1. Podaj i uzasadnij zalety, wady oraz ograniczenia badań penetracyjnych złączy spawanych

Badanie penetracyjne należą do najstarszych metod nieniszczącego badania różnych materiałów metalowych i niemetalowych. W zasadzie nie nadają się tylko do badania materiałów porowatych. W spawalnictwie wykorzystywane są do wykrywania niezgodności spawalniczych (niezgodności materiału) wychodzącego na powierzchnię złącza spawanego. Badania penetracyjne wykonuje się zwykle po przeprowadzeniu badań wizualnych złączy i usunięciu z ich powierzchni niedopuszczalnych niezgodności spawalniczych.

Metody penetracyjne są jednymi z najstarszych metod badań nieniszczących. Wykorzystują zjawisko włoskowatości polegające na wnikaniu niektórych cieczy do wąskich naczyń nazywanych kapilarami. Wszelkiego rodzaju zewnętrzne wady wąskoszczelinowe zachowują się jak kapilary, w które wnika ciecz zwana penetrantem. Penetranty są cieczami o niewielkim napięciu powierzchniowym i tym samym podatnymi na zjawisko włoskowatości i siły kapilarne. Naturalnymi odpowiednikami kapilar są wady takie jak: pęknięcia, zawalcowania, zakucia, rzadzizny, pęcherze otwarte, pory, wżery korozyjne.

W miejscach wad, na zazwyczaj białym tle wywoływacza, powstają barwne linie pasmowe lub plamki. W zależności od użytych penetrantów rozróżniamy w badaniach penetracyjnych dwie metody: kontrastową i fluorescencyjną. Przy metodzie fluorescencyjnej konieczna jest obserwacja powierzchni badanej w świetle promieniowania nadfioletowego. Czułość badań penetracyjnych określa się szerokością i głębokością wykrywanych wad - wynosi ona odpowiednio ok. 0,01 i 0,03 ÷ 0,04mm.

Stosuje się je zarówno podczas odbioru, produkcji, kontroli końcowej lub konserwacji, dla całej powierzchni lub tylko miejscowo. Umożliwiają wykrywanie wad w materiałach nieporowatych, częściach lub wyrobach odlewanych, odkształcanych plastycznie, spawanych, lutowanych, stanie surowym bądź już obrabianych. Wykorzystywane są również do kontroli części lub elementów łącznych o różnych kształtach i wielkościach wykonanych z materiałów ferromagnetycznych i nieferromagnetycznych, które nie mogą być badane metodą magnetyczną.

Dobór rodzaju systemu badania: penetranta, zmywacza i utrwalacza uzależniony jest od szeregu czynników takich jak rodzaj badanego elementu (materiału, stanu powierzchni), panujących warunków (temperatura) i zakładanej czułości badania.

Badania penetracyjne jest to jedna z metod badań nieniszczących wykorzystująca zjawiska fizyczne:

a/ przy stosowaniu penetrantu barwnego i wywoływacza :

- wnikanie penetrantu do wnętrza niezgodności spawalniczej lub wady materiałowej;

- wykorzystanie zjawiska włoskowatości;

- przenikanie penetrantu przez niezgodność spawalniczą lub wadę materiałową;

- przenikanie penetrantu przez warstwę wywoływacza i ujawnie­nie na jego powierzchni miejsc

występowania niezgodności spawalniczych lub wad materiałowych;

b/ przy zastosowaniu penetrantu fluoryzującego:

- wnikanie penetrantu fluoryzującego do wnętrza badanej nie­zgodności spawalniczej lub wady

materiałowej;

- przenikanie penetrantu fluoryzującego przez niezgodność spa­walniczą lub wadę materiałową;

- ujawnienie się na badanej powierzchni elementu poprzez zmia­nę barwy penetrantu pod

wpływem światła lampy luminescencyjnej.

