Zkoušky bez porušení materiálu Materiál, hutní polotovary, strojní součásti i konstrukce obsahují většinou různé povrchové nebo vnitřní vady. Defekty vznikají již při výrobě nebo následně v průběhu provozu. Tyto skryté vady ve strojních součástech ohrožují bezpečnost provozu a omezují životnost strojů a zařízení, protože zeslabují nosný průřez, vyvolávají vrubové účinky nebo způsobují netěsnost spojů. Ke kontrole se však nedají vždy použít zkoušky, při kterých dochází k porušení materiálu. Je nezbytné aplikovat zkoušky bez porušení materiálu defektoskopické zkoušky. Tyto metody umožňují jednak zjištění vnitřních nebo skrytých vad, kromě toho však napomáhají při zavádění nových technologických způsobů, umožňuje značnou úsporu materiálu, a tím snížení hmotnosti výrobků atd. Těchto metod je dnes značný počet a mnohé z nich se výhodně doplňují. Žádnou z metod nelze totiž zjistit všechny vady, které se v materiálu mohou vyskytnout, a proto je často nutné vhodné je kombinovat. Nejdůležitější a nejčastěji používané metody jsou: zkoušení magnetickou metodou práškovou, metodami kapilárními, zkoušení prozařováním rtg. zářením a zářením gama, zkoušení ultrazvukem. S nimi se postupně seznámíme. Kromě těchto zkoušek existují ještě další např.: zkoušky magnetoinduktivní, zkoušky infračerveným zářením, zkoušky termoelektrické, neutronová radiografie, akustická emise, laserová holografie aj. Obr. 1. Přehled defektoskopických zkoušek materiálů Každá z defektoskopických metod má své výhody i omezení vyplývající z její fyzikální podstaty. Neexistuje metoda, která by umožňovala zjištění všech typů vad. V praxi se proto volí kombinace alespoň dvou metod. 1
Zkouška prozařováním RTG a gama zářením Oba druhy záření jsou elektromagnetická vlnění s velmi malou vlnovou délkou (kratší než vlnová délka viditelného spektra světla). Princip metody je u obou druhů záření stejný. Záleží na schopnosti obou záření pronikat materiálem a působit na citlivou vrstvu fotografického materiálu. Při průchodu záření materiálem dochází k různému stupni zeslabení jeho intenzity podle tloušťky materiálu, jeho chemického složení, množství vad (např. vměstků), dutin apod. Na film tak dopadá záření o různé intenzitě, což způsobí jeho zčernání. Vady materiálu téměř vždy zeslabují tloušťku stěny, a proto se na filmu po jeho vyvolání projeví jako tmavší skvrny v méně zčernalém okolí. Jako zdroje RTG záření se používá zařízení, která pracují s napětím nejčastěji od 50 do 300 kv. Zdrojem záření gama jsou umělé radioizotopy 1 (kobalt, cesium, iridium). Použití RTG paprsky ocel do tl. 90 mm, hliník do 400 mm gama paprsky ocel do tl. 300 mm 1 Jádra atomů izotopů jednoho chemického prvku mají stejný počet protonů ale rozdílný počet neutronů. Např. 92 234 U, 92 235 U ( protonové číslo nukleonové číslo X). 2
Obr. 2. Schéma vzniku RTG záření Obr. 3. Princip metody prozařování RTG paprsky 3
Kapilární zkouška Kapilární zkoušení materiálů se řadí mezi nejstarší defektoskopické metody. Tato zkouška se vyvinula ze zkoušek těsnosti spojů a odlitků pomocí petroleje a vápenného mléka, které byly prováděny již v 19. století. Zkouška je zaměřena pouze na zjišťování vad materiálu komunikujících s povrchem, jako jsou například póry a trhliny. Kapilární zkoušky jsou založeny na fyzikálním jevu, který popisuje chování kapalin na povrchu materiálů a nazývá se kapilární elevace. Použití kapilárních metod je hlavně u kovových nebo i nemagnetických materiálů, jako jsou: austenitické oceli, barevné kovy a jejich slitiny, plastické hmoty, glazovaná keramika, sklo. Kapilárními metodami nelze zkoušet materiály, které jsou pórovité a materiály, které vykazují mělké a prostorové vady. U těchto materiálů dochází k degradaci výsledků v důsledku rozpití penetrantů ve vývojce nebo k vymytí penetrantů během čištění přebytků penetrantu z povrchu. Obr. 4. Postup kapilární zkoušky 4
