PS 7 2018 WWW 00 30 PRZEGLĄD SPAWALNICTWA Vol. 90 7/2018 Opracowywanie procedur badań ultradźwiękowych techniką TOFD w odniesieniu do stref martwych i rozdzielczości przestrzennej The development of an ultrasonic testing procedure using TOFD technique in the context of dead zones and spatial resolution Mgr inż. Rafał Kaczmarek – Politechnika Częstochowska, dr inż. Karol Kaczmarek – Instytut Spawalnictwa. Autor korespondencyjny/Corresponding author: rafal.kaczmarek133@gmail.com Streszczenie Obserwowany w ostatnich latach wzrost zastosowań nowoczesnych technik badań ultradźwiękowych (TOFD, phased array) wiąże się z koniecznością opracowywania stosownych procedur badawczych, różniących się istot- nie od typowych procedur dotyczących konwencjonalnych badań ultradźwiękowych. Z tego względu w pracy opisano najistotniejsze zagadnienia, które powinny zostać przeanali- zowane i uwzględnione na etapie przygotowania procedury badania ultradźwiękowego techniką czasu przejścia wiązki dyfrakcyjnej TOFD. Szczególną uwagę zwrócono na analizę wielkości stref martwych TOFD oraz zmian rozdzielczości przestrzennej na grubości badanego złącza, a także dopre- cyzowanie zasad oceny wskazań niemierzalnych w kierunku wysokości. Słowa kluczowe: badania ultradźwiękowe spoin; technika TOFD; procedura badania Abstract The increase in the use of advanced ultrasonic testing techniques such as TOFD and Phased Array, observed in re- cent years is connected with the necessity of development of appropriate testing procedures, differing significantly from typical procedures for conventional ultrasound exami- nations. For this reason, the paper describes the most impor- tant issues that should be analyzed and taken into account at the stage of preparation of the ultrasonic examination procedure with the time of flight diffraction TOFD technic. Particular attention has been paid to the size of TOFD dead zones and changes in spatial resolution on the thickness of the joint tested, as well as the clarification of the princi- ples for the assessment of unmeasurable in the direction of joint thickness indications. Keywords: ultrasonic testing of welds; TOFD; NDT proce- dures Wstęp Badania ultradźwiękowe techniką czasu przejścia wiąz- ki dyfrakcyjnej TOFD są stosowane w polskim przemyśle już dwie dekady [1]. Pierwsze zastosowania ograniczały się jednak w zasadzie wyłącznie do badań spoin obwodowych rurociągów, stąd ilość wykonywanych badań oraz liczba per- sonelu pracującego przy projektowaniu, wykonywaniu i oce- nie badań była niewielka. Wraz z dynamicznym rozwojem, dostępnością i spadkiem cen sprzętu do badań TOFD przeja- wiającym się w stosunkowo tanich, przenośnych defektosko- pach do badań UT+TOFD, a także dużym wyborem niewielkich, poręcznych skanerów umożliwiających badanie nawet krót- kich odcinków złączy doczołowych, możemy spodziewać się znacznego poszerzenia obszaru zastosowań techniki TOFD sukcesywnie zastępujących – wraz z techniką phased array Rafał Kaczmarek, Karol Kaczmarek przeglad Welding Technology Review – dotychczasowy obszar stosowania konwencjonalnych ba- dań ultradźwiękowych. Sprzyja temu zarówno pełna norma- lizacja obydwu technik (w aspekcie wykonawstwa oraz oce- ny wskazań), jak i ich główna zaleta w postaci wysokiej wia- rygodności dzięki pełnemu zapisowi cyfrowemu wyniku ba- dania a także znacznie wyższej wykrywalności w stosunku do badań UT. Poszerzeniu obszaru zastosowań techniki TOFD sprzyja także znaczna ilość publikacji ukazujących się w ostatnich la- tach w Polsce, pozwalająca na łatwe zapoznanie z najistotniej- szymi aspektami badań TOFD przez grono personelu badań NDT, inspektorów, spawalników, aż po klientów zamawiających konstrukcje spawane i poszukujących wiarygodnych metod potwierdzenia jakości wykonanych złączy spawanych [2÷6]. DOI:.http://dx .doi .org/10 .26628/ps .v90i7 .937 31PRZEGLĄD SPAWALNICTWA Vol. 90 7/2018 Z tego względu, wraz ze zwiększeniem obszaru zastoso- wań badań TOFD w przemyśle, znacznie poszerza się grono personelu NDT opracowującego procedury badań tą techni- ką. Ponieważ jest to zadanie różniące się istotnie od przy- gotowania typowych procedur dotyczących konwencjonal- nych badań ultradźwiękowych, z tego względu w niniejszym artykule autorzy starali się przybliżyć podstawowe zagad- nienia, które powinny zostać uwzględnione w tym procesie. Zalety i ograniczenia techniki TOFD Zastosowanie badań ultradźwiękowych techniką TOFD wykazuje wiele zalet w porównaniu z innymi metodami nieniszczących badań objętościowych. Do podstawowych zalet można zaliczyć relatywną łatwość przeprowadzenia badań, powiązaną z brakiem istotnych zagrożeń dla perso- nelu badającego i osób postronnych, wysoką wykrywalność, w szczególności nieciągłości płaskich, mały wpływ orien- tacji nieciągłości na jej wykrywalność oraz – w wielu przy- padkach – możliwość określenia rzeczywistych wymiarów nieciągłości, i co się z tym wiąże, stosowania wymiarowych kryteriów akceptacji. Niestety, wymienione wyżej zalety limitowane są wielo- ma czynnikami nierozłącznie związanymi z techniką TOFD. Pierwszą grupę czynników stanowią ograniczenia w zasto- sowaniu techniki TOFD. Wykorzystywane w niej sygnały dyfrakcyjne wykazują niską amplitudę, istotnym problemem staje się zatem poziom szumu, zarówno elektronicznego, jak i strukturalnego, utrudniający lub uniemożliwiający bada- nie materiałów gruboziarnistych, takich jak odlewy i złącza ze stali austenitycznych. Złożona geometria złącza stanowi bardzo istotne ograniczenie dla przeprowadzenia badania, wynikające z trudności w opracowaniu procedury badania, potrzeby stosowania wyspecjalizowanych skanerów i utrud- nionej analizy wyników. Z wyżej wymienionych powodów technika TOFD stosowana jest zasadniczo do badania złą- czy o prostej geometrii wykonanych z materiałów drobno- ziarnistych. Drugim ograniczeniem techniki TOFD są trudności do- tyczące wykrywalności, trudności w zakresie interpretacji oraz wymiarowania wskazań związane z nakładaniem się sygnałów ultradźwiękowych odbieranych przez głowicę. Pierwszym tego typu zjawiskiem jest tworzenie się stref martwych. W technice TOFD tworzą się dwie strefy martwe: od powierzchni badania oraz od powierzchni przeciwległej. Są one wynikiem nakładania się sygnałów odpowiednio fali podpowierzchniowej lub fali odbitej na ewentualne sygna- ły dyfrakcyjne pochodzące od wierzchołków nieciągłości. Może to prowadzić do trudności z wykryciem nieciągłości. Jeśli nieciągłość zostaje wykryta, to występuje poważna trudność, a często zupełny brak możliwości jej wymiarowa- nia, i co się z tym wiąże, również oceny jej akceptowalności. W przypadku nieciągłości wewnętrznych o niewielkiej wy- sokości może dojść do nałożenia się sygnałów od górnego i dolnego wierzchołka nieciągłości. Do nałożenia sygnałów dochodzi wówczas, gdy różnica w czasie przejścia pomiędzy impulsami jest krótsza od czasu trwania impulsu ultradź- więkowego. Nałożenie sygnałów odebranych przez głowicę uniemożliwia określenie wysokości nieciągłości. W efekcie niezgodności tego rodzaju tworzą wskazania niemierzalne w kierunku wysokości. Graniczny wymiar, poniżej którego do- chodzi do połączenia sygnałów pochodzących od górnego i dolnego wierzchołka nieciągłości nazywany jest rozdziel- czością przestrzenną. Nieciągłość o mniejszej wysokości od wartości rozdzielczości przestrzennej wygeneruje wskaza- nie w postaci sygnału będącego wynikiem nałożenia sygna- łów dyfrakcyjnych od górnej i dolnej krawędzi nieciągłości. Wskazanie takie traktowane jest jako niemierzalne po wyso- kości. Efektem braku możliwości określenia wysokości nie- ciągłości