Marcin Zając Materiałoznawstwo 12.10.2001
|
II PDF gr.1212. Badania nieniszczące
|
Wstęp.
Badania nieniszczące są to takie badania w trakcie, których badany materiał nie ulega zniszczeniu. Są one bardziej wiarygodne od badań niszczących, dzięki nim możemy badać gotowe produkty jak i również już materiały eksploatowane. Takie badania pozwalają na ciągłą kontrole (np. na taśmie produkcyjnej) i usuwanie, naprawianie powstałych wad, czasem nawet przed opuszczenie hali produkcyjnej. Po za tym badania nieniszczące często wykorzystuje się do sprawdzania stanu technicznego i zniszczeń materiałów, urządzeń już dłuższy czas działających takich jak szyn kolejowych, lin nośnych wind,kolejek linowych mostów itd. W badaniach takich wykorzystuje się zjawiska fizyczne typu:
-różnego rodzaju promieniowanie o dużej przenikliwości,
-ruch ośrodka,
-przenoszenia energii.
Do najczęściej wykorzystywanych badań nieniszczących należą badania:
-ultradźwiękowe,
A.)Metoda echa,
B.)metoda cienia,
-radiograficzne,
A.)Fluorescencja (obserwacja bezpośrednia),
B.)zdjęcia rentgenowskie(obserwacja pośrednia)
-magnetyczne,
A.)Metoda proszkowa
B.)metoda magnetograficzna
C.)Metoda fluksonetryczna
-penetracyjne
A.)Metoda barwna
B.)metoda fluorescencyjna.
-szczelności.
Czasami posługuje się badaniami akustycznymi, holografią, metodą tarcia wewnętrznego oraz prądami wirowymi.
Ponieważ aby otrzymać informacje najbardziej miarodajne często jest konieczność stosowania więcej niż dwóch metod badania.
Celem takich badań jest: -wykrycie wewnętrznych i powierzchniowych wad mikro i makroskopowych.
-Ilościowej oceny właściwości materiałów i wyrobów,
-Pomiaru wielkości geometrycznych,
-i wykrywania wad podczas eksploatacji.
Do podstawowych wad można zaliczyć:
-Wszelkiego rodzaju niejednorodności i nieciągłości w postaci pęknięć,
Pęcherzyków powietrza,obcych wtrąceń,zawalcowań, segregacji składu chemicznego,niejednorodności mikrostruktur (rozmiary ziarn), odchyleń wskaźników właściwości mechanicznych, odchyleń kształtów i wymiarów wywołanych obróbka cieplną,(pęknięcia cieplne zmęczeniowe niewłaściwe grubości np. powłok ochronnych).
2.Badania ultradźwiękowe.
Ultradźwięki-drgania mechaniczne o częstotliwości przekraczającej 20kHz. Fale te rozchodzą się w ośrodkach gazowych,ciekłych i stałych, rozchodzą się one prostoliniowo, odbijają się od granic ośrodków,załamują się i uginają na przeszkodach,ulegają interferencji oraz wytłumieniu(pochłanianie i rozpraszanie).
Dzięki tym właściwościom używa się je do badania jednorodności materiałów (wykrywania wad wewnętrznych i powierzchniowych).
Fale ultradźwiękowe mają zastosowanie również przy:
-Wyznaczaniu stałych materiałowych i parametrów mikrostruktury.
-badania procesów pełzania zmęczenia odkształceń
-badania wad struktury krystalicznej.
Powyższe zastosowania mają związek ze stałymi zależnościami pomiędzy parametrami rozchodzenia się fal ultradźwiękowych (prędkości tłumienia) a właściwościami fizycznymi poszczególnych materiałów.
Metoda echa polega na wysyłaniu fali ultradźwiękowej i jej odbiciu od powierzchni zewnętrznych materiałów badanego powierzchni ewentualnych nieciągłości (fala ultradźwiękowa odbija się od granic między ośrodkami o różnej gęstości).Fala ultradźwiękowa nadawana jest impulsowo przez przetwornik. Impuls rozchodzący, jak i impuls wychodzący widoczny jest na oscyloskopie podłączonym do głowicy nadawczej i odbiorczej. W razie wystąpienia wady pojawia się trzeci impuls lub zanika impuls odbity od granicy próbki (przy dużej wadzie fala zostaje rozproszona). Znając odległości między impulsem wejściowym, a odbitym od wady, można określić głębokość położenia nieciągłości.
d-Głębokość położenia wady, x-czas między wejściem fali , a odbiciem od wady x+y- czas między wejściem fali , a odbiciem od granic przedmiotu
|
Schemat badania ultradźwiękowego metodą echa.
