przeglad

Welding Technology Review

Nr 13/2011

Pr

ze

gl

ąd S

pa

w

al

ni

ct

w

a N

r 1

3/

20

11

Rok założenia 1928

PL

ISSN 0033-2364

Index 37125

Cena 17 zł (w tym 5% V

at

)

40. Krajowa Konferencja Badań Nieniszczących
Warszawa, 24-26 października 2011 r.

Koli Sp. z o.o., tel. [phone], fax. [phone], www.koli.com.pl, e-mail: [e-mail]

DEFEKTOSKOP ULTRADŹWIĘKOWY „Veo”

Phased Array (DAC, DGS, TCG) + TOFD

DEFEKTOSKOP TRADYCYJNY

+ TOFD + Phased Array

– najszybszy procesor

– najłatwiejsze menu

– znakomite parametry

Moc jest z Tobą,

jeśli masz ten aparat

Organizatorzy

Patronat medialy

Partnerzy

Patronat

40. KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH

Warszawa, 24-26 października 2011 r.

1

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

40. Krajowa Konferencja Badań Nieniszczących .................................................... 2

Radosław Karczewski, Jan Płowiec, Wojciech Spychalski, Andrzej Zagórski *

Charakterystyki sygnałów akustycznych generowanych podczas obciążania

wybranych stali konstrukcyjnych wykorzystywanych do budowy urządzeń ciśnieniowych

Characteristics of acoustic emission signals generated during the loading

of selected structural steels used in the construction of pressure equipment .............. 3

Zbigniew Hilary Żurek, Stefan Sieradzki, Jan Adamek *

Ocena stanu technicznego kołpaków generatorów na podstawie

pomiarów magnetycznych niestabilności austenitu dla stali g18h18

Assessment of technical condition of generator rotors end winding retaining

rings based on magnetic measurements of instability of g18h18 steel austenite ....... 8

Bolesław Augustyniak, Leszek Piotrowski, Marek Chmielewski *

Ocena stanu trójnika rurociągu pary świeżej ze stali 13hmf

metodą emisji magnetoakustycznej

Assessment of state of steam pipe t-joint made of 13hmf

grade steel using magnetoacoustic emission effect .................................................. 13

Zbigniew Ranachowski *

Badanie mikrostruktury betonów przy zastosowaniu metody indentacji wielokrotnej

Application of statistical indentation method to investigation of concrete microstructure ... 18

Krzysztof Dragan, Łukasz Kornas, Norbert Pałka *

Problematyka diagnozowania kompozytowych konstrukcji lotniczych

the issues connected with non destructive techniques

for the aerospace composite structures inspection ................................................... 23

Marcin Lewandowski, Ziemowit Klimonda *

Obrazowanie ultradźwiękowe wad za pomocą metod syntetycznej apertury

Ultrasonic flaw imaging using synthetic aperture methods ........................................ 29

Władysław Michnowski, Jarosław Mierzwa, Piotr Machała, Patryk Uchroński *

Badanie kolejowych osi drążonych

Examination of drilled railway axles ........................................................................... 33

Zenon Ignaszak, Joanna Ciesiółka *

Uwarunkowania i perspektywy badań nieniszczących odlewów

przed poddaniem ich eksploatacji, cz. I

Conditions and perspectives for non-destructive testing

of castings before they service, part i ........................................................................ 36

Zenon Ignaszak *

Uwarunkowania i perspektywy badań nieniszczących odlewów

przed poddaniem ich eksploatacji, cz. II

Conditions and perspectives for non-destructive testing

of castings before they service, part ii ....................................................................... 41

Maciej Roskosz *

Wpływ naprężeń czynnych i resztkowych na własne pole magnetyczne ferromagnetyków

The impact of active and residual stress on the residual magnetic field of ferromagnetics ... 46

Roczny spis treści 2011 .......................................................................................... 50

Informacje wydawcy ................................................................................................ 56

* artykuły recenzowane

Wydanie czasopisma jest wspierane finansowo przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego /

The publication of the Journal is financially supported by the Ministry of Science and Higher Education in Poland.

Patronat i stała współpraca / Patronage and permanent cooperation

rok założenia 1928

dawniej 

nr 13/2011

Pl issn 0033-2364

 lXXXiii

F O R U M S P A W A L N I K Ó W P O L S K I C H

Miesięcznik naukowo-techniczny agenda wydawnicza SIMP

spis treści – contents

Prof. Andrzej Klimpel – Politechnika Śląska; ds. naukowych / Science Affairs

Mgr inż. Lechosław Tuz – ds. Wydawniczych / Publishing Affairs

Mgr Włodzimierz Jacek Walczak – Linde Gas Polska; ds. współpracy

z przemysłem / Industry Cooperation Affairs

Mgr inż. Irena Wiśniewska – ds. Wydawniczych / Publishing Affairs

Prof. Jerzy Nowacki – Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Redakcja Przegląd spawalnictwa agenda wydawnicza siMP

ul. Świętokrzyska 14a, 00-050 warszawa

tel.: [phone], fax: [phone]; e-mail: [e-mail], www.pspaw.ps.pl

wydawca/Publisher

Lic. Michał Dudziński

Prof. Leszek A. Dobrzański – Politechnika Śląska – Nowe materiały / New materials

Dr inż. Kazimierz Ferenc – Politechnika Warszawska – Konstrukcje spawane /

Welded construction

Prof. Zbigniew Mirski – Politechnika Wrocławska – Lutowanie i klejenie /

Brazing and Bonding

Prof. Jacek Słania – Instytut Spawalnictwa w Gliwicach – Praktyka spawalnicza /

Welding Practice

Mgr inż. Bogusław Olech – PGE GiEK – Badania nieniszczące / Non-Destructive Testing

Prof. Władysław Włosiński – Polska Akademia Nauk – Zaawansowane technologie /

Advanced Technologies

Prof. Jan Pilarczyk – Instytut Spawalnictwa w Gliwicach, Przewodniczący / President

Prof. Andrzej Ambroziak – Politechnika Wrocławska, Zastępca / Vice-President
Komitet Naukowy / Scientific Committee
Prof. Alexander I. Balitskii – National Academy of Science, Ukraina
Dipl. Ing. Pawel Baryliszyn – Volkswagen Aktiengesellschaft, Wolfsburg, Niemcy
Prof. Gilmar Ferreira Batalha – Polythenic School of University Sao Paulo, Brazylia
Dr inż. Hubert Drzeniek – Amil Werkstofftechnologie, Berlin, Niemcy
Prof. Nikolaos Gouskos – University of Athens, Grecja
Prof. Gieorgij Grigorenko – National Academy of Science of Ukraine, Ukraina
Prof. Jolanta Janczak-Rusch – EMPA, Swiss Federal Laboratories for Materials

Science and Technology, Szwajcaria

Prof. Valeriy d.Kuznetsov – Kyiv Polytechnical Institute, Ukraina
Prof. Leonid Łobanow – National Academy of Science of Ukraine, Ukraina
Prof. Jerzy Łabanowski – Politechnika Gdańska, Polska
Prof. Andrzej Kolasa – politechnika warszawska, polska
Prof. George Papadopoulos – University of Athens, Grecja
Prof. Borys Paton – National Academy of Science of Ukraine, Ukraina
Dr inż. Jan Plewniak – Politechnika Częstochowska, Polska
Dr inż. Anna Pocica – politechnika Opolska, polska
Prof. Jacek Senkara – politechnika warszawska, polska
Prof. Andrzej Skorupa – Akademia Górniczo-Hutnicza Kraków, Polska
Prof. Božo Smoljan – University of Rijeka, Chorwacja
Prof. Mirko Sokovic – University of Ljubljana, Słowenia
Prof. Edmund Tasak – Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków, Polska
Prof. Johannes Wilden – University of Applied Sciences, Krefeld, Niemcy
Komitet Recenzentów / Editorial Reviewers Board
Dipl. Ing. Pawel Baryliszyn – Volkswagen Aktiengesellschaft, Niemcy
Dr inż. Hubert Drzeniek – Amil Werkstofftechnologie, Berlin, Niemcy
Prof. Nikolaos Gouskos – University of Athens, Grecja
Prof. Jolanta Janczak-Rusch – EMPA, Swiss Federal Laboratories for Materials

Science and Technology, Szwajcaria

Prof. Andrzej Kolasa – politechnika warszawska, polska
Prof. Jerzy Łabanowski – Politechnika Gdańska, Polska
Prof. Mirko Sokovic – University of Ljubljana, Słowenia
Prof. Edmund Tasak – Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków, Polska
Prof. Johannes Wilden – University of Applied Sciences, Krefeld, Niemcy
Komitet ds. współpracy z przemysłem / Committee of Industry Cooperation
Prezes Marek Bryś – Messer Eutectic Castolin, Polska
Dyrektor Michał Kozłowski – ESAB Polska, Polska
Prezes Mirosław Nowak – Technika Spawalnicza Poznań, Polska
Dyrektor Zbigniew Pawłowski – Lincoln Electric Bester, polska
Prezes Andrzej Piłat – Związek Zakładów Doskonalenia Zawodowego, Polska
Prezes Jacek Rutkowski – Kemppi, polska
Dr inż. Krzysztof Sadurski – Lincoln Electric Bester, polska
Prezes Andrzej Siennicki – cLOOS polska, polska
Prezes Jacek Świtkowski – gcE polska, polska
Prezes Marek Walczak – Urząd Dozoru Technicznego, Polska

Redaktor naczelny / editor-in-chief

z-cy Redaktora naczelnego / deputes editor-in-chief

sekretarz / submission officer

Redaktorzy działów / associate editors

Międzynarodowa Rada Programowa / international scientific committee

korekta, druk / correction, printing

korekta: mgr inż. Halina wierzbicka, druk: edit sp. z o.o., warszawa

Redaktor statystyczny: Marcin r. Konopka, sławomir Krajewski
Redaktor językowy: Hanna Masalska

przeglad

Welding Technology Review

2

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

40. KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH

Warszawa, 24-26 października 2011 r.

KOMITET HONOROWY

Ewa Mańkiewicz-Cudny

– Prezes Naczelnej Organizacji Technicznej (NOT)

Marek Walczak

– Prezes Urzędu Dozoru Technicznego

Andrzej Ciszewski

– Prezes Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Mechaników Polskich (SIMP)

Janusz Grabka

– Prezes Urzędu TÜV Rheinland Polska Sp. z o.o.

Marek Kaproń

– Dyrektor Instytutu Techniki Budowlanej w Warszawie

Prof. Włodzimierz Kurnik

– Rektor Politechniki Warszawskiej

Prof. Adam Mazurkiewicz

– Dyrektor Instytutu Eksploatacji – PIB w Radomiu

Gen. bryg. prof. Zygmunt Mierczyk

– Rektor Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie

prof. Andrzej Nowicki

– Dyrektor Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN w Warszawie

prof. Jan Pilarczyk

– Dyrektor Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach

prof. Andrzej Skorupa

– AGH, Przewodniczący Polskiego Towarzystwa Badań Nieniszczących w Chorzowie

Ryszard Szczepanik

– Dyrektor Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych w Warszawie

Witold Wiśniowski

– Dyrektor Instytutu Lotnictwa w Warszawie

Prof. Grzegorz Wrochna

– Dyrektor Instytutu Problemów Jądrowych im. A. Sołtana w Świerku k/Warszawy

KOMITET NAUKOWY

Przewodniczący

prof. dr hab. inż. Julian Deputat

– Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN w Warszawie

Członkowie

dr hab. Bolesław Augustyniak, prof. nzw.

– Politechnika Gdańska

dr inż. Tomasz Babul

– Instytut Mechaniki Precyzyjnej w Warszawie

dr inż. Krzysztof Dragan

– Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych w Warszawie

dr hab. inż. Andrzej Garbacz, prof. nzw.

– politechnika warszawska

prof. dr hab. Jan Holnicki-Szulc

– Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN w Warszawie

prof. dr hab. inż. Jerzy Hoła

– Politechnika Wrocławska

prof. dr hab. inż. Zenon Ignaszak

– Politechnika Poznańska

dr inż. Grzegorz Jezierski

– politechnika Opolska

Mgr inż. Marek Lipnicki

– Koli Sp. z o.o., Banino k/Gdańska

dr inż. Wojciech Manaj

– Urząd Dozoru Technicznego (Akademia UDT) w Warszawie

prof. dr hab. Marek Moszyński

– Instytut Problemów Jądrowych im. A. Sołtana w Świerku k/Warszawy

prof. dr hab. inż. Leonard Runkiewicz

– Instytut Techniki Budowlanej w Warszawie

dr inż. Jerzy Schmidt

– politechnika Krakowska

dr inż. Wojciech Spychalski

– politechnika warszawska

prof. dr hab. inż. Marian Szczerek

– Instytut Technologii Eksploatacji - PIB w Radomiu

prof. dr hab. Jacek Szelążek

– Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN w Warszawie

dr hab. inż. Andrzej Szymański

– Politechnika Śląska

Mgr inż. Marta Wojas

– Urząd Dozoru Technicznego (UDT CERT) w Warszawie

dr hab. inż. Józef Żurek, prof. ITWL

– Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych w Warszawie

KOMITET ORGANIZACYJNY

Przewodniczący

Krzysztof Jan Kurzydłowski

– Prezes Polskiego Towarzystwa Badań Nieniszczących i Diagnostyki Technicznej SIMP (PTBNiDT SIMP)

Zastępca Przewodniczącego

Bogdan Zając

– Wiceprezes PTBNiDT SIMP

Sekretarz Organizacyjny

Justyna Szlagowska-Spychalska

– Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, członek PTBNiDT SIMP

Komisarz wystawy

Tomasz Lusa

– Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, członek PTBNiDT SIMP

Członkowie

Ryszard Jawor

– członek Zarządu Głównego Polskiego Towarzystwa Badań Nieniszczących Chorzów (PTBN Chorzów)

Kazimierz Łasiewicki

– Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich – Zarząd Główny SIMP

Ewa Majewska

– ZG SIMP

Jan Socha

– SIMP Ośrodek Doskonalenia Kadr w Warszawie

Dyonizy Szewczyk

– członek Zarządu Głównego PTBNiDT SIMP oraz PTBN Chorzów

Dariusz Wojdała

– członek Zarządu Głównego PTBNiDT SIMP oraz PTBN Chorzów

ORGANIZATORZY KONFERENCJI

Polskie Towarzystwo Badań Nieniszczących i Diagnostyki Technicznej SIMP – Zarząd Główny w Warszawie

Polskie Towarzystwo Badań Nieniszczących i Diagnostyki Technicznej SIMP – Oddział w Warszawie

Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich

3

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Radosław Karczewski

Jan Płowiec

wojciech Spychalski

Andrzej Zagórski

charakterystyki sygnałów akustycznych

podczas obciążania wybranych stali

konstrukcyjnych wykorzystywanych

do budowy urządzeń ciśnieniowych

characteristics of acoustic emission signals generated 
during the loading of selected structural steels used 
in the construction of pressure equipment

Radosław Karczewski, Andrzej Zagórski – po-

litechnika warszawska,

Jan Płowiec, Wojciech

Spychalski – Materials Engineers Group.

Streszczenie

Badania w statycznej próbie rozciągania z równocze-

sną rejestracją sygnałów akustycznych w materiałach

wykorzystywanych do budowy urządzeń ciśnieniowych,

pozwalają istotnie poszerzyć wiedzę o mechanizmach

zniszczenia. Badania prezentowane w artykule obejmo-

wały zarówno materiały w stanie dostawy, jak i po długim

okresie ich eksploatacji. Celem pracy było poznanie cha-

rakterystyk sygnałów emisji akustycznej generowanych

w zakresie sprężystym i plastycznym.

Do badań wykorzystano płaskie próbki z karbem

i bez karbu. Poddawano je próbom według różnych

schematów obciążenia. Pozwoliło to stwierdzić wpływ

degradacji na charakterystyki akustyczne stali 15HM.

W przypadku stali K18 ujawnił się wpływ wielkości ziarna

na otrzymane charakterystyki akustyczne.

Abstract

Static tensile tests with simultaneous recording of

acoustic signals generated in the material significantly

extend knowledge about the mechanisms of failure. Re-

search conducted in this paper concerned with both the

as supplied material, and after a long period of exposure

to service conditions. The aim of this study was to identify

the characteristics of acoustic emission signals generated

in plastic and elastic range of deformations.

Flat notched and un-notched samples were used in

this study. The samples were subjected to different lo-

adings representative of in-service conditions. The si-

gnals indicating degradation of steel 15HM were deter-

mined. In the case of steel K18 the influence of grain size

was revealed.

Wstęp

Na przestrzeni ostatnich dziesięcioleci, powstało

duże zapotrzebowanie na metody umożliwiające mo-

nitorowanie procesów zachodzących w materiałach

pracujących pod długotrwałym działaniem obciążeń,

szczególnie w agresywnych warunkach środowisko-

wych. Szerokie możliwości w tym zakresie dają bada-

nia NDT [1]. Badania te szybko znalazły zastosowanie

w wielu gałęziach przemysłu, a ich rozwój obserwowa-

ny jest do dziś.

Jedną z technik badawczych do oceny konstrukcji

inżynierskich jest metoda Emisji Akustycznej (AT) [2].

Podstawową jej zaletą jest możliwość zbadania całe-

go urządzenia bez przerywania jego pracy. Wynikiem

badania jest wskazanie miejsc, w których znajdują

4

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

się potencjalne nieciągłości materiału oraz opis ich ak-

tywności [3]. Zastosowanie odpowiednich procedur po-

zwala również, na podstawie analizy otrzymanych wy-

ników, dokonać klasyfikacji ujawnionych źródeł aku-

stycznych pod względem zagrożenia, jakie stanowią

dla badanej konstrukcji.

Prawidłowy pomiar sygnałów emisji akustycznej

(AE) wymaga opracowania procedur pomiarowych, in-

dywidualnych dla każdego badanego urządzenia. Pro-

cedury te uwzględniają charakter pracy urządzenia

– specyfikę stanu obciążenia, jego budowę, i warunki

pracy. Dodatkowo, charakterystyka akustyczna materia-

łu ma istotny wpływ na prawidłowość pomiaru oraz inter-

pretację uzyskiwanych wyników. Zależna jest ona m.in.

od gatunku materiału, stopnia jego degradacji, wielkości

i ułożenia wady, a także od sposobu obciążania w trak-

cie badania. Charakterystyki akustyczne materiałów wy-

znaczane są na podstawie badań laboratoryjnych i sta-

nowią wzorzec do interpretacji wyników pomiarów rze-

czywistych obiektów przemysłowych.

Metodyka badań

Materiały do badań

Do badań wytypowano następujące gatunki sta-

li: 15HM (13CrMo4-5 wg EN 10028-2 lub A387 (12)

wg ASTM) oraz K18 (A105 Gr. B / A106 Gr.B-95 wg

ASTM), które są stosowane do budowy urządzeń ci-

śnieniowych.

Materiał do badań stanowiły wycinki nieeksploato-

wane oraz eksploatowane. w rurociągach pracujących

w agresywnym środowisku wodoru lub w wysokiej tem-

peraturze. Rurociągi te zostały wyłączone z dalszej

eksploatacji ze względu na wykrycie w nich nieciągło-

ści materiałowych w postaci rozwarstwień lub pęcherzy

wodorowych oraz postępującej degradacji powierzch-

niowej, jak i wewnętrznej materiału. Warunki pracy ru-

rociągów zebrano w tablicy I.

Próbki wytrzymałościowe z wycinków zosta-

ły wycięte w kierunku równoległym do osi rurocią-

gu wg PN-EN 10002-1:2004 (rys. 1). Dodatkowo wy-

konano w nich nacięcie (karb) w kształcie podwój-

nej litery „V” – w środkowej części pomiarowej próbki.