w oparciu o jej wskazanie są trudności w ocenie akceptowalności wskazania. PN-EN ISO 10863, określająca zasady badania techniką TOFD złączy spawanych, wymaga stosowania procedur ba- dania w najwyższych poziomach badania (C i D), nie okre- ślając jednak precyzyjnie wymagań dotyczących informacji, które powinny być zawarte w procedurze [7]. Wytyczne doty- czące opracowywania procedur badawczych, sformułowa- ne w sposób ogólny można odnaleźć w PN-EN ISO 16810 [8]. W praktyce stosowania techniki TOFD pojawia się jednak wiele specyficznych problemów dotyczących zarówno wyko- nania badania, jak i oceny wyników, które powinny być rozwa- żone na etapie opracowywania procedur badania. Jednym z tych zagadnień jest sposób postępowania ze wskazaniami, które nie są możliwe do jednoznacznego zwymiarowania. PN-EN ISO 15626 nie podaje wprost sposobu postępowa- nia w przypadku wykrycia tego rodzaju wskazań proble- matycznych, które nie mogą być jednoznacznie ocenione z powodu występowania w strefie martwej czy też wskazań niemierzalnych po wysokości [9]. Wskazówką podawaną przez normę PN-EN ISO 10863 jest wymóg oceny wskazania zgodnie z założeniem najgorszego scenariusza. Jednocze- śnie norma stwierdza, że wskazania, które nie mogą być jed- noznacznie sklasyfikowane, mogą wymagać dodatkowych badań. Można więc uznać, że dokładny sposób postępowa- nia w przypadku wykrycia tego rodzaju wskazań powinien być ostatecznie określony w procedurze badania. W dalszej części artykułu podano rozważania dotyczące tego zagad- nienia. Strefy martwe TOFD W badaniach TOFD występują strefy martwe od po- wierzchni skanowania oraz powierzchni przeciwległej bada- nego elementu. Strefa martwa od powierzchni skanowania jest spowodowana występowaniem sygnału fali podpo- wierzchniowej, czyli fali ultradźwiękowej podłużnej roz- przestrzeniającej się pod powierzchnią badania. Sygnały dyfrakcyjne od nieciągłości występujących płytko pod po- wierzchnią skanowania nakładają się na sygnał fali podpo- wierzchniowej. W efekcie mogą pozostać niewykryte. Jeśli natomiast zostaną wykryte, to występuje poważna trudność z ich interpretacją i wymiarowaniem. Zgodnie z PN-EN ISO 16828, wielkość strefy martwej od powierzchni skanowania Dds określona jest następującą zależnością [10]: (1) gdzie: c – prędkość dźwięku [m/s], tp – czas trwania sygnału ultradźwiękowego [µs], s – połowa odległości pomiędzy środkami głowic [mm]. Analogicznie, w przypadku strefy martwej od powierzchni przeciwległej Ddw, sygnały dyfrakcyjne od nieciągłości mogą zostać zasłonięte przez sygnał fali odbitej. Zgodnie z PN-EN ISO 16828 wielkość strefy martwej od powierzchni przeciw- ległej może zostać obliczona z wzoru: (2) gdzie: c – prędkość dźwięku [m/s], tw – czas przejścia wiązki odbitej od powierzchni przeciwle- głej [µs], W – grubość ścianki badanego elementu [mm]. 32 PRZEGLĄD SPAWALNICTWA Vol. 90 7/2018 Rys. 1. Wyniki badania próbki odniesienia o grubości t = 12 mm przy różnych parametrach głowic TOFD Fig. 1. The results of the tests of a reference block with a thickness of t = 12 mm and various probe parameters Rys. 2. Wynik badania TOFD złączą o grubości 12 mm skanowane- go od strony lica (a) i grani (b) spoiny (częstotliwość 10 MHz, śred- nica przetwornika 3 mm, kąt 70°) Fig. 2. The result of TOFD of welded joint, thickness of 12 mm, scan- ned from the face side (a) and rut (b) of the weld (frequency 10 MHz, diameter of the transducer 3 mm, angle 70 °) Fakt występowania stref martwych powoduje ogranicze- nie efektywnego obszaru badanego. Strefy martwe zmniej- szają wykrywalność nieciągłości występujących blisko powierzchni badanego elementu oraz utrudniają wymiaro- wanie nieciągłości w tych obszarach. Na rysunku 1 przedstawiono skany próbki odniesienia TOFD o grubości 12 mm, zawierającej trzy