Anyagvizsgálatokra alkalmas mobil vizsgálókocsi intelligens prototípusának kifejlesztése a HIDRA Felnőttképző Központ Kft.-nál

Anyagvizsgálatokra alkalmas mobil vizsgálókocsi intelligens prototípusának kifejlesztése a HIDRA Felnőttképző Központ Kft.-nál

A HIDRA Felnőttképző Központ Kft-nél megvalósított kutatási fejlesztés pályázatot irodalomkutatással kezdtük, mivel széles műszaki területeteket ölel a roncsolásmentes anyagvizsgálat fémek területén is, nem beszélve a műanyagok és kompozitok területéről. Minden esetben elengedhetetlen az adott vizsgálandó anyag gyártástechnológiával részletesen megismerkedni ezáltal ismerhetjük meg az adott eljárás sajátosságait, hibalehetőségeit és jellegzetes tulajdonságait.

Az irodalomkutatás során első lépésként tehát az vizsgálandó termékek gyártástechnológiáival ismerkedtünk meg. Mivel a roncsolásmentes anyagvizsgálat régóta ismert és alkalmazott területe a fémek és ötvözetek, ezért ezt a teljes kutatás-fejlesztési folyamat során ezt szem előtt tartottuk, tehát minden esetben, irodalomkutatás, gyakorlati kutatás, vizsgálatok során mindig az ismert és szabványosított fémek területét vettük alapul. A jellegzetes fém termékek gyártástechnológiája után a műanyag és kompozit termékek előállítási módszereivel ismerkedtünk meg. Számos műanyag és kompozit előállítási módszer létezik, mint például fröccsöntés, extrúzió, centrifugál öntés, laminálás, vákuumkamrás formázás és egyéb additív gyártástechnológiák, amik szintén a műanyag és kompozit alapanyagok jellemző gyártástechnológiája. Fontos megemlíteni a fémekhez hasonló gyártási eljárásokat, mint például a ragasztás, vagy hegesztés, ami műanyagok esetén szintén gyakran, részben más fizikai törvényszerűségek szerint, de ugyan úgy alkalmazott eljárás. Ezen eljárások ismerete nagyban segít, hogy a gyártás kritikus pontjaival megismerkedjünk, illetve a gyártás esetleges hibaforrásaival, amit később a kutatás-fejlesztés pályázat vizsgálati része során nagy körültekintéssel kell eljárnunk.

Az alapanyagokkal és gyártástechnológiákkal való megismerkedés mellett, mivel egy eszközmódosítást valósítottunk meg (erre azért volt szükség mert a pályázat beadása óta modernebb nagyobb képességgel és bővebb lehetőségekkel rendelkező berendezések és módszerek láttak napvilágot az anyagvizsgálat területén), részletes kutatást végeztünk roncsolásmentes anyagvizsgálati eszközök területén. A korábban tervezett foszforlemezt alkalmazó radiográfiai rendszer helyett, a jelenleg legmodernebb és legújabb vizsgálati technikát és eljárást valósítottuk meg; impulzus üzemű radiográfiai rendszert, aminek szerves része a digitális detektor. A rendszer teljesen számítógép vezérelt és a biztonsági követelményei is jóval alacsonyabbak, mint egy hagyományos folyamatosan sugárzó hordozható röntgencső. Ultrahangos vizsgálóberendezések esetén technológiai váltás nem volt a pályázatbeadása és megvalósítása között eltelt idő alatt az anyagvizsgálati eszközök között, itt egy másik gyártót választottunk, aki kedvezőbb feltétel melletti vizsgálóegységet gyárt, valamint a műszaki paraméterei is előnyösebbek az új készüléknek. A két fent említett eszköz mellett egy digitális mikroszkópot szereztünk be. Ezzel új lehetőség nyílik a roncsolásmentes és részben a roncsolásos vizsgálat területén is. Nemcsak vizsgálat esetén, de oktatási célokra is tökéletesen felhasználható, így nagyban hozzájárul a sikeres kutatás-fejlesztés projekt megvalósításához.