W miejscu karbu zostało wytworzone przepęknięcie.

Obecność karbu powoduje lokalny wzrost na-

prężeń, szczególnie w pobliżu wierzchołków, co ma

wpływ na wzrost maksymalnej energii sygnałów AE,

przy jednoczesnym wzroście ich czasu trwania.

Rurociąg, z którego pobierano wycinki do badań na

skutek warunków pracy uległ degradacji. W stanie wyj-

ściowym wybrane stale te charakteryzują się strukturą

ferrytyczno-perlityczną. Badania z wykorzystaniem mi-

kroskopii świetlnej pozwoliły na zobrazowanie mikro-

struktury materiałów użytych do badań. Otrzymane ob-

razy mikrostruktury stali pokazano na rysunku 2.

Próbka ze stali 15HM w stanie po eksploatacji wy-

kazuje cechy degradacji mikrostruktury. Widoczna jest

mikrostruktura ferrytyczna z węglikami powstałymi na

skutek rozpadu perlitu oraz wydzielania węglików na

granicach ziaren. Przemiany te zaszły ze względu na

wysoką temperaturę pracy rurociągu.

Mikrostruktura stali K18 w stanie po eksploatacji

nie wykazuje śladów degradacji. Biorąc pod uwagę ni-

ską temperaturę pracy rurociągu, należy uznać, że ob-

serwowana gruboziarnista struktura powstała podczas

wytwarzania elementów rurociągu i jest typowa dla ma-

teriału w stanie dostawy.

Tablica I. Warunki pracy badanych materiałów

Table I. Work conditions of tested materials

Stal Ciśnienie Temperatura,

°c

Środowisko

czas pracy

h

K18

13,2

mpa

54

węglowodory, wodór,

siarkowodór, woda,

sole amonowe

50 000

15hm 35 bar

530

węglowodory

160 000

Rys. 1. Kształt i wymiary próbek do badania metodą AT: a) z karbem,

b) bez karbu; wymiary w mm

Fig. 1. Shape and dimensions of samples for AT test: a) with notch,

b) without notch; dimensions in mm

Rys. 2. Mikrostruktury badanych materiałów, pow. 200x

Fig. 2. Microstructures of tested materials, magn. 200x

15hm

K18

Stan wyjściowy

Stan po eksploatacji

5

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Zastosowane techniki badawcze

W celu zbadania charakterystyk sygnałów AE, prze-

prowadzone zostały badania wytrzymałościowe mate-

riałów z równoczesną rejestracją sygnałów akustycz-

nych. Badania AT w trakcie statycznej próby rozcią-

gania, zostały przeprowadzone na stanowisku ba-

dawczym składającym się z aparatury pomiarowej AE

oraz maszyny wytrzymałościowej. W skład aparatu-

ry pomiarowej wykorzystywanej w badaniach wcho-

dził: system pomiarowy AMSY-5: M6-2 firmy Vallen

z sześcioma kartami pomiarowymi ASIP-2 do rejestra-

cji i przetwarzania sygnału AE; czujniki: VS150-RIC,

VS160-NS, VS375-M.

Pomiar AT przeprowadzono przez statyczne rozcią-

ganie próbek bez karbu i z karbem do zerwania.

Dodatkowo porównano wykresy rozciągania stali

pod kątem wpływu przebiegu krzywych, na wyniki po-

miaru AE.

W pomiarach została użyta statyczna maszyna wy-

trzymałościowa Zwick/Roell Z050 pracująca w zakre-

sie siły do 50 kN, z klinowymi uchwytami mechanicz-

nymi do próbek płaskich. Schemat stanowiska badaw-

czego został pokazany na rysunku 3.

Badania AT polegały na scharakteryzowaniu sy-

gnałów akustycznych podczas odkształcania mate-

riału. W tym celu analizie i porównaniu poddano sze-

reg parametrów, takich jak: amplituda, częstotliwość

sygnałów, liczba zliczeń, energia skumulowana,

RMS, czas trwania sygnałów, tempo zliczeń. Para-

metry te odnoszono zarówno do przyłożonych naprę-

żeń jak i czasu od momentu ich przyłożenia. Stworzo-

no w tym celu wykresy, obrazujące zmiany wartości

wybranych parametrów. Obszerność wykonanej ana-

lizy, spowodowała, że w artykule umieszczono tylko

reprezentatywne wykresy.

Z wytypowanych parametrów w trakcie badania

szczególny nacisk skupiono na interpretacji liczby zli-

czeń przekroczenia poziomu dyskryminacji sygnałów

AE, średniej wartości skutecznej sygnału elektrycz-

nego RMS oraz energii sygnałów AE. Parametry te,

wg autorów, najlepiej pozwoliły zróżnicować mate-

riał pod względem wpływu postępującej degradacji na

charakterystyki akustyczne.

Wyniki badań

Pomiar AE zarejestrowany podczas

rozciągania próbek ze stali 15HM

Wizualizacja wyników badań AT przy użyciu apli-

kacji Visual AE™ przedstawiona na rysunku 4, ujaw-

niła zwiększoną aktywność i intensywność sygnałów

AE dla materiału po eksploatacji, w porównaniu ze

stanem wyjściowym. Podczas rozciągania próbek ze

stali 15HM w stanie eksploatowanym występują sy-

gnały AE o wyższej amplitudzie. Ponadto, odnotowa-

no większą aktywność AE w tym stanie manifestowa-

ną przez zwiększoną liczbę zarejestrowanych zliczeń

sygnałów AE.

Charakterystyczne jest również w materiale po

eksploatacji, że dla obu typów próbek, większa licz-

ba sygnałów AE występuje po przekroczeniu grani-

cy plastyczności. Próbki wycięte z materiału w sta-

nie wyjściowym wykazują wyższą intensywność oraz

aktywność, występuje w stanie sprężystym. W za-

kresie wyraźnej granicy plastyczności oraz odkształ-

ceń plastycznych, materiał w stanie wyjściowym ce-

chuje się niewielką intensywnością i aktywnością

akustyczną.

Statyczne rozciąganie próbek z karbem stali w sta-

nie po eksploatacji ujawnia zwiększoną liczbę zda-

rzeń w zakresie sprężystym. Intensywność ta maleje

po przekroczeniu granicy plastyczności. Do osiągnię-

cia granicznej wytrzymałości na rozciąganie liczba re-

jestrowanych sygnałów rośnie nieznacznie. Tuż przed

zerwaniem próbki zarejestrowano nagły skok rejestro-

wanych sygnałów, którą należy tłumaczyć nagłym roz-

wojem pęknięcia w próbce.

Próbka bez karbu w próbie rozciągania wykazu-

je znacznie większą aktywność i intensywność AE

w stanie sprężystym w porównaniu do próbki bez karbu

w tym samym stanie wyjściowym, co może być efek-

tem poddawania próbki z karbem cyklicznym obciąże-

niom w czasie wytwarzania przedpęknięcia.

Wzrost aktywności akustycznej dla próbki z karbem

jest prawdopodobnie związany z obecnością w mate-

riale w stanie po eksploatacji mikro-uszkodzeń w po-

staci mikropustek, które poddane naprężeniom, gene-

rują znaczną liczbę sygnałów akustycznych.

Rys. 3. Stanowisko badawcze do pomiarów AE podczas statycznej

próby rozciągania

Fig. 3. Station for AE measurement during static tensile test

Tablica II. Wartości średnie wybranych parametrów AE zmierzone

dla próbek ze stali 15HM

Table II. The average value of selected AE parameters measured

for 15hm steel

Próbki bez karbu

Próbki z karbem

Liczba zliczeń

powyżej progu

dyskryminacji

Energia

Eu

Liczba zliczeń

powyżej progu

dyskryminacji

Energia

Eu

Stan

wyjściowy

11

27

9

9

Stan po

eksploatacji

48

88

30

38

6

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

Na przedstawiony powyżej charakter intensywno-

ści i aktywności akustycznej przekładają się wartości

parametrów: zliczeń powyżej progu dyskryminacji oraz

energii sygnałów AE. Dla próbek w stanie po eksplo-

atacji wartości tych parametrów są dużo wyższe niż dla

materiału w stanie wyjściowym, co pokazuje tablica II.

Pomiar AE zarejestrowany podczas

rozciągania próbek ze stali K18

Wyniki dla próbek wykonanych ze stali K18 przed-

stawiono na rysunku 5 w postaci wykresów amplitu-

dy sygnałów AE w funkcji czasu rejestracji dla próbek

w stanie po eksploatacji oraz w stanie wyjściowym.

Jako miarę intensywności procesów akustycznych za-

stosowano zatem wielkość amplitudy [4]. Z kolei o ak-

tywności procesu świadczy liczba zarejestrowanych

zdarzeń.

Porównując uzyskane wykresy amplitudy w funkcji

pomiaru dla stali K18, możemy zaobserwować, że sy-

gnały dla próbki eksploatowanej charakteryzują się niż-

szą intensywnością. co po eksploatacji można wytłu-

maczyć gruboziarnistą strukturą badanego materiału.

Tablica III. Wartości średnie wybranych parametrów AE zmierzone

dla próbek ze stali K18

Table III. The average value of selected AE parameters measured

for K18 steel

Próbki bez karbu

Próbki z karbem

Liczba zliczeń

powyżej progu

dyskryminacji

Energia

Eu

Liczba zliczeń

powyżej progu

dyskryminacji

Energia

Eu

Stan

wyjściowy

16

20

61

192

Stan po

eksploatacji

5

5

5

5

Próbki bez karbu

Próbki z karbem

Stan wyjściowy

Stan po eksploatacji

Rys. 4. Amplituda sygnałów AE oraz obciążenie próbki w funkcji czasu podczas statycznej próby rozciągania próbek ze stali 15HM

Fig. 4. AE signals amplitude and load as the time function in the static tensile test of 15HM steel

Jednocześnie sygnały zarejestrowane dla próbki w sta-

nie po eksploatacji cechują się większą aktywnością,

co przejawia się ich większą liczbą.

Podobnie jak dla stali 15HM, opisana intensyw-

ność i aktywność parametrów AE również odwzoro-

wuje się w przytoczonych parametrach sygnałów AE.

Na niską intensywność sygnałów AE zarejestrowa-

nych podczas rozciągania stali K18 materiału w stanie

po eksploatacji przekłada się adekwatnie niska energia

oraz mała liczba zliczeń powyżej progu dyskryminacji,

co przedstawia tablica III.

7

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Próbki bez karbu

Próbki z karbem

Stan wyjściowy

Stan po eksploatacji

Rys. 5. Amplituda zarejestrowanych sygnałów AE oraz obciążenie próbki w funkcji czasu podczas statycznej próby rozciągania próbek

ze stali K18

Fig. 5. AE signals amplitude and load as the time function in the static tensile test of K18 steel

Literatura

[1] PN-EN 473:2008: Badania nieniszczące. Kwalifikacja i certy-

fikacja personelu badań nieniszczące. Zasady ogólne.

[2] PN-EN 1330-9:2009: Badania nieniszczące. Terminologia.

Część 9. Terminy stosowane w badaniach emisją akustycz-

ną.

[3] Zagórski A., Spychalski W. L., Schmidt J., Kurzydłowski K. J.:

Nowoczesne metody badania zbiorników i rurociągów.

[4] Baranov V., Kudryavtsev E., Sarychev G., Schavelin V.: Aco-

ustic emission in friction, tribology and interface engineering

series no. 53 series editor: B.J. Briscope Elsevier.

[5] Malecki I., Ranachowski J.: Emisja akustyczna, źródła, meto-

dy, zastosowania; Biuro Pascal, Warszawa, 1994.

[6] Materiały szkoleniowe Phisical Acoustic Corporation, Level II

NDT Encyklopedia.

[7] Karczewski R.: Wyznaczanie charakterystyk sygnałów aku-

stycznych generowanych podczas obciążania wybranych

stali konstrukcyjnych wykorzystywanych do budowy urzą-

dzeń ciśnieniowych; praca magisterska, Politechnika War-

szawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, 2009.

Wnioski

Uzyskane w trakcie badań wyniki świadczą,

że degradacja materiałów w toku ich wieloletniej

eksploatacji, skutkuje charakterystycznymi sygnała-

mi AE podczas obciążania.

Interpretacja sygnałów AE, zbieranych podczas

badań w terenie urządzeń ciśnieniowych po różnym

okresie pracy (stopniu degradacji), może zostać

w znacznym stopniu poszerzona poprzez analizę

sygnałów zarejestrowanych w próbkach materia-

łów o porównywalnej historii pracy poddanych ob-

ciążeniu w warunkach laboratoryjnych. Ważne jest

przy tym zastosowanie odpowiednich warunków

obciążenia adekwatnych do warunków pracy urzą-

dzenia. Ponadto należy rozpatrzeć stan naprężeń,

w jakich pracował dany materiał w celu uwzględnie-

nia wpływu efektu Kaisera [5, 6].

Skuteczna analiza wymaga rozpatrzenia wie-

lu parametrów sygnałów AE oraz ich wzajemnej za-

leżności. Przedstawione w pracy charakterystyki sy-

gnałów AE umożliwiły uwypuklenie różnic, w zależ-

ności od typu materiału, jego stanu oraz charakteru

zniszczenia.

8

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

Zbigniew Hilary Żurek

Stefan Sieradzki

Jan Adamek

ocena stanu technicznego kołpaków

generatorów na podstawie pomiarów

magnetycznych niestabilności austenitu

dla stali g18h18

assessment of technical condition of generator rotors 
end winding retaining rings based on magnetic 
measurements of instability of g18H18 steel austenite

Zbigniew Hilary Żurek – Politechnika Śląska, Gli-

wice,

Stefan Sieradzki, Jan Adamek – Turbocare

Poland S.A.

Streszczenie

Austenityczne stale są wykorzystywane do wykona-

nia kołpaków wirników generatorów oraz bandaży, a tak-

że na bandaże do transformatorów i nakrętki. Takie sta-

le powinny charakteryzować wysoka oporność, przeni-

kalność magnetyczna mniejsza niż 1,3 μ

r

i wysoka wy-

trzymałość mechaniczna. Te właściwości nie powinny

się także zmieniać pod wpływem obciążenia mechanicz-

nego i cieplnego. Ze względu na nietrwałość austenitu

niklowego, część niklu zastępuje się manganem.

W artykule przedstawiono wyniki badań stabilności

austenitu chromowo-manganowego w eksploatowanych

kołpakach wirników generatorów. W chwili obecnej oce-

na przydatności kołpaków do dalszej eksploatacji opar-

ta jest na badaniach ultradźwiękowych. Pomiary magne-

tyczne polegające na detekcji niestabilności austenitu

w korelacjach mechanicznych i termicznych są alternaty-

wą dla pomiaru tłumienia fali ultradźwiękowej, a ponadto

dają pełniejszy obraz wyeksploatowania kołpaków.

Abstract

Austenitic (non-magnetic) steels are used in construc-

tion of generator rotors retaining rings and bandages as

well as transformers’ bandages and bolts. Such steels

should be characterized by high specific resistance, ma-

gnetic permeability less than 1,3 μ

r

and high mechanical

strength. In addition, these properties should not change

due to possible mechanical and thermal load conditions.

Since nickel austenite (γ → α), is not durable, some nic-

kel is exchanged for manganese.

The paper presents results of investigating stabili-

ty of chromic-manganic austenite of used rotor retaining

rings. At present the assessment of retaining rings, tech-

nical condition and their serviceability is conducted by ul-

trasonic wave attenuation tests. The magnetic measure-

ments based on the detection of the instable austenite,

which in the mechanical and thermal correlations consti-

tute an alternative for the diagnostic testing and moreover

they provide more complete picture of the retaining ring

exploitation.

Wstęp

Stale austenityczne (niemagnetyczne) wykorzysty-

wane są w budowie wirników generatorów w postaci

kołpaków i bandaży oraz w budowie transformatorów

w postaci bandaży i sworzni. Stal o powyższych za-

stosowaniach powinna wyróżniać się dużą oporno-

ścią właściwą, przenikalnością magnetyczną mniejsza

od 1,3 μ

r

(mniejsza od 1,05 dla stali G18H18). Kołpa-

ki są najbardziej wytężonymi elementami generatorów.

Naprężenia obwodowe w czasie rozruchu wzrastają

do 350 MPa, a przy próbie nadobrotów mogą docho-

dzić do 550 MPa. Stale kołpaków charakteryzują się

wysoką wytrzymałością mechaniczną, która przy tem-

peraturze 100˚C obniża się nie więcej jak 10%.

9

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Dla stali tej wymaga się niezmienności właściwo-

ści magnetycznych podczas obciążeń mechanicznych

i termicznych. Ze względu na nietrwałość austenitu ni-

klowego (

γ → α

), część niklu zastępuję się manganem.

Kołpaki narażone są na uszkodzenia mechaniczne

-UM, cieplne – UE i korozyjne – UK. Wagę uszkodzeń,

znaczenie skutków oraz prawdopodobieństwo uszko-

dzenia kołpaków zamieszczono w tablicy I.

Obecnie ocena przydatności kołpaków do dalszej

eksploatacji oparta jest na badaniach nieniszczących

(badania penetracyjne i ultradźwiękowe) oraz pomia-

rze tłumienia fali ultradźwiękowej po długoletniej eks-

ploatacji kołpaków. Pomiary magnetyczne polegające

na detekcji niestabilności austenitu w korelacjach me-

chanicznych i termicznych są alternatywą dla badań

pomiaru tłumienia fali ultradźwiękowej a ponadto dają

pełniejszy obraz wyeksploatowania kołpaków (ocena

stanu degradacji materiału).

W artykule przedstawiono badania stabilności au-

stenitu chromowo-manganowego kołpaków po okresie

długoletniej eksploatacji.

Badania austenitu

chromowo-niklowego

W stali chromowo-niklowej rozpad austenitu nastę-

puje przy ochłodzeniu do temperatury -20ºC. Stoso-

wanie do celów elektrotechnicznych stali austenitycz-

nej chromowo-niklowej uzasadnione jest jedynie jej od-

pornością na korozję elektrochemiczną. W stali tej, po

zgniocie lub wygrzewaniu, następuje wydzielanie wę-

glików i częściowa przemiana fazy γ→α, zmieniająca

parametry magnetyczne. Trwałość austenitu regulowa-

na jest między innymi dodatkiem tytanu i chromu. Ba-

daniu poddano stal chromowo-niklową o składzie che-

micznym podanym w tablicy II.

Niestabilność austenitu powyższej stali jest na tyle

wysoka, że uwidacznia się po odkształceniu plastycz-

nym. Strukturę stali austenitycznej w przed i po od-

kształceniu plastycznym zilustrowano na rysunkach

1 i 2. Odkształcenia plastyczne powodują znaczne

przyrosty przenikalności materiału o ok. 0,1 μ

r

. przy-

rost ten jest mierzalny dla urządzeń pomiarowych kon-

struowanych na Wydziale Transportu Politechniki Ślą-

skiej. Element poddany odkształceniu plastycznemu

zawiera dwadzieścia jeden punktów pomiaru przeni-

kalności magnetycznej. Na rysunku 3 przedstawiono

Tablica I. Klasyfikacja ryzyka uszkodzeń [5]

Table I. Damage risk classification [5]

Prawdopodobieństwo

wystąpienia uszkodzenia

Bardzo

wysokie

wysokie

Średnie

UK

niskie

UE

Bardzo

niskie

Um

Bardzo

niskie

niskie

Średnie wysokie Bardzo

wysokie

Znaczenie skutków

Tablica II. Składniki stopowe stali chromowo-niklowej

Table II. Alloying elements of chromium-nickel steel

Skład chemiczny

ni

cr

mn

mo

Ti

Normatywny, %

9-12

17-19

≤2

≤0,15

≤0,7

Zmierzony, %

9,71

18,04

1,30

0,22

0,30

Rys. 1. Struktura stali X6CrNiTi18-10 przed odkształceniem pla-

stycznym

Fig. 1. X6CrNiTi18-10 steel structure before plastic strain

Rys. 2. Struktura stali X6CrNiTi 18-10 po odkształceniu plastycznym

[2, 4]

Fig. 2. X6CrNiTi18-10 steel structure after plastic strain [2, 4]

Rys. 3. Element poddany odkształceniu plastycznemu [2, 4]

Fig. 3. Element subjected to plastic deformation [2, 4]

10

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

element poddany odkształceniu plastycznemu. Rysu-

nek 4 przedstawia zależności magneto – mechaniczne

zachodzące w badanym materiale.

