Streszczenie. Słowa kluczowe: badania nieniszczące, metoda ultradźwiękowa, TOFD. Summary

Podobne dokumenty
Podstawy standardowej oceny jakości spoin

NIENISZCZĄCE BADANIA GAZOCIĄGÓW PRZESYŁOWYCH - ZAŁOŻENIA DO PROCEDURY BADANIA OBIEKTU - WYMAGANIA NORMY WYROBU EN 12732

ZAKRES AKREDYTACJI JEDNOSTKI CERTYFIKUJĄCEJ OSOBY Nr AC 195

ZAKRES AKREDYTACJI JEDNOSTKI CERTYFIKUJĄCEJ OSOBY Nr AC 195

Badanie ultradźwiękowe grubości elementów metalowych defektoskopem ultradźwiękowym

ZAKRES AKREDYTACJI JEDNOSTKI CERTYFIKUJĄCEJ OSOBY Nr AC 195

MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE

IZOTOPOWE BADANIA RADIOGRAFICZNE ZŁĄCZY SPAWANYCH O RÓŻNYCH GRUBOŚCIACH WEDŁUG PN-EN 1435.

AUTOMATYCZNE BADANIA ULTRADŹWIĘKOWE

ZAKRES AKREDYTACJI JEDNOSTKI CERTYFIKUJĄCEJ OSOBY SCOPE OF ACCREDITATION FOR PERSONS CERTIFICATION BODY Nr/No. AC 195

PORÓWNANIE KRYTERIÓW JAKOŚCI BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH RUR METODĄ PROSTOPADŁĄ I ELIPTYCZNĄ WG NORMY PN-EN 1435

PUBLIKACJA INFORMACYJNA NR 18/I WYTYCZNE PROWADZENIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH PODWODNEJ CZĘŚCI RUCHOMYCH JEDNOSTEK GÓRNICTWA MORSKIEGO

Rok akademicki: 2015/2016 Kod: MIM IS-n Punkty ECTS: 5. Kierunek: Inżynieria Materiałowa Specjalność: Inżynieria spajania

LABORATORIUM METOD I TECHNIK BADAŃ MATERIAŁÓW

Metody nieniszczące w badaniach połączeń spawanych wirnika wentylatora

HTHA - POMIARY ULTRADŹWIĘKOWE. HTHA wysokotemperaturowy atak wodorowy 2018 DEKRA

XXII Seminarium NIENISZCZĄCE BADANIA MATERIAŁÓW Zakopane, marca OCENA WYNIKÓW BADAŃ ZŁĄCZY SPAWANYCH TECHNIKĄ TOFD wg EN ISO 15626

ANALIZA WYKRYWALNOŚCI WAD POŁĄCZEŃ SPAWANYCH METODAMI ULTRADŹWIĘKOWĄ I MPM

NOWE PROPOZYCJE OŚRODKA KSZTAŁCENIA I NADZORU SPAWALNICZEGO INSTYTUTU SPAWALNICTWA

4. Ultradźwięki Instrukcja

Podstawowe funkcje uniwersalnego defektoskopu UT GEKKO

ZAPYTANIE OFERTOWE - ZAŁĄCZNIK NR 1 Polska Akademia Jakości Cert Sp. z o.o.

Konstrukcje spawane : połączenia / Kazimierz Ferenc, Jarosław Ferenc. Wydanie 3, 1 dodruk (PWN). Warszawa, Spis treści

VI KONFERENCJA NAUKOWO TECHNICZNA REMONTY I UTRZYMANIE RUCHU W ENERGETYCE 2013

Defektoskop ultradźwiękowy

Gliwice, ul. Bł. Czesława tel , fax ,

Badanie złączy spawanych o różnej grubości techniką TOFD

Prezentacja Przedsiębiorstwa Energetyki Cieplnej Sp. z o.o. w Rudzie Śląskiej

PL B1. INSTYTUT PODSTAWOWYCH PROBLEMÓW TECHNIKI POLSKIEJ AKADEMII NAUK, Warszawa, PL BUP 11/

Prezentacja działalno

Konstrukcje spawane Połączenia

BADANIA NIENISZCZĄCE I ICH ODPOWIEDZIALNOŚĆ A BEZPIECZEŃSTWO TRANSPORTU SZYNOWEGO Badanie ultradźwiękowe elementów kolejowych

Wykaz norm. Lex norma badania nieniszczące

Normy przywołane do norm zharmonizowanych do. Dyrektywa 87/404/EWG

Sylabus kursów MT stopień I: II: i SpecKol Sektory: Przemysłowe Utrzymania ruchu kolei Wersja 02/

XX Seminarium NIENISZCZĄCE BADANIA MATERIAŁÓW Zakopane marca 2014 WYKRYWANIE PĘKNIĘĆ OSI KOLEJOWYCH METODĄ ULTRADŹWIĘKOWĄ

... Definicja procesu spawania łukowego elektrodą topliwą w osłonie gazu obojętnego (MIG), aktywnego (MAG):...

