Badania ultradźwiękowe odlewów – normy, dobór metody i typowe trudności

Odlewy – w przeciwieństwie do odkuwek czy walcowanych prętów – mają strukturę i geometrię, które stawiają przed badaniem ultradźwiękowym specyficzne wyzwania: nieregularne kształty, grube przekroje i wady o nieprzewidywalnej orientacji. W tym artykule wyjaśniamy, kiedy najlepiej zaplanować badanie UT odlewu, jakie normy je regulują i z czym najczęściej mierzy się operator w praktyce.

Jak powstają odlewy i dlaczego to ważne dla badania UT

Odlewy powstają przez zalanie ciekłego metalu do formy i jego stopniowe krzepnięcie. W zależności od wymagań stosuje się różne techniki produkcyjne:

• odlewanie grawitacyjne do form piaskowych – najtańsza, najpowszechniejsza metoda,
• odlewanie odśrodkowe – wykorzystujące siłę odśrodkową do uzyskania jednorodnej struktury, głównie przy elementach obrotowo-symetrycznych (np. rury, tuleje),
• odlewanie ciśnieniowe – dla precyzyjnych detali o skomplikowanej geometrii,
• odlewanie metodą modelu wytapianego – dla elementów wymagających wysokiej dokładności wymiarowej.

Najczęściej badanym materiałem jest staliwo węglowe i żeliwo, rzadziej – stopy metali lekkich. Sposób krzepnięcia i rodzaj materiału mają bezpośredni wpływ na to, jakich wad można się spodziewać i jak trudne będzie ich wykrycie metodą ultradźwiękową – o czym więcej w dalszej części artykułu.

Kiedy wykonać badanie UT odlewu

Badanie ultradźwiękowe odlewu wykonuje się zwykle na końcowym etapie produkcji – po obróbce cieplnej, gdy element ma już docelową strukturę i twardość. Przed samym badaniem powierzchnia musi zostać starannie przygotowana: usunięcie zgorzeliny, pozostałości farby czy smaru jest konieczne, ponieważ zanieczyszczenia mogą zniekształcić echo i doprowadzić do błędnej interpretacji wyniku.

W praktyce dobrym momentem na badanie jest też etap po śrutowaniu lub zgrubnym skrawaniu – gładsza powierzchnia nie tylko ułatwia sprzężenie akustyczne, ale też chroni głowicę przed przyspieszonym zużyciem.

Normy stosowane w badaniach UT odlewów

Badania ultradźwiękowe odlewów są regulowane odrębnymi normami w zależności od rodzaju materiału:

• PN-EN 12680-1 – odlewy staliwne ogólnego zastosowania,
• PN-EN 12680-2 – odlewy staliwne przeznaczone dla elementów o dużych obciążeniach eksploatacyjnych,
• PN-EN 12680-3 – odlewy z żeliwa sferoidalnego.

Normy te określają m.in. wymagania dla personelu, parametry aparatury, sposób prowadzenia badania oraz poziomy akceptacji wskazań – zarówno dla niezgodności płaskich, jak i przestrzennych.

Dlaczego badanie odlewów bywa trudniejsze niż badanie odkuwek

Odlewy stawiają przed operatorem UT kilka wyzwań, które rzadziej występują przy innych wyrobach:

• Tłumienie fal w grubym żeliwie – zwłaszcza żeliwo szare ma dużą, nierównomierną wielkość ziarna, która rozprasza i tłumi falę ultradźwiękową znacznie silniej niż stal kuta. Utrudnia to badanie grubych przekrojów.
• Nieregularna geometria – brak równoległych, gładkich powierzchni charakterystycznych dla odkuwek czy blach oznacza, że standardowe głowice i uchwyty nie zawsze da się zastosować bezpośrednio.MD
• Słabe reflektory akustyczne – typowe wady odlewnicze (jamy skurczowe, porowatość, wtrącenia żużlowe) często mają nieregularne, „postrzępione” kształty, które odbijają falę słabiej i mniej przewidywalnie niż płaska, ostra wada w odkuwce czy spoinie. To utrudnia jednoznaczne określenie charakteru wskazania.

Z tego względu ocena wyniku badania odlewu wymaga większego doświadczenia operatora niż w przypadku prostszych geometrii – błędna interpretacja może prowadzić zarówno do niepotrzebnego odrzucenia dobrego elementu, jak i przeoczenia realnej wady.

Dobór techniki badania

Przy odlewach o standardowej grubości najczęściej stosuje się klasyczną metodę echa z pojedynczym przetwornikiem nadawczo-odbiorczym – pozwala ona określić głębokość wady przy dostępie tylko z jednej strony elementu. Dla grubszych lub bardziej złożonych przekrojów, gdzie liczy się precyzyjne obrazowanie i możliwość zapisu wyniku, warto rozważyć technikę Phased Array (PAUT) – więcej o zasadzie działania różnych technik ultradźwiękowych piszemy w osobnym artykule o defektoskopii ultradźwiękowej.

Jeśli oprócz badania wnętrza odlewu potrzebna jest też ocena wad powierzchniowych, dobrym uzupełnieniem badania UT są badania penetracyjne (PT), zwłaszcza na etapach, gdzie odlew nie ma jeszcze warstwy malarskiej.

Podsumowanie

Badanie ultradźwiękowe odlewów, choć opiera się na tej samej zasadzie fizycznej co badanie innych wyrobów, wymaga innego podejścia niż w przypadku odkuwek czy blach – ze względu na strukturę materiału, geometrię i charakter typowych wad. Wykonane zgodnie z normą PN-EN 12680 i przez doświadczonego operatora, pozwala rzetelnie ocenić jakość elementu przed jego dalszą eksploatacją.

Potrzebujesz badania UT odlewu zgodnego z wymaganą normą? Skontaktuj się z naszym zespołem – dobierzemy metodę odpowiednią do Twojego materiału i geometrii elementu.