smentes Roncsolásmentes BME, Anyagtudomány

Átírás

1 Klasszikus roncsolásmentes smentes anyagvizsgálatok (NDT) Hibakereső vizsgálatok Roncsolásmentes smentes anyagvizsgálat tárgy t Dr. MészM száros István BME, Anyagtudomány és s Technológia Tanszék Technológiai hibák Öntési és hegesztési hibák (zsugorodási repedések, repedések, gázzárványok, salakzárványok) Képlékenyalakítás okozta hibák (pl. rálapolódások, felszakadások) Hőkezeléskor kialakuló hibák (pl. edzési repedések) Forgácsolás során képződő hibák (pl. köszörülési repedés). Néhány jellegzetes technológiai hiba képét mutatjuk be a továbbiakban. 2 Gázzárványok 3 1

2 Kristályosodási repedés 4 Képlékenyalakítás okozta repedés 5 Üzemközbeni tönkremenetelek Fáradás okozta repedések Korróziós és feszültségkorróziós repedések Kúszásos károsodások. Néhány jellegzetes üzemelési hiba képét láthatjuk a következőkben. 6 2

3 Fáradásos repedések 7 Kúszási üregsor 8 Szemcsehatár-menti korrózió 9 3

4 A hibák két nagy csoportba sorolhatók Térfogati hibák 3D Gázzárvány: Kötéshibák: Hidegrepedés: Felületszerű hibák 2D Salakzárvány: Teraszos repedés: Kristályosodási repedés: 10 A hibakimutatás lehetőségei Alapelv: A hiba hatására annak környezetében megváltozik az anyag valamely fizikai (optikai, mágneses, villamos, stb.) jellemzője. Olyan információ hordozót (pl. mechanikai rezgések, elektromágneses sugárzások) kell választani, amelynek változásából egyértelműen lehet következtetni a hiba jellemzőire. 11 Követelmény a vizsgálati eljárással szemben Gyorsaság, megbízhatóság, Egyszerűség (helyszíni elvégezhetőség), Ne legyen környezetszennyező (biztonságtechnika), Minimális felület előkészítés, Dokumentálhatóság. 12 4

5 A vizsgálati módszer kiválasztása Szempontok: a vizsgált darab anyaga, mérete, geometriai viszonyai, a feltételezhető hiba helye, mérete, a kimutatás pontossága, a dokumentálhatóság. 13 Legfontosabb hagyományos roncsolásmentes vizsgálati technikák Szemrevételezéses (szabad szemmel, mikroszkóppal, endoszkóppal) Festékpenetrációs vizsgálat Ultrahangos vizsgálat Radiográfiai vizsgálatok Röntgen vizsgálat (átvilágító, diffrakciós) Izotópos vizsgálat Mágneses repedésvizsgálat Örvényáramú vizsgálat 14 Alapszabály Univerzális hibakereső vizsgálati eljárás nincs! 15 5

6 Szemrevételezés = Vizuális vizsgálat Mérési elv: látható fényben a hibák érzékelése. Alkalmazhatóság: csak felületre kijutó hibák (repedések, porozitások, felületi hibák, felszakadások, beszívódások stb.) kimutatására alkalmas. Előnyök/hátrányok: gyors, egyszerű, olcsó, szakértelmet nem igényel de szubjektív, nehezen dokumentálható. 16 A vizuális vizsgálat kiterjesztése Az emberi szem érzékelő képességének javítása nagyítókkal, megvilágító eszközökkel Belső felületek (tartályok, csövek, palackok) hibáihoz műszerezett vizuális vizsgálatok Használt műszerek: boroszkópok, endoszkópok, fiberszkópok, videoszkópok (lásd még a gyógyászati alkalmazásokat is) Merev és hajlékony kivitelek, összeépített megvilágító és megfigyelő egységek, optikai kábelek. 17 VT eszközök endoszkóp nagyító TV-kamera 18 6

7 Merevszáras endoszkópok (boroszkóp) Nehezen megközelíthető helyeken: Olcsó, vizuális vizsgálóeszköz Üvegszálas endoszkópok (fibrescope) Ahova a merevszáras endoszkóppal nem férünk oda, ott használhatók az üvegszálas endoszkópok. 21 7

8 22 Folyadékbehatolásos (penetrációs) eljárások Mérési elv: a kis felületi feszültségű (kapillár - aktív) folyadék behatol a felületre nyitott repedésbe, majd kiszivárog onnan és kirajzolja a hiba alakját (a repedés mélysége és szélessége nem mérhető) Alkalmazhatóság: csak felületre kijutó hibák, repedések kimutatására Kivitelezés: felület tisztítás, jelzőfolyadék felvitel, felesleg eltávolítás, előhívó anyag felvitel, hibakimutatás. 23 A penetrációs vizsgálat végrehajtása 24 8