Pomiar przenikalności magnetycznej przeprowa-

dzono za pomocą urządzenia wyposażonego w punk-

tową kontaktową sondę pomiarową pokazaną na ry-

sunku 5.

Badania austenitu

chromowo manganowego

Skład chemiczny austenitycznej stali mangano-

wej charakteryzuję się zawartością w ok. 12,5 % Mn

przy zawartości ok. 1,3 % C (stal Hadfielda). Czynnika-

mi powodującymi rozkład austenitu dla tej stali jest po-

wolne chłodzenie i wygrzewanie. Nagrzewanie tej sta-

li zwiększa jej przenikalność magnetyczną, która osią-

ga maksimum w temperaturze 400ºC. Odkształcenia

plastyczne jak i naprężenia mechaniczne wpływają na

rozpad austenitu, zarówno w stalach manganowych,

manganowo-niklowych jak i niklowych, jednak z różną

intensywnością. Skład chemiczny badanego metalu

przedstawiono w tablicy III.

Stal chromowo – manganową pozyskano z osło-

ny połączeń czołowych uzwojenia wirnika generatora

(kołpaka). Fotografie przykładowych kołpaków wirni-

ków generatorów i badany wycinek elementu kołpaka

zamieszczono na rysunkach 6 i 7.

Na rysunkach 8 i 9 pokazano strukturę stali G18H18

z widocznym przyrostem pasm poślizgu na zarysach

ziaren austenitu.

Rys. 4. Zmiana przenikalności magnetycznej w części odkształco-

nej plastycznie [2, 4]

Fig. 4. Magnetic permeability change in the plastic deformed ele-

ment [2, 4]

Rys. 5. Magnetoskop wykonany na potrzeby grantu własnego

Fig. 5. Magnetoscope made during own research project

Tablica III. Skład chemiczny stali G18H18 wg danych producenta

Table III. Chemical composition of G18H18 steel acc. to producer data

Skład chemiczny

c

Si

cr

mn

p

S

n

%

Max 0,12

Max 0,80

17,5÷20,0

17,5÷20,0

Max 0,05

Max 0,015

Min 0,5

Rys. 6. Kołpaki wirników generatorów

Fig. 6. generator rotors cap

Rys. 7. Wycinek kołpaka z zaznaczonymi strefami struktur (b – rys. 8,

a – rys, 9)

Fig. 7. A part of cap with signed structure areas (b – fig. 8, a – fig, 9)

Rys. 8. Struktura stali G18H18

w stanie materiału eksploatowa-

nego (do awarii)

Fig. 8. Structure of G18H18 steel

in the material (till damage)

Rys. 9. Struktura stali G18H18

poddanej dodatkowemu zgina-

niu na zimno

Fig. 9. Structure of G18H18 sub-

jected to additional cold bending

11

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Próbki do badań

Do badań przygotowano próbki płaskie o przewęże-

niu klepsydrycznym oraz próbki cylindryczne o kształ-

cie klepsydrycznym jak pokazano na rysunkach 10 i 11.

Próbki poddano obciążeniom zmęczeniowym

w temperaturze otoczenia 21

o

C. Cykle zmęczeniowe

realizowano z ustalonym krokiem obciążenia i liczbą

cykli. Oddzielną grupę próbek poddano rozciąganiu

w celu uzyskania określonych odkształceń wzdłużnych

lub zerwania. Fotografie próbek po obciążeniach zmę-

czeniowych zamieszczono na rysunku 12.

Numery próbek, wartości obciążeń mechanicznych

oraz liczbę cykli i odkształcenia podano w tablicy IV.

Rys. 10. Kształt i wymiary próbki płaskiej

Fig. 10. Shape and dimensions of flat sample

Rys. 11. Kształt i wymiary próbki klepsydrycznej

Fig. 11. Shape and dimensions of cylindrical sample

Rys. 12. Przykłady próbek płaskich i okrągłych poddanych obciąże-

niom zmęczeniowym

Fig. 12. Examples of flat and cylindrical samples after fatigue

strength test

Tablica IV. Charakterystyka wprowadzonych obciążeń mechanicz-

nych

Table IV. Characteristic of mechanical loads

Próbka

Amplituda

mpa

Liczba

cykli

Odkształcenie

%

Stan

p1

500

30 720

zerwana

p2

400

350 000

*

P3

400

320 000

*

p5

400

300 000

*

D5

Rm 1190

19,7

D6

Rm 1207

19,6

K1

300

684 773

*

zerwana

K2

próbka testowa

K3

600

80 246

*

zerwana

K4

750

20 828

*

zerwana

K5

500

252 904

*

zerwana

Próbki płaskie oznaczono literą P, cylindryczne literą K, a próbki

rozciągane literą D.

Pomiar wpływu odkształceń

plastycznych i zmęczeniowych

na przenikalność materiału

W przypadku stali chromowo niklowej powierzch-

nię wygięcia (rys. 3) pomierzono prototypowym urzą-

dzeniem pomiarowym, wykonanym w ramach reali-

zacji grantu własnego. Przyrząd ten umożliwia po-

miar zmian przenikalności magnetycznej z rozdziel-

czością 10

-3

µ

r

.

Przyrząd profesjonalny firmy Foerster, umożliwia-

jący natomiast pomiar z rozdzielczością do 10

-5

µ

r

,

Tablica V. Wyniki pomiaru przenikalności magnetycznej

Table V. Magnetic permeability measurements results

Próbka

pomiar Δµ x10

-6

odcinek

skrajny 1

odcinek

środkowy

odcinek

skrajny 2

p1

310

p2

350

P3

860

p5

820

D5

410

D6

560

przełom

przełom

K1

160

160

K2

240

240

K3

260

260

K4

200

200

12

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

zastosowano ze względu na stabilność strukturalną

stali chromowo – manganowej.

Wyniki pomiarów zamieszczono w poniższych tabli-

cach V i VI.

Wyznaczano przyrost przenikalności magnetycznej

po zetknięciu sondy z powierzchnią próbki w stosun-

ku do przenikalności powietrza w pobliżu próbki. W po-

miarach zachowano stałe ułożenie próbek i sąsiedztwo

instalacji ferromagnetycznych.

Tablica VI. Wyniki pomiaru indukcji magnetycznej

Table VI. Magnetic induction maesurments results

Próbka

pomiar B, µT

odcinek

skrajny 1

odcinek

środkowy

odcinek

skrajny 2

p1

1,51

2,33

1,51

p2

1,22

2,51

1,62

P3

1,32

2,51

1,58

p5

1,27

2,54

1,44

D5

2,03

2,81

1,67

D6

1,85

2,57

2,07

dla przełomu

dla przełomu

K1

1,81

1,67

K2

1,41

1,84

K3

0,32

0,11

K4

0,71

0,41

Podsumowanie

Pomiary niskich pól magnetycznych oraz przeni-

kalności początkowej elementu nowego i eksploato-

wanego ze stali paramagnetycznych są jedną z me-

tod wykorzystywanych w badaniach procesu wyeks-

ploatowania (łopatki turbin lotniczych).

Sposobu badań oraz stosowanej aparatury nie

ujawnia się w literaturze. Wyniki badań przedstawio-

ne w opracowaniu potwierdzają możliwość wyko-

rzystywania magnetyzmu w ocenie degradacji ma-

teriału [1÷4]. Badania muszą być poprzedzone do-

kładną analizą zmian parametrów fizycznych mate-

riału od obciążeń eksploatacyjnych mechanicznych

i termicznych. Metoda wymaga specjalnie ekrano-

wanych stanowisk badawczych lub uwolnienia stre-

fy badań od elementów magnetycznych. Pomiary

pola magnetycznego muszą uwzględniać kierunek

pola ziemskiego. Pomiary przenikalności magne-

tycznej takiego warunku nie wymagają. Wyniki ba-

dań przedstawione w pracy mają charakter unikalny.

Badania są kontynuowane w ramach grantu.

Literatura

[1] Żurek Z.H., Janeczek T., Maciejewski J.: Steel Magnetic Pa-

rameters as Material Fatigue Diagnostics Criterion, NDT.net,

Issue 2009-03, s. 251-257.

[2] Żurek Z.H., Cząstkiewicz Z.: Pomiary magnetyczne sta-

li paramagnetycznych, PAK, Pomiary Kontrola Automatyka,

IV/2009, s. 229-232.

[3] Żurek Z.H.: Opracowanie metody magnetycznej do wczesnej

detekcji procesów zmęczeniowych w stalach niskostopowych

niskowęglowych, N N507 0807 33.

[4] Żurek Z.H., Madej H.: Parametryczno magnetyczna proce-

dura wczesnej diagnostyki wyeksploatowania elementów ze

stali konstrukcyjnych stosowanych w instalacjach energe-

tycznych i transporcie, Zeszyty problemowe – maszyny Elek-

tryczne Nr88/2010, s. 217-223.

[5] Dobosiewicz J., Adamek J.: Ocena stanu kołpaków wirników

turbogeneratorów, Energetyka 3/2006.

Artykuł powstał w ramach grantu własnego: Żurek

Z.H.: Metoda diagnostyki stanu stalowych (parama-

gnetycznych i ferromagnetycznych) elementów ma-

szyn elektrycznych na przykładzie bandaży i kap

wirników generatorów N N510 238538.

W następnym numerze

Paweł Cegielski, Andrzej Kolasa, Krzysztof Skrzyniecki, Paweł Kołodziejczak

Komputerowy system do badań właściwości statycznych i dynamicznych źródeł energii elektrycznej do spawania łukowego

Aneta Ziewiec, Paweł Zbroja, Edmund Tasak

Skłonność do pęknięć gorących austenitycznej stali Super 304H przeznaczonej do pracy w podwyższonej temperaturze

Krzysztof Pańcikiewicz, Sławomir Kwiecień, Edmund Tasak

Właściwości połączeń spawanych stali 7CrMoVTiB10-10 (T24) po obróbce cieplnej

Anthony B. Murphy

Wpływ oparów metalicznych na spawanie łukowe – część 1

Jerzy Kozłowski

Certyfikacja zakładowej kontroli produkcji wg EN 1090-1 na przykładzie Kromiss-Bis

13

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Bolesław Augustyniak

Leszek piotrowski

marek chmielewski

ocena stanu trójnika rurociągu

pary świeżej ze stali 13HMF

metodą emisji magnetoakustycznej

assessment of state of steam pipe t-joint made of 13HMf 
grade steel using magnetoacoustic emission effect 

Bolesław Augustyniak, Leszek Piotrowski, Marek

Chmielewski – Politechnika Gdańska.

Streszczenie

Zbadano trójnik w rurociągu pary świeżej ze stali

13HM o czasie eksploatacji ok. 66 000 h. Mierzono: na-

tężenie emisji magneto akustycznej (EMA), twardość HV,

współczynnik tłumienia fal ultradźwiękowych (dB/mm).

W przypadku badania EMA do magnesowania użyto gru-

bościenny elektromagnes jarzmowy o adaptowanych ra-

mionach a sygnał napięciowy z szerokopasmowej son-

dy był filtrowany w celu eliminacji zakłóceń przemysło-

wych. Porównawcza analiza tych trzech wielkości fizycz-

nych umożliwiła identyfikację obszarów o mniejszym lub

większym stopniu zdegradowania mikrostruktury. Wyka-

zano, że odcinki łączników w trójnikach o mniejszej gru-

bości ścianki mogą być bardziej zdegradowane od od-

cinków o większej grubości ścianki. Te wyniki świad-

czą o dużym potencjale diagnostycznym opracowywa-

nej metody badania zmian w mikrostrukturze rurociągów

pary świeżej wykonanej ze stali 13HMF.

Abstract

The study focused on a part of the steam pipe (T – jo-

int) in a power plant boiler made of 13HMF grade steel (in

service over 66 000 hours) with magneto-acoustic emis-

sion (MAE). Two complementary techniques - the hard-

ness measurement (HV) and ultrasound attenuation co-

efficient analysis (dB/mm) have also been applied. The

MAE signal was detected by large band sensor when

thick pole electromagnet (adapted to pipe curvature) and

appropriate filtering of acoustic had been applied. Com-

parative analysis of those three quantities allowed detec-

tion of the areas with different level of microstructural da-

mage. It was revealed that parts of the joint made of lower

thickness wall pipe are more creep-damaged than parts

with higher thickness of the wall. These results demon-

strate the high potential of the proposed technique of as-

sessment of creep damage of power plant steam tubes

made of 13HMF grade steel.

Wstęp

Proces degradacji, jakiemu ulegają elementy kon-

strukcji w warunkach zmiennych naprężeń i wyso-

kiej temperatury pogarsza znacząco właściwości me-

chaniczne tych stali, aż do wystąpienia makroskopo-

wych uszkodzeń [1]. Złożoność problemów technicz-

nych występujących w sferze diagnostyki urządzeń

energetycznych, a jednocześnie dążenie do podwyż-

szenia dokładności prognozowania trwałości reszt-

kowej są powodem ciągłego rozwoju nowych metod

diagnozowania stanu materiału [2, 3]. Nieniszcząca

ocena stopnia utraty właściwości wytrzymałościowych

stali w przemyśle energetycznym jest zadaniem ogrom-

nie ważnym i nadal nierozwiązanym w skali gospodarki

światowej. W energetyce krajowej występuje problem

diagnozowania i wymiany elementów instalacji ener-

getycznych wykonanych głównie ze stali ferromagne-

tycznych (10H2M, 15HM i 13HMF) a eksploatowanych

dłużej niż 100 000 h. Wynika stąd zasadność podej-

mowania intensywnych wysiłków na rzecz rozwoju me-

tod badań nieniszczących służących do diagnozowa-

nia właśnie takich gatunków stali. Zasadne jest zasto-

sowanie dla nieniszczącego diagnozowania zmian mi-

krostruktury eksploatowanych stali przynajmniej dwóch

komplementarnych technik: techniki magnetycznej

wykorzystującej właściwości ferromagnetyczne tej stali

(a w szczególności zjawisko emisji magneto-akustycz-

nej) oraz technikę ultradźwiękową.

14

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

W Politechnice Gdańskiej prowadzone są od sze-

regu lat badania nad wykorzystaniem efektów magne-

tosprężystych, a w szczególności emisji magnetoaku-

stycznej, do diagnozowania stanu mikrostruktury eks-

ploatowanych stali ferromagnetycznych. Dotychcza-

sowe wyniki tych badań dla stali ferrytyczno-perlitycz-

nych i perlityczno-bainicznych (typu 15HM i 10H2M)

wskazują jednoznacznie na to, że metoda bazująca na

efekcie emisji magnetoakustycznej (EMA) charakte-

ryzuje się bardzo dobrymi właściwościami użyteczny-

mi dla potrzeb badań nieniszczących [4]. Szczególnie

korzystny jest fakt, że natężenie EMA okazuje się być

dla tych stali monotoniczną i znacząco malejącą funk-

cją stopnia degradacji już na wczesnym etapie proce-

su degradacji (przed wystąpieniem uszkodzeń mikro-

struktury). Badania testowe wykonane na cienkościen-

nych elementach konstrukcyjnych (przegrzewacze

pary), dawały relatywnie silne sygnały EMA [5÷8]. Ele-

menty grubościenne (takie jak np. elementy rurociągu

pary świeżej) stanowią dużo większe wyzwanie z me-

trologicznego punktu widzenia. Składają się na to trzy

podstawowe problemy ‘techniczne’: konieczność do-

statecznie silnego magnesowaniem tego typu elemen-

tów, osłabienie sygnału EMA w grubościennych i dłu-

gich elementach oraz hałasy akustyczne o naturze me-

chanicznej generowane się w rurociągu w trakcie re-

montów bloków energetycznych.

W niniejszym artykule przedstawione są wyniki ba-

dań za pomocą techniki EMA trójnika rurociągu pary

świeżej wykonanej ze stali 13HMF. Wykonano tak-

że badania komplementarne polegające na pomiarze

w wybranych obszarach trójnika współczynnika tłumie-

nia ultradźwięków, twardości i mikrostruktury mikrosko-

pem świetlnym.

Układy pomiarowe

Pomiar EMA

Układy do magnesowania i detekcji właściwości

magneto-akustycznych zostały wykonane na Wydzia-

le Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej PG. Ry-

sunek 1 przedstawia układ do magnesowania oraz de-

tekcji sygnału EMA w trakcie pomiarów. Składa się on

z elektromagnesu (E), szerokopasmowego przetwor-

nika ultradźwiękowego (s), przedwzmacniacza (pw)

oraz (niewidocznego na zdjęciu) analogowego układu

wzmacniającego (wykorzystano układy z filtrem gór-

noprzepustowym oraz bez filtra). Szczególnie istotne

okazało się zastosowanie elektromagnesu o dużej po-

wierzchni przekroju rdzenia zapewniającego względnie

silne namagnesowanie dużego obszaru rury. Zastoso-

wano przetwornik ultradźwiękowy szerokopasmowy

typu WD firmy Physical Acoustic Corporation. Wzmoc-

niony sygnał napięciowy U z przetwornika ultradźwię-

kowego podawany był na przetwornik analogowo-cyfro-

wy (12 bitów) i rejestrowany z dużą rozdzielczością dla

jednego półokresu magnesowania z wykorzystaniem

przenośnego komputera przystosowanego do badań

w warunkach przemysłowych (rys. 2). Analizę zare-

jestrowanego sygnału napięciowego przeprowadza-

no „on-line” korzystając z oprogramowania stworzone-

go przy wykorzystaniu pakietu LabVIEW 8.0. Analiza

polegała na cyfrowej filtracji z wykorzystaniem techni-

ki FFT (szybka transformata Fouriera) oraz wyznacza-

niu chwilowego napięcia skutecznego Ua (sygnał rms).

Wyniki tej analizy są także rejestrowane.

Badania ultradźwiękowe

i twardości oraz mikrostruktury

Badania komplementarne wobec metody EMA wy-

konane zostały przez Laboratorium Badań Materia-

łowych ME Groupe z Warszawy. Badania te polega-

ły głównie na pomiarze współczynnika tłumienia fal

ultradźwiękowych (dla częstotliwości 2, 4 i 15 MHz).

Mierzono także twardości (za pomocą twardościomie-

rza Krautkramer MIC-10) i wykonywano analizę mikro-

struktur mikroskopem przenośnym (Instrukcja badaw-

cza Nr 02 do procedury Nr P05 „Mikroskopia Świetlna

Metoda przenośna – PMS” – IB02).

Informacja o badanym trójniku

Na rysunku 3 pokazano schemat trójnika w ruro-

ciągu pary świeżej. Czas eksploatacji tego trójnika to

ok. 66 000 h. Zaznaczono na nim obszary badań EMA

i UT (punkty 1÷8) oraz pięć spoin. Linie przerywane

to spoiny konstrukcyjne trójnika a linia ciągłe ozna-

czają spoiny montażowe trójnika z resztą rurociągu.

