Pracownia techniczna		Rok szkolny 2008/09		Numer ćwiczenia:
Wykonał:	Nr z dziennika: 5	Klasa 3 s		Grupa: 1	Data:
Ocena:			Sprawdził:
Temat ćwiczenia: Badania złączy spawanych			Cel ćwiczenia:

BADANIA ULTRADŹWIĘKOWE UT

      Badania ultradźwiękowe należą do jednych z najważniejszych i najbardziej rozpowszechnionych metod badań nieniszczących. Badania ultradźwiękowe są oparte na zjawisku rozchodzenia się fal ultradźwiękowych w ciałach stałych. Fale ultradźwiękowe powstają wskutek drgań przetwornika ( płytki piezoelektrycznej ), po doprowadzeniu do jego powierzchni prądu o wielkiej częstotliwości ( przeważnie od 0,5 do 15 MHz ). Fale ultradźwiękowe uzyskuje się za pomocą odpowiedniej aparatury, tj. zestawu defektoskop ultradźwiękowy i głowica. Fale ultradźwiękowe wprowadza się do badanego przedmiotu przez głowicę i odpowiedni płyn ( np. olej, wodę, roztwór kleju do tapet ), tworzący sprzężenie akustyczne. Odbicia wiązki fal ultradźwiękowych od powierzchni przedmiotu lub od wewnętrznych nieciągłości materiału są uwidaczniane na ekranie defektoskopu w postaci tzw. "echa dna, lub echa wady". Znając geometrię badanego elementu oraz charakterystykę głowicy, można na podstawie odległości impulsu "echa wady" ustalić położenie "wady" w rzeczywistości.
Nowoczesne defektoskopy cyfrowe umożliwiają bezpośredni odczyt z ekranu defektoskopu takich parametrów "wady" jak: droga fali od głowicy do "wady", głębokość zalegania "wady", wielkość wady równoważnej, wartość decybeli o jaką wysokość impulsu różni się od ustalonego poziomu odniesienia, co znacznie usprawnia pracę operatorowi w odniesieniu do "starych" defektoskopów analogowych.
W badaniach ultradźwiękowych można wyróżnić dwie podstawowe metody badań: metodę przepuszczania ( cienia ) i metodę echa. W metodzie przepuszczania posługujemy się dwoma głowicami o jednakowych parametrach, z których jedna jest nadajnikiem, a druga odbiornikiem. Jeśli głowice ustawimy na przeciw siebie, to sygnał wprowadzony do materiału przez głowicę nadawczą powinien dotrzeć do głowicy odbiorczej, lub w przypadku gdy w materiale między głowicami występuje nieciągłość większa od szerokości wiązki ultradźwiękowej, fala wysłana przez głowicę nadawczą nie dociera do głowicy odbiorczej. W skrajnych przypadkach, gdy wyeliminujemy możliwość braku sprzężenia akustycznego między głowicami a materiałem, uzyskujemy jednoznaczny wynik badania: dobre-złe. Oprócz wariantu podstawowego metody przepuszczania, w którym dwie głowice proste znajdują się po dwóch stronach materiału, można stosować tzw. wariant zwierciadlany, stosując dwie głowice skośne, ustawione po tej samej stronie materiału. Oczywiście odległość między głowicami musi być ściśle określona, to znaczy głowice muszą być tak ustawione, aby wiązka fal ultradźwiękowych wysyłana z głowicy nadawczej, po odbiciu od przeciwległej powierzchni materiału, trafiła do głowicy odbiorczej. Sposób ten nazywany jest także "metodą tandem".
W metodzie echa posługujemy się jedną głowicą, która początkowo stanowi nadajnik impulsów, a następnie odbiornik. Sygnał wysłany przez głowicę do materiału, odbija się od nieciągłości ( wady ) lub od przeciwległej powierzchni i wraca do głowicy. Mierząc czas upływający od momentu wysłania impulsu do momentu jego powrotu i odebrania przez głowicę, możemy określić, znając prędkość fali ultradźwiękowej w materiale, odległość głowicy od nieciągłości. Na podstawie wysokości echa na ekranie defektoskopu, można określić jej przybliżony wymiar. W metodzie echa z głowicą prostą, fale ultradźwiękowe wchodzą w badany przedmiot pod kątem prostym. Metodę tę stosuje się najczęściej do badania spoin czołowych w złączach teowych, krzyżowych i kątowych, płaskich napoin oraz rozwarstwień blach.
W metodzie echa z głowicą skośną fale ultradźwiękowe wchodzą w badany element przeważnie pod kątem od 45⁰do 70⁰ względem prostopadłej do powierzchni ( zależnie od rodzaju użytej głowicy ). Najczęściej ta metoda stosowana jest do badania spoin. Metoda ta może być stosowana, jeżeli przynajmniej z jednej strony lica spoiny jest dostępna dla głowicy powierzchnia przesuwu o szerokości równej przynajmniej połowie długości skoku głowicy s i leżąca w odległości s/2÷s od osi spoiny, gdzie:

s = 2g x tgß

• g - grubość blach

• ß - kąt załamania głowicy skośnej.

