Badanie metodami nieniszczącymi

Łukasz Kapusta

II rok, IV sem.

Budownictwo Stacjonarne

26-04-13r

 

Badania MPM (Magnetyczna Pamięć Metalu)

Metoda MPM jest to pasywna metoda kontroli nieniszczącej, oparta na rejestracji i analizie rozkładu własnych magnetycznych pól rozproszonych (WMPR), powstających w wyrobach i urządzeniach w strefach koncentracji naprężeń (SKN). W trakcie kontroli MPM wykorzystywane jest naturalne namagnesowanie, które pojawia się w postaci magnetycznej pamięci metalu podczas faktycznych odkształceń, czego następstwem jest zachodzenie zmian strukturalnych w materiale wyrobów i urządzeń.

Wyróżniającą właściwością metody MPM w stosunku do innych metod badań nieniszczących jest to, że poza wykrywaniem pęknięć lokalizuje wczesną fazę zmęczenia materiału i defekty struktury, odwzorowane przez strefy koncentracji naprężeń (SKN).

U podstaw fizycznych MPM leżą:

- zjawiska magnetosprężyste i magnetomechaniczne,

- zjawisko tworzenia się i umiejscowienia granic domen magnetycznych na ściankach dyslokacji w strefach koncentracji naprężeń (SKN),

- zjawisko rozproszenia pola magnetycznego na skutek występowania strukturalnych i mechanicznych niejednorodności w warunkach naturalnego namagnesowania się metalu spowodowanego obciążeniami.

Metoda  MPM określa:

- Strefy Koncentracji Naprężeń – podstawowe źródła rozwoju uszkodzeń,

- Mikro i makro wady na powierzchni i w głębszych warstwach metalu.

Na podstawie analizy rozkładu WMPR i ich charakterystyki,  możliwe jest  określenie najbardziej obciążonego odcinka lub węzłów podatnych na uszkodzenia, a co za tym idzie oszacowanie resursu urządzenia, jego przydatności do dalszej eksploatacji.

 

Podstawowe różnice metody MPM i tradycyjnych metod badań nieniszczących

  •  MPM  to metoda diagnostyki uszkodzeń zmęczeniowych w fazie ich powstawania i rozwoju;

  •  MPM  jako jedyna odpowiada na pytanie - „Skąd pobrać próbki metalu”? do oceny resursu urządzeń;

  •  MPM  to druga - obok metody emisji akustycznej (AE) - pasywna metoda , która wykorzystuje informacje „wypromieniowane” przez konstrukcje. Podczas badania MPM, oprócz wczesnego ujawnienia wady, dodatkowo otrzymujemy informacje o faktycznym stanie naprężeń i odkształceń metalu oraz o przyczynach rozprzestrzeniania się uszkodzenia.

  •  podczas badania MPM mierzone są parametry własnych magnetycznych pól rozproszonych w skupiskach dyslokacji tworzących strefy koncentracji naprężeń (SKN). W odróżnieniu od innych znanych metod nie potrzeba wytwarzać sztucznego pola magnetycznego.

Metoda MPM ma zastosowanie dla:

• kontroli jakości metalu i połączeń spawanych,

• kontrola jakości obróbki cieplnej metali,

• kontrola wyrobów podczas produkcji i eksploatacji,

• kontrola materiałów ferromagnetycznych i paramagnetycznych w tym stali austenitycznej,

• 100 % kontrola jakości wyrobów przemysłu maszynowego – w tym sortowania,

• badania własności mechanicznych metalu w warunkach laboratoryjnych,

• monitorowania stałego bądź okresowego konstrukcji takich jak hale, mosty itp.

• ocena stanu technicznego.

 

Za pomocą metody MPM możemy badać:

• rurociągi,

• konstrukcje stalowe,

• zbiorniki ciśnieniowe,

• turbiny i ich osprzęt,

• dźwigi, suwnice, windy,

• mechanizmy wirujące wraz z oprzyrządowaniem (łopatki, elementy kierujące, tarcze, kadłuby, zawory, opaski generatorów),

• elementy kotłów – walczaki, rury ekranowe, rurociągi pary świeżej - wtórnej, zawieszenie kotła, 

• obiekty transportu kolejowego – szyny, elementy wózków, wagony, cysterny,

• instalacje poddane procesom pełzania materiału lub chorobie wodorowej, i wiele innych.

