Rodzaje badań nieniszczących. Klasyfikacja rodzajów i metod

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 05:38

Kontrola jakości produktów jest istotną częścią systemu zarządzania nieruchomościami. Na każdym etapie produkcji istnieją specyficzne wymagania dla różnych rodzajów produktów, a co za tym idzie dla użytych materiałów. Początkowo głównymi wymaganiami były przede wszystkim dokładność i wytrzymałość, ale wraz z rozwojem przemysłu i komplikacją produkowanego sprzętu liczba cech, dla których można go odrzucić, wzrosła wielokrotnie.

Sprawdzanie możliwości funkcjonalnych produktów bez ich niszczenia stało się możliwe dzięki doskonaleniu metod badań nieniszczących. Rodzaje i metody jego przeprowadzania pozwalają ocenić różnorodne parametry bez naruszania integralności produktu, a zatem tak dokładnie, jak to możliwe. Dziś ani jeden proces technologiczny wytwarzania odpowiedzialnych produktów bez dobrze ukształtowanego systemu sterowania nie ma prawa zostać wprowadzony do przemysłu.

Koncepcja badań nieniszczących

Ten proces jest rozumiany jako zbiórtakich prób, którym bezpośrednio poddawany jest obiekt, przy zachowaniu jego sprawności bez uszkodzenia materiału. Wszystkie istniejące obecnie rodzaje i metody badań nieniszczących mają na celu zapewnienie bezpieczeństwa przemysłowego poprzez monitorowanie stanu technicznego urządzeń, budynków i konstrukcji. Wykonywane są nie tylko na etapie produkcji (konstrukcji), ale również w celu terminowej i wysokiej jakości konserwacji i napraw.

W ten sposób różne rodzaje badań nieniszczących według GOST mogą mierzyć parametry geometryczne produktów, oceniać jakość obróbki powierzchni (na przykład chropowatość), strukturę materiału i jego skład chemiczny, obecność różnych wad. Terminowość i rzetelność pozyskanych danych pozwala dostosować proces technologiczny i wytwarzać konkurencyjne produkty, a także zapobiegać stratom finansowym.

Wymagania dotyczące kontroli

Aby wyniki wszystkich rodzajów badań nieniszczących były odpowiednie i skuteczne, muszą spełniać określone wymagania:

• możliwość jego wykonania na wszystkich etapach produkcji, podczas eksploatacji i naprawy wyrobów;
• kontrola powinna być przeprowadzona na maksymalnej możliwej liczbie podanych parametrów dla danej produkcji;
• czas spędzony na kontroli powinien być rozsądnie skorelowany z innymi etapami procesu produkcyjnego;
• rzetelność wyników musi być bardzo wysoka;
• przezmożliwości sterowania procesem technologicznym powinny być zmechanizowane i zautomatyzowane;
• niezawodność urządzeń i sprzętu stosowanego w badaniach nieniszczących, rodzaje i warunki ich użytkowania powinny być zróżnicowane;
• prostota metod, dostępność ekonomiczna i techniczna.

Aplikacje

Cała różnorodność typów i metod badań nieniszczących zgodnie z GOST jest wykorzystywana do następujących celów:

• wykrywanie defektów w krytycznych częściach i zespołach (reaktory jądrowe, samoloty, jednostki podwodne i nawodne, statki kosmiczne itp.);
• defektoskopia urządzeń przeznaczonych do długotrwałej eksploatacji (obiekty portowe, mosty, dźwigi, elektrownie jądrowe i inne);
• badania metodami nieniszczącego badania metali, rodzajów ich konstrukcji i ewentualnych wad produktów w celu ulepszenia technologii;
• ciągła kontrola występowania usterek w zespołach i urządzeniach o najwyższej odpowiedzialności (np. kotły elektrowni jądrowych).

Klasyfikacja rodzajów badań nieniszczących

Na podstawie zasad działania sprzętu oraz zjawisk fizycznych i chemicznych wszystkie metody są podzielone na dziesięć typów:

1. akustyczne (w szczególności ultradźwiękowe);
2. wibroakustyka;
3. z substancjami penetrującymi (kontrola kapilarna i nieszczelności);
4. magnetyczne (lub cząstki magnetyczne);
5. optyczne (wizualno-optyczne);
6. promieniowanie;
7. fala radiowa;
8. termiczne;
9. elektryczny;
10. Prąd wirowy (lub elektromagnetyczny).

