Roncsolásmentes smentes anyagvizsgálatok 2015. 1. előad adás Dr. MészM száros István BME, Anyagtudomány és s Technológia Tanszék Roncsolásmentes anyagvizsgálatok BMEGEMT AGM5 Dr. Mészáros István (egyetemi docens) Dr. Szabó Péter János (egyetemi tanár, tanszékvezető) Előadás: kedd 14-16h, Előadás: + szerda 14-16h, Labor: # szerda 14-16h (csoportonként 4 alkalom) Követelmény: 2 db ZH (Σ pont) 10/20 és 12/01, pótzh 12/08 Roncsolásmentes anyagvizsgálat (GEMT AGM5) Laboratóriumi gyakorlatainak beosztása 2015. Szerda 14 15-16 h Dátum Téma SEM RM1 RM2 AEF 09/30 L1 L2 L3 L4 10/14 L2 L1 L4 L3 10/28 L3 L4 L1 L2 11/11 L4 L3 L2 L1 11/25 12/09 Pót labor SEM Pásztázó elektronmikroszkópia (Helyszín: *) RM1 Hibakereső roncsolásmentes vizsgálatok, spektroszkópia (Helyszín: **) RM2 Ultrahangos vizsgálat, örvényáramú vizsgálat (Helyszín: ***) AEF Akusztikus emisszió, héliumos tömörségvizsgálat (Helyszín: ****) * BME ATT, MT épület fszt. SEM labor, Laborvezető: Dr. Berecz Tibor ** BME ATT, G épület 118. Laborvezető: Olasz Sándor/Bögre Bálint *** BME ATT, MT épület fszt. anyagvizsgáló labor. **** AEF Anyagvizsgáló Laboratórium, 1112 Budaörsi út 45. (MTA kutatóház) Laborvezető: Fodor Olivér 1
Anyagtudomány meghatározása, területei Anyagszerkezet Tulajdonságok Anyagvizsgálat Roncsolásos NDE, NDT Technológiák Mérnöki szerkezetek leromlása (degradáció) Szerkezetintegritás, szerkezeti integritás Tervezett élettartam, maradék élettartam Energia közlés hatására az anyagok szerkezetében változások következhetnek be. A kívánt tulajdonságú anyagok létrehozására alkalmazott technológiai eljárások esetén az anyag szerkezetét szándékosan, előre megtervezett módon változtatjuk meg. Az anyagok használata, üzemeltetése során nem kívánt változások jöhetnek létre azok szerkezetében, ezeket leromlási-, vagy degradációs (károsodási) folyamatoknak hívjuk, az ezeket létrehozó hatásokat pedig igénybevételnek nevezzük. Az igénybevétel tehát minden esetben felfogható úgy, mint az anyaggal történő energiaközlés. Így az anyagokban létrejövő leromlási folyamatok mindig energia közlés hatására keletkeznek és annak eredményeként értelmezhetők. A létrehozott hatás szempontjából meghatározó az energia közlés módja, továbbá a közölt energia mennyisége és teljesítménysűrűsége. Az igénybevételeket az energia közlés módjai szerint csoportosíthatjuk. 2
Igénybevételek 1. Mechanikai hatások, a mechanikai igénybevételek lehetnek statikusak, dinamikusak, ezen belül impulzusszerűek, illetve periodikusan ismétlődőek. Eredményezhetnek képlékeny alakváltozást, kopást, fáradást, törést, stb. Termikus hatások, ezek számos az anyagtudományban ismert termikusan aktivált folyamat kiváltását okozhatják. Ilyenek egyebek mellett a diffúziós folyamatok, az újrakristályosodás, fázisátalakulások és a kémiai folyamatok, továbbá a hőmérséklet változása által okozott folyamatok, mint például a hősokk hatására kialakuló repedéskeletkezés. Kémiai hatások, mint például a korróziós folyamatok, vagy az acélok hidrogén hatására történő ridegedése. Részecske sugárzás hatása, ami egyebek mellett a szerkezeti acélok ridegedését okozza. Igénybevételek 2. Elektromos hatások, mint az elektromos átütés, illetve kisülések, az elektromigráció folyamata. Biológiai hatások, mint a mikrobiológiai korrózió, az élő szervezetekben bekövetkező bioaktív korróziós folyamatok. Kombinált hatások, mint az agresszív kémiai környezet és a mechanikai feszültség együttes hatására bekövetkező feszültségkorróziós folyamat, az emelt hőmérséklet és statikus mechanikai terhelés egyidejű hatására végbemenő kúszási folyamat, a ciklikus hőmérsékletváltozás és mechanikai feszültség hatására történő hőfáradási folyamat. Az anyagvizsgálati eljárások során az anyaggal előre megtervezett módon energiát közlünk és annak erre a külső gerjesztésre adott válaszát vizsgáljuk. A lehetséges gerjesztési módok száma és változatossága óriási: mechanikai (szakítóvizsgálat, keménységmérés, fárasztó vizsgálat, ultrahangos vizsgálat, akusztikus emisszió ), elektromos (örvényáramú vizsgálat, vezetőképesség mérés), mágneses (mágneses repedésvizsgálat, mágneses tulajdonságok mérése, Barkhausen-zaj mérése), optikai (vizuális vizsgálat, optikai mikroszkópos vizsgálat), besugárzás (radiográfiai vizsgálatok, röntgen diffrakció, elektron mikroszkópia, EDS, EBSD, Auger-spektroszkópia, ), termikus (termofeszültség mérése, hőfárasztó vizsgálat), kombinált hatások (kúszás vizsgálat, feszültség korróziós vizsgálat). 3
