Badania nieniszczące (NDT) - metody, zastosowanie, certyfikacja personelu

Badania nieniszczące (NDT) stanowią grupę metod badań (powierzchniowych i objętościowych), które dostarczają informacji o własnościach badanego elementu bez zmiany jego struktury. Stosowane są w takich obszarach jak projektowanie, wytwarzanie i eksploatacja. Celem tych badań jest wykrycie i ocena wad mających charakter nieciągłości materiału, zarówno technologicznych jak i eksploatacyjnych [1]. Najczęściej wskazania muszą być interpretowane przez kwalifikowanego specjalistę, aby wynik badania był użyteczny np. dla konstruktora, technologa lub specjalisty odpowiedzialnego za remonty lub nadzór [2].

 

Historia

Trudno jednoznacznie określić co było początkiem badań nieniszczących. Przyjmuje się, że mogły to być czasy prehistoryczne, gdy pierwszy praczłowiek wykorzystywał wzrok do przeprowadzania badań wizualnych. Jednak wraz z postępem technologicznym zaczęło powstawać coraz więcej metod i technik badawczych. Poniżej przedstawiono najważniejsze wydarzenia, które miały wpływ na powstanie i rozwój współczesnych metod i technik badań nieniszczących.

• 1868 - 1878 r. – kolej transkontynentalna, stosowanie prymitywnej odmiany metody „olej-kreda”, opukiwanie młotkiem, szukanie wad za pomocą igły kompasu – początki metod PT, AT i MT.
• 1883 r. – Piotr Curie, odkrycie zjawiska piezoelektrycznego – materiały piezoelektryczne są stosowane do budowy przetworników głowic ultradźwiękowych.
• 1895 r. – Conrad Roentgen, odkrycie promieniowania, powstanie pierwszego radiogramu – początek radiografii.
• 1926 r. – powstaje pierwszy defektoskop prądów wirowych, który umożliwia mierzenie grubości materiału.
• 1928 r. – początek badań magnetyczno-proszkowych w Polsce.
• 1930 r. – opatentowano pierwszy szklany światłowód, co wpłynęło na rozwój aparatury do badań wizualnych.
• 1940 r. – powstaje pierwszy defektoskop ultradźwiękowy z głowicą nadawczo-odbiorczą.
• 1960 r. – powstanie penetrantów barwnych i fluorescencyjnych.
• 1961 r. - do dzisiaj – ciągły rozwój obecnych i powstanie nowych technik badawczych.

 

 Badanie ultradźwiękowe odkuwki, wczesne lata 50. (źródło: http://www.ob-ultrasound.net/ndt.html).

 

Metody badań

Zgodnie z normą PN-EN ISO 9712:2012 metoda badań nieniszczących to „określona fizyczna zasada stosowana w badaniach nieniszczących (na przykład metoda ultradźwiękowa)”. Zgodnie z niniejszą normą badania nieniszczące obejmują 10 podstawowych metod:

• Badania emisją akustyczną (AT)
• Badania prądami wirowymi (ET)
• Badania termograficzne w podczerwieni (TT)
• Badania szczelności (LT)
• Badania magnetyczno-proszkowe (MT)
• Badania penetracyjne (PT)
• Badania radiograficzne (RT)
• Badania tensometryczne (ST)
• Badania ultradźwiękowe (UT)
• Badania wizualne (VT)

 

Ponadto w badaniach nieniszczących wyróżnia się także techniki badań, które, zgodnie z normą PN-EN ISO 9712:2012, definiuje się jako „specjalny lub ograniczony sposób stosowania metody badania nieniszczącego (np. ultradźwiękowe badania zanurzeniowe)”[5].

Podstawową metodą badań nieniszczących jest metoda wizualna (VT), czyli wzrokowa ocena badanego obiektu. Jest to metoda podstawowa, którą zazwyczaj stosuje się przed zastosowaniem innych metod.

Badanie wizualne łopat wirnika przy pomocy endoskopu (źródło: https://www.amapeng.com/conventional-ndt).