Zgodnie z GOST 56542 rodzaje i metody badań nieniszczących wymienione powyżej są dalej podzielone według następujących cech:

• osobliwości interakcji substancji lub pól fizycznych z kontrolowanym obiektem;
• parametry podstawowe dostarczające informacji;
• uzyskaj podstawowe informacje.

Metody akustyczne

Zgodnie z klasyfikacją rodzajów i metod badań nieniszczących zgodnie z GOST R 56542-2015, ten typ opiera się na analizie fal sprężystych, które są wzbudzane i (lub) powstają w kontrolowanym obiekcie. Jeśli używany jest zakres częstotliwości większy niż 20 kHz, termin „ultradźwiękowy” może być użyty zamiast „akustyczny”.

Akustyczny typ badań nieniszczących dzieli się na dwie duże grupy.

First - metody oparte na emisji i odbiorze fal akustycznych. Do sterowania wykorzystywane są fale biegnące i stojące lub drgania rezonansowe kontrolowanego obiektu. Należą do nich:

• Metoda cieni. Obecność defektu jest wykrywana z powodu tłumienia odbieranego sygnału lub opóźnienia w jego rejestracji z powodu zaokrąglenia defektu przez fale ultradźwiękowe.
• Metoda echa. O istnieniu wady decyduje czas nadejścia sygnału odbitego od wady i powierzchni przedmiotu, co umożliwia określenie lokalizacji wady w objętości materiału.
• Metoda lustrzanego cienia. Jest to odmiana metody cieni, w której wykorzystuje się sprzęt firmymetoda echa. Słaby sygnał jest również oznaką wady.
• Metoda impedancji. W przypadku wady produktu zmniejsza się impedancja określonego obszaru jego powierzchni, jakby zmiękczał. Wpływa to na amplitudę drgań pręta, naprężenia mechaniczne na jego końcu, fazę drgań i zmianę ich częstotliwości.
• Metoda rezonansu. Ważne przy pomiarze grubości powłoki. Wadę wykrywa się przesuwając szukacz po powierzchni produktu, co wskazuje na osłabienie sygnału lub zanik rezonansu.
• Metoda drgań swobodnych. W trakcie badań analizowane są częstotliwości drgań własnych próbki, które powstają w wyniku oddziaływania na nią.

Druga grupa obejmuje metody oparte na rejestracji fal powstających w produktach i materiałach:

• Emisja akustyczna. Opiera się na rejestracji fal, które pojawiają się podczas powstawania i rozwoju pęknięć. Niebezpieczne wady prowadzą do wzrostu częstotliwości i amplitudy sygnałów w określonym zakresie częstotliwości.
• Metoda hałasu i wibracji. Polega na obserwacji widma częstotliwościowego mechanizmu lub jego części podczas pracy.

Rodzaje i metody badań nieniszczących z powyższej klasyfikacji są wykorzystywane do różnych celów. Aby określić parametry walcowanego metalu o małej grubości, wyrobów gumowych, włókna szklanego, betonu, najlepiej nadaje się metoda cienia. Jego istotną wadą jest konieczność dostępu do produktu z dwóch stron. Z jednokierunkowym dostępem dopróbka może wykorzystywać metody lustrzanego cienia lub rezonansu. Te dwa typy doskonale nadają się do nieniszczących badań złączy spawanych, a także emisji akustycznej. Metoda impedancyjna oraz metoda drgań swobodnych sprawdza jakość klejonych i lutowanych wyrobów ze szkła, metalu i tworzywa sztucznego.

Metody kapilarne

Zgodnie z klasyfikacją rodzajów i metod badań nieniszczących zgodnie z GOST R 56542-2015 metody kapilarne są związane z badaniem za pomocą substancji penetrujących.

Polegają na wnikaniu kropli specjalnego płynu, zwanego wskaźnikiem, do wnęki ubytku. Metoda sprowadza się do oczyszczenia powierzchni części i naniesienia na nią cieczy penetrującej. W takim przypadku wnęki są wypełniane, po czym ciecz jest usuwana z powierzchni. Reszta jest wykrywana za pomocą wywoływacza, który tworzy wzór wskaźnika lokalizacji defektów.

Czułość badań nieniszczących typu kapilarnego w dużej mierze zależy od doboru materiałów defektoskopowych, co sprawia, że ich wstępna weryfikacja jest obowiązkowa. Zdolności wskaźnikowe rozwiązań są sprawdzane w porównaniu z niektórymi standardowymi rozwiązaniami. Biel wywoływaczy jest sprawdzana przez porównanie z płytką barytową (standard bieli).

