Pentru realizarea studiului de caz și a cercetărilor experimentale am utilizat aparatură de ultimă generație de la firma PARKER RESEARCH CORP. . [301965]

Rezumat

Dezvoltarea considerabilă din ultimele decenii a [anonimizat]-a [anonimizat], și-a lărgit sfera de cuprindere prin referire și la materialele care au intrat de curînd în compunerea diferitelor categorii de construcții inginerești.

Lucrarea este împărțită pe parcursul a [anonimizat].

Utilizarea aparatelor de verificat cu particole magnetice reduce semnificativ timpul de mentenanță și costurile aferente unei opriri accidentale a echipamentului, deoarece cuptorul de clinker este un echipament vital în procesul de producție al cimentului (inima fabricii). Opririle planificate sunt de preferat în detrimentul celor accidentale deoarece cele din urmă au un mare impact asupra costurilor de mentenanță. Oprirea pentru 48 de ore a instalației de clinkerizare costă aproximativ 200.000 euro.

În primul capitol se prezintă proceul de producere a cimentului. [anonimizat]. [anonimizat].. [anonimizat]-se la verificarea cu particole magnetice la coroana dințată a unui cuptor rotativ de clinker la firma S.C. Holcim (Aleșd) S.A.

[anonimizat] o [anonimizat], [anonimizat] o [anonimizat].

Pentru realizarea studiului de caz și a cercetărilor experimentale am utilizat aparatură de ultimă generație de la firma PARKER RESEARCH CORP. .

Menționez că lucrez în domeniul mentenanței din 2010 și am participat activ la verificările periodice a tuturor instalațiilor din cadrul firmei.

CUPRINS

Capitolul 1

Procesul de producere a cimentului…………………………………………………………………….6

Concasare concasarea materiei prime…………………………………………………………….9

Instalatia de măcinare a materiei prime………………………………………………………..11

Cuptor rotativ de clincher…………………………………………………………………………..14

Instalația de măcinare a clinkerului………………………………………………………………17

1.5 Expediția cimentului…………………………………………………………………………………..18

1.6 Controlul calității cimentului……………………………………………………………………….20

1.7 Aspecte importante asupra controlului mediului……………………………………………22

Capitolul 2 – Detectarea defectelor cuptorului………………………………………………………………25

Capitolul 3 – Metode de control nedistructive NDE……………………………………………………….38

3.1 Control nedistructiv………………………………………………………………………………….38

3.2 Alte metode …………………………………………………………………………………………….44

Capitolul 4 Studiu de caz:

–Verificarea cu particule magnetice (MT) a coroanei dințate cuptorului…………………..45

4.1 Descrierea aparatului……………………………………………………………………………………..46

4.2 Obiectivul lucrarii…………………………………………………………………………………………47

4.3 Concluzie……………………………………………………………………………………………………..63

Bibliografie ……………………………………………………………………………………………………………..64

Capitolul l

Procesul de producere a cimentului

Fig.1 Procesul de obținere a cimentului

Cimentul este un liant hidraulic, obținut prin măcinarea clincherului cu un adaos de 3-6% ghips și alte adaosuri, funcție de sortimentul de ciment care trebuie obținut.

Liant: produs sub formă de pulbere care se întărește în prezența apei

Hidraulic: proprietatea de a se întări atât în mediu umed cât și uscat și de a rezista în timp la acțiunea apei

Clincherul: material sub formă de granule sferice obținut prin topirea parțială a unui amestec de materii prime calcaroase și argiloase.

Materii prime de bază

1. materii prime principale

roci argiloase

roci calcaroase

marnele

2. materii prime auxiliare

de corecție: aluminoase, silicioase, feruginoase

regulatori de întărire: fosfogips ,ghips

Calcarul : roca naturala cu un conținut de minim 80% CaCO3, componentul principal al carbonatului de calciu este calcitul CaO

Marnele : roci intermediare între cele argiloase (20-70% particule argiloase)

si cele carbonilice

Argila : materia primă de bază cu un conținut de aluminiu si de hidrosilicați

Principali compuși oxidici ai cimentului sunt: Al2O3,CaO, SiO2, Fe2O3 (C,S,A,F)

Compușii oxidici secundari: K2O,MgO, Na2O,MnO, SO3

Deschiderea și exploatarea unei cariere urmărește aprovizionarea cu un anumit volum de materii prime necesar în timp pentru fabricarea cimentului, de asemenea trebuie cunoscute și condițiile exploatare, posibilitatea alimentării cu energie electrică, posibilitatea realizării căilor de acces și transport, apă, combustibili. Cele mai importante criterii sunt acelea de ordin economic ca: prețul de cost, valoarea investiției, durata de recuperare a investițiilor din beneficii.

Fig.1.1 Interfață fabrica de ciment

In urma unor analize chimice a conținutului corespunzător de oxizi principali necesari fabricării cimentului, care sunt obținute prin forare, se extrage materia prima prin puscare.

Fig.1.2 Transport materii prime

Primă etapă de micșorare a granulometriei materialului este procesul de puscare si se face cu ajutorul unor materiale explozibile. Materialul obținut este încărcat de incarcatoare în belazuri, apoi este transportat la concasorul giratoriu.Extragerea materiei prime se face în trepte.

Fig.1.3 Detonare materie primă

Concasarea materiei prime

În procesul de fabricare al cimentului, materiile prime trebuie mărunțite la dimensiuni convenabile pentru buna desfășurare a operațiilor tehnologice,.

Procesul de maruntire se realizează prin reducerea dimensiunilor particulelor din care este alcătuit un material granular, aceasta operație se realizează printr-o separare mecanică a unor grupuri de molecule din masa acestora, ca urmare a unor importante transferuri de energie de la utilajele de mărunțit la particulele de material.