 

Metody badań nieniszczących można podzielić na powierzchniowe – penetracyjna (PT), magnetyczno-proszkowa (MT) i prądów wirowych (ET), które umożliwiają badania ndt warstw powierzchniowych lub przypowierzchniowych oraz na tzw. objętościowe, do których zaliczają się metoda radiograficzna (RT) i ultradźwiękowa (UT). Ta ostatnia notuje bardzo dynamiczny rozwój ze względu na coraz szersze stosowanie dla odpowiedzialnych konstrukcji technik wyposażonych w elektroniczne narzędzia komputerowe, skomplikowane oprogramowanie do symulacji, realizacji i analizy badania, skanery i inne narzędzia pozwalające na pełną rejestrację przebiegu i wyniku badania ndt (np. Phased Array - PAUT)[6].

Niekiedy zachodzi konieczność zastosowania kilku metod badań nieniszczących w celu zwiększenia POD i potwierdzenia lub weryfikacji wyników albo zastosowania metod badań uzupełniających - mechanicznych lub metalograficznych, chemicznych i innych [2].

Zaawansowane badanie PAUT (Phased Array Ultrasonic Testing) złączy spawanych, przy użyciu specjalnych głowic wieloprzetwornikowych i dedykowanego skanera (https://sonatest.com/).

 

Zastosowanie badań nieniszczących

Dostarczanie informacji o własnościach badanego przedmiotu bez pozbawienia go wartości użytkowych to cecha charakterystyczna badań nieniszczących. Dzięki niej możliwe jest przeprowadzenie kontroli:

• w czasie prób modelowych i badań nad prototypem;
• materiałów wejściowych (np. pod względem występowania rozwarstwień);
• międzyoperacyjnej - jakość, kontrola i nadzór produkcji  (np. dla półwyrobów);
• prawidłowości procesu (np. spawania, obróbki cieplnej);
• ostatecznej/odbiorczej, końcowej (np. kontrola montażu);
• w czasie eksploatacji (nadzór, kontrola działania, plany remontów)[2,3,5].

Ogólnie rzecz biorąc metody NDT mogą być stosowane do kontroli jakości produkcji oraz do ustalenia stanu technicznego lub wyznaczania miejsc i zakresu remontu potrzebnego do utrzymania zdatności technicznej obiektu – konstrukcji podczas eksploatacji.

Stanowisko do kontroli jakości wałów korbowych metodą magnetyczno-proszkową (źródło: https://magnaflux.com/Magnaflux/Resources/Blog/Performance-Check-for-High-Volume).

 

Bardzo ważnymi czynnikami, które mają wpływ na wiarygodność i jakość badań, ich wyniki oraz prawidłową interpretację są:

•  POD (Probability Of Detection) – Prawdopodobieństwo wykrycia nieciągłości,
•  PFI (Probability of False Indication) – Prawdopodobieństwo fałszywych wskazań.
•  ROC (Receiver Operating Characteristic) – Względne charakterystyki operacyjne- wykresy zależności między POD i PFI [7].

Są to czynniki, na które wpływ ma w największym stopniu operator (ang. human factor), ale również aparatura, warunki i parametry badania ndt, a także przygotowanie obiektu i wybór obszarów do badań oraz kryteria odbioru [2,7].

 

Szkolenie, kwalifikacja i certyfikacja personelu badań nieniszczących

Skuteczne, rzetelne i uczciwe stosowanie metod badań nieniszczących wymaga przede wszystkim od pracodawcy, a w dalszej konsekwencji od operatora, odpowiedniego wyszkolenia i doświadczenia. Personel odpowiedzialny za przeprowadzanie badań i interpretację wyników powinien być kwalifikowany i uzyskać określony stopień certyfikacji, co potwierdzi jego kompetencje [8].