Zaletą metod kapilarnych jest możliwość ich zastosowania w warunkach terenowych i laboratoryjnych przy różnych temperaturach otoczenia. Są jednak w stanie wykryć wady powierzchniowe tylko z niewypełnionymi ubytkami. Metody kapilarne mają zastosowanie dowykrywanie wad w częściach metalowych i niemetalowych o różnych kształtach.

Metody magnetyczne

Opierają się na rejestracji pól magnetycznych powstających nad defektem lub na określeniu właściwości magnetycznych badanych wyrobów. Metody magnetyczne pozwalają znaleźć pęknięcia, wałki i inne wady, takie jak właściwości mechaniczne stali ferromagnetycznych i żeliw.

Klasyfikacja nieniszczących typów i metod kontroli dostępna w GOST przewiduje podział magnetyczny na następujące podgatunki:

• magnetograficzny (rejestracja pól odbywa się za pomocą folii ferromagnetycznej jako wskaźnika);
• cząsteczka magnetyczna (analiza pól magnetycznych jest przeprowadzana za pomocą proszku ferromagnetycznego lub zawiesiny magnetycznej);
• magnetorezystor (rejestracja błądzących pól magnetycznych jest wykonywana przez magnetorezystory);
• rodzaj magnetycznych badań nieniszczących (monitorowana jest wielkość lub faza indukowanego pola elektromagnetycznego);
• ponderomotywa (rejestrowana jest siła wywołania magnesu z kontrolowanego obiektu);
• ferrosondy (na podstawie pomiaru natężenia pola magnetycznego za pomocą bramek strumieniowych);
• Metoda efektu Halla (pola magnetyczne są rejestrowane przez czujniki Halla).

Metody optyczne

Rodzaj badań nieniszczących opartych na działaniu promieniowania świetlnego na obiekt z rejestracją wyników tego działania nazywa się optycznym. Konwencjonalnie istnieją trzy grupy metod:

Wizualizacja (podobnie jak metoda wizualno-optyczna) opiera się na osobistych cechach operatora (asystenta laboratoryjnego): doświadczeniu, umiejętnościach, wizji. Jest bardzo przystępny i łatwy do wykonania, co tłumaczy jego wszechobecność. Kontrola wizualna odbywa się bez żadnych środków optycznych. Jest skuteczny w przypadku dużych obiektów w celu wykrywania poważnych wad, naruszeń geometrii i wymiarów. Analizę wizualno-optyczną przeprowadza się za pomocą pomocy optycznych, takich jak szkło powiększające lub mikroskop. Jest mniej produktywny, więc zwykle łączy się go z wizualizacją

• Metody fotometryczne, densytometryczne, spektralne i telewizyjne opierają się na pomiarach instrumentalnych i charakteryzują się mniejszą subiektywnością. Tego typu optyczne badania nieniszczące są niezbędne do pomiaru wymiarów geometrycznych, powierzchni, kontrolowania współczynnika tłumienia, oceny transmisji lub odbicia, wykrywania wad.
• Interferencje, dyfrakcja, kontrast fazowy, refraktometryczne, nefelometryczne, polaryzacyjne, stroboskopowe, holograficzne opierają się na właściwościach falowych światła. Z ich pomocą możesz kontrolować produkty wykonane z materiałów przeźroczystych lub przepuszczających światło.

Metody promieniowania

Na podstawie wpływu jonizującego promieniowania elektromagnetycznego na obiekt, a następnie rejestracji parametrów tego działania i podsumowania wyników kontroli. Do badań nieniszczących typu radiacyjnego stosuje się różne rodzaje promieniowania, które pozwalają opisać ich kwanty następującymi wielkościami fizycznymi: częstotliwością, długością fali lubenergia.

Przechodzące przez produkt promieniowanie rentgenowskie lub gamma, a także strumienie neutrin są tłumione w różnym stopniu w sekcjach z defektami i bez. Pozwalają ocenić wewnętrzną obecność wad. Z powodzeniem wykorzystywane są do sprawdzania szwów spawanych i lutowanych, wyrobów walcowanych.

Nieniszczące badania dotyczące promieniowania niosą ze sobą zagrożenie biologiczne, działając w ukryciu. Wymaga to przestrzegania norm organizacyjnych i sanitarnych ochrony pracy i przepisów bezpieczeństwa.