Fontos volt számunkra, hogy minél komplexebb, teljesebb és átfogóbb képet kapjunk a roncsolásmentes anyagvizsgálat minden egyes területéről, emiatt részletesen megismerkedtünk az egyes roncsolásmentes anyagvizsgálati területekkel, eljárásokkal és módszerekkel. Mivel a pályázat későbbi fázisaiban mi is roncsolásmentes anyagvizsgálatot fogunk folytatni, így nem csak az elmélettel, hanem a gyakorlattal, megvalósítással és kivitelezéssel is tisztában kell lennünk, el kell tudjuk végezni. Nagy hangsúlyt fektettünk a radiográfiai eljárás, ultrahangos eljárás, fázisvezérelt ultrahangos eljárás területére, de emellett, az esetleges pályázati változások, és a terület széleskörű megismerése miatt többi roncsolásmentes anyagvizsgálati eljárással is megismerkedtünk. A megszerzett ismeretek kiinduló pontja itt is természetesen a fémek területe. Fémek és ötvözetek esetén ezeket az eljárásokat már évtizedek óta alkalmazzák, a módszerek szabványban rögzítettek, az értékelési kritériumok mögött részletes törésmechanikai analízis és gyakorlati tapasztalatok állnak. Műanyagok és több alapanyagot tartalmazó termékek esetén ilyen széles körű elméleti és gyakorlati ismeret, szabványosított módszerek, általános szabványok nem állnak rendelkezésre. A radiográfiai-, ultrahangos-, fázisvezérelt ultrahangos-, és a mikroszkópiai anyagvizsgálat mellett egyéb eljárásokkal is megismerkedtünk. A szemrevételezéses anyagvizsgálattal, amely minden roncsolásmentes anyagvizsgálati feladat, eljárás nulladik lépése. A felület szabad szemmel történő ellenőrzése biztosítja, hogy nagy méretű felületi eltéréseket nem tartalmaz az adott vizsgálati tárgy, továbbá a későbbi vizsgálatok elvégzéséhez a felület olyan, hogy minden további nélkül azt el lehessen végezni. A folyadékbehatolásos anyagvizsgálattal, amely bármilyen alapanyagú termékek, fémek műanyagok és kompozitok esetén egyaránt alkalmazható felületi eltérések kimutatására alkalmas módszer. A mágneses anyagvizsgálattal, amely hasonló jellegű eljárás, mint a folyadékbehatolásos vizsgálat, viszont csak ferromágneses anyagok esetén alkalmazható, mint például a fém mátrixú kompozitok. Az eljárás további előnye, hogy alacsonyabb az eszközigénye, kevesebb tisztítási és utótakarítási folyamatra van szüksége. Megismerkedtünk a jellemzően nyomástartó berendezések és gyártmányok speciálisabb vizsgálatával, a tömörségvizsgálattal. Kiváló roncsolásmentes anyagvizsgálati módszer, de a jelen kutatás-fejlesztés projekt céljához és célkitűzéseihez kevésbé illeszkedik.

Fontos részét képezi műanyagok és kompozitok gyártástechnológiája között a különböző additív gyártástechnológiák. Mivel egyre nagyobb térrészt képviselnek ezen területen az egyes anyaghozzáadással megvalósított gyártási folyamatok, így részletesebb kutatást végeztünk a területen. Napjainkban egyre nagyobb mennyiségben készülnek adott eljárásokkal műanyag termékek, és a jelen korunk tendenciái alapján elmondható, hogy egyre nagyobb mennyiségben és minőségben alkalmazott módszerek lesznek ezek a jövőben. Megismerkedtünk az egyes gyártási eljárásokkal és az ezek során alkalmazott fizikai elvekkel. Részletesebben az FDM, szálfektetéses-, és az SLA, stereolitográfia additív gyártási eljárással foglalkoztunk, mivel ez a kettő a leggyakrabban alkalmazott előállítási folyamat. Mivel a későbbi anyagvizsgálati rész során szerettünk volna ilyen eljárással gyártott termékeket vizsgálni, így megismerkedtünk és alkalmaztuk a 3D modellezés sajátosságaival és a gyártási folyamatra jellemző termékeket modelleztünk, amiket a későbbiekben meg is vásároltunk és meg is vizsgálatunk.

A széles körű irodalomkutatás után a pályázat ”gyakorlati” része következett, amely során a megvásárolt vizsgálati termékek segítségével ellenőrizzük és megismerjük a vizsgálati rendszer lehetőségeit, korlátait és alkalmazásának optimumát. Mielőtt ezeket és ezek eredményeit részletesen ismertetjük először az összeállt vizsgálati rendszert mutatjuk be. Három roncsolásmentes anyagvizsgálati eljárás került megvalósításra a pályázat keretein belül:

  • Fázisvezérelt ultrahangos eljárás, amit egy Sonatest VEO+ berendezés valósít meg;
  • Digitális, impulzus üzemű radiográfiai rendszer, amit a Vidisco RayzorX berendezés valósít meg;
  • Végül, de nem utolsó sorban a mikroszkópiai vizsgálat, amit az ASH OmniCore digitális nagyító berendezése segítségével lehet kivitelezni.

