A TERMELÉSI FOLYAMAT MINÕSÉGKÉRDÉSEI, VIZSGÁLATOK 2.4 2.5 Vastag szelvények hegesztett kötéseinek minőség-ellenőrzésekor fellépő problémák néhány újabb megoldása Tárgyszavak: hegesztés; roncsolásmentes vizsgálat. A hegesztéstechnológia fejlődése a vastag szelvények minőségének ellenőrzésekor is új problémák megoldását igényli. Így például a vastag alumínium szelvények automatizált, súrlódással létrehozott szilárd fázisú hegesztési eljárása (dörzshegesztés) folyamatos minőség-ellenőrzést tesz szükségessé. Bár az elektronsugaras és az ívhegesztés módszereivel ellentétben nem kell számítani salakzárvány vagy a hegolvadék lehűlése által előidézett hibákra, azonban helyi üregképződés vagy kötéshiány ebben az esetben is előfordulhat. A súrlódással létrehozott szilárd fázisú hegesztés megvalósításakor marószerszámhoz hasonló, forgó tárcsafelület termomechanikus hatására kerül képlékeny állapotba az összeillesztendő két lemez széle, és ezáltal hozza létre a szilárd fázisú kötés előfeltételeit. A meglágyult lemezszélek összenyomása következtében valósul meg a tompán illesztett kötés. Miután a lemezanyag nem olvad meg, a többi módszerrel szemben lényegesen kisebb a szennyező zárványok képződésének valószínűsége. Mivel a hegesztési eljárás gépesített, ill. automatizált, a technológia menet közben végzett minőség-ellenőrzésére céljára is automatizált roncsolásmentes anyagvizsgálati eljárást kell alkalmazni. Ezzel lehet kiszűrni az előre nem látható körülmények következtében fellépő technológiai hiányosságok következményeit. Mindenek előtt az alumíniumra jellemző oxidzárványok képződésének kimutatására van szükség. A gyakorlatban a hibavizsgálatot ultrahang-frekvenciás fázisvezérelt csoportelektródás vizsgálati módszerrel oldják meg.
Lényegesen súlyosabb problémát jelent a rozsdaálló acél bevonattal ellátott vastag szénacél szelvények hibavizsgálata. Ezt az anyagot az atomtechnikában, petrolkémiai üzemekben, erőművekben stb. különböző meleg kazánszerkezetek, hőcserélők gyártásához alkalmazzák. A hegesztéssel felvitt ausztenites rozsdaálló bevonat feladata a szénacél védelme a környezet, ill. a közeg károsító hatásával szemben. Hasonlóképpen az ultrahang-frekvenciás roncsolásmentes hibavizsgálat módszerével értékelik a vastag szelvény minőségét. A nagy belső túlnyomásra igénybe vett és hőhatásnak kitett berendezés biztonsága érdekében alapvető követelmény a termikus dinamikus hatások következtében képződő repedések kimutatása, a repedés méretének minél pontosabb meghatározása és a repedés növekedési folyamatának ellenőrzése. A szokványos ultrahang-frekvenciás módszerek azonban ehhez különleges szakképzettséget igényelnek. A bevonatos vastag szelvények ultrahang-frekvenciás vizsgálati eredményeinek hihetőségét alapvetően két tényező befolyásolja: a) a bevonat hatása, b) az ultrahang-frekvenciás sugárnyaláb szóródása nagyobb terjedési távolságon. Az ausztenites bevonati heganyag általában durvaszemcsés, anizotróp szerkezetű, felülete egyenetlen. Ez az ultrahanghullámot eltereli, szórja és módusát is megváltoztatja. A szóródás következtében kedvezőtlen lesz a jel/zaj viszony, tehát a detektálási érzékenység csökken. A fellépő probléma enyhíthető hosszirányú hullámnyalábot sugárzó szonda alkalmazásával, ami viszont azonos frekvencián csökkenti a hibakimutatás érzékenységét. A nagyobb terjedési távolságon fellépő szóródás a hibaméret meghatározását nehezíti meg. Ezeknek a problémáknak a kiküszöbölése érdekében alkalmazzák az ultrahang-frekvenciás szintetikus apertúra fókuszáló technikát (SAFT). Az eljárást a térbeli átlagolás jellemzi, ami hozzájárul a kedvezőbb jel/zaj viszony eléréséhez, tehát pontosabban értékelhető a bevonatban kialakult repedés mérete. Törésmechanikai összefüggések révén a berendezés ellenálló képességét lehet minősíteni. A fókuszált sugárnyaláb hullámnyaláb-terelő algoritmus segítségével hozható létre. Az eddigi tapasztalatok szerint a felületközeli hibák ezzel a módszerrel nagy biztonsággal kimutathatók. Még 18,2 mm vastag, erősen csillapító hatású rozsdaálló acélbevonat esetében is pontosan meg lehetett határozni a 2 mm-nél kisebb hibák magasságát.
