Badania nieniszczące

Badania nieniszczące NDT

(ang. non-destructive testing)

Są grupą metod wykorzystywanych do sprawdzania jakości wyrobów przemysłowych, w tym złączy spawanych i odlewów, które nie powodują zmian ich własności użytkowych. Stanowią podstawowe narzędzie do kontroli produktów pod kątem występowania powierzchniowych i objętościowych nieciągłości spawalniczych, zarówno w trakcie procesów wytwórczych, jak również na dowolnym etapie eksploatacji. Rosnącą popularność badania nieniszczące zawdzięczają wszechstronności i mnogości możliwych aplikacji, dzięki czemu znajdują zastosowanie nie tylko we wspomnianej kontroli, lecz także w pomiarach grubości materiałów czy mapowaniu korozji.

Badania nieniszczące mają również ogromny wpływ na bezpieczeństwo użytkowników konstrukcji spawanych. Poprawnie przeprowadzona kontrola znacznie zmniejsza ryzyko wystąpienia katastrofy. Należy mieć na względzie, że w wielu przypadkach to właśnie złącza spawane są odpowiedzialne za przenoszenie największych obciążeń, stąd ich szczegółowe badania są w pełni uzasadnione.

Nieniszczące

Badania NDT

można podzielić na dwie podgrupy, czyli:

Objętościowe

Pozwalające wykryć uszkodzenia wewnątrz materiału lub wykonać pomiary jego grubości i badania twardości (badania radiograficzne oraz badania ultradźwiękowe).

Powierzchniowe

Wykrywające wady pojawiające się na powierzchni materiału lub na głębokości maksymalnie dwóch milimetrów (badania wizualne, badania penetracyjne, badania magnetyczno-proszkowe, badania prądami wirowymi).

Badania nieniszczące różnicuje się ze względu na procedurę i zastosowanie.

Do podstawowych metod należą badania wizualne, które umożliwiają kontrolę niezgodności powierzchniowych i są obligatoryjne dla każdej wykonanej spoiny, badania magnetyczno-proszkowe, stosowane do wykrywania nieciągłości wychodzących na powierzchnię i zatartych występujących w materiałach ferromagnetycznych, oraz badania penetracyjne, wykorzystywane w kontroli nieciągłości otwartych, wychodzących na powierzchnię, również w tworzywach paramagnetycznych. Odmienny typ stanowi metoda ultradźwiękowa mająca zastosowanie w badaniach objętościowych. Metoda ultradźwiękowa sprawdza się w wykrywaniu nieciągłości płaskich i określaniu ich głębokości, dzięki czemu jest powszechnie stosowana w energetyce i ciepłownictwie.

Ultradźwiękowe pomiary grubości

Ultradźwiękowe pomiary grubości polegają na pomiarze grubości obiektu przy wykorzystaniu podłużnych fal ultradźwiękowych i pomiarze czasu przejścia fali przez badany obiekt. 

Metoda pozwala na określenie grubości ścianek rur, rurociągów, zbiorników, płyt i blach, odlewów i innych wyrobów. Jest stosowana podczas procesów wytwarzania i eksploatacji w przypadkach, w których możliwy jest jednostronny dostęp do badanego obiektu. 

Ultradźwiękowym pomiarom grubości podlegają obiekty wykonane z metali, tworzyw sztucznych, szkła, gumy, włókien szklanych, materiałów kompozytowych i innych.

Ultradźwiękowe pomiary grubości polegają na pomiarze grubości obiektu przy wykorzystaniu podłużnych fal ultradźwiękowych i pomiarze czasu przejścia fali przez badany obiekt.

Metoda pozwala na określenie grubości ścianek rur, rurociągów, zbiorników, płyt i blach, odlewów i innych wyrobów. Jest stosowana podczas procesów wytwarzania i eksploatacji w przypadkach, w których możliwy jest jednostronny dostęp do badanego obiektu.

Ultradźwiękowym pomiarom grubości podlegają obiekty wykonane z metali, tworzyw sztucznych, szkła, gumy, włókien szklanych, materiałów kompozytowych i innych. 

Badania wizualne

(ang. non-destructive testing)

Badania wizualne (Visual Testing) to metoda pozwalająca wykryć nieciągłości występujące na zewnętrznej powierzchni obiektu badanego (metoda powierzchniowa) oraz na bezpośredniej ocenie ich charakteru i rozmiaru. Metoda wizualna jest najstarszą, znaną metodą badań nieniszczących i zawsze powinna być przeprowadzana jako pierwsza spośród wszystkich zaplanowanych do badań metod NDT.

Podstawowym nośnikiem informacji jest światło czyli fala elektromagnetyczna o określonej długości (380÷780nm), która pokonując drogę od powierzchni badanej do oka obserwatora, niesie ze sobą informację o stanie tego obiektu.

Ważnym aspektem badań wizualnych jest zachowanie odpowiednich parametrów badania, tzn. natężenie oświetlenia na powierzchni badanej musi wynosić min. 500 lx, kąt obserwacji nie może być mniejszy niż 30°, a odległość obserwatora od powierzchni nie może przekraczać 600mm.

Rozróżnia się badanie bezpośrednie i zdalne.

W celu określenia rozmiarów wykrytych niezgodności stosowane są zazwyczaj proste przyrządy pomiarowe – suwmiarki, głębokościomierze oraz spoinomierze. Czasami wykorzystywane są również specjalne wzorce porównawcze. W przypadku badań obszarów trudno dostępnych może być wymagane użycie dodatkowych narzędzi lub urządzeń, takich, jak lusterka inspekcyjne, boroskopy, endoskopy lub wideoendoskopy. Ocenę wskazań przeprowadza się według zadanych kryteriów (normy, specyfikacje).

