Badania ultradźwiękowe odkuwek UT – metodyka, normy i wykrywane niezgodności

Odkuwki należą do najbardziej obciążonych elementów w przemyśle ciężkim – pracują w turbinach, wałach napędowych, kołnierzach rurociągów czy konstrukcjach nośnych maszyn. Nawet niewielka, niewidoczna gołym okiem nieciągłość wewnątrz takiego elementu może z czasem doprowadzić do awarii. Dlatego kontrola jakości odkuwek metodą ultradźwiękową (UT) jest jednym z podstawowych i najczęściej wymaganych badań nieniszczących w tej branży.

W tym artykule wyjaśniamy, na czym polega badanie UT odkuwek, jakie normy je regulują i jakie rodzaje niezgodności pozwala wykryć.

Na czym polega badanie ultradźwiękowe odkuwek

Metoda ultradźwiękowa wykorzystuje falę akustyczną o wysokiej częstotliwości (najczęściej 2–5 MHz), którą głowica wprowadza w materiał badanego elementu. Fala rozchodzi się w metalu, a w momencie napotkania granicy ośrodka – czyli przeciwległej powierzchni odkuwki lub wewnętrznej nieciągłości – ulega częściowemu odbiciu. Odbite echo wraca do głowicy i jest rejestrowane przez defektoskop UT, który na ekranie pokazuje amplitudę i czas przejścia sygnału.

Na tej podstawie doświadczony operator jest w stanie określić:

• głębokość położenia nieciągłości w przekroju materiału,
• przybliżoną wielkość i orientację wady względem osi odkuwki,
• charakter niezgodności – czy jest to wada punktowa, liniowa czy rozległa.

Badanie wykonuje się na odkuwce po obróbce cieplnej, a przed dalszą obróbką skrawaniem – to najlepszy moment, żeby wychwycić wadę zanim w element zostaną zainwestowane kolejne godziny pracy maszynowej.

Normy stosowane w badaniach UT odkuwek

Badania ultradźwiękowe odkuwek nie są wykonywane dowolnie – ich zakres, czułość aparatury i kryteria oceny wyników określają normy branżowe. Najczęściej stosowane to:

• PN-EN 10228-3 – badania ultradźwiękowe odkuwek ze stali ferrytycznych i martenzytycznych; podstawowa norma dla większości odkuwek konstrukcyjnych i maszynowych,
• PN-EN 10228-4 – analogiczna norma dla odkuwek ze stali austenitycznych i austenityczno-ferrytycznych (nierdzewnych),
• ASME BPVC Section V – wymagania dotyczące badań UT w urządzeniach ciśnieniowych, stosowane m.in. w projektach realizowanych wg standardów amerykańskich,
• ISO 16810 / ISO 16811 – ogólne zasady i techniki badań ultradźwiękowych, uzupełniające wymagania norm produktowych.

Wybór normy zależy od gatunku stali, przeznaczenia elementu oraz wymagań klienta końcowego lub jednostki nadzorującej projekt (np. UDT, TÜV, klasyfikatory morskie).

Jakie niezgodności wykrywa badanie UT odkuwek

W praktyce badanie ultradźwiękowe pozwala zidentyfikować kilka typowych rodzajów wad, które mogą powstać w procesie kucia i obróbki cieplnej:

• Rozwarstwienia (delaminacje) – płaskie nieciągłości powstałe w wyniku niedostatecznego przekucia materiału wsadowego,
• Pęknięcia wewnętrzne – najczęściej efekt naprężeń cieplnych podczas chłodzenia lub obróbki cieplnej,
• Jamy skurczowe – pozostałości po nieprawidłowo zredukowanej wnęce skurczowej z wlewka,
• Wtrącenia niemetaliczne – zanieczyszczenia materiału wsadowego, które nie zostały rozbite podczas kucia,
• Segregacje pierwiastkowe – lokalne różnice składu chemicznego wpływające na jednorodność właściwości mechanicznych,
• Zakuwy – wady powierzchniowe lub podpowierzchniowe powstałe przy nieprawidłowym prowadzeniu procesu kucia.

Każda z tych niezgodności ma inny wpływ na wytrzymałość elementu, dlatego ocena wyniku badania zawsze odbywa się według klas akceptacji zdefiniowanych w odpowiedniej normie, a nie na zasadzie „wada/brak wady”.

Dlaczego warto zainwestować w badanie odkuwki przed jej dalszą obróbką

Koszt badania ultradźwiękowego to niewielki wydatek w porównaniu z kosztem obróbki skrawaniem, transportu i montażu wadliwego elementu. Jeśli niezgodność zostanie wykryta dopiero po zamontowaniu detalu w instalacji, konsekwencje mogą obejmować przestój produkcyjny, koszty naprawy oraz – w skrajnych przypadkach – zagrożenie bezpieczeństwa pracy urządzenia.

Dla elementów o dużej odpowiedzialności konstrukcyjnej (wały, kołnierze, elementy turbin) warto rozważyć uzupełnienie badania UT o badania Phased Array (PAUT), które umożliwiają dokładniejsze obrazowanie wad o skomplikowanej geometrii, lub o pomiary twardości (HT) potwierdzające właściwości mechaniczne materiału po obróbce cieplnej.

Podsumowanie

Badanie ultradźwiękowe odkuwek to sprawdzona, nieniszcząca metoda kontroli jakości, która – wykonana zgodnie z normą PN-EN 10228-3 lub 10228-4 – pozwala wykryć rozwarstwienia, pęknięcia, jamy skurczowe i inne niezgodności zanim staną się przyczyną kosztownej awarii. Dobór właściwej metody i klasy akceptacji najlepiej skonsultować z laboratorium NDT posiadającym doświadczenie w projektach przemysłowych.

Potrzebujesz badania UT odkuwek zgodnego z wymaganą normą? Skontaktuj się z naszym zespołem – dobierzemy metodę i zakres badania odpowiedni do Twojego projektu.