Thử nghiệm không phá hủy tại SKF

Công nghệ NDT
Thử nghiệm không phá hủy có thể được định nghĩa là quá trình kiểm tra, thử nghiệm hoặc đánh giá vật liệu, thành phần hoặc lắp ráp cho sự không liên tục hoặc khác biệt về đặc tính vật liệu mà không ảnh hưởng đến khả năng phục vụ của thành phần. Nói cách khác, khi kiểm tra hoặc kiểm tra hoàn thành, thành phần vẫn có thể được sử dụng.

Các phương pháp NDT có thể dựa vào việc sử dụng các hiện tượng vật lý như bức xạ điện từ, lan truyền âm thanh và các đặc tính vốn có của vật liệu để kiểm tra các mẫu rắn như các thành phần mang. Nhiều phương pháp NDT khác nhau tồn tại. Các phương pháp phổ biến nhất là :

• kiểm tra siêu âm
• thử nghiệm điện từ (thử nghiệm dòng xoáy)
• kiểm tra hạt từ tính
• kiểm tra phóng xạ
• thử nghiệm thẩm thấu chất lỏng
• kiểm tra trực quan
• kiểm tra phát xạ âm
• thử nghiệm nhiệt / hồng ngoại.

Trong số các phương pháp này, kiểm tra siêu âm và kiểm tra dòng điện xoáy là hai trong số các kỹ thuật thường được sử dụng nhất trong sản xuất vòng bi, bạc đạn. Một mô tả chi tiết hơn về các phương pháp sau đây.

Kiểm tra siêu âm Thử nghiệm
siêu âm (UT) là một loạt các kỹ thuật kiểm tra không phá hủy dựa trên sự lan truyền của sóng siêu âm trong vật thể hoặc vật liệu được thử nghiệm. Trong hầu hết các ứng dụng UT phổ biến, sóng xung siêu âm rất ngắn với tần số trung tâm từ 0,1 đến 20 MHz được truyền vào vật liệu để phát hiện lỗ hổng bên trong hoặc để mô tả vật liệu.

Trong thực tế, năng lượng âm thanh siêu âm được đưa vào thành phần cần kiểm tra bằng cách đưa nó tiếp xúc với đầu dò được kết nối với dụng cụ chẩn đoán. Yếu tố chính của bộ chuyển đổi này là các tinh thể piezo biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học dưới dạng các xung âm thanh được đưa vào vật liệu [1].

Các xung này được phản ánh tại các điểm không liên tục trong vật liệu như vùi và độ xốp hình thành trong quá trình luyện thép (hình 1).

Hình 2 cho thấy các bộ phận cơ bản của đầu dò cũng như trường âm thanh thu được, ở đây được biểu thị bằng trường áp suất âm thanh cho sóng truyền trong nước.

Thử nghiệm dòng điện xoáy Thử nghiệm dòng điện
xoáy (ET) là một trong nhiều phương pháp thử nghiệm điện từ được sử dụng trong NDT, sử dụng cảm ứng điện từ để phát hiện và mô tả các lỗ hổng bề mặt và dưới bề mặt trong vật liệu dẫn điện như thép và nhôm.

Các nguyên tắc của ET [2] được thể hiện trong hình. 3. Dòng điện xoáy được tạo ra thông qua một quá trình gọi là cảm ứng điện từ. Khi một dòng điện xoay chiều được đặt vào dây dẫn, chẳng hạn như dây đồng, từ trường sẽ phát triển trong và xung quanh dây dẫn (a). Từ trường này mở rộng khi dòng điện xoay chiều tăng lên tối đa và sụp đổ khi dòng điện giảm xuống bằng không. Nếu một dây dẫn điện khác được đưa đến gần với từ trường thay đổi này, dòng điện được tạo ra trong dây dẫn thứ hai này. Dòng điện xoáy là dòng điện cảm ứng chảy trong một đường tròn (b).

Sự thay đổi độ dẫn điện và tính thấm từ của đối tượng thử nghiệm và sự hiện diện của khuyết tật gây ra sự thay đổi dòng điện xoáy và sự thay đổi tương ứng về pha và biên độ có thể được phát hiện bởi một thiết bị kết nối với đầu dò (c).