Impulsy magnetostrykcyjne informacje podstawowe

SZCZEGÓŁOWA SPECYFIKACJA TECHNICZNA INSTALACJA GAZOWA I

NORMA ZAKŁADOWA. 2.2 Grubość szkła szlifowanego oraz jego wymiary

Procedura UT-PS/ZS/2004 Badanie metodą ultradźwiękową płyty ze spoiną czołową

PS-04 Programy szkoleń personelu badań nieniszczących

PRZEDSIĘBIORSTWO PRODUKCYJNO-USŁUGOWO-HANDLOWE AR

Guided Wave Ultrasonics

BADANIA WIZUALNE ZŁĄCZY SPAWANYCH

PRZEPISY PUBLIKACJA NR 80/P BADANIA NIENISZCZĄCE lipiec

3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW.

Projektowanie i wytwarzanie konstrukcji spawanych w aspekcie możliwości przeprowadzenia badań ultradźwiękowych złączy

Politechnika Śląska w Gliwicach Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych Zakład Podstaw Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Energetycznych

Laserowe technologie wielowiązkowe oraz dynamiczne formowanie wiązki 25 październik 2017 Grzegorz Chrobak

Podstawy defektoskopii ultradźwiękowej i magnetycznej

KATEDRA SAMOLOTÓW I SILNIKÓW LOTNICZYCH

U L T R A ZAKŁAD BADAŃ MATERIAŁÓW

Interpretacja niezgodności spawalniczych w złączu T-joint z podkładką podczas badań ultradźwiękowych

PL B1. Sposób badania przyczepności materiałów do podłoża i układ do badania przyczepności materiałów do podłoża

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL

BADANIA NIENISZCZĄCE

Laboratorium techniki laserowej Ćwiczenie 2. Badanie profilu wiązki laserowej

Zaawansowane metody ultradźwiękowej kontroli wybranych podzespołów mechanicznych

OPROGRAMOWANIE DO MODELOWANIA PROPAGACJI FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH METODĄ RAY TRACING

PRZETWORNIKI POMIAROWE

Naprężenia i odkształcenia spawalnicze

... Definicja procesu spawania łukowego w osłonie gazu obojętnego elektrodą nietopliwą (TIG):...

ZUR/M Warunki Techniczne Wykonania i Odbioru. Dokumentacja Rejestracyjna i Wykonawcza

Informator Certyfikacja personelu NDT

Współczesne wybrane metody badań ultradźwiękowych spoin

Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel

... Definicja procesu spawania gazowego:... Definicja procesu napawania:... C D

BADANIA ULTRADŹWIĘKOWE Z ZASTOSOWANIEM GŁOWIC WIELOPRZETWORNIKOWYCH SYSTEM PHASED ARRAY

Przedmiotowy system oceniania

... Definicja procesu spawania łukowego ręcznego elektrodą otuloną (MMA):... Definicja - spawalniczy łuk elektryczny:...

SPRAWOZDANIE ĆWICZENIE SP-1. LABORATORIUM SPAJALNICTWA Temat ćwiczenia: Spawanie gazowe (acetylenowo-tlenowe) i cięcie tlenowe. I.

Opracowywanie procedur badań ultradźwiękowych techniką TOFD w odniesieniu do stref martwych i rozdzielczości przestrzennej

Rys. 1. Liczba osób przeszkolonych w Instytucie Spawalnictwa w zakresie badań nieniszczących w latach

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z FIZYKI

PL B1. Sposób wykrywania delaminacji w płytach włókno-cementowych i urządzenie do wykrywania delaminacji w płytach włókno-cementowych

Badania złączy spawanych ze stali martenzytycznej metodą prądów wirowych

WARUNKI TECHNICZNE 2. DEFINICJE

Diagnostyka elementów konstrukcji stalowych

BADANIA STRUKTURY MATERIAŁÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Zalety symultanicznych badań ultradźwiękowych techniką Phased Array i TOFD złączy spawanych