Metoda VT ma zastosowanie do wszystkich materiałów, niezależnie od stanu ich powierzchni, struktury czy składu chemicznego.

Badania penetracyjne

(Penetrant Testing)

Badania penetracyjne (Penetrant Testing) to metoda pozwalająca wykryć nieciągłości występujące na zewnętrznej powierzchni obiektu badanego (metoda powierzchniowa) oraz na pośredniej ocenie ich charakteru i rozmiaru poprzez ocenę powstałego wskazania nieciągłości. Jest jedną z najstarszych, znanych metod badań nieniszczących.

Metoda bazuje na występowaniu zjawiska wnikania kapilarnego cieczy w wąskie szczeliny, np. braki ciągłości struktury materiału badanego, przy czym decydujące znaczenie ma tu szerokość samej szczeliny, zwilżalność materiału badanego, napięcie powierzchniowe cieczy (penetranta) oraz w dużej mierze czystość powierzchni obiektu badanego (nieciągłość musi być otwarta do powierzchni badanej).

Badanie składa się z kilku kolejnych etapów.

Należą do nich:

  • Czyszczenie wstępne czyli oczyszczenie i odtłuszczenie powierzchni w celu umożliwienia wniknięcia penetranta w ewentualne nieciągłości
  • Naniesienie penetranta na powierzchnię badaną poprzez natrysk, zanurzenie itp. oraz kontrolę zwilżalności powierzchni w czasie penetracji
  • Czyszczenie pośrednie czyli usunięcie nadmiaru penetranta z powierzchni zewnętrznej obiektu po czasie wnikania
  • Wywołanie czyli naniesienie na powierzchnię badaną warstwy wywoływacza, którego zasadnicza funkcja polega na ujawnieniu potencjalnych miejsc występowania nieciągłości
  • Ocena powstałych wskazań

Ważnymi aspektami są czas trwania poszczególnych etapów, temperatura, w jakiej są przeprowadzane, oraz technika ich wykonania. Parametry te podają odpowiednie przepisy badawcze.

Badanie penetracyjne PT można realizować techniką barwną (obserwacja wskazań w świetle białym) oraz techniką fluorescencyjną (obserwacja wskazań w świetle UV). W obu przypadkach muszą zostać zachowane odpowiednie wymagania odnośnie warunków obserwacji wskazań (warunki oświetlenia powierzchni badanej).

Wynikiem badania penetracyjnego jest wskazanie, które ma charakter liniowy lub nieliniowy, a jego ocenę przeprowadza się według zadanych kryteriów (normy, specyfikacje).

Metoda ma zastosowanie do szerokiego zakresu materiałów metalowych (w tym aluminium, stali austenitycznych, tytanu itp.) oraz niemetalowych, np. tworzyw sztucznych, ceramiki (za wyjątkiem materiałów o znacznej porowatości).

Badania magnetyczno proszkowe

(Magnetic Testing)

Badania magnetyczno-proszkowe (Magnetic Testing) to metoda pozwalająca wykryć nieciągłości występujące na zewnętrznej powierzchni obiektu badanego lub bezpośrednio pod nią (metoda powierzchniowa) oraz na pośredniej ocenie ich charakteru i rozmiaru poprzez ocenę powstałego wskazania nieciągłości. Metoda magnetyczno-proszkowa jest jedną z podstawowych metod badań nieniszczących, bazującą na zastosowaniu w obiekcie badanym pola magnetycznego, którego występowanie umożliwia wykrycie nieciągłości oraz oszacowanie ich rozmiaru.

Badanie polega na magnesowaniu materiału polem magnetycznym (stałym lub zmiennym) przy pomocy odpowiednich urządzeń. W trakcie magnesowania w miejscach występowania nieciągłości materiałowych pojawia się tzw. strumień rozproszenia pola magnetycznego. W celu jego ujawnienia na powierzchnię obiektu nanosi się specjalne proszki lub zawiesiny detekcyjne, których aktywne drobiny zbierają się w miejscach występowania strumienia, tworząc tzw. pryzmę proszku (wskazanie o charakterze liniowym bądź nieliniowym). Ocenę wskazań przeprowadza się według zadanych kryteriów (normy, specyfikacje).

Techniki badań

Badanie magnetyczno-proszkowe MT można realizować techniką niefluorescencyjną (obserwacja wskazań w świetle białym) oraz techniką fluorescencyjną (obserwacja wskazań w świetle UV). W obu przypadkach muszą zostać zachowane odpowiednie wymagania odnośnie warunków obserwacji wskazań (warunki oświetlenia powierzchni badanej).

Niewątpliwą zaletą w odniesieniu do badań penetracyjnych czy wizualnych jest możliwość przeprowadzenia badań obiektów posiadających powłoki nieferromagnetyczne z zastrzeżeniem, że wraz ze wzrostem grubości powłoki maleje czułość metody (maksymalną, dopuszczalną grubość powłoki regulują odpowiednie przepisy i wynosi ona najczęściej 50µm).

Metoda, choć szeroko stosowana w przemyśle, zarówno na etapie wytwarzania, jak również eksploatacji urządzeń, posiada stosunkowo duże ograniczenie polegające na możliwości jej zastosowania wyłącznie do badania materiałów ferromagnetycznych (magnesujących się). Czystość i chropowatość powierzchni badanej nie wpływa aż tak intensywnie na wynik badania jak w przypadku metody penetracyjnej, ale jest również bardzo ważnym czynnikiem decydującym o czułości metody.