Vizsgálatok

A kutatás-fejlesztés pályázat megvalósítása során, párhuzamosan a kutatás megvalósításával, körvonalazódtak az általunk vizsgálni tervezett anyagok, amelyek segítségével a vizsgálati rendszer és vizsgálati módszer korlátait, határait, valamint megfelelőségét és alkalmazását kikísérletezzük és ellenőrizzük. Ahogy korábban is említettük, roncsolásmenetes anyagvizsgálat alap területe a fémek és ötvözeteik, emiatt a vizsgálati rész első lépését is különböző fém termékek vizsgálatával kezdtük. Ennek a résznek a célja a megvalósított vizsgáló eszközök megismerése, a vizsgálati módszerek és lehetőségek megtanulása és elsajátítása.

Emiatt első lépésként különböző típusú, kialakítású és jellegzetességekkel rendelkező hegesztett kötések vizsgálatával kezdtük a kísérleteket. Ezeket a kötéseket radiográfiai úton és fázisvezérelt ultrahang segítségével vizsgáltuk. Az ultrahangos anyagvizsgálat esetén már ismert, fémek, acéloknál alkalmazott módszereket vettük kiindulási alapnak. Mivel a fázisvezérelt technika szélesebb körben történő alkalmazása manapság még nem túl elterjedt, így a módszer megtanulása, értelmezése, és a vizsgálatok elvégzése is új kihívást jelentett. Az eszköz modernségének köszönhetően, a megvizsgált termékek eredményei az eszköz szoftvere segítségével értékelhető. A fémek esetén alkalmazott és érvényes anyagvizsgálati szabványok biztosították a kiindulási alapot itt és a későbbi anyagvizsgálati feladatok esetén is. A fázisvezérelt ultrahang az elvégzett vizsgálat adatait ki tudja exportálni. Nem csak a vizsgálat eredményeit, hanem az összes beállítást is eltárolja, így a vizsgálatok megismételhetők, időszakos felülvizsgálat során nem csak az eredményeket, hanem a vizsgálati paramétereket is össze lehet hasonlítani. Az általunk tapasztalt legszemléletesebb és legjobban alkalmazható megjelenítések az alább találhatók, fontosnak tartottuk, hogy ne csak gyakorlott anyagvizsgáló számára, hanem azok számára is könnyen értelmezhető és tanulható legyen mind a módszer, mind az eljárás, akik még csak most ismerkednek ezzel a műszaki területtel:

  • szektoriális megjelenítés (S-scan)
  • lineáris megjelenítés (L-scan)
  • felülnézet (Top view)
  • oldalnézet (End view)
  • A-scan nézet

A vizsgálatok során alkalmazott útjeladó segítségével az egyes eltérések a pásztázás irányának megfelelően, pontosan vannak mérve, méretezve, ezáltal helyzetük és méretük a valóságnak megfelelő. A fém alapanyagú termékek esetén próbáltunk minél részletesebb és komplexebb tudásra szert tenni, hogy a megszerzett tudást később, a speciális műanyag és kompozit termékek esetén tudjuk alkalmazni. A fázisvezérelt berendezésen belül rengeteg funkciót és paramétert lehet meghatározni, megváltoztatni, hogy a vizsgálati file a lehető legjobban igazodjon a vizsgálati tárgy jellegzetességeihez, anyagminőségéhez, vizsgálati hőmérsékletéhez, az alkalmazott vizsgálófejhez vagy előtét ékhez, esetleg a terméken alkalmazott hegesztési varrat alakjához. Ez biztosítja azt is, hogy a felvett vizsgálati eredmények, a rögzített eltérések mérete és jellege a lehető legjobban közelítse a valós hiba alakját és méretét. Elengedhetetlen továbbá a berendezés adott vizsgálati feladat előtti kalibrálása. Ezzel igazoljuk, állítjuk be például az adott anyagban mérhető hangterjedési sebességet, de fontos, hogy itt állítsuk be például a berendezés érzékenységét, azaz azt, hogy mi legyen a legkisebb folytonossági hiány, eltérés, amit az adott vizsgálati feladat során ki szeretnénk mutatni. Az eszköz modernségének köszönhetően, a megvizsgált termékek eredményei az eszköz szoftvere segítségével értékelhető. A szoftvert számítógépre is lehet telepíteni, így a vizsgálat és az értékelés egymástól elválasztva, párhuzamosan is történhet, ami nagyban segíti majd a tényleges munkavégzést mivel így le tud rövidülni egy vizsgálati feladat időtartama. Az elkészített vizsgálati file elmenthető, később újra előhívható, így egy adott feladatra csak egyszer kell elkészíteni a file-t.