Zalety

MPM jest jedyną metodą kontroli nieniszczącej, pozwalającą w trybie szybkiej kontroli określać z dokładnością do 1 mm stref koncentracji naprężeń (SKN),

Do największych zalet metody MPM możemy zaliczyć:

- ujawnienie stref koncentracji naprężeń jako głównych źródeł uszkodzeń,

- wykrywanie wad w połączeniach spawanych i materiale rodzimym element,

- możliwość prognozowania rozwoju defektu,

- wczesna diagnostyka uszkodzenia oraz oszacowanie stanu jakościowego elementu,

- redukcja kosztów materialnych przy użyciu MPM w kombinacji z konwencjonalnymi metodami NDT (nie jest wymagane oczyszczanie, ani jakiekolwiek inne przygotowywanie kontrolowanej powierzchni, ponadto w krótkim czasie istnieje możliwość przebadania dużej powierzchni obiektu).

- nie wymagane jest specjalne sztuczne namagnesowanie, ponieważ MPM wykorzystuje naturalne namagnesowanie, uformowane podczas wykonywania lub eksploatacji wyrobu.

Metoda emisji akustycznej

Metoda badań emisji akustycznej opiera się na pomiarach drgań i dźwięków generowanych przez materiał. Proces taki zachodzi najczęściej w sytuacjach, gdy obiekt jest poddawany obciążeniu (mechanicznemu lub termicznemu) powodującemu zniekształcenia, które to – pośrednio – są źródłem dźwięku.

 

ŹRÓDŁO SYGNAŁU

Zjawisku emisji akustycznej towarzyszy gwałtowne uwolnienie energii, która rozchodzi się po strukturze we wszystkich kierunkach (analogicznie do tworzących się kół po wrzuceniu kamienia do wody). Amplituda tych drgań maleje wraz z upływem czasu i wzrostem odległości od centrum, a zasięg drgań zależy od właściwości materiału, kształtu obiektu i otoczenia. Poniższa ilustracja przedstawia zjawisko rozchodzenia się dźwięku w strukturze.

 

 

propagacja drgań

 

Emitowane sygnały akustyczne mogą występować w dwóch postaciach – przejściowej (ang. transient) i ciągłej (ang. continuous). Sygnały przejściowe rejestrowane są jako skutek np. pęknięć i są łatwo odróżnialne od szumu – mają charakter krótkotrwały, impulsowy, a po ich wygaśnięciu pomiar składa się wyłącznie z szumu, który się odfiltrowuje. Natomiast sygnały ciągłe pojawiają się w przypadku występowania wycieków i nieszczelności, mogą mieć zmienną amplitudę i częstotliwość, ale nigdy nie będą wykazywały tendencji do wygaśnięcia do poziomu szumu.

 

sygnał przejściowy

 

 

W przypadku sygnałów przejściowych (takich jak na ilustracji powyżej) jednym z najważniejszych parametrów emisji akustycznej jest amplituda szczytowa. Jej wartość może świadczyć o charakterze i wielkości uszkodzenia będącego źródłem sygnału. Zakłada się, że bardzo krótkie (poniżej 3 μs) okresy aktywności z małą liczbą przekroczeń progu (poniżej 3) są traktowane jako zakłócenia eliminowane przez filtry logiczne.

 

ZASTOSOWANIE, KORZYŚCI I OGRANICZENIA

Pomiary i analizy emisji akustycznej najczęściej stosuje się w instalacjach pneumatycznych i hydraulicznych oraz w zbiornikach cieczy i gazów. Zastosowanie tej metody badań nieniszczących pozwala na projektowanie optymalnych rozmiarów podstaw i samych instalacji, wykrywanie uszkodzeń (pęknięć, wycieków, deformacji plastycznych, korozji) czy uniknięcie kosztownych operacji zatrzymania i uruchomienia instalacji (np. osuszanie). Przewaga w stosunku do innych metod nieniszczących uzyskana jest dzięki możliwości badania obiektu w jego normalnych warunkach pracy (zwłaszcza pod obciążeniem) i wykrywaniu powiększających się defektów. Wadami tego rozwiązania są: nieczułość uszkodzenia o stałej wielkości (nie dotyczy nieszczelności), możliwość analizy pomiarów tylko z pomocą wyspecjalizowanego oprogramowania przez doświadczonego operatora oraz czułość systemów badań emisji akustycznej na szum.