9 A repedés kimutatása 25 behatoló folyadék PT eszközök vizsgálat (UV megvilágításban) előhívás 26 Penetrációs repedésvizsgálat fluoreszcens behatolószerrel Az alkalmazás és a vizsgálat menete megegyezik a színes behatolószeres eljáráséval, itt azonban a közbenső tisztítás alatt UV-lámpával ellenőrizni kell a felületet a felesleges fluoreszcens behatolószer tökéletes eltávolítása céljából. A felület ellenőrzése UVfénnyel történik, a hibahelyek fluoreszkáló jelek formájában jelentkeznek. 27 9

10 28 A penetrációs vizsgálat előnyei, alkalmazási korlátok Előnyök: egyszerű, anyagminőség nem korlátoz, olcsó. Alkalmazási korlátok: porózus felületnél nehezen alkalmazható, igényes felülettisztítás szükséges, környezetszennyező, utótisztítás elengedhetetlen. Felhasznált eszközök: előhívók, tisztítók, kontrasztanyagok. 29 Akusztikus emissziós s vizsgálat (AT) Fizikai elv: energia kibocsátás rugalmas hullámok formájában az anyag meghatározott pontjaiból szerkezet globális vizsgálata Akusztikus emisszió forrásai: diszlokáció mozgások repedés keletkezés és terjedés fázisátalakulás, ikresedés képlékeny deformáció 30 10

11 Akusztikus emisszió ZAJFORRÁSOK: ALAKVÁLTOZÁS REPEDÉSTERJEDÉS TÖRÉS SZIVÁRGÁS»Surlódási»Töltési»Mechanikai zaj 31 AT érzékelők k elhelyezése 32 Akusztikus emisszió (1) egyike a ritka hazai fejlesztéseknek K+F az atomenergia biztonságos alkalmazására Defectophone, a hordozható készülék Autóbuszba épített 32-csatornás készülék (mobil) 33 11

12 Akusztikus emisszió (2) az első mérési összeállítás, 1978 Partnerek: KFKI, VASKUT, ERŐKAR és a jelenlegi: Sensophone, 2009 óta 34 Az akusztikus emisszió eszközei 35 Mágneses repedés vizsgálat Mérési elv: a hibák az anyagban létrehozott mágneses tér erővonalait eltérítik, az így kialakuló szórt fluxust a felületre felvitt ferromágneses por sűrűsödése jelzi. Alkalmazhatóság: csak ferromágneses anyagok felületi vagy felület közeli hibáihoz Előnyök / hátrányok: egyszerűség, nagy érzékenység (0,001 mm széles hiba kimutatás), de korlátozott az anyagminőség és lemágnesezést igényel a vizsgálat után

13 A vizsgálat elve A mágneses tér iránya befolyásolja a hiba kimutathatóságát Erővonalakra merőleges hibák kimutatására! Vizsgálóberendezések Hosszirányú mágneses tér Keresztirányú mágneses tér 39 13

14 1. A mágneses tér gerjesztése szerint (van-e gerjesztés a vizsgálat alatt vagy nincs) folytonos remanens eljárás 2. A mágnesező áram fajtája szerint egyenáramú váltóáramú együtemű (félhullámú) impulzusos(áramlökés) 3. A mágneses tér jellege szerint körkörös (gyűrűs) hosszanti (sarok) párhuzamos spirál vagy torz mezejű 40 A mágneses vizsgálat végrehajtása A darab felfogása A mágnesező készülék bekapcsolása A mágnesporos szuszpenzió egyenletes felszórása Várakozás (kb. 5 másodperc) Minősítés (fekete mágnespor-szuszpenzió esetén szabad szemmel, fluoreszcens mágnespor szuszpenzió esetén UV sugárzással) Mágnesezhető, ferromágneses darabok és hegesztési varratok vizsgálatára. 41 A vizsgálat hordozható eszközei Járom-mágnes és alkalmazásai: 42 14

15 43 Mágnesező készülékek 44 A hibakimutatás segédanyagai Mágnesporos szuszpenziók: a felületvizsgálat céljából felmágnesezett alkatrész vagy szerkezeti elem felületére felszórt fekete színű, vagy narancs színben fluoreszkáló mágnesporos szuszpenziók 45 15

16

17 49 Örvényáramú vizsgálat Mérési elv: örvényáramok mágneses tere és az örvényáramot keltő primer mágneses tér kölcsönhatása a hibák következtében megváltozik. Érzékeny: a permeabilitás és/vagy vezetőképesség változására Alkalmazhatóság: csak villamosan vezető anyagoknál a felületi és felület közeli hibák kimutatására, valamint az anyagjellemzők változásának érzékelésére Kivitelezés: gyűrűtekercses és tapintó tekercses megoldások. 50 A vizsgálat elve 51 17

