Ultrazvuková kontrola odlitků lopatek Regazzo Richard, Regazzová Marcela R&R NDT Zeleneč
Článek pojednává o ultrazvukové kontrole odlitků lopatek ze slitinové oceli na odlitky ČSN 422715. Dokumentované výsledky ultrazvukových zkoušek potvrzují, že zkoušení odlitků není jednoduché a pojem náhradní velikost vady u typických objemových vad odlitků vůbec nesouvisí se skutečnou velikostí těchto vad.
Ve všech zkoušených odlitkách jsme ultrazvukem zjistili nepřípustné objemové vady a destruktivním ověřením se tento typ vad potvrdil. Podle ČSN 421240 patří zjištěné objemové vady do skupiny vad 4 dutiny, druh vad 44 řediny. Skupina vad
4
dutiny
Druh vady
44
řediny
Popis vady
místní nahromadění malých staženin, projevujících se jako řídká místa v průřezu odlitku
Nejčastější příčiny vady
nahromadění materiálu v uzlech odlitku, které nelze nálitkovat, oblast působnosti nálitku nezasahuje do celého odlitku, počet nálitků je malý
Ačkoliv se jedná o vady 3x až 6x větší než je příčný průřez ultrazvukového svazku, v hloubce vady je náhradní velikost DKSR těchto vad pouze mezi 3 a 5 mm. Pro optimální dvojitou sondu MSEB2H je příčný průřez ultrazvukového svazku 10 mm v hloubce 30 mm a průměr shluku vad, lokalizovaných v této hloubce, ve směru kolmém ke směru prozvučování byl mezi 30 až 60 mm. Proto je velmi důležité hodnotit vady v odlitkách nejen podle náhradní velikosti, ale použít i další kriteria hodnocení vad podle koncového echa, hodnocení podle plochy shluku vad atd. Zjištěné objemové vady (řediny) způsobí nepřípustnou ztrátu koncového echa a rovněž jeden rozměr vad ze tří změřených rozměrů (přesněji jeden náhradní rozměr vad ze tří změřených náhradních rozměrů ) nesplní požadavky předpisu pro hodnocení.
1. Kriteria hodnocení vad
Provedení ultrazvukových zkoušek lopatek a jejich hodnocení bylo požadováno podle předpisů: DIN 1690 Technické dodací podmínky pro odlitky z kovových materiálů. Část 2. Červen 1985 SEP 1922 Ultrazvukové zkoušení odlitků z feritických ocelí. 3. vydání. Červenec 1985
Podle čl. 3.3.2.2. Ultrazvuková zkouška v normě DIN 1690 se ultrazvukové zkoušení provádí podle SEP 1922. Na obr.1 je hodnocená oblast lopatek a pro tuto oblast byla požadována kvalita lopatek podle SEP 1922 pro třídu zkoušení I a stupeň jakosti 2.
Registrační meze pro třídu zkoušení I jsou definovány: 1) náhradní velikostí vady DKSR vady bez protažení (bodové vady)
4 mm
vady s protažením (protáhlé vady)
3 mm 12 dB
ø 150
ø 50
2) poklesem 1.koncového echa
Obr. 1 Zkoušený objem lopatek
2
Meze přípustnosti pro třídu zkoušení I a stupeň jakosti 2 jsou pro tloušťku lopatky 50 mm v hodnocené oblasti definovány : (stručný výtah pouze základních kriterií předpisu SEP 1922 pro tloušťku do 50 mm)
1) maximální náhradní velikost vady DKSR vady bez protažení (bodové vady)
8 mm
vady s protažením (protáhlé vady)
8 mm
2) maximální pokles 1.koncového echa pro sondu o f = 2 MHz
12 dB
3) maximální počet bodových registrovaných vad na 1 dm2
3
4) maximální výška vady
v jádře
15 % tloušťky
v okraji
10 % tloušťky
5) maximální délka vady
75 mm
pro šířku vady menší než nebo maximálně rovnou příčnému průřezu svazku v hloubce vady 6) maximální plocha 1 vady v jádře v okraji
100 cm2 6 cm2
7) oblasti s vadami, které lze posoudit jako a) slévárenské vady nevhodně orientované k ultrazvukovému svazku, b) souvislé vady s protažením, c) trhliny, nebo jiné vady podstatně ovlivňující použitelnost odlitku s náhradní velikostí do 8 mm, je nutné registrovat i když meze registrace nejsou překročeny a rozhodnout o nich na základě konzultace s objednavatelem.