Zakres stosowania badań penetracyjnych:

- wielkość niezgodności spawalniczej lub wady materiałowej do 10 mikronów;

- temperatura badania +5 do +60 °C;

- stosuje się badania penetracyjne do : metali (stali, staliwa, żeliwa, metali kolorowych)

ceramiki, tworzyw sztucznych, minerałów itp.

Zastosowanie:

- badanie odlewów hutniczych : odlewów , odkuwek , wyprasek, walcówki oraz wyrobów

ciągnionych;

- wykonywanie urządzeń i konstrukcji spawanych

- wykonywanie elementów składowych i części zamiennych konstrukcji i urządzeń;

- wykonywanie konstrukcji i urządzeń o innych rodzajach połączeń jak: połączenia

nitowane, śrubowe, sworzniowe itp.;

- wykonywanie napraw konstrukcji i urządzeń o różnych rodzajach połączeń elementów

- wykonywanie badań odbiorowych na zlecenie kontrahen­tów, organów odbiorczych jak UDT,

PRS , SLV itp.

Ocenę wyników badań prowadzimy poprzez :

- wybór do oceny tylko wskazań istotnych oraz ewentualnie wskazań problematycznych;

- porównanie wybranych wskazań z próbkami odniesienia;

- określenie wskazań wykrytych niezgodności spawalniczych lub wad materiałowych

względem wskazań określonych próbek odniesienia

- określenie poziomów jakości wg norm lub przepisów odbiorowych.

Niezbędność czyszczenia końcowego po kontroli badań pe­netracyjnych:

- zakłócania wykonywania konstrukcji i urządzeń;

- powodowania korozji badanych elementów;

- powodowanie innych szkodliwych oddziaływań na badane elementy.

Przy wykonywaniu badań penetracyjnych należy stosować:

- miejsce badań powinno być oddalone od otwartego ognia

- miejsce wykonywania badań zwłaszcza zamknięte obiekty badań jak zbiorniki itp.

- powinny być właściwie wentylowane

- wszystkie materiały penetracyjne powinny być przechowywane w osobnych zamkniętych

pojemnikach;

- pojemniki z materiałami penetracyjnymi powinny być właściwie oznakowane;

- należy unikać olśnień odbicia światła od szlifowanych owierzchni;

- nie należy kierować strumienia światła białego lub ultrafiole­towego bezpośrednio w oczy operatora;

- stosować właściwe filtry na lampie ultrafioletowej;

- unikać dłuższego lub powtarzalnego kontaktu ze śluzówką lub skórą przez operatora;

- stosować właściwą odzież i sprzęt ochrony osobistej.

ZALETY

- prosty sposób realizacji badania, dobra wykrywalność, możliwość wykrywania niezgodności

w różnych materiałach.

WADY

- wykrywania, wyłącznie niezgodności wychodzących na badaną powierzchnię, konieczność

bardzo starannego przeprowadzania poszczegól­nych etapów badania.

ZAKRES ZASTOSOWANIA

- praktycznie do wszystkich rodzajów materiałów konstrukcyjnych (np. stale, ceramika, drewno, itp.)

ZAKRES ZASTOSOWANIA BADAŃ PENETRACYJNYCH

Podział nieciągłości wykrywanych metodami penetracyjnymi pod względem ich geometrii:

a) wgłębienia,

b) rysy i szerokie pęknięcia,

c) wąskie pęknięcia,

d) pory,

e) nieszczelności

W przypadku wskazań uzyskanych przy pomocy penetrantów barwnych:

• badana powierzchnia powinna być kontrolowana w świetle dziennym lub sztucznym białym o natężeniu oświetlenia nie mniejszym niż 500 lx na powierzchni;

• powinny być zapewnione takie warunki obserwacji, aby możliwe było uniknięcie odblasków, odbić, refleksów i olśnień,

• oświetlenie badanej powierzchni powinno być określone w warunkach badania przy pomocy mierników natężenia oświetlenia.