A fémek radiográfiai tompavarratainak vizsgálatánál könnyebbséget jelentettek korábbi anyagvizsgálati tapasztalataink, illetve a releváns szabványok. A Vidisco impulzus üzemű radiográfiai rendszerének megismerése így gördülékeny volt. Az anyagvizsgálatban ma még nagy arányban analóg készülékeket alkalmaznak, amelyekhez képest a digitális készülékek számos előnnyel bírnak. Idő- így költséghatékonyságát adja, hogy meglehetősen alacsony sugárzási szintje nem követeli meg az expozíciós terület komplex kialakítását. Az expozíciót követően a felvétel azonnal látható, nem kell előhívó készülék, előhívó szoba, és elmondható, hogy lényegében nincs előhívási idő. Így, ha nem megfelelően sikerült egy felvétel, akkor azt azonnal meg lehet ismételni. Az analóg röntgen készüléknél, ahol nem digitális képalkotó berendezést használnak, legjobb esetben is 10-15 perc, mire egy nem megfelelően sikerült felvételt újra elkészítenek, előhívnak. Kevés hátránya van a hagyományos eljáráshoz képest, melyek kis odafigyeléssel kikerülhetők. A készülék nem hálózatról veszi fel a működéséhez szükséges feszültséget, hanem akkumulátorról. A készülék sípoló hangjelzést ad ki, ha merülne az áramellátása, így csak arról kell gondoskodni, hogy legyen feltöltött tartalék akkumulátor. A rendszer másik gyenge pontja a szoftveres vezérlésből adódik. Célszerű a készülék vezérléséhez használt számítógépet csak erre a feladatra dedikálni, hogy a mindennapi felhasználás ne „használja el” se hardveresen, se szoftveresen. A legalapvetőbb ismérvek tükrében ezek a legfontosabb különbségek. A rendszer további előnyét a kezelő szoftver különböző funkciói adják. A detektálni kívánt anyagfolytonossági hibát méretétől, környezetétől, egyéb ismérveitől függően jobban észlelhetővé lehet így tenni.

A fémek hegesztési varratainak radiográfiai vizsgálatánál a „detection” volt az a szűrő, amellyel a hibák legjobban láthatóvá váltak. Műanyag csöveknél, a finomabb eltérések okán a „revelation” és a „sharpening” funkciókat is alkalmaztuk. Ezek a funkciók a fémeknél nem javítottak jelentősen az észlelhetőségen. A kompozit anyagok és műanyagok vizsgálatával a cél egy ismeretlen, anyagvizsgálat számára releváns szabványokkal nem rendelkező anyagok jobb megismerése volt. Az iparban felhasznált anyagok köre szélesedik, változik, amivel az anyagvizsgálatnak lépést kell tartania. Adott méretű „X” anyagfolytonossági eltérés más mértékben lehet hiba forrása fém és egy lényegesen alacsonyabb sűrűségű anyag, például a polietilén esetében. A kompozit anyagok lényege, hogy különböző anyagokból egy kedvező fizikai tulajdonságokkal bíró anyagot hozzunk létre, és ez esetben az „X” hiba más jelentőséggel bírhat. Éppen ezért hasznos, hogy a Vidisco készülék rendszerével egészen kisméretű anyagfolytonossági eltérések, hiányosságok helyeit és méreteit is meg lehet pontosan határozni. A fémek radiográfiai vizsgálatára vonatkozó szabványokból kiindulva, számos, fémre jellemző hibatípust kizártunk, és adatokat gyűjtöttünk arról, hogy a műanyagcsövek tükörhegesztéssel való egymáshoz rögzítésénél milyen anyagfolytonossági hiányok milyen gyakorisággal fordulnak elő. Ebből következően elképzelhetőnek tartjuk a műanyagok különböző ipari felhasználásának, jellemző anyagfolytonossági hiányainak olyan irányú kutatását, amely egy releváns szabvány megalkotását célozza meg.

