A roncsolásmentes anyagvizsgálat láthatatlanul tartja össze a civilizált világunkat alkotó gigantikus szerkezeteket. Láthatatlan, mert az anyag összetartó ereje rejtve marad az emberi szem előtt. A látszólag szilárd és törhetetlen acélszerkezetek egy apró hiba hatására is összedőlhetnek, felbecsülhetetlen anyagi károkat okozva, nem beszélve az emberi életeket követelő katasztrófákról.
Láthatatlan, mert a roncsolásmentes anyagvizsgálat ezeket a hibákat, negatív eltéréseket (a vizsgálati szabványnak nem megfelelő, hibahatáron túleső eltérések), anyagfolytonossági hiányokat úgy tárja fel, hogy közben az anyagban nem tesz kárt. A modern világot felépítő szerkezetek a technológia fejlődésével egyre összetettebb formákat öltöttek, így az anyagvizsgálati technológiáknak is lépést kellett tartania a gyors ütemű változásokkal. Ez az innováció táptalaja. Egy dolog azonban nem változott az idők során: az emberi mulasztás és a hiba lehetősége megmaradt.
It's human to make mistakes, but in some industries, a mistake or oversight can be fatal. Mistakes are a natural consequence of the passage of time, the weather and certain technological processes, whether it's a material defect, a seam defect or a non-conformity in mass-produced products. The defect in the piece being tested becomes a fatal defect if it is not detected in time. Non-destructive material testers therefore have a huge responsibility to identify these defects in time, so efficiency is no longer a mere quality issue, but a matter of life. And time is gained by making the non-destructive testing process as efficient as possible - innovation helps.
Írásunk célja bemutatni, hogy az innováció többet jelent, mint egy-egy korszerű műszer jelenléte az anyagvizsgáló labor eszközparkjában: az igazi innováció a roncsolásmentes anyagvizsgálat egész folyamatát áthatja, beépül az anyagvizsgálók szemléletmódjába és az anyagvizsgálat ütemezésébe is.
Az innováció hatékony alkalmazásának feltételei
Az 1800-as évek elején a vasútépítési láz katalizálta az anyagvizsgálati igényt, az 1900-as évek elején pedig a Titanic katasztrófája indította el többek között az ultrahangos anyagvizsgálat elterjedését, az ezredfordulótól napjainkig pedig számtalan új kihívás és igény jelent meg, annyira, hogy a szerkezetintegritás külön tudománnyá nőtte ki magát, amelynek az anyagvizsgálat az egyik fő területe.
The choice of test method can be influenced by many factors: material thickness, material quality, test situation, economics, size of the defect, its location and nature. This requires considerable expertise. The key is to determine which method is the most reliable to detect the suspected defect. This can often involve a combination of several material testing methods. In order for the test to be truly effective and for the innovation to be used effectively, three conditions must be met:
- Korszerű és innovatív módszerek
Az elmúlt évtizedekben exponenciális fejlődést mutatott a roncsolásmentes anyagvizsgálati technológia. Mindegyik anyagvizsgálati eljárásmód egyre inkább a digitalizáció és az automatizáció felé törekszik, illetve az anyagvizsgálati módszerek kombinálása is új horizontokat tárt fel. Az azonnali eredmények, a gyors kielemzés és dokumentáció olyan vívmányok, amelyek a leállások és a feszített határidők miatt terhelt iparágak számára felbecsülhetetlen értékkel rendelkeznek.
- Tapasztalt és magasan képzett anyagvizsgálók
Az innovatív műszerek csak akkor szolgálják ténylegesen az innovációt és a hatékonyságot, ha az anyagvizsgálók értő kezei választják ki és működtetik őket, az adott vizsgálati feladat függvényében.