W przypadku wskazań uzyskanych przy pomocy penetrantów fluorescencyjnych obowiązują:

• obserwacja powinna być przeprowadzona z zastosowaniem promieniowania UV-A (od 315 nm do 400 nm), źródłem promieniowania o maksymalnym, znamionowym natężeniu dla długości fali 365 nm;

• natężenie promieniowania UV-A na badanej powierzchni powinno być większe
  niż 10 W/m2 (1000 µW/cm2), natomiast natężenie oświetlenia nie większe niż
  20 lx;

• należy zapewnić odpowiedni czas adaptacji wzroku operatora do warunków oświetlenia panujących w kabinie kontrolnej; czas ten zwykle wynosi co najmniej 5 minut (zalecana wartość 10-15 minut);

ZAKAZ MIESZANIA PREPARATÓW RÓŻNYCH PRODUCENTÓW!!!

Personel przeprowadzający badania złączy spawanych powinien
charakteryzować się:

• znajomością odpowiednich norm, przepisów i wymagań technicznych;

• znajomością zastosowanej do wykonania złączy technologii spawania (np. poprzez dostęp do WPS lub WPAR;

• posiadać dobry wzrok (zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 473),przy czym stan tego wzroku powinien być kontrolowany co 12 miesięcy.

2. Scharakteryzuj zasadę badań magnetyczno-proszkowych oraz zakres jej zastosowania

ZALETY

• prosty sposób realizacji badania,

• dobra wykrywalność,

• duża szybkość badania.

WADY

• wyłącznie do wykrywania wad powierzchniowych i podpowierzchniowych,

• trudność oceny defektogramu proszkowego.

ZAKRES ZASTOSOWANIA

• Wyłącznie do materiałów ferromagnetycznych.

URZĄDZENIA l ŚRODKI DO BADAŃ

• Defektoskopy magnetyczne, proszki ferromagnetyczne, wzorce.

Badanie magnetyczno-proszkowe jest metodą badań nieniszczących przeprowadzaną w celu wykrycia nieciągłości na powierzchni lub tuż pod powierzchnią materiałów ferromagnetycznych. Jest to szybka i wiarygodna technika wykrywania oraz lokalizacji np. pęknięć powierzchniowych.

Przez materiał przepuszcza się strumień magnetyczny. W miejscu występowania nieciągłości tworzy się pole przecieku, które przyciąga drobinki metalu naniesione na powierzchnię tego materiału. Badanie to pozwala na bardzo rzetelne wyznaczenie długości nieciągłości, jednak nie da się przy jego pomocy określić jej głębokości.  Kryteria akceptowalności definiują, czy wskazania te mogą zostać zaakceptowana (nie są wadami), czy odwrotnie.

Badanie magnetyczno-proszkowe używane może być do wszystkich materiałów ferromagnetycznych takich jak stale węglowe, niskostopowe czy staliwa. Metody tej używa się głównie do badania spoin oraz miejsc poddanych obróbce cieplnej.

W przypadku licencji na użytkowanie lub czynności konserwacyjnych na instalacjach technologicznych, Badania Nieniszczące są technikami niezbędnymi. Pozwalają one uzyskać gwarancję jakości, oszczędność kosztów, bezpieczeństwo transakcji oraz pracy zarówno w przypadku instalacji nowych jak i używanych. Ich zastosowanie prowadzi do zmniejszenia ryzyka powstania przecieków czy innych wad, które mogłyby negatywnie wpływać na integralność transakcji czy bezpieczeństwo instalacji. Wykonanie Badań Nieniszczących wpływa również na zaoszczędzenie dodatkowych kosztów.