Rys. 1. Układ pomiarowy pod-

czas pracy na rurociągu pary

świeżej

Fig. 1. Working meter circuit

on the fresh steam pipeline

Rys. 2. Komputer stosowany w

trakcie pomiarów

Fig. 2. Komputer used in the me-

asurements

Rys. 3. Schemat trójnika pary świeżej

Fig. 3. fresh steam three-way pipe

15

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Należy zaznaczyć, że punkty 1 i 2 oraz 3 i 4 dotyczą

dwóch łączników. Przed przyspawaniem do korpusu

trójnika zostały one przetoczone na wymagane wymia-

ry. Charakterystyczna dla nich jest zmiana zewnętrznej

średnicy. Okrągła kula trójnika wraz z szyją jest mono-

blokiem i ten element został wykonany metodą kucia.

Punkt 5 leży na szyi korpusu. Punkty 7 i 8 leżą na frag-

mentach rurociągu dospawanych do trójnika.

Wyniki badań

Podstawą dla uzyskania zadowalających wyników

pomiaru EMA w przypadku elementów grubościennych

było wyeliminowanie zakłóceń w sygnale EMA.

Opracowując technikę badania EMA elementów

grubościennych stwierdzono, że rejestrowane przez

głowicę szerokopasmową zakłócenia akustyczne wy-

stępujące w rurociągu grubościennym w kotle charak-

teryzują się wystarczająco różnym widmem częstotli-

wości od widma sygnału EMA. Dzięki temu mogą być

wyeliminowane poprzez stosowanie filtrów analogo-

wych lub też przez obróbkę cyfrową zarejestrowanego

pełnego sygnału napięciowego. Należy podkreślić, że

opracowane z wykorzystaniem pakietu LabVIEW pro-

cedury filtracji i analizy sygnału umożliwiły skuteczną

detekcję sygnału EMA oraz szybką ocenę stanu ruro-

ciągu w trakcie wykonywania badania EMA.

Przedstawione wyniki pomiaru EMA uzyskano sto-

sując odpowiednią filtrację. Wykresy zmierzonego

chwilowego poziomu napięcia EMA są pokazane na

rysunku 4. Są to fragmenty pętli histerezy zarejestro-

wane dla wzrastających wartości prądu zasilającego

elektromagnes jarzmowy. Szerokie maksimum w natę-

żeniu EMA jest skutkiem złożonego rozkładu czasowo

przestrzennego indukcji magnetycznej wewnątrz gru-

bościennego elementu na skutek generacji prądów wi-

rowych. Rejestrowany sygnał jest efektem sumowania

fal akustycznych EMA emitowanych z obszarów o róż-

nym stanie magnesowania [9, 10]. Analizę porównaw-

czą natężenia EMA ułatwia zestawienie całek z wykre-

sów wartości chwilowych natężenia EMA (rys. 4). Całki

te pokazane są na rysunku 5. Jak widać, poziomy sy-

gnału EMA różnią się dość znacznie. Największe na-

tężenie EMA stwierdzono dla punktów 1, 3 i 5, a naj-

mniejsze dla punktu 7. Natężenie EMA jest relatywnie

niskie także dla punktów 5 i 8.

Wyniki ultradźwiękowego pomiaru grubości przed-

stawiono na rysunku 6. Widać, że grubość ścian-

ki wstawek zmienia się od ok. 72 mm (punkty 1 i 3)

do 52 mm (punkty 2 i 4). Dla pozostałych badanych ob-

szarów grubość ścianki jest też bliska wartości 50 mm.

Wyniki pomiaru twardości przedstawiono na rysun-

ku 7. Widać znaczące różnice wartości twardości po-

między wstawkami trójnika (poziom ok. 175 HV) a szy-

ją (punkt 5) i zewnętrznymi elementami dospawanymi

do trójnika (punkty 7 i 8).

Tłumienie ultradźwięków okazało się być także róż-

ne dla poszczególnych fragmentów trójnika. Z wy-

ników pokazanych na rysunku 7 wynika, że tłumie-

nie dla punktów 1 oraz 3 (grubsza ścianka) jest sys-

tematycznie mniejsze od tłumienia dla punktów 2 i 4

Rys. 4. Natężenie emisji EMA w obszarach zaznaczonych na trójniku

Fig. 4. MAE signal intensity in marked areas on the three-way pipe

Rys. 5. Całki z natężenia EMA w obszarach zaznaczonych na trójniku

Fig. 5. MAE signal integral intensity in marked areas on the three-way pipe

Rys. 6. Grubość elementu wyznaczona za pomocą UT

Fig. 6. Wall of pipe thickness measured using ultrasounds

Rys. 7. Twardość HV w obszarach zaznaczonych na trójniku

Fig. 7. HV hardness in the marked areas on the three-way pipe

16

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

(cieńsza ścianka). W punkcie 5 tłumienie jest relatyw-

nie wysokie.

Ważnym w analizie danych momentem jest zesta-

wienie wyników pomiaru EMA (całki) z wartościami

twardości HV i współczynnikiem tłumienia. Takie zesta-

wienie przedstawiono w postaci wykresu trójwymiaro-

wego na rysunku 9. Wyróżnić należy najpierw punk-

ty 3 i 1 – o dużym poziome EMA i względnie wysokiej

twardości HV. Zgodnie z przyjęta koncepcją o charak-

terze zmian natężenia EMA w procesie degradacji na-

leży przypuszczać, że te fragmenty łącznika nie uległy

jeszcze degradacji. Punkty 4 i 2 – leżące w strefie cień-

szej ścianki łącznika cechują się dużo niższym pozio-

mem EMA w porównaniu z obszarami 1 i 3, a więc na-

leży cieńsze fragmenty łącznika ocenić jako relatyw-

nie bardziej zdegradowane niż te należące do strefy

o grubszej ściance. Obszar dla punktu 5 (szyja trójni-

ka) charakteryzuje się wysokim poziomem EMA ale re-

latywnie niską twardością. Współczynniki tłumienia dla

wszystkich punktów położonych na trójniku mają po-

dobną wartość. Stwierdzona dla punktu 5 różnica w po-

ziomie twardości przy tym samym poziomie EMA i tłu-

mienia może wynikać z mikrostruktury materiału łącz-

ników i korpusu trójnika. To zostało potwierdzone ba-

daniami metalograficznymi. Za pomocą mikroskopu

świetlnego zbadano obrazy mikrostruktury w punk-

cie 1 i punkcie 5. W przypadku łącznika stwierdzono

strukturę ferrytyczno-bainityczną (ziarno o średnicy

D = 40 mm ± 10 mm). W punkcie 5 występowały bardzo

duże ziarna ferrytu (D = 150 ± 10 mm) z udziałem fazy

zapewne perlitycznej. Duże ziarno ferrytu sprawia, że

zwiększa się poziom emisji EMA a faza perlityczna jest

przyczyną mniejszej twardości tej części trójnika. Punk-

ty 7 i 8 należą do obszaru ‘odrębnego’ w sensie struk-

tury rurociągu a zapewne i mikrostruktury. W przypadku

punktu 7, widoczne na rysunku 9 cechy – niski poziom

EMA , niski poziom HV oraz wysoki poziom tłumienia,

sugerują zakwalifikowanie tego fragmentu do grupy ma-

teriałów relatywnie najbardziej zdegradowanych. Punkt

8 – charakteryzuje się wysokim poziomem EMA, dużą

twardością i małym tłumieniem fal ultradźwiękowych. Na

tej podstawie można i należy ten obszar zaliczyć do ma-

teriału mniej zdegradowanego niż materiał w obszarze

punktu 7. Należy dodać, że odcinki rur dospawane do

obu łączników maję tę samą grubość ścianki. Tym sa-

mym różnice w poziomie twardości jaki i współczynnika

tłumienia muszą wynikać z różnic w mikrostrukturze obu

dospawanych rur. Należy też przypuszczać, że te zmia-

ny są rezultatem eksploatacji, a nie wynikają z różnic w

mikrostrukturze w stanie dostawy.

Podsumowanie

Zbadano trójnik w rurociągu pary świeżej. Mierzo-

no: natężenie emisji magneto akustycznej, twardość,

współczynnik tłumienia fal ultradźwiękowych. Porów-

nawcza analiza tych trzech wielkości fizycznych umoż-

liwiła identyfikację obszarów o mniejszym lub więk-

szym stopniu zdegradowania mikrostruktury. Wyka-

zano, że odcinki łączników w trójnikach o mniejszej

grubości ścianki mogą być bardziej zdegradowane od

odcinków o większej grubości ścianki. Te wyniki świad-

czą o dużym potencjale diagnostycznym opracowywa-

nej metody badania zmian w mikrostrukturze rurocią-

gów pary świeżej wykonanej ze stali 13HMF.

Niniejsze badania były finansowane z programu badawczego KBN

Nr 1133/T08/2005/29

Rys. 8. Tłumienie UT w obszarach na trójniku zmierzone dla często-

ści 2 i 4 MHz

Fig. 8. Ultrasound attenuation in the marked areas on the three-way

pipe for 2 i 4 MHz frequency

Rys. 9. Wartości EMA w funkcji twardości (HV) i tłumienia (dB/mm)

Fig. 9. MAE values in the function of hardness (HV) and attenuation

(dB/mm)

17

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Literatura

[1] Hernas A., Dobrzański J.: Trwałość i niszczenie elementów ko-

tłów i turbin parowych, Wyd. Politechnika Śląska, Mon. 2, Gli-

wice 2003.

[2] Dobosiewicz J.: Badania diagnostyczne urządzeń cieplno-me-

chanicznych w energetyce – cz. II, kotły i rurociągi. Diagnosty-

ka Techniczna, Warszawa: Biuro-Gamma, 1999.

[3] Deputat J.: Nieniszczące metody badania materiałów; War-

szawa, Biuro Gamma, 1997.

[4] Augustyniak B.: Zjawiska magnetosprężyste i ich wykorzysta-

nie w nieniszczących badaniach materiałów, Wyd. Politechnika

Gdańska, Gdańsk, Monografia 38, 2003. s. 1-192.

[5] Augustyniak B., Chmielewski M., Piotrowski L., Głowacka M.:

Assessment of 15HM steel quality with three methods based

on Barkhausen effect; Proc. of 9th International Scientific Con-

ference AMME2000, Sopot 11.10.-14.10.2000, Ed. L. A. Do-

brzański, 2000, s. 27-30.

[6] Augustyniak B., Piotrowski L., Chmielewski M., and Sablik

M.: Nondestructive Characterization of 2Cr-1Mo Steel Quality

using Magnetoacoustic Emission, IEEE Trans. Magn., vol. 38,

5/2002, s. 3207-3209.

[7] Sablik M.J., Augustyniak B., Piotrowski L.: Modeling incipient

creep damage effects on Barkhausen noise and magnetoaco-

ustic emission; J. Magn. Magn. Mater. vol. 272-276 (2004) s.

e523-e525.

[8] Augustyniak B., Piotrowski L., Chmielewski M., Sablik M.: Cre-

ep damage zone detection in exploited power plant tubes with

magnetoacoustic emission; Przegląd Elektrotechniczny, nr

4/2007, s. 93-98.

[9] Augustyniak B., Piotrowski L., Augustyniak M., Chmielewski

M., Sablik M.J.: Impact of eddy currents on Barkhausen and

magnetoacoustic emission intensity in a steel plate magnetized

by a C-core electromagnet; J. of Magnetism and Magnetic Ma-

terials. v. 272-276, (2004), s. e543-e545.

[10] Augustyniak M., Augustyniak B., Chmielewski M., Sadowski

W.: Impact of plate dimensions on time and space distribution

of magnetic field induction inside the plate magnetized with C-

core at various frequencies, Przegląd Elektrotechniczny. R 83,

nr 6/2007, pp. 48-50

Redakcja Przegląd spawalnictwa, ul. Świętokrzyska 14a, 00-050 warszawa, 

tel.: [phone], fax: [phone]; e-mail: [e-mail], www.pspaw.ps.pl

18

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

Zbigniew Ranachowski

Badanie mikrostruktury betonów

przy zastosowaniu metody

indentacji wielokrotnej

application of statistical indentation method 
to investigation of concrete microstructure

Zbigniew Ranachowski – Instytut Podstawowych Proble-

mów Techniki PAN

Streszczenie

W artykule skonfrontowano wyniki pomiarów para-

metrów mikrostruktury dwóch serii napowietrzonych

mieszanek betonowych, takich jak: porowatość całko-

wita, współczynnik rozmieszczenia porów powietrznych,

odporność na powierzchniowe łuszczenie z parametra-

mi uzyskiwanymi w procedurze indentacji wielokrotnej.

Indentacja wielokrotna umożliwia określenie mikrotwar-

dości w obszarze matrycy i obszarze kruszywa, a także

wyznaczenie powierzchniowego udziału obszarów o ni-

skiej zwartości (LD), to jest obszarów o wysokiej porowa-

tości. Te parametry uzyskiwane z badania metodą inden-

tacji wielokrotnej można zastosować do oceny trwałości

betonów badając np. próbki rdzeniowe, uzyskane z od-

wiertów. Pomiary metodą indentacji wielokrotnej można

prowadzić w sposób zautomatyzowany. Przedstawione

wyniki badań wskazują na obniżenie odporności na śro-

dowiskowe czynniki agresywne w kompozycjach o pod-

wyższonym współczynniku LD.

Abstract

The paper presents the results of investigation of pa-

rameters of microstructure of two series of air pertrained

concrete mixes. The following parameters were exami-

ned: volumetric porosity, air pores spacing coefficient,

surface scaling endurance - confronted to those derived

from the statistical indentation procedure. That procedu-

re is intended to determine the microhardness of concre-

te matrix, aggregates area and of the percental content

of a component called low density area (LD), characte-

rising the high porosity clusters. The parameters obta-

ined with application of statistical indentation method can

be used to assess the endurance of concrete by testing

of core samples drilled out of the massive constructions.

There is a possibility to automate the described method.

The presented test results suggest that the compositions

that reveals the increased LD coefficient also tend to de-

monstrate the lower resistance to environmal aggression

agents.

Wstęp

W artykule skonfrontowano wyniki pomiarów pa-

rametrów mikrostruktury dwóch serii napowietrzonych

kompozycji betonowych, takich jak: porowatość cał-

kowita, współczynnik rozmieszczenia porów powietrz-

nych, odporność na powierzchniowe łuszczenie z pa-

rametrami uzyskiwanymi w procedurze indentacji wie-

lokrotnej. Indentacja wielokrotna umożliwia określe-

nie mikrotwardości w obszarze matrycy i obszarze kru-

szywa, a także wyznaczenie powierzchniowego udzia-

łu obszarów o niskiej zwartości (LD), to jest obsza-

rów o wysokiej porowatości. Te parametry uzyskiwane

z badania metodą indentacji wielokrotnej można zasto-

sować do oceny trwałości betonów badając np. próbki

rdzeniowe, uzyskane z odwiertów. Przedstawione wy-

niki wskazują na obniżenie odporności na środowisko-

we czynniki agresywne w kompozycjach o podwyższo-

nym współczynniku LD.

Metodyka badań

Pojęciem mikrotwardość określa się wielkość fi-

zyczną wyrażoną w jednostkach naprężenia, cechu-

jącą dany materiał lub – w przypadku betonu – jego

poszczególne składniki. Wielkość ta jest uzyskiwa-

na przez obliczenie stosunku pomiędzy siłą z jaką

zagłębia się wgłębnik pomiarowy do wymiaru po-

wierzchni odcisku pozostawionego przez ten wgłębnik.

19

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

W 2002 r. w IPPT PAN rozpoczęto badania trwałości be-

tonu kilkoma metodami zastosowanymi w pracy eks-

perymentalnej opisanej w niniejszym artykule. Szer-

sze zastosowanie znajdują obecnie metody: wyznacza-

nia współczynnika rozmieszczenia porów powietrznych

i masy złuszczonego materiału w badaniu slab test. me-

tody te – w tym badania mikrotwardości – opisano sze-

rzej w monografii [1]. Trudności napotykane w trakcie

pomiarów mikrotwardości wynikają między innymi z fak-

tu, że odciski wykonywane w trakcie tej procedury mogą

być usytuowane w zaczynie cementowym albo w kru-

szywie lub w obszarze mikrostruktur o wysokiej porowa-

tości i przez to jednoznacznie nie przyporządkowanym

do żadnego z wymienionych dwóch wyżej obszarów.

Rozwiązanie tego problemu polega na zastoso-

waniu procedury indentacji wielokrotnej, przedstawio-

nej w pracy [2]. W ramach tej procedury uzyskuje się

zbiór wyników pomiarów mikrotwardości, który zawie-

ra podzbiory wyników uzyskanych z indentacji obsza-

rów materiału z założenia istotnie różniących się mikro-

twardością. Uporządkowanie wyników mikrotwardości

w arbitralnie przyjętych wąskich przedziałach wartości

tego parametru umożliwia separację wyników pomia-

rów pochodzących z obszarów różniących się zasad-

niczo właściwościami mechanicznymi i mających od-

mienną strukturę.

Badania przeprowadzone były w sposób następu-

jący: odciski w próbkach wykonano za pomocą stan-

dardowego wgłębnika Vickersa, w formie piramid-

ki o kącie rozwarcia między przeciwległymi ścianka-

mi 136˚. Zastosowano przy tym technikę DSI (Depth

Sensing Indentation), polegającą na ciągłym po-

miarze siły nacisku i przemieszczania wgłębnika w

trakcie procesu wciskania go w materiał. Siłę naci-

sku mierzono za pomocą maszyny wytrzymałościo-

wej Lloyd EZ 50, wyposażonej w głowicę o nośno-

ści do 50 N. Układ pomiarowy umożliwiał pomiar siły

z dokładnością 0,5% wartości przykładanego obcią-

żenia. Dzięki zewnętrznemu, dodatkowemu prze-

twornikowi LVDT możliwy jest pomiar przemieszcze-

nia wgłębnika w badanym materiale, z dokładnością

do 1 µm. Próbki stosowane do badań metodą inden-

tacji wielokrotnej miały postać prostopadłościanów

o wymiarach ścianki poddanej badaniom 30 x 100

i grubości 24 mm. Odpowiednio wycięte i wygładzo-

ne próbki mocowano na stoliku z możliwością precy-

zyjnego przesuwu w kierunkach poziomych. W każ-

dej próbce wykonuje się 78 odcisków wgłębnika od-

dalonych od siebie o 1 mm, w trzech rzędach po 26

odcisków, według jednoznacznie zdefiniowanego

schematu położenia tych odcisków względem kra-

wędzi próbki. W związku z tym, obszar próbki pod-

dany procedurze indentacji ma przybliżone wymiary

30 x 24 mm. Na rysunku 1 pokazano wzorcowy ślad

odcisku wykonany w żywicy epoksydowej o wymia-

rach 50 x 50 µm mikrometrów oraz ślad stosowane-

go zestawu odcisków wykonany w betonie zabarwio-

nym niebieskim tuszem dla uzyskania podwyższone-

go kontrastu granic obszarów: matryca – kruszywo.

Układ obciążający był sterowany przy użyciu opro-

gramowania Ondio NEXYGEN (Lloyd Instruments),

które umożliwia rejestrację wyników i wyznaczanie mi-

krotwardości zgodnie ze wzorem:

gdzie: P – przyłożone obciążenie, N; φ – 68°, d – średnia długość

przekątnej odcisku, m; δ – wielkość zagłębienia, m.