nieciągłości re- ferencyjne. Nieciągłość nr 2 to nacięcie o głębokości 1 mm wykonane od powierzchni przeciwległej, natomiast niecią- głość nr 3 to otwór cylindryczny o średnicy 2 mm wykonany na głębokości 4 mm pod powierzchnią skanowania. Niecią- głości te służą do sprawdzenia wykrywalności nieciągłości usytuowanych w obszarach stref martwych. Kolejne skany przedstawiają wyniki badania TOFD z następującymi para- metrami badania: – częstotliwość 5 MHz, wymiar przetwornika 6 mm, kąt 70° (rys. 1a), – częstotliwość 10 MHz, wymiar przetwornika 3 mm, kąt 70° (rys. 1b), – częstotliwość 15 MHz, wymiar przetwornika 3 mm, kąt 70° (rys. 1c). Korzystając z faktu występowania dużych różnic w wiel- kości stref martwych od powierzchni skanowania oraz od po- wierzchni przeciwległej, możliwa jest znaczna poprawa wy- krywalności poprzez wykonanie dodatkowego skanowania od powierzchni przeciwległej złącza. Na rysunku 2 zaprezen- towano obrazy TOFD uzyskane w badaniach wykonanych z powierzchni od strony lica i grani spoiny. Łatwo zauważyć, że trudny do wykrycia i jednoznacznej klasyfikacji sygnał 1 znajdujący się w strefie martwej przy powierzchni skanowa- nia (rys. 2a) staje się łatwy do interpretacji na obrazie TOFD uzyskanym w badaniu od strony grani spoiny (rys. 2b). W przypadku badania odpowiedzialnych elementów, w których dąży się do wykrycia wszystkich nieciągłości w ba- danym złączu, korzystne jest wykonanie badań TOFD z oby- dwu powierzchni złącza (od powierzchni lica i grani, o ile istnie- je dostęp). Zwiększa ono zarówno wykrywalność, jak i możli- wości interpretacji wskazań od nieciągłości położonych blisko powierzchni lica. Natomiast w przypadkach, w których bada- niom TOFD poddaje się tylko pewien procent długości złączy, badania z przeciwnej strony mogą być ograniczone do wybra- nych odcinków. Służą one wówczas do weryfikacji uprzednio wykrytych wskazań trudnych do interpretacji. Spadek częstotliwości badania powoduje wzrost wielko- ści stref martwych. Można to zaobserwować szczególnie na przykładzie strefy martwej przy powierzchni skanowa- nia, ze względu na znacznie większą wysokość tej strefy w stosunku do strefy martwej przy powierzchni przeciwle- głej. W przypadku badania głowicami o częstotliwości 5 MHz sygnał od górnej powierzchni jest całkowicie nałożony na sygnał fali podpowierzchniowej. Z kolei dla częstotliwości 10 MHz i 15 MHz wnikliwa obserwacja zmian na zobrazowa- niach typu A i B, powiązana z porównaniem wyglądu wska- zania od fali podpowierzchniowej w miejscu występowania nieciągłości z miejscami, gdzie ona nie występuje, umożli- wia wykrycie sygnału od górnej powierzchni otworu. Sygnał ten jest możliwy do zauważenia, jednak jego interferencja z sygnałem fali podpowierzchniowej utrudnia lub uniemożli- wia precyzyjne ustawienie kursora pomiarowego i dokładny pomiar wysokości wskazania. Przy opracowywaniu procedury badania należy zatem określić wielkości stref martwych i dokładnie przeanalizo- wać możliwe konsekwencje niewykrycia niewielkich niecią- głości znajdujących się w tych obszarach. W uzasadnionych przypadkach może być wskazane zaplanowanie dodatko- wych badań uzupełniających, mających na celu pokrycie obszarów stref martwych TOFD. Rozdzielczość przestrzenna Rozdzielczością przestrzenną badania TOFD nazywana jest najmniejsza wysokość nieciągłości, przy której nie na- stępuje nakładanie się sygnałów górnej i dolnej dyfrakcji. Rozdzielczość przestrzenna R na głębokości d opisana jest następującą zależnością: (3) gdzie: td – czas przejścia wiązki dla głębokości d [µs], d – głębokość w stosunku do powierzchni skanowania [mm]. Większość zmiennych w powyższym wzorze posiada jednoznacznie określoną wartość dla założonej konfiguracji badania. Wyjątkiem jest czas trwania sygnału ultradźwięko- wego. Wartość tego parametru