- A vizsgálati folyamat ütemezése és a költséghatékonyság
Bár ez is az anyagvizsgáló kompetenciája, mégis külön említést érdemel, hiszen az egész folyamatot át kell látni, hogy a lehető legjobban érvényesüljön az innováció hatékonyságnövelő ereje. Különböző anyagvizsgálati szituációk más-más szervezést és ütemezést igényelnek, több tízezer hibás termék átvizsgálása más ütemezést igényel, mint egy erőmű hegesztett varratainak az átvizsgálása az évi kötelező leállás során. Továbbá a helyszíni kockázatértékelés, a munkavédelmi irányelvek betartása és a gyors és átlátható dokumentáció szintén az anyagvizsgáló feladata – az innováció az igényfelméréstől, a munka előkészítésén át annak utánkövetéséig végigkíséri a folyamatot, nem csak a vizsgálat során jelenik meg.
A roncsolásmentes anyagvizsgálat alapjai
Mielőtt a három feltételt részletesebben körüljárjuk, fontos kiemelni a legjellemzőbb hibákat és roncsolásmentes anyagvizsgálati helyzeteket, ugyanis ez dönti el, hogy melyik anyagvizsgálati eljárás a legmegfelelőbb.
Roncsolásmentesség
Az anyagvizsgálatok másik fajtája a roncsolásos anyagvizsgálatok, ilyen például a szakító- vagy hajlítóvizsgálatok. Roncsolásmentes anyagvizsgálat olyan vizsgálati feladatok során merülnek fel, ahol értelemszerűen az anyag integritásának sértetlennek kell maradnia. Egy hegesztett hídszerkezet eleme, amennyiben a vizsgálat nem talál anyagfolytonossági hibát beépítésre kerül, egy erőmű hegesztett varratai esetében is sértetlenül kell detektálni az esetleges hibákat.
Leggyakoribb hibák
Elhelyezkedés szempontjából a két nagy csoport: az anyag felületén illetve az anyag belsejében fellelhető hibák.
Keletkezés szempontjából a két nagy csoport:
- Technológiai hibák, amelyek a gyártás során keletkeznek:
- öntési és hegesztési hibák (zsugorodási repedés, gázzárványok, salakzárványok, stb.)
- képlékeny alakítás okozta hibák (rálapolódások, felszakadások)
- hőkezeléskor kialakuló hibák (edzési repedés)
- forgácsolás során képződő hibák (köszörülési repedés)
- Üzemközbeni tönkremenetelek, amelyek az idő múlásával jelentkeznek:
- fáradás okozta repedések
- korróziós és feszültségkorróziós repedések
- kúszásos károsodások – ezek a szerkezeti anyagnak állandó, tartós terhelés alatt jelentkező időtől és hőmérséklettől függő alakváltozása
A roncsolásmentes anyagvizsgálatban a legsúlyosabb hiba a repedés, ez a legnagyobb arányban a hegesztett szerkezeteknél fordul elő, így az egyik leggyakoribb anyagvizsgálati feladat a hegesztési varratok biztonságának megítélése.
Vizsgálati szituációk
A vizsgálati helyzeteket is, a leggyakoribb hibákhoz kapcsolódóan két nagy csoportra lehet bontani a keletkezés szempontjából:
One group covers the life cycles of the manufacturing process and investigates possible negative deviations in the machining of materials for new products at the start of production, during production and at the final acceptance. This includes, for example, the inspection of thousands of mass-produced automotive parts to ensure that rejects are safely detected by the materials inspector. Immediate results, transparent documentation and flexible availability are the prerequisites for minimising production downtime.
The other large group are failures that occur during operation, where the passage of time can cause failures, such as the testing of welded seams in power plants.
Mindkét csoport esetében figyelembe kell még venni a vizsgált darab anyagminőségét, méretét, a geometriai viszonyokat és a környezeti feltételeket – ne legyen környezetszennyező és a vizsgálati helyszínen elvégezhetőnek kell lennie.
A roncsolásmentes anyagvizsgálat módszerei és az innováció
A vizsgálati eljárás és a konkrét műszerek megválasztása komoly szaktudást igényel, a biztonság mellett a költséghatékonyságot is figyelembe kell venni és pontosan ismerni kell az adott eljárási mód leggyakoribb alkalmazási területeit, előnyeit és korlátait is. Az innovációnak hála egyre több korlátot léphet túl a roncsolásmentes anyagvizsgálat, olyan új megoldások jelennek meg, amelyek pár éve még csak a fantázia szüleményei voltak.