Wyniki badań mikrotwardości uzyskane z bada-

nia próbek kilku specjalnie przygotowanych kompo-

zycji zostały skonfrontowane z rezultatami obserwa-

cji mikroskopowych wykonanych w celu określenia

rodzaju materiału, w którym znajdował się konkret-

ny odcisk. Analiza tych wyników [3, 4] wykazała, że

ok. 40 % zidentyfikowanych odcisków przypada na

matrycę cementową, której mikrotwardość zawiera

się w przedziale 250÷1250 MPa. Jako odciski w kru-

szywie identyfikowano ok. 55% śladów o mikrotwar-

dości 1000÷5400 MPa. Do pięciu procent odcisków

w obszarach niezdefiniowanych charakteryzowa-

ło się mikrotwardością z przedziału 100÷1100 MPa.

Na tej podstawie opracowano procedurę obróbki wy-

ników badań indentacji wielokrotnej. Analizie podle-

ga zbiór 150 wyników badań. Wyniki porządkuje się

w układzie histogramu, na którym na osi poziomej

zaznacza się 33 przedziały mikrotwardości o szero-

kości 100 MPa, w układzie rosnącym. Na osi piono-

wej podaje się procentowy odsetek wyników badań

przyporządkowany do poszczególnych klas. Przy-

kłady histogramów mikrotwardości pokazano na

rysunkach 2 i 3.

Metodą indentacji wielokrotnej można wyznaczyć

trzy wymienione niżej parametry badanych struktur:

– Średnia wartość mikrotwardości matrycy HV

m

es-

tymowana na podstawie założenia, że uśred-

nieniu podlegają wyniki pomiarów z przedziału

250>HV≥1250;

Rys. 1. a) Ślad odcisku wgłębnika o wymiarach 50 x 50 mm w mate-

riale modelowym (żywica epoksydowa); b) ścieżka odcisków na po-

wierzchni badanej próbki wykonanych co 1 mm na próbce z beto-

nu. Matryca cementowa ciemniejszy kolor, a kruszywo granitowe ko-

lor jaśniejszy.

Fig. 1. a) The shape of microindenter indentation with dimension of

50x50 mm in the model material (epoxide resin), b) the path of inden-

tations in the sample surface made with the 1 mm step on the con-

crete. Concrete matrix dark and granite aggregate bright

a)

b)

20

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

– Udział obszarów o niskiej zwartości LD wyzna-

czany jako iloraz sumy odcisków o mikrotwardości

z przedziału 0>HV≥250 i sumy odcisków z prze-

działu 0>HV≥1250;

– Średnia wartość mikrotwardości kruszywa HV

agg

estymowana na podstawie założenia, że uśred-

nieniu podlegają wyniki pomiarów z przedziału

1250>HV≥3000;

Wyniki uzyskane w badaniach

dwóch mieszanek z dodatkiem

dwóch różnych rodzajów cementu

Analizę parametrów charakteryzujących rozkład

mikrotwardości przeprowadzono porównując dane

uzyskane z badań 10 mieszanek betonów napowie-

trzonych wykonanych w dwóch seriach. Składy tych

oraz parametry charakteryzujące strukturę tych mie-

szanek podano w tablicach I÷IV. W skład miesza-

nek, oprócz tych, które oznaczono jako H0 i N0 wcho-

dził popiół pozyskany z elektrofiltrów elektrowni Beł-

chatów. Popiół ten zawiera ok. 25% CaO, co jest war-

tością przewyższającą poziom dopuszczalny obec-

nie przez Polskie Normy dla składników betonu kon-

strukcyjnego. Technologia pozyskania tego surowca

do zastosowań inżynieryjnych jest przedmiotem ba-

dań. Symbol rodzaju popiołu zawiera numer dostawy

(pierwsza cyfra) oraz czas mielenia (cyfra po literze

P). Skład chemiczny popiołu z kolejnych dostaw, użyty

w badanych mieszankach różnił się nieznacznie. Na

rysunkach 4 i 5. przedstawiono histogramy mikrotwar-

dości wymienionych wyżej dwóch serii mieszanek.

Rys. 2. Histogram mikrotwardości i fotografia przykładowej kompo-

zycji betonowej o współczynniku wodnospoiwowym = 0,45, porowa-

tości całkowitej 7,36% i współczynniku rozmieszczenia porów po-

wietrznych 0,16 mm. Pory powietrzne zostały zabarwione żywicą

epoksydową

Fig. 2. Microhardness histogram and photograph of the sample com-

position of concrete with a water-welding factor = 0,45, 7,36% of the

total porosity and pore distribution factor of 0,16 mm. The pores were

stained with an epoxy resin

Rys. 3. Histogram mikrotwardości i mikrofotografia kompozycji beto-

nowej o wodnospoiwowym jak na rysunku 2, lecz o dwukrotnie niż-

szym współczynniku porowatości całkowitej i dwukrotnie wyższym

współczynniku rozmieszczenia porów powietrznych

Fig. 3. Microhardness histogram and photograph of the sample com-

position of concrete with a water-welding factor the same as in the

fig. 2, but the lower porosity factor by the twice and twice as high sur-

face pore distribution

Tablica I. Skład I serii mieszanek betonowych o współczynniku w/s = 0,5

Table I. Composition of I-series of concrete mixes with w/s = 0.5 factor

pory

powietrzne

→

→

→

21

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Tablica II. Skład II serii mieszanek betonowych o współczynniku w/s = 0,5

Table I. Composition of II-series of concrete mixes with w/s = 0,5 factor

Tablica IV. Wybrane parametry struktury oraz wyznaczone z histogramu dla II serii mieszanek

Table IV. Selected structure parameters and determined based on histogram of II-series concrete mixes

Tablica III. Wybrane parametry struktury oraz wyznaczone z histogramu dla I serii mieszanek

Table III. Selected structure parameters and determined based on histogram of I-series concrete mixes

22

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

Wyniki zamieszczone w tablicach III i IV. oraz przebieg

histogramów mikrotwardości ilustrują znaczące róż-

nice w wartościach parametrów charakteryzujących

trwałość badanych kompozycji betonowych. Mieszan-

ki oraz parametry których wartość istotnie przekracza

poziomy dopuszczalne został wytłuszczone.

Z danych prezentowanych w tablicach III i IV wy-

nika że brak jest wyraźnej korelacji pomiędzy średnią

mikrotwardością matrycy cementowej a parametrami

charakteryzującymi trwałość kompozycji. Istotne różni-

ce pomiędzy wynikami zmierzonymi w I i II serii biorą

się głównie z różnych właściwości zastosowanych ce-

mentów (klasyczny portlandzki/niskoglinowy).

Przedstawiona na rysunku 4 mieszanka H0 nie za-

wiera popiołu wysokowapiennego. Charakteryzuje się

ona względnie niską wartością porowatości całkowitej

i w związku z tym jej krzywej mikrotwardości oznaczo-

na kwadratami nie jest przesunięta w lewo w porów-

naniu z krzywymi mieszanek H30M i H30S które cha-

rakteryzują się wyższą porowatością całkowitą. Z kom-

pozycji zawierających popiół wysokowapienny kom-

pozycja H30S, oznaczona trójkątami charakteryzuje

się maksymalnym współczynnikiem m

28

równym 3,2.

Mieszanka ta nie charakteryzuje się nieco wyższym

od reszty współczynnikiem rozmieszczenia porów

Rys. 4. Histogramy mikrotwardości I serii mieszanek

Fig. 4. Histogram of microhardness for histogram for I-series con-

crete mixes

Rys. 5. Histogramy mikrotwardości II serii mieszanek

Fig. 5. Histogram of microhardness for histogram for II-series con-

crete mixes

(wynosi on 0,19). Uwagę zwraca wysoka wartość udzia-

łu obszarów o niskiej zwartości LD – 30,4%. Parametr

ten może zatem służyć do identyfikacji mieszanki o ni-

skiej odporności na agresywne czynniki środowiskowe.

Mieszanki przedstawione na rysunku 5. charakteryzu-

ją się dość wysoką wartością porowatości całkowitej

(ok. 5%). Wśród nich najwyższą wartość tego parame-

tru (5,99%) oraz najwyższą wartość L

–

(0,25) charakte-

ryzuje mieszankę N30S. Dla tej mieszanki masa złusz-

czonego materiału w metodzie slab test została ozna-

czona jako 0,17 kG/m

2

. Udział obszarów o niskiej zwar-

tości LD dla tej mieszanki przyjmuje wartość znacząco

wyższą niż dla pozostałych kompozycji.

Zaprezentowane wyniki badań pozwalają na posta-

wienie następujących konkluzji. Biorąc pod uwagę, że

wykonywane dotychczas badania odporności betonów

na czynniki agresywne przy zastosowaniu pomiarów

współczynnika rozmieszczenia porów powietrznych

i masy złuszczonego materiału charakteryzują się zna-

czącymi rozrzutami – wskazane jest dodatkowo wyko-

nywanie badania metodą indentacji wielokrotnej. Zwięk-

szenie udział obszarów niskiej zwartości LD w badanej

kompozycji o 100% w porównaniu do wyników otrzymy-

wanych dla kompozycji referencyjnych może świadczyć

o obniżonej trwałości badanego materiału.

Literatura

[1] Glinicki M.A.: Trwałość betonu w nawierzchniach drogowych,

Instytut Badawczy Dróg i Mostów, zeszyt 66, Warszawa 2011.

[2] Sorelli L., Constantinides G., Ulm F.-J., Toutlemonde F.: The

nano-mechanical signature of Ultra High Performance Concre-

te by statistical nanoindentation techniques, Cement and Con-

crete Research, 38/2008, s. 1447-1456.

[3] Igarashi S., Bentur A., Mindess S., Microhardness testing of

cementitious materials, Advanced Cement Based Materials,

4/1996, s. 48-57.

[4] Kasperkiewicz, J., Sobczak M.: O możliwościach oceny wytrzy-

małości betonu na podstawie badania mikrotwardości, Cemen-

t-Wapno-Beton, 3/2004, s. 138-142.

Badania zaprezentowane w niniejszym artykule były finan-

sowane w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna

Gospodarka, nr projektu: POIG.01.01.02-24-005/09 o na-

zwie „Innowacyjne spoiwa cementowe i betony z wykorzy-

staniem popiołu lotnego wapiennego”.- Projekt współfinan-

sowany jest ze środków Europejskiego Funduszu Rozwo-

ju Regionalnego.

23

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Krzysztof Dragan

Łukasz Kornas

Norbert Pałka

Problematyka diagnozowania

kompozytowych konstrukcji lotniczych

the issues connected with non destructive techniques 
for the aerospace composite structures inspection

Krzysztof Dragan, Łukasz Kornas – Instytut Technicz-

ny wojsk Lotniczych,

Norbert Pałka – Wojskowa Akade-

mia Techniczna.

Streszczenie

W artykule przedstawiony zostanie opis problema-

tyki diagnozowania kompozytowych konstrukcji lotni-

czych. Kompozyty, charakteryzuje zdecydowanie więk-

szy stosunek masa/wytrzymałość, niż większość kon-

strukcji wykonywanych np. z stopów lekkich. Są one jed-

nak wrażliwe na uszkodzenia od udarów mechanicz-

nych i termicznych. Ponadto w trakcie wytwarzania po-

wstają uszkodzenia wpływające na zmniejszenie ich wy-

trzymałości. W artykule przedstawiono podejście do dia-

gnostyki takich struktur z wykorzystaniem metod badań

nieniszczących takich jak: metoda ultradźwiękowa z wy-

korzystaniem Phased Array, oraz metoda spektrosko-

pii terahertzowej. Omówiono i przedstawiono problemy

diagnozowania konstrukcji kompozytowych, w tym kon-

strukcji FML (fibre metal Laminates). Dla każdej z tych

metod badań nieniszczących przedstawiono ich zalety

i ograniczenia związane z diagnostyką takich konstrukcji.

Abstract

This paper presents approach for NDT techniques

for composite structural integrity assessment of the ae-

rospace structures. In such structures besides of higher

mass/durability ratio than e.g. aluminum alloys aerospa-

ce components there is higher vulnerability on the failure

mode creation because of impact damage from mechani-

cal and thermal shocks. Moreover during the manufactu-

ring process different damages occur and affect material

strength. For the purpose of damage detection different

NDE (Non Destructive Evaluation) techniques will be pre-

sented such as: ultrasonic with the use of Phased Array

and THz spectroscopy. The main problems of the compo-

sites structures NDE will be highlighted and presented in-

cluding FML (Fibre Metal Laminates). All the advantages

and limitations of the above described NDE methods will

be delivered.

Wstęp

Właściwości materiałów kompozytowych spełniają-

ce wymogi filozofii systemu eksploatacji „tolerowane-

go uszkodzenia” (Damage tolerance), oraz korzyst-

ny iloraz masy do wytrzymałości powodują, iż produ-

cenci statków powietrznych (SP) coraz częściej sto-

sują materiały kompozytowe do produkcji elementów

konstrukcyjnych SP [1]. Kolejnym czynnikiem powodu-

jącym zwiększone zastosowanie materiałów kompo-

zytowych jest możliwość zmniejszenia kosztów zwią-

zanych z zużyciem paliwa oraz innych kosztów eks-

ploatacji [2]. Stosowane dotychczas stopy aluminium

są podatne na powstawanie uszkodzeń związanych

nie tylko z oddziaływaniem atmosfery (zjawisko koro-

zji), ale również z oddziaływaniem cyklicznych obcią-

żeń zmęczeniowych (przykładem jest zjawisko pękania

zmęczeniowego pod wpływem korozji – Stress Corro-

sion Cracking – SCC) [3, 4]. Zastosowanie materiałów

kompozytowych eliminuje problem związany z wystę-

powaniem efektów korozyjnych. Jednakże należy zda-

wać sobie sprawę z innych czynników wpływających

na możliwość zmniejszenia wytrzymałości takich struk-

tur spowodowanych [5]:

– brakiem powtarzalności przy wytwarzaniu elemen-

tów, w szczególności w tzw. „technikach na mokro”;

– brakiem jednoznacznie określonej granicy plastycz-

ności materiału;

– anizotropią materiału i związanymi z tym różnymi

rodzajami uszkodzeń;

24

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

– szczególną podatnością na uszkodzenia od

obciążeń prostopadłych do płaszczyzny powierzch-

ni elementu;

– niedostatkami kontroli jakości elementów opusz-

czających wytwórnię;

– wysoką podatnością na powstawanie uszkodzeń od

uderzeń o niewielkich energiach;

– możliwością powstawania wad i uszkodzeń pod-

czas wytwarzania elementów, m.in. takich jak: poro-

watość, odklejenia, wtrącenia ciał obcych, rozwar-

stwienia.

Czynniki takie prowadzą do powstania wad w kom-

pozytach i takich jak [6]:

– niewłaściwie wygrzana termicznie osnowa;

– nieprawidłowy udział objętościowy włókien zbroje-

nia – spowodowany nadmiarem lub brakiem osno-

wy. Lokalne nieprawidłowości zdarzają się podczas

produkcji, jednakże duże odchyłki (tzn. większe ob-

szary) występują wskutek nieprawidłowego prze-

biegu procesu wytwarzania;

– pory – wskutek parowania osnowy lub powietrza

w trakcie nieprawidłowego przeprowadzenia proce-

su wygrzewania;

– brak równoległości w ułożeniu włókien zbrojenia –

powoduje lokalne zmiany w objętościowym udziale

włókien zbrojenia w materiale;

– brak równoległości w ułożeniu warstw. Powstaje

w trakcie układania warstw. Może powodować

zmianę sztywności materiału oraz odkształcenie

w trakcie procesu wygrzewania;

– pękanie poszczególnych warstw – spowodowane

oddziaływaniem poszczególnych warstw podczas

wytwarzania;

– rozwarstwienia – rzadko spotykane podczas wy-

twarzania, jednakże mogą powstać wskutek zanie-

czyszczania przy wytwarzaniu lub obróbce mecha-

nicznej, polegają na niedoklejeniu poszczególnych

warstw materiału kompozytowego;

– uszkodzenia włókien zbrojenia;

– odklejenia – w trakcie procesu wytwarzane kompo-

nenty mogą być klejone. Wskutek zanieczyszcze-

nia lub braku kleju, elementy te mogą nie dolegać

do siebie, co poważnie wpływa na zmniejszenie wy-

trzymałości badanego elementu;

– wtrącenia ciał obcych – polegające na pozostawie-

niu w trakcie wytwarzania, zanieczyszczeń, pozo-

stałości z procesu wytwarzania.

W ostatnich latach prowadzono wiele badań, mają-

cych na celu zmniejszenie ilości wad powstających w

materiałach kompozytowych. Rozwinięte zostały takie

metody wytwarzania jak: RTM (Resin transfer moul-

ding), RFI (Resin film infusion) [7]. Metody te jednak-

że mogą powodować powstawanie innych wad, co wy-

musza konieczność stosowania badań nieniszczących

w ocenie materiałów kompozytowych.

Innymi przyczynami powstawania uszkodzeń

w strukturach kompozytowych są czynniki wpływają-

ce na trwałość tych materiałów w trakcie eksploata-

cji. Takimi czynnikami powodującymi powstawanie

uszkodzeń w materiałach kompozytowych są [8]: ob-

ciążenia statyczne; uderzenia; procesy zmęczeniowe;

efekty atmosferyczne (zmiany temperatury i wilgotno-

ści); przegrzania.

Wystąpienie uszkodzeń powoduje obniżenie wła-

ściwości wytrzymałościowych konstrukcji.

Kompozyty stosowane

w konstrukcjach lotniczych

Kompozyty stosowane w lotnictwie w większości:

CFRP (Carbon Fibre Reinforced Plastic) – kompozyt

polimerowy o zbrojeniu węglowym i GFRP (glass fi-

bre Reinforced Plastic) – kompozyt polimerowy o zbro-

jeniu szklanym;

– zbudowane są włókien węglowych/szklanych ze-

spolonych za pomocą utwardzonej żywicy.

W zależności od właściwości włókien i żywicy, kom-

pozyt uzyskuje różne właściwości mechaniczne i ter-

modynamiczne. Właściwości kompozytu nie są śred-

nią arytmetyczną ani sumą właściwości jego składni-

ków [7, 8].

Ostatnio coraz częściej w konstrukcjach lotniczych

stosowane są również kompozyty FML (fibre metal La-

minates) [9]. Przykładem takich konstrukcji są lamina-

ty typu GLARE (gLass Aluminium REinforced). Są to

laminaty składające się z warstw cienkiej blachy me-

talowej i kompozytu polimer-włókno ceramiczne lub

polimerowego. Laminaty takie charakteryzują się do-

skonałymi właściwościami łącząc równocześnie wła-

ściwości metalu i włóknistego kompozytu polimerowe-

go. Taka kombinacja daje w rezultacie nową genera-

cję materiałów hybrydowych o właściwościach pozwa-

lających na hamowanie i blokowanie rozwoju pęknięć

przy cyklicznym obciążeniu, bardzo dobrej charaktery-

styce wytrzymałości na obciążenia i udarność oraz ni-

skiej gęstości co wpływa na zmniejszenie masy kon-

strukcji statków powietrznych.

Na rysunku 1 przedstawiono przykład laminatu FML

wytworzonego jako próbkę odniesienia do badań nie-

niszczących. W laminacie wykonano uszkodzenia

o charakterze wtrąceń ciał obcych za pomocą wkładek

teflonowych o grubości 125 µm. Próbka została wyko-

nana przez Wydział Inżynierii Materiałowej Politechni-

ki Lubelskiej [10].

