MOŻLIWOSCI OCENY NIECIĄGŁOŚCI POWIERZCHNIOWYCH ODLEWÓW. L. SOZAŃSKI 1 Politechnika Wrocławska

Transkrypt

1 138/18 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 18 (2/2) ARCHIVES OF FOUNDRY Year 2006, Volume 6, N o 18 (2/2) PAN Katowice PL ISSN MOŻLIWOSCI OCENY NIECIĄGŁOŚCI POWIERZCHNIOWYCH ODLEWÓW L. SOZAŃSKI 1 Politechnika Wrocławska STRESZCZENIE Jednym z podstawowych elementów oceny jakości odlewu jest stan jego powierzchni. W normach europejskich szereg dokumentów technicznych określa metody, sposób i interpretację wyników badania powierzchni odlewu. W pracy rozpatrzono niektóre aspekty związane z określaniem nieciągłości powierzchniowych w trakcie badań wizualnych, penetracyjnych i magnetyczno proszkowych odlewów. Zwrócono uwagę na wymagania ogólne dotyczące uprawnień personelu oraz warunków w jakich należy te badania przeprowadzać. Key words: casting, surface, discontinuities, investigation 1. WSTĘP W systemach normalizacyjnych opisujących niezgodności odlewów spotyka się szereg sposobów ich klasyfikacji. Pojęcie niezgodności, wg PN EN/ISO 9000 zostało zdefiniowane jako niespełnienie założonych wymagań. Ogólnie można je określić, między innymi, jako niezgodności kształtu i powierzchni oraz niezgodności wewnętrzne. Niezgodności powierzchniowe odlewów powstają najczęściej w wyniku błędnej konstrukcji czy technologii, lub w wyniku nieprzestrzegania zapisów prawidłowej procedury procesu wytwarzania. Ogólnie można tą grupę niezgodności nazwać wadami formy [1]. Do ich wykrycia stosujemy badania wizualne (VT). W przypadku niezgodności typu nieciągłości materiałowe oprócz badań wizualnych stosujemy także badania penetracyjne (PT) lub magnetyczno-proszkowe (MT). W trakcie takich badań [2] można również wykrywać nieciągłości wewnętrzne, wychodzące na powierzchnię, typu pęknięcia lub naderwania. Ocena stanu powierzchni odlewu jest często podstawową metodą kontroli spełnienia wymagań jakościowych odbiorcy [2]. 1 dr inż., leslaw.sozanski@pwr.wroc.pl 331

2 2. BADANIA WIZUALNE Znormalizowane badania wizualne wg PN EN dotyczą jedynie powierzchni odlewów staliwnych wykonanych w formach piaskowych [2]. W normie określono warunki oraz klasyfikację materiałowych nieciągłości powierzchniowych. Podstawę oceny stanowi porównanie nieciągłości badanej powierzchni ze zbiorem wzorców [3], zawierających repliki rzeczywistych nieciągłości powierzchni odlewu. Jeżeli na ocenianej powierzchni odlewu występują dwie lub więcej kategorii nieciągłości, to każda powinna być oceniana zgodnie z własną klasą nasilenia. Jednak należy pamiętać o tym, że stan powierzchni odlewów zależy od wielu czynników. Nie jest więc możliwe opracowania uniwersalnej normy klasyfikującej specyficzne, powierzchniowe niezgodności odlewów z różnych metali uzyskane różnymi technologiami. W tabeli 1 przykładowo pokazano klasyfikację nasilenia nieciągłości powierzchniowych wg PN EN w odlewach staliwnych wykonanych w formach piaskowych. Tabela 1. Klasy nasilenia nieciągłości powierzchniowych (PN EN 12454) Table 1. Surface discontinuities classification (PN EN 12454) Kategorie Klasy nasilenia. Identyfikacja zgodna z [2] Wtrącenia na powierzchni B 1 B 2 B 4 B 5 Porowatość gazowa C 1 C 2 C 3 C 4 Fałdy i niespawy D 1 D 1 D 2 D 5 Strupy - - E 3 E 5 Obcy metal - - F 1 F 3 Spawy J 1 J 2 J 3 J 5 Oceniając powierzchnię odlewu zgodnie z normą PN EN należy wizualnie porównać badany obszar z powierzchniami właściwych wzorców. Porównanie z wzorcami, bez przyrządów optycznych, powinno być wykonane przez przykładanie wzorców do odlewu w warunkach dobrego oświetlenia, minimum 350 lx. Ocena powinna być przeprowadzona przez przeszkolony personel o zadawalającej ostrości wzroku. Należy wnioskować, że sprawy kwalifikacji personelu będą uzgodnione w trakcie zawierania kontraktu między stronami umowy. Warunki geometryczne przeprowadzanych oględzin odlewów, zwłaszcza powierzchni wewnętrznych otworów i wnęk, mogą być skomplikowana, co wymaga dodatkowych uzgodnień między stronami. W spawalnictwie (PN EN 970) określono dokładniej warunki badania wizualnego, między innymi podając minimalny kąt 30, pod którym możemy oglądać powierzchnię oraz maksymalną odległość 600 mm od tej powierzchni (dla badań bezpośrednich). Wobec szerokich możliwości interpretacja zapisów normy ogólne zasady przeprowadzenia badań wizualnych oraz dopuszczalne klasy nasilenia nieciągłości powierzchni odlewów winne być ustalone już podczas formułowania zamówienia. 332