uzależniona jest od arbitral- nie przyjętego kryterium spadku decybelowego, dla którego wyznaczana jest wartość czasu trwania impulsu. Wynika stąd, że wyznaczona w obliczeniach wartość rozdzielczo- ści badania będzie bezpośrednią konsekwencją przyjętego arbitralnie kryterium spadku decybelowego, dla którego wy- znaczana jest wartość czasu trwania impulsu. Przykładowe wartości czasu trwania impulsu ultradźwiękowego, dla róż- nych kryteriów spadku decybelowego podano w tablicy I. a) b) c) a) b) 33PRZEGLĄD SPAWALNICTWA Vol. 90 7/2018 Przedstawione w tablicy I wyniki dowodzą, że wybór kry- terium jest więc krytycznie ważny. PN-EN ISO 16828 określa, że jako kryterium należy traktować warunek -20 dB (10% am- plitudy). Znając wartości parametrów badania możliwe jest określenie rozdzielczości przestrzennej. Na rysunku 3 przed- stawiono wykres rozdzielczości przestrzennej od głębokości zalegania nieciągłości w badaniu złącza o grubości 10 mm. W oparciu o uzyskany wykres łatwo zauważyć, że naj- większe i najbardziej niekorzystne wartości rozdzielczości przestrzennej występują w przypadku wskazań położonych płytko pod powierzchnią skanowania. Ze wzrostem głębo- kości spada wartość rozdzielczości przestrzennej R, która najkorzystniejsze wartości z punktu widzenia wymiarowa- nia wysokości wskazań przyjmuje w pobliżu powierzchni przeciwległej. Na rysunku 4 umieszczono skan złącza spawanego o gru- bości 12 mm zawierający wskazania trudne do interpretacji i jednoznacznego zwymiarowania ze względu na niekorzystną wartość rozdzielczości przestrzennej na głębokości, na któ- rej występują (rys. 4a). Wskazania nr 1 i 2 są zlokalizowane tuż pod falą podpowierzchniową. Dopiero wykonanie bada- nia uzupełniającego, przeprowadzonego przy tych samych parametrach, jednakże z przeciwnej powierzchni (od stro- ny grani) pozwala na jednoznaczne sklasyfikowanie i zwy- miarowanie wskazań (rys. 4b). Wskazanie nr 1 może na tej podstawie zostać sklasyfikowane jako niemierzalne po wy- sokości w warunkach, kiedy na głębokości jego zalegania występuje korzystna wartość rozdzielczości przestrzennej, co wskazuje na niewielką wysokość wykrytej nieciągło- ści. Wskazanie nr 2 wykazuje natomiast wyraźne sygnały od górnej i dolnej krawędzi, dzięki czemu daje możliwość precyzyjnego zwymiarowania wysokości. Procedura badania TOFD Zgodnie z PN-EN ISO 10863, która stanowi podstawową normę badania w przypadku badania techniką TOFD złączy spawanych, dla poziomów badania C i D wymagane jest opracowanie procedury badania. Norma nie określa jednak- że jednoznacznie jakie informacje powinny zostać określo- ne w procedurze. Norma powołuje się na PN-EN ISO 16828, która z kolei w zakresie wymagań dotyczących procedu- ry badania, powołuje się na PN-EN ISO 16810. PN-EN ISO 16810 określa zakres informacji, które powinny być określo- ne w procedurze badania metodą ultradźwiękową. Do infor- macji tych należą: – opis badanego wyrobu, – odwołania do innych dokumentów, – kwalifikacje i certyfikacje personelu, – stan obiektu badania, – obszary badania, – przygotowanie powierzchni badania, – środek sprzęgający, – opis sprzętu wykorzystywanego w badaniach, – warunki otoczenia, – ustawienia i kalibracje, – plan badania/skanowania, – opis i kolejność czynności wykonywanych podczas bada- nia, – poziomy oceny i rejestracji, – wymagania dotyczące charakteryzowania niezgodności, – kryteria akceptacji, – wymagania dotyczące raportowania wyników badań [8]. Warto zwrócić uwagę na fakt, że wymagania te są często mniej lub bardziej precyzyjnie uszczegółowione w innych nor- mach, takich jak PN-EN ISO 10863 i PN-EN ISO 15626 w przy- padku badania złączy spawanych techniką TOFD. Niezależnie od tego, dla uzyskania wysokiej wiarygodności i powtarzal- ności wyników badań warunki te wymagają w wielu