studijní příručka Vysoké učení technické v Brně Česká společnost pro NDT, z.s.

Transkript

1 studijní příručka Vysoké učení technické v Brně Česká společnost pro NDT, z.s.

2 Předmluva Tato publikace vznikla úpravou studijní příručky vytvořené v rámci projektu PROQUALINDT (TRANSFERING EUROPEAN TRAINING PROGRAMME FOR THE QUALIFICATION OF NDT PERSONNEL), který byl zařazen do systému projektů EU Leonardo. Cílem tohoto projektu bylo vytvoření jednotných studijních příruček pro výuku základních NDT metod, které by byly využívány v rámci všech zemí, jejichž národní NDT společnosti se na řešení projektu podílely (DGZfP, COFREND, BINDT, AEND, ČNDT, RELACRE, MAROVISZ a CrNDT). Pravidla projektu byla poměrně přísná, a proto se v některých částech tyto příručky částečně odlišovaly od učebnic, které jsou používány vzdělávacími středisky na našem území. Z tohoto důvodu nyní vydává ČNDT tuto publikaci, jejíž obsah je částečně přizpůsoben požadavkům naší odborné veřejnosti. Příručka je určena pro posluchače kurzů NDT Level I., II,. III. a další zájemce o NDT. Autor: Bernard Kopec a kol. Copyright: Česká společnost pro nedestruktivní zkoušení materiálu, z.s. ISBN: Plná nebo částečná reprodukce této knihy stejně jak její sdílení v elektronické formě nebo šíření v jakékoliv formě elektronickými nebo mechanickými prostředky, prostřednictvím fotokopií nahrávek nebo jinak není povoleno bez předešlého souhlasu České společnosti pro nedestruktivní testování, z.s.

3 OBSAH Úvod do nedestruktivního zkoušení 3 Úvod, rozsah a historie kapilárního zkoušení 25 Fyzikální vlastnosti 33 Kontrolní metody 53 Kapilární zkušební zařízení 81 Výrobní technologie a typické vady výrobků 97 Obsah odpovídající této studijní příručce byl vydán v samostatném manuálu. Indikace zajišťované PT metodou 101 Referenční dokumenty a zkušební záznamy 111 Hodnocení 127 Aspekty kvality 135 Environmentální a bezpečnostní podmínky 147 Vývoj metody 157 Přílohy 165 PŘÍLOHY PŘÍLOHA 1: PŘÍLOHA 2: PŘÍLOHA 3: PRŮVODNÍ DOKUMENTACE PLATNÁ PRO KAPILÁRNÍ ZKUŠEBNÍ METODU VÝVOJOVÉ DIAGRAMY NĚKTERÝCH KAPILÁRNÍCH KONTROLNÍCH POSTUPŮ FORMA KONTROLNÍHO PROTOKOLU

4 Fyzikální vlastnosti 3 FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI 3.1 FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI KAPALIN Kapilární zkoušení je založeno na speciálních fyzikálních vlastnostech určitých kapalin (penetrantů). Patří sem především tyto následující vlastnosti: dobrá schopnost smáčet zkoušený povrch, vhodné kapilární vlastnosti, umožňující penetrantu vniknout do necelistvostí Schopnost penetrantu smáčet pevný povrch a vnikat do otevřených diskontinuit závisí na stavu zkoušeného dílu (čistota povrchu, uspořádání a velikost diskontinuit) a fyzikálních vlastnostech kapaliny, zejména na povrchovém napětí a smáčivosti kapaliny. V rámci molekulárních jevů kapalin na sebe navzájem působí jednotlivé molekuly kapaliny silami. Tyto síly nazýváme silami kohezními. Uvnitř kapaliny je výslednice sil působící na molekulu nulová. Navzájem se vyruší. U stěny nádoby však vstupují do hry síly přilnavé, adhezní. Na molekulu již působí nenulová síla. Tato síla je výslednicí vektorového součtu kohezních F a adhezních F sil. Mimo hladinu je tato výsledná síla kolmá na stěnu nádoby a směřuje ven z nádoby (Obr. 3.1). K pochopení fyzikálních vlastností kapalných penetrantů, je třeba zmínit některé fyzikální vlastnosti, týkající se molekulárních jevů v kapalinách. a) Kohézní a adhezní síly Struktura kapalin je podobná struktuře amorfní. Kapaliny se skládají s molekul, které na sebe navzájem působí značnými přitažlivými silami. Tyto síly mají výrazný vliv na vlastnosti uvažované kapaliny a projevují se výrazně v její povrchové vrstvě. Působení vnitřních sil je rozdílné uvnitř kapaliny a na jejím povrchu.jak již bylo řečeno molekuly na sebe působí kohezními silami. Při určité vzdálenosti molekul rm je výsledná síla mez nimi nulová. Molekuly jsou v rovnovážné poloze. Při představě molekuly jako sférického objektu můžeme definovat kouli o poloměru rm, kterou nazveme sféra vzájemného molekulového působení (sféra VMP). Pokud je molekula a její sféra VMP uvnitř kapaliny, tak na ni působí síly od ostatních molekul, které ji obklopují. Výsledná síla je nulová (pozice A; Obr. 3.1). Obr. 3.1 Obr. 3.2 Pokud je molekula kapaliny u stěny nádoby, potom se výslednice sil mění. Její sféra VMP je narušena a tím je i narušena její rovnovážná pozice. Do hry vstupuje adhetní síla stěny nádoby F (pozice B; Obr 3.1). Tato síla je kolmá na stěnu nádoby a směřuje ven z kapaliny. V případě molekuly C, která se nachází na povrchu kapaliny a je v kontaktu se stěnou nádoby mají adhezní síly stěny výslednici F (tak, jako v předešlém případě u molekuly B). Výslednice kohezních sil směřuje do kapaliny (přitažlivé síly vzduchu na kapalinu zanedbáváme). 35