A következő vizsgálati feladat a fent ismertetett műanyag csövek ultrahangos vizsgálata volt. Ezen állapotban a kutatásnak sikerült megfelelő tudást szerezni a gépek kezeléséről, működéséről. Megismertük a berendezésben rejlő lehetőségeket és alkalmazási módszereket. Az elkészített felvételek, mérési fileok értékelésének megismerésével számos lehetőség nyílik a kiértékelés elvégzésére, az eredmények minél szemléletesebb átadására. Műanyag csövek vizsgálata korlátozásokkal, de megvalósítható, kivitelezhető és értékelhető viszont érdemes megemlíteni ezen korlátozásokat. Első és legfontosabb a szabványosítás hiánya. Bár hagyományos ultrahangos anyagvizsgálat esetén létezik vizsgálati szabvány, az MSZ EN 13100-3, amely a hőre lágyuló félkész termékek hegesztett kötéseinek roncsolásmentes vizsgálatával foglalkozik, ezen szabvány információi nem vonatkoznak az értékelésre, csak a vizsgálat elvégzésére és az is a hagyományos ultrahangos anyagvizsgálati módszerekre vonatkozik. Szabványban található ismeretek és gyakorlati tapasztalatok alapján elmondható, hogy abban az esetben vizsgálhatók a csövek, ha az érintkező felületek között maximum 0,5 mm-es rés van, ilyenkor a vizsgálat megfelelő biztonsággal elvégezhető. Ez a mi esetünkben az jelentette, hogy a vizsgálatot 160 mm átmérő esetén és e felett tudtuk elvégezni. Következő nehézséget a varrat alakjának, méretének jellegének megadása jelentette. Fémek esetén a legtöbb varrat alak és méret megadható a rendszerben, az egyes paraméterek egyedileg megadhatók, változtathatók, tükörhegesztés esetén viszont a fémeknél alkalmazott hegesztésektől eltérő varratalak fog kialakulni, ami mindig az adott feladatnak és daraboknak, alkalmazott technológiai paramétereknek a függvénye. Ilyen varrat alakot nem lehet megadni, Természetesen a vizsgálati módszer továbbra is alkalmazható. A vizsgálatot el lehet végezni, a hibákat meg lehet találni, lehet őket méretezni, ami alapján el tudjuk helyezni a hegesztési varratban, a varrathoz képest, csak a megjelenítés marad el. Végül a terület nehézsége, legyen szó bármilyen műanyag és kompozit termék roncsolásmentes vizsgálatáról, az értékelési szabvány, előírás hiánya, semmilyen ilyen jellegű előírás nem áll rendelkezésünkre. Emiatt továbbfejlesztési lehetősége lenne ennek és esetleg hasonló témával területtel foglalkozó projektnek, egy roncsolásmentes vizsgálatot és értékelést összekapcsoló törésmechanikai kutatás. Ezen kutatás során össze lehetne kapcsolni a roncsolásmentes anyagvizsgálattal kimutatható eltéréseket, az eltérések által okozott mechanikai károsodásokkal, törésmechanikai tényezőkkel és tönkremeneteli valószínűségekkel.

A következő termékek additív gyártás segítségével előállított, 3D nyomtatott termékek. Ezen termékeket első körben radiográfiai eljárás segítségével vizsgáltuk, mivel fázisvezérelt ultrahangos berendezés alkalmazása számos nehézséggel jár alakos, tört felületeket tartalmazó termékek esetén, egyszerűen azért, mert a vizsgálófejet, nem lehet a vizsgálati tárgy felszínére helyezni, valamint nem lehet ott mozgatni. FDM és SLA technikával készült 3D nyomtatott termékeket vizsgáltuk. FDM technika a szálhúzásos technikát jelenti, azaz egy műanyag szál megömlesztésével készülnek el a termékek. Gyártás során rétegenként történik a termék felépítése. SLA jelentése a stereolitográfia, az eljárás során egy fényforrás keményíti meg az alapanyagot rétegenként és így készül el a termék. Az alapanyag itt folyékony gyanta, amelyben fény, lézer vagy UV sugárzás hatására keresztkötések alakulnak ki, térhálós szerkezet jön létre. Az elkészült termékek vizsgálata nagyobb kihívást jelentett, mint az eddigi vizsgálati daraboknál, mivel ez anyagvizsgálat szempontjából teljesen új terület. Se vizsgálatra, pláne nem értékelésre nincs semmi egzakt, általánosan elfogadott módszer vagy iránymutatás. Kiértékelés során törekedtünk a látottak minél pontosabb, jobb leírására, szem előtt tartva az adott termék gyártására jellemző tulajdonságokat, nehézségeket. A két erősen eltérő gyártási eljárás esetén más-más tapasztalatok születtek. Az FDM eljárással nyomtatott termékek esetén, a gyártás sajátossága, hogy a termékek nem teljesen kitöltöttek, hanem adott alakú és kialakítású kitöltést, infillt, tartalmaz, ez részben meg tudja nehezíteni, rosszabb esetekben teljesen meggátolja az elkészített radiográfiai felvételek értékelhetőségt. A másik jellegzetesség ebből adódóan, hogy csak egy vékonyabb fal van, ami folyamatos anyagot jelent sugárzás számára, így nehezebbé válik a határoló felületekben található anyagfolytonossági hiányok megtalálása. Emellett viszont fontos megjegyezni a pozitív tapasztalatokat is. Azáltal, hogy belül kitöltés van a termékeknél, a kitöltés esetleges hibáit és eltéréseit nagyon szépen ki lehet mutatni. A nagyobb méretű és rétegek között tapasztalható rétegelválást is több helyen észrevettük, megfigyeltük. Pontosan meg lehet figyelni és meg lehet határozni a tervezett és valóságos alak közötti eltéréseket. Több alkatrészből álló, de egy nyomtatással gyártott bennszülött termékek csatlakozási pontjai ellenőrizhetők, nem megfelelő gyártás miatt bekövetkező összeolvadásokat meg lehet figyelni.