Fig.1.1.1 Concasor giratoriu

Concasorul giratoriu realizează mărunțirea materialului datorită apăsării continue a unui trunchi de con, care se rotește excentric într-un alt trunchi de con gol.

Materialul obtinut este transportat pe bandă la alt concasor cu ciocane în care sfărmarea se realizează atât prin lovirea materialului de pereții acestuia cat si prin loviri succesive ale ciocanelor.

Din carieră materialul este transportat pe bandă în hala de preomogenizare. Preomogenizarea a materialului concasat are scopul de a reduce variațiile chimice a

amestecului brut. Procesul constă din depunerea materialului în halde (pile) longitudinale,ulterior materialul este extras pentru alimentarea morii de făină, practica a demonstrat că fluctuațiile chimice a făinii influențează mult operarea cuptorului.

Fig.1.1.2 Hala de preomogenizare

Avantajele sistemului de preomogenizare:

Posibilitatea conducerii automate cu eficiență maximă a procesului tehnologic

Reduceri de consumuri specifice de combustibili, energie, materiale

Exploatarea economică si sigură a cuptoarelor

Asigurarea materiei prime pe cel puțin 5 zile de funcționare a fabricii

Depozitare a materialului si procesul de preomogenizare se face cu ajutorul unui stecker, care se deplasează pe o cale de rulare făcând astfel posibilă depozitarea materialului în straturi, eficiența omogenizării este în funcție de straturi cu cât mai multe cu atât este mai bună. Materialul se depozitează sub forma unui trunchi de con triunghiular, materialul cu granulometrie mai mare se rostogolește la baza trunchiului. Extragerea materialului se face cu ajutorul unui extractor cu grapă,prezentat in figura de mai jos (reclaimer).1.1.3

Fig.1.1.3 Reclaimer

Materialul este transportat pe bandă de cauciuc din hala de preomogenizare, care este acționată de tamburul de acționare. Materialul este transportat pe un covor de cauciuc care este susținut de role metalice, banda de cauciuc face un circuit închis de mișcare, întoarcere lui fiind posibilă cu tamburul de întoarcere. Cu ajutorul benzii materialul este transportat la dozare unde se adaugă materialele de corecție calcar de corecție, pirită, nisip apoi este transportat pe benzi la moara tubulară cu bile.

1.2 Instalatia de măcinare a materiei prime

Măcinarea se realizează prin aplicarea asupra mixturii unor forte de strivire si frecare de către corpurile de măcinare (bile). Umiditatea si Finețea făinii sunt importante pentru realizarea ușoară a omogenizării făinii si a transportului în vederea realizării reacțiilor chimice care au loc în cuptor.

Fig.1.2.1 Moara tubulară de făină

Măcinarea făinii este etapa de reducție a materiilor prime între procesul de ardere si procesul de concasare cu scopul de a realiza:

Asigurarea proporțiilor corecte a componenților în făină

Producerea făinii cu finețea adecvată pentru producerea clincherului de calitate

Uscarea amestecului brut pentru realizarea transportului făinii

Omogenizarea componenților

După procesul de măcinare a făinii în moara cu bile aceasta este transportată prin rigole la separator, care separă materialul după finețea granulometriei acestuia, materialul cu granulometrie care nu corespunde normelor este introdus înapoi în moară prin rigole. Rigola este un echipament fix de transport a materialului care este transportat datorită debitului și presiunii aerului și unghiului de înclinare a rigolei. Materialul care are finețea corespunzătoare este transportat prin rigole către elevatorul cu cupe care transportă materialul în celulele de omogenizare apoi în silozurile de omogenizare. Aceste silozuri sunt construcții cilindrice din beton menite să depoziteze materialul, extragerea materialului din silozuri se face tot cu ajutorul aerului prin casete de aerare.

Fig.1.2.2 Silozurile de făină

Făina este introdusă in turnul de preîncălzire, unde începe procesul de inițiere a reacțiilor si încălzire , în câteva secunde făina este încălzită de la 60° la cca. 850° și începe descompunerea carbonatului de calciu.

Fig.1.2.3 Turnul de cicloane

1.3 Cuptor rotativ de clincher

Fiind denumit și “inima fabricii” acesta este utilajul conducător de proces. Cuptorul rotativ este caracterizat prin construcție ca un tambur rotativ și prin funcție ca un utilaj, in care se desfașoară-integral sau numai în fazele finale-procesul termotehnologic al clinckerizării. La interior tubul metalic al cuptorului este captușit cu materiale refractare și termoizolante. Principalii parametri prin care se definesc cuptoarele rotative, din punct de vedere tehnologic, sunt: capacitatea de producție, consumul specific de combustibil, iar din punct de vedere constructiv funcțional, diametrul interior al tolei, lungimea, inclinația și turația.

Circulatia materialului în cuptor are loc datorita rotirii și inclinației tubului solid.Inclinația tubului cuptorului este de regula 3-3,5%.Debitul de material care traversează în unitatea de timp o secțiune oarecare a cuptorului, perpendiculară pe axa sa.

Gradul de umplere, cuprins intre 5-10 %- cel mai adesea 7% – rezultat din condițiile de incalzire optimă, deci din condițiile tehnologice de funcționare și din unghiul de taluz natural al materialului, este variabil pe lungimea cuptorului, în funcție de starea în care se află materialul (pastă, granule, praf) care determină, în principal, viteza de avansare locală.Viteza de rotație a cuptoarelor este cuprinsa între 1,2 si 4,0 rot/min rezultată din condițiile tehnologice de funcționare.Din punct de vedere termotehnologic cuptorul rotativ se poate considera ca fiind alcătuit din două tronsoane:

-un tronson- reprezentând zona de ardere- în care au loc reacții exotermice de formare a constituenților mineralogici ai clinkerului și arderea combustibilului aferent cuptorului rotativ, care este deci focarul cuptorului.