Rys. 1. Przykład lami-

natu FML

Fig. 1. fmL laminate

example

Kompozyt

metal

→

→

25

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Metody badań

i diagnostyki kompozytów

W chwili obecnej do badań materiałów kompozy-

towych stosuje się metody: wizualną, ultradźwiękową,

rezonansowe, optyczną (D-Sight), shearography, ter-

mografię, radiografię, prądów wirowych oraz szereg

metod hybrydowych. Każda z metod charakteryzuje

się pewnymi ograniczeniami jak również możliwościa-

mi diagnozowania struktur określonych typów. W arty-

kule przedstawione zostanie podejście do diagnosty-

ki metodą ultradźwiękową z wykorzystaniem techniki

Phased Array oraz spektroskopii terahertzowej.

Metoda ultradźwiękowa (Phased Array)

Metoda ultradźwiękowa jest metodą pozwalają-

cą na uzyskania najbardziej szczegółowych informa-

cji o badanej strukturze. Wykorzystanie głowic wielo-

przetwornikowych oraz funkcji modułów elektronicz-

nych pozwala na zwiększenie możliwości diagnostycz-

nych w szczególności w diagnostyce elementów wie-

lowarstwowych. Poniżej przedstawiono wynik bada-

nia elementu (próbki odniesienia) wykonanej z lamina-

tu FML z uszkodzeniami w postaci wtrąceń ciał obcych

umieszczonych na różnej głębokości i posiadających

różny rozmiar.

Dla potrzeb wyznaczenia rozmiaru uszkodzenia wy-

korzystano następującą zależność opisującą iloraz sy-

gnał/szum:

gdzie: f(x,y)_S – średnia wartość sygnału (amplitudy) w obszarze

uszkodzenia; f(x,y)_B – średnia wartość sygnału (amplitudy) w wo-

kół obszaru uszkodzenia.

Diagnostyka FML z wykorzystaniem metody ul-

tradźwiękowej (w tym głowic wieloprzetwornikowych

– Phased Array) jest jedną z najbardziej efektywnych

metod. Wykorzystanie funkcji tzw. przetwarzania post-

processing umożliwia charakteryzowanie poszczegól-

nych warstw oraz zmianę warunków brzegowych po-

miaru.

Rysunek 2 przedstawia wyniki badań ultradźwię-

kowych laminatu FML z wykorzystaniem pojedyn-

czego czujnika oraz systemu Phased Array. Wyko-

rzystanie pojedynczego czujnika nie pozwoliło wy-

kryć wszystkich uszkodzeń. Przyczyną była szero-

kopasmowa odpowiedź od poszczególnych warstw,

a w szczególności echa od dna (mała wartość SNR)

badanego elementu.

Wykorzystanie Phased Array oraz metod przetwa-

rzania sygnałów postprocessing w tym ogniskowania

wiązki, pozwoliło wykryć wszystkie uszkodzenia [12,

13]. Co więcej technika Phased Array umożliwia dyna-

miczne zobrazowanie struktury z wykorzystaniem zo-

brazowania typu B-scan, co umożliwia tzw. szybki pod-

gląd struktury.

Na rysunku 2 (dla głowic wieloprzetwornikowych)

przedstawiono uszkodzenia zlokalizowane przy dolnej

krawędzi płytki. Wykorzystanie tzw. aktywnej bramki

umożliwia wizualizację uszkodzeń położonych na róż-

nych głębokościach.

Najważniejsze informacje wynikające z badania

przygotowanej próbki są następujące:

– badanie elementów o grubości 0,5 mm powoduje

szereg odbić sygnałowych wpływających na utrud-

nioną detekcję uszkodzeń w szczególności tych po-

łożonych głębiej.

– istotnym czynnikiem wpływającym na wykrywal-

ność jest odpowiedni dobór parametrów badania

np.: częstotliwość powtórzeń, (uniknięcie efektów

rezonansowych, odpowiednia rozdzielczość czaso-

wa, efekty nieliniowe, likwidacja efektów dyfrakcyj-

nych);

– wykorzystanie funkcji składania danych (Data Com-

pounding) i analiz post processing pozwala na okre-

ślenie i wykrycie wszystkich uszkodzeń zaimple-

mentowanych w badanej próbce – jednakże wyma-

ga to wykorzystania odpowiednio przygotowanej

jednostki pomiarowej;

– oszacowana wartość błędu wyznaczenia pola po-

wierzchni uszkodzenia wynosi ok. 1%.

Rys. 2. Wyniki badań ultradźwiękowych laminatu FML: a) zobra-

zowanie typu C dla pojedynczego przetwornika, b) zobrazowanie

typu C (u góry) i typu B za pomocą systemu Phased Array (strzał-

ka wskazuje na lokalizację uszkodzenia przy dolnej krawędzi la-

minatu)

Fig. 2. FML laminate ultrasonic test results: a) C type view for sin-

gle transducer, b) C type view (up) and B-scan made with the use of

Phased Array system (arrow shows the place of damage – near to

bottom edge)

a)

b)

→

26

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

Metoda spektroskopii

Terahertzowej (THz) – TDS

Fale terahercowe (THz) to ostatni niezagospoda-

rowany dotąd przez człowieka zakres promieniowa-

nia elektromagnetycznego. pasmo terahercowe obej-

muje fale w przedziale 0,3÷10 THz (300÷10 000 GHz)

i odpowiada długościom fal od 1 mm do 30 µm. Urzą-

dzenia wykorzystujące technikę terahercową mają

(i mogą mieć) bardzo szerokie zastosowania w róż-

nych obszarach życia. Ze względu na niejonizacyj-

ny charakter tego promieniowania, a co za tym idzie,

brak szkodliwości jego oddziaływania na organizmy

żywe może ono wyprzeć urządzenia rentgenowskie

z wielu zastosowań.

Jednym z wielu zastosowań terahercowego zakre-

su promieniowania są nieniszczące badania materia-

łów (odzież, skóra, tworzywa sztuczne), struktur oraz

organizmów żywych, które zawierają niezbyt duże ilo-

ści wody i nie są metalami. Jego mniejsza przenikli-

wość pozwala badać materiały o mniejszej gęstości,

z czym nie radziły sobie promienie X. W wyniku prze-

świetlenia próbki otrzymywany jest obraz, który ukazu-

je ukryte dla zwykłej optyki defekty struktury. Pozwa-

la wykryć miejsca uszkodzeń różnych elementów np.

w strukturach kompozytowych czy w urządzeniach

półprzewodnikowych, a także wady lub choroby

organizmów żywych. W odniesieniu do laminatów, pro-

mieniowanie THz łatwo przenika poprzez większość

materiałów polimerowych, także kolorowych i nieprze-

nikalnych dla zakresu widzialnego i podczerwieni [11].

Jednakże wzmocnienia w postaci włókien szklanych,

węglowych czy magnesium hydroxide wykazują więk-

szą absorpcję. Ponadto włókna, których średnice są

porównywalne z długościami fali THz (rzędu ułamków

mm) ze względu na rozpraszanie posiadają większy

kontrast w porównaniu do promieniowania podczerwo-

nego, widzialnego i rentgenowskiego.

W przedstawionej metodzie pomiarowej wykorzy-

stywane będą propagujące się impulsy promieniowa-

nia THz (podobnie jak w metodzie ultradźwiękowej),

zarówno w trybie transmisyjnym jak i odbiciowym. Ich

czasowe opóźnienia i echa dostarczają informacji nie

tylko o grubości próbki i jej strukturze wewnętrznej ale

także o jej warstwach, niejednorodnościach, rozwar-

stwieniach czy porach powietrznych [12].

Opis techniki TDS i jej możliwości zostanie przed-

stawiony na przykładzie spektrometru firmy Ekspla

(rys. 3). Generującym i zarazem detekującym ele-

mentem systemu jest antena dipolowa konstruowa-

na na absorbującym promieniowanie laserowe bliskiej

podczerwieni (ok. 800 nm) warstwie półprzewodzącej

(GaAs) osadzonej na podłożu dielektrycznym.

Warstwa półprzewodnika zostaje spolaryzowana

napięciem ok. 50V przyłożonym do elektrod nanie-

sionych na powierzchni półprzewodnika. Pomiędzy

poszczególnymi elektrodami istnieje kilkumikronowa

przerwa. Duża oporność półprzewodnika powoduje,

że upływ prądu jest pomijalnie mały. Laserowy, silny

impuls femtosekundowy zogniskowany na wyróżnio-

nej przerwie między elektrodami powoduje generacje

elektronów i dziur w obszarze półprzewodnika. Polary-

zacja umożliwia zaś przepływ ładunków – elektronów

i dziur do odpowiednich elektrod. Parametry mate-

riałowe półprzewodnika są tak dobrane, że femto-

sekundowy impuls laserowy (czas trwania impul-

su < 150 fs) generuje impuls elektrycznyo teraherco-

wej częstotliwości składowych widma impulsu. Pro-

mieniowanie zebrane i ukierunkowane przez hemis-

feryczną soczewkę tworzy użyteczny strumień THz.

Wyżej opisany układ generuje ciąg impulsów tera-

hercowych, których cykl odpowiada cyklowi pada-

jących na antenę impulsów z lasera (ok. 80 MHz).

Zakres częstotliwości wynosi 0,1÷ 3 THz, a moc

ok. 10 µW. Jako detektor promieniowania teraherco-

wego stosuje się identyczną antenę dipolową z czu-

łym amperomierzem. Podobnie jak w generatorze

femtosekundowy impuls laserowy generuje obszar ła-

dunków między elektrodami. W czasie bardzo krót-

kiego życia tych ładunków na detektor pada „wolny”

impuls terahercowy, który powoduje przepływ prądu

w antenie o kształcie i natężeniu proporcjonalnym do

chwilowej wartości natężenia impulsu terahercowe-

go, co jest mierzone czułym amperomierzem. Skanu-

jąc położenie linii opóźniającej istnieje możliwość od-

tworzenia na detektorze całego impulsu terahercowego.

Rys. 3. Schemat systemu dla spektroskopii TDS (u góry) oraz gene-

racja impulsu terahercowego z wykorzystaniem anteny fotoprzewo-

dzącej (na dole)

Fig. 3. The scheme of system for TDS spectroscopy (top) and the tera-

hertz impulse generation with the use of photoconduction aerial (down)

27

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

w związku z tym systemy generacji i detekcji pracu-

ją w jednym, zsynchronizowanym w czasie układzie

optycznym (rys. 3). Widmo transmisyjne materiału ba-

danego jest ilorazem dwóch widm – próbki badanej

i bez próbki (odniesienie). Na rysunku 4 pokazano

przebiegi czasowe odebranych impulsów teraherco-

wych, ich charakterystyki widmowe po transformacji

Fouriera oraz widmo transmisyjne dla próbki hekso-

genu. Ze względu na duże tłumienie par wody, pomia-

ry metodą TDS wykonuje się najczęściej w komorze

z przedmuchem suchym powietrzem lub azotem. Opi-

sana metoda TDS, ze względu na swoje właściwości,

może by adoptowana do obrazowania struktury mate-

riałów kompozytowych. W przypadku dużych próbek

(rzędu kilku cm), próbka jest umieszczana w uchwycie

sterowanym silnikami krokowymi. Interesujący skan

całej próbki jest uzyskiwany metodą rastrową punkt po

punkcie a wyspecjalizowane oprogramowanie tworzy

Rys. 4. Przebiegi czasowe impulsów THz, ich transformaty Fouriera (FFT) oraz widmo transmisyjne próbki heksogenu. [IOE WAT pomiary własne]

Fig. 4. The THz impulse time course, Fourier transform (FFT) and transmission spectrum of the hexogen sample [IOE WAT own measurements]

Rys. 5. Wyniki z badania metodą spektroskopii THz

Fig. 5. Results of THz spectroscopy test

Podsumowanie

Przedstawiono wybrane i rozwijane obecnie me-

tody diagnostyki konstrukcji kompozytowych. Każ-

da z stosowanych metod diagnostyki nieniszczą-

cej ma swoje ograniczenia jak i możliwości zależne

od badanego materiału jak i kształtu, grubości po-

łączeń. W przypadku metody ultradźwiękowej ol-

brzymie możliwości w diagnostyce kompozytów zo-

stały rozwinięte dzięki możliwościom przetwarzania

sygnałów w dziedzinie czasu, częstotliwości oraz

obraz całej próbki (analogiczne do systemów skanują-

cych np. metodą ultradźwiękową).

Możliwe jest także poruszanie głowicą nadawczo-

odbiorczą w przypadku pomiaru dużych powierzchni.

Każdy piksel obrazu reprezentuje jedną wartość uzy-

skaną z analizy impulsu terahercowego – może to być

np. moc transmitowana w całym impulsie lub w pew-

nym jego przedziale, wartość szczytowa impulsu czy

też opóźnienie impulsu względem impulsu odniesie-

nia [12]. Tak więc z jednego procesu skanowania moż-

na uzyskać wiele dopełniających się obrazów teraher-

cowych. Poniżej przedstawiono wyniki badań metodą

spektroskopii THz laminatów wykonanych z GFRP.

Wyniki przedstawione na rysunku 5 obejmują

uszkodzenia o charakterze odklejeń i rozwarstwień.

Materiał przygotowany do badań to próbki wykonane

z włókien szklanych i przedstawiające poszycie stat-

ków powietrznych.

przetwarzaniu obrazów. Obecnie rozwijane są me-

tody analizy poszczególnych warstw w strukturze

kompozytowej, tzw. „ply staking sequence”. Metody

te pozwalają na ocenę uszkodzeń znajdujących się

w poszczególnych warstwach kompozytu.

Jednym z alternatywnych i nowych podejść jest wy-

korzystanie spektroskopii THz. Jednakże metoda ta na-

dal w większości przypadków dotyczących konstrukcji

lotniczych pozwala na badania jedynie laboratoryjne.

28

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

Literatura

[1] Roach D., DiMambro J.: Enhanced Inspection Methods to Cha-

racterize Bonded Joints: Moving Beyond Flaw Detection to Qu-

antify Adhesive Strength, Air Transport Association Nonde-

structive Testing Forum, Forth Worth (USA) 17-19.10.2006.

[2] Roach D., Nikhilesh A., Composite Structure Utilization – Com-

mercial Airplanes, SAE International 05AMT-51, 2005.

[3] NDE of Hidden Corrosion, report NTIAC, Austin TX, 1998.

[4] Aging of U.S. Air Force Aircraft, final report, Washington D.C.

1997.

[5] Composite Qualification Criteria, 51st Annual Forum of the

American Helicopter Society, Forth Worth, TX, May.

[6] Baza wiedzy o strukturach kompozytowych:

www.netcomposites.com.

[7] Abaris Training Resources: Advanced Composite Structures:

Fabrication and Damage Repair, Copyright, 1998.

[8] Kapuściński J., Puciłowski K., Wojciechowski S.: Kompozyty,

podstawy projektowania i wytwarzania, Oficyna wydawnicza

Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1993.

[9] Surowska B.: Materiały Funkcjonalne i Złożone W Transporcie

Lotniczym, Eksploatacja i Niezawodność, nr 3/2008, s. 30-39.

[10] K. Dragan, J. Bieniaś, P. Synaszko, M. Sałaciński, Problematy-

ka badania kompozytów typu FML w konstrukcjach lotniczych,

strony 130-135, Czasopismo naukowe Polskiego Towarzystwa

Materiałów Kompozytowych, nr 2/2011, ISSN: 1641-8611.

[11] Rutz F. et al.: Non-Destructive Testing of Glass-Fibre Reinfor-

ced Polymers using Terahertz Spectroscopy, ECNDT 2006.

[12] Yun-Shik Lee: Principles of Terahertz Science and Technology,

Springer, 2009.

przeglad

Welding Technology Review

Redakcja Przegląd spawalnictwa, ul. Świętokrzyska 14a, 00-050 warszawa, 

tel.: [phone], fax: [phone]; e-mail: [e-mail], www.pspaw.ps.pl

29

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Marcin Lewandowski

Ziemowit Klimonda

obrazowanie ultradźwiękowe wad

za pomocą metod syntetycznej apertury

Ultrasonic flaw imaging using synthetic aperture methods
 

Marcin Lewandowski, Ziemowit Klimonda – Instytut

Podstawowych Problemów Techniki PAN.

Streszczenie

Ultradźwiękowe metody badań nieniszczących prze-

chodzą obecnie metamorfozę od systemów z głowica-

mi jednoelementowymi do systemów wielokanałowych

z głowicami fazowymi (PA Phased Array). Prowadzony

obecnie w Zakładzie Ultradźwięków IPPT PAN projekt

ma na celu opracowanie uniwersalnej wielokanałowej

platformy ultradźwiękowej oraz metod rekonstrukcji ob-

razów mogących znaleźć zastosowanie zarówno w me-

dycynie, jak i w badaniach nieniszczących.

Przeprowadzono wstępne badania mające na celu

porównanie różnych metod rekonstrukcji obrazów wad

w trybie B-mode. W tym celu dokonano akwizycji ech ul-

tradźwiękowych od wad w szynie kolejowej i monoblo-

ku przypomocy ultrasonografu badawczego wyposa-

żonego w 128-elementową głowicą fazową o częstotli-

wości 4 MHz. Uzyskane sygnały ech wysokiej częstotli-

wości poddano następnie obróbce cyfrowej w celu uzy-

skania obrazu B-mode. Zastosowano i porównano róż-

ne metody rekonstrukcji obrazu: klasyczny beamforming

oraz metodę syntetycznej apertury.

Wstępne wyniki wskazują na wysoką jakość rekon-

strukcji metodą syntetycznej apertury, która zapewnia

równomierną rozdzielczość poprzeczną w całej głębo-

kości obrazowania. Zastosowanie alternatywnych sche-

matów nadawczo-odbiorczych w metodzie syntetycznej

apertury umożliwia dodatkowo optymalizację metody

pod względem prędkości badania lub jakości obrazowa-

nia. Wyniki te potwierdzają przydatność i konkurencyj-

ność metody syntetycznej apertury do stosowanej obec-

nie metody beamformingu.

Abstract

Nowadays ultrasonic methods of non-destructive te-

sting have undergone transformation from systems with

single-element probes into multichannel systems with

Phase Arrays probes (PA). The aim of the project curren-

tly conducted in Department of Ultrasound in IPPT PAN

is to develop a versatile multichannel ultrasonic platform

and image reconstruction methods in order to apply both

in medicine and in non-destructive testing.

Preliminary studies on comparison of different me-

thods of the B-mode image reconstruction for flaw visu-

alization have been done. The acquisition of ultrasonic

echoes of defects in railway rail and monoblock, using

the research medical ultrasound scanner equipped with

128-element phase array with 4 MHz frequency, has

been performed. Then the resulting radio frequency si-

gnals of echoes were digitally processed in order to obta-

in B-mode image.

Different methods of image reconstruction – the clas-

sic beamforming and the synthetic aperture algorithm –

have been applied and compared. The experimental re-

sults indicate that the image reconstruction by synthetic

aperture method has higher quality then classical beam-

forming. It provides a uniform lateral resolution througho-

ut the whole imaging depth. The application of alternative

transmitting-receiving schemes for the synthetic aperture

method additionally allows to optimize it in terms of spe-

ed of the testing as well as quality of the imaging. The re-

sults confirm usefulness the method and competitiveness

of the synthetic aperture to the method of classical beam-

forming being applied at present.

Wstęp

Ultradźwiękowe badania nieniszczące do dnia dzi-

siejszego kojarzą się z klasyczną prezentacją amplitu-

dy ech (zobrazowanie typu A) na ekranie defektosko-

pu. Z drugiej strony rozwój i miniaturyzacje elektroniki

spowodowała pojawienie się, a następnie populary-

zację systemów wielokanałowych PA (Phased Arrays

– głowic fazowych), które dają zupełnie nową jakość

badań oraz wizualizacji wad.

