Badania nieniszczące – część I

Jarosław Muc,
Ambasador Klubu ArcelorMittal Politechniki Śląskiej

W połowie zeszłego roku na Walcowni Dużej Oddziału ArcelorMittal w Dąbrowie Górniczej został oddany do użytku nowy blok kontrolno pomiarowy do badania szyn. Pozwala on na pomiar szyn z wysoką prędkością za pomocą kamer oraz urządzeń laserowych wysokiej jakości. Ponadto wykonuje się tu badania za pomocą defektoskopu ultradźwiękowego oraz metodą prądów wirowych. Postanowiłem przybliżyć naszym Klubowiczom w niewielkim stopniu, czym są i do czego wykorzystuje się badania nieniszczące.

Badania nieniszczące z angielskiego NDT - non-destructive testing, to ogół testów wykonywanych w celu wykrycia nieciągłości materiałowych oceny właściwości materiałowych jak i pomiarów obiektów bez wpływu na własności eksploatacyjne materiału, bądź gotowego wyrobu.

Prawdopodobnie dotychczas nie został wyprodukowany (ani nie będzie wyprodukowany) obiekt, który byłby pozbawiony wszelkich niejednorodności materiałowych, strukturalnych i geometrycznych. Przemysł wytwarza jednak dużą liczbę użytecznych obiektów i konstrukcji pozwalających w dużym stopniu wyeliminować najpoważniejsze wady materiałowe.

Metody i techniki badań nieniszczących są stosowane w przemyśle ze względu na konieczność zapewnienia wysokiej jakości półwyrobów, wyrobów końcowych, urządzeń i konstrukcji. Pozwalają one w łatwy i szybki sposób wyeliminować najbardziej typowe wady, co przekłada się na większą niezawodność oraz trwałość późniejszych wyrobów gotowych.

Badania nieniszczące zaczęto stosować na dużą skalę podczas drugiej wojny światowej. Wynikało to z dużego zapotrzebowania na produkcję środków komunikacyjnych (statki i samoloty) jak i broń i amunicję oraz np. zapotrzebowania na urządzenia służące do wykrywania min, pocisków i bomb zalegających w ziemi czy na morzu.

Rysunek 1 Zdjęcie radiologiczne dzwonu z widocznym pęknięciem

Cele badań nieniszczących możemy zasadniczo podzielić na dwa rodzaje tzn. mające na celu:

• Dostarczyć informację o stanie materiału o:(cele bezpośrednie)
  • stanie makrostruktury
  • stanie mikrostruktury
  • wadach materiałowych
  • materiałowych grubości ścianek wyrobów
  • jednorodności użytych materiałów
• Być podstawą prognozy o:(cele przyszłościowe)
  • ryzyku pęknięcia
  • bezpiecznym czasie pracy (współczynnik bezpieczeństwa)
  • trwałości elementu poddanego działaniu obciążeń zmiennych
  • technologicznej i eksploatacyjnej przydatności materiału

Rozwój badań nieniszczących wiąże się nierozerwalnie z katastrofami oraz awariami różnych urządzeń i konstrukcji, jakie zdarzyły się w przeszłości. To one były motorem napędowym rozwoju technologii pozwalającej na wczesnym wykryciu uszkodzeń mogących doprowadzić do tragedii.
Katastrofom ulegały m. in. promy kosmiczne podczas startu. Pękały statki zarówno przed ich wodowaniem jak i podczas sztormów. Było w historii wiele przypadków pęknięcia wałów silników lotniczych i zniszczeń silników lotniczych wskutek pęknięcia łopatek, ze względu na procesy zmęczenia materiału oraz zassania przez silniki podczas startu np. ptaka, zająca, kamienia lub cegły znajdującej się w pobliżu lotniska. W kolejnictwie najczęstszą przyczyną wykolejenia pociągów jest pęknięcie szyn podczas przejazdu po nich lub zniszczenia elementów ruchomych np. obręczy kół pociągów. Znane są przypadki urwania się lin kolejek oraz wyciągów narciarskich i górniczych, zniszczeń turbin energetycznych wskutek pękania płatek, pękania złączy spawanych w odpowiedzialnych konstrukcjach takich jak mosty, czy platformy.

Rysunek 2 Katastrofa samolotu spowodowana uszkodzeniem wirnika silnika odrzutowego
Te jak i wiele innych przykładów w sposób dobitny pokazują jak istotne produkcji stalowej są badania nieniszczące

Podstawowy podział badań nieniszczących przedstawia się następująco:

1. Powierzchniowe
a. metoda penetracyjna
b. metoda prądów wirowych (także metoda podpowierzchniowa)
c. metoda magnetyczna
d. badania wizualne

2. Objętościowe
a. metoda radiologiczna
b. metoda ultradźwiękowa

Wśród metod powierzchniowych znajdują się takie, które umożliwiają wykrywanie tylko nieciągłości powierzchniowych otwartych ku powierzchni jak i nie otwartych ku powierzchni i nieciągłości podpowierzchniowych.
W następnych artykułach postaram się przybliży bardziej szczegółowo kilka wybranych metod badań nieniszczących.

Rysunek 3 Nowy blok kontrolno-pomiarowy w Dąbrowie Górniczej

Bibliografia:
1. Anna Lewińska-Romicka, „Badania nieniszczące. Podstawy defektoskopii”
2. Encyklopedia BAT