Metody Badań Eksperymentalnych cz.2

Metody Badań
Eksperymentalnych cz.2
Metody Badań Nieniszczących
dr. inż. Marek Chmielewski
GG p. 7 (niski parter)
Egzamin?
Definicja badań
nieniszczących
NDT- nondestructive testing
NDI - nondestructive inspection
NDE - nondestructive examination
- nondestructive evaluation
Nieniszcząca ocena właściwości
materiałów
Definicja badań
nieniszczących
Badanie nieniszczące to postępowanie, w
wyniku którego uzyskuje się informację o
wystepowaniu nieciągłości materiałów w
obiektach, o właściwościach materiałów
obiektów badanych i wymiarach obiektów,
bez naruszenia ciągłości ich makrostruktury i
mikrostruktury oraz powodowania zmian lub
wpływania na ich właściwości i użytkowe.
Badania Nieniszczące
Obiekty badań nieniszczących
Cele prowadzenia badań
nieniszczących
Typowe wielkości określane dla badań
nieniszczących
Zjawiska fizyczne wykorzystywane w
dziedzinie badań nieniszczących
Przegląd metod badań nieniszczących
Przegląd metod badań
nieniszczących
1. Nieniszczące metody wykrywania wad typu nieciągłości
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
Metoda radiograficzna
Metoda optyczna endoskopowa, wziernikowa
Metoda magnetyczna - pole rozproszone
Metoda ultradźwiękowa
Metoda prądów wirowych
Metoda emisji akustycznej
Metody inne
Przegląd metod badań
nieniszczących
2. Nieniszczące metody badania jakości materiałów
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
Metoda radiograficzna (dyfraktometria)
Metoda ultradźwiękowa
Metoda elektromagnetyczna
Metoda spektroskopii mechanicznej
Metody pomiaru twardości.
Przegląd metod badań
nieniszczących
3. Nieniszczące metody pomiaru naprężeń własnych
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
Metoda rentgenograficzna
Metoda neutronograficzna
Metoda ultradźwiękowa
Metody magnetyczne
Literatura
1. J. Deputat; Nieniszczące metody badania własności materiałów, Biuro
Gamma, Warszawa, 1997.
2. Badania metodami nieniszczącymi; Koli, Gdańsk, 1991.
3. T. Piech; Badania magnetyczne, Biuro Gamma, Warszawa, 1998.
4. Badania mechanicznych właściwości materiałów i konstrukcji, IPPT,
SEM, Biuro Gamma, Zakopane, 1996
5. Handbook of measurements of residual stresses; ed. J. Lu; The Fairmont
Press, 1996.
6. A. Śliwiński; Ultradźwięki i ich zastosowanie; WNT, Warszawa, 1993.
7. Anna Lewińska-Romicka Badania Nieniszczące Podstawy defektoskopii
WNT Warszawa 2001
Obiekty badań nieniszczących
W technice, w badaniach i diagnostyce






Materiałów do produkcji, półproduktów, wyrobów
gotowych, połączeń i konstrukcji
Obiektów naziemnych, podziemnych i
podmorskich
Elementów oraz podzespołów maszyn i urządzeń
Elementów oraz podzespołów samolotów i
statków
Elementów i podzespołów rakiet kosmicznych
Elementów broni, pocisków itd.
Obiekty badań nieniszczących
W ochronie antyterrorystycznej
W kryminalistyce (narkotyki, fałszerstw)
W diagnostyce medycznej
W badaniach archeologicznych
W badaniach i konserwacji dzieł sztuki
W ochronie środowiska
Cele prowadzenie badań
nieniszczących
Cele bezpośrednie

Ocenę stanu makrostruktury i mikrostruktury
materiału, tzn. analizę stanu materiału,
dokonywaną przez






Wykrycie
Rozpoznanie
Opis nieciągłości makrostruktury i opis anomalii
mikrostruktury
Pomiar wielkości geometrycznych
Pomiar użytkowych własności materiałów
Sterowanie procesami produkcyjnymi
Cele prowadzenie badań
nieniszczących
Do celów odległych, przyszłościowych



Ryzyka pęknięcia
Trwałości elementu
Technologicznej i eksploatacyjnej przydatności
materiału
Zapewnienie bezpieczeństwa ludziom
Zapobiegania