-un tronson,primul în sensul parcurgerii cuptorului de catre materialul solid supus tratamentului termic, in care se produce transferul caldurii de la gaze și care are ca atare rolul esențial de schimbator de caldură.

Căldura necesară întregului lanț de reacții chimice este asigurată de arzătoarele cu flacără, asigurand astfel temperatura necesară procesului final de sinterizare a materiei prime preîncălzite în clincher.

Pentru asigurarea temperaturii necesare transformării 1450° C se folosesc atât alternativi (cauciuc, deșeuri mase plastice, hârtie, textile etc.) cat si combustibili tradiționali (cărbunele, păcura).

Fig.1.3.1 Interiorul cuptorului rotativ de clincher

Combustibili tradiționali cărbunele măcinat în moara verticală, împreună cu aerul sunt introdusi în cuptor prin arzător pe la capul cald al cuptorului.

Slamul petrolier si cauciucurile sunt introduse în cuptor pe la capul rece al acestuia.

Fig.1.3.2 Banda transportoare combustibili alternativi

Deșeurile(SRF) sunt tocate și introduse și ele în cuptor prin arzător pe la capul cald al cuptorului.

Prin insuflare de aer rece in răcitorul grătar (fig.1.3.3) se realizeaza procesul termic de racire a fazei lichide (topitura), formând structura solidă clincherul.

Fig.1.3.3.Racitorul Gratar

Fig.1.3.4 Ventilatoarele răcitorului grătar de clincher

După realizarea clincherul acesta este mărunțit din nou într-un concasor pozitionat la un capatul racitorului gratar și transportat prin transportoare cu cupe datorită temperaturii acestuia 160°C la silozurile de clincher.

1.4 Instalatia de măcinare a clincherului

Măcinarea clincherului se realizeaza în mori tubulare cu bile, procesul de măcinare a clincherului și echipamentul folosit este asemănător cu cel de la măcinare făină.

Echipamentele principale la sistemele de măcinare ata pentru moara de faina cat si pentru moara de ciment sunt:

Bandă transportoare

Separator de metal

Transportor metalic

Elevator cu cupe

Ștergător de bandă

Bandă transportoare pentru materiale prăfoase

Rigola

Sistem de desprăfuire

Fig.1.4.1 Moara de ciment

Rezultatul amestecării clincherului cu gipsul în proporție de cca. 4% este cimentul Portland.

Pentru obținerea diferitelor tipuri de ciment compozit se pot adăuga materiale cum ar fi: zgura și/sau materiale pozzolanice, cenușa de termocentrală,. Cimenturile compozite au ca scop principal reducerea conținutului de clincher prin înlocuire cu alte materiale ce au aceeași caracteristici hidraulice.

Pentru cimenturile compozite aditivii utilizați se pot adăuga în cursul procesului de măcinare al clincherului și cei care necesită procese de extracție și condiționare cum ar fi:

Extracție din carieră

Concasarea

Uscarea

O altă destinație a cimenturilor compozite sunt aplicațiile speciale cum ar fi:

Rezistența la alcalii (rezervoare de stocare)

Căldura de hidratare mică (diguri, lucrări de baraje)

Depozitarea cimentului se face în silozuri de depozitare, în vederea ușurării procesului de extracție, silozurile sunt prevăzute cu casete de aerare cu scopul fluidizării materialului.

1.5. Expediția cimentului

Din aceste silozuri cimentul este extras și transportat la vrac unde sunt incarcate autotrenuri speciale pentru transport ciment, iar o parte este extras și însăcuit cu ajutorul masinilor de insacuire, sacii de ciment sunt transportați spre paletizare cu ajutorul benzilor, unde sunt aranjati pe paleti si infoliati, iar apoi sunt incarcati in cmioane cu stivuitoarele.

Fig.1.5.1 Însăcuirea cimentului

Fig.1.5.2 Paletizare saci ciment

Fig.1.5.3 Transport ciment

1.6 Controlul calității cimentului

Acest proces de fabricație a cimentului este atent monitorizat din punct de vedere a calității produsului finit, fiecare fază este urmărită. Controlul calității si fabricației cimentului revine ca atribuție laboratorului, care execută controlul compoziției materiei prime, al clincherului al amestecului acestora și al cimentului.

Laboratoarele au următoarele activități:

Determinări fizice (umiditatea materiilor prime și a adaosurilor, finețea de măcinare pentru făină și ciment, granulometria materiilor prime, a făinii, a clincherului, a cimentului, timpul de priză, gradul de clincherizare).

Determinări chimice pentru determinarea compoziției materiilor prime, a clincherului, a combustibililor, a adaosurilor, a apelor industriale

Analize spectrale, termice si microscopice diferențiale pentru stabilirea texturii, structurii și compoziției mineralogice în special a clincherului, precum și a proceselor termice ce au loc la formarea clincherului

Incercării fizico-mecanice si analize prin care se stabilesc caracteristicile specifice ale cimentului (R 2 zile, R 28 zile)

Stabilirea parametrilor tehnologici si a rețetelor de fabricație specifici fiecărui sortiment de ciment și urmărirea pe toată durata realizării procesului tehnologic.