5 Studijní příručka: Zkoušení kapilární Kapilární jevy v trubici s uzavřeným jedním koncem Reálné necelistvosti ovšem nejsou kapilárami, tak jako jsme je diskutovali výše. Jsou otevřeny pouze z jedné strany. Vliv dna necelistvosti má vliv na výšku nastoupání kapaliny v necelistvosti. Stoupající kapalina stlačuje vzduch nad sebou a tlak tohoto vzduchu přispívá do rovnováhy tlaků. Kapalina pak dosáhne mnohem menší výšky, než jakou by dosáhla při otevřeném (odvzdušněném) konci (Obr. 3.12). Zachycený vzduch h Chování kapaliny v necelistvosti Obr Je zřejmé, že při kapilárním zkoušení mají kapilární jevy, spolu se smáčivostí, značný vliv na provedení zkoušky. Je nezbytné, aby penetrant po nanesení na povrch vnikl do necelistvostí. Po vniknutí penetrantu do necelistvostí, je také nezbytné odstranit jeho přebytek s povrchu. Následně je nutné tento penetrant, který vyvzlínal na povrch detekovat. Fyzikální princip, kdy kapalina vyvzlíná na povrch po odstranění přebytku kapaliny, je stejný, jako při zavádění kapaliny do necelistvosti. Kapalina za pomoci adhezních sil vystoupá z necelistvosti a rozteče se v okolí okraje. Množství kapaliny, která se dostane na povrch, záleží na množství kapaliny v necelistvosti. Roztékání po povrchu se zastaví v okamžiku, kdy dosáhne rovnováhu mezi kapalinou uvnitř a na povrchu (Obr. 3.13). I když množství takto vyvzlínané kapaliny obvykle stačí k vizuální detekci necelistvosti, především u fluorescenčních kapalin, přece jen lepšího účinku dosáhneme s použitím vývojky. Obr a Obr b 42

6 Studijní příručka: Zkoušení kapilární Odstranění přebytečného penetrantu vodou, rozpouštědly a s použitím emulgátorů Po aplikaci penetrantu a po ukončení penetračního času, je nutné odstranit přebytek penetrantu ze zkoušeného povrchu, aby bylo možné pokračovat v testování. Je nutné provést odstranění tak, abychom zabránili vzniku falešných indikací či vzniku rušivého pozadí. Tato operace musí proběhnout bez ovlivnění penetrantu, který již vstoupil do necelistvostí. Odstranění přebytku penetrantu ze zkoušeného povrchu musí být provedeno bez ovlivnění toho penetrantu, který již pronikl do necelistvostí. Z hlediska odstranění přebytku ze zkoušeného povrchu rozeznáváme obecně tři typy penetrantů: Vodou smytelné (auto-emulgátory) Post-emulgační (tyto vyžadují nanesení emulgátoru) Penetranty odstranitelné rozpouštědly Vodou smytelné penetranty (auto-emulgátory) Tyto penetranty obsahují emulgátor. Přebytek penetrantu pak lze odstranit vodou. Oplach se provádí oplachem, ponorem nebo otíráním. Je nutno minimalizovat mechanické účinky tlaku vody. Je výhodné použit nastavitelnou trysku, která stříká vodu na povrch pod úhlem asi 45 (Obr. 4.8). Obr. 4.8 Pokud je povrch vystaven nadměrnému mytí, může dojít ke ztrátě citlivosti zkoušky. Proto je nutné do procesu mytí zařadit příslušné kontroly. Oplach může být proveden: Jednoduchý oplach teplota <40 C, tlak <350 kpa (3,5 Bar) - Ruční - Tryskou - Automaticky Kombinovaný oplach - Imersní předoplach - Postřikem vodou pod tlakem 66

