Nedestruktivní zkoušky v SKF

Skupina Quality Technology (QT) je součástí skupiny technologického rozvoje SKF Group Technology Development (GTD) a zaměřuje se na standardizaci a vývoj veškerých postupů kontroly kvality ve výrobních závodech SKF. Nedestruktivní zkoušky představují jednu z důležitých oblastí, v níž SKF usiluje o zavedení standardizace.
Nedestruktivní zkoušky (NDT) mohou být definovány jako proces kontroly, testování či vyhodnocování materiálů a dílů, nebo zjišťování nepravidelností či odchylek v materiálových charakteristikách bez negativního dopadu na provozuschopnost dílu. Jinými slovy: po dokončení kontroly nebo testu může být součást nadále používána. Zkoušky využívají fyzikální jevy, jako např. vyzařování elektromagnetického pole, šíření zvuku a základní vlastnosti materiálu ke zkoumání pevných vzorků, jako jsou díly ložisek. Nejběžnější z nedestruktivních zkoušek jsou: ultrazvuková, elektromagnetická, magnetická prášková (zkouška vířivými proudy), radiografická, penetrační, vizuální, zkouška akustickou emisí a termografická/infračervená zkouška. Ve výrobě ložisek jsou nejčastěji používány dvě – ultrazvuková a zkouška vířivými proudy.

Ultrazvuková zkouška (UT)
Tvoří ji řada nedestruktivních zkušebních postupů, které jsou založeny na šíření ultrazvukových vln ve zkoumaném předmětu nebo materiálu. Při provádění jsou do materiálu vysílány ultrazvukové vlny ve formě velmi krátkých impulsů se středovou frekvencí v rozsahu od 0,1 do 20 MHz, které umožní zjistit vnitřní vady nebo určit vlastnosti materiálu.
V praxi je energie ultrazvuku vyslána do testovaného dílu vysílačem, který se dotýká dílu a je připojený k diagnostickému zařízení. Základní součástí tohoto vysílače je piezokrystal, který převádí elektrickou energii na mechanickou ve formě zvukových impulsů vysílaných do materiálu. Impulsy se odrážejí na vnitřních vadách v materiálu, jako např. vměstcích a dutinách, které vznikly při výrobě oceli (viz obr. 1). Na obr. 2 jsou základní součásti vysílače a výsledné zvukové pole - zde je představuje pole akustického tlaku vln, které se šíří ve vodě.

Zkouška vířivými proudy (ET)
Využívá elektromagnetickou indukci ke zjištění a určení povrchových a podpovrchových vad ve vodivých materiálech, např. v oceli a hliníku (viz obr. 3). Vířivé proudy jsou vyvolány jevem, který se nazývá elektromagnetická indukce. Jestliže do vodiče - např. měděného drátu - přivedeme střídavý proud, vytvoří se kolem něho magnetické pole (a). Pole se zvětšuje tak, jak proud roste k maximální hodnotě, a zmenšuje se, když proud klesá k nule. Jestliže vložíme do tohoto pole další elektrický vodič, je v něm indukován proud. Vířivé proudy jsou indukované elektrické proudy, které tečou po kruhové dráze (b). Změny elektrické vodivosti a magnetické permeability v testovaném předmětu a přítomnost vad vyvolávají změnu vířivého proudu a odpovídající změnu fáze a amplitudy. Tyto změny zachytí přístroj připojený ke snímači (c).
Na různých stupních výrobních procesů využívá SKF metodu vířivých proudů ke zjišťování materiálových vlastností hotových dílů ložisek a jejich polotovarů a dále k detekci vad, které se nacházejí blízko pod povrchem, např. trhlin a poškození způsobených teplem při obrábění.

NDT ve výrobních závodech SKF
Převážná část nedestruktivních zkoušek se v SKF provádí v průběhu výrobního procesu. Výrobce dodržuje veškeré významné průmyslové normy, jejichž splnění požadují odvětví, v nichž jsou ložiska používána, jako jsou železniční nebo letecký průmysl. Obr. 4 ukazuje stroje na 100% in-line zkoušení ložisek pro dvojkolí a nápravové skříně železničních vozů.
Na základě požadavků zákazníků na zvýšení spolehlivosti jsou NDT stále více vyžadovány i v jiných průmyslových odvětvích, např. v automobilovém průmyslu a průmyslu obnovitelných energií.

