Metody badań nieniszczących – czy znasz je wszystkie?

VT, PT, MT, RT, UT – oto metody badań nieniszczących, z którymi mamy do czynienia w spawalnictwie. Czym właściwie są i do czego mają zastosowanie? Jakie mają ograniczenia? Czy zastanawiałeś/aś się kiedyś kto decyduje o wyborze danej metody badań nieniszczących? Czy wiesz jakie są koszty poszczególnych metod badań nieniszczących? W artykule postaram się odpowiedzieć na wszystkie te pytania.

Badania spoin – rodzaje

Badania spoin możemy podzielić na dwie grupy:

• badania nieniszczące NDT (ang. Non Destructive Testing)
• badania niszczące DT (ang. Destructive Testing)

Czym się różnią badania nieniszczące NDT i badania niszczące DT? Jak sama nazwa wskazuje podczas badań nieniszczących nie naruszamy struktury złącza spawanego. Natomiast podczas badań niszczących DT niszczymy złącze. Badania niszczące spoin możemy często spotkać podczas kwalifikowania technologii spawania. Są to między innymi badania makroskopowe przekroju złącza spawanego, próba łamania, próba rozciągania.  Do badań niszczących zaliczamy również badania twardości, gdyż w niewielkim, aczkolwiek jednak, stopniu uszkadzamy nieodwracalnie powierzchnię materiału badanego.

Badania NDT – co to jest?

Badania nieniszczące NDT polegają na ocenie złącza spawanego bez naruszenia jego struktury. Badania NDT pozwalają na wykrycie niezgodności spawalniczych znajdujących się zarówno na powierzchni spoiny (od strony lica i grani) – poprzez badania wizualne VT, badania penetracyjne PT czy badania magnetyczno-proszkowe MT, jak również pozwalają na wykrycie niezgodności spawalniczych znajdujących się wewnątrz spoiny poprzez badania radiograficzne RT oraz badania ultradźwiękowe UT.

Do badań nieniszczących należą zarówno badania z którymi spotykamy się na co dzień np. VT, jak również takie, o których istnieniu dowiadujemy się dopiero zgłębiając bardzo temat badań nieniszczących jak np. badanie prądami wirowymi ET (Eddy-current Testing).

Badania NDT – metody

W spawalnictwie i produkcji zgodnie z normą PN EN ISO 9712 możemy rozróżnić następujące badania NDT:

• badania wizualne VT (Visual Testing),
• badania penetracyjne PT (Penetrant Testing),
• badania magnetyczno-proszkowe MT (Magnetic particle Testing),
• badania ultradźwiękowe UT (Ultrasonic Testing),
• badania radiograficzne RT (Radiographic Testing),
• badania szczelności LT (Liquid penetrant Testing),
• badania prądami wirowymi ET (Eddy-current Testing).

Poniżej opisuję na czym one dokładnie polegają.

Badania wizualne VT

Zacznijmy od badań, które zawsze powinny być pierwszym krokiem przy ocenie spoin – badania wizualne VT. Badania wizualne VT stanowią podstawową i zarazem najprostszą metodę oceny spoin pod kątem występowania w niej zewnętrznych niezgodności spawalniczych występujących od strony lica i grani spoiny. Badania wizualne VT wykorzystują promieniowanie elektromagnetyczne – czyli światło widzialne. Badania wizualne VT powinny być zawsze stosowane jako pierwszy krok kontroli jakości po spawaniu. Dlaczego? Przy badaniach VT możemy wykryć szeroki zakres niezgodności i od razu skierować spoinę do naprawy. Na badaniach VT skupię się szerzej w kolejnych artykułach na blogu.

Badania penetracyjne PT

Badania penetracyjne PT spoin wykorzystują zjawisko kapilarności – czyli wnikanie materiału penetrantu do wąskich i trudnodostępnych przestrzeni wbrew sile grawitacji. Wykrycie umiejscowienia nieciągłości możliwe jest dzięki użyciu wywoływacza, który „wyciąga” penetrant z nieciągłości i ukazuje jej miejsce.  Badania penetracyjne PT można wykorzystać do badania spoin zarówno na materiałach metalicznych jak i niemetalicznych. Badania penetracyjne PT są wykorzystywane głównie dla materiałów niemagnetycznych, gdzie nie można zastosować badania MT. Głównym ograniczeniem metody jest porowatość powierzchni materiału. Dlaczego? W przypadku porowatego materiału penetrant wnika w porowatą strukturę materiału, przez co możemy otrzymać zakłócone wyniki.

Badania magnetyczno – proszkowe MT

Badania magnetyczno–proszkowe MT są wykonywane na materiałach ferromagnetycznych. Są one często wykorzystywane na elementach konstrukcji stalowych. Główną zaletą badań magnetyczno–proszkowych MT jest brak konieczności dokładnego przygotowania badanej powierzchni. Badania magnetyczno – proszkowe MT polegają na ukazaniu miejsc i wielkości niezgodności spawalniczych dzięki namagnesowaniu elementu badanego oraz skupieniu się proszku ferromagnetycznego wokół niezgodności spawalniczych. Czym są niezgodności spawalnicze i czym się różnią od wad spawalniczych? Pisałam o tym tutaj.

Badania ultradźwiękowe UT

Badania ultradźwiękowe UT pozwalają na wykrycie wewnętrznych niezgodności występujących w spoinach. Badania ultradźwiękowe UT bazują na zjawisku rozchodzenia się fali ultradźwiękowej w materiale oraz rejestracji odbicia fali ultradźwiękowej od niezgodności spawalniczych. Badania ultradźwiękowe UT skutecznie wykrywają niezgodności płaskie takie jak pęknięcia, braki przetopu czy przyklejenia.