Fig.1.6.1 Laborator

1.7 Aspecte importante asupra controlul mediului

Impactul procesului de fabricare a cimentului asupra mediului ỉnconjurator prin:

Tabelul 1.7.1 Factori de poluare

Fig.1.7.2 Instalații de captare a prafului prin saci de filtru

Fig.1.7.3 O monitorizare continuă a compoziției gazelor evacuate la coș

Fig.1.7.4 Tratarea apelor reziduale

Fig.1.7.5 Exploatarea rațională a carierelor de materii prime

Capitolul II

În capitolul II se va prezenta cea mai importantă instalație dintr-o fabrică de ciment și anume cuptorul rotativ de clinkerizare (inima). Pentru a preîntâmpina eventualele defecte ce ar putea duce la opriri îndelungate ale instalației de clinckerizare este necesară o monitorizare atentă a tuturor echipamentelor. Pentru detectarea defectelor se folosesc diferite metode: inspecția vizuală, cu lichide penetrante, cu lichide magnetice și testarea cu ultrasunete. Este necesar să se verifice anual inele și rolele de sprijin ale cuptorului.

Figura 2.1 Verificarile NDT ale cuptorului

VT (test vizual) – este o testare vizuală a componentelor cu scopul de a descoperii eventuale defecte ce au efecte vizibile. Orice tip de investigare trebuie să fie precedată de o examinare vizuală a supafeței. Procedeul este simplu dar indispensabil, examinarea vizuală presupune respectarea condițiilor de claritate satisfăcătoare a suprafețelor materialelor, echipamentelor și sudurilor luând în considerare caracteristicile și proprietățile acestora.

Pentru control vizual se folosesc diferite ustensile optice cum ar fi endoscop, lupe, lămpi etc. Prin control visual sunt furnizate o serie de indicii legate de aspectul suprafeței metalului precum și estimarea unor defecte interne (recipiente metalice, butelii de gaze, conducte, tuburi etc)

Odată cu controlul visual se pot determina și dimensiuile defectelor de îmbinare, grosimile recipientului sudat, dimensiunile cordonului sudat etc.

Fisuri detectate prin inspecție vizuală în funcționare ( inele ):

Fisura adancă( oprire neprogramată ) , incarcare cu sudură și ținută sub observație sau inlocuirea inelului incluzând secțiune din mantă.

Fisuri care nu pot fi detectate în timp:

Avarie totala în operare cu potențial de a produce deteriorarea și a altor componente , oprirea producției, durată mare , inlocuirea inelului incluzând secțiune din manta etc.

Fig.2.2 Verificarea fisurii vizuale a inelului

Deteriorarea suprafeței a dus la o mare presiune hidraulică în microstructura formând pittinguri mari fig 2.3.

Fig 2.3. Inelul cuptorului

Fig 2.4. Aria din jurul ușii de vizitare

Verificarea a posibilelor fisuri, pitting, uzură și înregistrarea gradului de uzura și a defectelor

Fig 2.5. Pinionul de acționare a coroanei

PT (test cu lichide penetrante) – constă în aplicarea unui lichid capilar activ penetrant pe suprafața de examinat, îndepărtarea penetrantului rămas în afara discontinuităților și aplicarea unui material absorbant, ce absoarbe penetrantul aflat în discontinuități punând astfel în evidență, prin contrast, defectele existente; această metodă se aplică pentru depistarea defectelor de suprafață. Se pot pune de asemenea în evidență fisurile de oboseală și de coroziune. Pentru control trebuie curătată și pregatită suprafața de examinare.

Metoda este aplicată cu success îmbinărilor sudate, dar se poate face și înainte de sudură (pentru efectuarea unui control al tuturor suprafețelor înainte de a fi sudate).

Fig 2.6. Teste cu lichide penetrante (PT)

Detectarea fisurilor în coroană cu ajutorul lichidelor penetrante, PT

Fig. 2.7 Coroana acționare cuptor

MT (test cu particule magnetice) – Metoda permite detectarea defectelor materialelor feromagnetice. Un material este considerat ca fiind feromagnetic atata timp cat este supus la un camp continuu de 2400 A/m și prezintă o inducție de cel puțin 1 Tesla.

Fig. 2.8 Test cu particule magnetice (MT)

Fig.2.9. Test cu particule magnetice pe inelul cuptorului Cuptor (MT)

Fig.2.10. Test cu particule magnetice(MT)

Fig. 2.11.Fixarea inelului pe cuptor

UT (test cu ultrasunete) – metoda este bazată pe undele mecanice (ultrasunete) generate de un element piezo-magnetic excitat la o frecvență cuprinsă de regulă între 2 și 5 Mhz. Controlul presupune transmiterea, reflexia, absorbția unei unde ultrasonore ce se propagă în piesa de controlat. Fasciculul de unde emis se reflectă în interiorul piesei și pe defecte, după care revine către defectoscop ce poate fi în același timp emițător și receptor. Poziționarea defectului se face prin interpretarea semnalelor.

Metoda prezintă avantajul de a găsi defectele în profunzime datorită unei rezoluții ridicate, însă este lentă datorită necesității de scanare multiplă a piesei. Uneori este necesară executarea controlului pe mai multe suprafețe ale piesei. Metoda de control prin ultrasunete este foarte sensibilă la detectarea defectelor netede.