Ultrahangos anyagvizsgálat
Physical principle: Az ultrahangos anyagvizsgálat során a vizsgálandó felületbe vezetett ultrahang egyenletesen továbbterjed, de ha hibás részhez ér, akkor egy része visszaverődik. A hibahelyet akusztikus határfelületnek nevezzük, amelynek geometriája és beesési szöge komoly szerepet játszik a negatív eltérés felismerésében. Egy, a műszerek által jól érzékelhető visszhang formájában ad magáról hírt az anyag.
Alkalmazási területek: Falvastagságmérésre és hegesztett kötések, alapanyagok, öntvények, alakított acéltermékek síkjellegű hibáinak kimutatására alkalmazzák.
Előnyök: Azonnali eredményt nyújt. A vizsgálat nem igényel nagy előkészületet.
Hátrányok: Kisméretű térfogatos hibák nehezen mutathatóak ki ezzel a módszerrel. A kapott jelek értékelése nagy szakértelmet kíván.
Innovation: There are three main types of ultrasonic material testing: transmission, pulse and time-of-flight scattering echo. When inspecting welds, the combination of the latter two methodsis increasingly being used to detect defects and pulse echo and 2D matrix technology to more easily detect so-called dead-space defects that would be hidden under conventional ultrasonic testing.
Mágneses anyagvizsgálat
Physical principle: A vizsgálat során a mágneses erővonalak láthatóvá tétele révén lehet meghatározni a negatív eltérések helyét. Két fő változata létezik: a száraz poros valamint a nedves vizsgálati módszer.
Alkalmazási területek: Felületi vagy felületközeli síkszerű hibák kimutatására alkalmas, a penetrációs vizsgálat mellett az egyik leggyakrabban használt eljárás a repedésvizsgálatra, mágnesezhető anyagok esetén ez a preferált vizsgálati módszer.
Előnyök: A repedés jellegű hibák kimutatására különösen érzékeny, gyors.
Hátrányok: A mágneses repedésvizsgálatot csak ferromágneses anyagokon lehet elvégezni. Továbbá a vizsgálat irányfüggő, szűk vizsgálati helyeknél problémás lehet a hozzáférés.
Innovation: High temperature is a factor that negatively affects the effectiveness of magnetic materials testing, but innovative methods have appeared on the market that can now eliminate this.
Radiográfiai anyagvizsgálat
Physical principle: Az alkalmazott röntgen-, gamma- vagy neutronsugárzás intenzitása megváltozik a vizsgált tárgyon áthaladva, az anyagtulajdonságok függvényében.
Alkalmazási területek: térfogatos folytonossági hiányok kimutatása (üregek, zárványok), 3D hibák pontos felderítése
Előnyök: anyagminőségtől függetlenül alkalmazható, jól dokumentálható és szemléletes képet ad, felületi előkészítés nem szükséges
Hátrányok: A hagyományos röntgenvizsgálat időigényes eljárás a képelőhívási folyamatok miatt, illetve síkszerű hibák esetén nem a legmegbízhatóbb módszer, érdemes ultrahangos anyagvizsgálatot is alkalmazni kiegészítésként. Komoly képesítést igényel használata a vizsgálati eredmények pontos értékelése és a sugárvédelem miatt.
Innováció: A digitális radiográfia megjelenésével, ami az analóg, hagyományos röntgen eljárásnak a digitalizált, innovatív változata, a felhasználási területek is kiszélesedtek: autóipari és egyéb mechanikai alkatrészek nagy mennyiségű átvizsgálására és azonnali eredmények kimutatására, illetve öntvények és hegesztési varratok költség- és időhatékonyabb ellenőrzésére is kitűnően alkalmas. Rendkívül mobilis, könnyen dokumentálható. A továbbiakban még szót ejtünk erről az innovatív eljárásmódról.
Folyadékbehatolásos vagy penetrációs anyagvizsgálat
Physical principle: A kis felületi feszültségű (kapilláris) folyadék behatol a felületre nyitott repedésbe és kirajzolja a hiba alakját kiszivárgás közben (a repedés mélysége és szélessége nem mérhető).