Instytut Spawalnictwa Ośrodek Certyfikacji

Jakość złączy spawanych w konstrukcjach budowlanych, według wymagań normy PN-B-06200:2002

Specyfikacja Techniczna Budowa rurociągów pary-etap II (kategoria rurociągu I, moduł oceny zgodności A )

POMIARY ULTRADŹWIĘKOWE. HTHA wysokotemperaturowy atak wodorowy HIC - pęknięcia wodorowe 2018 DEKRA

ER 146 SFA/AWS A5.1: E 6013 EN ISO 2560-A: E 38 0 RC 11. rutylowa

SPRAWOZDANIE ĆWICZENIE NR SP

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 3. Światłowodowy, odbiciowy sensor przesunięcia

Badanie drutów miedzianych w standardzie norm europejskich

HARMONOGRAM ZAJĘĆ NA KURSIE SPAWANIE PACHWINOWE BLACH I RUR METODĄ MAG

Zbigniew Figiel, Piotr Dzikowicz. Skanowanie 3D przy projektowaniu i realizacji inwestycji w Koksownictwie KOKSOPROJEKT

Academic year: 2013/2014 Code: MIM IS-s ECTS credits: 5. Field of study: Materials Science Specialty: Joining Engineering

4.7 Pomiar prędkości dźwięku w metalach metodą echa ultradźwiękowego(f9)

Metoda prądów wirowych

Słowa kluczowe: metody nieniszczące, młotek Schmidta, wytrzymałość na ściskanie

Eliminacja odkształceń termicznych w procesach spawalniczych metodą wstępnych odkształceń plastycznych z wykorzystaniem analizy MES

BADANIE WPŁYWU NA SPAWALNOŚĆ, NIE USUWANYCH FARB GRUNTOWYCH

Mechanika i Budowa Maszyn II stopień (I stopień / II stopień) Ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

WYMAGANIA W ZAKRESIE BADAŃ NIENISZCZĄCYCH URZĄDZEŃ TECHNICZNYCH W FAZIE EKSPLOATACJI

Transkrypt:

WSPÓŁCZESNE METODY PRZEPROWADZANIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH ZŁĄCZY SPAWANYCH. OPIS TECHNOLOGII PRZEPROWADZANIA BADAŃ, ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEM METOD ULTRADŹWIĘKOWYCH. TRENDY W ROZWOJU BADAŃ NIENISZCZĄCYCH MODERN METHODOLOGIES OF THE NON-DESTRUCTIVE DEFECTS DETECTION IN WELDING JOINTS. DESCRIPTION OF THE TECHNOLOGIES USED TO EXAMINE WELDING JOINTS, WITH SPECIAL FOCUS ON ULTRASONIC TESTING. THE RECENT DEVELOPMENTS IN THE FIELD OF THE NON-DESTRUCTIVE TESTING Inż. Adam DZIEWIECKI Centrum Rzeczoznawstwa Budowlanego Sp. z o.o., Warszawa Artykuł recenzowany Streszczenie Podczas projektowania i wykonywania konstrukcji stalowych szczególnie dużą rolę przypisuje się poprawnie wykonanym złączom spawanym. Badanie spoin jest jednym z najważniejszych obszarów zastosowań metod nieniszczących. Jedną z najczęściej stosowanych technik badania złączy spawanych jest defektoskopia ultradźwiękowa. Metoda ta pozwala na znalezienie wad trudnych do zlokalizowania przy pomocy technologii radiograficznej. Rozwój technologii, w szczególności upowszechnianie się zautomatyzowanych systemów spawalniczych, stawia przed dyscypliną badań nieniszczących nowe wyzwania. Jedną z najszybciej rozwijających się nowych metod badań nieniszczących jest metoda TOFD, stosowana przy wyszukiwaniu defektów w spoinach złożonych konstrukcji używanych w przemyśle rafineryjnym i energetyce atomowej. Firma CRB Sp. z o.o. wśród zebranych doświadczeń posiada projekty analiz złożonych konstrukcji stalowych, w których opierano się między innymi na wynikach badań ultradźwiękowych. Doświadczenia te posłużyły do napisaniu niniejszego artykułu. Słowa kluczowe: badania nieniszczące, metoda ultradźwiękowa, TOFD Summary The proper formation of welding joints plays a very important role in the design and creation of the steel constructions. In fact, the examination of welding joints is one of the most important applications of the non-destructive testing. One of the most frequently used techniques of welding joints examination is the ultrasonic testing (UT). This method is very useful in finding defects, whereas the radiographic technology is less effective. The development of this technology, especially the spreading use of the automated welding systems, poses new challenges for the discipline of non-destructive testing. Actually, one of the fastest developing technologies in this field is TOFD, used for finding defects in complex steel constructions of the petroleum refining industry and the nuclear power industry. The CRB Sp. z o.o. company has carried out numerous analysis of complex steel constructions, with the use of ultrasonic testing. These experiences served as the basis for this article Key words: non-destructive testing, ultrasonic testing, TOFD 04a_Gazetka.indd 19 2016-06-16 07:13:26