Ở các giai đoạn khác nhau của quy trình sản xuất SKF, kỹ thuật ET được áp dụng cho các bộ phận vòng bi bán thành phẩm và hoàn thiện để mô tả đặc tính vật liệu và phát hiện các khuyết tật gần bề mặt như vết nứt và hư hỏng nhiệt gây ra trong quá trình gia công cứng.

NDT trong SKF sản xuất
SKF nỗ lực đảm bảo chất lượng bắt đầu với nguyên liệu thô. SKF hợp tác với các nhà cung cấp của mình để đảm bảo rằng tất cả các nguyên liệu thô đã mua đáp ứng các yêu cầu của SKF. Tự động hóa, 100% NDT nội tuyến là một phần quan trọng của các yêu cầu này.

Phần lớn các kiểm tra NDT tại SKF được thực hiện trong suốt quá trình sản xuất. SKF tuân theo tất cả các chỉ tiêu công nghiệp có liên quan được quy định trong các ngành công nghiệp sử dụng vòng bi SKF, như ngành hàng không vũ trụ và đường sắt. Hình. 4 cho thấy một máy để thử nghiệm 100% nội tuyến của bánh xe đường sắt và vòng bi hộp trục.

Được thúc đẩy bởi nhu cầu của khách hàng để tăng độ tin cậy, NDT đang ngày càng được yêu cầu bởi các ngành công nghiệp khác như ô tô và năng lượng tái tạo.

SKF có tiêu chí riêng cho vòng bi được sử dụng trong tuabin gió.

Tái sản xuất và điều tra hoàn trả hiện trường tiên tiến
Vòng bi đã được sử dụng hoặc thử nghiệm độ bền trong thiết bị thử nghiệm có thể được kiểm tra bằng nhiều phương pháp NDT khác nhau. Điều này là để cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về nguyên nhân gốc rễ của sự cố vòng bi và cơ chế xuống cấp của vòng bi hoặc, trong trường hợp kiểm tra tái sản xuất vòng bi, để kiểm tra thiệt hại dưới bề mặt và xem liệu bộ phận vòng bi có phù hợp để phục vụ thêm không.

Tại SKF, kiểm tra siêu âm được sử dụng để phát hiện các vết nứt mỏi dưới bề mặt như một phần của các cuộc điều tra thất bại như vậy. Hình 5 (bên trái) cho thấy hình ảnh siêu âm C siêu âm thể hiện năng lượng siêu âm phản xạ từ các vết nứt dưới bề mặt xung quanh chu vi của mương. Sau khi kiểm tra mặt cắt và kính hiển vi, tín hiệu siêu âm có thể tương quan với thiệt hại dưới bề mặt thực tế được tìm thấy như trong hình.

SKF tự động so với thủ công SKF đang phấn đấu cho mức độ tự động hóa cao của NDT trong các quy trình sản xuất. Lý do chính cho điều này là một khả năng gia tăng đáng tin cậy để hoàn thành nhiệm vụ được giao của kiểm tra. Nó đã được chỉ ra trong một số nghiên cứu rằng ngay cả với các quy trình được mô tả chính xác và các nhà khai thác lành nghề, tất cả các kiểm tra thủ công đều phải chịu khả năng thấp hơn do yếu tố con người.

Tất cả các phương pháp NDT đều có tính chất thống kê và khả năng phát hiện khuyết tật của chúng phải được mô tả theo xác suất. Do đó, không có sự chắc chắn trong NDT, chỉ có xác suất. Ngoài xác suất phát hiện khuyết tật hiện tại, xác suất tạo ra các dấu hiệu không có khuyết tật (nghĩa là từ chối sai) và xác suất không phát hiện ra khuyết tật hiện tại (nghĩa là chấp nhận sai) phải được xem xét.

Độ tin cậy của phương pháp NDT có thể được biểu thị dưới dạng thước đo thống kê định lượng về khả năng, trong các trường hợp cụ thể, để phát hiện các khuyết tật có kích thước cụ thể trong một phần xác định. Độ tin cậy của phương pháp NDT phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm kiểm tra thủ công so với kiểm tra tự động, khả năng thiết bị và kỹ năng vận hành. Độ tin cậy của quy trình NDT trong sản xuất có thể được thể hiện bằng cách sử dụng cái gọi là xác suất của đường cong phát hiện (POD). Hình cho thấy các nguyên tắc của đường cong POD như vậy. Hình 7 cho thấy mục tiêu của SKF để ​​cải thiện POD và độ tin cậy của các kỹ thuật NDT bằng cách cố gắng kiểm tra tự động, các nhà khai thác được đào tạo và có kỹ năng, quy trình được mô tả tốt và thiết bị có khả năng.

