Badania nieniszczące odlewów aluminiowych: RTG, tomografia i penetranty – kiedy je zlecać i jak określić kryteria

Badania nieniszczące (NDT) sprawdzają odlew bez jego niszczenia. Radiografia (RTG) i tomografia komputerowa (CT) pokazują wady wewnętrzne, a badanie penetracyjne (PT) – nieciągłości otwarte na powierzchnię. Poradnik pomaga konstruktorom i działom jakości dobrać metodę do funkcji detalu i zapisać kryteria odbioru tak, żeby odlewnia mogła je wycenić i spełnić.

W skrócie

• RTG według EN 12681-1 (błona) i EN 12681-2 (detektory cyfrowe) wykrywa porowatość gazową i skurczową, jamy oraz wtrącenia. CT pokazuje te same wady w 3D, z położeniem i objętością.
• Badanie penetracyjne wykrywa tylko wady otwarte na powierzchnię. EN 1371-1 obejmuje odlewy piaskowe, kokilowe i niskociśnieniowe, ale nie ciśnieniowe ani precyzyjne.
• Metoda magnetyczno-proszkowa nie działa na aluminium, bo wymaga materiału ferromagnetycznego.
• Kryteria akceptacji nie wynikają z samej metody. Trzeba wskazać strefy na rysunku, dopuszczalny poziom wad (np. według wzorców ASTM E155 lub ASTM E505) i zakres badań.
• EN 1559-1 zalicza metodę i zakres badań nieniszczących do ustaleń zamówienia. Dla odlewów aluminiowych uzupełnia ją EN 1559-4.

Jakie badania nieniszczące stosuje się dla odlewów aluminiowych?

Każda metoda wykrywa inny rodzaj wad, dlatego zwykle się je łączy. Zestawienie pokazuje, co która wykrywa i gdzie ma granice.

Metoda	Co wykrywa	Ograniczenia	Norma lub wzorzec
Kontrola wizualna (VT)	wady powierzchniowe: niedolewy, zimne zlewy, pęknięcia, uszkodzenia	tylko powierzchnia; kryteria najlepiej ustalić na odlewie wzorcowym	uzgodnienie stron
Kontrola wymiarów	odchyłki wymiarów i kształtu, przesunięcie rdzeni, brak naddatku	nie ocenia stanu materiału	tolerancje według ISO 8062-3
Badanie penetracyjne (PT)	pęknięcia, porowatość i zimne zlewy otwarte na powierzchnię	nie wykrywa wad pod powierzchnią	EN 1371-1 (bez odlewów ciśnieniowych i precyzyjnych)
Radiografia (RT, RTG)	porowatość gazowa i skurczowa, jamy, wtrącenia	obraz 2D bez głębokości wady; pęknięcia widać tylko przy korzystnym ustawieniu względem wiązki	EN 12681-1, EN 12681-2; wzorce ASTM E155 i ASTM E505
Tomografia komputerowa (CT)	wady wewnętrzne w 3D: położenie, wielkość, objętość; porównanie z modelem CAD	wyższy koszt i dłuższy czas; ograniczona wielkość i grubość detalu	ocena porowatości według BDG P 203
Próba szczelności	nieszczelność przelotowa ścianki	metoda spadku ciśnienia nie wskazuje miejsca wady; lokalizuje je próba pęcherzykowa lub sonda helowa	parametry uzgadnia się indywidualnie

Badania magnetyczno-proszkowego, popularnego przy odlewach stalowych i żeliwnych, nie stosuje się do aluminium. Wady powierzchniowe w odlewach aluminiowych wykrywa się penetrantami. Dobór ciśnienia, medium i dopuszczalnego przecieku opisujemy w tekście o próbach szczelności i impregnacji odlewów.

Gdzie w odlewie aluminiowym powstają wady wewnętrzne?

Wady nie rozkładają się w odlewie równomiernie, więc badania warto kierować tam, gdzie są najbardziej prawdopodobne.

Porowatość gazowa wynika głównie z wodoru rozpuszczonego w ciekłym metalu. Akademicki podręcznik „Odlewnictwo” (WNT) nazywa obecność wodoru w stopach aluminium „wyjątkowo niekorzystną” i wiąże z zawartością gazów także skłonność do porowatości skurczowej. Dlatego pierwszą linią obrony jest odgazowanie i rafinacja ciekłego metalu, a nie badanie gotowych odlewów.

