Roncsolásmentes anyagvizsgálat

Átírás

1 Anyagismeret Energetikai anyagismeret 2016/17/1 Roncsolásmentes anyagvizsgálat (Hibakereső vizsgálatok) A labor felépítése Elméleti összefoglaló Bevezetés Jellegzetes hibák, a hibakimutatás lehetőségei A vizsgálati módszer kiválasztása Főbb vizsgálati módszerek Vizuális vizsgálat (VT) Folyadékbehatolásos vizsgálat (PT) Akusztikus emisszió Mágneses repedésvizsgálat (MT) Örvényáramú vizsgálat (ET) Ultrahangos vizsgálat (UT) Röntgenes vizsgálat (RT) Izotópos vizsgálat Gyakorlati feladatok Szemrevételezés és penetrációs vizsgálat Ultrahangos vizsgálat és falvastagság mérés Mágneses repedéskereső és örvényáramos vizsgálat + Jegyzőkönyv készítése Roncsolásmentes anyagvizsgálat 2 1

2 Bevezetés Minőségbiztosítás jelentősége Tulajdonságok roncsolásmentes ellenőrzése Anyaghibák kiszűrése (gyártás közben költségmegtakarítás, illetve utólag kárelemzés) Anyaghibák Okok (gyártástechnológia, üzemelés) Megjelenési formák Méretek Roncsolásmentes anyagvizsgálat 3 Bevezetés Detektálási valószínűség Tóth László, Serge Crutzen: Roncsolásmentes vizsgálatok, azok megbízhatósága és következményei, pp.30, 1999 Roncsolásmentes anyagvizsgálat 4 2

3 Jellegzetes hibák Technológiai hibák Öntési és hegesztési hibák Zsugorodási repedés Gázzárványok Salakzárványok Képlékenyalakítás okozta hibák Pl. rálapolódások, felszakadások Roncsolásmentes anyagvizsgálat 5 Jellegzetes hibák Technológiai hibák Hőkezeléskor kialakuló hibák Edzési repedés Forgácsolás során képződő hibák Köszörülési repedés Roncsolásmentes anyagvizsgálat 6 3

4 Jellegzetes hibák Üzemközbeni tönkremenetelek Kifáradás okozta repedések Fáradásos repedés hajócsavarban Korróziós és feszültségkorróziós repedések Szemcseközi feszültségkorróziós repedés sajtolt, nemesített AlZnMg ötvözetű rúdban Kúszásos károsodások Roncsolásmentes anyagvizsgálat 7 Jellegzetes hibák A hegesztési hibák csoportjai Térfogati hibák 3D Síkszerű hibák 2D Gázzárvány Kötéshibák Salakzárvány Kristályosodási repedés Teraszos repedés Hidegrepedés Roncsolásmentes anyagvizsgálat 8 4

5 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. Roncsolásmentes anyagvizsgálat 9 Vizsgálati módszer kiválasztása Követelmény a vizsgálati eljárással szemben Gyorsaság, megbízhatóság Egyszerűség (helyszíni elvégezhetőség) Ne legyen környezetszennyező (biztonságtechnika) Minimális felület előkészítés Dokumentálhatóság Roncsolásmentes anyagvizsgálat 10 5

6 Vizsgálati módszer kiválasztása Szempontok: a vizsgált darab anyaga, mérete, geometriai viszonyai a feltételezhető hiba helye, mérete a kimutatás pontossága a dokumentálhatóság Roncsolásmentes anyagvizsgálat 11 Vizsgálati módszer kiválasztása Alapszabály Univerzális hibakereső vizsgálati eljárás nincs! Roncsolásmentes anyagvizsgálat 12 6

7 Vizuális vizsgálat = Szemrevételezés 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, de szubjektív, nehezen dokumentálható. Korrodált varrat Roncsolásmentes anyagvizsgálat 13 Vizuális vizsgálat 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. Roncsolásmentes anyagvizsgálat 14 7

