Badanie prądami wirowymi kontra badanie ultradźwiękowe dla rur ze stali nierdzewnej: wybór odpowiedniej metody nieniszczącej kontroli jakości

W przypadku rur ze stali nierdzewnej badanie prądami wirowymi (ET) to szybka, liniowa metoda wykrywania wad powierzchniowych i blisko powierzchniowych, takich jak otwory igłowe, fałdy lub krótkie pęknięcia wzdłużne. Badanie ultradźwiękowe (UT) stosuje się natomiast do weryfikacji grubości ścianki oraz wykrywania wad podpowierzchniowych lub warstwowych. Badanie hydrostatyczne potwierdza, że gotowy odcinek rury wytrzyma ciśnienie robocze. W praktyce rzadko wybiera się tylko jedną z tych metod. Na przykład norma ASTM A312 pozwala producentowi zastosować na każdym odcinku albo nieniszczące badanie elektryczne (ET), albo badanie hydrostatyczne; przy wielu wymagających zamówieniach wymaga się jednak zastosowania obu tych metod wraz z UT. W Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. dobieramy metodę badawczą zgodnie z formą produktu, obowiązującym standardem akceptacji oraz poziomem ryzyka w użytkowaniu.

Zasada działania badania prądami wirowymi
Badanie prądami wirowymi pobudza cewkę, która indukuje prądy wirowe w ścianie rury. Nieciągłość zakłócająca lub zniekształcająca te prądy powoduje zmianę impedancji cewki, co przejawia się jako sygnał. Indukowane pole jest najmocniejsze na powierzchni i osłabia się wraz ze wzrostem głębokości – zjawisko to nazywane jest efektem naskórkowym – dlatego badania prądami wirowymi są z natury metodą powierzchniową i podpowierzchniową. Stale austenityczne, takie jak 304/304L i 316/316L, są niemagnetyczne, więc badania prądami wirowymi z użyciem cewki otaczającej przebiegają bez zakłóceń przy wysokich prędkościach liniowych. Dlatego metoda ta nadaje się do 100-procentowej kontroli inline małych i średnich średnic rur produkowanych zgodnie z normami ASTM A249, A269 oraz A213.
Wrażliwość jest ustawiana względem sztucznych standardów odniesienia. Przygotowujemy rurę kalibracyjną z wiertlinami lub nacięciami i dostosowujemy sprzęt, aż te odbiorniki dadzą wyraźny, powtarzalny sygnał ponad poziomem szumu. Typowymi odbiornikami odniesienia są otwór przewiertu (zwykle o średnicy 0,8 mm lub zgodnie z tabelą w normie) lub nacięcia podłużne i poprzeczne o określonej głębokości wyrażonej w procentach grubości ścianki. Każde wskazanie na poziomie lub powyżej poziomu odniesienia skutkuje odrzuceniem elementu lub koniecznością jego dokładniejszej inspekcji. Badania metodą ET są szybkie, nie wymagają zastosowania cieczy i charakteryzują się dobrą powtarzalnością, ale nie pozwalają na wiarygodne określenie rozmiarów głębokich wad podpowierzchniowych; dodatkowo utrudnione są na materiałach ferromagnetycznych lub intensywnie zimnoobrobionych, chyba że zastosuje się nasycenie magnetyczne.

Jak działa badanie ultradźwiękowe
Badanie ultradźwiękowe wysyła dźwięk o wysokiej częstotliwości, zwykle w zakresie 2–15 MHz, przez środek sprzęgający do wnętrza ściany. Odbicia od przeciwległej ściany pozwalają określić jej grubość, natomiast echa pochodzące od wewnętrznych nieciągłości wskazują ich położenie. Badanie ultradźwiękowe metodą fal poprzecznych pod kątem pozwala wykrywać pęknięcia podłużne i poprzeczne, warstwice oraz wtrącenia; w przeciwieństwie do badań prądami wirowymi (ET) umożliwia także oszacowanie głębokości uszkodzenia oraz jego rozciągłości wzdłuż ściany. Dla bezszwowych rur o grubej ścianie oraz dla stali duplex 2205 lub superduplex 2507 badanie ultradźwiękowe jest często główną metodą objętościową, ponieważ integralność ściany i jakość materiału pod powierzchnią decydują o czasie eksploatacji.
Badanie ultradźwiękowe służy również do kontroli wymiarów. Ciągłe monitorowanie grubości ściany metodą ultradźwiękową w trakcie produkcji pozwala wykryć ekscentryczność i lokalne przetonięcia jeszcze przed opuszczeniem długości przez hutę. Ponieważ badanie ultradźwiękowe wymaga środka sprzęgającego oraz odpowiedniej jakości powierzchni, a struktura ziarnista w grubo odlewanych lub intensywnie obrabianych materiałach rozprasza fale dźwiękowe, konieczne jest najpierw zweryfikowanie tej metody na reprezentatywnych próbkach.

Badanie hydrauliczne oraz wybór zgodny z normą ASTM A312
Test hydrostatyczny polega na napełnieniu każdego odcinka rury wodą i poddaniu go ciśnieniu, przy czym ciśnienie utrzymywane jest przez minimalny czas postoju – zgodnie ze standardem ASTM A312 zwykle co najmniej 5 sekund – podczas gdy operator obserwuje występowanie wycieków lub spadku ciśnienia. Test ten potwierdza, czy granica wytrzymałości na ciśnienie została zachowana (wynik pozytywny) czy nie (wynik negatywny); nie służy do wykrywania wad. Zgodnie ze standardem ASTM A312 producent może zastąpić test hydrostatyczny nieniszczącym testem elektrycznym (ET) lub przeprowadzić oba testy równolegle; jednak certyfikat musi jednoznacznie wskazywać, który z tych testów został wykonany. Gdy klient wymaga potwierdzenia szczelności oraz dodatkowego wykrywania wad, łączymy test hydrostatyczny z testem ET lub UT i rejestrujemy wszystkie parametry w certyfikacie badań materiałów zgodnie z normą EN 10204 typu 3.1 lub 3.2.