Stratom ludzkim
Stratom materialnym
Katastrofom ekologicznym
Miejsce badań nieniszczących
Materiały wyjściowe do produkcji
Procedury Badań
Badania Nieniszczące
Akceptacja
Kryteria akceptacji
Brak Akceptacji
Przetwarzanie
Naprawa
Przekwalifikowanie
Złomowanie
Produkty gotowe
Miejsce badań nieniszczących
Produkty gotowe
Procedury Badań
Badania Nieniszczące
Akceptacja
Kryteria akceptacji
Brak Akceptacji
Przetwarzanie
Naprawa
Przekwalifikowanie
Złomowanie
Procesy eksploatacji
Miejsce badań nieniszczących
Procesy eksploatacji
Procedury Badań
Badania Nieniszczące Diagnostyczne
Akceptacja
Akceptacja do użytku aa pewien czas
Kryteria akceptacji
Brak Akceptacji
Złomowanie
Naprawa
Ocena wyników badań
nieniszczących
Poznanie technologii wykonywania obiektów
Poznanie procesów eksploatacji obiektów
Poznanie i opis nieciągłości w obiektach na skutek
nieprawidłowości procesów wytwarzania
Poznanie i opis uszkodzeń pojawiających się w
obiektach podczas eksploatacji obiektów
Dobór metody (metod) badania
Dobór aparatury do kontroli, jeśli zastosowanie
wybranej metody wymaga użycia aparatury
Ocena wyników badań
nieniszczących
Dobór preparatów do kontroli
Określenie oczekiwanej, możliwej do osiągnięcia,
informacji, jaka ma być/będzie uzyskana w wyniku
prowadzenia badań
Dobór wzorców
Określenie sposobów rejestracji wykrytych nieciągłości
Określenie sposobów oceny zarejestrowanych
nieciągłości
zapoznanie się z normami i innymi przepisami,
dotyczącymi m. In. Metod i procedur badania obiektów
poszczególnych klas, klasyfikacji wadliwości
obiektów/akceptacji obiektów, ze względu na szkodliwość
nieciągłości obiektów, w kontekście kryteriów
dopuszczalności do pracy (bądź do dalszej pracy)
Ocena wyników badań
nieniszczących
Wybór poziomu czułości badania
Poznanie wymagań w odniesieniu do poziomu
jakości obiektów
Określenie zasad klasyfikacji
(wadliwości)/akceptacji obiektów
Badania nieniszczące a
widmo energetyczne
Metoda Badań
nieniszczących
Zakres widma
częstotliwości
Zakres częstotliwości wg
podziału pasma widma Hz
1
Metoda Magnetyczna
Poddźwiękowy i zakres
akustyczny
Pola stałe i pola
zmienne najczęściej
50Hz do 6 kHz
2
Emisja Akustyczna
Zakres akustyczny
20Hz-20kHz
3
Metoda Ultradźwiękowa
Ultradźwięki
20kHz do 100MHz
Zakres akustyczny i
fale radiowe
3Hz do 120 MHz
Wysokie częstotliwości
54MHz do 470MHz
Bardzo wysokie
częstotliwości
470MHz do 13GHz
Mikrofale
10GHz do 1THz
Lp
4
Metoda Prądów
Wirowych
Lp
Metoda Badań
nieniszczących
Zakres widma
częstotliwości
Zakres częstotliwości wg
podziału pasma widma Hz
5
Termografia w
podczerwieni
Promieniowanie
podczerwone
1012Hz do 4*1014Hz
6
Badania wizualne i
metoda penetracyjna
Światło widzialne
4*1014 do 8*1014Hz
7
Metoda penetracyjna i
metoda magnetyczna
Promieniowanie
ultrafioletowe
8*1014 do 5*1016Hz
Miękkie
promieniowanie X
5*1016 do 3*1016Hz
Przemysłowe
zastosowania
Promieniowanie X i 
1017 do 3*1021Hz
8
Metoda radiologiczna
Zakres zastosowań głównych
metod badań nieniszczących
Metoda badań
Metoda Radiologiczna
Zasada
Wprowadzanie promieniowania X i GAMMA. Otrzymywanie obrazu
wykrywalności w postaci cienia w kierunku rozchodzenia się promieniowania.
Rejestracja na błonach radiograficznych i rejestracja komputerowa.
Dyfrakcja na sieci krystalicznej
Zastosowania
Wykrywanie nieciągłości wprowadzanych w procesie wytwarzania i
podczas eksploatacji obiektów. Badania i diagnostyka złączy
spawanych oraz odlewów. Określanie naprężeń powierzchniowych
Ograniczenia
Możliwość wykrywania nieciągłości korzystnie zorientowanych
względem wiązki fal. Czułość wykrywania nieciągłości (0,5%– 2%)
grubości materiału. Ograniczona grubość obiektów.
Niebezpieczeństwo napromieniowania. Naprężenia tylko dla kilu
warstw atomowych
Zalety
Materiały
badane
Rodzaje
wykrywanych
nieciągłości
Wizualna ocena zobrazowań nieciągłości. Zobrazowanie
nieciągłości w widoku zgodnym z kierunkiem promieniowania na
radiogramach
Wszystkie metale i ich stopy, niemetale, żywność, wykrywanie
obcych obiektów.
Wykrywanie nieciągłości przestrzennych, pęcherzy, pozostałości
jamy skurczowej, oraz płaskich pęknięć skurczowych, wtrąceń braki
przetopów - w złączach spawanych, wykrywanie nieciągłości