20 BUDOWNICTWO Wprowadzenie Główną techniką wykonywania konstrukcji stalowych jest spawanie, co sprawia, że połączenia spawane są miejscami o szczególnym znaczeniu dla poprawnej pracy i bezpieczeństwa całej konstrukcji. Niewłaściwe wykonanie spoiny może przełożyć się na znaczne zagrożenia oraz straty (finansowe, czasowe). Oczywiście praktycznie nie jest możliwe uzyskanie połączenia spawanego o właściwościach identycznych, jak w przypadku materiału rodzimego. W przypadku tworzenia spoiny zostaje zniszczona lokalnie struktura materiału wyjściowego wynikająca z dotychczasowej historii technologicznej. W efekcie złącze ma zróżnicowany skład chemiczny oraz zróżnicowaną strukturę, zawierającą liczne mikro i makro uszkodzenia czego w praktyce nie da się uniknąć. Należy jednak mieć na uwadze, iż każda dodatkowa ilość wprowadzanego ciepła oraz materiału dodatkowego do spoiny wpływa negatywnie na jej jakość, a co za tym idzie nośność. W przypadku, kiedy dojdzie do powstania wady w połączeniu spawanym np. niezgodności przestrzennej zmniejszającej przekrój czynny złącza lub niezgodności płaskiej jak pęknięcie, przyklejenie, czy też brak przetopu, należy zastanowić się nad przyczynami powstania wad oraz konsekwencjami pozostawienia ich w konstrukcji. Offshore Standard DNV OS C101 wydany przez Norweskie Towarzystwo Klasyfikacyjne Det Norske Veritas (DNV) wyróżnia 3 rodzaje konstrukcji oraz odpowiadające im konsekwencje błędów w spoinach: 1. Specjalne w których wady mogą powodować poważne następstwa, w tym powstawanie naprężeń powodujących kruche pękanie. 2. Główne w których wady powodują poważne konsekwencje. 3. Pomocnicze których wady nie mają znaczących konsekwencji. Konsekwencją niewłaściwie wykonanych połączeń spawanych są koszty, w skład których można zaliczyć: koszty wycięcia wadliwej spoiny, które można szacować na około 30% kosztów poprawnego wykonania złącza, koszty ponownego wykonania złącza (wykonane przez spawaczy o najwyższych kwalifikacjach), koszty przeprowadzenia badań NDT dla oceny naprawionego złącza. Biorąc pod uwagę powyższe składniki można oszacować koszt naprawy spoin na 4-krotnie wyższy od poprawnego wykonania połączeń spawanych na etapie produkcyjnym. Oczywiście kolejne koszty można ponieść również w konsekwencji przekroczonych terminów wykonania prac. Wynika z tego wniosek, iż konieczny jest system sprawnego wykrywania i kontroli wad w połączeniach spawanych. Kluczową normą wykorzystywaną przy ocenie jakości spoin jest PN-EN ISO 5817:2009 skupiająca się na zarówno złączach czołowych, jak i pachwinowych o grubości powyżej 0,5 mm. Norma wprowadza termin poziom jakości (PJA), który określa granice wymiarów niezgodności spawalniczych odpowiadających wymaganej lub spodziewanej jakości złącza. Granice te określane są dla każdego rodzaju niezgodności i grubości spoiny. Jakość złącza sklasyfikowana została na 3-stopniowej skali i opisana literami B, C, D (wymagania ostre, średnie, łagodne). Jakość złącza spawanego określa się zatem na podstawie rzeczywistych niezgodności spawalniczych (czy też rzeczywistych odchyleń od kształtu nominalnego złącza). Aby uzyskać wymiary wady w spoinie należy więc przeprowadzić odpowiednie badania nieniszczące (poza badaniami VT). Podczas takiego badania określa się poziom rejestracji (PRE) i akceptacji (PAK) dla wskazań od niezgodności. Należy również dobrać odpowiednią metodę badania NDT określanego terminem klasy badania (KL). Trzeba jednak mieć na uwadze, iż badania uznaje się za standardowe, gdy jest prowadzona kompleksowa kontrola kilkoma metodami nieniszczącymi: VT, MT, PT, UT i RT. Podczas badań wadę charakteryzuje się poprzez podanie jej położenia w przestrzeni XYZ, jej długości oraz maksymalnej amplitudy echa (w przypadku badań UT). Ocena jakości złącza spawanego odbywa się dwuetapowo: najpierw oceniane są poszczególne wskazania, a następnie spoina jako całość. Rodzaje badań nieniszczących złączy spawanych Przy wyborze metod badań nieniszczących oraz poziomów klasy należy uwzględnić takie czynniki jak: materiał podstawowy, materiał dodatkowy, stan obróbki, metody spawania, rodzaj złącza i jego wymiary, poziom jakości, kształt elementu, jego dostępność, stan powierzchni, spodziewane rodzaje niezgodności spawalniczych. Metodę wizualną (VT) można stosować do oglądania od wewnątrz wyrobów złożonych. Wymaga ona użycia przyrządów optycznych, a miejsce badania musi być oczyszczone. Jest to bardzo wszechstronna metoda (może wystarczyć jedno miejsce dostępu), jednak jest ona obarczona dużą dozą niepewności. Jest to podstawowe badanie stosowane do oceny wszelkiego rodzaju konstrukcji spawanych. Natężenie oświetlenia na powierzchnię badaną powinno wynosić, co najmniej 350 lx, jednak zaleca się, co najmniej 500 lx. Odległość między okiem badającego, a powierzchnią badaną nie powinna być większa niż 600 mm. Kąt widzenia nie powinien być mniejszy niż 30º. Podczas tego typu badań wykorzystuje się lupy, spoinomierze, endoskopy. Badania penetracyjne (PT) wykorzystywane są do wykrywania nieciągłości spawalniczych wychodzących na powierzchnię badanego materiału. Stanowią następny etap badań po przeprowadzeniu oględzin metodą VT. Badana powierzchnia powinna być oczyszczona i wysuszona. Następnie na powierzchnię nanosi się kolejne penetranty, które wnikają w nieciągłości. Po upływie odpowiedniego czasu z powierzchni usuwa się nadmiar penetranta i nanosi 04a_Gazetka.indd 20 2016-06-16 07:13:26

