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 gam, 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 ultrazvukem Ultrazvuk (UZ) je akustické vlnění, jehož frekvence leží nad hranicí slyšitelnosti lidského ucha (tedy více než 20 khz). Při zkouškách se používá příčných a podélných ultrazvukových vln o frekvenci 1 až 10 MHz. UZ prochází kovy s malými ztrátami. Zkouška ultrazvukem je zaměřena především na zjišťování plošných vad typu trhlin, studených spojů a zdvojenin, zjišťování tloušťky stěn a větších samostatných objemových vad materiálu. Jako zdroje UZ vln se používá destiček z piezoelektrických krystalů (např. křemene). Při zapojení střídavého elektrického napětí na tyto destičky se tyto rozkmitají jeho kmitočtem. Od nich se pak šíří podélné UZ vlny. Obr. 2. Sada pro zkouška UZ Dopadá-li svazek podélných ultrazvukových vln na rozhraní dvou prostředí, nastává odraz, popř. lom ultrazvukových vln (na rozhraní kov vzduch nastává téměř 100% odraz). Základem většiny měření je měření ultrazvukové energie, která projde materiálem či se naopak vrátí po odrazu od nějakého rozhraní zpět. K zajištění průchodu ultrazvukových vln mezi ultrazvukovou sondou a materiálem je nutné použít vhodnou přechodovou látku (voda, olej, vazelína), aby se odstranila vzduchová vrstva, která brání vytvoření dokonalé akustické vazby. 2
Předmětem kontroly může být: kontrola základního materiálu a svarových spojů na přítomnost vad ve výrobě, montáži a v provozu; kontrola odlitků a výkovků; měření tlouštěk stěn různých komponent; kontrola nekovových materiálů; kontrola přilnutí ložiskových a jiných kompozic. Průchodová metoda Při této metodě se používají dvě ultrazvukové sondy (vysílač a přijímač), které se umisťují souose na protilehlých stěnách zkoušeného materiálu. Je-li v materiálu vada, na jejíž ploše se odrážejí vlny, tvoří se za vadou stín a do snímače přichází menší množství energie. Tato metoda se používá pro zkoušení materiálů menších tlouštěk (tenké plechy, plátované materiály, ložiskové pánve). Bez vady Malá vada Velká vada Obr. 3. Princip průchodové metody 3
Odrazová (impulzová) metoda Tato metoda se používá nejvíce a to pro tloušťky materiálu od 10 mm. Do kontrolovaného předmětu se vysílají krátké ultrazvukové impulsy, které se odrážejí od povrchu předmětu a jeho vnitřních vad. Po odrazu v materiálu se ultrazvukové vlny vrátí na přijímač. Časový průběh se zobrazuje na obrazovce osciloskopu. Tato metoda je velmi citlivá a umožňuje velmi dobrou reprodukci výsledků. Bez vady Malá vada Velká vada Schéma Obrazovka 1 okamžik vyslání pulzu, 2 počáteční pulz, 3 pulz odražený od protilehlého povrhu, 4 pulz odražený od vady, T doba odpovídající dvojnásobné tloušťce materiálu, H doba odpovídajíc dvojnásobné vzdálenosti vady od povrchu Obr. 4. Princip odrazové metody Omezení Ultrazvuk můžeme použít pouze u materiálů, ve kterých se zvuk šíří, aniž by se nadměrně pohlcoval nebo tlumil a dosah zvukové energie svazku byl malý. Příkladem je šedá litina, hrubozrnná struktura austenitických výkovků nebo plastické hmoty. 4
