Tahribatsız muayene - SABİS

Tahribatsız Muayene
Yöntemleri
Prof. Dr. Fehim Fındık
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
Teknoloji Fakültesi
Sakarya Üniversitesi
Tel: 295 6487
Email: findik@sakarya.edu.tr
copyright ©2016 F. Fındık
İçerik
–
–
–
–
–
ultrasonik muayene,
boya (penetrant) testi,
manyetik parçacıklarla muayene,
radyografik muayene,
ölçü ve göz kontrolleri
2
Tahribatsız muayene
• Tahribatsız muayeneler, kontrolü yapılacak
makine elamanları ve malzemelere herhangi bir
hasar verilmeden yapılan muayenelerdir.
• Bunlar;
–
–
–
–
–
ultrasonik muayene,
penetrant muayene,
manyetik parçacıklarla muayene,
radyografik muayene,
ölçü ve göz kontrolleri
3
Ultrasonik Muayene
•
•
•
•
Ultrasonik Muayene ve Ultrasonik Çatlak Dedektörü
Ultrasonik muayene ile malzemelerin içindeki çatlak, boşluk, katmer gibi hatalar
belirlenir.
Malzemeler metal, plastik, seramik, beton vb olabilir.
Ultrasonik muayene ayrıca, boyutların (kalınlıkların) ölçülmesi, malzeme
özelliklerinin belirlenmesi amacıyla da kullanılabilir.
•
•
•
•
Tanımı
Ultrasonik dedektörler yüksek frekanslı ses dalgaları üreten cihazlardır.
Ultrasonik; Türkçe’de ses ötesi, insan tarafından işitilmeyen sesler anlamına gelir.
Ses dalgaları ise mekanik ve elastik dalgalar olup frekanslarına göre şu şekilde
sınıflandırılır.
•
•
Ses altı (Infrasound) :
f > 20.000 Hz (Hertz) İnsan kulağı ile algılanamaz. Bu frekansa en güzel örnek
depremlerdir.
•
Akustik (Duyulabilir ses) : 20 ≤ f ≤ 20.000 Hz İnsanlar tarafından duyulabilen sesler.
•
Ses ötesi (Ultrasound) : f > 20.000 Hz Bunun üzeri duyulamaz, tahribatsız
muayeneler için kullanılır.
4
• Ultrasonik dedektörlerin tahribatsız muayeneler için üreterek
yaydıkları yüksek frekanslı ses dalgaları 0,5 – 10 MHz veya 500.000
– 10.000.000 Hz’dir.
• Sesin saniyede salınım sayısına frekans denir, frekans birimi ise
Hertz’dir.
– 1 Hertz (Hz) = Saniyede bir salınım
– 1 Kilohertz (KHz) = 1000 Hz
– 1 Megahertz (MHz) = 1.000.000 Hz
• Ses dalgaları, içinden geçtiği malzemenin cinsine göre farklı yayılma
hızı gösterir.
• Malzemenin içinde değişik bir ortamla (çatlak, boşluk, katmer, vb)
karşılaştığı zaman optik kanunlarına uyarak yansıma ve kırılma
özellikleri gösterir.
• Ses dalgalarının havadaki hızı 330 m/s, alaşımsız çelikte 5920, gri
dökme demirde 4600, alüminyumda 6230, pirinçte 4400, bakırda
4700, PVC’de 2250, suda 1560, yağda 1740 m/s’dir.
• Her malzeme içinde hareket eden ultrasonik dalga, bir boşluğu veya
akustik özelliği fazla olan bir bölgeye temas edecek olursa buradan
5
geri yansır, yansımayan hatasız olan kısımdaki yoluna devam eder.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Ultrasonik dedektörde üretilen ses dalgalarını malzemeye iletebilmek için
bağlantı soketi ve prob’a (başlığa) ihtiyaç vardır.
Problar düz ve açılı olmak üzere iki çeşittir.
Açılı problar:
Yüzeye dik ve açılı konumdaki çatlakların belirlenmesine uygundur.
