Szybka i bezpieczna alternatywna metoda inspekcji spoin

W wielu branżach na szeroką skalę stosuje się połączenia spawane. Defekty spoin spawanych mogą być spowodowane nieprawidłowym zastosowaniem urządzeń lub błędami w przygotowaniu do prac spawalniczych. Do typowych defektów spoin zalicza się porowatość, brak wtopienia, wtrącenia żużlowe, pęknięcia w grani i ściegu spoiny oraz niecałkowitą penetrację (rysunek 1). Defekty mają potencjalnie duży wpływ na wytrzymałość połączenia, a tym samym na jakość komponentu.

Najbardziej niezawodną i ekonomiczną metodą masowej kontroli jakości spoin spawanych są testy nieniszczące (NDT, nondestructive testing). To, czy określone rodzaje defektów będą łatwe, czy trudne do wykrycia, zależy od materiału spoiny i sposobu jej przygotowania.

Na przykład brak wtopienia (rysunek 2) może wystąpić, gdy ścieg stopionego materiału spoiny nie wtopi się w materiał rodzimy i po prostu na nim zastygnie. Uzyskane w ten sposób połączenie ma małą wytrzymałość. Oznacza to, że brak wtopienia należy do newralgicznych defektów, których wykrycie ma szczególne znaczenie.

Rysunek 1: Defekty spoiny
Wyróżnia się wiele rodzajów defektów spoin, które mają niekorzystny wpływ na ich wytrzymałość.

Radiografia, będąca obecnie „złotym standardem” w inspekcji spoin, to technika bazująca na emisji fotonów o wysokiej energii przez metal do detektora znajdującego się po przeciwnej stronie badanego komponentu. Wszelkie nieprawidłowości w komponencie — czy to w spoinie, czy w materiale rodzimym, czy też na ich styku — widoczne są jako jaśniejsze lub ciemniejsze obszary na detektorze.

Głównym ograniczeniem w stosowaniu radiografii jest szkodliwość promieniowania. Konieczne jest stosowanie zabezpieczeń przed ekspozycją na wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie, ponieważ pod wieloma względami stwarza ono zagrożenie dla zdrowia ludzkiego. Zwykle oznacza to, że na dużym obszarze wokół miejsca inspekcji nie mogą przebywać ludzie, co z kolei prowadzi do zakłóceń w pracach prowadzonych w pobliżu.

Przy wyborze metody inspekcji spoin ważnym kryterium jest prawdopodobieństwo wykrycia defektu. Dowiedziono1, że w przypadku stosowania metod radiograficznych niektóre defekty, takie jak brak wtopienia, mogą być uwidocznione z niskim kontrastem. A to oznacza mniejsze prawdopodobieństwo wykrycia tych defektów w spoinach stali nierdzewnej lub materiałów mieszanych.

Rysunek 2: Brak wtopienia
Stopiony metal może zastygnąć, nie wiążąc się z materiałem rodzimym.

Alternatywną techniką inspekcji spoin w poszukiwaniu defektów jest badanie ultradźwiękowe. W defektoskopach ultradźwiękowych, takich jak Olympus OmniScan MX2 (rysunek 3), do badania komponentów wykorzystuje się fale ultradźwiękowe, a nie promieniowanie rentgenowskie. Detekcja defektów odbywa się na podstawie zmian kierunku rozchodzenia się fali ultradźwiękowej na styku materiałów. Dla uzyskania maksymalnego prawdopodobieństwa wykrycia defektu — oraz do realizacji obrazowania i skanów sektorowych — można zastosować sondy ultradźwiękowe typu Phased Array. Inspekcje w trybie Pitch–Catch (z osobnym nadajnikiem i

Na czym polega technika Phased Array?
Głowice ultradźwiękowe wykrywają fale akustyczne o wysokiej częstotliwości. W przypadku techniki Pulse-Echo falę emituje i wykrywa ten sam element, natomiast w technice Pitch–Catch nadajnik i odbiornik są osobnymi elementami. W przypadku elementów trudnych do badania, takich jak spoiny stali nierdzewnej lub materiałów różnoimiennych, powstają intensywne zakłócenia o charakterze szumu. W takich sytuacjach preferowana jest technika Pitch–Catch, nazywana także techniką TRL (Transmit–Receive Longitudinal) (rysunek 4).

Rysunek 3: Olympus OmniScan MX2
Defektoskopy ultradźwiękowe, takie jak OmniScan, są kompatybilne z wieloma sondami do różnych rodzajów inspekcji.