8 Vizuális vizsgálat Felhasznált eszközök Merevszáras endoszkópok (boroszkóp) - nehezen megközelíthető helyeken - olcsó, vizuális vizsgálóeszköz Üvegszálas endoszkópok (fiberszkóp) - boroszkóppal nehezen megközelíthető helyeknél használhatók az üvegszálas endoszkópok. Roncsolásmentes anyagvizsgálat 15 Folyadékbehatolásos vizsgálat = 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, minden anyagminőségen Kivitelezés: felület tisztítás, jelzőfolyadék felvitel, felesleg eltávolítás, előhívó anyag felvitel, hibakimutatás. Repedések kimutatása penetrációs vizsgálattal Roncsolásmentes anyagvizsgálat 16 8

9 Folyadékbehatolásos vizsgálat A penetrációs vizsgálat végrehajtása Felhasznált eszközök: tisztítók, kontrasztanyagok, előhívók Roncsolásmentes anyagvizsgálat 17 Folyadékbehatolásos vizsgálat A repedés kimutatása Penetrációs vizsgálat hegesztett varraton Penetrációs vizsgálat tárolótartály úszótetőn Roncsolásmentes anyagvizsgálat 18 9

10 Folyadékbehatolásos vizsgálat 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. Roncsolásmentes anyagvizsgálat 19 Folyadékbehatolásos vizsgálat A penetrációs vizsgálat előnyei, alkalmazási korlátok Előnyök: egyszerű, anyagminőség nem korlátoz, olcsó. Alkalmazási korlátok: porózus felületnél nehezen alkalmazható, igényes felülettisztítás szükséges, utótisztítás elengedhetetlen. Roncsolásmentes anyagvizsgálat 20 10

11 ZAJFORRÁSOK: alakváltozás repedésterjedés törés szivárgás»súrlódási»töltési»mechanikai zaj Akusztikus emisszió Roncsolásmentes anyagvizsgálat 21 Akusztikus emisszió Az akusztikus emisszió eszközei Roncsolásmentes anyagvizsgálat 22 11

12 Mágneses repedésvizsgálat 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. Repedés hegesztett varratnál Roncsolásmentes anyagvizsgálat 23 Mágneses repedésvizsgálat A vizsgálat elve A mágneses tér iránya befolyásolja a hiba kimutathatóságát Hosszirányú mágneses tér Keresztirányú mágneses tér Roncsolásmentes anyagvizsgálat 24 12

13 Mágneses repedésvizsgálat A vizsgálat végrehajtása A darab előkészítése (tisztítás, festés) 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) A darab lemágnesezése Roncsolásmentes anyagvizsgálat 25 Mágneses repedésvizsgálat Mágnesporos szuszpenziók a felületvizsgálat céljából felmágnesezett alkatrész vagy szerkezeti elem felületére felszórt fekete színű, vagy narancs színben fluoreszkáló mágnesporos szuszpenziók A vizsgálat hordozható eszközei Járom-mágnes és alkalmazásai Repedés öntvényben, fluoreszcens szuszpenzióval Roncsolásmentes anyagvizsgálat 26 13

14 Örvényáramos vizsgálat Mérési elv: örvényáramok mágneses tere és az örvényáramot keltő primer mágneses tér kölcsönhatása a hibák következtében megváltozik. Alkalmazhatóság: csak villamosan vezető anyagoknál a felületi és felület közeli hibák kimutatására, valamint az anyagjellemzők változásának érzékelésére Kivitelezés: gyűrűtekercses és tapintó tekercses megoldások. Roncsolásmentes anyagvizsgálat 27 Örvényáramos vizsgálat A vizsgálat elve Roncsolásmentes anyagvizsgálat 28 14