Alkalmazási területek: hegesztett varratok, alapanyagok, alakított termékek és öntvények felületi hibáinak kimutatása
Előnyök: Olcsó és egyszerű eljárás, nem igényel komolyabb berendezéseket.
Hátrányok: Porózus felületen nehezen alkalmazható, igényes felülettisztítást igényel és az utótisztítás is elengedhetetlen.
Innovation: As with magnetic materials testing, one of the limitations of this technique is that it can only be performed within a certain temperature range, but the latest penetration fluids can now be used at high temperatures. In addition, the advent ofrobotics and automated penetration systems has made this technique much more efficient and safe.
Szemrevételezéses vagy vizuális anyagvizsgálat
Physical principle: A roncsolásmentes anyagvizsgáló szabad szemmel végzi az anyagvizsgálatot, kiegészítve a szem érzékelését javító eszközökkel ( nagyító, videoszkóp, endoszkóp).
Alkalmazási területek: Csak felületre kijutó hibák azonosítására alkalmas, általában más eljárásmódok mellett kiegészítésként szolgál.
Előnyök: gyors, egyszerű, olcsó
Hátrányok: szubjektív, nehezen dokumentálható
Innováció: Bár a nagyító eszközök is folyamatos technológiai fejlesztés alatt vannak, a vizuális vizsgálat főszereplője, ahogy a többi eljárás esetében is, maga a roncsolásmentes anyagvizsgáló személye, akinek az innovatív műszerek és eljárásmódok közepette meg kell ítélnie, hogy az adott vizsgálati szituációban mely módszerek lesznek a legcélravezetőbbek, ugyanis alapszabályként elmondható, hogy 100%-ig biztos, univerzális anyagvizsgálati eljárás nem létezik.
Az ideális roncsolásmentes anyagvizsgáló
A legkorszerűbb műszerek használata se vezet eredményre, hogyha a roncsolásmentes anyagvizsgáló személye nem megfelelő a munkára. A különböző munkavédelmi irányelvek ismerete, radiográfia esetében a sugárvédelmi tanfolyam elvégzése, és az 1-es, 2-es, illetve a legmagasabb, 3-as anyagvizsgálói tanúsítvány megszerzése mellett még egyéb kvalitásokra is szüksége van.
Ebben a szakmában nem elég a precíz elméleti tudás, a mentális stresszhelyzetekben is jól kell teljesíteni. Sokszor a családtól távol, teljesen idegen környezetben kell helyt állni. A rugalmasság, alkalmazkodóképesség, és a találékonyság a valódi innováció mozgató rugói, így ezekkel a tulajdonságokkal rendelkeznie kell egy elhivatott anyagvizsgálónak.
And the most important thing is professional humility. This can be said of any profession, but in a profession where human lives are at stake, it is even more true. The NDT Video Library, one of the largest online platforms for non-destructive materials testing training, does a great job of walking you through the qualities a materials tester should have, including professional humility, and the video can be viewed here.
A roncsolásmentes anyagvizsgálat ütemezése és a költséghatékonyság
A roncsolásmentes anyagvizsgálat célja, hogy a lehető legköltséghatékonyabb és leggyorsabb módon szolgáltasson információt a vizsgált termék megfelelőségéről, ilyen például a hegesztési technológia adott szabványrendszer szerinti ellenőrzése. A minőségügyi költségek csökkentésében kulcsszerepet játszik a vizsgálati technológia folyamatának optimalizálása.
There are many industries and testing situations, accredited material testing, OK/NOK testing for large volume product screening, technical changeover support with expert advice, but there are some basic rules to follow that are essential for good scheduling and cost-effective testing processes, whatever the testing task:
- Accurate needs assessment: A lot of time can be saved if the material inspector is sure of the product to be tested, its material, the type of product (casting, welded structure, electromechanical part) and the test unit (material defect, weld defect, wall thickness defect), and it is also recommended to know well in advance about the documentation needs. Only then can the materials testing company provide an accurate quotation, avoid mutual misunderstandings and prepare for the testing work.
