Czym są badania nieniszczące i po co właściwie je robimy?
Czy każda forma kontroli jakości jest z automatu największym wrogiem produkcji? I to takim, który niepotrzebnie wydłuża cały proces, generując przy tym niemałe koszty i przy okazji psując bardzo dobrze wykonane części? Na pewno ta wymiarowa jest, ale jak wiadomo na niej nie kończy się inspekcja wyrobów. Są bowiem takie metody, które nie dla wszystkich są w pełni zrozumiałe. Traktowane są więc z pewnym respektem. O czym mowa? O dziedzinie powszechnie znanej jako badania nieniszczące. Na to czym są po części wskazuje już ich nazwa. Jednak jeśli dodamy do tego pewne aspekty jak chociażby używanie światła fluorescencyjnego, czy też wykorzystanie skomplikowanych maszyn to od razu wszystko zaczyna wyglądać na bardziej skomplikowane. A może na bardziej ciekawe?
W tym materiale powiemy sobie szerzej o tym czym są badania nieniszczące oraz po co właściwie się je przeprowadza. Poza tym przyjrzymy się również ośmiu różnym metodom, które są najpowszechniej wykorzystywane. Niektóre z nich mogą być dla Was zaskoczeniem. Z innymi zapewne spotkaliście się w życiu zawodowym lub nawet prywatnym. Co ważne wpis ten stanowi wyłącznie formę wprowadzenia do tematyki jaką są badania nieniszczące. Dlatego niektóre szczegóły celowo zostały pominięte. Jest on dedykowany zarówno dla osób, które do tej pory nie miały nic do czynienia z tą formą kontroli, ale i dla tych którzy już znają niektóre techniki. Miłej lektury!
W skrócie
Czytając ten artykuł dowiesz się:
- Co to są badania nieniszczące oraz czym różnią się od testów niszczących.
- Jakie są najpopularniejsze metody badań.
- Czym różnią się poszczególne metody.
- Które z metod pozwalają wyłącznie na wykrycie wad powierzchniowych.
- Co to jest metoda objętościowa, oraz które badania nieniszczące się do niej zaliczają.
Bądź na bieżąco i obserwuj Jakościowca na Instagramie!
Badania nieniszczące a testy niszczące
Z definicji badania nieniszczące (ang. Non-Destructive testing, NDT) są zbiorem technik stosowanych do wykrywania wad w postaci różnego rodzaju nieciągłości materiałowych z zastrzeżeniem, że w czasie inspekcji nie dojdzie do żadnej formy degradacji badanego przedmiotu. Badania te wykonywane są zarówno na etapie produkcji wyrobu jak i podczas prac serwisowych. Mogą dotyczyć całej części lub też wyłącznie obszarów krytycznych chociażby ze względu na bezpieczeństwo użytkowania wyrobu. W przypadku niektórych metod można stosować przenośne wyposażenie, dzięki czemu badania są bardziej dostępne. Ma to znaczenie chociażby podczas inspekcji dużych konstrukcji. Większość technik klasyfikowana jest jako procesy specjalne dlatego wymagają szeregu czynności mających na celu okresowe potwierdzanie ich efektywności. Ma to miejsce chociażby w programie Nadcap, o którym nieco więcej powiemy sobie w dalszej części tego materiału.
Przeciwieństwem są badania niszczące, których celem jest potwierdzenie pewnych właściwości materiałowych. Co ważne pozwalają one symulować rzeczywiste warunki w jakich dana część będzie pracowała. Jednak posiadają jedną znaczącą wadę. Jak sama nazwa wskazuje podczas wykonywania testu część albo ulega zniszczeniu, albo należy ją zniszczyć przed jego przeprowadzeniem. Chociażby po to, aby z danego materiału wykonać odpowiednie próbki. Dlatego badania w tej formie najczęściej wykonywane są na etapie walidacji założeń konstrukcyjnych lub po wyprodukowaniu pierwszej części prototypowej.
Kolejne artykuły w każdy poniedziałek!
Polub moją stronę na Facebooku i dowiedz się o nich jako pierwszy!
Badania nieniszczące – techniki
Poniżej omówimy osiem najpopularniejszych technik sklasyfikowanych jako badania nieniszczące. Przy czym warto zaznaczyć, że to czy dana metoda jest stosowana oraz w ogóle zaliczana do grona tych badań zależy przede wszystkim od organizacji projektującej.