18 Impedancia változást detektáló Távolteres Vezetőképesség, permeabilitás, lift-off jelek 52 Fajlagos vezetőképesség értékeinek forrása: [16] Vizsgált anyagok Cu Al Sn Pb Ti X5CrNi18-10 Fajlagos vezetőképesség értéke 20 C-on [S/m] 5,96E+07 3,50E+07 9,17E+06 4,55E+06 2,38E+06 1,45E+06 Elméleti behatolási mélység 200 khz frekvencián [mm] 0, , , , , , ET alkalmazás Hőcserélők csövei gőzfejlesztő kondenzátor Tőcsavarok Menetes fészkek Turbina lapátok Egyéb felületek (repülőgép részek) 54 18

19 ET tekercsek (szondák) 55 ET eredmény megjelenítése

20 ábra Abszolút szonda elrendezése, és egy repedés mért jelalakja Forrás: [14] 3.5. ábra Differenciális szonda elrendezése, és egy repedés mért jelalakja Forrás: [14] 60 20

21 Abszolút (a) és differenciál (b) elrendezésű szonda mért jelei azonos hibák esetén

22 3.1. táblázat Abszolút és differenciál kapcsolás előnyei és hátrányai Forrás: [11] Abszolút Folyamatos és hirtelen változó hibákat egyaránt kijelez Összetett jelek könnyen értelmezhetők A hibát teljes hosszában kijelzi Hőmérsékletváltozásra érzékeny A szonda elmozdulásra, rezgésre érzékeny Alapanyag inhomogenitásra érzékeny Mérőtekercsek Előnyök Hátrányok Differenciál Hőmérsékletváltozásra érzéketlen Szondarezgésekre érzéketlen Alapanyag inhomogenitásra érzéketlen Fokozatosan változó hibákra érzéketlen Hosszú hibáknak csupán a széleit érzékeli Nehezebben értelmezhető vektorábrát ad ábra Villástekercs G: gerjesztőtekercs, M: mérőtekercs; V: vizsgált tárgy Forrás: [1] ábra Távolteres eljárás zónáinak szemléltetése Forrás: [31] 4.7. ábra Szabványos ferromágneses anyagú etalon 66 22

23 67 68 Az örvényáramú vizsgálat előnyei, korlátai A vizsgálat előnyei: érintkezés mentes mérés, nincs előkészítés és utólagos tisztítás, jól automatizálható, tömeges mérésre alkalmas. A vizsgálat korlátai: csak a felület közeli tartományokra jó, jelképzés sok paraméter függvénye, kiértékelés szakembert kíván (hibátlan etalon is kell)

24 Ultrahangos vizsgálat Mérési elv: a vizsgált anyagban terjedő nyomáshullámok útjába kerülő hibák megváltoztatják a hullámterjedés viszonyait α α β Alkalmazhatóság: síkszerű (kétdimenziós) hibák repedések, rétegződések kimutatására előnyös, térfogati hibák kimutatása nehezebb. 70 Ultrahang jellemzői: frekvenciája (16 khz MHz), módusa, előállítása (piezoelektromos gerjesztéssel vagy magnetostrikciós gerjesztéssel), terjedése és reflexiója sebessége 71 Rezgési módusok Longitudinális Tranzverzális hullámterjedés 72 24

25 A longitudinális hullám terjedési sebessége: A tranzverzális hullám terjedési sebessége: ahol: E a rugalmassági modulus ρ a sűrűség ν a Poisson szám 73 Anyag Ötvözetlen alumínium Ötvözetlen kis karbontartalmú acél Ausztenites acél Lemezgrafitos öntöttvas Gömbgrafitos öntöttvas Jég Víz (20C -os) Levegő Longitudinális hullám terjedési sebessége (m/sec) kb Tranzverzális hullám terjedési sebessége (m/sec) v = λ.f Egy meghatározott anyagnál a hangsebesség adott, tehát a hullámhosszúságot csak a frekvenciával befolyásolhatjuk. A hullámhosszúság ismerete lényeges, mert ultrahanggal csak λ/2 esetleg ideális esetben λ/3 nagyságú hibák mutathatók ki

