1

Metody badań nieniszczących

Metody badań nieniszczących: co to jest?

• BADANIE BEZ NISZCZENIA (jak sama nazwa

wskazuje).

wskazuje).

• Użycie nieinwazyjnych metod badań w celu określenia

integralności materiału, składnika lub struktury lub
wyznaczenia jakiś charakterystycznych właściwości
obiektu. W szczególności znajomość stanu i jakości
spawów i innych miejsc łączenia materiałów jest bardzo

p

y

j

ą

j

ważna.

2

Metody badań nieniszczących

• Za pomocą badań nieniszczących można badać:

– wewnętrzne i zewnętrzne defekty (makroskopowe);

wewnętrzne i zewnętrzne defekty (makroskopowe);

– cechy geometryczne;
– strukturę i skład materiału;
– niektóre właściwości fizyczne.

• Wykrywanie i ocena wielkości defektów
• Wykrywanie przecieków

Do czego konkretnie mogą służyć?

• Wykrywanie przecieków
• Badanie struktury i mikrostruktury
• Szacowanie właściwości mechanicznych i innych
• Pomiary naprężenia i odkształcenia
• Określenie składu chemicznego
• Sortowanie materiałów

3

Dziedziny (niektóre)

• Aeronautyka
• Lotnictwo

• Przemysł okrętowy
• Spawalnictwo i inne metody

• Przemysł samochodowy
• Hutnictwo
• Przemysł chemiczny i

rafineryjny

• Budownictwo

p

y

łączenia materiałów

• Bezpieczeństwo
• Przemysł jądrowy
• Energetyka
• Transport

• Elektronika
• Produkcja żywności

• ................

Tradycyjnie stosowane metody badań

• Wykrywanie powierzchniowych defektów

– wizualne

wizualne

– Z użyciem cząstek magnetycznych
– Za pomocą cieczy fluorescencyjnej

• Wykrywanie wewnętrznych defektów

– Radiografia
– Metody ultradźwiękowe

Metody ultradźwiękowe

– Prądy wirowe
– Emisja akustyczna
– Metody ciśnieniowe

4

Metody wizualne

• Najprostsza metoda, wykorzystująca

takie urządzenia jak lupa, zwierciadło,

takie urządzenia jak lupa, zwierciadło,
suwmiarka, latarka, kamera ze
światłowodem itp. ).

• Polega na inspekcji i ewentualnym

pomiarze kąta, promienia krzywizny i
wielkości np. spawu.

p p

Cząstki magnetyczne

• W przypadku badań elementów wykonanych z

materiałów ferromagnetycznych (żelazo, nikiel, kobalt

materiałów ferromagnetycznych (żelazo, nikiel, kobalt
lub ich stopy) najczęściej stosuje się metodę
magnetyczną.

• Pole magnetyczne wytwarzane wokół

namagnesowanego kawałka metalu (magnesu) bez
wad:

5

Penetracja cieczy

• Metoda pozwala na wykrycie powierzchniowych wad o

szerokości powyżej 2

µm.

szerokości powyżej 2

µm.

• Metoda bazuje na zdolności cieczy do wnikania w małe

otwory – dzięki zjawiskom kapilarnym.

• Materiał pokrywa się cieczą, następnie oczyszcza się

powierzchnię. Ciecz, która wniknęła do pęknięć -
pozostaje tam Następnie rozpyla się wywoływacz na

pozostaje tam. Następnie rozpyla się wywoływacz na
powierzchnię badaną. Ciecz z pęknięć reaguje z
wywoływaczem i powoduje zmianę koloru.

Badanie ciśnieniowe

• Badanie szczelności może być przeprowadzone z

użyciem gazu lub cieczy.

użyciem gazu lub cieczy.

• Bardzo małe nieszczelności wymagają zastosowania

spektrometru masowego do wykrycia przenikającego
gazu lub cieczy.