Badania wizualne – VT
Jest to teoretycznie najprostsza i zarazem najtańsza z metod zaliczanych do procesów jakim są badania nieniszczące. Polega na niczym innym jak ocenie wizualnej danej powierzchni lub części pod kątem występowania określonych wad. Może odbywać się przy użyciu oka nieuzbrojonego lub z zastosowaniem odpowiedniego powiększenia – przykładowo lupki. W przypadku trudno dostępnych miejsc lub głębszych otworów zalecane jest używanie lusterek lub boroskopów. Niezbędne będzie również oświetlenie o odpowiednim natężeniu a także w przypadku niektórych obszarów zastosowanie latarek. Pewnym ograniczeniem przy stosowaniu tej metody jest ryzyko pominięcia wady co jest dość duże w przypadku metalicznej powierzchni i większych gabarytowo części.
W ostatnich latach upowszechniła się również pewna odmiana kontroli wizualnej oznaczona symbolem RVI (Remote Visual Inspection), czyli zdalna kontrola wizualna. Polega na przeprowadzeniu oceny za pomocą robotów lub dronów wyposażonych w kamery. Ma zastosowanie zwłaszcza w przypadku stref, które mogą być niebezpieczne lub trudno dostępne dla człowieka.
Badania penetracyjne – PT
Celem badania jest wykrycie wszelkiego rodzaju nieciągłości materiałowych, które są otwarte do powierzchni. Dlatego na etapie produkcji wykonywane jest po zakończeniu obróbki mechanicznej. Bywa również powszechnie stosowana podczas oceny serwisowej. Badania penetracyjne cechują się relatywnie niskim kosztem i mogą być przeprowadzane na różnych materiałach. Proces jest kilkuetapowy i może się różnić w zależności od zastosowanej metody. Badanie rozpoczyna się aplikacją penetrantu, którego zadaniem jest wniknięcie w ewentualne wady. Jego nadmiar jest usuwany z powierzchni przy użyciu wody a w przypadku niektórych metod również stosując emulgator lipofilowy lub hydrofilowy. Następnym krokiem jest nałożenie na badany obszar cienkiej warstwy wywoływacza, czyli po prostu białego i niezbrylonego proszku. Jego rolą jest zapewnienie, że na powierzchni część wytworzy się kontrastowe tło. Natomiast drugim zadaniem jest wyciągnięcie z ewentualnych wad zgromadzonego w nich penetranta na powierzchnię części. W zależności od użytej formuły wywoływacza przed jego aplikacją może być niezbędne wcześniejsze dokładne wysuszenie części. Ostatnim krokiem jest zaś ocena wskazań. W zależności od zastosowanego typu penetranta konieczne może być wykonanie jej przy użyciu światła ultrafioletowego i/lub białego o odpowiednim natężeniu.
Więcej na temat badań penetracyjnych przeczytacie w osobnym wpisie:
Badania penetracyjne w praktyce – PT
Badania magnetyczno-proszkowe – MT
Pozwalają na wykrycie wad znajdujących się na a także do pewnej głębokości pod powierzchnią części. Ze względu na wykorzystanie zjawiska rozproszenia pola magnetycznego kontrola może być przeprowadzana wyłącznie na częściach ferromagnetycznych. Do wykonania badania niezbędny jest defektoskop oraz zawiesina na bazie nafty i proszku magnetycznego. Namagnesowanie części oraz polanie badanego obszaru wspomnianą zawiesiną powoduje, że w przypadku ewentualnych nieciągłości na powierzchni utworzą się wskazania. Jeśli użyty proszek jest fluorescencyjny podczas kontroli należy zastosować światło ultrafioletowe a następnie białe. Badania magnetyczno-proszkowe przeprowadza się po zakończeniu wszelkich operacji, które mogły spowodować ujawnienie się wad a więc po kuciu, obróbce mechanicznej, czy chociażby obróbce cieplnej. Część zarówno przed przeprowadzeniem badania jak i po jego zakończeniu należy rozmagnesować. Ze względu na kierunek pola magnetycznego oraz wymiary danej części kontrola bardzo często musi być kilkuetapowa uwzględniając różne zamocowania sprawdzanego produktu. Ważną kwestią jest również odpowiednie natężenie pola magnetycznego, od którego zależy czułość badania.