4
Anyagvizsgálat Az anyag(minta) külső gerjesztésre adott válaszának értékelése. Cél a szerkezeti tulajdonságok ill. a szerkezetintegritás vizsgálata. Roncsolásos - Roncsolásmentes Anyagvizsgálati eljárások 1. Kémiai vizsgálat: Legfontosabb feladata az anyagok vegyi összetételének megállapítása, de ide tartoznak a korróziós vizsgálatok is. Fizikai vizsgálatok: Célja az anyagok fizikai jellemzőinek, pl. villamos vezetőképesség, villamos ellenállás, mágneses tulajdonságok, hőtágulás, fajhő stb. meghatározása. Képalkotó vizsgálatok: optikai mikroszkópia, pásztázó elektronmikroszkópia, transzmissziós elektronmikroszkópia, STM, AFM, Fémtani (metallográfiai) vizsgálatok: Az anyagok szövetszerkezetének, szemcsenagyságának, a zárványosság mértékének stb. meghatározását jelenti. Anyagvizsgálati eljárások 2. Szilárdsági vizsgálatok: Egyszerű mechanikai igénybevételekkel szembeni ellenállás megállapítása a cél. Technológiai vizsgálatok: Legtöbb esetben az adott feldolgozási technológiára való alkalmasság eldöntése a cél Roncsolásmentes vizsgálatok: 1. A darabban vagy felületén lévő folytonossági hiányok megállapítását tűzik ki célul. 2. Az anyag szerkezetében bekövetkezett változások nyomon követése. 5
Roncsolásos anyagvizsgálatok szakítóvizsgálat keménységmérés Nyomó-, hajlító, csavaróvizsgálat Kúszásvizsgálat Ütve hajlító vizsgálat (Charpy) Fárasztóvizsgálat Hőfárasztóvizsgálat Korróziós vizsgálatok Technológiai próbák Mi a roncsolásmentes smentes vizsgálat? Definíció: Vizsgálati eljárás aminek végrehajtása nem akadályozza a berendezés későbbi felhasználását és üzemeltethetőségét. Angol elnevezések: Non-Destructive Testing (NDT) Non-Destructive Examination (NDE) Non-Destructive Evaluation (NDE) Rmv alkalmazása Folytonossági hiányok detektálása és méretének meghatározása: repedések, zárványok, gázhólyagok hegesztési kötéshibák anyagszerkezeti inhomogenitások Fizikai tulajdonságok mérése Gyártás során keletkezett hibák kimutatása (gyártásellenőrzés) Üzemeltetés során kialakult hibák kimutatása (Műszaki diagnosztika) 6
Legismertebb NDT eljárások Szemrevételezéses (VT) Folyadékbehatolásos (PT) Mágnesezezhető poros (MT) Örvényáramos (ET) Ultrahangos (UT) Radiográfiai (RT) Akusztikus emissziós (AT) Tömörségi (LT) Leromlási folyamat által létrehozott szerkezeti változás, illetve hiba Makroszkópikus repedések, üregek kialakulása Repedés terjedés Repedés keletkezés Klasszikus NDT eljárások Ultrahangos vizsgálat Radiográfia Örvényáramú vizsgálat Mágneses repedés vizsgálat... Mágneses NDE eljárások Diszlokációs szerkezet változásai Diszlokációk számának növekedése Ponthibák, diszlokációk keletkezése Mágnesezési görbék Nemlineáris harmonikusok módszere (NLHA) MBDE eljárás Magnetic Adaptive Testing Barkhausen-zajmérés Magnetoakusztikus-zajmérés Felületi permeabilitás mérés.. Roncsolásmentes vizsgálatok (NDE, új irányzatok) mágneses (Barkhausen-zaj, tömbi mágneses jellemzők, nemlineáris felharmonikusok, Magnetic Adaptive Testing, MBDA, MM) örvényáramos (nagy behatolási mélységű) akusztikus emissziós optikai holográfia röntgendiffrakciós eljárások elektronmikroszkópia (SEM, TEM) energia diszperzív röntgen analízis (EDS, EDAX) alagút-, atomerő mikroszkópia kapacitív mikroszkópia... 7
NDE/NDT detektált hiba/változás Hiba (felületi, tömbi, hátoldali) Szövetszerkezeti változás Hibaszerkezeti (diszlokációs, ponthiba szerk.) változás NDE/NDT eljárásokhoz kapcsolódó területek Anyagvizsgálat, diagnosztika Megbízhatóság, reprodukálhatóság (statisztikai módszerek) POD, PFI Eljárások korlátai és megbízhatósága (emberi tényező) Képesség gazdaságosság megbízhatóság (Capability-Effectivness- Reliability, CER) Igénybevételek modellezése Gyorsított vizsgálatok Élettartambecslés Kiértékelési módok (MBDE) paradigmaváltás MAROVISZ Magyar Anyagvizsgálók Egyesülete (MAE) www.anyagvizsgaloklapja.hu 8