Metody termiczne

Ważnym parametrem jest rejestracja zmian zachodzących w polu termicznym lub temperaturowym analizowanej próbki. W celu kontroli mierzy się temperaturę i różnice w charakterystyce termicznej obiektu.

Widok termiczny NDT może być pasywny lub aktywny. W pierwszym przypadku na próbki nie mają wpływu zewnętrzne źródła ciepła, a pole temperatury mierzone jest na mechanizmie napędowym. Wzrost lub spadek temperatury w niektórych miejscach może wskazywać na obecność pewnego rodzaju wad, takich jak pęknięcia w silnikach. Dzięki aktywnej kontroli termicznej materiały lub produkty są podgrzewane lub chłodzone, a temperatura jest mierzona z dwóch przeciwległych stron.

W celu uzyskania dokładnych i obiektywnych danych stosuje się następujące podstawowe przetworniki pomiarowe promieniowania cieplnego: termometry, termopary, rezystancje termiczne, przyrządy półprzewodnikowe, elektroniczne przyrządy próżniowe, elementy piroelektryczne. Często używane są wskaźniki pól termicznych, które sąpłyty, pasty, folie termoczułych substancji, które zmieniają się po osiągnięciu określonych temperatur. Tak więc, wskaźniki termiczne topienia, wskaźniki termiczne zmieniające kolor i luminofory są izolowane.

Dzięki zastosowaniu specjalnego sprzętu metody termiczne umożliwiają bezkontaktowe pomiary parametrów fizycznych i geometrycznych obiektów z dość dużych odległości. Pozwalają również wykryć zanieczyszczenia chemiczne i fizyczne, chropowatości, powłoki na ich powierzchni, w oparciu o wartości emisyjności cieplnej.

Metody wykrywania wycieków

Zgodnie z główną klasyfikacją rodzajów badań nieniszczących, metoda ta odnosi się do badania próbek z cieczami penetrującymi. Wykrywanie nieszczelności ujawnia się poprzez defekty w produktach i strukturach poprzez przenikanie przez nie substancji testowych. Często określany jako kontrola nieszczelności.

Płyny, niektóre gazy, opary cieczy mogą służyć jako substancje testowe. Zgodnie z tym parametrem metody kontroli wykrywania nieszczelności dzielą się na cieczowe i gazowe. Gazy zapewniają większą czułość, co oznacza, że są częściej używane. Również na czułość metody wpływa zastosowany sprzęt. Technika próżniowa w tym przypadku jest najlepszą opcją.

Do wykrywania wycieków potrzebne są specjalne urządzenia zwane wykrywaczami wycieków, ale w niektórych przypadkach odpowiednie są również metody wykrywania wycieków bez użycia urządzeń. Do kontroli tej metody wykorzystywane są następujące detektory nieszczelności:

• Spektrometria mas - charakteryzuje się największymiczułość i wszechstronność, pozwala na badanie produktów o różnych wymiarach. Wszystko to wyjaśnia jego szerokie zastosowanie. Ale spektrometr mas jest bardzo złożonym i nieporęcznym instrumentem, który do działania wymaga próżni.
• Halogen, którego działanie opiera się na gwałtownym wzroście emisji kationów metali alkalicznych, gdy w badanej substancji pojawiają się halogeny.
• Bubble - polega na wykrywaniu pęcherzyków gazu testowego uwalnianych z nieszczelności podczas badania ciśnienia gazu kontrolowanego obiektu, z cieczą nałożoną na jej powierzchnię lub zanurzoną w zbiorniku. Jest to dość prosta metoda, która nie wymaga skomplikowanych przyrządów i specjalnych gazów, ale zapewnia wysoką czułość.
• Manometryczna - umożliwia ocenę szczelności obiektu testowego za pomocą manometrów mierzących ciśnienie gazów testowych.

Metody elektryczne

Ten rodzaj badań nieniszczących zgodnie z GOST R 56542-2015 opiera się na analizie parametrów pola elektrycznego (lub prądu) działającego na kontrolowany obiekt lub powstającego w obiekcie pod wpływem czynników zewnętrznych.

Parametry informacyjne w tym przypadku - pojemność elektryczna lub potencjał. Do kontroli dielektryków lub półprzewodników stosuje się metodę pojemnościową. Pozwala na analizę składu chemicznego tworzyw sztucznych i półprzewodników, wykrywanie w nich nieciągłości oraz ocenę wilgotności materiałów sypkich.

