodzących prądu elektrycznego

Zalety Możliwość prowadzenia badań obiektów z dużą prędkością

Materiały badane

Tylko materiały przewodzące prąd elektryczny

Rodzaje wykrywanych nieciągłości

Wykrywanie nieciągłości powierzchniowych: pęknięć i nieciągłości podpowierzchniowych( głębokość kilku milimetrów). Pomiary wymiarów, przewodności elektrycznej itp..

Nieciągłości Obiektów

Nieciągłości materiałowe Pęknięcia, przyklejenia, zawalcowania,

rozwarstwienia, pęcherze, ubytki korozyjne

Nieciągłości strukturalne Karby strukturalne, odmienna od nominalnej

twardość, miękkie plamy

Nieciągłości geometryczne Zmiany wymiarów i nieprawidłowy kształt obiektu

oraz nieciągłości powierzchni

Nieciągłości Obiektów

Podziały1. nieciągłości istotne

2. nieciągłości nieistotne

Nieciągłości istotne mogą1. Występować w materiałach wyjściowych do

produkcji

2. Być wprowadzone podczas procesów wytwarzania

3. Powstawać podczas eksploatacji

Nieciągłości Obiektów

Ze względu na położenie w obiektach- Nieciągłości powierzchniowe- Nieciągłości podpowierzchniowe- Nieciągłości wewnętrzne

Ze względu na charakter nieciągłości- Nieciągłości płaskie- Nieciągłości przestrzenne (objętościowe)

Jak badać różne typy nieciągłości

Nieciągłości objętościoweMetoda radiologicznaMetoda ultradźwiękowa

Badania nieciągłości powierzchniowychBadania wizualizacyjneMetody magnetyczneMetody penetracyjneMetoda prądów wirowych

Przykłady nieciągłości obiektów

Rury i zębatki sprężyny itp..

Metoda radiologiczna

Najnowsze trendy wykorzystania tomografii komputerowej wykorzystującej promieniowanie Roentgena

32Krajowa Konferencja Badań Nieniszczących

Prezentacja programu Microsoft PowerPoin

Nowoczesna aparatura

przeznaczona do badań

nieniszczących