- Preliminary preparations: Proper on-site risk assessment, adherence to health and safety guidelines, fencing off the radiation zone for radiography and preparation of the material to be tested if the procedure requires it - it is important to include these elements in the schedule, and it is worth making a checklist of the process to make sure you don't waste time.
- Responsibilities: It is important that all members of the team have a clear understanding of their responsibilities, which is one of the reasons why it is worth working with a materials testing laboratory where a cohesive team works together.
- Documentation and follow-up: Accurate maintenance of a material test logbook, accurate preparation of the test report and/or test protocol in a format that is easy for the client to consume, with transparent test evaluation - all essential to optimise the process and reproducibility of the test, so proper follow-up saves time and effort for both partner and material tester, and the digitisation of test methods can be a major advantage.
Ezek az alapszabályok ha nem is örökérvényűek, általánosságban elmondható, hogy a költséghatékony anyagvizsgálat alapját képezik. Ugyanakkor fontos megemlíteni, hogy az innovatív eljárások bevezetése a már megszokott ütemtervek és munkafolyamatok újragondolását igénylik, mert az innováció sosem elszeparáltan „csak” a vizsgálati eljáráson belül érvényesül, hanem kihat az anyagvizsgálat egész menetére, a feladatok koordinációjára is. Így valódi innovációról és hatékonyságról akkor beszélünk, ha a már említett hármas – a korszerű eszközpark, az elhivatott anyagvizsgáló és a vizsgálati ütemterv – mindegyik eleme támogatja az innovációt és hozzájárul a hatékonysághoz.
Így olyan kihívások is megoldhatóak, amelyek lehetetlennek tűntek a múltban: rövid idő leforgása alatt, több ezer termék átvizsgálása, azonnali eredménnyel ma már könnyen kivitelezhető, hála a digitális radiográfiának.
Exponenciális fejlődés a radiográfiában – DDA az innováció élén
Már említettük a digitális radiográfiát a hatékony és innovatív anyagvizsgálati eljárások között. A roncsolásmentes anyagvizsgálat jövője szempontjából a radiográfia fejlődése mutatja be a legérzékletesebben az exponenciális fejlődés léptékét. A digitális képalkotás egész világunkat átformálta, információs társadalmunk alapját képezi, minden tudományágban kiemelt szerepe van a digitalizációnak, így a roncsolásmentes anyagvizsgálatban is egyre inkább teret nyernek a digitális képalkotó eszközrendszerek, és ebből kifolyólag a munkafolyamatok optimalizálása, hatékonyabbá tétele.
A radiográfia vagy röntgenes anyagvizsgálat azért is kitűnő példa, mert az egyik legkomplexebb és legkomolyabb felkészültséget igénylő anyagvizsgálati eljárás a sugárzás veszély miatt. Továbbá remekül bemutatható vele az exponenciális fejlődés, főleg, hogyha az elmúlt 5 évet is figyelembe vesszük.
Analóg vs digitális képalkotás
Bár közel száz éve a röntgenes vizsgálat elterjedésének, relatíve nem is olyan régen még csak a hagyományos, analóg anyagvizsgálati eljárás létezett. Az analóg módszer – bár a mai napig alkalmazzák, mert bizonyos anyagvizsgálati feladatokra még mindig ez a legalkalmasabb – környezetszennyező, mind a képalkotás (hosszabb ideig tartó sugárzásra van szükség), mind a képelőhívás terén (vegyszerekkel egy sötét kamrában történik). A folyamat ráadásul rendkívül időigényes. Emellett a filmeket fizikailag kell tárolni, így nehézkes az archiválás és az utánkövetés.
A digitális radiográfiában használt foszforlapok többször használatosak, nem kell minden felvételt külön filmen előhívni, mert egy lézerszkenner segítségével megoldható a digitalizációjuk, így jóval gyorsabb kiértékelést tesz lehetővé, bár még itt is közvetett, szekunder digitalizációról van szó. A digitális radiográfia alatt általában ezt a módszert értik, ugyanakkor létezik egy modernebb változat is.