SLA eljárás esetén kicsit más a helyzet, mivel a gyártási eljárás is teljesen más. Itt már jellemző a teljesen kitöltött, nem üreges belsővel rendelkező termékek. Itt jobban tudtuk alkalmazni a fém termékek és irodalomkutatás során megszerzett ismereteket, mert jobban hasonlít egy például öntött acél termék vizsgálatára. Ahogy az az alább mellékelt radiográfiai felvételen is jól látszik, az esetleges eltéréseket nagyon jó minőségben és biztonsággal meg lehet találni, fel lehet ismerni és meg lehet állapítani méretét és elhelyezkedését. Természetesen az alak és méretellenőrzés mellet, amit az FDM termékek esetén is meg lehetett valósítani. Az eltéréseket akár a felületen akár a felület alatt egyező könnyedséggel ki lehet mutatni, így megfelelően alkalmazható SLA eljárással gyártott, 3D nyomtatott termékek roncsolásmentes vizsgálatára.

A következő termékcsoport, amit vizsgáltunk a réz, vagy egyéb szál gyártásakor használt húzókő. A húzókövek radiográfiai vizsgálatánál a radiográfiai vizsgálat nem vezetett célra. A „tölcséres” szerkezete miatti feketedésből kiinduló méretezések nem felelnek meg a valóságnak. A kő anyagában sem találtunk egyik esetben sem anyagfolytonossági hiányt, vagy eltérést. Illetve a redukáló kúp vizsgálatára sem alkalmas. Viszont a digitális nagyító rendszerrel már meg tudtuk vizsgálni a redukáló kúpot, és a rendeltetésszerű használatból adódó, különböző mértékű kopásokat tapasztaltunk. A mesterséges hibákat az esetek nagy részében egyszerű szemrevételezéssel is meg lehetett állapítani. Viszont voltak olyan kisméretű mesterséges hibák, melyeknél szükséges volt a nagyítás. A húzókövek gyártása és használata egyaránt nagyfokú precizitás mellett zajlanak, így az esetleges hibák kimutatására egy ugyancsak precíz eljárás kell. Erre a digitális nagyító berendezés maximálisan megfelel. Nem tartjuk indokoltnak egy, a húzókövekkel foglalkozó szabvány megalkotását, viszont az eljárási módszer, megfelelő szakmai tudás és tapasztalat mellett, a minőség-ellenőrzés és az esetleges hibák okainak feltárásának kiváló eszköze lehet.

A nyomtatott áramkörök vizsgálata szemrevételezéssel, elektronikai mérőműszerekkel, illetve adott esetben a gyártó saját tesztrendszerével történhet. A digitális nagyító berendezéssel való munkát az áramkörökön levő szennyeződések hátráltathatják, ha azok eltávolítása a termék roncsolásával jár. Szélsőséges esetben előfordulhat, nincs lehetőség műszeres, vagy tesztrendszeres vizsgálatra. A radiográfiai vizsgálat megfelelő alternatívának bizonyult. Többrétegű nyomtatott áramkör esetén is egyértelműen kimutathatók a vezetősávok esetleges hibái. A hiba kimutathatósága a felhasznált anyagok sűrűségének eltéréséből adódik. Az 1,8 g/cm³ sűrűségű üvegszálas epoxi kompozit anyagának 1,2 mm vastagsága mellett is tökéletesen látható 0,2 vastagságú réz vezetősáv, mivel annak sűrűsége jelentősen nagyobb, az üvegszálas epoxiéhoz képest ötszörös, 8,96 g/cm³. Gyakorlatilag ki lehet mutatni egészen kisméretű fémzárványokat kompozit anyagokban. Nagyon kisméretű eltéréseket kutattunk, és a Vidisco vezérlő szoftverének addig alig, vagy egyáltalán nem használt funkciói ezúttal hasznosnak bizonyultak, különösen a „refining” bírt kiemelt jelentőséggel. A nagyobb méretű hibák esetében használt „detection” funkció itt már nem adott megfelelő képeket. A nyomtatott áramkör digitális radiográfiai vizsgálatát így csak a rendszer képfelbontó tulajdonságai korlátozhatják. Maga az eljárás tökéletesen alkalmas, így a műanyagokhoz hasonlóan elképzelhetőnek tartunk egy olyan kutatást a jövőben, melynek eredménye a kompozit anyagok, illetve a kompozit anyagokból készült termékek minőségét szabályozza, akár szabványok formájában.