Kontrola przewodów odbywa się metodą potencjału elektrycznego. W tym przypadku grubość warstwy przewodzącej, obecność nieciągłościw pobliżu powierzchni przewodnika jest kontrolowany poprzez pomiar spadku potencjału w określonym obszarze.

Metoda prądów wirowych

Ma inną nazwę - metoda prądów wirowych. Polega ona na zmianach działania pola elektromagnetycznego cewki z polem prądów wirowych indukowanych przez tę cewkę w kontrolowanym obiekcie. Nadaje się do wykrywania wad powierzchniowych części magnetycznych i niemagnetycznych oraz półproduktów. Pozwala również znaleźć pęknięcia na produktach o różnych konfiguracjach.

Wartość metody prądów wirowych polega na tym, że ani wilgotność, ani ciśnienie, ani zanieczyszczenie środowiska, ani promieniowanie radioaktywne, a nawet zanieczyszczenie obiektu substancjami nieprzewodzącymi nie mają praktycznie żadnego wpływu na sygnał pomiarowy. Jego obszary zastosowania są następujące:

• Sprawdzanie wymiarów liniowych produktów (np. średnica pręta, rury, grubość blachy, grubość ścianki korpusu).
• Pomiar grubości nakładanych powłok (zakres od mikrometrów do kilkudziesięciu milimetrów).
• Określanie odchyleń w składzie i strukturze metali i stopów.
• Określanie wartości naprężeń mechanicznych.

Zalety i wady metod nieniszczących

Pomimo tego, że oba rodzaje badań, niszczące i nieniszczące, mają swoje wady i zalety, w nowoczesnych warunkach produkcyjnych to ostatnie ma szereg zalet:

1. Testy są przeprowadzane natychmiast na produktach, które będą używane w warunkach pracy.
2. Badanie można przeprowadzić na dowolnej części lub podzespole przeznaczonym do użytku w świecie rzeczywistym, alejeśli jest to uzasadnione ekonomicznie. Często można to zrobić nawet wtedy, gdy partia charakteryzuje się dużymi różnicami między częściami.
3. Możesz przetestować całą część lub tylko najbardziej niebezpieczne jej części. W zależności od wygody prowadzenia lub warunków technologicznych mogą być wykonywane jednocześnie lub sekwencyjnie.
4. Ten sam obiekt może być testowany za pomocą wielu nieniszczących metod testowania, z których każda będzie czuła na określone właściwości lub części części.
5. Metody nieniszczące można zastosować do urządzenia w warunkach pracy i nie ma potrzeby przerywania jego pracy. Nie powodują zakłóceń i zmian w charakterystyce części.
6. Testowanie umożliwia ponowną kontrolę tych samych części po dowolnym czasie. Umożliwia to ustalenie związku pomiędzy trybami pracy a powstałymi uszkodzeniami i ich stopniem.
7. Badania nieniszczące pozwalają uniknąć uszkodzenia części wykonanych z drogich materiałów.
8. Z reguły testy są przeprowadzane bez wstępnej obróbki próbek. Wiele urządzeń analitycznych jest przenośnych, szybkich i często zautomatyzowanych.
9. Koszt badań nieniszczących jest niższy niż koszt metod niszczących.
10. Większość metod jest szybka i wymaga mniej roboczogodzin. Takie metody powinny być stosowane do określenia jakości wszystkich detali, jeśli ich koszt jest niższy lub porównywalny z kosztem przeprowadzenia badania niszczącego.tylko niewielki procent części w całej partii.

Nie ma tak wielu wad nieniszczących metod badawczych:

1. Zazwyczaj analizowane są właściwości pośrednie, które nie mają bezpośredniego związku z wartościami podczas operacji. Dla wiarygodności wyników stwierdzono pośrednią zależność między uzyskanymi danymi a niezawodnością działania.
2. Większość testów nie wskazuje żywotności obiektu, a jedynie umożliwia śledzenie procesów niszczenia.
3. Aby odszyfrować i zinterpretować wyniki prac analitycznych, konieczne jest również przeprowadzenie tych samych badań na specjalnych próbkach iw specjalnych warunkach. A jeśli odpowiedni związek między tymi testami nie jest oczywisty i udowodniony, to obserwatorzy mogą się z tym nie zgodzić.

Przeanalizowaliśmy rodzaje badań nieniszczących, ich cechy i wady.