Norma PN-EN ISO 9712:2012 przytacza następujące definicje:

• Kwalifikacja – udowodnione wyszkolenie, wiedza zawodowa, umiejętności i doświadczenie jak również zdatność fizyczna umożliwiająca personelowi badań nieniszczących prawidłowe wykonanie badań nieniszczących.
• Certyfikacja – procedura, stosowana do wykazania kwalifikacji personelu badań nieniszczących w metodzie, stopniu kwalifikacji i sektorze przemysłowym, prowadząca do wydania certyfikatu. Certyfikacja nie obejmuje upoważnienia do wykonywania badań [5].

Osoba certyfikowana wg normy PN-EN ISO 9712:2012 powinna być zakwalifikowana do jednego z trzech stopni:

 

1. Stopień

Osoba certyfikowana w tym stopniu może być upoważniona do:

• nastawiania aparatury,
• wykonywania badań,
• rejestrowania wyników badań i ich klasyfikowania na podstawie pisemnych kryteriów,
• opracowania protokółu z wynikami badań.

Osoba certyfikowana na 1. stopień nie jest odpowiedzialna za wybór stosowanej metody ani techniki badania ndt, ani też za samodzielną ocenę wyników badań. Ograniczenia tego stopnia sprawiają, że operatorzy 1. stopnia pracują pod nadzorem co najmniej stopnia 2. 

 

2. Stopień

Osoba certyfikowana w stopniu 2. może być upoważniona do:

• doboru techniki badania dla stosowanej metody badania;
• określenia ograniczeń w stosowaniu metody badania;
• przenoszenia norm i specyfikacji badań nieniszczących do odpowiednich instrukcji badań;
• nastawiania i sprawdzania nastaw aparatury;
• wykonywania i nadzorowania badań;
• interpretacji i oceny wyników zgodnie z normami, przepisami lub specyfikacjami;
• przygotowania pisemnych instrukcji badań nieniszczących;
• wykonywania i nadzorowania wszystkich obowiązków 1. stopnia;
• zapewniania wytycznych dla personelu o kwalifikacjach 2. stopnia lub niższego;
• zestawienia i opracowania protokółów z wynikami badań nieniszczących.

 

3. Stopień

Osoba certyfikowana w tym stopniu może:

• przyjąć pełną odpowiedzialność za urządzenia badawcze lub ośrodek egzaminacyjny i personel;
• sporządzić i walidować instrukcje oraz procedury badań nieniszczących;
• interpretować normy, przepisy, specyfikacje, procedury;
• wyznaczać określone metody badania, stosowane procedury i instrukcje badań nieniszczących;
• prowadzić i nadzorować wszystkie obowiązki personelu 1. i 2. stopnia [5,7].

 

Źródła

1. http://www.koli.eu/    
2. „Badania nieniszczące – Kurs UTT – Wprowadzenie”; Materiał szkoleniowy wg. EN ISO 9712 / EN 14127; Koli Sp. z o.o., www.koli.eu
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Nondestructive_testing   
4. „Badania nieniszczące: historia, stan obecny i perspektywy rozwoju”; T. Chady, R. Sikora; Przegląd Spawalnictwa nr 12/2013.
5. Polska Norma PN-EN ISO 9712-2012: „Badania nieniszczące – Kwalifikacja i certyfikacja personelu badań nieniszczących”; Polski Komitet Normalizacyjny; Opublikowana dnia 28-07-2014; ICS: 03.100.30, 19.100.
6. „User Friendly NDE  Phased Array”; Ed Cabral, Sonatest National Sales Manager, North America; Prezentacja dla NASA
7. „Diagnostyka eksploatacyjna – badania nieniszczące tradycyjne – konwencjonalne i zaawansowane (VT, MT, UT-PA, ET-A, UT–ET)” – Prezentacja dla ALSTOM Sp. z o.o.; M. K. Lipnicki; Elbląg 2009 r.
8. "ICNDT Guide to Qualification and Certification of Personnel for NDT";  International Committee for NDT. 2012.
9. Polska Norma PN EN 1330-1:2015-04: „Badania nieniszczące -- Terminologia -- Część 1: Terminy ogólne”; Polski Komitet Normalizacyjny; Data publikacji: 2015-04-10; ISBN: 978-83-275-1585-8.