przypad- kach ostatecznego uszczegółowienia w procedurze badania. Pierwszym istotnym w tym kontekście zagadnieniem są wymagania dotyczące szeroko pojętych ustawień i kalibra- cji sprzętu. W technice TOFD wymaga to zaprojektowania i wykonania próbki odniesienia. Kolejnym krokiem jest wy- bór parametrów stosowanej konfiguracji TOFD oraz opraco- wanie planu badania (tzw. scan plan-u) wraz z weryfikacją wykrywalności na próbkach odniesienia. Przykładowy plan skanowania dla złącza o grubo- ści 120 mm ukosowanego na X przedstawiono na rysun- ku 5. Założono w nim podział na trzy strefy badania (0÷40, 40÷80, 80÷120 mm) i wykorzystanie trzech konfiguracji TOFD (TOFD1, TOFD2 i TOFD3). Skanowanie przy użyciu konfigura- cji odpowiedzialnej za wykrywanie nieciągłości położonych na największej głębokości jest wykonywane dwukrotnie z przesunięciem w stosunku do osi spoiny (TOFD3A i TOFD3B). Rys. 3. Rozdzielczość przestrzenna w funkcji głębokości na przykła- dzie badania złącza o grubości 10 mm przy częstotliwości głowic równej 5 MHz, 10 MHz i 15 MHz, kąt wprowadzenia wiązki 70° Fig. 3. Value of spatial resolution as a function of depth on the example of a joint test with a thickness of 10 mm at a frequency of 5 MHz, 10 MHz and 15 MHz, probe angle 70° Rys. 4. Wyniki badania złącza o grubości 12 mm z powierzchni od strony lica i grani spoiny. Na skanie od strony lica (a) wskazania nr 1 i 2 położone w strefie o niskiej rozdzielczości są trudne do kla- syfikacji i zwymiarowania Fig. 4. The results of the test of welded joint with a thickness of 12 mm, from the face side and the root side surface of the weld. On the scan from the face (a), indications 1 and 2 located in the low-resolution zone are difficult to classify and measure Tablica I. Wpływ wybranego kryterium spadku amplitudy na czas trwania impulsu ultradźwiękowego dla przetworników o częstotli- wości 10 MHz stosowanych w dalszych badaniach Table I. Example of impact of the selected amplitude drop criterion on the duration of the ultrasonic pulse for 10 MHz transducers used in further studies Częstotliwość przetwornika Czas trwania impulsu dla kryterium -14 dB -20 dB -40 dB 10 MHz 0,129 µs 0,233 µs 0,364 µs a) b) 34 PRZEGLĄD SPAWALNICTWA Vol. 90 7/2018 miaru wysokości wskazania o takiej wartości jest możliwa wyłącznie na głębokości 7÷10 mm (zakładając wykonanie badania zgodnie z wymaganiami ISO 10863, tzn. przy użyciu głowic o częstotliwości 15 MHz). Zatem nieciągłości nieak- ceptowalne o wysokości nieznacznie przekraczające 1 mm zalegające na głębokościach mniejszych (tzn. 0÷7 mm) będą zobrazowane w postaci tzw. wskazań „nitkowych”, nie- mierzalnych po wysokości (rys. 6). Z tego względu w procedurze badania powinny zostać zawarte jednoznaczne zalecenia dotyczące oceny wskazań niemierzalnych po wysokości oparte na analizie rozdzielczo- ści przestrzennej na głębokości badanego złącza dla zasto- sowanej konfiguracji badawczej (częstotliwości, odległości między środkami głowic PCS itd.). Na jej podstawie należy wyznaczyć dwie strefy ocenianego skanu: – pierwsza strefa, w której wartość rozdzielczości prze- strzennej jest większa od dopuszczalnej wysokości wska- zania. Strefa ta rozpoczyna się od powierzchni skanowania i kończy na głębokości, na której rozdzielczość przestrzen- na zrównuje się z dopuszczalną wysokością wskaza- nia. Wskazanie niemierzalne po wysokości występujące w tej strefie może pochodzić zarówno od nieciągłości o akceptowalnej wysokości (poniżej 1 mm w przytoczo- nym powyżej przypadku), jak i od nieciągłości, której wy- sokość przekracza wymiar dopuszczalny, lecz jest na tyle niewielka, że nie powoduje powstania dwóch oddzielnych wskazań dyfrakcyjnych od górnego i dolnego wierzchoł- ka nieciągłości. Wskazania niemierzalne po wysokości występujące w tej strefie powinny być