Pentru detectarea defectelor cea mai bună poziție este cea perpendiculară

Fig.2.12. Ultrasonic Test (UT)

Fig.2.13. Test cu ultrasunete la inelul cuptorului(UT)

Fig.2.14. Test cu ultrasunete la inelul cuptorului (UT)

Fig.2.15. MT, PT, pentru detectarea fisurilor la suprafață

Fig. 2.16 UT pentru detectarea fisurilor la interior

Fig.2.17 UT Inspecția sudurii

Fig.2.18. UT la axul rolei cuptorului

Fig. 2.19. UT la axul rolei cuptorului

Fig.2.20. Rola suport cuptor

Fig.2.21. Testarea cu ultrasunete a Rolei de Cuptor (UT)

Capitolul III

Metode de control nedistructive NDE

3.1. Controlul nedistructiv (engleză nondestructive testing, prescurtat NDT) reprezintă modalitatea de control al rezistenței unei structuri, piese etc fără a fi necesară demontarea, ori distrugerea acestora.

Este un ansamblu de metode ce permite caracterizarea stării de integritate a pieselor, structurilor industriale, fără a le degrada, fie în decursul producției, fie pe parcursul utilizării prin efectuarea de teste nedistructive în mod regulat pentru a detecta defecte ce prin alte metode este fie mai dificil, fie mai costisitor.

Domenii de aplicare

Domeniile de aplicare ale controlului nedestructiv sunt cele mai diverse sectoare ale industriei:

industria automobilelor (diferite piese);

industria navală (controlul corpului navei și a structurilor sudate);

conducte îngropate sau submerse sub apă supuse coroziunii;

platforme marine;

aeronautică (aripile avioanelor, diferite piese de motor, etc);

industria energetică (reactoare, turbine, cazane de încălzire, tubulatură, etc);

industria aerospațială și militară;

arheologie;

structuri feroviare;

industria petrochimică;

construcții de mașini (piese turnate sau forjate, ansamble și subansamble).

Se poate afirma că metodele NDT se aplică în toate sectoarele de producție.

În timpurile trecute, clopotarii și făurarii ascultau sunetele pe care le produceau obiectele create, astfel că fiecărui material îi corespundea un sunet.

1854 – în Hartford, Connecticut explozia unui boiler la firma Fales and Gay Gray Car, se soldează cu moartea a 21 de lucrători și rănind alți 50. De atunci, s-a impus o verificare anuală a boilerelor;

1895 – Wilhelm Conrad Röntgen a descoperit prezența razelor X. În prima sa lucrare arată despre posibilitatea detectării unui defect de structură;

1920 – Dr. H. H. Lester concepe dezvoltarea radiografiei industriale a metalelor, apoi în 1924 folosește metoda pentru detectarea de fisuri în unele piese turnate la o termocentrală

1926 – este realizat primul aparat electromagnetic cu curenți turbionari;

1927 – 1928 – Elmer Sperry și H.C. Drake concep un sistem cu inducție magnetică pentru detectarea defectelor din șinele de cale ferată;

1929 – A.V. DeForest și F.B. Doaneeste realizează primul aparat și metoda de testare cu particule magnetice;

1930 – Robert F. Mehl demonstrează realizarea de imagini radiografice folosind radiațiile gamma din izotopi de radiu, ceeace permite examinarea de elemente cu grosimi mai mari;

1940 – 1944 – Dr. Floyd Firestone dezvoltă în S.U.A. metoda de testare cu ultrasunet;

1950 – J. Kaiser a introdus emisia acustică în metoda NDT.

Alegerea metodei de control nedistructiv utilizată se face în funcție de diferite criterii legate de utilitatea piesei de controlat, materialul din care este fabricată piesa, amplasament, tipul de structură, costuri etc. Cele mai utilizate metode de control nedistructiv sunt:

3.1.1 Radiații penetrante

Metoda de examinare cu radiații penetrante sau radiografică constă din interacțiunea radiațiilor penetrante cu pelicule fotosensibile. Se poate efectua cu raze X sau raze gamma.

3.1.1.1 Examinare cu raze X

Examinarea cu raze X constă în bombardarea piesei supuse controlului cu radiații X, obținându-se pe filmul radiografic imaginea structurii macroscopice interne a piesei.

Generatoarele de raze X, în funcție de energia ce o furnizează și de domeniul lor de utilizare pot fi:

generatoare de energii mici (tensiuni < 300 kV) pentru controlul pieselor din oțel de grosime mică (< 70 mm),

generatoare de energii medii (tensiuni de 300…400 kV) pentru controlul pieselor din oțel de grosime mijlocie (100…125 mm)

generatoare de energii mari (tensiuni de peste 1…2 MV și betatroane de 15…30 MV) pentru controlul pieselor din oțel de grosime mare (200…300 mm).

3.1.1.2 Examinare cu raze gamma (gammagrafie)

Gammagrafia constă în iradierea piesei supuse controlului cu radiații gamma, după care se obține pe filmul radiografic imaginea structurii macroscopice interne a piesei respective, prin acționarea asupra emulsiei fotogafice.

Creșterea permanentă a parametrilor funcționali ai instalațiilor industriale moderne (presiune, temperatură, solicitări mecanice, rezistență la coroziune), au impus examinarea cu raze gamma ca o metodă modernă de control cu grad ridicat de certitudine.
Elementul de bază al gammagrafiei este sursa de radiații gamma care datorită proprietăților sale (energie ridicată, masă de repaus nulă, sarcină electrică nulă), o fac deosebit de penetrantă.

Principala sursă de radiații folosită în gammagrafie o constituie izotopii radioactivi de Cobalt-60, Iridiu-192, Cesiu-137, Cesiu-134, Tuliu-170 și Seleniu-75, obținuți prin activare deoarece au un preț de cost mai scăzut și avantajul obținerii unor activități mari.

Acești izotopi sunt utilizați astfel: Cobalt-60 pentru oțeluri cu grosime mare (>80 mm), Iridiu-192 pentru oțeluri cu grosime mijlocie (10-80 mm), iar Tuliu-170 pentru oțeluri cu grosime mică (<10 mm).