Az ACFM eljárás fejlesztése Különösen nehezen oldható meg a víz alatti acélszerkezetek hegesztett kötéseinek ellenőrzése. A nyílttengeri létesítmények esetében általában nincs lehetőség a vizsgált felület előzetes megtisztítására. Ilyen körülmények között is használható a váltakozó feszültségű tér mérésén alapuló módszer (ACFM, alternating current field measurement). Ezt az eljárást a váltakozó feszültségű potenciálesés (ACPD) módszeréből kiindulva fejlesztették ki. Az ACPD eljárás két változatban állt rendelkezésre. Az egyik esetben kis frekvencián és nagy áramerősségen, a másik esetben nagy frekvencián, kis áramerősségen dolgoztak. A két módszer között az örvényáram behatolásának mélysége szempontjából van különbség. Mindkét eljárás lényege, hogy váltakozó feszültséget vezetnek a vizsgált fémszerkezetbe, majd a repedés környezetében mérik a potenciálesést. Egyszerű összefüggés alapján határozható meg a repedés mélysége (1. ábra). Vc d = 1 2 Vr d 1. ábra Az ACFM eljárás vázlata A módszer továbbfejlesztett változata esetében egyenfeszültséggel hoznak létre feszültségesést a fémszerkezeten, majd detektortekerccsel érzékelik a felületi hiba által előidézett mágnestértorzulást. Kidolgozták azt a matematikai modellt, amelynek alapján meghatározható a repedés mérete. Ezután került sor a váltakozó feszültségű tér mérési módszerének kifejlesztésére. A módszer előnye az előzőkkel szemben, hogy érintke-
zésmentesen hozzák létre az elektromágneses teret, tehát nincs szükség a vizsgált felület előzetes megtisztítására és a rendszer kalibrálására. A tekerccsel létesített homogén villamos tér gerjeszti a fémszerkezetet. A heganyaggyökkel párhuzamos homogén mágnestér alakul ki. Két ortogonális, légmagos tekercs érzékeli a heganyag folytonossági hiánya következtében kialakuló tértorzulást. A Bx mágnestér párhuzamos a heganyaggal és a folytonossági hiány mélységére érzékeny, miután az anyaghibát a tér kénytelen kikerülni, vagyis intenzitása csökken. A Bz mágnestér a heganyag-gyök felületére merőleges irányú, és a folytonossági hiány mindkét végén kialakuló térgörbülettel arányos. A hiba egyik végén a térgörbület iránya az óra járásával megegyezik, a másik végén pedig ellentétes. Tehát negatív és pozitív Bz értéket eredményez. A két Bz érték közötti különbség szolgáltatja a hiba közelítő hosszát. A hossz értékét a Bx algoritmusába helyettesítve kiszámítható a hiba mélysége és tényleges hossza. A gyakorlatban a Bx és Bz jelek valós időben figyelhetők meg a személyi számítógép képernyőjén. A folyamatos ellenőrzés adatai kombinált XY diagram formájában jelennek meg és értékelhetők. Az örvényáramos vizsgálat esetében a képernyőn leolvasható az amplitúdó és a fázis. Az ACFM technika alkalmazásakor lineáris időtengely mentén kapjuk a mágnestér amplitúdóját. Az ACFM eljárás ugyanis állandó fázisszöggel működik. Az ACFM módszer bevezetése előtt mágnesrészecskés ellenőrzés módszerével mutatták ki a hibákat és határozták meg azok méretét. Az új eljárás megbízhatóságának ellenőrzését is mágnesrészecskés eljárással, valamint ultrahang-frekvenciás módszerrel hajtották végre. Az összehasonlító vizsgálatok próbatesteinek fárasztása révén hozták létre a repedéseket. Az ACFM módszer legalább egyenértékűnek bizonyult a mágnesrészecskés eljárással, sőt esetenként megbízhatóbb volt. Az ASTM szabvány A szabvány figyelembe veszi, hogy az ASTM eljárás olyan új technológia, amelynek alkalmazása szakszerű képzést és megfelelő gyakorlatot igényel. A szakképzettséget az államilag elismert roncsolásmentes anyagvizsgálati vizsgáztatás alapján kell igazolni. Újdonságára való tekintettel a szabvány felhívja a berendezés kezelőjének figyelmét a helyszíni vizsgálatokat sokszor kísérő zavaró momentumokra és a nemlineáris hibák által létrehozott jelek sajátosságaira.
Az ASTM szabvány megadja a szükséges műszerezettség részleteit és a rendelkezésre álló próbatestek leírását. Az egyik fejezet a berendezés eredményes működtetése érdekében foglalkozik annak használatbavétel előtti és üzem közben előforduló ellenőrzésének folyamatával. Ez a minőség-ellenőrzési szakasz szavatolja a módszer és az eszközök megfelelő használatát. A szabvány laboratóriumi adatokkal megegyező ajánlásokat ad meg a vizsgálati pásztázás sebességére és a mintavételezés gyakoriságára. Ez rövidebb varratok esetén gyorsabb, hosszabb varratok vizsgálatakor lassúbb lehet. Így lehet hatékonyan értékelni a képernyőn feltüntetett értékeket. A szabvány külön foglalkozik a különböző irányú repedések által előidézett sajátos hibajelek értelmezésével és a bonyolult hegesztett szerkezetek vizsgálati módszerével, és megadja a vizsgálati jegyzőkönyv szabványos összeállításának szabályait. Összeállította: Dr. Barna Györgyné Baby, S.; Balasubramanian, T. stb.: Sizing of cracks embedded in sub-cladding using the ultrasonic synthetic aperture focusing technique (SAFT). = Insight, 46. k. 1. sz. 2004. p. 26 30. Bird, C. R.: Ultrasonic phased array inspection technology for the evaluation of friction stir welds. = Insight, 46. k. 1. sz. 2004. p. 31 36. Raine, A.: ASTM standard practice produced for the examination of welds using the alternating current field measurement (ACFM) technique. = Insight, 46. k. 1. sz. 2004. p. 44 47. EGYÉB IRODALOM Silva, R. R.; Caloba, L. P. stb.: Pattern recognition of weld defects detected by radiographic test. (Radiográfiával jelzett hegesztési hibák felismerése optikai alakfelismerő rendszerrel.) = NDT and E International, 37. k. 6. sz. 2004. szept. p. 421 470. Kropas-Hughes, C. V.: Data fusion for NDT: what, where, why and how. (Adatok öszszevonása a roncsolásmentes vizsgálatban: mit, hol, miért és hol lehet összevonni?) = Materials Evaluation, 61. k. 10. sz. 2003. p. 1118 1120.