Daha çok 45°– 60° – 70°’lik açılı problar kullanılır.
İnce parçalar yüksek açılı problarla, kalın parçalar ise düşük açılı
problarla muayene edilir.
Açılı problarda genellikle kaynak dikişleri kontrolü yapılır.
Probda oluşan titreşimin malzemeye geçmesi için parça yüzeyine yağ,
gliserin gibi sıvılarla film tabakası oluşturulması gerekir.
Kontrolü yapılacak parça yüzeyi temiz ve düzgün (işlenmiş) olmalıdır (Şekil
1.1).
Düz (normal) problar:
Normal probda ses dalgaları muayene parçasına dik açıda gelirler.
Muayene yapılırken, parçaya daha iyi ses geçirimi sağlamak amacı ile bir
6
temas sıvısı (yağ) kullanılmalıdır (Şekil 1.2).
Probların yapısı
7
•
•
Kaplanmış kristal (piezo elektrik transdüser) : Probun en duyarlı kısmıdır.
Elektrik enerjisini ultrasonik enerjiye, ultrasonik enerjiyi de elektrik enerjisine
dönüştüren elemandır.
•
Bobin: Kristalin elektriksel uyumluluğunu sağlayan, adaptör görevini yapan kısımdır.
•
Koruma tabakası: Transdüser’i aşınmaya karşı koruyan bir tabakadır. Yüzeye dik
olarak ses veren normal problarla kullanılır. Transdüserin hemen önüne yapıştırılan
plastik türü bir maddedir, ikisinin arasında yağ filmi bulunur.
•
•
Sönümleme bloku: Transdüserin arkasında bulunan ses yutucu kütledir.
Transdüser ön ve arka yüzeylerinde eşit miktarda titreşim üretir. Fakat sadece ön
yüzeyinden ultrasonik dalga yayılması istenir. Sönümleme bloku işte bu arka
yüzeyden yayınlanan dalgaların sönümlenmesinde kullanılır.
•
Bağlantı soketi: Ultrasonik cihazla iletişimi sağlayan uçların bulunduğu soket.
•
•
Koruyucu muhafaza: Bütün probu saran, onu dış etkilerden koruyan kılıftır.
Sadece ses demetinin çıktığı yüzey açıktır.
•
Reçine dolgu: Muhafazanın içersinde boş kalan yerler reçine ile doldurulur.
8
Ultrasonik Muayene Prensibi
•
•
•
•
Ultrasonik cihazlarda ses dalgalarının iletilmesi ve geri alınmasında problar
kullanılır.
Problar iki şekilde olabilir, sesin verilmesi ve alınması tek bir prob üzerinden
yapılabileceği gibi, verici ayrı alıcı ayrı olan iki prob da kullanılabilir.
Prob içersindeki kuartz kristalleri piezo elektrik özelliği göstererek mekanik
titreşimler oluşturarak malzemeye gönderir.
Mekanik titreşimleri geri, elektrik titreşimleri şeklinde toplayarak cihaz
ekranında bir iz oluşturur.
– Bu enerjiye pals enerji denir.
•
•
•
•
•
Malzemenin temas yüzeyinden yansıyan dalgalar ilk pals enerjiyi oluşturur.
Malzeme içinde giden ve malzemenin arka yüzeyine gelerek buradan
yansıyan titreşimlerin oluşturduğu elektrik enerjisi de yine cihaz ekranında
son pals enerjisini oluşturur.
Eğer malzemede hata yoksa cihazda ilk ve son pals enerjisinin
oluşturduğu ekolar gözükür.
Malzeme içersinde hata varsa, hatalı kısımda da ses dalgalarının
yansımasından dolayı 3. bir pals enerji oluşacaktır.
Oluşan bu ortadaki eko (yankı) malzemenin hatasını belirtecektir.