3 3. BADANIA PENETRACYJNE Normalizacja badań penetracyjnych odlewów według norm europejskich związana jest z techniką wykonywania odlewów. PN EN omawia badania penetracyjne odlewów wykonanych w formach piaskowych, kokilach i pod niskim ciśnieniem zaś norma PN EN odlewów precyzyjnych wykonanych metodą wytapianych modeli. W obu normach określono: wymagania dotyczące personelu zgodnie z PN EN 473, zasady ogólne badań penetracyjnych (PN EN 571-1), ocenę chropowatości powierzchni za pomocą wzorców porównawczych (PN EN 1370), warunki oględzin (EN 3059) oraz wyposażenie (EN ISO 3452). Chociaż badania penetracyjne nie mogą być powszechnie stosowane do określania wielkości wykrywanych nieciągłości, to pozwalają one na ocenę nieciągłości przez pomiar długości i szerokości wskazań. W wyniku badań penetracyjnych odlewów możemy uzyskać wskazania, które dzielimy na: a) wskazania nieliniowe (długość wskazania<3 szerokości) - izolowane (SP) - występujące w postaci skupiska (CP) b) wskazania ustawione w linii (AP) - nieliniowe (odległość między conajmniej trzema wskazaniami jest mniejsza od 2mm) - liniowe (odległość między dwoma wskazaniami jest mniejsza od długości największej nieciągłości ustawionej w linii) c) wskazania liniowe (LP) (długość wskazania>3 szerokości) Tabela 2. Rodzaje nieciągłości i odpowiadające im wskazania w badaniach penetracyjnych (PN EN ) Table 2. Types of discontinuities and corresponding indications in penetrant testing (PN EN ) Rodzaj nieciągłości Symbol Izolowane SP W skupiskach CP Liniowe LP Ustawione w linii AP Porowatość gazowa A x x - x Wtrącenia masy formierskiej i/lub żużla B x x - x Wady skurczowe wywołane obecnością azotu 1) C x x x x Pęknięcia D - - x x Naderwania E - - x x Pozostałości po podpórkach rdzeniowych F x - x x Fałdy i niespawy H - - x x Wtrącenia tlenku aluminium 2) J - - x x Flotacja grafitu 1) K brak obrazu, występują wskazania tła 1) tylko w żeliwie 2) tylko w stopach metali nieżelaznych Rodzaje nieciągłości i odpowiadające im wskazania w badaniach penetracyjnych 333