7 Studijní příručka: Zkoušení kapilární Falešné indikace V nedestruktivním zkoušení je falešná indikace definována jako taková, kdy je vyhodnocena diskontinuita v místě, kde diskontinuita neexistuje. Falešná indikace není způsobena zkoušeným dílem, ale postupem. V kapilárním zkoušení je nejobvyklejším zdrojem falešné indikace chyba postupu. A to nesprávné odstranění přebytku penetrantu. Při použití fluorescenčního systému je nutné v prostorech pro odstranění přebytku penetrantu mít k dispozici UV lampy. Důvodem je nutnost prohlédnout oplachovaný povrch, zda byl celý proces mezičištění úspěšný. Aby se předešlo nejasnostem, které mohou vytvořit fluorescenční zbarvené skvrny, které nejsou relevantní indikací, je nutné, aby se zabránilo jakékoliv kontaminaci povrchu. Otlaky nástroje Otisky prstů Kontakt s dalším kusem Kontaminace penetrantu Obr. 7.2 Typy falešných indikací Další příčiny, které způsobují falešné indikace (Obr. 7.2), jsou následující: Prsty operátora obarveny penetrační kapalinou. Kontakt nebo tření dvou dílů: penetrant je přenesen z jedné části do druhé a pozorované označení v první části zmizí. Otlaky nástroje, které manipulovaly s dílem. Vlákna hadrů používaných k odstranění penetrantu. Kontaminace penetrantu suchou nebo mokrou vývojkou. Na stole, kde se provádí zkouška, jsou stopy penetrantu. Aby se předešlo falešným indikacím zapříčiněných kontaminací penetrantem, je důležité: Používat k čištění povrchů pouze čisté hadry nebo látky nepouštějící vlas. Zabránit otiskům prstů nebo nástrojů na zkoušených dílech. Udržovat čisté nádoby nebo úložiště pro penetranty a prostory, kde se provádí zkoušky. 104

8 Aspekty kvality 10. ASPEKTY KVALITY 10.1 KVALIFIKACE PERSONÁLU Všechny NDT metody jsou založeny na známých fyzikálních principech, a s jejich použitím je možné získat potřebné informace pro stanovení diagnózy kvality kontrolovaného objektu. Výsledky nejsou vyjadřovány absolutním způsobem, ale nepřímým jazykem, v důsledku čehož je jejich vyklad obvykle subjektivní na základě informací, nebo indikací, získaných při použití zvolené metody, s ohledem na její fyzikální principy, materiál a výrobní procesy. Tak, aby bylo možné provést tento výklad efektivním způsobem, je rozhodující kvalifikace odborníků odpovědných za tuto činnost. Výsledky získané použitím různých technik různých metod nedestruktivního zkoušení závisí na znalostech a dovednostech operátora, někdy v rozhodující míře. Neexistují regulované lekce, které by jim zpřístupnily dostatečné rozšíření znalostí, a vzhledem k nezbytnosti zajištění technické kapacity těchto odborníků, byly vytvořeny různé normy pro kvalifikací personálu, které stanovují kritéria pro kvalifikaci a certifikaci osob provádějících nedestruktivní zkoušení. Filozofie certifikace Certifikace personálu pro jakoukoli činnost má sloužit k demonstraci dokumentem (CERTIFIKÁTEM) znalostí a dovedností vlastníka tohoto dokumentu pro výkon činností souvisejících s certifikací. Každá certifikace je ověřením minima, to znamená, že certifikovaná osoba splňuje minimální požadavky dle normy a kromě toho musí tato osoba složit zkoušku, při které jsou také ověřeny dovednosti pro vykonávání činnosti. K získání certifikace pro oblast NDT je nutné ověřit, zda kandidát má: Odpovídající vzdělání a školení Dobrý zrak a schopnost rozeznat požadované odchylky barvy Praktické zkušenosti Absolvovanou zkoušku z teoretických (obecných a specifických) znalostí, jakož i praktických dovedností. Závěrem lze říci, že certifikát není cílem sám o sobě, ale důsledkem procesu školení a nabytých zkušeností, který je zakončen přezkoušením, a celý proces je dokumentován certifikátem. Pro získání certifikace jsou obecně všechny systémy založené na vykonání zkoušky a na splnění předchozích požadavků, které mohou být shrnuty takto: Specifické školení. Certifikační standardy vyžadují minimální specifickou formaci, která poskytne studentovi nezbytné znalosti pro pochopení fyzikálních principů, provozních technik, zařízení a materiálů, které mají být použity, sledování výsledných indikací, jejich záznam a zpracování zprávy. Také obvykle odkazují na doporučené programy odborné přípravy, jako například: CEN/ISO TR Nedestruktivní zkoušení Pokyny pro učební osnovy vzdělávacích programů Evropský výbor pro normalizaci (CEN) IAEA-TECDOC-628 Rev 2 Metodika výcviku v technikách nedestruktivního zkoušení Mezinárodní agentura pro atomovou energii (MAAE) ANSI/ASNT CP 105 Normativní tematické osnovy ASNT pro kvalifikaci personálu nedestruktivního testování Americká společnost pro nedestruktivní testování (ASNT) 137