9
Ses dalgalarının ekran görüntüsü
10
Ultrasonik dedektörün ekranı
H = Yankı (eko)
yüksekliği
S = Çıkış yankısı
U = Hata yankısı
R = Arka duvar yankısı
SR arası = Parça
kalınlığının karşılığıdır.
11
Ultrasonik çatlak dedektörü
12
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1. Pil kontrol sayacı (BATT) :
a- Yeşil alandaki ibre; pil iyi durumdadır.
b- Beyaz alandaki ibre; voltaj tolerans sınırındadır. Kuru piller değiştirilmeli, NiCd pil
kullanılıyorsa şarj edilmelidir.
c- Kırmızı alandaki ibre; kaynak voltajı en düşük durumdadır. Piller hemen şarj
edilmelidir.
2. Pals (eko) kaydırma anahtarı
3. Eko aralıkları açıp kapama
4. dB – desibel – anahtarı (hassas ayar)
5. Küçültme anahtarı (parazit ekoları bastırma düğmesi)
6. Fokus (ekran netlik) ayarı
7. Monitör çıkışı şarj soketi
8. Sonda kablo soketi (alıcı)
9. Sonda kablo soketi (verici)
10. Test aralığı anahtarı (kaba ayar)
11. Db anahtarı (kaba ayar)
12. ON/OFF, açma-kapama ve prob seçme anahtarı
13. Geri alma anahtarı
14. Ön ölçek mandalı
13
Ultrasonik Dedektörün Özellikleri ( USK 7 – B Tipi )
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Frekans aralığı : 0,5 MHz 10 MHz’ e kadar
Test aralığı : min. 0-10mm / max. 0-10 m (çeliğe göre)
Kaba ayar : 10 mm / 50 mm / 250 mm / 1000 mm
Hasas ayar : Faktör 1’ den 10’ a kadar ayarlanır.
Amplifikatör kazancı (gain) : Toplam 100 dB
Kaba 0/20/40/60 dB
Hassas 0-40 dB 2 dB’ lik artırımla.
Küçültme : LED ikaz lambalı CRT ekran ölçek yüksekliğinin 0’ dan yaklaşık 40
bölmeye kadar kademesiz ayarlanabilir.
Görüntü ekranı : CRT ekranında ekoların çizgisel üretimi, 55 x 77 mm ölçekli, içten
şebekeli, yatay ve dikey yönlerde olmak üzere 10 bölmeli kontrast filtresi UK 661
Pals kaydırma : Çeliğe göre 0-250 mm
Sıcaklık sapması < 10 derece % 1
Yatay kırılma : Nonlinear < % 0,5
Sıcaklık sapması < 10 derecede % 2 dB
Dikey kırılma : Nonlinear < 1 dB kazanç farkı
Sıcaklık sapması < 10 derecede % 2 dB
14
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Pals tekrar frekansı (PRF) : Test aralığına bağlı 10 mm’ de 1 kHz, 50 mm’
de
500 Hz, 250 mm’ de 250 Hz 1000 mm’ de 125 Hz. (çelik), tolerans +- % 5
Pals şiddeti: Sabit iç direnç 75 ohm
Müsaade edilebilir çevre sıcaklığı : -15 dereceden +55 dereceye kadar.
Piller : 6 tane NiCd şarj edilebilir pil veya 6 tane sızdırmaz alkali-manganez
pil.
Pil süresi : Şarj edilebilir piller yaklaşık 8 saat, kuru piller 3,5 saat.
Çalışma voltajı : Nominal 8 V, max. 10 V (adaptörlü)
Akım tüketimi : max. 65 A
Cihazın ağırlığı : 5 Kg
Problar
Prob kablosu : (Pk U.2)
Tipi : Normal (dik) prob.
BIS (1 MHz) : Çelik döküm, sfero döküm.
B2S (2MHz) : Çelik dökümlerde, alaşımlı çeliklerde.
B4S (4MHz) : Dövme ve haddelerde.
15
0,5 MHz’ lik problar : Dökme demirlerde kullanılır.