Badania rentgenowskie RT

Badania rentgenowskie RT wykorzystują promieniowanie rentgenowskie X, bądź promieniowanie ɣ powstające w wyniku rozpadu pierwiastków promieniotwórczych. Głównym wymaganiem przy wykonywaniu badań rentgenowskich RT jest konieczność obustronnego dostępu do badanej spoiny. Przy użyciu badań rentgenowskich RT możliwe jest wykrycie takich niezgodności spawalniczych jak brak przetopu, pęcherze gazowe, wtrącenia, przyklejenia, pęknięcia, podtopienia czy wycieki.

Badania szczelności LT

Badania szczelności LT polegają na wykorzystaniu podciśnienia oraz zjawiska przenikania gazu z przestrzeni z wyższym ciśnieniem do przestrzeni z niższym ciśnieniem. Metodę badań szczelności wykorzystuje się w zbiornikach bądź rurociągach.

Badania prądami wirowymi ET

Badania prądami wirowymi ET są wykorzystywane do wykrywania niezgodności powierzchniowych i podpowierzchniowych w spoinach, wykorzystując zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Prądy wirowe to prądy indukcyjne powstające w materiale przewodzącym prąd na skutek oddziaływania zmiennego pola magnetycznego.

Badania NDT – podział

Metody badań nieniszczących możemy także podzielić pod kątem niezgodności spawalniczych ze względu na ich położenie w materiale na:

• powierzchniowe – wykrywane na powierzchni złącza spawanego lub do 2 mm w głąb materiału – w skład których wchodzą badania VT, badania PT, badania MT oraz badania ET
• objętościowe – wykrywane wewnątrz złącza spawanego, a nie widoczne na jego powierzchni – w skład których wchodzą badania RT, badania UT

Badania nieniszczące spoin – cena

Biorąc pod uwagę koszt przeprowadzenia, badania nieniszczące spoin wg ceny od najniższej można uporządkować następująco:

• badania wizualne VT
• badania penetracyjne PT
• badania magnetyczno-proszkowe MT
• badania ultradźwiękowe UT
• badania radiograficzne RT

Rozpiętość cenowa pomiędzy badaniami VT a RT jest duża. Główne czynniki, które wpływają na koszt metod badań nieniszczących to sprzęt, oraz materiały użyte do badania.

Porównując koszt badań nieniszczących NDT spoiny czołowej to cena wygląda następująco:

• Koszt badań wizualnych VT – za mb (metr bieżący) spoiny wynosi od 20 zł netto
• Koszt badań penetracyjny PT – za mb spoiny wynosi od 30 zł netto
• Koszt badań magnetyczno-proszkowych MT – za mb spoiny wynosi od 38 zł netto
• Koszt badań ultradźwiękowych UT – za mb spoiny wynosi od 70 zł netto
• Koszt badań radiograficznych RT – za mb spoiny wynosi od 100 zł netto.

Należy pamiętać, że koszt badań NDT jest rzeczą bardzo indywidualną, która zależy od wielkości elementu, grubości materiału czy ilości koniecznych wizyt kontrolera NDT.

Badania NDT – jaką metodę wybrać?

Często, to jakie badania nieniszczące musisz wykonać zależy od Klienta/   Precyzuje się to  jasno w Umowie, czy w Planie Kontroli i Badań co do metody badań nieniszczących NDT oraz ich zakresu – np.  100% VT, 10% MT i 5% RT. Może się jednak zdarzyć, że Klient nie określa jasno jakie badania i w jakim zakresie będzie wymagał, tylko powołuje się na normę wyrobu. Tutaj chciałabym przybliżyć dwa przypadki z którymi możesz się często spotkać.

1. Badania na ciśnieniowych rurociągach przemysłowych, gdzie powołać się można na normę PN-EN 13480-5 – Badania na rurociągach przemysłowych, która precyzyjnie określa jakie badania należy wykonać w zależności od grupy materiałowej, klasy rurociągu, czy rodzaju spoiny:

Norma PN-EN 13480-5:2002, tablica 8.2-1 Zakres badań spoin obwodowych, odgałęzień, pachwinowych i szczelnych.

• Badania konstrukcji stalowych, gdzie przywołana jest norma PN-EN 1090-2 i klasa konstrukcji – na przykład EXC3. Wtedy można otworzyć normę na tabeli 24 i analizując konstrukcję zobaczyć jaki zakres dodatkowych badań nieniszczących NDT wykonać. Należy tutaj zaznaczyć, że zgodnie z p. 12.4.2.3 normy PN-EN 1090-2 wszystkie spoiny muszą mieć wykonane badania wizualne VT na całej długości.  

Co zrobić w przypadku jeżeli Klient lub norma wyrobu nie narzuca konkretnego rodzaju badania? Jeżeli sam/a musisz zdecydować, którą metodę badawczą wybrać – najlepiej zacznij od analizy kilku kwestii:

1. Analizy materiału, z którego wykonane jest złącze,
2. obciążeń jakie mogą w danym złączu występować oraz jego odpowiedzialności,
3. procesu spawania którym została dana spoina wykonana,
4. warunki w jakich spoina była wykonywana.

Na podstawie zebranych informacji dobierz najlepsze metody badań nieniszczących pod konkretny przypadek. Wybierając daną metodę badań nieniszczących spoin zależy nam, żeby Wytwórca miał pewność, że spełnił wszystkie wymagania wynikające z norm jak również żeby miał pewność, że jego produkt spełni oczekiwania Klienta. Pamiętaj, że nie zawsze najtańsze znaczy najgorsze i najmniej efektywne. Miej również na uwadze, że każda metoda badań nieniszczących ma swoje ograniczenia.