Ha ultrahangos roncsolásmentes anyagvizsgálatot szeretnénk végezni, akkor szükséges vizsgálati etalon. Az ismert mérettel és formával rendelkező etalon segítségével lehet például a vizsgálati tartományt bekalibrálni, az érzékenységet meghatározni és ellenőrizni. Jelen termékek esetén is a fémeknél szabványosított ismereteket vettük kiindulási alapnak és az itt megszerzett tudást próbáltuk átültetni az FDM eljárással gyártott termékek vizsgálatára. A termékeket először radiográfiai vizsgálattal ellenőriztük, utána próbáltuk a fázisvezérelt ultrahangos vizsgálatot. A vizsgálati file elkészítése után lehet elkezdeni kalibrálni a berendezést. Az első lépés kalibráció során mindig a 0 pont és a mérési tartomány hitelesítése, azaz a geometriai hitelesítés elvégzése. Ábrával sajnos nem tudjuk szemléltetni, (nincs mit), de nem sikerült visszhangjeleket előállítani a vizsgálati etalonok segítségével. Hiába próbálkoztunk több módszer mellett egyéb praktikákkal, de egyáltalán nem tudtunk visszhang jelet generálni. A nyomtatás technológiájának jellegéből adódhat ennek az oka lehet egyrészt maga a technológia. Az egyes rétegek nem egyszerre szilárdulnak meg, így nem alakul ki teljesen homogén anyagszerkezet, az egyes szálak között mikroszkopikusan kicsi levegő vagy egyéb anyagok kerülhetnek, amik ellenállásként viselkednek az ultrahang terjedésével szemben. A kitöltés javítására technológiai paraméterek változtatását lehet esetleg eszközölni, de külön kellene vizsgálni az egyes paraméterek hatását a kitöltésre, az egyes szálak és rétegek közötti homogén kapcsolatára.

A lencsék vizsgálata során a legfontosabb tapasztalatot a mikroszkópos és radiográfiai felvételek közötti különbségek jelentették. Ez több dologból adódik. Egyik legfontosabb, hogy adott hiba keletkezése a környezetében milyen mértékű további eltéréseket okoz. A csorbulások és karcolások esetében tapasztalhattuk, hogy az adott pontból hiányzó anyag a hiba köré is felgyűrődhet, ami a radiográfiai felvételen anyagtöbbletnek, egyenetlen felületnek hat, így az eltérés már lehet komplex. A vizsgálat előnyét az adta meg, hogy szabad szemmel is „beleláttunk” az anyagba, az esetleges eltéréseket digitálisan rögzíteni és ebből adódóan méretezni is lehet. A röntgenfelvételek másként „érzékelték” az eltéréseket.

A radiográfiai és mikroszkópos felvételek közötti különbség továbbá az anyag felülete és a hiba kezdőpontja között milyen szögű a szintkülönbség. Magyarán, minél meredekebb az eltérés „fala”, annál pontosabban lehet meghatározni a hiba kiterjedését radiográfiai úton, mivel ez a meredekség meghatározza a kontúrt.

Felmerül a kérdés, hogy fémek vizsgálata esetében, hogy egy adott hiba, legyen az porozitás vagy kötéshiba, valójában milyen méretű. Illetve felmerül a kérdés, hogy szükséges –e egy gyakorlatban alkalmazott szabvány mellett ilyen pontosságú méretezéssel foglalkozni.

Az utolsó termékkategóriánk a különböző alapanyagokból felépülő saválló gömbcsapok. Két különböző alapanyagból előállított házban találhatók eltérő anyagminőségű, de azonos célt szolgáló alkatrészek, egyik esetben műanyagból másik esetben pedig acélból készült a ház. A saválló acélból készült gömbcsapok hegesztési varratainak radiográfiai vizsgálata során, a vártakkal ellentétben jól sikerült, értékelhető, jó hiba-észlelhetőségű felvételeket készítettünk. A gömbcsap „csővezeték” szakasza vastag falú, kis átmérőjű, rövid, a környezetében számos különböző méretű és kiterjedésű felületi rész van (gömbcsap szerkezete, karima stb.). A gömbcsap minden attribútuma miatt úgy gondoltuk, hogy többek között falkiegyenlítő hatása miatt izotóppal lehetne a legjobb felvételeket készíteni. A Vidisco készülék vezérlő szoftverében az úgynevezett átlagoló, illetve „average” funkciónak köszönhetően lehetőség nyílik olyan vastagságok átvilágítására, melyeket alapvetően izotóppal végeznénk el. Ennek következtében a hegesztett gömbcsapokon a hegesztési varratokat meg lehetett vizsgálni. A gömbcsap belső szerkezetének radiográfiai vizsgálata viszont nem hozott megfelelő eredményeket, annak komplexitása miatt. A gömb felületén levő hibák legfeljebb igen extrém hibaméret esetében mutathatók ki. Azok a gömbszerkezeten levő mesterséges hibák, melyek az általunk vizsgálat termékeken vannak, nincsenek olyan méretűek, hogy azt radiográfiai úton ki lehessen mutatni.