Kalibrasyon Ayarı ve Bloğu
• Ultrasonik cihazda kalibre,
kontrol edilecek parça aralığına
aletin ve ekoların
ayarlanmasıdır.
• Kalibre için kalibrasyon bloğu
kullanmak gerekir.
• Kalibrasyon, hangi metal ve
alaşımın kontrolü yapılacaksa
o cins standart blokla
yapılmalıdır.
• Kalibrasyon bloğu çelik döküm
olarak St 37, St 52 veya St 60
olabilir.
• Ayrıca, DIN 17 100’e uygun
olmalı tüm yüzeyleri
taşlanmalıdır.
16
Ultrasonik Dedektörü Kontrol Edilecek Parçaya Göre
Kalibre Etmek
17
18
Boya (penetran) testi
• Tanımı
• Penetrant testi tahribatsız muayenelerden olup malzeme tahrip
edilmeden uygulanır.
• Temiz olan malzemenin yüzeyine penetrant (girici sıvı-boya)
emdirilerek yüzey hatalarının, kılcal çatlakların tespit edildiği
muayene sistemidir.
• Penetrant testi en yaygın ve pratik olarak uygulanan testlerdendir.
• Bu testte aranan özellik, uygulanan boyanın girebilmesi için
malzemedeki hata ve çatlağın ağzı yüzeye açık olmalıdır.
• Dikkat edilecek bir diğer husus da deney parçasının sıcaklığı 5°C –
50°C arasında olmalıdır.
• Penetrant testi demirli ve demirsiz metallerle birlikte, seramik,
porselen gibi malzemelere de uygulanabilir.
19
Penetran testinin kademeleri
• Yüzeyin hazırlanması
– Yüzeyler temizlenip kurutulmalı
• Penetrasyon
– Sıvı penetrant yüzeye sürülmeli
• Fazla penetrantın alınması
• Developman işlemi
– Yüzeydeki çatlak ve oyukların görünmesi sağlanır
• Muayene
20
Koruyucu Önlemler
• Penetrant testinde kullanılan malzemeler insan sağlığına
zararlı olduğundan bir takım koruyucu önlemler
alınmalıdır.
• Bunlar:
–
–
–
–
Eldiven ile çalışılmalıdır.
Koruyucu maske takılmalıdır.
Kalabalık yerde test yapılmamalıdır.
Boya penetrant ve geliştiricinin bulunduğu yere ateşle
yaklaşılmamalıdır.
– Temizleme sonrası akan sıvıyı belli bir yere dökmeli ve üstü
kapatılmalıdır.
21
Manyetik parçacıklarla muayene
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Temel Prensip
Manyetik akım (mıknatıs akımı) ile muayene, manyetikleşme özelliği gösteren demir,
nikel ve kobalt gibi metallere uygulanır.
Bu muayene yöntemi ile malzemelerin yüzeyinde veya yüzeye çok yakın olan çatlak,
boşluk, katmer, yabancı madde grupları ile yüzeyin hemen altında oluşan gaz ve
çekme boşlukları belirlenebilir.
Muayene edilecek malzemeye elektrik akımı uygulandığında mıknatıslanır.
Mıknatıslanan malzemede ( N-kuzey ve S- güney ) kutuplar oluşur, bu kutuplar
arasında manyetik akım meydana gelir.
Numune üzerine demir tozu gibi manyetik parçacıklar serpildiğinde bu tozlar, numune
üzerindeki manyetik kutuplara göre dizilir.
Manyetik tozlar kuru veya ıslak (parafin yağı veya su emdirilmiş) olarak değişik
renklerde boyanmış olabilir.
Eğer parçada herhangi bir hata varsa hatalı bölgede manyetik alan kesintiye
uğrayacağından yeni bir kutup bölgesi oluşturacaktır.
Bu kutbun oluştuğu yerde manyetik tozlar karşı tarafa geçemeyeceğinden toplanırlar
ve hatalı kısmı belirtirler.