2. Defektoskop, sondy, měrky
Defektoskop a sondy Ultrazvukové zkoušky jsme provedli použitím defektoskopů USM 35 a USN 50 fy Krautkrämer, SRN. Optimální sondy jsme vybrali podle výsledků zkoušek těmito sondami : dvojitými MSEB2H, MSEB4H, SEB2H, SEB4H, DA201, přímými K2N, K4N, MB2F, MB4F, MB4S, B2S, B4S, B2F, B4F, a úhlovými MWB 70-4, MWB 60-4, MWB 70-2, MWB 60-2 fy Krautkrämer, SRN. Vzhledem k hrubému zkušebnímu povrchu odlitků lopatek, který byl pouze hrubě broušen pro první zkoušky (s výjimkou lopatek zkoušených po opracování) a tryskán pro druhé
3
zkoušky (po opravě vad vybroušením a vyvařením) jsme jako optimální sondy vybrali dvojitou MSEB2H a úhlovou MWB 70-4.
Kontrolní a srovnávací měrky Kontrolní měrka č.2 (K2) podle ČSN EN 27 963 fy INCO. Stupňová měrka 2-3-4-5-6-7-8-9-10 mm fy INCO. Srovnávací měrka s náhradními vadami DKSR = 4 mm v hloubce 5, 10, 20, 30, 40, 50 mm. Srovnávací měrka lopatka č.52 s nepřípustnou vadou.
Vazební prostředek, metoda, korekce Vazební prostředek Apeko. Zkoušení ručně s kontaktní vazbou. Korekce 2 dB na přechodové ztráty rozdílnou drsností povrchů srovnávací měrky a odlitků.
Směry prozvučování Směry prozvučování hodnocené oblasti lopatek dvojitou sondou MSEB2H a úhlovou sondou MWB 70-4 jsou naznačeny na obr.2.
Obr. 2 Směry prozvučování lopatek Sonda MSEB2H : z čelního povrchu mezikruží ø150/ø50 a z válcového povrchu ø150 x 50 mm Sonda MWB 70-4 : z kořene lopatky v přechodové části
4
3. Hodnocení vad
Ve většině lopatek byla zjištěna nepřípustná vada a klasifikace většiny lopatek byla nevyhovující. Jako příklad uvádíme vyhodnocení lopatky č.55.
Kriteria hodnocení
1) kriterium hodnocení podle náhradní velikost vady Prozvučováním lopatky č.55 z čelního povrchu mezikruží se získá vadové echo o náhradní velikosti DKSR > 3 mm . Z maximální výšky vadového echa vyplývá, že náhradní velikost vady je o 4,4 dB nad náhradní velikostí DKSR = 4 mm, která je nastavena na výšku 40 % rastru pro dráhu ultrazvuku 30 mm (obr.3 a obr.4). Z AVG diagramu pro sondu MSEB2H odečteme náhradní velikost vady DKSR = 6 mm. Tzn. vada je podle tohoto kriteria přípustná, neboť náhradní velikost vady je menší než DKSR = 8 mm. Poznámka: V praxi se před zkoušení lopatek sestrojí DAC křivka pro náhradní vadu DKSR = 4 mm ve srovnávací měrce. Mezi náhradní vadou DKSR = 4 mm a registrační úrovní DKSR = 3 mm je v AVG diagramu pro sondu MSEB2H rozdíl 4 dB. Přenosová korekce je 2 dB a tzn., že zesílení se po sestrojení křivky DAC zvýší celkem o 6 dB bez změny polohy DAC křivky na obrazovce. DAC křivka potom odpovídá registrační úrovni. Systém zvolený na obr.3 a obr.4 je pouze pro účely dokumentace této vady.
2) Kriterium hodnocení podle maximální délky a šířky protáhlé vady Jedná se o protáhlou vadu, jejíž šířka smí být maximálně rovna šířce svazku v hloubce vady. Pro sondu MSEB2H se odečte z grafu v katalogu sond fy Krautkrämer šířka svazku 10 mm v hloubce 30 mm. Změřená (náhradní) šířka vady je 30 mm. Vada se hodnotí jako nepřípustná.
3) Kriterium hodnocení podle poklesu 1.KE Toto kriterium je prakticky nepoužitelné při zkoušce z čela, vzhledem k nevhodné geometrii protilehlého povrchu v oblasti vad. Při prozvučování v radiálním směru z válcového povrchu se v oblasti bez vad nastaví 1.KE (1.koncového echo) na 80 % rastru. Při prozvučování přes vadu je výška 1.KE menší než 20 % a tzn., že pokles 1.KE je větší než 12 dB, obr.5 a obr.6. Vada se hodnotí jako nepřípustná.