26 Merőleges beesés esetén az ultrahang 100%-ban visszaverődik az acélfelületről ha nem alkalmazunk csatoló anyagot. (5.12. a. ábra). A csatoló közeg lehet víz, vagy olaj esetleg speciális paszta. Csatoló közeg alkalmazása esetén a longitudinális hanghullám belép az acélba.(b. ábra) Az ultrahang viselkedése határfelületen A ferdén beeső longitudinális hanghullám egyrészt visszaverődik a felületről, másrészt ha a határfelület áteresztő, megtörik és felhasad.(c. ábra) A felhasadás következtében a longitudinális hullám mellett tranzverzális hullámot is kapunk. A két hullámfajta eltérő sebessége miatt a beesési szöget úgy kell megválasztani, hogy csak az egyik, jelen esetben a tranzverzális hullám léphessen be a darabba. 76 Ultrahang vizsgálófej felépítése 77 Átsugárzásos vizsgálat 78 26

27 Véglapreflexiós módszer 79 Hitelesítés etalonnal 80 Vájat reflexiós jele 81 27

28 Szögfej használata 82 Falvastagságmérő berendezés 83 UT készk szülékek hordozható készülék vizsgálófej 84 28

29 Radiológiai vizsgálatok Mérési elv: Az alkalmazott röntgen-, gamma- vagy neutronsugárzás intenzitása a vizsgált tárgyon áthaladva az átsugárzott vastagságtól függően megváltozik. Alkalmazhatóság: Térfogati (háromdimenziós) anyaghibák (üregek, zárványok) kimutatása egyszerűbb, síkszerű hibák (pl. repedés) kimutatása nehezebb. Ha biztosak akarunk lenni, hogy nincs síkszerű hiba, akkor ultrahangvizsgálatot is alkalmazni kell. RADIOSZKÓPIA RADIOGRÁFIA 85 A röntgenvizsgálat elve

30 A sugárzás gyengülése I 1 = I 0 e µ d µ = µ' + σ µ - gyengülési együttható µ' - elnyelési együttható σ - röntgensugarak szóródási együtthatója µ' = c.ρ.λ 3.z 3 c konstans, ρ - sűrűség λ - sugárzás hullámhossza, z az anyag rendszáma 88 A hibakimutatás növelése I 2 = I 0 e µ ( d x) K = I I 2 1 = e µ x A nagyobb intenzitás különbség, jobb hibakimutatást tesz lehetővé: µ' = c.ρ.λ 3.z 3 λ nő, jobb hibakimutatás 89 Az életlenségek csökkentése Képélesség alakulása, képminőség ellenőrzése huzalsorral - Belső életlenség (filmanyagtól függő) - Külső életlenség (fókusz geometriától függő életlenség) 90 30

31 Etalon huzalsor A hibaméret meghatározására Szabványos R10-es számsor: 1 : 3,2 mm 2 : 2,5 3 : 2,0 4 : 1,6 5 : 1,25 6 : 1,0 7 : 0,8 8 : 0,64 9 : 0,5 10: 0,4 11: 0,32 12: 0,25 13: 0,2 14: 0,16 15: 0,125 16: 0,1 91 A röntgenvizsgálat végrehajtása

32 94 95 RT tomográfia Röntgen forrás manipulátor sík detektor megjelenítés 96 32

33 A röntgenvizsgálat előnyei és korlátai A vizsgálat nyújtotta előnyök: 3D hibák pontos felderítése, dokumentálhatóság, felületi előkészítés nem szükséges. A vizsgálat korlátai: fokozott biztonságtechnika, komoly berendezés háttér, lassúság, 2D hibákra kevésbé alkalmas, korlátozott anyagvastagság. 97 Izotópos vizsgálat A vizsgálatot a röntgenvizsgálathoz hasonlóan végzik el. Használt izotópok: Co-60, Ir-192, (Ce137) Ólom izotóptartó 98 A gyakorlatban használt legfontosabb izotópok és azok jellemzőik Az izotópokat elsősorban csövek, tartályok kazánok hidak vizsgálatánál használják Megnevezés Az izotóp tömegszáma Felezési idő Kémiai alak Átsugározható falvastagság mm acél könnyűfém Kobalt 60 5,27 év fém Iridium nap fém Izotóp Tullium nap Tm 2 O 3 1,5 12, Cézium ,1 év CsCl 12,

34 Az izotópos vizsgálat előnyei és korlátai Előnyök: kisebb helyszükséglet, könnyebb hordozhatóság, nagyobb az átsugárzó képessége (acéloknál kb. 300 mm), nem igényel energiaforrást, ún. panoráma felvételek készítésére alkalmas (pl. egy cső teljes körvarratáról a cső középpontjába helyezett izotóppal). Korlátok: nagyobb a külső illetve belső életlenség, hosszabb expozíciós idő, rosszabb hibafelismerhetőség, változó a sugárzás intenzitása (felezési idő), folytonos sugárzás (nem kikapcsolható). 100 RT eszközök