P9: NDT metody 2/5
Metoda kapilární - Kapilární metoda se využívá pro detekci povrchových necelistvostí jak v kovových, tak i nekovových materiálech, které však nejsou pórovité (měď, hliník, ocel, sklo, plasty, keramika, atd.) - Fyzikální princip této metody je založen na kapilární elevaci. - Zvýšení nebo snížení hladiny kapaliny v kapiláře lze stanovit z následujícího výrazu: 2 cos( ) h g r kde Ϭ je povrchové napětí, α je stykový úhel, r je poloměr kapiláry, g je tíhové zrychlení a ρ je hustota kapaliny. - Je-li smykový úhel roven 0 o, kapalina dokonale smáčí stěny kapiláry, je-li naopak roven 180 o, kapalina stěnu dokonale nesmáčí. - Je-li stykový úhel roven 90 o, pak kapalina vytváří rovný povrch.
Metoda kapilární - Kapilární zkoušky jsou prováděny různými zkušebními systémy, které využívají tří základních zkušebních prostředků: penetrantu, prostředku k odstranění penetrantu a vývojky
Metoda kapilární Penetrant - Úkolem penetrantu je vnik do povrchových necelistvostí a následné zviditelnění těchto necelistvostí díky jeho vzlínání na povrch vlivem aplikace vývojky - Penetrant se skládá z nosné kapaliny (minerální olej, organické rozpouštědlo), barviva (červené popř. fluorescenční), přípravku pro zlepšení smáčivosti a případně i inhibitorů koroze. - Vodou smývatelné penetranty obsahují navíc emulgátory (hydrofilní nebo lipofilní). - Hlavním úkolem emulgátoru je usnadnění smytelnosti přebytečného penetrantu ze zkoušené součásti. - Hydrofilní emulgátory jsou rozpustné ve vodě a spolu s penetrantem a vodou vytvářejí vodou odstranitelnou emulzi.
Metoda kapilární Penetrant - Lipofilní emulgátory jsou, na rozdíl od hydrofilních emulgátorů, rozpustné v pouze tucích a nerozpustné ve vodě, spolu s penetrantem a vodou však tvoří vodou odstranitelnou emulzi. - Požadavky na penetrant jsou následující: Dobrá penetrační schopnost Minimální těkavost Chemická netečnost
Metoda kapilární Penetrant Rozdělení penetrantů: 1. Dle metody na: - Penetranty barevné - Penetranty fluorescenční - Penetranty dvouúčelové (hodnocení při bílém i UV světle) 2. Dle způsobu odstranění penetrantu na: - Penetranty smytelné vodou - Penetranty rozpouštědlové 3. Dle přítomnosti/nepřítomnosti emulgátoru na: - Penetranty emulgační emulgátor je v penetrantu obsažen a vniká spolu s ním do povrchových necelistvostí - Penetranty postemulgační emulgátor nanášíme až po uplynutí penetračního času
Metoda kapilární Vývojka - Vývojka má za úkol napomáhat ke zpětnému vzlínání penetrantu, který ulpívá v necelistvostech, na povrch. - V případě barevných penetrantů má vývojka rovněž funkci kontrastního pozadí. - Vývojka musí dobře přilnout k povrchu a musí být jemnozrnná. - Nejčastěji se skládá z nosného média a práškové složky. Typy vývojek: 1. Suchá vývojka Používá se pouze ve spojení s fluorescenčním penetrantem. Nanáší se naprášením, stříkací pistolí, elektrostatickým rozprašováním nebo zasypáním zkoušeného povrchu součásti.
Metoda kapilární Vývojka 2. Vodní disperzní vývojka Suspenze vody a prášku, která po zaschnutí vytváří tenký film. 3. Vývojka rozpustná vodou U tohoto typu vývojky je prášek ve vodě rozpuštěn a tvoří, na rozdíl od vodní disperzní vývojky, roztok. 4. Vývojka na bázi rozpouštědla Vývojky, u nichž jsou jemné částice rozptýleny v rozpouštědle. Tento typ vývojky se nanáší postřikem, po odpaření rozpouštědla vzniká souvislý film. 5. Vývojka na bázi rozpouštědla Použití v případě, že je nutné vyvolané indikace zdokumentovat. Po odpaření nosné kapaliny se vytvoří snímatelný film.
Metoda kapilární - Kombinace jednotlivých částí systému má značný vliv na úroveň zjistitelnosti povrchových necelistvostí. - V praxi se tato úroveň zjistitelnosti povrchových necelistvostí uvádí jako citlivost a její stupeň se určuje v závislosti na typu systému a způsobu zkoušení.
Metoda kapilární Postup kapilární zkoušky 1. Příprava povrchu 2. Nanášení penetrantu 3. Odstranění přebytku penetrantu 4. Sušení zkoušeného povrchu 5. Aplikace vývojky 6. Vizuální kontrola případných indikací včetně jejich dokumentace, posléze čištění zkoušeného povrchu
- Metoda magnetická prášková využívá fyzikálních vlastností feromagnetických látek. - Magnetujeme-li feromagnetický materiál, pak v místě necelistvosti, vlivem zvýšeného magnetického odporu dojde ke vzniku rozptylového magnetického pole. - Toto rozptylové magnetické pole u trhlin, které souvisí s povrchem, nebo leží těsně pod povrchem, vystupuje do okolního prostoru, kde ho můžeme detekovat. Permeabilita, magnetický a magnetický rozptylový tok - Látky je možné rozdělit na látky neferomagnetické (člení se dále na látky diamagnetické a paramagnetické), mající relativní permeabilitu rovnou nebo menší 1 a látky feromagnetické, disponující relativní permeabilitou µ r mnohonásobně vyšší než 1 (řádově 10 až 100000).