Jamy i porowatość skurczowa powstają w węzłach cieplnych, czyli w miejscach, które krzepną najpóźniej, np. w krzyżowych i teowych połączeniach ścian. Zbyt cienkie ścianki grożą z kolei niedolewami i zimnymi zlewami. Jak tego unikać, pokazujemy w przewodniku po zasadach projektowania odlewów aluminiowych.

Wniosek dla badań: strefy krytyczne to zwykle masywne węzły, okolice przyszłych powierzchni uszczelniających i obrabianych oraz miejsca najbardziej obciążone. Pory obniżają przede wszystkim wydłużenie i wytrzymałość zmęczeniową – więcej o tym w tekście o tym, jak porowatość wpływa na wytrzymałość odlewu.

Normy i wzorce: czym ocenia się wyniki badań?

Normy metod opisują, jak wykonać badanie. O tym, co jest dopuszczalne, decydują wzorce i kryteria uzgodnione w zamówieniu.

Dokument	Czego dotyczy	Uwagi
EN 12681-1:2017	radiografia odlewów techniką błonową (promieniowanie X i gamma)	odlewy z dowolnej metody i z różnych metali, w tym z aluminium; nie dotyczy odlewów lotniczych
EN 12681-2:2017	radiografia odlewów z detektorami cyfrowymi (CR, DDA)	wymagania mają zapewnić czułość porównywalną z błoną
ASTM E155	radiogramy wzorcowe dla odlewów z aluminium i magnezu	rodzaje nieciągłości w 8 stopniach; grubości odniesienia 6,35 mm (ścianki do 12,7 mm) i 19,1 mm (ścianki 12,7–51 mm); wzorce błonowe, dla obrazów cyfrowych – ASTM E2422
ASTM E505-22	radiogramy wzorcowe dla odlewów ciśnieniowych z aluminium i magnezu	3 kategorie nieciągłości w 4 poziomach
EN 1371-1:2011	badanie penetracyjne odlewów piaskowych, kokilowych i niskociśnieniowych	nie obejmuje odlewów ciśnieniowych ani precyzyjnych (te ostatnie – część 2 normy)
VDG P 201 i BDG P 202	klasyfikacja porowatości i ubytków objętości na przekrojach	odlew trzeba przeciąć; ocenę można też prowadzić na wirtualnych przekrojach z CT
ISO 10049:2019	wizualna ocena porowatości na obrobionych powierzchniach odlewów aluminiowych	nie służy do oceny radiogramów
BDG P 203 (2019)	ocena porowatości na podstawie tomografii	strefy funkcjonalne, dopuszczalna porowatość w strefie, średnica zastępcza i liczba porów
EN 1559-1:2011 i EN 1559-4:2015	techniczne warunki dostawy odlewów: ogólne i dodatkowe dla stopów aluminium	metodę i zakres badań nieniszczących uzgadnia się w zamówieniu; EN 1559-4 powołuje EN 1371-1 i EN 12681

Wzorce ASTM ułatwiają rozmowę o kryteriach: zamiast opisywać porowatość słowami, wskazuje się rodzaj nieciągłości i stopień, który jest jeszcze dopuszczalny.

Jak określić kryteria akceptacji?

Sam zapis „RTG 100%” w zamówieniu nie wystarcza. Odlewnia i laboratorium muszą wiedzieć, gdzie badać, czym i co jest dopuszczalne. Kompletne wymagania obejmują zwykle:

1. Strefy na rysunku – np. strefa A (powierzchnie uszczelniające, miejsca najbardziej obciążone) i strefa B (pozostała część odlewu), każda z własnymi kryteriami.
2. Metodę i technikę – np. RTG z detektorem cyfrowym według EN 12681-2 z podanymi kierunkami prześwietlenia albo CT.
3. Poziom dopuszczalnych wad – np. stopnie według ASTM E155 dla poszczególnych rodzajów nieciągłości, a na powierzchniach obrobionych – ocena według ISO 10049.
4. Zakres badań – 100%, próbkowanie albo tylko pierwsze sztuki.
5. Dokumentację – protokół z obrazami lub wynikami dołączany do dostawy. Jeśli wyniki mają być potwierdzone w dokumencie kontroli, np. w świadectwie 3.1 wystawianym dla partii, zapisz to w zamówieniu.
6. Postępowanie z niezgodnościami – czy i w których strefach dopuszcza się naprawę, np. spawaniem. EN 1559-4 zawiera klasyfikację wybrań do spawania naprawczego odlewów aluminiowych.

