Metódy NDT pre detekciu povrchových chýb
Na kontrolu povrchových chýb existujú 4 hlavné metódy NDT: vizuálna skúška (VT), kapilárna skúška (PT), magnetická prášková skúška (MT) a skúška vírivými prúdmi (ET). V článku sa dočítate ako sa dané metódy používajú a aké chyby s nimi možno nájsť. Preskúmame ich výhody v porovnaní s inými kontrolnými metódami a ich obmedzenia.
Vizuálna skúška (VT)
Je základná a najrozšírenejšia NDT metóda, ktorá hodnotí charakter, druh a rozsah nedokonalostí. Mala by sa vykonávať vždy pred aplikáciou akejkoľvek ďalšej NDT metódy. Skúška sa vykonáva voľným okom alebo pomocou špeciálnych meradiel či zariadení.
Metóda VT sa využíva pri klasickej NDT kontrole, keď hľadáme chyby, ako sú trhliny, zápaly, póry na povrchu, zisťujeme aj tvarové odchýlky - meriame a vyhodnocujeme lineárnu súosovosť, prevýšenie koreňa zvaru, súosovosť formy pri odliatku, kontrolujeme aj stav povrchu. Ide o metódu NDT, ktorá je plnohodnotná v porovnaní s inými metódami NDT (napr. RT, PT, ...) a svojím rozsahom dokonca presahuje rozsah použitia iných metód NDT.
Vizuálna kontrola sa vykonáva na pripravenom (vyčistenom, odmastenom a vysušenom) povrchu skúšaného komponentu. Kvalita tejto prípravy v konečnom dôsledku ovplyvňuje dosiahnuteľnú citlivosť testu - identifikovateľnosť chýb. Kontrola sa môže vykonávať priamo zrakom bez pomôcok, s použitím základných pomôcok, ako sú zrkadlá, meradlá, lupy atď. alebo s použitím endoskopov, boroskopov, videoskopov atď.
Kapilárna skúška (PT)
Ide pravdepodobne o najčastejšie používanú metódu zisťovania chýb na povrchu. Budeme sa zaoberať dvoma najbežnejšími metódami tejto skúšobnej metódy – farebným kontrastom a fluorescenčným kontrastom. Obe tieto metódy používajú rovnaký základný postup. Najprv sa na povrch, ktorý sa má testovať, nanesie penetračná kvapalina, po ktorej nasleduje vopred stanovená doba penetrácie, aby penetrant dostatočne prenikol do všetkých diskontinuít, ktoré sa na povrchu nachádzajú. Penetračný čas sa môže líšiť v závislosti od rôznych prípadov. Vo všeobecnosti ale platí, že penetračný čas býva od 5 – 30 minút. Po uplynutí penetračného času sa dôkladne odstráni prebytok penetrantu najprv suchou savou handrou, ktorá nepúšťa chlpy ani vlasy. Potom sa kontrolovaný povrch dočistí vhodným rozpúšťadlom. V poslednom kroku sa na kontrolovaný povrch nanesie jemná vrstva vývojky, ktorej úlohou je vytvoriť kontrastné pozadie a zároveň zabezpečiť vzlínanie prebytočného penetrantu, ktorý ostal v diskontinuitách. Po týchto troch krokoch nasleduje interpretácia a vyhodnotenie výsledkov skúšky. Pri hodnotení výsledkov skúšky sa zisťuje veľkosť rozpitia penetrantu na pozadí vývojky.
Metóda farebného kontrastu závisí od jasného kontrastu medzi bielym pozadím vývojky, ktorý pokrýva povrch testovaného predmetu a červeným penetrantom. Vyhodnotenie skúšky sa vykonáva pri bežnom svetle, ktorého intenzita musí byť minimálne 500 luxov. Metóda fluorescenčného kontrastu využíva ultrafialové svetlo (čierne svetlo), ktoré sa používa na osvetlenie fluorescenčného penetrantu a pomáha pri interpretácii testu.
Tento typ skúšky je obmedzený na zisťovanie diskontinuít porušujúcich povrch, t. j. diskontinuít, ktoré sú otvorené na povrchu, na ktorý bol penetrant aplikovaný. Nemôže odhaliť diskontinuity, ktoré sú uzavreté, ako sú vnútorné póry alebo chyby natavenia. Zvyčajne nie je vhodná na testovanie drsných alebo pórovitých materiálov, pretože interpretácia výsledkov testu môže byť sťažená falošnými indikáciami.