odlewów, pęcherzy, pęknięć skurczowych. Wykrywanie i ocena
zmian grubości obiektów i grubości powłok
Metoda badań
Metoda Ultradźwiękowa
Zasada
Wprowadzanie fal ultradźwiękowych. Fale są odbijane przez
wykrywalności nieciągłości, uginane i rozpraszane na krawędziach nieciągłości
Zastosowania
Wykrywanie, w zależności od rodzaju fal, nieciągłości
wewnętrznych i powierzchniowych, pomiary grubości, wykrywanie
braku przyczepności we wszelkiego rodzaju połączeniach i spoin.
Ograniczenia
Możliwość wykrywania nieciągłości korzystnie zorientowanych
względem wiązki fal. Konieczność stosowania bardzo dobrych,
powtarzalnych sprzężeń akustycznych (jakość powierzchni)
Zalety
Materiały
badane
Rodzaje
wykrywanych
nieciągłości
Możliwość wykrywania nieciągłości o średnicy porównywalnej lub
większej od długości fali. Możliwość pomiaru grubości obiektów,
przy dostępie jednostronnym.
Wszystkie metale i ich stopy, niemetale (tworzywa sztuczne,
ceramika, szkło guma, beton)
Nieciągłości płaskie oraz przestrzenne. Pęknięcia wewnętrzne
zewnętrzne i powierzchniowe, wtrącenia i pozostałości jamy
usadowej, rozwarstwienia w obiektach. Nieciągłości obiektów złącz
spawanych: przyklejenia pęknięcia braki przetopu wtrącenie
pęcherze itp..
Metoda badań
Badania Wizualne
Zasada
Obserwacja okiem nieuzbrojonym, za pomocą lup oraz urządzeń do
wykrywalności zdalnej obserwacji, endoskopów: boroskopów i fibroskopów
Zastosowania
Wykrywanie nieciągłości na dostępnych i niedostępnych
powierzchniach
Ograniczenia
Wykrywanie jedynie nieciągłości powierzchniowych. Brak możliwości
wykrywania nieciągłości zaciśniętych
Zalety
Prostota i niski koszt prowadzenia badań wizualnych. Możliwość
obserwacji powierzchni trudno dostępnych; przy małych średnicach
sond endoskopowych
Materiały
badane
Rodzaje
wykrywanych
nieciągłości
Wszystkie materiały
Wszelkie nieciągłości powierzchniowe np.. Pęknięcia i wżery
korozyjne, wykrywanie przedmiotów podczas przemytu.
Metoda badań
Metoda Penetracyjna
Zasada
Wnikanie cieczy – penetrantów barwnych i fluorescencyjnych – do
wykrywalności nieciągłości. Stosowanie wywoływaczy i ewentualnie emulgatorów
Zastosowania
Wykrywanie nieciągłości powierzchniowych
Ograniczenia
Wykrywanie tylko nieciągłości powierzchniowych otwartych.
Powierzchnia gładka.
Zalety
Materiały
badane
Rodzaje
wykrywanych
nieciągłości
Prostota i niski koszt prowadzenia badań. Możliwość kontroli, w
jednej operacji obiektów o skomplikowanym kształcie
Wszystkie metale i ich stopy, niemetale
Pęknięcia produkcyjne i pęknięcia eksploatacyjne
Metoda badań
Metoda Magnetyczna
Zasada
wykrywalności
Magnesowanie obiektów stałym, przemiennym polem
magnetycznym. Wykrywanie zmiany strumienia magnetycznego:
proszki magnetyczne przetworniki indukcyjnościowe (efekt
Faradaya)
Zastosowania
Wykrywanie nieciągłości powierzchniowych i podpowierzchniowych
w obiektach z materiałów ferromagnetycznych. Pomiar naprężeń i
jakości materiałów
Ograniczenia
Brak możliwości zastosowania dla materiałów niemagnetycznych.
Naprężenia tylko na powierzchni
Zalety
Materiały
badane
Rodzaje
wykrywanych
nieciągłości
Prostota prowadzenia badań metodami magnetycznymi.
Nieduże wymagania dotyczące stanu powierzchni
Stale ferromagnetyczne, nikiel kobalt
Wykrywanie nieciągłości powierzchniowych: pęknięć i nieciągłości
podpowierzchniowych. Pomiar jakości materiału powierzchni oraz
stanu naprężeń.
Metoda badań
Metoda Prądów Wirowych
Zasada
wykrywalności
Indukowanie prądów wirowych pod wpływem zmiennego pola
magnetycznego. Pomiar impedancji lub napięcia zespolonego
Zastosowania
Zautomatyzowane badania półproduktów gotowych – podczas
procesów wytwarzania, diagnostyka ręczna i zautomatyzowania w
procesach eksploatacji
Ograniczenia
Brak możliwości zastosowania do materiałów nieprzewodzących
prądu elektrycznego
Zalety
Materiały
badane
Rodzaje
wykrywanych
nieciągłości
Możliwość prowadzenia badań obiektów z dużą prędkością
Tylko materiały przewodzące prąd elektryczny
Wykrywanie nieciągłości powierzchniowych: pęknięć i nieciągłości
podpowierzchniowych( głębokość kilku milimetrów). Pomiary
wymiarów, przewodności elektrycznej itp..
Nieciągłości Obiektów
Nieciągłości materiałowe