- Relativní permeabilita nám udává lidově řečeno vodivost, nebo-li prostupnost magnetického pole prostředím, ve kterém je magnetické pole vytvářeno. - Důležitým pojem v této oblasti je intenzita magnetického pole H, která vyjadřuje intenzitu pole bez ohledu na prostředí, jakým se pole šíří. Započítáme-li i permeabilitu, získáváme skutečnou intenzitu magnetického pole magnetickou indukci, která je dána výrazem: B 0 kde B je magnetická indukce [T], µ 0 je permeabilita vakua = 1,256. 10-6 [H/m], µ r je relativní permeabilita [-] a H udává intenzitu magnetického pole [A/m]. - Jestliže se ve zmagnetovaném předmětu nachází povrchová necelistvost, která je kolmá k magnetickým siločarám, pak magnetické siločáry vystupují ven na povrch a poté pokračují dál. r H
- Umístíme-li do místa, kde dochází k výstupu magnetického toku, železné piliny, dojde v daném místě k jejich následnému shromáždění a přemostění vady. - Zjistitelný rozptylový tok se generuje tehdy, je-li směr magnetického toku přibližně kolmý na necelistvost (vadu).
- Zjistitelný rozptylový tok se generuje tehdy, je-li směr magnetického toku přibližně kolmý na necelistvost (vadu). - Jinými slovy, rozptylový tok se generuje, dojde-li k výraznému narušení magnetického toku necelistvostí. - Je-li vada rovnoběžná s magnetickými čarami, nedojde k vytvoření žádného rozptylového toku. - Největší rozptylový tok vzniká u úzkých, hlubokých vad. V případě širokých, plytkých vad vzniká nejmenší rozptylový tok.
Účinky stejnosměrného a střídavého magnetického pole - Stejnosměrné magnetické pole působí v celém objemu součásti, střídavé magnetické pole naopak pouze v tenké povrchové vrstvě do hloubky cca 2 mm a přizpůsobuje se geometrii zkoušeného předmětu. - Uvedené chování střídavého magnetického pole nazýváme skinefekt.
Stejnosměrné magnetické pole - Dobře se zjišťují podpovrchové vady při zachování dostatečné citlivosti na vady povrchové. - Magnetický tok nesleduje tvar povrchu, magnetizace u předmětů se složitějším tvarem nemusí být rovnoměrná. - V místech s náhlou změnou geometrie mohou vznikat nepravé indikace. - Obtížnější demagnetizace výrobků. Střídavé magnetické pole - Velmi dobrá citlivost na povrchové vady. - Magnetický tok poměrně dobře sleduje tvar povrchu, složitější tvary jsou rovnoměrně zmagnetovány. - V místě náhlých změn tvaru se značně omezí vznik rozptylových toků, nevznikají tedy nepravé indikace. - Snadná demagnetizace výrobků.
Zkušební prostředky pro magnetickou metodu práškovou - Zkušebním prostředkem pro magnetickou metodu práškovou se rozumí magnetický prášek a nosné médium. Zkušební prostředky je možné rozdělit podle následujících hledisek: Dle barvy: Barevné Fluorescenční Dle způsobu nanášení: Suché prášky Olejové suspenze Vodní suspenze (krom samotného prášku obsahují smáčedlo, inhibitory koroze a protipěnové přísady) Magnetické barvy Polymerové prostředky
- Tvar a velikost zrn podstatným způsobem ovlivňuje detekovatelnost necelistvostí. - Zrna kulovitého tvaru zajišťují vysokou pohyblivost prášku, hůře se ale zachytí rozptylovým tokem vady. - Protáhlá zrna mají naproti tomu nižší pohyblivost, lépe se ale zachytí rozptylovým tokem. - V případě, že máme příliš malá zrna, může zrno proniknout do vady a tím snížit zjistitelnost indikace.
- Zrna optimální velikosti vytvářejí nad vadou jakýsi most a tím zvyšují vizuální detekovatelnost necelistvosti.
Měrky používané pro magnetickou metodu práškovou - Měrky slouží k rychlému ověření, zda zkušební podmínky zaručují správný průběh zkoušky. - S využitím měrek se kontroluje zejména směr a intenzita magnetizace a jakost detekčního prostředku (kontrola indikačních schopností magnetického prášku a kontrola množství magnetického prášku v suspenzi). Bertholdova a ASTM (D 250) měrka (kontrola magnetizace + jakost suspenze)
Měrky používané pro magnetickou metodu práškovou Referenční měrka typu 1 (Měrka MTU - 3) (jakost suspenze) Referenční měrka typu 2 (jakost suspenze)
Postup zkoušky magnetickou metodou práškovou 1. Kontrola stavu zařízení, příprava povrchu 2. Kontrola indikační suspenze, ověření intenzity magnetického pole 3. Kontrola osvětlení pracoviště 4. Magnetování zkoušené součásti 5. Nanášení indikačního prostředku 6. Inspekce zkoušené plochy a hodnocení indikací
Literatura [1] Školící materiály pro kapilární metodu a metodu magnetickou práškovou, Josef Solnař s.r.o. [2] Kopec, B. a kol.: Nedestruktivní zkoušení materiálů a konstrukcí, Brno, CERM 2008, 571 s., ISBN 978-80-7204-591-4 [3] www.ndt.cz [4] https://cs.wikipedia.org/wiki/kapil%c3%a1ra