Przykład zapisu (wartości umowne): „Strefa A według rysunku: RTG pierwszych 5 sztuk, potem 2 sztuki z każdej partii; porowatość gazowa nie gorsza niż stopień 2, skurczowa nie gorsza niż stopień 1 według ASTM E155. Strefa B: bez wymagań RTG”.

100%, próbkowanie czy pierwsze sztuki?

Zakres badań to kompromis między ryzykiem a kosztem. W praktyce stosuje się zwykle taki podział:

• Prototypy i pierwsze sztuki – badanie pełne, najlepiej CT. Po nałożeniu modelu CAD widać, czy narzędzie przy obróbce nie przetnie porów. Wyniki pomagają poprawić układ wlewowy i zasilanie, zanim ruszy seria.
• Ustabilizowana seria – próbkowanie RTG według uzgodnionego planu, np. kilka sztuk z partii lub wytopu.
• Detale krytyczne dla bezpieczeństwa – RTG lub CT stref krytycznych w każdej sztuce, jeśli wymaga tego klient lub przepisy.
• Zmiana procesu (nowa forma, inny układ wlewowy, inny stop) – ponowne badanie jak dla pierwszych sztuk.

Kto wykonuje badania i co, gdy wada wyjdzie po obróbce?

Badania może wykonać odlewnia, jeśli ma sprzęt i personel z kwalifikacjami w danej metodzie, albo laboratorium zewnętrzne. Dla zamawiającego ważniejsze od miejsca jest to, czy metoda, technika i kryteria są zapisane, a wynik udokumentowany. Jeśli wymagasz laboratorium akredytowanego albo udziału strony trzeciej, wpisz to w zamówieniu.

Część wad ujawnia się dopiero przy obróbce skrawaniem, gdy narzędzie odsłoni pory pod powierzchnią odlewu. Dlatego kryteria dla powierzchni obrobionych warto ustalić z góry. Jeśli mimo to wada wyjdzie u Ciebie, opisz miejsce, dołącz zdjęcia i prześlij zgłoszenie reklamacyjne – ułatwi to ustalenie przyczyny i korektę procesu.

Najczęściej zadawane pytania

Ustalmy zakres badań dla Twojego odlewu

Zaznacz na rysunku strefy krytyczne i opisz warunki pracy detalu. Zaproponujemy zakres kontroli i sposób dokumentowania wyników jeszcze przed przygotowaniem oferty. Kryteria odbioru naszych odlewów opisują warunki odbioru odlewów, w tym część o badaniach; rysunek ze strefami prześlij przez formularz kontaktowy.

Źródła i normy

• EN 12681-1:2017 i EN 12681-2:2017 – badania radiograficzne odlewów (technika błonowa i detektory cyfrowe).
• EN 1371-1:2011 – badanie penetracyjne odlewów piaskowych, kokilowych i niskociśnieniowych.
• ASTM E155 – Standard Reference Radiographs for Inspection of Aluminum and Magnesium Castings; ASTM E505-22 – Standard Reference Radiographs for Inspection of Aluminum and Magnesium Die Castings.
• VDG P 201, BDG P 202 i BDG P 203 (2019) – ocena porowatości odlewów na przekrojach i na podstawie tomografii.
• ISO 10049:2019 – Aluminium alloy castings – Visual method for assessing the porosity.
• EN 1559-1:2011 i EN 1559-4:2015 – techniczne warunki dostawy odlewów (postanowienia ogólne i wymagania dodatkowe dla odlewów ze stopów aluminium).
• M. Perzyk (red.), Odlewnictwo, WNT, Warszawa – rozdz. 3.2, tabl. 3.13 i 3.14 (s. 172–175) oraz rozdz. 4.2.6 „Metody kontroli ciekłych stopów” (s. 244).