Princip kapilární zkoušky spočívá v aplikaci penetrantu na povrch testovaného dílu máčením, nátěrem štětcem, poléváním, rozprašovačem nebo v poslední době nejčastěji nastříkáním sprejem v aerosolové formě. Doba penetrace nutná k tomu, aby penetrant vnikl do případných vad, je 5 až 30 minut (u jemných trhlin až 3 hodiny). Teplota okolí by během zkoušky měla být v rozmezí 5 50 C. Po uplynutí penetračního času je nutné ihned odstranit přebytek penetrantu (penetrant nesmí zaschnout). Při čištění je nutno dát pozor na to, aby se neucpaly případné trhliny. Následně se na zkoušený povrch se nanese vhodná detekční látka - vývojka (prášek nebo rychle schnoucí suspenze), která nasává indikační látku (penetrant) ze štěrbiny a změnou barvy zviditelňuje povrchovou vadu. Zkouška se může provádět v normálním i ultrafialovém světle. Obr. 5. Výsledek kapilární zkoušky sváru na trhliny po 48 hodinách u oceli S690-QL Obr. 6. Výsledek kapilární zkoušky v ultrafialovém světle Tab. 1. Přehled používaných indikačních a detekčních látek Indikační látka Detekční látka Zobrazení vady Použití Petrolej Vápenné mléko Malířská hlinka Tmavé zobrazení v místě vady Nejjednodušší Kontrola hrubých součástí (odlitky, svary) a zkoušky Fluorescenční olej (směs petroleje a fluorescenční látky) Barevná kapalina (petrolej zbarvený červení) Práškový uhličitan hořečnatý Suspenze uhličitanu vápenatého nebo hořečnatého v acetonu Fluorescenční obraz vady v UV světle Barevná indikace vady netěsnosti Sériová výroba u náročných výrobků z neželezných kovů Výroba i montáž Doplněk magnetické práškové zkoušky 5
Název úlohy: Kapilární zkouška Zadání úlohy a) U daných součástí zjistěte pomocí kapilární metody možné vnitřní vady související s povrchem b) Součást nakreslete a zakótujte velikost případné zjištěné vady Použitá měřidla a pomůcky Čistící přípravek ve spreji Penetrační přípravek ve spreji Obr. 7. Přípravky Nákres součásti Součást nakreslete a zakótujte 6
Postup měření V místech, kde budete zjišťovat vady, očistěte čistícím přípravkem ve spreji. Obr. 8. Odmaštění povrchu Na očištěný povrch naneste penetrační červenou látku ve spreji a nechte působit přibližně 10 minut. Pokud jsou v součásti praskliny, pronikne červená penetrační látka do těchto vad. 7
Obr. 9. Penetrování povrchu Barvu s povrchu součásti setřete hadrem. Na takto upravený povrch naneste látku ve spreji. Případné vady souvisejí s povrchem se zviditelní růžovým povrchem Obr. 10. Zviditelnění vad 8
Pokud zjistíte v materiálu vadu, zakótujte její velikost a vzdálenost od okraje součástí Závěr Zhodnoťte provedenou zkoušku. 9
Použité zdroje Archiv autora 3.3.4.2 ZKOUŠKA ULTRAZVUKEM. In: Strojírenství pro střední školy [online]. březen 2011 [cit. 2012-04-23]. Dostupné z: http://strojirenstviucivo.blogspot.com/2011/03/3342-zkouska-ultrazvukem.html 3.3.4.4 KAPILÁRNÍ ZKOUŠKY. In: Strojírenství pro střední školy [online]. březen 2011 [cit. 2012-04-23]. Dostupné z: http://strojirenstviucivo.blogspot.com/2011/03/3344-kapilarni-zkousky_30.html archiv autora BTW Institute Gamma - Dye Penetrant Testing. BTW Institute Gamma [online]. [cit. 2012-04-23]. Dostupné z: www.instytutgamma.com.pl/penetrantcze.html BUMBÁLEK, Leoš. Kontrola a měření pro SPŠ strojní. Vyd. 1. Praha: Informatorium, 2009, 206 s. ISBN 978-80-7333-072-9. Defektoskopie - Testing Lab s.r.o. Testinglab.cz [online]. 2003 [cit. 2013-02- 11]. Dostupné z: http://www.testinglab.cz/defekt04.php Institut Dr. Foerster: Metoda rozptylových toků. INSTITUT DR. FOERSTER [online]. 2013 [cit. 2013-02-11]. Dostupné z: http://www.foerstergroup.cz/metoda-rozptylovychtoku.96+m5ab988697c2.0.html Kapilární zkoušení BVD Nedestruktivní defektoskopie. BVD Nedestruktivní defektoskopie [online]. (c) 2010 [cit. 2012-04-23]. Dostupné z: www.bvdndt.cz/cz/kapilarka.php NDT Trade - specialisté na ndt,ultrazvuk, tloušťkoměry, defektoskopy EPOCH, Phased array, TOFD. NDT Trade [online]. 2008 [cit. 2012-04-23]. Dostupné z: www.ndttrade.cz/index.php?page=product&product_id=100 NDT. Postup kapilární defektoskopické zkoušky. Brno, 22.9.2009. Dostupné z: www.ndt.cz/prilohy/22/postup_kapilarni_zk.pdf 10
Rentgenové záření. Fyzika v moderním lékařství [online]. 1999 [cit. 2013-02- 11]. Dostupné z: http://cz7asm.wz.cz/fyz/index.php?page=renzar Strojírenství: Kapilární zkoušky. Strojírenství [online]. (c)2011 [cit. 2012-04- 23]. Dostupné z: http://strojirenstvi.studentske.cz/2008/10/kapilrn-zkouky.html TEDIKO s.r.o. - Technická diagnostika komponent. Tediko [online]. (c) 2009 [cit. 2012-04-23]. Dostupné z: www.tediko.cz/index.php?sub=02cz&lang=cz&p=0202cz TEDIKO s.r.o. - Technická diagnostika komponent. Tediko [online]. (c)2009 [cit. 2012-04-23]. Dostupné z: http://www.tediko.cz/index.php?sub=02cz&lang=cz&p=0208cz TECHNOTEST - Nedestruktivní zkoušení materiálu. Technoset [online]. b.r. [cit. 2012-04-23]. Dostupné z: www.technotest.cz/www/0013.m.technotest.htm ULLMANN, Jiří. PTS JOSEF SOLNAŘ. Nedestruktivní zkoušení materiálu: Magnetická metoda prášková stupeň 1. Ostrava, 2002. Ultrazvuk. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2012-04-23]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/ultrazvu 11