ocenione jako nie- akceptowalne do weryfikacji. W przypadku, jeżeli istnieje możliwość przeprowadzenia badania rozstrzygającego, może ono być podstawą do ostatecznego zaakceptowa- nia takowego wskazania pod warunkiem, iż jednoznacznie potwierdzi jego akceptowalność. Badanie to powinno zo- stać przeprowadzone metodą o wykrywalności zbliżonej do badań TOFD. Stąd też preferowane techniki to bada- nia phased array lub TOFD z parametrami dopasowanymi do wykrycia i oceny danego wskazania. Zastosowanie konwencjonalnych badań ultradźwiękowych bądź radio- graficznych może prowadzić do braku wykrycia weryfiko- wanego wskazania (np. przyklejenia brzegowe o orientacji niekorzystnej w stosunku do promieniowania w bada- niach RT lub zastosowanego kąta wprowadzenia wiązki w badaniach UT). Rys. 6. Przykład wskazania niemierzalnego po wysokości w badaniu od strony lica (a). Badanie uzupełniające od strony grani spoiny (b) umożliwia lepszą interpretację wskazania dzięki korzystniejszej rozdzielczości przestrzennej Fig. 6. An example of an unmeasurable indication when tested from the face side of a weld (a). Supplementary examination from the root side of the weld (b) enables better interpretation due to the more favorable spatial resolution Rys. 5. Plan skanowania dla złącza o grubości 120 mm ze spoiną dwustronną ukosowaną na X wykonany w oprogramowaniu NDT- SetupBuilder Fig. 5. Scanplan for 120 mm joint with double side, X-type weld be- veled obtained in NDTSetupBuilder software Norma nie określa jednoznacznych wymagań dotyczą- cych weryfikacja ustawień sprzętowych. Wszystkie te za- gadnienia powinny być uszczegółowione przez osobę opra- cowującą procedurę badania w taki sposób, żeby uzyskać wysoką wiarygodność i powtarzalność wyników badania, przy jednoczesnym uwzględnieniu aspektów praktycznych związanych z wykonywanym badaniem. Na tym etapie na- leży szczegółowo przeanalizować wielkość stref martwych dla zastosowanej konfiguracji badawczej oraz potwierdzić wykrywalność nieciągłości w strefach przypowierzchnio- wych przy pomocy specjalnie wykonanych nieciągłości na próbce odniesienia. Drugim zagadnieniem, które powinno być brane pod uwa- gę na etapie opracowywania procedury badania jest uszcze- gółowienie zasad klasyfikacji i oceny wykrytych wskazań z punktu widzenia rozdzielczości przestrzennej dla zastoso- wanej konfiguracji TOFD. Poniżej przeanalizowane zostaną kryteria akceptacji podane w PN-EN ISO 15626 dla pozio- mu akceptacji 1 (odpowiadającego poziomowi jakości B) i grubości złącza równej t = 10 mm. Wskazania wewnętrzne o długości nieprzekraczającej 7,5 mm są akceptowalne do wysokości 2 mm, natomiast wychodzące na powierzchnię do wysokości 1,5 mm. Wskazania o długości powyżej 7,5 mm są akceptowalne, jeśli ich wysokość nie przekracza 1 mm. Wynika stąd, że w celu oceny akceptowalności wskazań ist- nieje potrzeba pomiaru ich wysokości na poziomie 1 mm. Z kolei rysunek 3 przedstawiający wykres rozdzielczości przestrzennej od głębokości obrazuje, iż możliwość po- a) b) 35PRZEGLĄD SPAWALNICTWA Vol. 90 7/2018 Literatura [1] Mackiewicz S., Kopiński J.: Doświadczenia z zastosowań ultradźwięko- wej techniki TOFD. Materiały VII Seminarium „Nieniszczące Badania Ma- teriałów”, Zakopane 14-16 marca 2001. [2] Śliwowski M.: Badanie obwodowych złączy spawanych gazociągów zmechanizowanym systemem ultradźwiękowym TOFD+PE. XXII Nauko- wo-Techniczna Krajowa Konferencja Spawalnicza, Międzyzdroje, 17÷19 maja 2016. [3] Kaczmarek R., Kaczmarek K., Słania J.: Zalety symultanicznych badań ul- tradźwiękowych techniką Phased Array i TOFD złączy spawanych, Prze- gląd Spawalnictwa, vol. 89, nr 4, 2017. [4] Kaczmarek K., Kaczmarek R.: Problematyka oceny jakości złączy spawa- nych techniką TOFD w świetle aktualnych norm przedmiotowych, Biule- tyn Instytutu