Nedeštruktívne skúšanie (NDT) povrchovými a objemovými technikami má v plynárenskom priemysle nezastupiteľnú úlohu. Jej využitie nie je iba pri kontrole materiálov rúr a zvarov pri budovaní nových potrubných systémov, ale aj pri diagnostike stavu prevádzkovaných potrubí, kde sú schopné nedeštruktívne kontroly posúdiť stav potrubia bez jeho deštrukcie. Nedeštruktívne skúšanie na prevádzkovaných vysoko a stredne tlakových oceľových potrubiach najčastejšie nasleduje po vnútornej inšpekcii pomocou inšpekčných ježkov pracujúcich na princípe magnetických rozptylových tokov. Pomocou tejto rýchlej diagnostickej metódy možno na potrubí presne lokalizovať chybu, stanoviť jej približný rozmer a tiež jej typ. Údaje o veľkosti chyby a type sú však len orientačné. Tieto chyby je potrebné z dôvodu určenia ďalšieho postupu opravy, prípadne iného zásahu na potrubí, čo najpresnejšie lokalizovať, stanoviť rozmer a typ chyby. Práve na tento účel je vhodné použiť známe nedeštruktívne metódy kontroly.
Opis potrubia a lokalizácia defektu
Miesto plastického poškodenia statickým zaťažením bolo lokalizované vnútornou inšpekciou na valcovanom potrubí DN 500 (Ø508 x 10 mm). Prevádzkované potrubie bolo vyrobené z materiálu 13030.1. Norma STN 41 3030 opisuje oceľ ako mangánovú žiaruvzdornú oceľ so zaručenou zvariteľnosťou do hrúbky 25 mm, ktorá sa používa na výrobu zváraných súčastí kotlov a tlakových nádob. Chemické zloženie rúry je uvedené
v tab. 1. Obsahy jednotlivých chemických prvkov sú v intervaloch materiálového listu.
Pri prvotnej analýze poškodeného miesta bolo vidieť výraznú plastickú deformáciu steny potrubia smerom do vnútra (obr. 1). Plocha poškodenia bola cca 350 x 300 mm. Po vykonaní nedeštruktívnych skúšok priamo na plynovodnom potrubí sa na základe výsledkov kontrol pristúpilo k oprave poškodeného miesta výrezom. Dôvodom bola prítomnosť neprípustného podpovrchového defektu v mieste plastickej deformácie, ktorej prítomnosť bola identifikovaná magnetickou práškovou metódou a následne aj ultrazvukovou kontrolnou technikou phased array [1, 3, 5].
NDT kontrola povrchovými metódami
Medzi základné povrchové NDT metódy patrí vizuálna, magnetická prášková a kapilárna kontrola. Účelom povrchových metód je odhaliť prítomnosť povrchových, podpovrchových chýb, ktoré sú pevne spojené s povrchom. Ako prvá je vždy vykonaná vizuálna kontrola, po ktorej nasleduje magnetická alebo kapilárna kontrola. Pre oceľové potrubia sa odporúča použiť magnetickú metódu práškovú pred kapilárnou, z dôvodu možnosti identifikácie podpovrchových chýb, ktoré nemusia byť spojené s povrchom. Magnetickou práškovou metódou možno identifikovať chyby do hĺbky približne 2,5 mm.
Povrch vzorky z vonkajšej strany potrubia bol podrobený priamej vizuálnej kontrole. Vizuálnou kontrolou bolo identifikované mierne korózne poškodenie potrubia. Vonkajší povrch vzorky však vykazoval nepravidelnosti povrchu spôsobené výrobou potrubia – valcovaním. Stopy po valcovaní sú pravidelne rozložené po obvode potrubia a dosahujú hĺbku vzhľadom na hladký povrch 0,3 mm. Stopy po valcovaní sú zobrazené na obr. 2. Vizuálnou kontrolou neboli na vzorke identifikované žiadne ďalšie chyby.