6

Radiografia

• Wykorzystuje promieniowanie rentgenowskie lub

promieniowanie gamma. Dzięki zdolności

promieniowanie gamma. Dzięki zdolności
promieniowania elektromagnetycznego do wnikania do
materiału – można wykrywać nie tylko wady
powierzchniowe.

Radiografia

• „Prześwietla się” część

badaną, promieniowanie

High Electrical Potential

Electrons

badaną, promieniowanie
przechodzące pada na kliszę
i po wywołaniu można
zobaczyć wady jako inaczej
zaciemnione obszary (wada
objawia się jako zmiana

-

+

X-ray Generator or

Radioactive Source

Creates Radiation

gęstości materiału).

Exposure Recording Device

Radiation
Penetrate

the Sample

7

Ultradźwięki – podstawy fizyczne

• Rozchodząca się fala dźwiękowa na granicy dwóch

ośrodków częściowo odbija się, a częściowo wnika do

ośrodków częściowo odbija się, a częściowo wnika do
materiału.

Metody badań ultradźwiękowych

• Metoda transmisyjna polega na wprowadzeniu fal

ultradźwiękowych z jednej strony i odbieraniu ich po

ultradźwiękowych z jednej strony i odbieraniu ich po
przejściu przez przedmiot po stronie przeciwnej.

• Obserwuje się przy tym zmianę natężenia

przechodzących ultradźwięków, gdyż każda nieciągłość
na ich drodze powoduje osłabienie fali.

• Metoda transmisyjne nie pozwala na lokalizację

Metoda transmisyjne nie pozwala na lokalizację
wykrytych wad.

• Jest stosowana do materiałów silnie tłumiących. W tym

przypadku, ultradźwięki przebiegają przez próbkę tylko
jednokrotnie.

8

Metody badań ultradźwiękowych

Metoda transmisyjna

Defekt odbija część fali, zmniejszając tym samym
intensywność fali docierającej do detektora.

Metody badań ultradźwiękowych

• Metoda echa wykorzystuje zjawisko odbicia fali

przechodzącej przez badany materiał od granicy z

przechodzącej przez badany materiał od granicy z
drugim ośrodkiem.

• Mierząc czas t, jaki upływa od chwili wysłania fali

ultradźwiękowej w głąb badanego materiału do chwili jej
powrotu po odbiciu, można, w oparciu o znajomość
prędkości c jej rozchodzenie się, określić przebytą

p ę

j j

ę,

p

y ą

przez nią drogę. Dzięki temu możliwe staje się
zlokalizowanie powierzchni odbijającej, czyli określenie
położenia wady lub odpowiedniego wymiaru (np.
grubości g) przedmiotu.

9

Metody badań ultradźwiękowych

Metoda echa.

Metody badań ultradźwiękowych

Metoda echa: inne
wersje.

10

Metody badań ultradźwiękowych

• Znajomość czasu przechodzenia ultradźwięków przez

próbkę materiału o znanej grubości pozwala na

próbkę materiału o znanej grubości pozwala na
wyznaczenie prędkości rozchodzenia się fal w tym
materiale.

• Pomiar czasu wymaga stosowania impulsów fal, które

wysyłane są w głąb materiałów z odpowiednimi
przerwami przeznaczonymi na oczekiwanie na powrót

p

p

y

p

sygnału odbitego od przeszkody.

Metody badań ultradźwiękowych

• Tłumienie fal ultradźwiękowych można mierzyć metodą

transmisyjną lub metodą echa. Najczęściej stosuje się

transmisyjną lub metodą echa. Najczęściej stosuje się
metodę echa.

• Pomiar tłumienia stosowany jest w celu wykrywania

niejednorodności budowy strukturalnej tworzywa.

– Złożony układ krystaliczny posiadający wyższą energię

swobodną wykazuje wyższe tłumienie.