Numune üzerinde uygulanan elektrik akım yönü çatlakla aynı yönde olmalıdır (Şekil
1.1). Oluşan manyetik akım ise, çatlakla ters yönde olmalıdır ki, kesintiye uğrayarak
manyetik tozlar toplanabilsin.
22
23
Manyetikleşme Yöntemleri
• Deney Parçasını Manyetik
Alan içersine Koyma
• Deney parçası genellikle
elektrik akımının geçtiği bobin
sargılar arasına konur (Şekil
3.2).
• Herhangi bir tehlikesi yoktur,
akım döküm parçadan
geçmemektedir.
• Parça yüzeyinde manyetik
akım yönüyle bir açı yapan
hata bulunuyorsa, bu bölgede
manyetik tozlar birikecektir.
• Bu yöntem genellikle küçük
döküm parçalara uygulanır.
24
Deney Parçası Üzerinden Elektrik Akımı Geçirme
• Deney parçası üzerine iki adet prot (uç) bağlantısı yapılır
(Şekil 3.3), (Resim 3.1).
• Bunların gereci kurşun, bakır, alüminyum veya çelik olur.
• Bu iki ucun uzaklığı 6’’- 10’’ (inç) kadar olmalıdır.
• Bunlardan geçen elektrik akımı 80-100 amper/inç (prot
uzaklıkları) şeklinde olmalıdır.
• Elektrik akımı doğru akım veya alternatif akım olabilir.
• Bu yöntem geniş döküm parçalar için uygundur.
• Burada, uçları çok sağlam bağlamalı ark yaptırmamalı ve
elektrik kesilmeden uçlar yerinden kaldırılmamalıdır.
25
26
Manyetik parçacıkla muayenenin üstünlük ve sınırlamaları
• Üstünlükleri:
– Ucuz ve kolay bir yöntemdir
– Kaba yüzey temizliği yeterlidir
– Yabancı maddelerle dolmuş çatlaklar da algılanabilir.
• Sınırlamaları:
– Sadece ferromanyetik (Fe, Ni, Co) malzemelere uygulanabilir
– Ostenitik paslanmaz çeliklere, Al, Cu ve Ti ye uygulanmaz
– Temas noktalarında ısınma ve ark malzeme özelliklerinin
bozulmasına neden olabilir
– Muayene sonu demagnetizasyon yapılmalı
– Boya ve kaplama yöntemlerin duyarlılığını azaltır.
27
Radyografik muayene
• Tanımı
• Her cins döküm parçaların iç bünyesinde görülmeyen gaz
boşlukları, çatlaklar, cüruf kalıntıları, çekme ve
çöküntüden oluşan iç boşluklar vb ile metallerin kaynak
dikişlerindeki kusurlar X ışınları veya gama ( γ ) ışınları
kullanarak röntgen filmlerinin üzerinde bu hataların
gözükmesi için yapılan muayeneye radyografik muayene
denir.
• Radyografik muayeneler hataların büyüklüğünü ve
çeşidini mutlaka ortaya çıkarmaları bakımından diğer
tahribatsız muayenelere göre çok daha üstün sayılır.
• Röntgen filmlerinin kalite kontrolde delil olarak bulunması
diğer bir avantajdır.
28
Radyasyon Kaynakları
• Endüstride radyografik muayenede kullanılan radyasyon kaynakları
iki tiptir.
• Gama ( γ ) Işını Yayan Radyoaktif Elementler:
• Süper X ışınları adı verilen gama ışınları, radyoaktif cisimlerden
doğmaktadır.
• X ışınlarına göre çok daha kısa dalga boylu elektromanyetik
dalgalardır.
• Bunların girme derinliği fazla olup X ışınlarından daha fazla
tehlikelidir ve kontrolleri zordur.
• Gama ışınları radyum, kobalt 60, iridyum 182, thalium 170 ve cesium
137 gibi element atomlarının parçalanmasından ortaya çıkarlar.
• Bu ışınlardan faydalanarak metal malzemelerin filmleri çekilir.
• Radyoaktif elementler çevre ve insan sağlığı için tehlikelidir.