3.1.2 Magnetoscopie

Metoda permite detectarea defectelor materialelor feromagnetice. Un material este considerat ca fiind feromagnetic atata timp cat este supus la un camp continuu de 2400 A/m și prezintă o inducție de cel puțin 1 tesla.

Poate fi efectuată cu pulberi magnetice sau bandă magnetografică. Controlul cu pulberi (particule) magnetice constă în supunerea zonei de controlat la acțiunea unui câmp magnetic continuu sau alternativ. Se creează astfel un flux magnetic intens în interiorul materialului feromagnetic. Defectele întâlnite în calea sa determină devierea fluxului magnetic generând un câmp magnetic de dispersie la uprafața piesei. Câmpul de dispersie generat este materializat prin intermediul unei pulberi feromagnetice (particule colorate sau fluorescente) uscate sau în suspensie liuchidă fosarte fine pulverizate pe suprafața de examinare și atrasă în dreptul defectelor de către forțele magnetice. Aceasta furnizează o semnatură particulară ce caracterizează defectul. Principalul avantaj al acestei metode este obținerea de rezultate immediate. Metoda magnetografică utilizează o bandă feromagnetică flexibilă care se așează peste sudura ce trebuie examinată. Prin aplicarea unui scurt puls magnetic de aproximativ 15 ms, prin intermediul unui acumulator ce magnetizează un jug, câmpurile de distorsiuni sunt puse în evidență prin imprimarea lor pe bandă. Banda este examinată cu ajutorul unui traductor magneto-electric, după forma indicațiilor putându-se aprecia natura defectelor din îmbinarea sudată. Echipamentul constă din jugurile pentru diferite geometrii ale îmbinărilor sudate, sursa de curent, banda feromagnetică, magneții de fixare ai benzii și traductorii magnetoelectrici.

3.1.3 Curenți turbionari

Metoda curenților turbionari este folosită ca o alternativă sau extensie a controlului nedistructiv cu particule magnetice, fiind utilizată, în special, pentru controlul țevilor cu diametrul exterior de maximum 140 mm. Sensibilitatea metodei este maximă la grosimi de perete de până la 5 mm. O dată cu creșterea grosimii pereților, scade eficiența metodei de evidențiere a defectelor interne, ea rămânând eficace pentru evidențierea defectelor de suprafață și din imediata apropiere a acesteia.

Metoda constă în inducerea unor curenți turbionari în pereții țevii controlate. Câmpul magnetic al curenților turbionari induși, datorită prezenței unor discontinuități și neomogenități în material, modifică impedanța bobinei de măsurare, ceea ce afectează

amplitudinea și faza curenților turbionari. Amplitudinea, defazajul și adâncimea de pătrundere a curenților turbionari, depind de amplitudinea și frecvența curentului de excitație, de conductibilitatea electrică, de permeabilitatea magnetică a materialului, de forma piesei controlate, de poziția relativă a bobinelor față de piesă, precum și de omogenitatea materialului controlat.

Metoda mai este denumită și a curenților Foucault după numele fizicianului francez Léon Foucault care a descoperit fenomenul în anul 1851.

3.1.4 Ultrasunete

Figura 3.1.4.1 Aparat cu ultrasunete

Metoda este bazată pe undele mecanice (ultrasunete) generate de un element piezo-magnetic excitat la o frecvență cuprinsă de regulă între 2 și 5 Mhz. Controlul presupune transmiterea, reflexia, absorbția unei unde ultrasonore ce se propagă în piesa de controlat. Fasciculul de unde emis se reflectă în interiorul piesei și pe defecte, după care revine către defectoscop ce poate fi în același timp emițător și receptor. Poziționarea defectului se face prin interpretarea semnalelor.

Metoda prezintă avantajul de a găsi defectele în profunzime datorită unei rezoluții ridicate, însă este lentă datorită necesității de scanare multiplă a piesei. Uneori este necesară executarea controlului pe mai multe suprafețe ale piesei. Metoda de control prin ultrasunete este foarte sensibilă la detectarea defectelor netede.

3.1.5 Lichide penetrante

Figura 3.1.5.1 Test cu lichide penetrante

Examinare cu lichide penetrante. 1-Defect nevizibil; 2-Aplicarea penetrantului; 3-Îndepărtarea excesului de penetrant; 4-Defect vizibil

Constă în aplicarea unui lichid capilar activ penetrant pe suprafața de examinat, îndepărtarea penetrantului rămas în afara discontinuităților și aplicarea unui material absorbant, ce absoarbe penetrantul aflat în discontinuități punând astfel în evidență, prin contrast, defectele existente; această metodă se aplică pentru depistarea defectelor de suprafață. Se pot pune de asemenea în evidență fisurile de oboseală și de coroziune. Pentru control trebuie curătată și pregatită suprafața de examinare.

Metoda este aplicată cu success îmbinărilor sudate, dar se poate face și înainte de sudură (pentru efectuarea unui control al tuturor suprafețelor înainte de a fi sudate).

3.1.6.Controlul vizual

Orice tip de investigare trebuie să fie precedată de o examinare vizuală a supafeței. Procedeul este simplu dar indispensabil, examinarea vizuală presupune respectarea condițiilor de claritate satisfăcătoare a suprafețelor materialelor, echipamentelor și sudurilor luând în considerare caracteristicile și proprietățile acestora.

Pentru control vizual se folosesc diferite ustensile optice cum ar fi endoscop, lupe, lămpi etc. Prin control visual sunt furnizate o serie de indicii legate de aspectul suprafeței metalului precum și estimarea unor defecte interne (recipiente metalice, butelii de gaze, conducte, tuburi etc)

Odată cu controlul visual se pot determina și dimensiuile defectelor de îmbinare, grosimile recipientului sudat, dimensiunile cordonului sudat etc.