Zastosowanie w zależności od formy produktu
Rura spawana o małej średnicy i cienkiej ścianie oraz rura precyzyjna sprzyjają szybkiemu, liniowemu badaniu prądem wirowym (ET), zwykle w połączeniu z hydrostatycznym testem wytrzymałościowym. Rury kapilarne, w których kluczowe jest zachowanie nienaruszonej powierzchni, podlegają badaniu prądem wirowym (ET) wraz z wizualną i wymiarową kontrolą. Masywne rury bezszwowe opierają się na badaniu ultradźwiękowym (UT) w celu zapewnienia objętościowej niezawodności. Spoiny spawane w rurach produkowanych zgodnie z normami ASTM A249 lub A928 są często badane metodą UT lub radiografią w celu analizy linii zgrania, dodatkowo wykonując skan powierzchniowy prądem wirowym (ET). Produkty z duplexu i superduplexu przeznaczone do eksploatacji w środowisku zawierającym chlorki zazwyczaj poddawane są badaniu ultradźwiękowemu (UT) w celu oceny jednorodności ściany, ponieważ ryzyko wystąpienia korozji punktowej i napięciowej czyni ukryte wady szczególnie kosztownymi.

B tworzenie uzasadnionego planu kontroli
Dobrze opracowany plan zaczyna się od normy obowiązującej i klasy akceptacji, a następnie nakłada metody tak, aby każdy rodzaj uszkodzenia był objęty: ET do wad powierzchniowych, UT do wad objętościowych i problemów z grubością, test hydrostatyczny do sprawdzenia szczelności pod ciśnieniem. Normy odniesienia muszą być śledzalne, a kalibracja sprzętu musi być potwierdzona na początku każdej zmiany oraz po każdej przerwie. Personel musi być uprawniony zgodnie z uznawanym systemem certyfikacji, a wyniki muszą być archiwizowane osobno dla każdej partii stali i długości rury.
Wenqiang prowadzi własną laboratorium obejmujące identyfikację materiału metodą PMI, badania chemiczne i mechaniczne, testy hydrostatyczne oraz nieniszczące badania kontrolne (NDT), dzięki czemu inspekcje nie są ani zlecanie zewnętrznym podmiotom, ani wykonywane bez wcześniejszego zaplanowania. W zamówieniu zakupowym należy jasno określić stosowaną metodę: podać typ reflektora odniesienia, poziom akceptacji oraz to, czy wymagane są badania ET, UT, test hydrostatyczny, czy też kombinacja tych metod. Taka przejrzystość zapobiega typowym sporom, w których certyfikat zawiera jedynie ogólną informację o „nieniszczącym badaniu elektrycznym”, bez jakichkolwiek szczegółów dotyczących czułości pomiaru.

Wskazówki praktyczne
Wybierz metodę ET, gdy najważniejsze są prędkość, wykrywanie wad powierzchniowych oraz 100-procentowe badanie rur cienkościennych. Wybierz metodę UT, gdy akceptacja zależy od weryfikacji grubości ścianki, oceny stanu materiału pod powierzchnią lub badania spawów. Zachowaj próbę hydrauliczną wszędzie tam, gdzie zastosowanie wymaga udokumentowanego potwierdzenia szczelności pod ciśnieniem. Dla krytycznych rur dwufazowych (duplex) lub linii wysokociśnieniowych najbezpieczniejsza specyfikacja łączy metodę powierzchniową, metodę objętościową oraz próbę wytrzymałościową – każda z nich musi być powiązana z pisemnie określonym poziomem akceptacji i zarejestrowana w certyfikacie typu 3.1 lub 3.2. Dobierz metodę badawczą zgodnie z mechanizmem awarii, a nie z przyzwyczajeniem – wówczas badania rzeczywiście uzasadniają swoje zastosowanie.

Często zadawane pytania
P: Czy badanie prądami wirowymi (ET) może zastąpić próbę hydrauliczną zgodnie z normą ASTM A312?
O: Tak. Norma A312 pozwala producentowi na przeprowadzenie nieniszczącego badania elektrycznego, takiego jak ET, zamiast próby hydraulicznej; jednak certyfikat musi jasno wskazywać, które z tych badań zostało wykonane. Wiele odbiorców wymaga obu badań, aby zapewnić dodatkową pewność.
Dlaczego badania ultradźwiękowe są preferowane w przypadku rur o grubych ścianach i rur duplex?
Badania UT sprawdzają pełną objętość ściany, weryfikują jej grubość oraz wykrywają wady podpowierzchniowe i warstwowe, których rozmiarów metoda prądów wirowych nie potrafi z niezawodnością określić – co ma szczególne znaczenie tam, gdzie integralność ściany decyduje o czasie eksploatacji.

W celu uzyskania rur ze stali nierdzewnej zweryfikowanych metodami NDT wraz z pełną dokumentacją zgodnie z normą EN 10204 3.1/3.2 skontaktuj się z firmą Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. pod numerem +86 577 8922 2595 / https://www.chinawqsteel.com/