5
4) Kriterium hodnocení podle výšky vady Při zkoušení z válcového povrchu v oblasti vady zmizí 1.KE a tzn., že výška vady v osovém směru je větší než 10 mm. Maximální přípustná výška vady v jádře je 15 % tloušťky, tj. 8 mm a v okraji 10 % tloušťky, tj. 5 mm. Vada zasahuje do okrajové oblasti, kde je maximální přípustná výška 5 mm. Vada se hodnotí jako nepřípustná.
4. Dokumentace nepřípustné vady v lopatce č. 55
Dokumentujeme měření optimální dvojitou sondou MSEB2H. Vady by byly stejně vyhodnoceny i sondou MSEB4H, SEB4 nebo DA201, ale vzhledem ke špatné jakosti zkušebního povrchu lopatek a vyšší frekvenci těchto sond 4 a 5 MHz je výhodnější sonda MSEB2H o nižší frekvenci 2 MHz.. V lopatce č.55 byla zjištěna nepřípustná vada. Přibližná plocha vady v radiálním směru změřená prozvučováním z čela je 40 x 30 mm. Ve stejné poloze byla tato nepřípustná vada zjištěna i v lopatce č.52 (srovnávací měrce) a její plocha je 60 x 30 mm. V osovém směru je rozměr vady větší než 10 mm, tzn. příčný průřez svazku, u lopatky č.55 i 52. Podle výsledků prozvučování z čelního a válcového povrchu předpokládáme prostorové (objemové) vady protažené radiálně.
Destruktivním ověřením vady v odlitku lopatky č.55 jsme potvrdili předpokládaný druh vad, které podle ČSN 421240 patří do skupiny vad 4 dutiny, druh vad 44 řediny.
Dokumentace vady echogramy pro sondu MSEB2H
Dokumentace vady echogramy pro její lokalizaci a vyhodnocení sondou MSEB2H je na obr.3 až obr.6. Na obr.7 je profil vady podle výsledků ultrazvukových zkoušek.
6
A) Hodnocení podle vadového echa
Obr. 3 Měření na srovnávací měrce s náhradními vadami v různé hloubce. Nastavení vadového echa od náhradní vady DKSR = 4 mm v hloubce 30 mm na 40 % rastru.
Obr. 4 Lokalizace vady v lopatce č. 55. Prozvučování z čelního povrchu mezikruží. Maximální vadové echo od vady v lopatce v hloubce 27,4 mm. Výška vadového echa 67 % rastru. Náhradní velikost vady DKSR = 6 mm.
7
B) Hodnocení podle koncového echa
Obr. 5 Měření na lopatce č. 55 mimo oblast vad. Prozvučování z válcového povrchu ø150 mm. Maximální 1.koncové echo z oblasti mimo vadu. Výška echa nastavena na 80 % rastru.
Obr. 6 Lokalizace vady v lopatce č. 55. Prozvučování z válcového povrchu ø150 mm. Maximální 1.koncové echo přes vadu. Výška echa je 10 % rastru, tzn. pokles o 18 dB z výšky 80 % rastru.
8
Obr. 7 Poloha nepřípustné vady v lopatce č.55 podle výsledků ultrazvukových zkoušek.
Destruktivní ověření nepřípustné vady
Pro destruktivní ověření vady jsme zvolili úběr po 3 mm. První řez do vady je na obr.8 a poslední čtvrtý řez na obr.11. Jak vyplývá z obrázků vada byla potvrzena a její rozměr osovém směru je větší než 10 mm. Rozměry v radiálním směru vyplývají z obrázků.
Destruktivním ověřením vady v lopatce se potvrdila vada, která podle ČSN 421240 patří do skupiny vad 4 dutiny, druh vad 44 řediny.
9
Obr. 8 První řez. Shluk vad délky 50 mm a šířky 20 mm.
10
Obr. 9 Druhý řez. Posun o 3 mm, shluk vad délky 50 mm a šířky 20 mm.
11
Obr.10 Třetí řez. Posun o 3 mm, tzn. z výchozí pozice o 6 mm, shluk vad délky 50 mm a šířky 30 mm.
12
Obr. 11 Čtvrtý řez. Posun o 3 mm, tzn. z výchozí pozice o 9 mm, shluk vad délky 50 mm a šířky 20 mm.
13
Obr. 12 Skupina vad 4 dutiny, druh vad 44 řediny. Pohled na nepřípustné vady v lopatce zjištěné po obrobení zkoušené oblasti, tato lopatka nebyla zkoušena ultrazvukem.
Poděkování
Naše poděkování patří ing. Zdeňku Stachovi z ZVVZ a.s, Milevsko, za zajímavou práci a povolení publikování v našem defektoskopickém časopisu.
14