V porovnaní s vizuálnou kontrolou môže tento typ kontroly poskytnúť citlivejšiu metódu kontroly, ktorá s väčšou pravdepodobnosťou odhalí menšie a jemnejšie porušenia povrchu, ako sú trhliny a mikropórovitosť povrchu. Tento typ kontroly môže byť vhodný pre železné aj neželezné materiály. Výhodou tejto metódy, oproti magnetickej práškovej metóde je možnosť kontrolovať aj austenitický (nerezový) materiál.
Magnetická prášková skúška (MT)
Ide o metódu, ktorá sa používa na zisťovanie predovšetkým rovinných chýb, ako napríklad trhliny, studené spoje, neprievary a iných diskontinuít vo feromagnetických materiáloch. Touto metódou možno zistiť povrchové aj jemne podpovrchové diskontinuity. Táto skúšobná metóda je založená na princípe vytvorenia magnetického rozptylového poľa spôsobeného necelistvosťou materiálu v skúšanej súčasti. Magnetický rozptylový tok vystupuje na povrch kontrolovaného materiálu kde je indikovaný feromagnetickými časticami.
Počas skúšky je diel zmagnetizovaný buď priamo (prechodom elektrického prúdu), alebo nepriamo (vonkajším zdrojom magnetického poľa), napríklad v cievke alebo elektromagnetom. Pole nemôže byť v mieste defektu koncentrované v rovnakej miere ako v základnom feromagnetickom materiáli. Magnetické pole preto stúpa nad povrch. Tvorí tzv. rozptyl magnetického toku. Bod, kde magnetické siločiary opúšťajú základný materiál a kde do neho opäť vstupujú, sa nazýva magnetický pól. Tým sa v mieste defektu vytvorí malý magnet. Na povrch testovanej časti sa nanesie detekčné činidlo vo forme feromagnetického prášku. Zrná detekčného činidla sú priťahované rozptylovým tokom cez defekty a vytvárajú viditeľnú indikáciu. Indikáciu potom operátor vyhodnotí podľa kritérií akceptovateľnosti.
Tak ako pri kapilárnej metóde, tak aj pri magnetickej práškovej metóde môžu byť detekčné prostriedky farebné (čierne) alebo fluorescenčné. Pri používaní farebných prostriedkov využíva operátor denné svetlo s intenzitou minimálne 500 luxov. Flourescenčnú skúšku možno vykonávať pri dennom svetle s intenzitou maximálne 20 luxov a s použitím UV svetla (čierneho svetla), ktorého intenzita musí byť minimálne 1000 µW / cm2 zo vzdialenosti 30 cm od kontrolovaného povrchu.
Touto metódou možno testovať len feromagnetické materiály. Feromagnetické časti, ktoré boli počas testovania zmagnetizované, si môžu zachovať určité množstvo zvyškového magnetizmu. Ak majú niektoré časti správne fungovať v prevádzke, môže byť potrebná demagnetizácia.
Pre overenie intenzity a smeru magnetického poľa sa používajú mierky s umelými vadami. Medzi najpoužívanejšie patrí Bertholdova mierka a mierka D250. Overenie vlastností feromagnetickej suspenzie (novej alebo starej) sa používa mierka MTU3.
Výhodou magnetickej práškovej metódy, oproti kapilárnej metóde je možnosť zistenia aj chýb, ktoré sa nachádzajú jemne pod povrchom.
Skúšanie vírivými prúdmi (ET)
Vírivé prúdy sú polia striedavého magnetického prúdu, ktoré vznikajú pri prechode striedavého elektrického prúdu jednou alebo viacerými cievkami v súprave sondy. Keď sa sonda umiestni do blízkosti testovaného dielu, striedavé magnetické pole indukuje v testovanom diele vírivé prúdy. Nespojitosti alebo zmeny vlastností v testovanej časti menia tok vírivých prúdov a na základe týchto zmien sa tieto nespojitosti alebo zmeny detekujú sondou. Tento princíp umožňuje meranie hrúbky materiálu alebo detekciu defektov, ako sú trhliny alebo korózia.