Zkoušky ložisek vrácených z provozu
Ložiska, která již byla používána, nebo ložiska, která byla podrobena únavové zkoušce na zkušebním zařízení, mohou být zkoumána různými nedestruktivními metodami. Takovým způsobem lze získat více informací o prvotní příčině selhání ložiska a mechanismu degradace ložiska. V případě ložiska zaslaného k repasování je možné zjistit podpovrchové poškození a ověřit, zda díly ložiska mohou být dále používány.
Ke zjišťování podpovrchových únavových trhlin při stanovení příčin selhání využívá SKF ultrazvukové zkoušky. Na ultrazvukovém zobrazení (viz. obr. 5 vlevo) je zachycena ultrazvuková energie odražená od podpovrchové trhliny, jež se vytvořila po obvodu oběžné dráhy ložiska. Na základě prozkoumání odříznuté části ložiska pod mikroskopem lze korelovat ultrazvukové signály podle zjištěného skutečného podpovrchového poškození (obr. 5 vpravo).

Automatické a ruční nedestruktivní zkoušky
SKF usiluje o zavedení vysokého stupně automatizace nedestruktivních zkoušek ve výrobním procesu. Hlavním důvodem je vyšší spolehlivost při provádění přiděleného kontrolního úkolu. Všechny nedestruktivní zkoušky jsou ze své povahy statistické a jejich schopnost zjistit vady musí být popsána pravděpodobnostně. V důsledku toho NDT nezaručují, že vada bude nalezena s naprostou jistotou, nýbrž pouze s určitou mírou pravděpodobnosti. Kromě pravděpodobnosti, že bude zjištěna skutečná vada, je třeba vzít v úvahu i pravděpodobnost vzniku příznaků vady i tam, kde se žádná vada nevyskytovala (tzn. falešné vyřazení), a dále pravděpodobnost, že skutečná vada nebude zjištěna (tzn. falešné převzetí).
Spolehlivost NDT může být vyjádřena jako kvantitativní statistická míra schopnosti zjistit za daných okolností vady určité velikosti v definovaném dílu. Spolehlivost závisí na velkém počtu faktorů, např. zda je prováděna ručně nebo automaticky, na parametrech zařízení a kvalifikaci operátorů. Spolehlivost NDT ve výrobě lze vyjádřit tzv. křivkou pravděpodobnosti detekce (POD) - viz obr. 6. Na obr. 7 ukazuje SKF záměr zlepšit POD a spolehlivost NDT zavedením automatické kontroly a přesně popsaných postupů.

Digitalizace
V rámci výrobních procesů SKF tvoří digitalizace součást transformace průmyslu. Ta zahrnuje rovněž digitalizaci kontrolních dat z nedestruktivních zkoušek prováděných v průběhu výrobního procesu.
Data NDE (nedestruktivní vyhodnocení) jsou běžně ztracena v okamžiku ukončení testu, a tedy není možné zjistit, jak se mění stav dílu v průběhu času. I v případě, že data jsou uložena, často chybí vzájemné souvislosti, a tedy je omezena možnost integrace do holistické reprezentace dílu a přijetí účelných opatření v rámci výrobního procesu na základě poznatků získaných z těchto dat. Digitální a vzájemně související data zjištěná při zkoušce nabízejí nové možnosti pro výrobu ložisek, např. umožňují zajistit rychlou zpětnou odezvu a řízení výrobních procesů.

Modelování
Výrobce SKF se zaměřuje na využití analytických nástrojů a simulací pro nedestruktivní zkoušky, aby urychlila vývoj a omezila fyzické testování, které je náročné na zdroje i čas. Obr. 8 ukazuje příklad výsledků modelování pole akustického tlaku v ložiskovém kroužku.

Spolupráce SKF s nejlepšími partnery
SKF spolupracuje s nejlepšími universitami, ústavy a dodavateli, aby měla zajištěný přístup k výsledkům nejnovějšího vývoje v oblasti NDT. Jednou z iniciativ, které sponzoruje, je RCNDE – Research Consortium in Non-Destructive Evaluation (Výzkumné konsorcium pro nedestruktivní vyhodnocení). Jde o konsorcium, které vzniklo spoluprácí průmyslu s akademickou sférou. Jeho členy jsou mezinárodní firmy zastupující ropný a plynárenský průmysl, letecký průmysl, výrobu jaderné energie a výrobní podniky, jakož i britské university, které provádějí základní výzkum zaměřený na řešení společných základních problémů v průmyslu a pracují i na specificky zaměřených projektech podle požadavků SKF.
SKF je také členem Jernkontoret, organizační pobočky švédského ocelářského průmyslu, a nedávno podepsala také dohodu o členství s ARTC – Advanced Remanufacturing and Technology Centre (Centrum pro pokročilé repasování a technologie) v Singapuru, kde vývoj nedestruktivních technologií pro ověřování repasovaných dílů a výrobní kontrola patří k silným stránkám tohoto centra.

Jonas Hallbäck, specialista na NDT v Quality Technology SKF

Publikováno: 1. 10. 2017 | Počet zobrazení: 2191 379