Status Öppen Projekt nr Projekt namn
G830J OFP för bestämning av defekter, inre renhet och grafitstruktur.
Författare Rapport nr Utgåva Datum Jörgen Bloom 2011-013 _ 2011-12-30
OFP för bestämning av defekter, inre renhet och
grafitstruktur.
Sammanfattning
Detta delprojekt syftar till att studera befintliga metoder för oförstörande provning (OFP) av gjutgods. Gjuterier (och dess kunder) vill lättare och bättre kunna identifiera om gjutgodset innehåller defekter eller har en oönskad grafitstruktur och därmed möjliggöra att defekta detaljer stoppas i ett tidigare skede i tillverkningskedjan än idag. OFP-metoderna skall gå att bygga in i automatiserade efterbehandlingslinor. Befintliga OFP-metoder har studerats i en litteratursökning. Sammanfattningsvis så finns det många olika OFP-metoder och utvecklingen går snabbt inom detta område. Den avancerade signalbehandling som förekommer i moderna OFP-instrument har möjliggjort både nya metoder samt att äldre metoder förses med nya presentationsutrustningar, som både förenklar handhavandet och förbättrar noggrannheten. Att skilja ut en OFP-metod som passar för undersökning av allt gjutgods låter sig inte göras. Men det finns flera intressanta utrustningar som skulle kunna användas i automatiserade övervakningsanläggningar.
Nyckelord:
Oförstörande Provning, OFP, Ultraljud, Phased Array, Syntetisk Appertur, TOFD, Time of Flight Diffraction Technique, Digital Röntgen, Digital Radiografi, Akustisk Resonansundersökning, MikroMach, Eddy Current, Spricktestning, Transient Termografi.
Summary
Today, foundries (and their customers) want better and easier means of detecting defects or unwanted graphite morphologies in castings, in order to remove them earlier in the production process. Therefore, the purpose of this project is to compile a literature study of which existing Non Destructive Testing, NDT, methods are suitable for implementation in automated production line control systems. In summary, there is fast and diverse development of a wide range of different NDT instruments. The advanced signal processing that is common place in modern NDT instruments have resulted in new methods, but also improved handling and accuracy of more established methods. To single out a single NDT instrument that is particularly suitable for all castings is not possible. However, several NDT instruments and methods have been identified that could be suitable for implementation in automated production line control systems.
Keywords:
Non Destructive Testing, Ultrasound, Digital X-ray, Digital Radiografic, Acoustic Resonance, Cracktesting, Transient Termografi
1 Syfte och mål
Projekt G830J är uppdelat i två delar. Först skall en omvärldsbevakning göras av vilka tänkbara OFP-tekniker som är tillgängliga för att analysera gjutdefekter, inre renhet (här avses defekter i gjutna kanaler), och grafitstrukturer i gjutjärn. Med underlag av detta föreslå ett antal lämpliga tekniker för in-lineimplementation, vilka kommer att studeras i ett fortsättningsprojekt G837J under 2012.
Detta dokument är en avlämning från delprojektets första del som visar vilka av de OFP-principer som nämnts i litteraturen som kan vara lämpliga för projektets andra del. Att utvärdera om en eller flera av metoderna är praktiskt användbara för att kontrollera om defekter och oönskade grafitstrukturer praktiskt kan detekteras i gjutna komponenter i gjuterimiljö. Ytterligare information som sammanställts kommer att användas som arbetsmaterial under fortsättningsprojektet G837J, samt redovisas i det projektets slutrapport.
En lista på leverantörer av utrustning och kunskap ligger i bilaga 1.
2 Litteraturstudier
Projektgruppen har som önskemål att den valda OFP-utrustningen skall vara möjlig att anpassa för automatisk avsökning av gjutgods. Detta medför att äldre utrustningar och metoder till stor del är av mindre intresse för projektet. En stor del av undersökningarna har därför genomförts på internet för att ta del av moderna rapporter och utrustningar.
Översiktstabell för användbarhet för att olika defekttyper. Ultraljud Digital Radiografi Akustisk Resonans Magnetiska metoder IR-Metoder Dimensionsdefekter 2 2 2 0 2 Ytsprickor (I vätsketank) 1 2 2 2 2 Utåtgående ytfel 1 2 1 2 2 Inåtgående ytfel 1 2 1 2 2 Yttre sugningar 1 2 2 1 1
Inre sugningar/ porer/
blåsor 2 2 2 1 (nära ytan) 1 Inneslutningar 2 2 2 1 1 Grafitstruktur 1 0 2 1 2 Inre renhet (kanalundersökning) 1 2 0 0 0 Automatiserings potential 1 1 2 2 1
Swerea SWECAST AB Rapportnr 2011-013 _
Tabell på några fördelar och nackdelar med olika OFP-metoder.