BUDOWNICTWO wywoływacz. Wchłania on penetrant, który wniknął i pozostał w nieciągłościach, dzięki czemu pojawia się łatwo widoczne powiększone wskazanie nieciągłości. Badanie metodą magnetyczno proszkową (MT) używa do wykrycia wad w spoinach ferromagnetycznych złączy spawanych. Po oczyszczeniu spoiny następuje magnesowanie, które dokonuje się za pomocą elektromagnesów jarzmowych, źródła prądu wzbudzającego z elektrodami stykowymi lub przewodników przylegających. W większości spawalnych materiałów ferromagnetycznych zaleca się zastosowanie natężenia magnetycznego pola stycznego na poziomie od 2kA/m do 6kA/m. Kolejną czynnością jest nanoszenie środków wykrywających, np. za pomocą natryskiwania lub napylania. Czas potrzebny do utrzymania namagnesowanego elementu powinien być wystarczający do utworzenia wskazań. Rejestrację wskazań można przeprowadzić za pomocą szkiców, fotografii lub elektrooptycznego skanowania. Badania prądami wirowymi (ET) wykorzystywane jest do badania złączy spawanych, głównie w elementach osiowych, tj. pręty, druty, rury o przekroju kołowym, itp. W badaniach ET zmiana strumienia magnetycznego powstaje na skutek zasilania cewek indukcyjnych przetwornika prądem przemiennym. Natężenie prądów wirowych jest największe na powierzchni obiektu i maleje do wartości zerowej w jego rdzeniu (naskórkowość). Dzięki temu metoda ta nadaje się do wykrywania niezgodności geometrycznych i strukturalnych istniejących na powierzchni i podpowierzchniowych. Za pomocą badań prądami wirowymi można wykryć rodzaje niezgodności spawalniczych, które zwykle występują na powierzchni, a są to: pęknięcia przyklejenia, braki przetopu, porowatość, pęcherze kanalikowe, wyciek stopiwa, wady geometryczne w spoinach czołowych. Badania radiologiczne (RT) jest jedną z najbardziej rozpowszechnionych metod kontroli jakości złącz spawanych. Technologia ta charakteryzuje się dobrą wykrywalnością niezgodności wewnętrznych, prostą interpretacją wyników badań oraz radiogramem, jako produkt końcowy badania, który może być następnie poddany wielokrotnej analizie. W badaniach najczęściej wykorzystuje się badanie X lub g. Kontrola radiologiczna polega na wykonaniu radiogramów badanych złączy, następnie opisaniu zaobserwowanych na otrzymanych radiogramach niezgodności (miejsc o różnym zaciemnieniu) i ocenie, na ich podstawie, jakości złączy. Różnice w zaciemnieniu są wynikiem zmiany natężenia promieniowania, które zostało zaabsorbowane przez materiał w różnym stopniu zależnym od wymiaru grubości wady. Zaleca się, aby metoda radiologiczna była używana podczas badania wyrobów o małej grubości ścianki, natomiast metoda ultradźwiękowa preferowana jest bardziej w przypadku elementów o większych grubościach. Defektoskopia ultradźwiękowa 21 Defektoskopia ultradźwiękowa polega na impulsowym wysyłaniu do badanego materiału fal ultradźwiękowych. Fale wytworzone są w przetworniku piezoelektrycznym na skutek drgań po doprowadzeniu do jego powierzchni prądu o znacznej częstotliwości, przeważnie od 0,5 do 15 MHz. Następnie fale wprowadzane są do badanego materiału przez głowicę i odpowiedni płyn, np. olej, wodę (z ewentualną domieszką innego środka, np. zwilżającego, niezamarzającego inhibitora korozji), roztwór kleju do tapet, pasta kontaktowa, smar, pasta celulozowa z domieszką wody. Tym samym tworzy się sprzężenie akustyczne. Ten typ badań oparty jest na zjawisku rozchodzenia się fal ultradźwiękowych w ciałach stałych. W badanej próbce rozprzestrzeniające się fale dają sygnał przepuszczalny (technika przepuszczania/cienia) lub sygnał odbity od powierzchni lub od nieciągłości (technika echa), który wraca do głowicy i po przetworzeniu na drgania elektryczne jest obserwowany jako impulsy na ekranie oscyloskopu bądź rejestrowany w pamięci komputera sprzężonego z defektoskopem. 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 geometrie badanego elementu oraz charakterystykę głowicy, można na podstawie odległości impulsu echa wady ustalić położenie wady w rzeczywistości. Rysunek 1. Aparat wykorzystywany do wyświetlenia sygnału odbieranego przez głowicę Źródło: Jedna z analiz konstrukcji stalowych wykonywana przez Centrum Rzeczoznawstwa Budowlanego Sp. z o.o. Badania takie mogą być prowadzone w fazie wytwarzania, np. przy produkcji seryjnej. Mogą być również prowadzone w fazie eksploatacji w diagnostyce elementów przemysłowych celem określenia przydatności do dalszej eksploatacji, kontroli niektórych procesów technologicznych. Metody badań ultradźwiękowych umożliwiają wykrywanie różnych wewnętrznych wad w złączach spawa- 04a_Gazetka.indd 21 2016-06-16 07:13:26

