Small Punch Test (SPT) jest mało inwazyjną metodą służącą do wyznaczania własności mechanicznych materiałów. Polega ona na wciskaniu wgłębnika w kształcie kulki w sztywno umocowaną próbkę o średnicy 8 mm i grubości 0,5 mm. Badania realizowane są zgodnie z normą PN-EN 10371:2021-9 „Metale – Metoda badania małym stemplem” wprowadzającą normę europejską EN 10371:2021 – Metallic materials – Small Punch Test method.
Schemat przebiegu badania Small Punch Test SPT
Urząd Dozoru Technicznego dysponuje wyposażeniem, które umożliwia przeprowadzanie badań metodą Small Punch Test w warunkach pokojowych oraz w temperaturach obniżonych (do -193°C).
Metoda Small Punch Test znajduje zastosowanie do określania:
- umownej granicy plastyczności,
- wytrzymałości na rozciąganie,
- wydłużenia do zerwania,
- temperatury przejścia w stan kruchy (ang. Ductile to Brittle Transition temperature, DBTT).
Urządzenie TTS 190 do badań metodą Small Punch Test (SPT)
Próbka po badaniu obserwowana za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego
Możliwe jest również wyznaczenie odporności na pełzanie podczas skróconych prób pełzania (tzw. Small Punch Creep Test).
Najważniejsze parametry dotyczące prób pełzania to:
- czas trwania próby: do 5000 h,
- temperatura badania: do 800°C,
- obciążenie: do 500 N.
Metoda Small Punch Test znajduje zastosowanie w sytuacjach, w których dostępna jest ograniczona objętość materiału do badań, np. podczas badań nanomateriałów. Inna aplikacja dotyczy przypadków, w których pobranie wycinka do badań – o wymiarach pozwalających na wykonanie próbek wytrzymałościowych o standardowych rozmiarach – niesie za sobą wiele trudności.
Tradycyjne metody pobierania wycinków materiału do badań – oparte o procesy skrawania lub cięcia palnikiem gazowym – wymagają zazwyczaj unieruchomienia danego urządzenia i opróżnienia z medium roboczego. Dochodzi do tego konieczność wykonania niezbędnych napraw, co dodatkowo zwiększa czas i koszty prowadzonych prac. Nie bez znaczenia pozostaje również możliwość pogorszenia stanu danej konstrukcji, np. poprzez niewłaściwie wykonaną obróbkę cieplną po wspawaniu nowego fragmentu urządzenia.
Specjalistyczne systemy pobierania wycinków materiału do badań pozwalają na pobieranie wycinków o niewielkich wymiarach (średnica około 25 mm, grubość do 3,2 mm), a powstające ubytki nie zawierają ostrych karbów. Wykorzystywane przez UDT urządzenie to Scooper 50 – Scoop Sampling Machine, które składa się z głowicy tnącej, panelu sterującego i układu chłodzenia, a zasadę jego działania można porównać do łyżki do lodów. Specjalne półkuliste ostrze pokryte materiałem ściernym wykonuje ruch obrotowy wokół własnej osi i jednocześnie pochyla się w kierunku prostopadłym do powierzchni danego elementu. Niewielki posuw połączony z chłodzeniem stwarzają warunki, w których nie dochodzi do zmian struktury materiału.
Scooper 50 – system powierzchniowego pobierania materiału
Przykładowe wycinki do badań
Sposób pobierania wycinka do badań
Urządzenie do pobierania próbek zamontowane na rurociągu
Urząd Dozoru Technicznego prowadzi działania mające na celu rozwój i łatwiejszy dostęp do badań metodą Small Punch Test (SPT). Metoda ta znajdzie szersze zastosowanie podczas:
- diagnostyki i oceny trwałości eksploatacyjnej elementów kotłów i rurociągów pracujących w warunkach pełzania,
- diagnostyki pieców technologicznych,
- diagnostyki wybranych urządzeń, np. turbin parowych,
- wyznaczania rzeczywistych własności wytrzymałościowych materiałów.