4 wg PN EN podano przykładowo w tabeli 2. Określenie poziomów nasilenia wskazań jest znacznie trudniejsze. Należy je przeprowadzić na określonej powierzchni (format A6 wg ISO) dokonując pomiarów wskazań (najmniejsze, uwzględniane wskazania od 0,3 mm). W przypadku wskazań nieliniowych izolowanych oraz w postaci skupisk oceniamy maksymalne wielkości wskazań oraz ich liczbę zaś w przypadku wskazań liniowych należy dodatkowo uwzględnić grubość ścianki odlewu. Badania należy przeprowadzać tylko w uzgodnionym obszarze odlewu i na uzgodnionej liczbie odlewów. Dla każdego uzgodnionego obszaru, który ma być badany, należy zdefiniować wymagania dotyczące rodzaju nieciągłości i poziomu nasilenia. Wymagania dotyczące badań powinny być podane w zapytaniu ofertowym, szczegółowo zaś określone w zamówieniu, aby wytwórca mógł ocenić koszt wytwarzania, zapewniający wymagany poziom nasilenia wskazań oraz koszty dodatkowych badań i operacji, jak również oszacować ryzyko podjęcia produkcji 4. BADANIA MAGNETYCZNO-PROSZKOWE Badania magnetyczno-proszkowe mogą być stosowane do wszystkich odlewów ferromagnetycznych niezależnie od sposobu ich wytopu. Odlew uważany jest za ferromagnetyczny (PN EN 1369), jeśli indukcja magnetyczna wzbudzona w nim polem magnetycznym o natężeniu 2,4 ka/m, jest większa od 1 T. Badania powinny być wykonywane zgodnie z wymaganiami zawartymi w PN EN ISO (zasady ogólne) przez personel kwalifikowany zgodnie z PN EN 473 lub wg równoważnego systemu certyfikacji, uzgodnionego z zamawiającym. Dla każdego uzgodnionego badanego obszaru należy określić rodzaj nieciągłości oraz ich stopień nasilenia, który może być różny dla poszczególnych obszarów. Powierzchnie przewidziane do badań powinny być niezatłuszczone, bez zapiaszczeń, łusek, pozostałości formierskich odlewniczych lub innych zanieczyszczeń wpływających niekorzystnie na przebieg badania i ocenę wskazań. W wyniku badań magnetyczno-proszkowych odlewów możemy uzyskać wskazania, które dzielimy na (PN EN 1369): a) wskazania nieliniowe (SM - długość wskazania<3 szerokości) b) wskazania liniowe (LM - długość wskazania>3 szerokości) c) wskazania ustawione w linii (AM) - nieliniowe (odległość między minimum trzema wskazaniami jest mniejsza od 2mm) - liniowe (odległość między dwoma wskazaniami jest mniejsza od długości największej nieciągłości ustawionej w linii) Klasyfikację wskazań należy przeprowadzić na powierzchni A6 wg ISO, wybierając obszar najbardziej niekorzystny (największe nasilenie nieciągłości przekraczających długości minimalne, określone przez wymagane poziomy nasilenia). Przy ocenie wskazań nieliniowych należy wziąć pod uwagę sumę powierzchni tych wskazań oraz maksymalną dopuszczalną długość oddzielnych wskazań. W przypadku wskazań liniowych i ustawionych w linii należy odpowiednio zsumować 334