Powierzchnia przesuwu głowicy powinna być gładka i czysta ( bez wgłębień, odprysków, farby, rdzy itp. ), a grubość badanego elementu niezmienna. Graniczna najmniejsza wielkość niezgodności, jaką możemy wykryć metodą ultradźwiękową zależy od długości fali, czyli od częstotliwości drgań przetwornika głowicy. Jeśli wymiary nieciągłości są mniejsze od połowy długości fali, to fala ultradźwiękowa "omija" tę nieciągłość prawie się nie odbijając, a tylko nieznacznie ulegając rozproszeniu.
Wykrywalność nieciągłości materiału zależy także od ich odległości od głowicy. Zjawisko to wynika z charakterystyki wiązki fali ultradźwiękowej w materiale oraz tłumienia. W niewielkiej odległości od głowicy w tzw. polu bliskim występują duże różnice ciśnienia akustycznego fali, a w tzw. polu dalekim wiązka fali jest rozbieżna i ciśnienie fali spada wraz ze wzrostem odległości. Jeżeli dodatkowo uwzględnimy wpływ tłumienia fali w materiale, to okaże się że nieciągłości ( wady ) znajdujące się za daleko od głowicy są niemożliwe do wykrycia,podobnie jak te które znajdują się za blisko.
Innymi czynnikami wpływającymi na wykrywalność "wad" metodą ultradźwiękową jest zdolność "wady" do odbijania fali ultradźwiękowej. Zdolność ta zależy od:

• kształtu "wady",

• chropowatości jej powierzchni,

• a także od kąta padania wiązki fali na powierzchnię.

Bardzo ważnym parametrem badania metodą echa określającym jego efektywność jest czułość, czyli minimalny wymiar "wady", który można wiarygodnie wykryć przy kontroli. Za granicę czułości można uważać wadę, która jest prostopadła do osi wiązki ultradźwiękowej i której średnica jest równa połowie długości fali. W praktyce w celu otrzymania zauważalnego odbicia, konieczne jest, aby wymiar "wady" był porównywalny z długością fali.
Ustawienie czułości defektoskopu przeprowadza się za pomocą wzorców kontrolnych lub próbek wykonanych z materiału wyrobu kontrolowanego. Kontrola ultradźwiękowa pozwala wykrywać takie "wady", które nie zawsze mogą być wykryte metodą radiograficzną. Nieciągłościami takimi mogą być przyklejenia i pęknięcia, przy niekorzystnym usytuowaniu w stosunku do źródła promieniowania mogą nie "wyjść" na radiogramie, natomiast badania ultradźwiękowe ujawniają nawet najmniejsze pęknięcia czy przyklejenia. Radiografia nie nadaje się również do kontroli złączy spawanych teowych, krzyżowych oraz spoin pachwinowych. Badania ultradźwiękowe lepiej nadają się w tym przypadku.
Badania ultradźwiękowe oddają nieocenione usługi, zwłaszcza stosowane kompleksowo z innymi metodami nieniszczącymi.
Największą zaletą badań ultradźwiękowych jest ich cena, która jest 2÷3 krotnie niższa w porównaniu do badań radiograficznych .
Badania ultradźwiękowe są najtrudniejszą metodą badań nieniszczących, dlatego wymagają od operatora dużej wiedzy i doświadczenia. Personel wykonujący badania nieniszczące musi posiadać kwalifikacje odpowiedniego stopnia i we właściwym sektorze przemysłowym zgodnie z normą PN-EN 473. Szczegółowe wymogi dotyczące badań ultradźwiękowych zawarte są w normach dotyczących tych badań. Najważniejsze z nich to:

• PN-EN 1330-4:2001 "Badania nieniszczące - Terminologia - Część 4: Terminy stosowane w badaniach ultradźwiękowych"

• PN-EN 583-1:2002 "Badania nieniszczące - Badania ultradźwiękowe - Część 1: Zasady ogólne"

• PN-EN 583-2 "Badania nieniszczące - Badania ultradźwiękowe-Cz.2: Nastawa czułości i zakresu obserwacji"