3.2. Alte metode

Metoda radioscopică sau fluoroscopică, se bazează pe interacțiunea radiațiilor penetrante cu substanțe fluorescente.

Metoda radiografică în timp real, combină tehnica fluoroscopică cu posibilitățile de microfocalizare a radiației X.

Metoda sondelor de potențial, funcționează pe principiul variației reluctanței magnetice.

Metoda ferosondelor, discriminează variațiile de inductanță din piesă.

Metodele imagineriei procesate.

Simbolizare

Metodelor uzuale de control nedistructiv le corespunde o serie de simboluri reglementate de norma europeană EN 473 și EN 4179 examinare nedistructivă END.

Capitolul Vl

Stiudiu de caz

Fiind cea mai importantă instalatie dintr-o fabrică de ciment, cuptorul rotativ de clinker, denumit și ‘’inima’’ procesului de fabricare a cimentului, trebuie sa preîntâmpine eventualele defecte ce ar putea duce la opriri îndelungate ale instalației de clinckerizare. Pentru acest lucru este necesară o monitorizare a tuturor echipamentelor cu o mare atentie. In detectarea defectelor se folosesc diferite metode: inspecția vizuală, cu lichide magnetice, cu lichide penetrante și testarea cu ultrasunete. Inele, rolele de sprijin, pinionul de actionare si coroana dintata a cuptorului trebuie verificate anual . Studiul de caz a fost efectuat în cadrul firmei S.C. Holcim (Alesd) S.A. care este o parte a grupului francezo-elvețian Lafarge Holcim producător de materiale de construcții (ciment, agregate, beton și asfalt). Compania activează în 90 de țări din întreaga lume și a produs 368.5 milioane tone de ciment pe an . Număr de angajați în anul 2016: -115.000 Compania S.C. Holcim (Alesd) S.A. deține și operează două fabrici de ciment în România (în Aleșd și Câmpulung), o stație de măcinare la Turda, 18 stații ecologice de betoane, cinci stații de agregate și două stații de lianți speciali. Compania are o producție de 4,1 milioane tone de ciment în anul 2010. Principalii concurenți pe piața din România sunt HeidelbergCement și CRH, împreună cu care domină piața românească.

4.1 Descrierea componentelor folosite în testarea cu particule magnetice

Contour Probe ete un electromagnet care produce un camp magnetic puternic.Plaarea celor doi poli (picioare) asupra metalelor feroase produce un camp magnetic intens ce trece de la un pol magnetic la altul.Modelele B 100 si B100S produc campuri magnetice de curent alternativ constant. Toate jugurile magnetice sunt proiectate cu picioare flexibile care permit campului magnetic sa fie concentrat aupra unei zine precise de inspectie.Distanta maxima ce poate fi inspectată este de 305 mm. Metoda de examinare cu particule magnetice (MT) este una dintre cele mai sensibile, fiabile și productive metode NDT pentru inspecția de suprafață a produselor din materiale feromagnetice. Metoda se bazează pe atragerea particulelor feromagnetice de forța fluxului de scăpări care apare deasupra defectelor de suprafață, cum ar fi fisuri, suprapuneri, lipsa sudurii, pori, după o magnetizare adecvată.
MT se poate utiliza pentru indicarea defectelor de suprafață deschise, și în anumite condiții, pentru detectarea defectelor situate aproape de suprafață. O probabilitate mai mare de detectare există atunci când direcția unui defect este perpendiculară pe direcția câmpului magnetic aplicat. Cu cât este mai mic unghiul dintre defect și liniile de câmp magnetic, cu atât este mai slabă indicația. Examinarea cu particule magnetice este un procedeu de tratare separat, care constă din următoarele părți: 1.Pregătirea suprafețelor obiectelor de testat pentru examinare; 2.Magnetizarea obiectului; 3.Aplicarea suspensiei de particule magnetice (pulbere) pe obiectul de testat; 4.Inspecția; 5.Demagnetizarea.

Fig.4.1.1 Echipamentele si exemplul pentru procedeul cu particole magnetice

Consumabilele în tuburi de spray (aerosoli) se utilizează pentru o examinare rapidă, comodă și eficientă, atât în laboratoarele de încercări, cât și în condiții de teren.
Suspensiile de aerosoli HELLING, atât pe bază de ulei, cât și pe bază de apă, excelează în capacitatea lor de indicare și servesc pentru detectarea celor mai fine fisuri. Datorită consumului economic și a ușurinței de aplicare, acestea sunt un material de inspecție ideal pentru examinarea pe șantierele de construcții și suprafețele de montaj sau pentru inspecția prin sondaj.

4.2.Obiectivul lucrarii

Lucrarea propusa are urmatoarele obiective:

-detectia, caracterizarea si evaluarea (admis/respins) a defectelor de material si neconformitatilor (in raport cu cerintele de proiect) ale componentelor inspectate.

-recomandari privind posibilitatile de remediere a defectelor si neconformitatilor si obtinerea datelor necesare evaluarii preliminare a reparatiilor.

Rezultatele lucrarilor effectuate vor constitui continutul raportului de evaluare tehnica (expertiza).

Fig.4.2.1 Echipamentele folosite

Fig 4.2.2 Verificarea existentei fisurilor

Fig.4.2.3 Coroana cuptorului

Fig.4.2.4 Acționarea Coroanei

In cursul examinarii cu bulberi magnetici nu s-a detectat nici o fisura axiala de dimensiuni mari. Examinarile cu pulbere magnetice au aratat ca aceasta are pitinguri relativ complexe, dar se incadreaza in diagrama.