22 BUDOWNICTWO nych i materiale podstawowym. Dają one możliwość lokalizowania i rejestrowania wykrytych niezgodności na głębokości i szerokości złącza, które mogłyby być trudne do wykrycia metodą radiologiczną. Dzięki temu można badać materiały o znacznej grubości. W celu prawidłowej interpretacji wad występujących w spoinach, należy uwzględnić technologię spawania, związany z tym rodzaj możliwych wad oraz miejsce ich występowania. Z uwagi na to, że amplituda echa wady naturalnej może zależeć od kierunku padającej na nią wiązki fal ultradźwiękowych i wielkości wskazań tej samej wady, wyznaczone z różnych powierzchni wyniki badań mogą być różne. Dlatego rozmiary wad należy traktować z ostrożnością, biorąc pod uwagę, że mogą one nieco różnić się od rozmiarów rzeczywistych. Wykrytej wadzie z różnych powierzchni przypisuje się zawsze wartość największą. Wyróżnia się dwie podstawowe metody badan UT: metodę przepuszczania (cienia), metodę echa. W metodzie przepuszczania stosuje się dwie głowice o jednakowych parametrach, z których jedna jest nadajnikiem, a druga odbiornikiem. Przy ustawieniu głowic naprzeciwko siebie sygnał wysłany przez głowicę nadawczą dociera do odbiornika. Jeżeli w badanej próbce występuje nieciągłość większa od szerokości wiązki ultradźwiękowej, fala wysłana przez głowicę nadawczą nie dociera do głowicy odbiorczej. W skrajnych przypadkach, gdy wyeliminuje się możliwość braku sprzężenia akustycznego między głowicami a materiałem, uzyskujemy jednoznaczny wynik badania: pozytywne negatywne. Można również stosować wariant zwierciadlany, tzw. tandem, ustawiając dwie głowice skośnie, po tej samej stronie materiału. Głowice te muszą być ustawione w ściśle określony sposób i w odpowiedniej odległości tak, aby wiązka fal ultradźwiękowych wysyłana przez nadajnik, po odbiciu od materiału, trafiała do odbiornika. Do badań ultradźwiękowych spoin zalicza się również metoda echa. Używa się tu jednej głowicy, która początkowo stanowi nadajnik impulsów, a następnie, po odbiciu od materiału je odbiera. Sygnał wysłany przez głowicę do materiału, odbija się od nieciągłości lub od przeciwległej powierzchni i wraca do głowicy. Mierząc czas upływający od momentu wysłania impulsu do momentu jego powrotu można 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 badaną próbkę pod kątem prostym. Metodę tę stosuje się najczęściej do badania spoin czołowych w złączach teowych, krzyżowych i kątowych, płaskich napoin oraz rozwarstwień blach. Podczas przeszukiwania badanej spoiny w celu znalezienia nieciągłości przy pomocy głowicy kątowej należy zwrócić uwagę, aby odchylenie w lewo lub prawo od wymaganego kierunku nie wynosiło więcej niż 10 o. Rysunek 3. Głowica podczas badania trzymana pod odpowiednim kątem. Jako nośnika fal użyto specjalnego preparatu.źródło: Jedna z analiz technicznych konstrukcji stalowych wykonywana przez Centrum Rzeczoznawstwa Budowlanego Sp. z o.o. Rysunek 2. Badanie przeprowadzane metodą echa przy udziale pojedynczej głowicy. Źródło: Projekt analizy konstrukcji stalowej przygotowywany przez firmę Centrum Rzeczoznawstwa Budowlanego Sp. z o.o. Podczas badania należy zwrócić uwagę na zalecenie, iż powierzchnia przesuwu głowicy powinna być gładka i czysta (bez wgłębień, odprysków, farby, rdzy, itp.), a grubość badanego elementu niezmienna. Ponadto powierzchnia powinna być dostatecznie duża, aby można było w pełni przebadać całą spoinę. W przypadku falistości powierzchni należy dopilnować, aby pomiędzy głowicą a badaną spoiną nie występowała szczelina większa niż 0,5 mm. Dla spełnienia tego wymagania należy dla pewności obrobić powierzchnie badanej spoiny. Według normy PN-EN 1714 powierzchnie przeszukiwania oraz powierzchnie odbijające wiązkę uważa się za zdatne do badania, jeżeli chropowatość ich obrobionej powierzchni nie przekracza R a = 6,3 μm. 04a_Gazetka.indd 22 2016-06-16 07:13:26