Spawalnictwa, nr 3, 2017. [5] Kaczmarek R., Kaczmarek K., Słania J., Krawczyk R.: Wykonywanie ba- dań ultradźwiękowych techniką TOFD w aspekcie wymagań norm przed- miotowych, Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, nr 4, 2016. Podsumowanie Procedura badania ultradźwiękowego techniką czasu przejścia wiązki dyfrakcyjnej TOFD powinna zawierać udoku- mentowaną strategię badania, zapewniającą znormalizowaną i powtarzalną metodologię badania złącza. Wymaga to za- warcia w niej – prócz typowych informacji charakterystycznych dla badań ultradźwiękowych – znacznej ilości zagadnień specyficznych dla tej techniki. Między innymi musi ona uwzględniać wpływ stref martwych przy powierzchni skanowania oraz przy powierzchni przeciwległej na wykrywalność potencjalnych niezgodności spodziewanych ze względu na zasto- sowaną technologię wykonania złącza. W niektórych przypadkach, zwłaszcza przy badaniu złączy o wysokiej odpowie- dzialności, może to wymagać zapewnienia dodatkowego pokrycia stref martwych inną techniką badań (phased array, kon- wencjonalne badanie UT głowicami skośnymi). Ponadto procedura badania techniką TOFD powinna zawierać szczegółowe wytyczne dotyczące oceny wskazań niemierzalnych po wysokości, charakterystycznych dla nieciągłości o niewielkiej wy- sokości. Wytyczne te powinny być poprzedzone dokładną analizą wartości rozdzielczości przestrzennej wynikającej z pa- rametrów zastosowanej konfiguracji TOFD oraz dopuszczalnych wymiarów wskazań w kierunku głębokości wynikających z przyjętego poziomu akceptacji i grubości złącza. [6] Kaczmarek K., Irek P., Rawicki Ł., Słania J.: Wykrywanie niezgodności w złączach spawanych za pomocą techniki czasu przejścia wiązki dyfrak- cyjnej (TOFD), Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, nr 5, 2016. [7] PN-EN ISO 10863 Badania nieniszczące spoin – Badania ultradźwiękowe – Zastosowanie techniki dyfrakcji fal ultradźwiękowych (TOFD). [8] PN-EN ISO 16810 Badania nieniszczące – Badania ultradźwiękowe – Za- sady ogólne. [9] PN-EN ISO 15626 Badanie nieniszczące spoin – Technika czasu przej- ścia wiązki dyfrakcyjnej (TOFD) – Poziomy akceptacji. [10] PN-EN ISO 16828 Badania nieniszczące – Badania ultradźwiękowe – Dy- frakcyjna technika czasu przejścia jako sposób wykrywania i wymiaro- wania nieciągłości. – druga strefa, w której wartość rozdzielczości przestrzen- nej jest mniejsza od dopuszczalnej wysokości wskazania. Występuje ona przy powierzchni przeciwległej do powie- rzchni skanowania. Wskazania niemierzalne po wysokości występujące w tej strefie pochodzą wyłącznie od niecią- głości o wysokości mniejszej od wymiaru dopuszczalne- go, stąd też wszystkie są akceptowalne na tym etapie oce- ny (ze względu na ich wysokość). Jeżeli takowe wskazania występują w dużej ilości na danym odcinku skanu, wów- czas na kolejnym etapie oceny wliczają się one do suma- rycznej długości wskazań i w pewnych warunkach mogą decydować o braku akceptacji tegoż odcinka. Zaproponowany sposób postępowania ze wskazaniami niemierzalnymi po wysokości jest zgodny z zasadą „najgor- szego scenariusza”, wskazującą na interpretację wskazań niejednoznacznych w sposób najbardziej rygorystyczny, biorąc pod uwagę niebezpieczeństwo, jakie mogą stanowić na etapie eksploatacji badanych złączy. Ponieważ więk- szość wskazań uzyskiwanych w badaniach TOFD w prakty- ce przemysłowej pochodzi od niezgodności spawalniczych o niewielkiej wysokości (np. wskazania od niewielkich przy- klejeń brzegowych, międzyściegowych czy żużli, których wysokość rzadko przekracza 2 mm) z tego względu ko- nieczne jest określenie w procedurze badania jednoznacz- nych wymagań dotyczących oceny wskazań niemierzalnych po wysokości. Wymagania te powinny być efektem analizy rozdzielczości przestrzennej dla zastosowanej konfiguracji badawczej TOFD.