Badania magnetyczno-proszkowe obiektów polegają na wykrywa­niu niezgodności spawalniczych lub materiałowych znajdujących się na powierzchni materiału lub też pod nią poprzez wzbudzanie w badanym obiekcie pola magnetycznego i wykrywanie lokalnych magnetycznych pól rozproszenia. Jako wskaźników położenia i wielkości niezgodności w spoinie lub w materiale obiektu stosuje się proszek ferromagnetyczny w postaci syp­kiej lub zawiesiny w cieczy. Badania magnetyczno-proszkowe możemy wykonywać na obiek­tach wykonanych z materiałów ferromagnetycznych.

W porównaniu z metodą penetracyjną metoda magnetyczno-proszkowa wykazuje szereg zalet:

- można za jej pomocą wykrywać niezgodności, które nie są pęknię­ciami otwartymi (np. pęknięcia wypełnione żużlem lub innymi zanie­czyszczeniami),

- umożliwia szybsze zidentyfikowanie niezgodności,

- wymaga mniejszych nakładów finansowych.

Wykrywalność w badaniach magnetyczno-proszkowych zależy od:

- dostępu w miejscach przyłożenia,

- rozmieszczenia linii sił pola magnetycznego w obiekcie,

- kształtu i rodzaju niezgodności,

- występowania połączeń materiałów o różnej przenikalności magne­tycznej,

- stosowania różnych mocy pól magnetycznych,

- występowania w badanym obiekcie niejednorodności struktury i składu chemicznego materiału,

- rodzaju obróbki cieplnej stosowanej po spawaniu,

- występowania stref (SWC, spoina, MR) o różnej przenikalności magnetycznej,

- występowania naprężeń wewnętrznych i zewnętrznych,

- występowania uszkodzeń materiałów (ślady uderzeń młotka i szlifo­wania),

- rodzaju proszku i jego zawiesiny.

ZAKRES WYKRYWALNOŚCI

- głębokość niezgodności od 0,1 mm,

- szerokość niezgodności od 0,001 mm,

- kąt składowej pola wzbudzania min. 45°.

RODZAJE NIEZGODNOŚCI

NIEZGODNOŚCI ODLEWNICZE (wtrącenia niemetaliczne (żużle), pęcherze, woskowiny)

NIEZGODNOŚCI WALCOWNICZE (zawalcowania, naderwania, nawisy)

NIEZGODNOŚCI KUZIENNE (zakucia, rozerwania, pęknięcia hartownicze)

Etapy badania metodą magnetyczno-proszkową:

- przygotowanie powierzchni do badań,

- rozmagnesowanie wstępne,

- odtłuszczenie i czyszczenie powierzchni,

- magnesowanie,

- nałożenie proszku magnetycznego lub zawiesiny,
- oględziny,

- rejestracja wyników badań,

- rozmagnesowanie końcowe,

- czyszczenie końcowe,

- ewentualne powtórzenie badań od punktu (4) do (9),

- zabezpieczenie przed korozją, zależnie od wymagań.

Podczas badania większości spawalnych materiałów ferromagnetycznych natężenie stycznego pola magnetycznego powinno mieścić się w zakresie od 2 do 6 kA/m. Kontrolę tego natężenia realizuje się poprzez:

- zastosowanie elementu zawierającego małe, naturalne lub sztuczne, nieciągłości spawalnicze usytuowane w najbardziej niekorzystnym położeniu;

- pomiar natężenia stycznego pola możliwie najbliżej powierzchni przy pomocy czujnika efektu Halla (pomiar może być utrudniony w pobliżu nagłych zmian kształtu elementu lub w miejscach, w których strumień magnetyczny wychodzi z powierzchni);

- wyliczenie przybliżonej zawartości natężenia stycznego pola magnetycznego.

W wyniku magnetycznego oddziaływania pola wzbudzającego materiał obiektu wytwarza własne pole magnetyczne.

W przypadku, gdy wzbudzone pole istnieje w badanym obiekcie w obecności pola wzbudzającego to nazywamy go polem pełnym, natomiast gdy istnieje po zaniku pola wzbudzającego - polem szczątkowym.

---