Vzorka bola po vizuálnej kontrole podrobená magnetickej farebnej práškovej kontrole z dôvodu indikácie možných chýb v mieste plastickej deformácie. Na vykonanie kontroly magnetickou práškovou metódou sa použilo jednosmerné ručné jarmo Helling HANSA UM-9 DC. Magnetická kontrola bola vykonaná v súlade s normou STN EN ISO 9934-1 a vizuálne hodnotenie indikácií v súlade s normou STN EN ISO 3059 pri osvetlení
920 lx.
Magnetickou kontrolou bola identifikovaná lineárna indikácia od podpovrchového defektu. Z tvaru indikácie je pravdepodobné, že ide o trhlinu s dĺžkou 11 mm.Poloha indikácie a jej detail je na obr. 3 [6, 7, 8].
Ako doplnková kontrola sa vykonala farebná kapilárna metóda. Kapilárna kontrola neodhalila lineárnu indikáciu zistenú magnetickou metódou. Kapilárna kontrola sa vykonala podľa normy STN EN ISO3452-1 a vizuálne hodnotenie podľa normy STN EN ISO 3059 pri osvetlení 960 lx. Z výsledkov kapilárnej kontroly je jasné, že ide o podpovrchový defekt, ktorý nie je pevne spojený s povrchom rúry. Viditeľné indikácie na povrchu rúry sú spôsobené stopami po valcovaní. Výsledky kapilárnej kontroly, ako aj detail indikácií stôp po valcovaní, sú na obr. 4 [7, 9].
Oblasť indikácie trhliny magnetickou metódou bola podrobená ultrazvukovému skúšaniu technikou phased array (PA) a TOFD (Time of flight diffraction technique – ultrazvuková technika na určovanie hĺbkových rozmerov porúch/defektov). Na ultrazvukovú objemovú kontrolu potrubia technikou phased array sa použil univerzálny ultrazvukový defektoskop OmniScan MX2 s phased array 16 meničovou, 5 MHz sondou 5L16-A10 s predsádkou SA10-N55S. Na snímanie dĺžkového záznamu bol použitý enkóder ENC1-2.5-D. Pre techniku TOFD sa použil ručný skener RD HST-X04 so sondami C563-SM s frekvenciou 10MHz a priemerom meniča 3 mm. Dvojica sond pre techniku TOFD bola ST1-60L-IHC. Poloha skenera pri kontrole bola snímaná enkóderom ENC1-2.5-D.
Na kontrolu technikou phased array ako aj TOFD bola správna poloha sondy na identifikáciu defektu nasimulovaná v programe ES Beam Tool 5. Schéma kontroly metódou phased array a TOFD aj s vyznačením predpokladaného defektu – trhliny sú na obr. 5.
Záznam PA kontroly v dĺžke 60 mm bol naskenovaný pozdĺž línií zobrazených na obr. 6 z oboch strán defektu. Línie sú naznačené vo vzdialenosti 4 mm od indikácie zaznamenanej magnetickou metódou.
Záznam TOFD bol taktiež naskenovaný v dĺžke 60 mm. Podpovrchová trhlina sa identifikovala iba technikou PA. Na zázname z merania je jasná indikácia trhliny pri oboch polohách sondy. Záznamy z merania sú na obr. 7. Technikou PA bola identifikovaná podpovrchová trhlina s dĺžkou 10,5 mm a hĺbkou 1 mm. Hĺbku defektu bolo možné odčítať zo záznamu na základe prítomnosti difrakčného echa od konca defektu. Defekt bol indikovaný na záznamoch z oboch strán merania. Technikou TOFD sa defekt nezachytil, z dôvodu umiestnenia defektu tesne pod povrchom.