Zkoušení svarového spoje odrazovou impulsní metodou Používají se příčné ultrazvukové vlny při použití tzv. úhlových sond sond s klínem z plastu. Do svarového spoje se tím šíří jen příčné ultrazvukové vlny pod vhodným úhlem. Volba úhlu se volí podle tloušťky materiálu, nejčastěji se používá < γ=30. Vady ve sváru dělíme podle tvaru: rovinné (nepodařený kořen, studený spoj, trhliny, ) prostorové (bubliny, vměstky, strusky, ) Ke zjištění typu vad je nutno použít zkoušení: Podélného Příčného Směrového Při zkoušení podélném se sonda posouvá rovnoběžně s osou svaru. Při zkoušení příčném se sonda posouvá ve směru kolmém k svaru. Zkoušení směrové sonda se pohybuje po kruhovém oblouku se středem ve zjišťované vadě. 5
Zkoušení podélné se dělí na: zkoušení přímé čili na krátkou vzdálenost Obr. 5. Přímé zkoušení svaru 1. zkoušený svar 2. ultrazvuková sonda s nástavkem z umaplexu zkoušení prvním echem Obr. 6. a) svar bez vady b) svar s vadou Obr. 7. zkoušení svaru prvním echem - 1. zkoušený svar 2. ultrazvuková sonda s nástavkem z umaplexu 6
zkoušení druhým echem Obr. 8. zkoušení svaru druhým echem - 1. zkoušený svar 2. ultrazvuková sonda s nástavkem z umaplexu Při zkoušce na krátkou vzdálenost dopadají ultrazvukové vlny přímo na svar a od vady se odrážejí zpět k sondě. Při zkoušce 1. echem se vlny odrážejí nejprve od spodní stěny základního materiálu a potom prochází svárem. Vlivem rozptylu svazku vln stačí k vyzkoušení svaru po celé jeho výšce vést sondu podél jedné nebo dvou rovnoběžek s osou svaru. U svaru do tloušťky asi 40mm stačí vést sondu podél jediné rovnoběžky. Zkoušení druhým echem se používá jen při tak malé tloušťce základního materiálu, že je nelze zkoušet 1 echem. Příčné zkoušení Tento způsob se používá jen pro bližší určení charakteru vady zjištěné podélným zkoušením. V praxi se často kombinuje zkoušení podélné s příčným, tak, že se sonda pohybuje po lomené čáře uvnitř pruhu o šířce s=d*cotg. 7
Název úlohy: Zkouška ultrazvukem Zadání úlohy a) U dané součásti zjistěte pomocí ultrazvukového přístroje případné vnitřní vady b) Tvar a velikost vady zakreslete a zakótujte Použitá měřidla a pomůcky Ultrazvukovým tloušťkoměr označení Unipan454 H Ultrazvukový tloušťkoměr označení D-meter Gel Nákres Součásti Součást nakreslete a zakótujte 8
Postup měření Očistěte povrch měřené součásti od nečistot, které by mohly ovlivnit výsledek měření. Obr. 9. Ultrazvukový tloušťkoměr D-meter Obr. 10. Ultrazvukový tloušťkoměr Unipan 545 9
Nastavte přepínač 4 do polohy 2. Nastavte přepínač typu sondy 3 do polohy KMR. Připojit sondu KMR 4. Zapněte přístroj krátkým stlačením tlačítka 1. Proveďte kalibraci přístroje. Kalibrace se provádí na kontrolním vzorku se známou tloušťkou ze stejného materiálu, jako měřené vzorky. Při zkoušení vzorků z běžné oceli je možné použít kalibrační vzorek na tělese přístroje s tloušťkou 5 mm. Na kalibrační vzorek naneste gel a přiložte sondu. Zobrazený údaj o tloušťce upravte otáčením regulátoru 1 tak, aby údaj odpovídal skutečné tloušťce, tzn. 5 mm. Tím máte přístroj zkalibrovaný. Obr. 11. Měření sondou 10
Na povrch měřené součásti naneste gel a přiložte měřící sondu.tím se vytěsní vzduch mezi měřící sondou a povrchem součásti. Sondou pohybujte po povrchu a zaznamenejte případné vnitřní vady, které se v materiálu vyskytují. Po ukončení měřící povrch součásti i sondy otřete od gelu. Součást nakreslete a zakótujte případné vnitřní vady. Závěr Zhodnoťte povrchovou zkoušku. 11
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 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 Rentgenové záření. Fyzika v moderním lékařství [online]. 1999 [cit. 2013-02- 11]. Dostupné z: http://cz7asm.wz.cz/fyz/index.php?page=renzar 12
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 13