Ten years ago, a new imaging system, direct digital radiography (DDA), appeared on the market, where primary digitisation is already performed, and a digital image is formed immediately after the radiation. It was first used in the military industry, but its efficiency and wide range of applications have led to its entry into the non-destructive materials testing market. Over the last 5 years, the instrumentation has been fine-tuned by specialised manufacturers to take into account the specificities of materials testing. Direct and instant digital imaging allows for fast evaluation and is a more environmentally friendly solution, as its speed greatly reduces radiation time and replaces the chemicals used for development with fast digital imaging.
A radiográfia fejlődése jól szemlélteti azt a 3 legfontosabb tényezőt, ami az innováció alapja:
- Overriding the limits of inquiry: advances in science are erasing more and more trade-offs that were a disadvantage or limiting factor, fuelling and innovating the human mind. In radiography, the slowness of the examination and the inconvenience of retrieving and storing results, as well as the environmental pollution, have been transformed and have evolved over the last 5 years into a cost- and time-effective, sustainable tool: direct digital radiography.
- Digital imaging: traceability and archivability is one of the major benefits of digital imaging, which optimises the whole workflow. Analogue films, which are difficult to trace, have been replaced by digital films, and in the last 5 years, the use of phosphor plates has been eliminated by the direct digital radiography imaging system, which allows us to obtain results that can be evaluated even faster.
- Sustainability:A safer working environment for materials testers who can say goodbye to chemicals and minimise exposure time thanks to DDA. The whole process is faster, more efficient and more sustainable.
Az innováció mint eszközrendszer
A digitális képalkotásra használt műszer, akkor szolgálja az innovációt és a fejlődést, ha egyszerre eszközként és rendszerként is használják. Kizárólag eszközként használva a direkt digitális radiográfia nem univerzális módszer, ami felülírja az analóg, vagy a foszforlapos változatot. Sőt, a feladattól függően van, hogy a hagyományos módszer alkalmasabb. Strapabíróbb, könnyebben alkalmazható bizonyos extrém helyszíneken az analóg röntgenvizsgálat, más esetekben pedig a foszforlapos változat a legjobb választás, például csővarratok vizsgálatakor, hiszen a lap rugalmasan a cső köré tekerhető, míg a DDA a panel merevsége miatt nem biztos, hogy a legalkalmasabb erre a célra.
Direct digital radiography is time- and cost-efficient and a true innovation when used as a system of instruments, taking into account the inspection criteria and the site, completely optimised for the task. At Control Laboratory, direct digital radiography is most often used for the inspection of mass-produced automotive components. The main inspection factors are:
- this task requires mobility, so we use a lightweight 3 kg pulsed X-ray machine as a source to make the inspection site at the factory as easy as possible
- often thousands or tens of thousands of products need to be inspected in a short period of time, so this task requires accuracy and precision, while the imaging system of direct digital radiography can detect defective products in seconds.
In addition to using the latest instrumentation when choosing a materials testing tool, the whole process must be optimised for the task and the goal, which is the only way innovation can show its true power, the basis for a safer future.
A roncsolásmentes anyagvizsgálat jövője
Ahogy a radiográfia esetében már bemutattuk, ugyanúgy a legtöbb innováció esetében is megfigyelhető az a három erő, ami táplálja a fejlődést, ebből lehet következtetni a jövő újításaira is:
- Resolving the compromises: What is a drawback and a barrier to testing in a given technology can be overridden by science - solutions thought unimaginable are being developed every day, and the limits of individual tests are increasingly being broken down in the face of progress.
- Digitalisation: Today's information society requires the most efficient storage, processing and tracking of information, and digital, automatable processes are increasingly used in materials testing.
- Sustainability: Safety is not just about inspecting the elements in the structure, but also about minimising the environmental impact of the work process and protecting the material inspectors - the future is sustainable.
A roncsolásmentes anyagvizsgálat felel a világunkat összetartó szerkezetek minőségéért, a biztonságos világ egyik fő védelmi vonala, amennyiben továbbra is töretlenül az innováció élvonalát követi, a hatékonyság és biztonság szolgálatába állítva azt. Az új vizsgálati technológiák alkalmazásával és a munkájukban elhivatott szakemberekkel a jövőnk biztos kezekben van.