Podstawowe zalety systemów głowic fazowych ta-

kie jak: znacznie większa prędkość badań, nowe moż-

liwości sterownia wiązką oraz obrazowania wad są

szeroko znane. Natomiast poza świadomością wy-

sokich kosztów aparatury inne ograniczenia i wyma-

gania stosowania tych systemów nie są powszech-

nie znane. Niektóre z ograniczeń fizycznych głowic PA

30

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

przedstawiono w [1]. Osobnym zagadnieniem są alter-

natywne metody rekonstrukcji obrazów, które umożli-

wiają uzyskanie optymalnej jakości obrazu (m.in. rów-

nomiernej rozdzielczość wgłębnej) dla zadanych para-

metrów głowicy oraz prędkości badania i one są tema-

tem tego artykułu.

W Zakładzie Ultradźwięków IPPT PAN obecnie

prowadzone są prace mające na celu praktyczną re-

alizację metod SA (ang. Synthetic Aperture – syntety-

cza apertura) w obrazowaniu ultradźwiękowym. W ra-

mach tych prac opracowywana jest nowoczesna apa-

ratura umożliwiająca jednoczesną akwizycję i równole-

głe przetwarzanie 32÷128 kanałów ultradźwiękowych

oraz algorytmy cyfrowego przetwarzania sygnałów i re-

konstrukcji obrazów działające w czasie rzeczywistym.

Prowadzone obecnie badania modelowe mają na celu

określenie optymalnych schematów nadawczo-odbior-

czych oraz parametrów rekonstrukcji dla różnych za-

stosowań medycznych oraz przemysłowych.

Systemy Phased Array

W systemach PA główną formą prezentacji wyni-

ków są dwuwymiarowe (2D) obrazy wad w wybranej

prezentacji (zobrazowanie typu B, C, D, S). Prezenta-

cja 2D umożliwia obrazowanie wad oraz określanie ich

położenia, wielkości i kierunkowości, co znacząco roz-

szerza jakość badań w stosunku do klasycznej prezen-

tacji typu A. Nieocenione znaczenie ma także możli-

wość zapisu danych surowych w systemach PA, któ-

ra pozwala na dokładniejszą analizę wyników badań

w późniejszym okresie oraz zapewnia dokumentację

do celów audytowych.

Rekonstrukcja obrazu 2D odbywa się w systemach

głowic fazowych na podstawie odebranych sygnałów

ech wysokiej częstotliwości (w.cze.) z wybranych prze-

tworników z uwzględnieniem ustawionych parame-

trów nadawczo-odbiorczych oraz wprowadzonych ta-

blic opóźnień. Tablice opóźnień (zwane także prawa-

mi opóźnień lub ogniskowania) określają opóźnienia,

które muszą zostać zastosowane dla sygnałów z każ-

dego przetwornika odbiorczego w procesie rekonstruk-

cji obrazu. Parametry nadawczo-odbiorcze oraz pra-

wa opóźnień są wyznaczane w programowaniu użyt-

kowym służącym do projektowania badań.

Standardową metodą rekonstrukcji obrazów w sys-

temach PA jest klasyczny beamforming (stosowany

także w ultrasonografii medycznej), który polega na

tworzeniu pojedynczej linii obrazu wynikowego (tzw.

scanline) z zestawu sygnałów w.cz. pochodzących od

sąsiednich przetworników głowicy (tzw. apertura od-

biorcza). Sygnały w.cz. z poszczególnych przetworni-

ków są opóźnianie zgodnie z zadaną tablicą opóźnień

i sumowane koherentnie. Powstająca w ten sposób li-

nia obrazowa jest odpowiednikiem sygnału echa z gło-

wicy jednoprzetwornikowej o odpowiadających para-

metrach.

Metoda syntetycznej apertury

Metoda SA także opiera się na opóźnianiu i kohe-

rentnym sumowaniu przyczynków od ech w.cz. pocho-

dzących od różnych przetworników, ale tutaj dla każ-

dego nadania rekonstruowany jest cały obraz 2D, a nie

pojedyncza linia obrazu. Skutkiem tego są bardzo wy-

sokie wymagania na prędkość transmisji i przetwarza-

nia danych. Obrazy uzyskiwane z pojedynczego nada-

nia są nazywane obrazami niskiej rozdzielczość, gdyż

nie zapewniają odpowiedniej jakości obrazowania.

Stosując jeden ze schematów nadawczo-odbiorczych

cała apertura przetwornika jest skanowana, a powsta-

jące obrazy niskiej rozdzielczości są sumowane two-

rząc obraz wynikowy wysokiej rozdzielczości. Ważnym

wyróżnikiem metody SA jest uzyskiwanie jednoczesne-

go ogniskowania po stronie nadawczej i odbiorczej,

co zapewnia równomierną wgłębną rozdzielczość po-

przeczną. Dla klasycznego beamformingu ogniskowa-

nie nadawcze jest realizowane przez nadawanie zogni-

skowanej wiązki na określonej głębokości. Chcąc uzy-

skać równomierną rozdzielczość w całym zakresie głę-

bokości konieczne jest wielokrotne nadawanie z ogni-

skami na różnych głębokościach, co powoduje wydłu-

żenie czasu badania.

Istnieje bardzo wiele różnych schematów nadaw-

czo-odbiorczych różniących się wykorzystywaną licz-

bą przetworników nadawczych i odbiorczych w jednym

nadaniu oraz sposobem skanowania. Dzięki temu mo-

żemy optymalizować schemat i algorytm rekonstrukcji

do konkretnego zastosowania.

Zastosowania

Badania systemami PA są dzisiaj stosowane w ca-

łym spektrum zastosowań ultradźwiękowych badań

nieniszczących.

W pracy [2] przedstawiono zalety systemów PA w ba-

daniach spoin rurociągów. Poza uzyskaniem znacznie

większej wydajności badań (do 5 razy) wskazano lep-

sze wykrycie wad oraz zapis pełnych danych umożli-

wiający późniejszą weryfikację i śledzenie zmian.

Badania szyn kolejowych [3], obręczy kół [4] i osi [5]

są szczególnie ciekawe ze względu na skalę prowadzo-

nych badań zarówno przy produkcji, jak i eksploatacji.

Zainteresowanie PA wkracza także na krajowym ry-

nek, co jest widoczne zwiększającą się ilością refera-

tów podejmujących tę problematykę na corocznym za-

kopiańskim Seminarium Nieniszczących Badań Mate-

riałów [6÷9].

Badania

Przeprowadzono badania laboratoryjne mające na

celu porównanie jakości oraz efektywności badania

wad za pomocą metody SA oraz metody klasycznego

beamformingu.

31

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Rys. 1. Widok układu pomiarowego

Fig. 1. View of the measuring sys-

tem

Podsumowanie

Systemy PA umożliwiają wizualizację w czasie

rzeczywistym dając całościowy obraz wad i pozwala-

jąc na określanie ich położenia i rozmiarów. Możliwo-

ści, szybkość i efektywność badań systemami głowic

fazowych stanowi nową jakość w stosunku do ciągle

powszechnie stosowanej aparatury jednokanałowej

i prezentacji typu A.

Zaprezentowano wstępne wyniki rekonstrukcji ob-

razów wad za pomocą algorytmów syntetycznej aper-

tury oraz klasycznego beamformingu. Wszystkie re-

rekonstrukcje uzyskano z jednego zestawu danych

Dane pomiarowe zostały zebrane przy pomocy ul-

trasonografu badawczego Ultrasonix SonixTOUCH

(Kanada). Aparat ten dzięki specjalnemu oprogramo-

waniu badawczemu umożliwia zaprogramowanie se-

kwencji nadawczo-odbiorczych oraz akwizycję suro-

wych danych w.cz. z każdego przetwornika. Sygnał ech

był próbkowany z częstotliwością 40 MHz i rozdzielczo-

ścią 12-bit. Zastosowano liniową głowicę ultradźwięko-

wa o 128 elementach i odległości między przetwornika-

mi (pitch) równej 0,3048 mm. Użyto głowicy o często-

tliwości 4,2 MHz, a napięcie nadawcze wynosiło 94 V.

Akwizycja danych została przeprowadzona w ukła-

dzie laboratoryjnym z nieruchomą głowicą na fragmencie

szyny kolejowej z poprzecznie nawierconym otworem

o średnicy 2 mm znajdującym się na głębokości 28 mm.

pomiarowych otrzymanych za pomocą badawcze-

go ultrasonografu medycznego. Metoda SA zapew-

nia wyższą jakość obrazowania wad niż stosowana

obecnie w komercyjnych systemach PA metoda kla-

sycznego beamformingu. Dodatkowo możliwość mo-

dyfikacji schematu nadawczo-odbiorczego w meto-

dzie SA w celu optymalizacji jakości obrazowania lub

prędkości badania zwiększa jej uniwersalność.

Budowana w ZU IPPT PAN aparatura umożliwi re-

alizację tego typu obrazowania w czasie rzeczywi-

stym dając nowe narzędzie dla praktyków zajmują-

cych się badaniami nieniszczącymi.

Rys. 2. Obraz wad w monobloku uzyskany metodą beamformingu

oraz syntetycznej apertury

Fig. 2. The view of defects in the monoblock obtained with the beam-

forming and synthetic aperture methods

Wyniki

Zebrane sygnały w.cz. dla schematu nadawczo-od-

biorczego STA (Synthetic Transmit Aperture) zosta-

ły poddane obróbce w celu rekonstrukcji obrazu me-

todą SA oraz klasycznego beamformingu. W schema-

cie apertura nadawcza składała się z 2 przetworników,

a odbiorcza ze 128. Do rekonstrukcji przyjęto pręd-

kość podłużnej fal ultradźwięków równą 5883 m/s. Po-

niżej przedstawiono obrazy wad w prezentacji typu B

uzyskane metodą klasycznego beamformingu (rys. 2)

i metodą syntetycznej apertury (rys. 2).

Prezentacje typu B pokazane są w zakresie dyna-

miki wynoszącym 60 dB. Widoczna jest lepsza detek-

cja wady w przypadku obrazu SA.

32

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

Literatura

[1] Lewandowski M.: Systemy głowic wieloprzetwornikowych pod-

stawy fizyczne, XVII Seminarium Nieniszczące Badania Mate-

riałów, Zakopane, 8-11 marca 2011.

[2] Moles M.: Phased Arrays For General Weld Inspections,

OLYMPUS NDT, 2010.

[3] U.S. Department of Transportation, Application Of Ultrasonic

Phased Arrays For Rail Flaw Inspection, DOT/FRA/ORD-06/17

July 2006.

[4] Lonsdale C., Wagner R., Traxler J., Meyer P.: Phased Array

Ultrasonic Inspection Of New Wrought Railroad Wheel Rims,

www.standardsteel.com/rdpapers/phasedarray.pdf, 2001.

[5] Hansenm W., Hintze H., Schubert H.: Ultrasonic testing of ra-

ilway axles with phased array technique, 8th European Confe-

rence on Nondestructive Testing Proceedings, Barcelona (Spa-

in), June 17-21, 2002.

[6] Kopeć A., Bobrowski P.: Doświadczenia z wykorzystania ul-

tradźwiękowej techniki phased array w diagnostyce urządzeń

energetycznych, XV Seminarium Nieniszczące Badania Mate-

riałów, Zakopane, 10-13 marca 2009.

[7] Ignaszak Z., Bobrowski P., Ciesiółka J.: Phased Array w odlew-

nictwie nowe możliwości identyfikacji nieciągłości, XVI Semina-

rium Nieniszczące Badania Materiałów Zakopane, 9-12 marca

2010.

[8] Lipnicki M.K., Mroczek K., OstrowskiB. , Wójcik M. J.: Zaawan-

sowane badania diagnostyczne wirników turbin energetycz-

nych techniką Phased Array na przykładzie badania kształto-

wych elementów mocowania łopatek, XVII Seminarium Nie-

niszczące Badania Materiałów, Zakopane, 9-11 marca 2011.

[9] Dragan K.: Zastosowanie głowic Phased Array w diagnostyce

konstrukcji lotniczych, XVII Seminarium Nieniszczące Badania

Materiałów, Zakopane, 9-11 marca 2011.

Badania współfinansowane ze środków Europej-

skiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach

Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka,

nr projektu: POIG.01.03.01-14-012/08-00.

przeglad

Welding Technology Review

Redakcja Przegląd spawalnictwa, ul. Świętokrzyska 14a, 00-050 warszawa, 

tel.: [phone], fax: [phone]; e-mail: [e-mail], www.pspaw.ps.pl

33

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Władysław Michnowski

Jarosław Mierzwa

Piotr Machała

Patryk Uchroński

Badanie kolejowych osi drążonych

examination of drilled railway axles

Władysław Michnowski, Piotr Machała, Patryk

Uchroński – ZBM ULTRA, Jarosław Mierzwa – politech-

nika Wrocławska.

Streszczenie

W artykule przedstawiono metodę badania osi drążo-

nych opracowaną przez firmę ULTRA. Konstrukcja tego

typu osi narzuca podstawową metodę badania za po-

mocą głowicy 45 stopni umieszczonej wewnątrz otwo-

ru i przesuwanej wzdłuż osi. W tym rozwiązaniu oś jest

badana jednocześnie dwoma głowicami zamocowanymi

na dyszlu, który jest obracany i przesuwany wzdłuż osi.

W trakcie badania przez cały czas jest identyfikowane

położenie głowic (liniowe – wzdłuż osi oraz kątowe – na

przekroju osi), co umożliwia precyzyjne określenie poło-

żenia ewentualnych wskazań, które są automatycznie re-

jestrowane. Położenie liniowe jest mierzone przez dodat-

kową głowicę ultradźwiękową, natomiast położenie kąto-

we – za pomocą inklinometru. W wyniku badania uzysku-

je się mapę wskazań oraz mapę miejsc niezbadanych.

Abstract

The examination method of drilled axles elaborated by

ULTRA company is presented in the article. The construc-

tion of such axles imposes the basic method of exami-

nation – the 45 degree probes moved inside drilled hole.

In presented solution, the axle is tested simultaneously

with two probes fixed o the thrill that is rotated and moved

along axle. All the time during examination the location of

probes is monitored (linear – along the axle and angular

– on axle section). It enables the precise location of indi-

cations that are automatically registered. The linear loca-

tion is measured with extra ultrasonic probes, the angu-

lar location with inclinometer. The result of examination

is the map of indications and not tested places.

Wstęp

Dyrektywa 2004/49/WE Parlamentu Europejskiego

i Rady z 29 kwietnia 2004 r. oraz jej uzupełnienie w po-

staci dyrektywy 2008/110/WE z dnia 16 grudnia 2008 r.

mają za zadanie wprowadzenie interoperacyjności ko-

lei we wszystkich państwach członkowskich. Warun-

kiem jest zapewnienie na terenie tak całej Unii jak Euro-

pejskiej i każdego kraju niezbędnego poziomu bezpie-

czeństwa. Do realizacji tego złożonego celu ma służyć:

– powołanie „krajowej władzy dla regulacji i nadzoru

bezpieczeństwa kolei”,

– powołanie „stale funkcjonującego podmiotu, nieza-

leżnego od podmiotów branży kolejowej” badającego

przyczyny wypadków w zakresie bezpieczeństwa,

– „raporty z badań oraz wszelkie ustalenia i rekomen-

dacje powinny być dostępne publicznie na szczeblu

Wspólnoty”.

Były dwa terminy realizacji wspomnianych dyrek-

tyw, oba zostały już przekroczone.

Polska jest w gronie siedmiu krajów, które do tej

pory nie wprowadziły jeszcze tych zaleceń (m.in. Niem-

cy i Wielka Brytania).

Obecnie w Unii Europejskiej panuje system norma-

tywny uznaniowy. W Polsce i prawdopodobnie w pozo-

stałych krajach członkowskich, nie ma jednolitego sys-

temu norm lub procedur dotyczącej badań nieniszczą-

cych sprzętu kolejowego na etapie produkcji i eksplo-

atacji. Efektem tego jest używanie przez zakłady wy-

konawcze i naprawcze taboru kolejowego różnych do-

kumentów (np. w Polsce polskie normy branżowe z lat

siedemdziesiątych, niemiecka instrukcja VPI 04, au-

striacki plan badań wg AAE i inne). Wszystkie te nor-

my są na zróżnicowanym poziomie technicznym i pro-

ceduralnym. W efekcie istnieją różnice w uzyskiwa-

nych poziomach bezpieczeństwa sprzętu badanego.

34

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

Wprowadzenie zaleceń unijnych może korzystnie

ograniczać europejski system uznaniowy sprzyjają-

cy chaotycznym wymogom badań w kierunku two-

rzenia polityki określającej minimalne wymagania

dotyczące poziomu bezpieczeństwa. W przekona-

niu autorów jest to bardzo istotne, a aktualnie ist-

niejący stan bezpieczeństwa można opisać nastę-

pująco:

– w eksploatacji kolejowych zestawów kołowych

często występują pęknięcia osi,

– brak jakichkolwiek wiarygodnych informacji na

ten temat,

– w wyjątkowo opublikowanym komunikacie dotyczą-

cym katastrofy w Viareggio (pismo Prezesa UTK Nr

TTN-512-129/JN/09) oraz załączonym zdjęciu brak

opisu fraktograficznego, wyników badań materiało-

wych (wytrzymałościowych, strukturalnych, odpor-

ności na pękanie, itd.).

Z przedstawionego stanu przygotowań do tworze-

nia polityki dla określenia minimalnych wymagań obo-

wiązujących w badaniach nieniszczących zrobiono nie

wystarczająco, a nawet niewiele pomimo siedmiu lat

od ustanowienia Dyrektywy 2004/49/WE, oraz dwóch

lat od katastrofy w Viareggio.

Brak takiej polityki przy częstych awariach induku-

je podejścia nadmiarowe np. w normie DIN 27201-7

występuje określenie iż „jako obszar badania należy

potraktować całą powierzchnię wału zestawu kołowe-

go, przy czym główny punkt ciężkości należy położyć

na przejścia przekrojów wału”.

Wydaje się że podejście to może przynieść spodzie-

wany efekt zmniejszenia ilości awarii zestawów koło-

wych, ale istotnie zwiększa się zakres badania osi i w

konsekwencji przedłuża czas badania co w praktyce

powoduje konieczność albo bardzo drogiej pełnej auto-

matyzacji albo przemyślanej „inteligentnej” mechaniza-

cji badań. Istnieje więc zapotrzebowanie na opracowa-

nia sprzętu umożliwiającego szybkie, tanie i wiarygod-

ne przeprowadzanie badań. Ogromna większość tabo-

ru kolejowego jest zaopatrzona w osie pełne. Jednak

coraz to częściej pojawiają się także osie drążone.

Badania osi pełnych

Badanie kolejowych osi pełnych jest procesem

żmudnym i pracochłonnym. W zależności od normy

lub procedury badanie wykonuje się nawet siedmio-

ma głowicami przystawianymi w różnych miejscach

z obu stron osi. Układ skaluje się na nacięciach wzor-

cowych wykonanych na wzorcu w miejscu najczęst-

szych uszkodzeń osi. Jedna oś w 100% może być

badana nawet kilka godzin. Kolejnym bardzo dużym

ograniczeniem tych badań jest konieczność demon-

tażu zestawu kołowego, tak aby uzyskać dostęp do

miejsc przyłożenia głowic.