5 długości wskazań, a wynik porównać z długościami skumulowanymi, uwzględniającymi grubość ścianki odlewu (wg PN EN 1369). W tabeli 3 przykładowo pokazano klasyfikację nasilenia nieliniowych wskazań izolowanych, uzyskanych podczas badań magnetyczno-proszkowych. Tabela 3. Poziomy nasilenia nieliniowych wskazań izolowanych (PN EN 1369) Table 3. Levels of intensity of non-linear isolated indications (PN EN 1369) Charakterystyka Poziomy nasilenia SM 001 SM 01 SM1 SM2 SM3 SM4 SM5 Środki do badań Szkło powiększające Oko nieuzbrojone lub oko nieuzbrojone Powiększenie do obserwacji wskazań w badaniach MT 3 1 Długość najmniejszego uwzględnianego wskazania [mm] 0,3 1, Maksymalna dopuszczalna powierzchnia całkowita [mm 2 ] Maksymalnie dopuszczalna długość oddzielnych wad [mm] ) 4 1) 6 1) 10 1) 16 1) 1) dopuszcza się występowanie maksimum 2 wskazań o podanym wymiarze maksymalnym Szczegółowe wymagania dotyczące badań magnetyczno-proszkowych powinny być określone w zamówieniu, a w szczególności na jakim etapie produkcji mają być one przeprowadzone, jaki obszar i zakres procentowy kontroli odlewów mają obejmować oraz jakie są dopuszczalne wielkości wskazań. 5. PODSUMOWANIE Do ilościowego określania nieciągłości powierzchniowych w odlewnictwie stosowane są badania wizualne, penetracyjne i magnetyczno-proszkowe. Badania penetracyjne i magnetyczno proszkowe nie mogą być stosowane do bezpośredniego określania wielkości wykrywanych nieciągłości, jednak pozwalają one na ocenę nieciągłości przez pomiar długości i szerokości wskazań, charakterystycznych dla danej metody. Mimo istnienia odpowiednich norm technicznych wyniki tych badań mogą być obarczone błędami wynikającymi z szerokiego marginesu subiektywnej interpretacji zapisów tych norm. Dotyczy to przede wszystkim określania wielkości i nasilenia wskazań oraz odpowiadających im nieciągłościom powierzchniowych. Warunki geometryczne przeprowadzanych oględzin odlewów, zwłaszcza powierzchni wewnętrznych otworów i wnęk, mogą być na tyle skomplikowane, że wymagają stosowania pośrednich metod obserwacji badanych powierzchni ( boroskopy, videoskopy), jak również dodatkowych uzgodnień między stronami. Stwarza to poważne problemy z oszacowaniem niepewności badania, zwłaszcza przy respektowaniu zapisów systemu jakości w laboratorium. Wymaga to najczęściej opracowania bardzo szczegółowej instrukcji badania, a jej rygorystycznego przestrzegania. Jednak zapisy w takiej procedurze muszą być uzgodnione i potwierdzone przez zainteresowane strony. 335

6 LITERATURA [1] S. Kozakowski: Badanie odlewów. Wyd. Biuro Gamma, Warszawa 2001 [2] L. Sozański: Ocena nieciągłości powierzchniowych odlewów w świetle norm europejskich. Arch. Odlew. 4/2004 [3] SCRATA comparators for the definition of surface quality of steel castings, dostępna w The Castings Development Centre, 7 East Bank Road, Sheffield, S2 3PT, United Kingdom PN EN Odlewnictwo Warunki techniczne dostawy Postanowienia ogólne PN EN Odlewnictwo Warunki techniczne dostawy Część 2: Wymagania dodatkowe dla odlewów staliwnych PN EN 1370 Odlewnictwo - Badanie chropowatości powierzchni za pomocą wzorców wzrokowo-dotykowych PN EN Odlewnictwo Wizualne badanie nieciągłości powierzchni. Odlewy ze staliwa wykonane w formach piaskowych PN EN ISO Badania nieniszczące. Badania magnetyczno-proszkowe. Część 1: Zasady ogólne PN EN 1369 Odlewnictwo. Badania magnetyczno-proszkowe PN EN Odlewnictwo. Badania penetracyjne. Część 1: Odlewy wykonane w formach piaskowych, kokilach i pod niskim ciśnieniem PN EN Odlewnictwo. Badania penetracyjne. Część 2: Odlewy wykonane metoda wytapianych modeli PN EN ISO 3059 Badania nieniszczące. Badania penetracyjne i badania magnetycznoproszkowe. Warunki obserwacji PN EN 473 Kwalifikacje i certyfikacja personelu badań nieniszczących. Zasady ogólne. SUMMARY POSSIBILITIES OF AN ASSESSMENT OF SURFACE DISCONTINUITIES OF CASTINGS One of fundamental components of the assessment of the casting s quality are properties of its surface. There are documents in the European Standards in which methods, ways and interpretations of results of casting s surface investigation are defined. In the paper some aspects connected with casting s surface discontinuities description during visual examination, penetrant testing and magnetic-particle testing were presented. The formal requirements concerning personnel qualification and conditions of testing were highlighted. Recenzował: Prof. Tadeusz Mikulczyński 336