Fig.4.2.5 Dinții coroanei cu piting

Fig.4.2.6 Acționare pinion coroana dințată

Fig. 4.2.7 Ferificare coroanei dințate cu particole magnetice

Operation :

Gear reprofiling with accuracy

profil : 0,10 mm

pitch : 0,15 mm

flatness  contact pattern control.

Gear teeth cracks repair by a local company (no action from NOVEXA)

Cracks inspection control after reprofiling

Pinion adjustment by NOVEXA

Treatment of the problem of backlash = 0!

Adjustment of both pinions in the same root clearance with load

Garantee application :

By using CEPLATYN RN when starting and after high viscosity and graphite level content lubricant, no proposition of application of our garantee.

No garantee on the tooth breakage mainly because the job has not been done by NOVEXA.

Courbe d'évolution d'usure sur base de la vitesse d'usure actuelle :

Fix bearing

Bedplate

Free bearing

Bedplate

After reprofiling

Fix bearing

Bedplate

Free bearing

Bedplate

Temperature

Lifting pinion

Pushing pinion

Gear

Opposite side Mill side

Comments :

No way to get vibration on a kiln!

The meshing is OK.

Conclusion :

The life time after reprofiling could be 8 to 10 years without problems.

The meshing is now correct with new pinions and involute profiles on the gear (be careful with the lubrication quality and follow our recommandation).

The only point is to follow the cracks repair.

Again, you should not have wait to long to reprofile. The distribution of load, variation of angle in the pressure angle, the difference of speed pinion gear can explain the bending and the cracks.

MARCH 2016

BEFORE ADJUSTMENT AFTER SHIMING AND ADJUSTMENT

Comments:

After removing old pinion and adjusting the new pinion in the same position.

Backlash = 0

Bad root clearance between up and down (  = 3 mm) shiming of 5 mm in vertical

Comments:

The result are very good

Normal backlash (more than 1,8 mm)

Radial runout ≈ 1,5 mm maxi

Non destructive testing – Before grinding

Comment :

Template-uri pentru control după reprofilare

După reprofilare, 0,1 mm este precizia intre șablon și dintele pe 85% din suprafață

Fisura reparata prin sudare si polizare.

Contactul doar pe o singura parte confirma o ajustare neconforma

Ajustarea primului pinion

.

Dupa o ajustare corecta, are contact de 80 % din suprafata

Contactul este același pe pinionul 1 și pe pinionul 2 (pinion de ridicare și de împingere)

Dinte nr.1

Dinte nr. 2

Dinte nr. 2

Dinte nr.3

4.3 Concluzie

In urma prezentării principiului de funcționare cât și o parte din modurile de utilizare a procedeului de control cu pulberi magnetice, rezultă că aceste sunt încă o parte importantă în domeniul defectoscopiei.

Defectoscopia cu pulberi magnetice are avantajul că oferă o imagine de ansamblu destul de clar asupra localizării defectelor si in același timp, este o metodă destul de simplă, care nu necesită o pregătire extensivă.

Verificările non-distructive au un impact important asupra realizării unor piese finite de cea mai bună calitate cât și asupra procesului de realizare a mentenaței pe toată durată de viată a echipamentului.

Noile aparate de verificat cu particule magnetice au redus tot mai mult timpul de efectuare a verificărilor și în același timp au dus la creșterea eficienței cu care se poate fi detectat un defect.Pot fi observate fisuri datorata fenomenului de oboseala, cu dimensiuni mai mici de 0,2 mm.

Analizând din punct de vedere al eficienței și pretului de cost este mult mai rentabil utilizarea acestor aparate ce duc la detectarea defectelor din stadiu incipient și permit luarea de decizii privind înlocuirea componentei cu probleme înainte ca aceasta să pună în periciol funcționarea întregului ansamblu tehnologic.

Intocmirea acestui proiect m-a ajutat să imi inbunătațesc cunoștințele legate de acest domeniu și să ințeșeg mai bine modul de diagnosticare a defectelor materialelor prin acest procedeu.

Bibliografie

[1] Brânzan, C., Radu, R. – Controlul nedistructiv al materialelor prin metoda radioactivă. Editura Tehnică, București, 1975.

[2] http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/cc_ut_index.htm

[1] Amza Gh., Drimer D., “Tehnologia materialelor. Prelucrări cu ultrasunete”, Institutul Politehnic, București, 1984;

[2] Amza Gh., Barb D., Constantinescu F., “Sisteme ultraacustice”, Editura Tehnică București, 1988;

[4] Buidoș Traian, “Echipamente și tehnologii pentru prelucrări neconvenționale”, Editura Universității din Oradea, 2006

[5] Marinescu N. I., “Prelucrări cu ultrasunete”, Editura Tehnică București, 1986;

[6] Marinescu N. I., Gavrilaș I., Vișan A., Marinescu R. D., “Prelucrări neconvenționale în construcția de mașini”, vol. II, Editura Tehnică București, 1993;

[7] Papadakis E. – Ultasonic Instruments and Devices – Reference for Modern Instrumentation, Tehniques and Technologz, Academic Piess New York, (ISBN 01253 19517), 2000

[8] Preventive maintenance handbook, document intern Holcim

[9] Savii G., Iclănzan T., Alimpie I., – Echipamente tehnologice cu ultrasunete de utilizări industriale. Sesiunea de comunicări a Academiei RSR, Comisia de acustică, București, 10 dec. 1979

[10] Documentație de instruire Modulul,,Sisteme de măcinare’’,2002