A műanyag házban helyet foglaló gömbcsapok esetén a radiográfiai felvételek alapján elmondható, hogy a termékeken található mesterséges és természetese hibákat, folytonossági hiányokat a legtöbb esetben ki tudtuk mutatni. Abban az esetben, amikor nem sikerült a mesterséges indikáció kimutatása a folytonossági hiány méretében rejlett a probléma nem pedig a vizsgálati rendszerben, vagy a hiba pozíciójában (hasonló jellegű de mélyebb repedést például minden probléma nélkül ki tudtunk mutatni). Az eljárás előnye mindkettő alapanyagú golyóscsap esetén a könnyű vizsgálhatóság. Az egyes alkotó alkatrészeket adott esetben egyesével kellene, szétszerelt állapotban vizsgálni. A radiográfiai rendszer modernségének, alkalmazott technológiájának és hordozhatóságának köszönhetően a termékeket akár beépített állapotban a csővezeték részeként is lehet ellenőrizni. Szétszerelés nélkül is az egyes elemekről megfelelő, elégséges információkat lehet kinyerni a radiográfiai felvételekről, hogy azokat értékelni, esetleges karbantartási műveleteket meg lehessen valósítani.

A mobil vizsgálókocsi

Az elvégzett kutatási-fejlesztési pályázat során tehát elmondható, hogy sikerült egy olyan anyagvizsgálatokra és anyagvizsgálati oktatásra alkalmas mobil vizsgálókocsit megalkotni, ami egyezik a célkitűzésekben megfogalmazott igényekkel, elvekkel és módszerekkel. A platform tökéletesen alkalmas fém, műanyag és kompozit alapanyagú termékek roncsolásmentes vizsgálati feladatainak elvégzésére, megfelel a fejlett anyagtechnológiák megújítási igényeinek. A platform mobilitásának köszönhetően az ország (világ) bármely területén, nehezebb környezeti körülmények között is (például hiányzó közutak, mezőn keresztül futó föld alá épített távvezeték) képes jelen lenni. A választott berendezések és módszerek alkalmazásával teljeskörű, felületi és térfogati anyagvizsgálati feladatok oldhatók meg, tehát 100 %-os ellenőrzése biztosított a vizsgált termékeknek, alkatrészeknek. Olyan innovatív alkalmazásokat is sikerült kifejleszteni és vizsgálati módszerét kikísérletezni, amivel eddig egy anyagvizsgálati képzésen nem találkozhatott egy lelkes hallgató, gondolunk itt például a nyomtatott áramköri lapokra, vagy additív gyártással előállított termékekre. A vizsgálati módszerek könnyen, átadhatók, tanulhatók, és taníthatók.

A platform továbbá tökéletesen alkalmazható oktatási célokra is. Az utánfutó kialakításának köszönhetően kifejezetten alkalmas kihelyezett tanfolyamok, bemutatók prezentációk tartására, mivel az egyik oldalsó felület teljes mértékben felnyitható. A választott berendezések is nagy mértékben hozzájárultak a minél innovatívabb és jövőbe mutató műszaki ismeretek átadását. A berendezések vagy számítógép által vezérelt vagy számítógéphez, monitorhoz, kivetítő vászonhoz csatlakoztatható, így az elvégzett feladatok, beállítások és folyamatok nagyon egyszerűen oszthatók meg több emberrel is. A radiográfiai rendszer biztonsági követelményei is szolgálják ezt a célt, azáltal, hogy az ismert anyagvizsgáló röntgencsövek közül az általunk választottnak vannak a legkevésbé szigorú sugárzásvédelmi követelményei. Összességében elmondható, hogy a mobil roncsolásmentes anyagvizsgálati platformot az előzetes terveknek megfelelően sikerült megvalósítani.

Irodalomjegyzék

Balder Rai, C.V. Subramanion, T. Jayakumar: Non desructive testing of welds (2004); Chawla, K. K. Ceramic Matrix Composites. London: Chapman and Hall; Hegedűs Sándor: Erőművi hegesztett kötések minősítő rendszere; I. Gibson, D.W. Rosen, B. Stucker: Additive Manufacturing Technologies, Springer, New York; J. Krautkrmer, H. Krautkrmer, Ultrasonic Testing of Materials, 3rd Edition, Springer Berlin Heidelberg; J. L. Rose, Ultrasonic Waves in Solid Media, Cambridge University Press, Cambridge; Morgan, Peter. Carbon Fibers and the Composites. Boca Raton, FL: Taylor & Francis; Olympus Corporation, Panametrics-NDT, Ultrasonic Transducer Technical Notes (2006); Radigrafhy In Modern Industry (KODAK, 2009); Radiografiai vizsgálatok (Fülesi Lajos 2009, befejetlen kézirat);Schwartz, Mel M. Composites Materials. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, Inc; Szalay Ferenc: Roncsolásmentes vizsgálatok a GDHD–ban)