Táto technológia sa v súčasnosti široko používa v leteckom, automobilovom, petrochemickom a energetickom priemysle na zisťovanie povrchových defektov a defektov ležiacich blízko povrchu v materiáloch, ako sú hliník, nehrdzavejúca oceľ, meď, titán, mosadz, zliatiny Inconel® a uhlíková oceľ (len povrchové defekty). V tomto článku vám priblížime, čo je to testovanie vírivými prúdmi, ako funguje, a opíšeme bežné aplikácie a metódy používané pri tomto type testovania.
Testovanie vírivými prúdmi je založené na fyzikálnom jave elektromagnetickej indukcie. Cez vinutie cievky v sonde vírivých prúdov preteká striedavý prúd a vytvára kmitajúce magnetické pole. Keď sa sonda a jej elektromagnetické pole priblíži k vodivému materiálu, napríklad k testovanej kovovej súčiastke, začne sa kovom pohybovať kruhový tok elektrónov, známy ako vírivý prúd. Tento vírivý prúd tečúci kovom vytvára vlastné magnetické pole, ktoré interaguje s cievkou a jej poľom prostredníctvom vzájomnej indukčnosti.
Zmeny v hrúbke kovu alebo defekty, ako sú trhliny v blízkosti povrchu, prerušujú alebo menia amplitúdu a tvar vírivého prúdu a tiež výsledné magnetické pole. Tým sa mení impedancia cievky a ovplyvňuje sa aj pohyb elektrónov v cievke. Prístroj na testovanie vírivými prúdmi vykresľuje zmeny impedancie a fázového uhla na grafe, v ktorom skúsená obsluha môže identifikovať zmeny v testovanej časti.
Existuje mnoho faktorov, ktoré môžu ovplyvniť schopnosť kontrolovať vírivé prúdy. Vírivé prúdy, ktoré sa pohybujú materiálmi s vyššími hodnotami vodivosti, sú citlivejšie na povrchové defekty, ale menej prenikajú do materiálu, pričom prenikanie závisí aj od skúšobnej frekvencie. Vyššie skúšobné frekvencie zvyšujú rozlíšenie v blízkosti povrchu, ale obmedzujú hĺbku prieniku, zatiaľ čo nižšie frekvencie zvyšujú hĺbku prieniku.
Úspešná detekcia porušenia povrchu a trhlín v blízkosti povrchu si vyžaduje:
- Znalosť pravdepodobného typu, polohy a orientácie defektu,
- Výber vhodnej sondy (sonda by mala zodpovedať geometrii súčiastky a cievka musí produkovať vírivé prúdy, ktoré budú narušené chybou),
- Výber primeranej frekvencie sondy (v prípade povrchových chýb by mala byť frekvencia čo najvyššia, aby sa dosiahlo maximálne rozlíšenie a vysoká citlivosť. V prípade podpovrchových chýb sú na dosiahnutie požadovanej hĺbky prieniku potrebné nižšie frekvencie, čo má za následok nižšiu citlivosť. Feromagnetické alebo vysoko vodivé materiály si vyžadujú použitie ešte nižšej frekvencie, aby sa dosiahla určitá úroveň prieniku),
- Kalibrácia citlivosti z podobného materiálu ako kontrolovaný komponent a s vlastnosťami, ktoré sú reprezentatívne pre kontrolovanú chybu alebo stav.
Základné kroky pri vykonávaní kontroly povrchovou sondou sú tieto:
- Výber a nastavenie prístroja a sondy,
- Voľba vhodnej frekvencie na dosiahnutie požadovanej hĺbky prieniku,
- Nastavenie prístroja tak, aby sa pomocou kalibračného štandardu alebo kalibračnej vzorky získali ľahko rozpoznateľné odozvy od defektu.
Testovanie vírivými prúdmi sa široko používa v leteckom priemysle, ako aj v iných výrobných a servisných prostrediach, kde sa vyžaduje kontrola tenkých kovov na identifikáciu potenciálnych problémov s bezpečnosťou a kvalitou. Okrem zisťovania trhlín v plechu a rúrkach sa skúšky vírivými prúdmi môžu používať na meranie hrúbky určitých kovov, napríklad na zisťovanie korózie pod povlakom lietadla, na meranie vodivosti a monitorovanie účinkov tepelného spracovania a na určovanie hrúbky nevodivých povlakov na vodivých podkladoch. K dispozícii sú prenosné prístroje na použitie v teréne, ako aj trvalo nainštalované prístroje, ktoré spĺňajú potreby širokého spektra testovacích aplikácií.