Badania ultradźwiękowe – UT
W przeciwieństwie do wcześniejszych metod badania ultradźwiękowe pozwalają ocenić daną część w całym jej przekroju. Możemy zatem wykryć nieciągłości materiałowe zlokalizowane głęboko pod powierzchnią. Metoda doskonale sprawdza się podczas wykrywania rozwarstwień materiału, pęknięć czy chociażby przyklejeń. Badanie wykorzystuje wysoką częstotliwość dźwięku, która jest wprowadzana do sprawdzanej części za pomocą specjalnych głowic. Najpopularniejszą techniką jest metoda echa polegająca na wygenerowaniu liczonego w mikrosekundach sygnału, który rozchodzi się w badanym materiale a następnie wraca odbity od ewentualnych wad lub powierzchni ograniczającej.
Badania radiograficzne – RT oraz radiografia cyfrowa – DR
Ze względu na wykorzystywany sprzęt są to jedne z najdroższych metod klasyfikowanych jako badania nieniszczące. W zależności od techniki bazują na promieniowaniu rentgenowskim lub gamma, którym naświetlane są kontrolowane wyroby. Przechodzące na wskroś promieniowanie rzutuje sprawdzany produkt na błonie radiograficznej a coraz częściej także na specjalnych detektorach tworząc negatyw badanego obiektu. Mamy więc podział na metodę analogową i dobrze wszystkim znane tradycyjne zdjęcia rentgenowskie oraz dzięki wspomnianym detektorom radiografię cyfrową. W jej wypadku wyniki otrzymujemy w formie plików komputerowych i co ciekawe mogą posiadać one kolorowe zabarwienie. Podobnie jak metoda ultradźwiękowa również badania radiograficzne zaliczane są to metod objętościowych. To znaczny, że pozwalają na wykrycie nieciągłości materiałowych znajdujących się zarówno na powierzchni jak i całym przekroju części. Powszechnie stosowane są podczas kontroli odlewów, złącz spawanych a czasami również odkuwek. Mogą wiązać się z pewnym ryzykiem wpływu na zdrowie osób wykonujących badanie. Zwłaszcza w przypadku stosowania starszych aparatów. W tym przypadku dużą przewagę ma radiografia cyfrowa, która pozwoliła na zmniejszenie dawek promieniowania i czasu ekspozycji.
Ultradźwiękowe pomiary grubości – UTT
Metoda ta bazuje na pomiarze czasu rozchodzenia się i powrotu podłużnych fal ultradźwiękowych przez badany produkt. Pozwala to na określenie grubości ścianki danego materiału, co ma istotne znaczenie zwłaszcza, gdy może on być zbadany wyłącznie z jednej strony. Przy okazji badania wykrywane mogą być różnego rodzaju defekty a nawet korozja. Testowane może być szerokie spektrum produktów wykonanych ze stopów metali, kompozytów, tworzyw sztucznych a nawet gumy. Ultradźwiękowe badanie grubości wykorzystywane jest przede wszystkich do pomiaru ścian zbiorników, rur, kadłubów statków, elementów konstrukcyjnych mostów a nawet struktur lotniczych. Może być stosowane zarówno na etapie produkcji jak i w czasie eksploatacji danego wyrobu.
Badania metodą prądów wirowych – ET
Metoda ta pozwala na wykrycie wad materiałowych występujących na i pod powierzchnią wyrobów przewodzących prąd elektryczny. Ale to nie jedyne jej zastosowania. Dzięki niej sprawdzimy chociażby grubość niektórych powłok, głębokość warstwy nawęglonej czy też twardość materiału. Bazuje na zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Wykonuje się je za pomocą specjalnej sondy, która oddziałuje na badany materiał zmiennym polem magnetycznym. W wyniku czego w sprawdzanym produkcie tworzą się prądy wirowe. One również tworzą własne pole magnetyczne, które bezpośrednio wpływa na pole wytworzone przez sondę odpowiednio je osłabiając. Wpływ ten będzie stały jeśli w kontrolowanej strukturze nie występują wady. Badanie może być wykonywane przez nieduże przenośne urządzenia lub bardziej zautomatyzowane stacjonarne systemy.