Defekt sa nachádza v tzv. mŕtvom pásme snímania, čo vidieť aj na simulácii polohy TOFD sond pri skúšaní (obr. 5). TOFD záznam merania je na obr. 8 [3, 4]. Na zázname TOFD nie je v blízkosti laterálnej (povrchovej) vlny prítomné žiadne chybové echo.
Záver
V článku sa opisuje postup nedeštruktívnej kontroly pri definovaní presných rozmerov a polohy chyby spôsobenej plastickou deformáciou steny potrubia, ktorá bola identifikovaná vnútornou inšpekciou. Po lokalizácii defektu vnútornou inšpekciou, a následnom dohľadaní chyby na reálnom potrubí nasleduje ako prvá vizuálna kontrola. Po vizuálnej kontrole sa vykonáva magnetická kontrola a ako doplnková kontrola môže byť vykonaná aj kapilárna kontrola. Po povrchových kontrolách, ktorými možno identifikovať povrchové a podpovrchové chyby nasledujú objemové kontroly, a to ultrazvuková, resp. kontrola prežiarením, ktoré sú zamerané na identifikáciu objemových chýb vnútri materiálu. V prípade kontroly potrubia DN 500 bola chyba typu trhlina spôsobená plastickou deformáciou ocele identifikovaná magnetickou metódou a následne sa rozmery stanovili pomocou ultrazvukovej techniky PA. Vizuálna kontrola, kapilárna kontrola ako ani ultrazvuková kontrola technikou TOFD nebola pri identifikácii úspešná. Z hľadiska spoľahlivosti kontroly a stanovenia čo najpresnejšieho rozmeru a typu defektu je vhodné vždy zvoliť kombinácie viacerých NDT metód, pretože každá z metód je svojím fyzikálnym princípom citlivejšia na iný typ a umiestnenie chýb. Kombinácia viacerých NDT metód zároveň aj zvyšuje pravdepodobnosť odhalenia chýb, ako aj presnosť stanovenia rozmeru a polohy defektu.
Lektorka: prof. RNDr. Tatiana Liptáková, PhD., Žilinská univerzita v Žiline
Literatúra
[1] OLYMPUS 2013 (a). Phased Array Tutorial [online]. 2013, . Dostupné na internete: http://www.olympus-ims.com/cs/ndt-tutorials/phased-array
[2] Kopec, B. a kol.: Nedestruktivní zkoušení materiálů a konstrukcí. CERM, s.r.o., Brno, 2008, s. 572, ISBN 978-80-7204-591-4
[3] Bucha, M.: Diagnostické metódy plynovodných zariadení pomocou vybraných nedeštruktívnych techník. Dizertačná práca. Žilinská univerzita v Žiline 2017.
[4] Vrzgula, P. – Faturík, M. – Mičian, M.: New inspection technologies for identification of failure in the materials and welded joints for area of gas industry. In: Manufacturing Technology. No.3, 2014,
p.487.-492., ISSN 1213-2489
[5] Dopjera, D. – Mičian, M.: The detection of artificially made defects in
welded joint with ultrasonic defectoscopy Phased Array. Manufacturing technology,
Vol. 14, No. 1, 2014, pp. 12-17. ISSN 1213-2489
[6] Mravec, J. – Novakova, I. – Bradac, J.: Effect of Age Hardening Conditions
on Mechanical Properities of AW 6082 Alloy Welds. In: Manufacturing technology,
Vol. 16, No. 1, 2016, pp. 192-198. J. E. Purkyne University, Ústí nad Labem.
[7] STN EN ISO 3059: Nedeštruktívne skúšanie. Skúšanie kapilárnou a magnetickou
práškovou metódou – podmienky pozorovania. 2013
[8] STN EN ISO 9934-1: Nedeštruktívne skúšanie. Skúšanie magnetickou práškovou
metódou. Časť 1: Všeobecné zásady. 2016
[9] STN EN ISO 3452-1: Nedeštruktívne skúšanie. Kapilárne skúšanie. Časť 1:
Všeobecné zásady. 2013