BUDOWNICTWO 23 właściwym sektorze przemysłowym zgodnie z normą PN- -EN 473. Jednostką certyfikującą osoby w zakresie badan nieniszczących jest jednostka certyfikująca Urzędu Dozoru Technicznego UDT-CERT. Uprawnienia do przeprowadzania takich badań uzyskuje się w jednym z 3 stopni. Uprawnienia obowiązują m.in. dla badań przed- i eksploatacyjnych złącz spawanych. Trendy w rozwoju nieniszczących metod badań złączy spawanych Rysunek 4. Odpowiednio przygotowana do badań spoina. Źródło: Jedna z analiz konstrukcji stalowych wykonywanych przez Centrum Rzeczoznawstwa Budowlanego Sp. z o.o. 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 z tłumienia. W niewielkiej odległości od głowicy 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. 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. 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. W tym przypadku znacznie lepsze są badania ultradźwiękowe. Badania UT są najtrudniejszą metodą badań nieniszczących, dlatego wymagają od operatora dużej wiedzy i doświadczenia. Personel wykonujący badania nieniszczące musi posiadać kwalifikacje odpowiedniego stopnia i we Jednym z czynników mających największy wpływ na kierunek rozwoju współczesnych badań nieniszczących jest upowszechnianie się zautomatyzowanych systemów spawalniczych. Technologie te znajdują zastosowanie min przy budowie rurociągów dalekiego zasięgu, konstrukcji stalowych używanych w przemyśle rafineryjnym, czy też przemyśle energii atomowej. Wymuszają one na osobach odpowiedzialnych za badania nieniszczące zwiększenie szybkości oraz wydajności pracy, jak również poprawę efektywności i precyzji w wykrywaniu wad. Jedną z nowoczesnych technologii badania nieniszczącego jest metoda TOFD (Time-Of-Flight Diffraction). Metoda TOFD opiera się na odmiennych zasadach, niż metoda echa. Oprócz zjawiska odbicia wykorzystuje ona dyfrakcję fal ultradźwiękowych. W czasie badania rejestrowane są impulsy fal ultradźwiękowych rozproszone dyfrakcyjnie na krawędziach nieciągłości. Podstawą układu pomiarowego są dwie głowice skośne fal podłużnych ustawione po obu stronach spoiny. Biorąc pod uwagę sukces, jaki odniosła metoda TOFD min. w obszarze nieniszczących badań rurociągów, należy mieć nadzieję, że znajdzie ona w niedalekiej przyszłości zastosowanie w różnych sektorach polskiego przemysłu. Wnioski końcowe Badania ultradźwiękowe stanowią jedną z najczęściej stosowanych metod badań nieniszczących połączeń spawanych. Pozwalają one na precyzyjne określenie położenia wady, jednak wymagają od operatora sporych kwalifikacji. W odpowiedzi na zapotrzebowanie rozwijającego się pod względem technologicznym rynku osoby zajmujące się badaniami nieniszczącymi wprowadziły wciąż ulepszane nowe sposoby pomiarów, które są bardziej wydajne i mniej czasochłonne. W najbliższym czasie należy spodziewać się większej popularyzacji technologii takich jak TOFD również na rynku polskim. Literatura: 1. Baryłka A., Wprowadzenie do inżynierii bezpieczeństwa obiektów budowlanych. Chłodnictwo 4,5/2015, Spawalnictwo 4/2015. 2. Baryłka A., Zagadnienia katastrofy budowlanej w ustawie Prawo budowlane, Referat na VIII Międzynarodowej Konferencji Bezpieczeństwo pożarowe obiektów budowlanych, Warszawa Józefów 2014. 04a_Gazetka.indd 23 2016-06-16 07:13:26