• PN-EN 583-3:2000 "Badania nieniszczące - Badania ultradźwiękowe - Część 3: Technika przepuszczania"

• PN-EN 583-5 "Badania nieniszczące - Badania ultradźwiękowe-Cz.5: Charakteryzowanie i wymiarowanie nieciągłości"

• PN-EN 1714:2002 "Spawalnictwo - Badania nieniszczące złączy spawanych - Ultradźwiękowe badania złączy spawanych"

• PN-EN 1713 "Nieniszczące badania spoin - Badanie ultradźwiękowe - Charakterystyka niezgodności w spoinach"

• PN-EN 1712:2001 "Badania nieniszczące złączy spawanych - Badania ultradźwiękowe złączy spawanych - Poziomy akceptacji"

• PN-EN 10160:2001 "Badania ultradźwiękowe wyrobów stalowych płaskich grubości równej lub większej niż 6 mm ( metoda echa )"

• PN-EN 10288-3:2000 "Badania nieniszczące odkuwek stalowych - Badania ultradźwiękowe odkuwek ze stali ferrytycznych lub martenzytycznych"

• PN-EN 10288-4:2000 "Badania nieniszczące odkuwek stalowych - Badania ultradźwiękowe odkuwek ze stali nierdzewnych, austenitycznych i austenityczno-ferrytycznych"

• PN-EN 27963:1993 "Połączenia spawane w stali - Wzorzec kontrolny nr 2 do ultradźwiękowych badań stali"

• EN 12668 "Badania nieniszczące - Charakteryzowanie i weryfikacja aparatury ultradźwiękowej - Cz.1: Aparatura"

• EN 12668-2 "Badania nieniszczące - Charakteryzowanie i wymiarowanie aparatury ultradźwiękowej - Cz.2: Głowice"

• EN 12668 "Badania nieniszczące - Charakteryzowanie i weryfikacja aparatury ultradźwiękowej - Cz.3: Aparatura kompletna"

BADANIA WIZUALNE VT

Badania wizualne są najprostszą metodą badań i są one obowiązkowe dla wszelkiego rodzaju konstrukcji spawanych ( nawet tzw. płotowych - trzeba stwierdzić czy złącze spawane zostało w ogóle wykonane ). Przeprowadza się je przed przystąpieniem do innych badań. Polska norma PN EN 970 "Spawalnictwo. Badania nieniszczące złączy spawanych. Badania wizualne" określa wymagania dotyczące badań wizualnych złączy spawanych metali. Badania te przeprowadzane są przeważnie po zakończeniu procesu spawania, na złączach w stanie takim jak je wykonano, jeśli umowa między stronami lub norma wyrobu nie przewiduje inaczej. Zaleca się przeprowadzenie tych badań po 48 godzinach od skończenia prac spawalniczych ( wymóg ten dotyczy stali o podwyższonej wytrzymałości - skłonność do pęknięć ) i znów trzeba powtórzyć, jeśli umowa między stronami lub norma wyrobu nie przewiduje inaczej. Moim skromnym zdaniem badania te powinno się przeprowadzać od samego początku procesu spawania. Początek tych badań powinien być na etapie przygotowania elementów do spawania, a kończyć na ostatecznej kontroli złączy. Personel przeprowadzający badania zgodnie z normą PN EN 970 powinien:

 Znać odpowiednie normy, przepisy badania i wymagania techniczne stawiane wyrobom badanym,

 Znać technologię spawania, czyli np: popularne WPS-y,

 I to jest chyba najważniejsze w badaniach wizualnych, mieć dobry wzrok.