W metodzie cienia -stosuje się dwie głowice:nadawczą i odbiorczą umieszczone po przeciwnych stronach badanego obiektu. Fale nadawane, jaki odebrane przedstawione są w postaci impulsu na jednym ekranie oscyloskopu. Gdy w badanym obiekcie nie występują żadne wady fala wychodząca zostaje osłabiona lub całkowicie rozproszona.Ta metoda można określić położenie wady tylko w jednej płaszczyźnie przestrzeni.
|
Schemat badania metodą cienia.
3. Badanie radiograficzne.
Polega na prześwietleniu promieniowaniem elektromagnetycznym badanego przedmiotu i obserwacji jego struktur za pomocą detektorów promieniowania(błony fotograficzne lub ekran fluorescencyjny) umieszczony po przeciwnej stronie. Istota badania polega na wykorzystaniu dużej przenikliwości promieniowania rentgenowskiego lub {} gama oraz zjawisk fizycznych towarzyszących przejściu promieni przez badany materiał takich jak: dyfrakcja,interferencja i absorpcji. Szczególnie ważna jest zdolność pochłaniania promieniowania przez materiały w zależności od ich jednorodności i gęstości (liczby atomowej pierwiastków).Stosowane w detektoskopii promienie X są wytwarzane w lampach rentgenowskich.Skuteczność promieniowania zależy od długości wyemitowanego promieniowania X.Im większe napięci miedzy elektrodami lampy tym długość fali jest mniejsza, co z kolei wiąże się z większą przenikliwością.Stosuje się filtry fal długich (promieniowanie miękkie,)aby wyodrębnić fale krótkie(promieniowanie twarde) i w ten sposób poprawić jakość radiogramów. Obserwację lub utrwalanie wyników prześwietlania prowadzi się badanych przedmiotów prowadzi się wykorzystując zjawiska oddziaływania promieni X na materiały fluorescencyjne (obserwacja bezpośrednia) lub specjalne błony fotograficzne (rentgenogramy) Zaczernienie błony jest proporcjonalne do natężenia i czasu naświetlania.Miejsca o dużej przenikliwości (pęcherz, ubytki, wolne przestrzenie) pozostają miejsca ciemniejsze, a miejsca o mniejszej ciemności (zagęszczenia materiału)-obszary jaśniejsze. Do ustalenia optymalnych warunków oświetlenia służą tabele i wykresy napromieniowania.. Przyjmuje się, że rentgenograficzną są wykrywane różnice w grubości materiału już od 1,5% grubości obiektu (pęcherze gazowe, nie dolania).Natomiast wtrącenia pochłaniające promieniowanie są wykrywane od 2% grubości wyrobu. Naturalnie pierwiastki promieniotwórcze występują w bardzo nikłych ilościach.Możliwości stosowania promieni {} · wzrosły od czasu otrzymania sztucznych izotopów promieniotwórczych. Największe zastosowanie maja izotopy:, Co ,Ir ,Tm (tul), Cs (cec).
|
Schemat budowy lampy rentgenowskiej.
|
Schemat badań radiograficznych.
|
Schemat powstawania cieni na rentgenogramie.
3.Badania magnetyczne.
W badaniu magnetycznym wykorzystuje się zjawisko oddziaływania pola magnetycznego na materiały ferromagnetyczne,jego rozproszenie oraz powstanie magnetyzmu szczątkowego Do wykrywania wad stosuje się rozproszenie magnetyczne wokół wad powierzchniowych i podpowierzchniowych w materiałach ferromagnetycznych. W zależności od sposobu ujawniania pola rozproszenia rozróżnia się metody:proszkową, magnetyczną i fluksometryczną. Metodę proszkową stosuje się do wykrywania wad, takich jak pęknięcia zmęczeniowe,hartownie, szlifierskie, rysy o wymiarach rzędu 0,1 m oraz wad podpowierzchniowych jak: pory pęcherze i różnego rodzaju wtrącenia leżące na głębokości 3-5mm. Błędami metod proszkowych wskazania tzw. Wad pozornych powstających w skutek
Gwałtownych zmian pola magnetycznego, rozproszenia pola magnetycznego na ostrych krawędziach lub jako pozostałość magnetyczna z wcześniejszego badania.Badanie przeprowadzamy przez: -przygotowanie przedmiotu (odtłuszczenie, usunięcie farby i rdzy),
-magnesowanie (magnesami trwałymi, elektromagnesami, po przez przepuszczanie prądu przez badany przedmiot), - naniesienie proszku metoda ruchu -rozpylenie,metoda mokra polewanie zawiesiną proszku0-najczęściej Fe O -magnetyt., - Obserwacja powierzchni i ocena wad prowadzona przy dobrym oświetleniu, zwracając uwagę na miejsca o zamkniętym przekroju. Wady powierzchniowe dają ostry,ściśle przylegający do powierzchni układ proszku. W przypadku wad pod powierzchniowych układ jest szerszy i ma rozmyte kontury, co powiększa się z głębokością wad.