• (X) Işını Yayan Röntgen Tüpleri:
• X ışınları yayan röntgen tüpleri daha çok kullanışlı ve ucuz elde
edildiğinden, endüstride X ışın cihazları tercih edilmektedir.
29
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
X ışınları Alman bilim adamı W. Rontgen tarafından bulunmuştur.
Resim 4.1’de görüldüğü gibi X ışınları tüpüne katot tüpü de denir.
Havası alınmış cam tüpün bir ucunda kızdırılmış elektrik filamanı bulunur ve
bu katot (-) ucu oluşturur.
Diğer tarafta ise bakır bloğa gömülmüş tungsten plaka anot (+) ucu oluşturur.
Katot tüpüne verilen akımın gerilimi yükseldikçe, negatif uç olan flamandan
çıkan elektronların hızı yükselir hedef durumundaki artı uç olan tungsten
plakaya çarpar.
Pozitif (anot) kutuptan X ışınları demeti çıkar, gerilim artıkça ışınların dalga
boyu kısalır ve metal malzemeye girme özelliği yükselir.
X ışınlarının bu girme özelliğinden faydalanılarak, sağlık alanında kullanıldığı
gibi, metal malzemelerin (demirli ve demirsiz alaşımlar) içyapısındaki çatlak,
boşluk, cüruf gibi hataların belirlenmesinde de kullanılmaktadır.
Kullanılan yüksek gerilimler ile (30000 – 80000 volt) 30 cm kalınlıktaki
çeliklerin filmleri çekilebilmektedir.
X ışınları malzemeden geçiş sırasında malzeme tarafından emilir ve emilme
sonucu zayıflar.
Eğer malzemede çatlak veya boşluk varsa X ışınları bu kısımdan daha kolay
geçer.
Film daha fazla etkilendiğinden bu bölge filmde koyu olarak çıkar (Şekil 4.1).
30
Hatasız kısımlar da ışınlar daha fazla emileceğinden burası açık renkli olur.
31
X Işınlarının Özellikleri ve Biyolojik Etkileri
• X Işınlarının Özellikleri
• Gözle görünmezler fakat flüoresan ekran üzerine düşürülürse
görünür ışık haline dönüşürler.
• Elektromanyetik dalgalar halinde yayılırlar.
• Gazları iyonize olarak atom yapılarını bozarlar.
• Canlı organizmalar üzerine düşerse hücre atomlarını iyonlaştırarak
hücreleri tahrip ederler.
• Cisimlere nüfuz ederler.
• Canlı organizmaya X ışınlarının verdiği zarar alınan doz miktarına
bağlıdır.
• Radyasyonun canlı organizmalar üzerine bıraktığı etki REM ile
ölçülür.
• REM : Bir röntgenlik X veya γ ışınının vücut dokusundaki biyolojik
dengesine etki eden bir radyasyon dozudur.
• 1 mRem= 1/1000 Rem
32
Radyasyonun Biyolojik Etkileri
• Radyasyon ile sürekli çalışanlar aşağıda
belirtilen dozlardan fazla radyasyon almamaları
gerekir.
• Bu dozlar güvenli dozlardır.
• Haftalık güvenli doz=100 mREM
• Günlük güvenli doz= 20 mREM
• Saatlik güvenli doz=2.4 mREM
33
• Bu güvenli dozlardan yüksek radyasyona maruz kalan kişilerde:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Kan ve kan yapan organlarda tahribat (anemi)
Kısırlık,
Gözde katarak,
Ciltte yaralar,
Kanser gibi kötü tümörler,
Doğal ömrün kısalması,
Ölüm olayları görülebilir.
Alınması gereken tedbirler:
Radyasyon kaynağından mümkün olduğu kadar uzak durulmalıdır.
Radyasyonlu bölgede mümkün olduğunca az kalınmalıdır.
X ışın kaynağı operatöre ve çevreye zarar vermemesi için kurşunla
kaplanmalıdır.
34