Pęknięcia, przyklejenia, zawalcowania,
rozwarstwienia, pęcherze, ubytki korozyjne
Nieciągłości strukturalne

Karby strukturalne, odmienna od nominalnej
twardość, miękkie plamy
Nieciągłości geometryczne

Zmiany wymiarów i nieprawidłowy kształt obiektu
oraz nieciągłości powierzchni
Nieciągłości Obiektów
Podziały
1.
2.
nieciągłości istotne
nieciągłości nieistotne
Nieciągłości istotne mogą
1.
2.
3.
Występować w materiałach wyjściowych do
produkcji
Być wprowadzone podczas procesów wytwarzania
Powstawać podczas eksploatacji
Nieciągłości Obiektów
Ze względu na położenie w obiektach
Nieciągłości powierzchniowe
Nieciągłości podpowierzchniowe
Nieciągłości wewnętrzne
Ze względu na charakter nieciągłości
Nieciągłości płaskie
Nieciągłości przestrzenne (objętościowe)
Jak badać różne typy
nieciągłości
Nieciągłości objętościowe
Metoda radiologiczna
 Metoda ultradźwiękowa

Badania nieciągłości powierzchniowych
Badania wizualizacyjne
 Metody magnetyczne
 Metody penetracyjne
 Metoda prądów wirowych

Przykłady nieciągłości
obiektów
Rury i zębatki sprężyny itp..
Metoda radiologiczna
Najnowsze trendy wykorzystania
tomografii komputerowej
wykorzystującej promieniowanie
Roentgena
32Krajowa Konferencja Badań
Nieniszczących
Nowoczesna
aparatura
przeznaczona do
badań
nieniszczących