|
Schemat magnesowania bezpośredniego:a)wzdłużnego, b)poprzecznego.
Metoda magnetograficzna wykorzystuje identyczne zjawiska jak metoda proszkowa, z tą różnicą, że do badanego przedmiotu przykłada się taśmę magnetyczną (lub gumową pokrytą cząstkami magnetycznymi). Na taśmie w miejscu występowania wad (rozproszone pole magnetyczne) zostanie zarejestrowane pole magnetyczne pole magnetyczne, które następnie odczytuje się specjalna głowicą.Sygnał z głowicy można zarejestrować graficznie i przekazywać do znaczników na badanym przedmiocie. Zaleta tej metody jest możliwość prowadzenia badań w sposób ciągły i przy dużej dokładności i wykrywalności wad.
|
Schemat układu magnetograficznego do badania kęsów.
Metoda fluksometryczna- umożliwia pomiar rozproszonego strumienia magnetycznego i może być wykorzystana do kontroli jakości materiałów, pomiar własności geometrycznych, wykrywanie domieszek ferromagnetycznych w nieferromagnetykach.Do badania wykorzystuje się sądy hallotronowe.Tą metodę bada się jakości rur, szyn w torowiskach,lin i urządzeń wyciągowych.
Zaburzenia linii sił pola magnetycznego wokół wad. |
Typowe przykłady wad: a)szlifierskie.B)hartownicze C)zmęczeniowe.
|
4.)Badania penetracyjne- służą do wykrywania nieciągłości powierzchniowych 9lub pod powierzchniowych mających połączenia z powierzchnią)w wyrobach metalowych, ceramicznych, tworzyw sztucznych i szkła. Wykrywane wady to: pęknięcia odlewnicze, szlifierskie, pory, rozwarstwienia, wtrącenia nie metaliczne, pęknięcia zmęczeniowe. W badaniach tych wykorzystuje się zjawiska wnikania cieczy w otwarte szczeliny. Istotne w badaniu · jest uzyskanie kontrastu wskaźnika z badaną powierzchnią. W metodzie barwnej ma zastosowanie czerwona ciecz (penetrant) oraz biała wywoływacz.. Badanie zaczynamy od czyszczenia próbki,odtłuszczania i nanoszenia penetratora, którego nadmiar później usuwamy,Następnie nanosimy emulator i usuwamy go wraz z penetratorem z powierzchni i nanosimy wywoływacz. W miejscach gdzie pod warstwą wywoławcza występuje szczelina(wypełniona, penetratorem)ukaże się czerwone wskazanie. Ta metodą wykrywa się wady o rozmiarach do 1...m..
Do metody fluorescencyjnej wykorzystuje się substancje świecące w świetle ultrafioletowym( proszki fluoroscencyjne o wysokiej mikroskopijności ). Badanie rozpoczyna się od oczyszczenia parą i odtłuszczenia. Następnie nanosimy roztwór wnikający w szczeliny (benzyna, nafta, olej) i po ok.15 min. osuszamy powierzchnie. Nanosimy proszek,który nasiąknie w miejscach nieciągłości i usuwamy jego nadmiar. Obraz wad obserwujemy w świetle ultrafioletowym. Rysunek, który nasiąknął nie został w pełni usunięty i widzimy jego świecenie. Ta metoda ujawnia wady o szerokości powyżej 5 m.
|
Etapy badań penetracyjnych.
|
Typowe wskazania wad badaniach fluoroscencyjnych