Số hóa Số
hóa là quá trình tạo ra mọi thứ kỹ thuật số có thể được số hóa và quá trình chuyển đổi thông tin thành định dạng kỹ thuật số. Trong các quy trình sản xuất SKF, số hóa là một phần của sự chuyển đổi công nghiệp, được gọi là Công nghiệp 4.0. Việc chuyển đổi này cũng được hỗ trợ bằng cách số hóa dữ liệu kiểm tra từ các thử nghiệm không phá hủy được thực hiện trong suốt quá trình sản xuất.

Theo truyền thống, dữ liệu NDE (đánh giá không phá hủy) thường bị loại bỏ ngay khi thử nghiệm được thực hiện, loại bỏ khả năng tìm hiểu cách thức một phần phát triển theo thời gian. Ngay cả khi dữ liệu được lưu, nó thường thiếu tính kết nối, giới hạn cách tích hợp nó vào một biểu diễn tổng thể của phần và cách thực hiện các hành động có mục đích trong quy trình sản xuất dựa trên kiến ​​thức từ dữ liệu này. Ví dụ, dữ liệu kiểm tra kỹ thuật số và kết nối sẽ mở ra cơ hội mới cho sản xuất vòng bi, bạc đạn bằng cách cho phép phản hồi nhanh và kiểm soát các quy trình sản xuất.

Mô hình hóa
Để tăng tốc độ phát triển và giảm thử nghiệm vật lý tốn thời gian và tài nguyên, SKF đang tập trung vào việc sử dụng các công cụ phân tích và mô phỏng dành riêng cho NDT. Hình 8 cho thấy một ví dụ về kết quả từ mô hình áp suất trường âm thanh trong vòng mang.

SKF hợp tác với các đối tác bên ngoài đẳng cấp thế giới
Để đảm bảo tiếp cận những phát triển mới nhất trong lĩnh vực NDT, SKF liên tục đánh giá các cơ hội hợp tác với các trường đại học, viện và nhà cung cấp tốt nhất.

Một trong những sáng kiến ​​mà SKF tài trợ là RCNDE [8] – Hiệp hội nghiên cứu trong đánh giá không phá hủy. Liên danh này là sự hợp tác thành công giữa ngành công nghiệp và học viện, được đồng tài trợ bởi Hội đồng nghiên cứu khoa học vật lý và kỹ thuật Anh (EPSRC). Thành viên của tập đoàn này là các công ty công nghiệp quốc tế đại diện cho các lĩnh vực dầu khí, hàng không vũ trụ, hạt nhân và sản xuất và các trường đại học có trụ sở tại Vương quốc Anh bao gồm Đại học Manchester, Đại học Hoàng gia Luân Đôn, Đại học Nottingham, Đại học Warwick, Đại học Strathclyde và Đại học Bristol. Các trường đại học này đang tiến hành nghiên cứu cốt lõi để giải quyết các thách thức chung trong ngành cũng như các dự án nghiên cứu được nhắm mục tiêu đang giải quyết các thách thức SKF cụ thể.

SKF gần đây cũng đã ký thỏa thuận thành viên với ARTC – Trung tâm Công nghệ và Tái sản xuất tiên tiến, Singapore [9]. Trung tâm này hỗ trợ SKF với những phát triển trong công nghệ sản xuất và tái sản xuất ở mức độ sẵn sàng công nghệ từ 4 đến 6, tức là thể hiện các công nghệ mới trong môi trường liên quan. Phát triển các công nghệ không phá hủy để xác minh sản phẩm của các thành phần tái sản xuất và kiểm tra sản xuất là một thế mạnh cốt lõi của trung tâm này.

SKF cũng là thành viên của Jernkontoret, tổ chức chi nhánh của ngành thép Thụy Điển. Một trong những ủy ban nghiên cứu của Jernkontoret tập trung vào NDT. Vai trò của ủy ban này là khởi xướng và chỉ đạo các dự án nghiên cứu thử nghiệm không phá hủy được tài trợ bởi các cơ quan chính phủ Thụy Điển được thực hiện tại các trường đại học và viện nghiên cứu của Thụy Điển.