Badania nieniszczące - podstawy

Badania nieniszczące (ang. Non-Destructive Testing – NDT) są to badania, które umożliwiają uzyskanie informacji o stanie, własnościach i ewentualnych wadach badanej struktury czy materiału bez ingerowania w cechy użytkowe tego obiektu. W przeciwieństwie do tak zwanych badań niszczących badania NDT oceniają stan obiektu bez fizycznej ingerencji w jego strukturę, przez co są pod względem eksploatacyjnym tańsze.

Należy szczególnie podkreślić fakt, iż badania nieniszczące mają szerszy zakres zastosowań od badań niszczących. Główna i najważniejsza przewaga NDT to możliwość określania właściwości i uzyskiwania dokładnego opisu fizycznego danego materiału. Stosując odpowiednie algorytmy, możliwe jest określenie właściwości termicznych, wytrzymałościowych, elektromagnetycznych materiału bez jego spalania, przegrzewania, łamania, gięcia, obciążania czy niszczenia na skutek prób z wykorzystaniem prądu elektrycznego.

Metody badań nieniszczących znajdują zatem zastosowanie w ekonomicznych procedurach oceny niezawodności oraz jakości produktów zarówno będących jeszcze w trakcie procesu technologicznego, jak i gotowych. Głównymi obszarami działań NDT są przemysł lotniczy, energetyczny, motoryzacyjny, petrochemiczny oraz przesyłu gazów i cieczy we wszystkich ich aspektach konstrukcyjnych. Metody badań nieniszczących często stosuje się również w laboratoriach i ośrodkach naukowych przy projektowaniu i określaniu właściwości nowych materiałów.

Istnieje wiele metod badań nieniszczących, wciąż powstają nowe lub stosuje się badania łączące dwie lub więcej metod. Do najczęściej stosowanych należą badania wizyjne, drganiowe, ultradźwiękowe, termograficzne, elektromagnetyczne (w tym najbardziej popularne wiroprądowe i magnetyczno-proszkowe), radiograficzne, bazujące na technologii laserowej oraz badania emisji akustycznej.

Do technologii, które wchodzą w zakres oferty EC Electronics w dziedzinie badań nieniszczących, należą:

• emisja akustyczna
• systemy ultradźwiękowe
• systemy drganiowe
• termografia
• systemy elektromagnetyczne wiroprądowe

SYSTEM NDT

Poniższa ilustracja przedstawia ogólny schemat systemu badań nieniszczących.

rys. schemat systemu badań nieniszczących

Sondy mogą spełniać dwie funkcje, które czasami mogą być wykonywane przez jeden i ten sam element (w przypadku wykorzystywania dwukierunkowego zjawiska fizycznego, jakim jest np. zjawisko piezoelektryczne). Pierwszą z nich jest wzbudzanie badanego materiału, czyli dostarczenie energii z zewnątrz w takiej formie, na jaką badany obiekt najlepiej zareaguje. Energia ta może mieć postać np. wibracji, ciepła, światła lub innego promieniowania i może być dostarczana w trybie ciągłym lub chwilowym (impulsowym). Jeśli jednak badania mają charakter bardziej statyczny (żadna energia nie jest dostarczana z zewnątrz), nie stosuje się sond-wzbudników, lecz wykorzystuje się energię wewnętrzną układu. Energia ta ma swoje źródło w procesie zachodzącym w układzie, czyli jest związana bezpośrednio z czynnościami wykonywanymi przez urządzenie. Wówczas sondy spełniają tylko funkcję pomiarową.

Kolejnym elementem systemu badań nieniszczących jest moduł kontrolno-pomiarowy. Obsługuje on zarówno sygnały wyjściowe (sterowanie sondami-wzbudnikami), jak i wejściowe (pochodzące z sond-czujników). W zależności od stosowanej metody badań – statycznej lub dynamicznej – w jego skład może wchodzić generator sygnałów, końcówka mocy, kondycjoner i przetwornik analogowo-cyfrowy. Całość kontrolowana jest za pomocą panelu sterowania, który może być wbudowany w urządzenia przenośne lub zaimplementowane na komputerze, do którego podłączony jest moduł. Często oprogramowanie do obsługi i sterowania parametrami systemu obejmuje również algorytmy do przetwarzania danych pomiarowych. Algorytmy te mogą działać na zasadzie porównywania otrzymanego wyniku z modelem referencyjnym lub „po prostu” takim przetworzeniem danych, na podstawie którego uzyskuje się odpowiedź na postawiony problem. Wynikiem oprogramowania analizującego może być stwierdzenie, czy aktualnie badany obiekt jest sprawny, czy uszkodzony, a w tym drugim przypadku – jakiego rodzaju i jak wielkie jest to uszkodzenie, lub podanie wartości poszukiwanej właściwości fizycznej.

USZKODZENIE

Oczywistym jest fakt, iż każda forma uszkodzenia materiału (pęknięcie, rozwarstwienie, korozja, itp.) oprócz naruszenia mechanicznej struktury powoduje również zmiany w innych właściwościach fizycznych – sztywności, gęstości, przewodności elektrycznej i/lub magnetycznej czy impedancji mechanicznej. Dlatego pierwszym krokiem w stosowaniu badań nieniszczących jest zdefiniowanie problemu – co ma być wykryte. Następnie, na podstawie wstępnej specyfikacji oraz istniejących norm i standardów, należy wybrać odpowiednią metodę badań do zaistniałego problemu. Po przeprowadzeniu badań przychodzi czas na najtrudniejsze zadanie (przynajmniej dla niektórych metod, które wymagają dodatkowych nakładów obliczeniowych) – interpretację wyników, czyli znalezienie zależności między zmierzonymi właściwościami lub zaistniałymi zjawiskami fizycznymi a rodzajem i wielkością defektu (jeśli badania wykażą, że badany obiekt jest uszkodzony i takowy defekt istnieje).

EC Electronics - elektronika, automatyka, badania nieniszczące i SHM


e-mail: ndt@ecel.pl

Czytaj dalej...