– Zgodnie z powyższą zasadą, poprzez pomiar tłumienia,

można wykrywać lokalne naprężenia w tworzywach
ceramicznych, powstające na granicach obszarów o różnej
budowie strukturalnej oraz w pobliżu wtrąceń.

11

Metody badań ultradźwiękowych

Metoda rezonansowa

Od rozmiaru badanego elementu zależy długość fali stojącej w
nim powstającej (wtedy jest rezonans). Gdy materiał zawiera
defekty: rezonans (rezonanse) pojawiają się przy innych
długościach fali.

Prądy wirowe

• W materiale indukuje się prąd wirowy (indukcja

elektromagnetyczna). Prąd wirowy, z kolei, indukuje

elektromagnetyczna). Prąd wirowy, z kolei, indukuje
pole magnetyczne. Mierzy się właśnie pole
magnetyczne indukowane przez zaindukowane prądy
wirowe. Jeżeli w materiale są defekty, które zmieniają
własności elektryczne , to spowodują one zmianę
prądu. Zmiana prądu powoduje zmianę pola
magnetycznego.

12

cewka

Pole magnetyczne
cewki

woltomierz

Prądy wirowe

cewki

Pole magnetyczne
Prądów wirowych

Materiał

przewodzący

Prądy

wirowe

Prądy wirowe

• Metodę prądów wirowych można stosować do badania

materiałów przewodzących o wystarczająco gładkiej

materiałów przewodzących o wystarczająco gładkiej
powierzchni..

• Urządzenie składa się z generatora AC, cewki i

detektora (np. oscyloskop).

• Metoda nadaje się do wykrywania powierzchniowych i

bliskich powierzchni wad do pomiaru grubości (detektor

bliskich powierzchni wad, do pomiaru grubości (detektor
korozji), wykrywania metali itp.

13

Emisja akustyczna

• Zjawiska takie jak: pękanie, odkształcenie plastyczne

materiału są źródłem dźwięku. Pomiar emitowanego

materiału są źródłem dźwięku. Pomiar emitowanego
dźwięku może dać informację o procesach i
defektach.

Źródła emisji akustycznej

• W metalach:

– Wytrącenia niemetaliczne

Wytrącenia niemetaliczne

– Pęknięcia: powstawanie i

propagacja pęknięć oraz
tarcie między
powierzchniami
istniejących pęknięć.

• Zakres częstotliwości:

……

branching

development

nucleation

……

branching

development

nucleation

crack
formation

fracturing

bond
connection
fracturing

crack
formation

fracturing

bond
connection
fracturing

Inclusion

interaction

growth

nucleation

interaction

growth

nucleation

Micro-crack

Voids

• Zakres częstotliwości:

– 100 – 500kHz

……..

interaction

motion

formation

……..

interaction

motion

formation

Phase

changes

Possible combinations

AE SOURCES

6.9 10

236

Twining

Slip

movement

annihilation

interaction

migration

generation

nucleation

movement

annihilation

interaction

migration

generation

nucleation

Dislocations

Recrystalli-

zation

14

Badanie EA

Czynniki wpływające na amplitudę EA

Nondestructive Testing Handbook, volume 6 “Acoustic Emission Testing”, Third Edition, ASNT.

15

INNE METODY

Termografia

• Termografia – pomiar promieniowania podczerwonego

emitowanego przez obiekty.

emitowanego przez obiekty.

• Kamery termograficzne rejestrują promieniowanie w

zakresie podczerwieni: 0.9–14 µm. and produce
images of that radiation, called thermo grams.

• Natężenie promieniowania zależy od temperatury,

zatem termografia pozwala na obserwację różnic

zatem termografia pozwala na obserwację różnic
temperatury pomiędzy różnymi częściami pracujących
urządzeń.

16

Termografia

• Zasada działania: wykrycie podpowierzchniowych defektów

jest możliwe dzięki ich innym właściwościom termicznym.

jest możliwe dzięki ich innym właściwościom termicznym.