Fördelar Nackdelar
Ultraljud, Phased Array och Syntetisk Apertur med vätsketank. + Hög noggrannhet. + Flexibelt. + Kan automatiseras. + Okänsligt för grov godstjocklek. + Ofarligt för operatörer. + Ger information om form och läge på felaktigheter.
+ Kort förberedelsetid.
- Detaljen måste sänkas i vätska.
- Detaljer med inre hålrum är besvärliga. - Manuell användning kräver skickliga operatörer. - Grov mikrostruktur försvårar undersökning. - Svårighet vid mycket tunt
gods.
- Svårt att hitta sprickor parallella med ultraljud strålen.
- Ytjämnheten kan påverka.
- Svårighet med ytliga defekter.
Ultraljud, TOFD + Hög noggrannhet.
+ Kan automatiseras. + Okänsligt för grov godstjocklek.
+ Ofarligt för operatörer. + Ger information om storlek och läge på felaktigheter. - Oflexibelt sändare/motagare arrangemang. - Speciellt anpassat för spricksökning efter svetsning.
Digital Radiografi + Hög noggrannhet.
+ Flexibelt.
+ Kan automatiseras. + Ger information om form och läge på felaktigheter.
+ Kort förberedelsetid. + Detekterar både ytliga och djupt liggande fel. + Fungerar även med inre hålrum i detaljen.
+ Kan anpassas till detaljer med olika godstjocklekar. + Även användbar för defekter i inre hålrum (kanaler) - Kräver skydd för personal. - Manuell användning kräver skickliga operatörer.
- Tjockväggigt gods kräver långa undersökningstider. - Tjockväggigt gods
minskar noggrannheten. - Kräver åtkomst från
minst två motstående sidor (för strålkälla & detektor).
- Svårt att hitta sprickor tvärs strålningsriktningen.
Akustisk Resonans + Kan automatiseras. + Snabb (4-6 sek). + Undersöker hela detaljen samtidigt. + Detekterar flera olika sorters fel.
+ Billigt vid stora serier.
- Oflexibelt.
- Kräver godkännda referensbitar.
- Ingen information om form, läge eller vilken sorts fel som gett utslag.
Magnetiska metoder + Kan automatiseras
+ Detekterar flera olika sorters fel.
- Manuell användning kräver skickliga operatörer.
- Detekterar endast fel i ytregionen.
IR-Metoder + Kan automatiseras.
+ Detekterar flera olika sorters fel.
- Tjockleksberoende. - Långsam metod?
Fiberoptisk undersökning - Ingen automatiserings
möjlighet hittad. - Operatörsberoende
3 Slutsats
Av de studerade OFP-metoderna är det flera som är lovande för en fördjupad studie. Projektledningen beslutar att till fortsättningsprojektet forsätta med utökade studier och försök med:
Ultraljud med Phased Array och Syntetisk apertur. Digital radiografi.
Akustisk resonans. IR-metoder.
4 Referenser
[1] NDT methods for light metal casting- State Of The Art report: Jan Ove Løland [2] QUANTITATIVE NDT STRUCTUROSCOPY OF CAST IRON
CASTINGS FOR VEHICLES (CARS AND LOCOMOTIVES: B. Skrbek*, J. Do ekal*, I. Tomáš
http://www.ndt.net/article/ENDTdays2007/ndt_in_progress/20.pdf
[3] Kapsel för använt kärnbränsle Oförstörande provning av svetsar: Svensk Kärnbränslehantering AB http://www.skb.se/upload/publications/pdf/R-06-06webb.pdf
[4]Basic Principles of Ultrasonic Testing (flera sidor)
http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/Introduction/descripti on.htm (2011-12-28)
Swerea SWECAST AB Rapportnr 2011-013 _
[6] Intro to Ultrasonic Phased Array by Tom Nelligan and Dan Kass http://www.olympus-ims.com/en/ultrasonics/intro-to-pa/ (2011-12-28) [7] Synthetic aperture ultrasound imaging
Jørgen Arendt Jensen *, Svetoslav Ivanov Nikolov, Kim Løkke Gammelmark, Morten Høgholm Pedersen
[8] Automated Ultrasonic Inspection of Nozzle Welds using Phased-Array Ultrasonic Testing Robert GINZEL , Edward GINZEL
http://www.ndt.net/article/SimNDT2010/papers/3_Ginzel.pdf
[9] Oförstörande provning av kapselkomponenter och svetsar Sammanfattning: Håkan Rydén http://skb.se/upload/publications/pdf/SKBdoc_1179633.pdf [10] Synthetic aperture ultrasound imaging: Jørgen Arendt Jensen *, Svetoslav
Ivanov Nikolov, Kim Løkke Gammelmark et al. http://ymk.k-space.org/MIR_sa1.pdf
[11]Combining fuzzy logic and neural networks in classification of weld defects using ultrasonic time-of-flight diffraction : C’Shekhar N Shitole, O Zahran et al. http://www.ndt.net/article/insight/papers/insi.49.2.79.pdf
[12] Ultrasonic testing and image processing for in-progress weld inspection: by Shaun Lawson http://www.ndt.net/article/shaun/shaun1.htm#semi (2011-12-28).