Badania szczelności – LT
Jak sama nazwa wskazuje ta forma kontroli ma na celu potwierdzenie szczelności różnych elementów, zwłaszcza w miejscach ich łączenia takich jak spawy. Ma zastosowanie szczególnie w przypadku wyrobów stosowanych do przechowywania oraz przemieszczania cieczy lub gazów. Czyli po prostu różnego rodzaju zbiorników lub rur. Badanie wykonuje się stosując duże ciśnienie medium znajdującego się w sprawdzanym produkcie bądź systemie. W przypadku nieszczelności wykorzystuje się zasadę, że ciecz lub gaz przepływa z miejsca, gdzie występuje wyższe ciśnienie do miejsca, gdzie jest ono niższe. Istnieje kilka różnych metod badania szczelności. Najprostszą i najpowszechniejszą jest metoda pęcherzykowa. Polega ono na zanurzeniu badanego obiektu w wodzie w celu określenia, w którym obszarze znajduje się wyciek. W drugim etapie zaś daną strefę pokrywa się wodnym roztworem mydła i obserwuje gdzie dokładnie tworzą się bańki. Jest ona dość powszechna chociażby u wulkanizatorów podczas poszukiwania nieszczelności w naszych oponach. Inne metody mogą wykorzystywać termowizję czy na przykład ultradźwięki. Standardem podczas badań szczelności jest wykorzystanie manometrów oraz różnego rodzaju czujników.
Badania nieniszczące – Nadcap, TPG oraz CQI
W przypadku branży lotniczej większość klientów wymaga, aby badania nieniszczące posiadały akredytację Nadcap. Jednak nie każda z omawianych technik jest stosowana w tej branży lub też wymaga uzyskania wspomnianego certyfikatu. Niezbędne będzie to, jeśli wykonywane są:
– badania penetracyjne
– badania magnetyczno-proszkowe
– badania ultradźwiękowe
– badania radiograficzne oraz radiografia cyfrowa – przy, czym warto zaznaczyć, że w tym przypadku traktowane są one jako dwa osobne procesy
– badania metodą prądów wirowych.
Jako osobny proces traktowane są również badania ultradźwiękowe elementów rotujących.
O tym czym jest Nadcap możecie dowiedzieć się z pięcioczęściowego cyklu poświęconego tej tematyce, który ukazał się na blogu. Opisuje on szczegółowo jak krok po kroku uzyskać akredytację w tym programie. Pierwsza część dostępna jest poniżej:
Akredytacja Nadcap (1/5) – wprowadzenie do programu
Natomiast szczegółowa lista zawierająca badania nieniszczące podziałem na kryteria akceptacji dostępna jest w części drugiej:
Planowanie auditu Nadcap (2/5) – jak to zrobić krok po kroku
Analogiczne kryteria mają zastosowanie w przypadku innego programu akredytacyjnego – TPG (Transportation and Power Generation). Jest to program administrowany przez PRI, czyli tą samą organizacją, która nadzoruje wspomniany Nadcap. Dedykowany jest on dla dostawców procesów specjalnych z branży transportowej oraz produkcji energii.
Nieco inaczej jest w przypadku popularnych w branży motoryzacyjnej standardów CQI (Continuous Quality Improvement). Opracowane przez AIAG (Automotive Industry Action Group) wymagania dotyczą różnych procesów specjalnych jednakże aktualnie nie stworzono żadnego standardu, którego przedmiotem byłyby badania nieniszczące.
Badania nieniszczące – podsumowanie
Zaliczane do grupy procesów specjalnych badania nieniszczące są ważnym elementem zarówno procesu produkcyjnego jak również kontroli wykonywanej na etapie serwisowania wyrobu. Ich rolą w większości przypadków jest wykrycie wszelkiego rodzaju nieciągłości materiałowych takich jak wżery korozyjne, pęknięcia czy chociażby porowatość. W zależności od zastosowanej metody wykrywane mogą być wady powierzchniowe lub znajdujące się wewnątrz materiału. Decyzja o tym jakie badania nieniszczące użyć w większości przypadków podejmowana jest na etapie konstruowania wyrobu. W przypadku niektórych produktów, zwłaszcza podczas serwisowania niezbędne może być zastosowanie kilku metod, które w połączeniu dadzą najlepsze rezultaty. Poza wspomnianą rolą badania nieniszczące mogą być wykorzystywane również w celu badania grubości niektórych powłok, twardości, składu chemicznego a nawet grubości ścian elementów. A jakie są Wasze doświadczenia jeśli chodzi o badania nieniszczące. Czy mieliście z nimi cokolwiek do czynienia lub może posiadacie stosowne uprawnienia do ich wykonywania. Podzielcie się swoją opinią w sekcji komentarzy poniżej. Do zobaczenia w następny poniedziałek!