24 BUDOWNICTWO 3. Baryłka A., Baryłka J., Samodzielne funkcje techniczne w budownictwie. Przewodnik po prawie z komentarzem. POLCEN, Warszawa, 2016. 4. Ustawa z dnia 07.07.1994 r. Prawo budowlane (Dz. U. 2010.243.1623 j.t., z późn. zm.). 5. Offshore Standard DNV-OS-C101, October 2008, 6. PN-EN ISO 5817:2009 Spawanie Złącza spawane ze stali, niklu, tytanu i ich stopów (z wyjątkiem spawanych wiązką) Poziomy jakości według niezgodności spawalniczych 7. Saperski J., Wińcza M. Jakość prac spawalniczych, a problemy ekonomiczne wytwarzania 8. Mackiewicz S., Kopiński J. Nowoczesne metody badań nieniszczących złączy spawanych http://www.ndt- -imbn.com 9. Michnowski W., Mierzwa J., Współczesne wybrane metody badań ultradźwiękowych ; http://www.ultrasonic.home.pl/pdf/publikacje/wybranebadspn.pdf 10. Mackiewicz S., Zgutka M.; Ultradźwiękowe badania złączy spawanych techniką Phased Array, XXI Seminarium Nieniszczące Badania Materiałów, Zakopane marzec 2015 11. Mackiewicz S., Kopiński J.; Doświadczenia z zastosowań ultradźwiękowej techniki TOFD ; http://www. ndt-imbn.com 04a_Gazetka.indd 24 2016-06-16 07:13:26