15 Örvényáramos vizsgálat A vizsgálat előnyei, korlátai A vizsgálat előnyei: érintkezésmentes mérés, nincs előkészítés és utólagos tisztítás, jól automatizálható, tömeges mérésre alkalmas. A vizsgálat korlátai: csak a felület közeli tartományokra jó (de kis frekvencia esetén akár 6-8 mm mélységben is), jelképzés sok paraméter függvénye, kiértékelés szakembert kíván (hibátlan etalon is kell) kvalitatív, nem kvantitatív vizsgálat. Roncsolásmentes anyagvizsgálat 29 Ultrahangos vizsgálat Mérési elv: a vizsgált anyagban terjedő nyomáshullámok útjába kerülő hibák megváltoztatják a hullámterjedés viszonyait Alkalmazhatóság: síkszerű (kétdimenziós) hibák repedések, rétegződések kimutatására előnyös, térfogati hibák kimutatása nehezebb. Roncsolásmentes anyagvizsgálat 30 15

16 A hullám terjedése Ultrahang jellemzői: frekvenciája (16 khz MHz), előállítása (piezoelektromos gerjesztéssel vagy magnetostrikciós gerjesztéssel), terjedése és reflexiója sebessége c L Ultrahangos vizsgálat E E - rugalmassági modulusz -anyag sűrűsége - Poisson tényező Longitudinális hullámterjedés Tranzverzális hullámterjedés Roncsolásmentes anyagvizsgálat 31 Ultrahangos vizsgálat Ultrahangos vizsgálóberendezés Roncsolásmentes anyagvizsgálat 32 16

17 Ultrahangos vizsgálat Hangvisszaverődéses (véglapreflexiós) módszer Roncsolásmentes anyagvizsgálat 33 Ultrahangos vizsgálat Hitelesítés etalonnal Bemetszés reflexiós jele Lépcsős etalon ultrahangos kalibráláshoz Roncsolásmentes anyagvizsgálat 34 17

18 Szögfejes vizsgálóeszköz Ultrahangos vizsgálat Falvastagságmérő berendezés Roncsolásmentes anyagvizsgálat 35 Röntgenes vizsgálat 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. Hegesztett varratok röntgenes felvételei Roncsolásmentes anyagvizsgálat 36 18

19 Röntgenes vizsgálat A vizsgálat elve Roncsolásmentes anyagvizsgálat 37 = ' + A sugárzás gyengülése I 1 ' = c 3 z 3 I 0 Röntgenes vizsgálat e d - gyengülési együttható, ' - elnyelési együttható, - röntgensugarak szóródási együtthatója c konstans, - sűrűség, - sugárzás hullámhossza, z az anyag rendszáma A hibakimutatás növelése I 2 I 0 I K I 2 1 e d x e x A nagyobb intenzitás különbség, jobb hibakimutatást tesz lehetővé: ' = c 3 z 3 nő, jobb hibakimutatás Roncsolásmentes anyagvizsgálat 38 19

20 Röntgenes vizsgálat Az életlenségek csökkentése Képélesség alakulása, képminőség ellenőrzése huzalsorral -Belső életlenség (filmanyagtól függő) -Külső életlenség (fókusz geometriától függő életlenség) Roncsolásmentes anyagvizsgálat 39 Röntgenes vizsgálat Etalon huzalsor Longitudinális repedés Transzverzális repedés 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 Roncsolásmentes anyagvizsgálat 40 20

21 Röntgenes vizsgálat A vizsgálat 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. Roncsolásmentes anyagvizsgálat 41 Izotópos vizsgálat Alkalmazott izotópok: Co-60 Ir-192 Se-75 Ólom izotóptartó A vizsgálatot a röntgenvizsgálathoz hasonlóan végzik el. Roncsolásmentes anyagvizsgálat 42 21

22 Izotópos vizsgálat A 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). Roncsolásmentes anyagvizsgálat 43 Gyakorlati feladatok 3 csoport: Szemrevételezés és penetrációs vizsgálat Ultrahangos vizsgálat és falvastagság mérés Mágneses repedéskereső és örvényáramos vizsgálat + Jegyzőkönyv készítése Roncsolásmentes anyagvizsgálat 44 22