Wzrok wg normy PN EN 473 zaleca się kontrolować co 12 miesięcy i musi on spełniać określone kryteria wg punktu 6.3 strona 15 normy PN EN 473:2000.
Warunki przeprowadzenia badań powinny być odpowiednie i spełniać określone wymagania. Najważniejsze jest odpowiednie oświetlenie badanego elementu. Zalecane natężenie wynosi 500 lx, a minimalne natężenie oświetlenia nie może być mniejsze niż 350lx. Natężenie to jest mierzone na powierzchni badanej. Natężenie oświetlenia ( logicznie myśląc ) powinno być dostosowane do powierzchni jaką badamy, elementy np. wypolerowane nie będziemy oświetlać 1000 lx, ucierpią na tym nasze oczy i nici z badań. Podczas badań trzeba zwrócić też uwagę na kąt obserwacji i odległość między powierzchnią badania, a okiem badającego. Kąt patrzenia nie powinien być mniejszy niż 30⁰ a odległość przedmiot badany oko badającego nie powinna przekraczać 600 mm. Norma PN EN 970 zezwala na stosowanie przyrządów do przeprowadzenia badań np. lupy o powiększeniu maksymalnie do 5 razy, suwmiarek, liniałów, szczelinomierzy, lusterek, endoskopów itd., zainteresowanych szczegółową listą odsyłam do niniejszej normy. Użycie dodatkowych przyrządów może być częścią umowy między stronami lub norma wyrobu takie rozwiązanie przewiduje, są to jednak wymagania dodatkowe i tak je trzeba traktować.
A teraz sedno sprawy. Po co przeprowadzamy badania wizualne? Badania wizualne przeprowadzamy w celu wykrycia ewentualnych niezgodności w wyrobie z założoną funkcjonalnością i specyfikacją techniczną lub odpowiednią normą. Dla złączy spawanych takimi normami są: PN EN 25817, PN EN 30042, mogą być one również odniesione do normy PN EN 12062. Podczas badań wizualnych, możemy wykryć niezgodności znajdujące się na powierzchni badanego przedmiotu, niezgodności kształtu i wymiaru spoiny itp. Badania wizualne przeprowadza się również na naprawionych złączach spawanych. Złącza mogą być naprawiane w całości lub częściowo, a każde naprawione złącze powinno się poddać badaniom wizualnym stosując te same kryteria oceny i stosując te same przyrządy badawcze co dla gotowych złączy spawanych. W przypadkach spornych lub niemożności oceny powinno się stosować inne techniki badań np: magnetyczno-proszkowe.

BADANIA PENETRACYJNE PT

      Badania metodą penetracyjną są jedną z najstarszych metod badań nieniszczących materiałów i złączy spawanych. Uważane są powszechnie za najbardziej prymitywne, stwierdzenie to jest z założenia niesłuszne i błędne. W badaniach wykorzystujemy zjawisko kapilarności, polega ono jak pamiętamy z okresu szkoły podstawowej na wnikaniu cieczy do wąskich przestrzeni i wznoszeniu się w nich. Standardowy przykład tego zjawiska podawany w literaturze dotyczy naczyń włoskowatych. Wstawiamy rurkę o małej średnicy wewnętrznej do naczynia z cieczą i obserwujemy jak ciecz wnika do rurki różnica poziomów między poziomem cieczy w naczyniu a poziomem w rurce będzie uzależniona od średnicy rurki i właściwości cieczy, im średnica rurki mniejsza a ciecz posiada dobrą zwilżalność materiału tym różnica większa. Zjawisko włoskowatości wykazują tylko niektóre ciecze, im ciecz ma lepszą zwilżalność materiału tym lepsza. Wymyślono całą teorię na ten temat łącznie z wzorkami, jak kogoś to zainteresowało to odsyłam do fachowej literatury.
Stosując badania penetracyjne jesteśmy w stanie wykryć nieciągłości ( wady ) materiału lub złącza spawanego otwarte na powierzchni. Metoda ta ma szerokie zastosowanie w przemyśle lotniczym, samochodowym, maszynowym, budownictwie itp. Praktycznie nie ma ograniczeń materiałowych, możemy wykryć nieciągłości w takich materiałach jak spieki, stale stopowe i niestopowe, aluminium, wszelkiego rodzaju ceramiki itd.
Do badań penetracyjnych stosujemy preparaty już gotowe, wg norm i przepisów badania powinny to być środki atestowane. Zestaw badawczy składa się z:

 penetranta,

 zmywacza,

 wywoływacza.

Penetranty mogą być, barwne lub fluorescencyjne. Zmywacz jest to ciecz służąca do usuwania nadmiaru penetranta z badanej powierzchni, zmywaczem może być np. woda. Wywoływacz jest to substancja silnie chłonąca penetrant, nakładana jest po zmyciu nadmiaru penetranta z reguły dająca silny kontrast ( czerwony penetrant - biały wywoływacz ). Preparaty do badań penetracyjnych powinny być wzajemnie zgodne tzn. nie używamy np. penetrantu fluorescencyjnego z wywoływaczem przeznaczonym do penetranta barwnego. Nie powinno się też mieszać preparatów pochodzących od różnych producentów.
Podział preparatów badawczych wraz z oznaczeniami podano w tablicy 1 normy PN-EN 571-1. Poziom czułości zestawu badawczego powinien być wyznaczony za pomocą próbki odniesienia 1, opisano to dokładnie w normie PN-EN ISO 3452-3. Określenie poziomu czułości dotyczy zawsze uznanego zestawu badawczego. Ustalono trzy poziomy czułości dla penetrantów fluorescencyjnych, a dla penetrantów barwnych dwa.
Badanie metodą penetracyjną możemy podzielić na kilka etapów:

1. Przygotowanie i czyszczenie wstępne badanej powierzchni.
   Etap ten ma na celu usunięcie zanieczyszczeń, które mogą zmniejszyć poziom czułości badania a w skrajnych przypadkach uniemożliwić badanie. Zanieczyszczenia takie jak: rdza, tłuszcze, lakiery, zgorzelina, żużle itp. powinny być usunięte. Do czyszczenia wstępnego możemy używać metod chemicznych lub mechanicznych pod warunkiem, że czyszczenie nie spowoduje zamknięcia nieciągłości na skutek odkształceń plastycznych lub zatarcia przez materiały ścierne. Po oczyszczeniu badany element należy osuszyć. Suszenie to ma na celu pozbycie się pozostałości rozpuszczalników, zmywaczy, wody z nieciągłości powierzchniowych.

2. Nanoszenie penetrantu.
   Penetrant można nanosić na powierzchnię badaną przez: rozpylanie, nanoszenie pędzlem, polewanie, zanurzenie. Badana powierzchnia powinna być całkowicie pokryta penetrantem. Czas penetracji jest zmienny norma PN-EN 571-1 podaje od 5 min do 60 min, uzależniony on jest od temperatury, rodzaju zestawu badawczego, rodzaju materiału badanego przedmiotu. Czas ten nie powinien być jednak krótszy niż czas potrzebny do określenia czułości badania według EN ISO 3452-3. Jeżeli tak nie jest, rzeczywisty czas penetracji powinien być zapisany w procedurze badania. Penetrant podczas badania nie powinien wyschnąć.

3. Usuwanie nadmiaru penetranta.
   Nadmiar penetranta usuwamy po upływie czasu penetracji. Do usuwania nadmiaru penetranta można stosować różne techniki, ale jest podstawowa zasada nie wolno wypłukać penetranta z nieciągłości. Czy usunięcie nadmiaru penetranta zostało prawidłowo wykonane możemy się przekonać w następnym etapie badania np. podczas badania barwnego, gdy używamy penetranta czerwonego na wywoływaczu powinniśmy uzyskać leciutkie tło koloru różowego, jesteśmy pewni że usunięcie nadmiaru penetranta zostało prawidłowo wykonane.

4. Nanoszenie wywoływacza.
   Techniki nanoszenia wywoływacza są różne uzależnione od rodzaju wywoływacza. Wywoływacze suche proszkowe nanosimy np. przez: napylanie, nanoszenie elektrostatyczne, w powszechnych badaniach stosujemy aerozole. Wywoływacz powinno się nanieść na powierzchnię badaną równomierną i cienką warstwą, po usunięciu nadmiaru penetranta. Czas wywoływania powinien wynosić jak podano w normie PN-EN 571-1 od 10 min do 30 min, jeśli nie uzgodniono inaczej pomiędzy stronami umowy. Czas ten liczony jest po naniesieniu wywoływacza.

5. Kontrola.
   Kontrolę powinno się zacząć przeprowadzać bezpośrednio po nałożeniu wywoływacza. W normie podano, że kontrolę ostateczną powinno się przeprowadzać po upływie czasu wywoływania. Moim zdaniem kontrolę powinno się przeprowadzać przez cały czas wywoływania. Do kontroli mogą być stosowane środki pomocnicze takie jak przyrządy powiększające lub okulary wzmacniające kontrast. Natężenie oświetlenia powierzchni badanej podczas kontroli w przypadku zastosowania penetrantów barwnych nie powinno być mniejsze niż 500 lx, podczas badania penetrantami fluorescencyjnymi natężenie oświetlenia maks. 20 lx, a powierzchnia badana powinna być napromieniana promieniowaniem ultrafioletowym UV-A o natężeniu nie mniejszym niż 10 W/m².

6. Rejestracja wskazań.
   Wskazania rejestrujemy używając różnych metod, najbardziej popularne jest robienie szkiców, opis lub fotografia, można też stosować bardziej skomplikowane metody jak wywoływacz odrywalny, taśma klejąca.

7. Czyszczenie końcowe.
   Czyszczenie końcowe badanego elementu stosowane jest tylko w przypadku, gdy pozostałości penetrantów mogą wpłynąć na dalsze procesy lub wymagania eksploatacyjne.

---