[13] Time of Flight Diffraction Technique (TOFD) -
An Ultrasonic Testing Method for all Applications? By A. Hecht http://www.ndt.net/article/tofd/hecht/hecht.htm (2011-12-28)
[14] Recent developments for automatic on-line TOFD inspection by Shaun Lawson. http://www.ndt.net/article/tofd/shaun/shaun2.htm (2011-12-28) [15] Time of flight diffraction (TOFD) technique for accuring sizing of surface breaking cracks. By Sony Baby, T. Balasubramanian, R.J Pardikar. et al. http://www.qnetworld.de/nde2002/papers/064P.pdf
[16] Time of Flight Diffraction - An Alternate Non-Destructive Testing Procedure to Replace Traditional Methods: K.G.Prabhakaran, Kellogg Brown
http://www.tesci.net/ToFD.pdf [17] Automated Scanning
http://www.ndted.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/Measu rementTech/automatedscanning.htm (2011-12-28)
[18] Digital Röntgen: Thomas Henriksson
http://www.ndtsweden.com/index.php?option=com_content&view=article&id=57 &Itemid=53 (2011-12-28)
[19] Acoustic Resonance Testing: the upcoming volume-oriented NDT method: Ingolf Hertlin, Detlev Schultze http://www.aaende.org.ar/sitio/biblioteca/material/T-061.pdf
[20] Crack and nodularity testing of brake parts: RTE Akustik + Prüftechnik (2011-12-28)
[21] Natural Frequency Test of Brake Discs: RTE Akustik + Prüftechnik GmbH (2011-12-28)
[22] Magnaflux Quasar Systems Overview.
http://www.quasarintl.com/files/Magnaflux_Quasar_Systems.pdf
[23] Oförstörande provning in-line, KTH Master of Science Thesis 2011: Andreas Bergqvist
[24] Eddy Current Testing vs. Ultrasonic IRIS for Inspection of Heat Exchanger Tubing: Anmol Birring. http://www.nde.com/ECT%20vs%20IRIS.pdf
[25] MikroMach – Ett universalinstrument: SWEREA MEFOS I focus nr 1 2011, s5.
[26] Transient Thermography: EngineersHandbook.com
Swerea SWECAST AB Rapportnr 2011-013 _
Bilaga 1 OFP-leverantörer, tillverkare och konsulter.
Företag Metoder Hemsida Övrigt
BIR (Bio-Imaging Research Inc
Digital radiografering www.varian.com/us/xray/prod
ucts/digital_radiography/
Lev. till SKB
Olympus Sverige AB Phased Array
Eddy-undersökning
www.olympus- ims.com/en/ultrasonics/intro-to-pa/
(R/D tech)
TWI Ultraljud med mera. www.twi.co.uk/technologies/i
nspection/ Verkar mer konsult än tillverkare, verkar fixa lösningar AGR Eminem AB Lars Carlsson
Phased Array, Time-Of-Flight-Diffraction (TOFD), Pulse Echo, Corrosion Mapping www.agr.com/Our- Services/Field- Operations/Ultrasonic- Technologies/Our-Products/TD-Focus-Scan/ Lev till SKB UiO Ultraljudsimulering
signalbehandling & bildanalys
www.mn.uio.no/ifi/english/res earch/groups/dsb/resources/sof tware/ultrasim/index.html Lev till SKB Physical Acoustics Scandinavia
Akustisk resonansprovning www.pacndt.com
Inspecta Sweden AB Avancerad RT;
Digitalröntgen Avancerad UT; Phased array, TOFD, EMAT, IRIS, Long och Short Range UT Avancerad ET; MFL, SLOFEC, eddyMax, array ET
www.inspecta.se
GE Inspection Technologies Ultraljud. Radiografering. Virvelströmsprovning www.geinspectiontechnologie s.com Exova AB Nils-Erik Adolfsson OFP-konsulter. www.exova.se DEKRA Industrial AB (f.d. ÅF-Kontroll) OFP-konsulter. www.dekra-industrial.se
MA-Nordic Eddy current/magnetiska
metoder
http://www.manordic.com/
Magnaflux? Akustisk resonans http://www.quasarintl.com/fer
rous-casting Swerea MEFOS
MikroMach
Annika.Nilsson@mefos.se Signaler och System vid
Uppsala Universitet Ultraljudundersökningar
FLIR Tillverkar värmekameror http://www.flir.com/thermogra phy/eurasia/se/ Trinergi Återförsäljare värmekameror http://www.trinergi.se/Produkt er/Varmekameror
Leif Norman Physical Acoustics
Scand Ultraljudanläggningar i vattenbad 031-252040
Swerea KIMAB
Ultraljudsundersökning i vätsketank