Wydaje się, że najdoskonalszym narzędziem do

badania osi pełnych jest automat. Badanie automa-

tyczne pozwalałoby na szybkie badanie osi według

ustalonej procedury. Oś ustawiona na obrotniku ob-

raca się, a przystawione do niej głowice wykonu-

ją badanie. Następnie program komputerowy doko-

nuje rejestracji wskazań, a operator przeprowadza

ich interpretację. Ponieważ przede wszystkim sys-

tem mechaniczny takiego rozwiązania jest skompli-

kowany, automaty dla tych badań są drogie, a po-

niesione koszty szczególnie dla małych zakładów

są nie do zamortyzowania. Istnieje możliwość pro-

stego udoskonalenia badania ręcznego zmechani-

zowanego. Takie badanie półautomatyczne ma za

zadanie przyspieszenie lub całkowite wyeliminowa-

nie z badania czynności, które nie są samym ba-

daniem. ZBM ULTRA proponuje więc badanie ko-

lejowych osi pełnych z zastosowaniem przełączni-

ka kanałów. Dzięki niemu jednym przyciskiem pilo-

ta można zmienić ustawienia defektoskopu i pro-

gramu komputerowego. Skalowanie wykonuje się

tylko raz, a jego wyniki zapisuje w pamięci układu

pomiarowego. Później można się do tych ustawień

łatwo odwoływać. Specjalny program komputero-

wy ma zapisane dowolne procedury badawcze. Po

uruchomieniu prowadzi badacza przez kolejne eta-

py tej procedury. Osoba badająca naciskając przy-

cisk na pilocie steruje programem po kolei wyko-

nując wszystkie czynności. Program steruje prze-

łącznikiem kanałów, dobierając głowicę do kroku

procedury. Dzięki wyeliminowaniu z badania wie-

lu czynności, badacz jest w stanie zaoszczędzić

sporo czasu. Badanie półautomatyczne jest niepo-

równywalnie tańsze od badania automatycznego,

a czas jego przeprowadzenia jest kilkukrotnie mniej-

szy niż czas badania ręcznego (szczegóły w [1]).

Rozwiązaniem technicznym ułatwiającym badanie

ultradźwiękowe całej objętości osi nawet bez jej de-

montażu jest zastosowanie osi drążonych. Pozwala

ono również na ujednolicenie procedur badań.

Osie drążone

Kolejowe osie drążone posiadają otwór na całej

długości osi, najczęściej o średnicy 60 lub 90 mm. Nie

wpływa on jednak na osłabienie wytrzymałości osi.

Osie drążone są coraz częściej stosowane, a duża

część nowych zestawów kołowych jest właśnie w nie

wyposażona. Otwór pozwala na badanie ultradźwię-

kowe takiej osi bez demontażu całego zestawu. Bada-

nie osi drążonej wykonuje się na całej objętości mate-

riału, głowicami wprowadzanymi do tego otworu. Po-

nieważ jest to miejsce trudno dostępne konieczne jest

wykonywanie badań specjalnie przeznaczonym do

tego układem.

35

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Badania osi drążonych

Badanie kolejowych osi drążonych przeprowadza

się dwoma głowicami o częstotliwości 2 MHz i kącie

wprowadzania wiązki 45˚ skierowanymi przeciwbież-

nie [2].

Pewnymi problemami podczas badania kolejowych

osi drążonych jest:

– poprawna identyfikacja wskazań chwilowego

miejsca badania. Jest ona możliwa poprzez ze-

wnętrzne pomiary odległości i kąta obrotu, ale

znacznie wygodniej i precyzyjniej jest użyć roz-

wiązań konstrukcyjnych z układem identyfikacji

położenia UIP. Na przykład w sprzęcie Zakładu

ULTRA głowice badawcze są usytuowane prze-

gubowo na końcu dyszla. Ponadto posługuje się

on trzecią głowicą wewnątrz osi. Cała objętość

otworu osi pomiędzy korkiem na końcu osi, a gło-

wicami zostaje zalana olejem. W korku usytuowa-

na jest trzecia głowica normalna o częstotliwości

1 MHz, która pracując metodą echa określa po-

łożenie głowic badawczych wzdłuż osi. Ponadto

zastosowany inklinometr określa położenie kąto-

we głowic mierzone np. na godzinie 3 lub 11 itd.

Operator ręcznie ustala położenie głowic na wy-

branej odległości i wykonuje ruch obrotowo zwrot-

ny ± 180

o

. Jeśli od wybranego punktu przesunie

wzdłuż osi dyszel z głowicami np. o 5 mm to po

wykonaniu ruchu obrotowego ma zbadany na-

stępny przekrój osi. Operator na ekranie kompu-

tera podzielonego na części może równocześnie

obserwować [2]:

– wskazania ewentualnych ech od dwóch głowic

pomiarowych,

– wzdłużny przekrój schematu osi na którym ma

zaznaczone obydwa chwilowe punkty aktualnie

badane oraz poprzez zróżnicowanie szarości

długość zbadaną i do zbadania, ponadto kontro-

ler ustawiania skoku wzdłużnego (rys. 2),

– aktualny przekrój poprzeczny osi i chwilowe po-

łożenie obydwu punktów badania w położeniu

kątowym (rys. 2).

– konieczność pewnego kontaktu głowicy z osią.

Zalanie osi olejem jest skutecznym, najlepszym

z możliwych kontaktem głowic z osią.

– wskazania od miejsca zmiany średnicy osi mogące,

wprowadzać pomyłki.

Wskazania od miejsca zmiany średnicy osi

różnią się od wskazań wad tym, że występu-

ją na całym obwodzie osi, jeśli dokonamy obro-

tu o 360˚. Ponadto pomaga porównanie wskazań

przeciwbieżnych głowic.

Usprawnienia układu

Na kolejne usprawnienia układu badawczego

składają się:

– system przesuwu wzdłużnego hydrauliczny napę-

dzany pompą ręczną, a jeden cykl odpowiada we-

pchnięciu lub wyciągnięciu głowic pomiarowych

o dowolną wartość,

– zastosowanie elektrozaworów i napędu elektrycz-

nego. Po naciśnięciu przycisku system hydraulicz-

ny wsuwa lub wysuwa dyszel o stałą wartość, za-

leżną od nastawnych ilości skoków pompy,

– układ automatycznego obracania dyszla z głowi-

cami (opcja dodatkowa).

Rejestracja wyników badania

Układ cyfrowy urządzenia rejestruje i archiwizuje

wynik badania wszystkich badanych punktów osi. Po-

zwala to w dowolnym czasie odtworzyć wszystkie in-

formacje całego procesu badań danej osi i umożli-

wia automatyczną ocenę, prowadzenie bazy danych

i wydruki.

Zastosowania

Urządzenie go badań osi drążonych uruchomio-

no i wykorzystywane jest m.in. w zakładach Depas

w Wilnie, a jako pomoc dydaktyczna służy w ośrod-

ku szkoleniowym w firmie Lucchini Polska w Mińsku

mazowieckim.

Rys. 1. Zespół głowic do badania osi drążonych

Fig. 1. The head unit for drilled axle testing

Rys. 2. Zobrazowanie położenia głowic w programie badawczym

Fig. 2. Heads position visualization on the software

Literatura

[1] http://ultra.wroclaw.pl/?doc=certyfikacje/osiepelne/&lang=pl

[2] http://ultra.wroclaw.pl/?doc=certyfikacje/osiedrazone/&lang=pl

36

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

Zenon Ignaszak

Joanna Ciesiółka

uwarunkowania i perspektywy

badań nieniszczących odlewów

przed poddaniem ich eksploatacji, cz. i

conditions and perspectives for non-destructive testing 

of castings before they service, part i

Zenon Ignaszak – Politechnika Poznańska, Joanna Cie-

siółka – Jotez.

Streszczenie

W ostatnich kilkunastu latach postawiono na opty-

malizowanie rozwiązań technologiczno-konstrukcyj-

nych, stosując metody symulacji procesów odlewania

i naprężeń w eksploatacji odlewów. Wyniki badań nie-

niszczących służyły do walidacji modeli użytych w sys-

temach symulacyjnych. W niniejszym artykule porówna-

no stan aktualny oczekiwań wobec badań nieniszczą-

cych odlewów surowych i po obróbce, z trendami jakie

pojawiają się w odlewnictwie światowym i w optymalizo-

waniu warunków odbioru, zgodnie z wymaganiami eks-

ploatacyjnymi. Jako przykład dla odlewu testowego belki

o wymiarach 160x1600x1200 mm z nieciągłościami i bez

nieciągłości, zasygnalizowano jak można wykorzystać

wyniki tomografii UT-3D (phased array) do identyfikacji

rzeczywistego rozkładu nieciągłości oraz jak można to

uwzględnić podczas obliczeń symulacyjnych. Umożliwia

to precyzyjniejsze szacowanie mapy naprężeń i wskazu-

je realną drogę do efektywnego zoptymalizowania kon-

strukcji odlewu i technologii odlewania.

Abstract

During over a dozen years the technological solutions

to optimize the design using the method of casting pro-

cess and stress simulation in the casting life were reali-

zed. The NDT results were used to validate models used

in simulation systems. This article compares the current

state expectations for non-destructive testing of raw ca-

stings and after machining with the trends emerging in

the global foundry industry, and optimizing the condi-

tions for acceptance in accordance with operational requ-

irements. As example, for the test beam casting (dimen-

sions – 160x160x1200 mm), with discontinues and witho-

ut discontinues occurrence, were signalized how it can

be exploit the UT-3D tomography (phased array) results

to determine the real discontinues distribution and how it

can be consider in stress simulation during exploitation

period. It enables more accurate estimation of stresses

map and indicates real way to effective castings construc-

tion and technology optimization.

Wstęp

Kierujący zamawianym całym projektem PBZ-

KBN-114/T08/2004 prof. J.Sobczak, dyrektor Instytu-

tu Odlewnictwa w Krakowie, we wstępie do podsumo-

wującej monografii [1] napisał: „Obecnie 90% wszyst-

kich dóbr i artykułów przemysłowych w takiej czy innej

formie zawiera w sobie odlewy, począwszy od apara-

tów latających, samochodów poprzez potężne urzą-

dzenia energetyczne, a skończywszy na telefonach

komórkowych i komputerach” i dalej „… w ostatnim

czasie następuje powrót do technologii tradycyjnych,

w tym zwłaszcza odlewnictwa. Przejawia się to nie tyl-

ko boomem w wielkości produkcji odlewniczej i roz-

kwitem wielu tworzyw odlewniczych, ale również za-

uważalnym zwrotem ku kierunkom poznawczym”.

Mówiąc o nowoczesnych tworzywach i procesach

technologicznych w odlewnictwie, ich projektowa-

niu, aplikacjach i sterowaniu jakością [2], nie sposób

pominąć wykorzystania metod NDT do badania odle-

wów jako podstawowych komponentów niezliczonej

ilości konstrukcji i obiektów technicznych. Należy przy

tym wskazać na znaczenie tych metod nie jedynie jako

sposobu arbitralnej oceny wybranych cech, świadczą-

cych o jakości odlewów, ale także w celu identyfikacji

zjawisk odpowiedzialnych za wykryte anomalie prze-

biegu procesów wytwarzania, co służy ewidentnie opty-

malizacji i doskonaleniu stabilności parametrów proce-

su odlewania. Prowadzi to do rozwoju poszczególnych

technologii odlewniczych. Takie stwierdzenie jest obo-

wiązujące także w innych obszarach badań produkcyj-

nych, innych technologii i materiałów.

37

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Cykl artykułów i prezentacji [3÷12] przedstawia-

nych w latach 2001÷2010 na dziesięciu Ogólnopol-

skich Seminariach prof. J.Deputata oraz dwóch KKBN

(2005 i 2009) [13÷16] były okazją nie tylko do podzie-

lenia się wynikami realizowanych prac, ale również

cennych wymian poglądów z uczestnikami tych wyda-

rzeń. Czy można powiedzieć, że tworzenie lobby NDT

wokół krajowej branży odlewniczej jest na właściwej

drodze, jak to już się stało w niektórych krajach euro-

pejskich, w tym we Francji?

Użyte w artykule sformułowania mogą być dla nie-

których czytelników truizmami, ale doświadczenie auto-

ra współpracującego z odlewniami europejskimi poka-

zuje, że o synergii i sprzężeniach między parametrami

produkcyjnymi i kontrolą jakości, a zwłaszcza wynikami

badań NDT należy mówić w obu środowiskach: techno-

logów w odlewni i specjalistów badających tam odlewy

[8]. Także wśród znakomitych gremiów fachowców labo-

ratoriów i firm specjalizujących się w badaniach nienisz-

czących, zgodnie z ich zakresem uprawnień i stawiają-

cych na uniwersalności oferowanych usług. Okazuje się

niekiedy, że ten postulat tak oczywisty jest w pewnych

przypadkach rozumiany dość powierzchownie [9].

Należy stymulować korelację obu tych zakresów wie-

dzy praktycznej, popartej solidnymi podstawami teore-

tycznymi. A uniwersalność specjalizacji wspomnianych

laboratoriów powinna przynosić dodatkowe korzyści [14].

Przenoszenie wyników produkcyjnych badań nie-

niszczących (zachowanych w archiwach odlewni, z ko-

pią dla klienta) na walory eksploatacyjne i degradację

jakości odlewów z upływem czasu, a więc na wybór

metod i częstotliwość badań nieniszczących w okre-

sie eksploatacji wyrobu odlewanego [10], powinna być

zdefiniowana a priori przez klienta (konstruktora).

Tendencje do uproszczeń i formalizmów odciska-

jących się na kryteriach odbioru, daje się niestety od-

czuwać podczas negocjacji warunków odbioru odle-

wów, a pojawiające się jeszcze czasami w warunkach

odbioru pojęcie „odlew bez wad” , świadczące o kultu-

rze technicznej umawiających się stron (odlewnia lu-

b/i odbiorca odlewów), nie nadążającej za światowy-

mi trendami. Są to przypadki coraz rzadsze, ale jesz-

cze ilościowo znaczące (w jednej z odlewniczych grup

europejskich oceniane na 20% przypadków klientów).

W kraju jest to znacząco więcej i często dotyczy od-

lewów zamawianych przez odbiorców zagranicznych,

gdyż odlewnie niechętnie podejmują negocjacje na te-

mat dopuszczalnego poziomu wad w odlewach, oba-

wiając się utraty zamówienia od klienta.

Specyfika struktur wyrobów

powstałych ze stopu

w stanie ciekłym

Jednorodność fizyko-chemiczna stopu w stanie cie-

kłym, wyjąwszy rzadki przypadek segregacji ciężaro-

wej składnika stopowego, nie gwarantuje w żadnym

przypadku przeniesienia tej cechy na wlewek czy od-

lew uzyskany po krystalizacji (krzepnięciu). Nie wcho-

dząc w szczegóły złożonych procesów towarzyszą-

cych tej transformacji, należy zdać sobie sprawę, że na

końcową strukturę i właściwości konkretnego wyrobu

odlewanego i dla konkretnego stopu wpływa:

– wsad metalowy, jego pochodzenie, scenariusz topie-

nia, obróbki piecowej i pozapiecowej ciekłego stopu,

– czystość kadzi i sposób jej przygotowania do odle-

wania,

– wielkość odlewu i liczne parametry technologiczne

dotyczące formy, w tym rodzaj formy odlewniczej

(trwałe / nie trwałe), użyte materiały do budowy for-

my, wielkość nadlewów, typ układu wlewowego i pa-

rametry wypełniania wnęki formy,

– prace wykończeniowe odlewu, w tym sposób usu-

wania naddatków technologicznych i napraw, głów-

nie metodami spawalniczymi,

– parametry obróbki cieplnej odlewu po naprawach.

Świadomość tego wpływu to także ilościowo okre-

ślony zakres tolerancji dla poszczególnych parame-

trów produkcyjnych (z naciskiem na ich ilość w proce-

sie i stabilność rozłożoną w czasie, stanowiącą o po-

ziomie technicznym odlewni i jej załogi).

Choć jest to truizmem, powiedzmy to sobie jesz-

cze raz. Oczekiwanie od wyrobów odlewanych struk-

tury o jednorodności rozłożenia i wielkości faz skła-

dowych, włączywszy w to niepożądane fazy i wtrące-

nia pochodzące z procesu przetwarzania, identycz-

nie jak w przypadku wyrobów uzyskanych za pomo-

cą przeróbki plastycznej (odkuwek, wyrobów walco-

wanych) nie wpisuje się w profesjonalizm stron ne-

gocjujących. Istnieje zatem granica ścisłości struktu-

ry i stopnia jej porowatości do której konkretny odla-

ny wyrób może się zbliżyć. Praktycznie nigdy nie osią-

gnie on tych cech dla typowego wyrobu handlowego

(blachy, pręty, rury, kształtowniki itd.) jaki można za-

kupić w hurtowniach. Wykluczmy z tych rozważań

wyroby odlewane uzyskiwane za pomocą technolo-

gii specjalnych, jak np. odlewanie tiksotropowe, odle-

wanie z kierunkową krystalizacją. Stanowią one mimo

znakomitych właściwości mechanicznych, margines

w technologiach odlewania dominujących w produkcji

odlewów użytkowych i są przeznaczone do bardzo

specjalnych detali, o dość prostym kształcie i ograni-

czonych wymiarach. Nigdy nie wyprą technologii kla-

sycznych, także ze względu na cenę ich realizacji. Ta-

kie rozumowanie nie oznacza, że w każdej z tych tech-

nologii poziom granicznie osiągalnej doskonałości (ja-

kości) jest jednakowy w danej odlewni. Jego zróżnico-

wanie zależy poziomu technicznego kadry odlewni i jej

umiejętności oraz warunków realizacji zamówienia.

Ważność problemów niejednorodności struktury, jej

ścisłości i lokalności właściwości mechanicznych zmie-

nia się wraz z wielkością odlewu. Gradient tych właści-

wości jest trudny do oszacowania a priori, na etapie kon-

struowania wyrobu odlewanego. Stąd rola inżynierii wir-

tualnej [3÷5], dobrze osadzonej w realiach, tzn. stosują-

cej systemy symulacyjne poddane uprzednio procesowi

38

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

walidacji eksperymentalnej i ocenione jako spełniają-

ce wystarczająco oczekiwania użytkowników. Najlepiej,

jeżeli walidacja jest realizowana wewnętrznie w odlew-

ni przez zespoły bezpośrednio związane z technologią

odlewania, współpracujące z zespołami NDT w odlew-

niach i konstruktorami, i pod nadzorem lidera projektu.

Kryteria formalne/nieformalne

jakości wyrobów odlewanych

Postawmy pytanie – co stanowiło podstawy, kiedy

formułowano przed wielu laty kryteria wadliwości odle-

wów i kiedy tworzono wzorce, służące potem jako od-

niesienie do definiowania klas wadliwości RT i UT. Poza

przypadkami wad oczywistych, szczególnie wad odkry-

wanych metodami wizualnymi przed lub po obróbce

mechanicznej, należy podziwiać intuicję inżynierską na-

szych poprzedników, którzy tak jednoznacznie definio-

wali klasy jakości odnośnie wad wewnętrznych. Należy,

bo w dalszym ciągu te kryteria są obowiązujące i słu-

żą definiowaniu stref jakości w odlewie, stanowiąc dla

operatorów badań NDT rodzaj kanonu – kodeksu jako-

ści. Szczególnie jeśli chodzi o nieciągłości wewnętrzne,

niemożliwe do odkrycia w inny sposób jak przez bada-

nia niszczące lub po operacjach obróbki skrawaniem.

Normy stanowiące podstawy formułowania wa-

runków odbioru są na dzień dzisiejszy takim obowią-

zującym kodeksem jakości w badaniach nieniszczą-

cych odlewów. Formułując wymagania wg klas przy-

najmniej jednej z tych norm, zamawiający (klient) intu-

icyjnie przyjmuje lepszą klasę dla stref poddawanych

obróbce skrawaniem.

Na ile są one już na wstępie wykładnią nadjakości

odlewu, czyli osiągania klasy lepszych o 1-2 poziomy

niż klasa wymagana?

Istnieją jako przeciwwaga kryteria nieformalne wy-

chodzące poza te normy i te są przedmiotem osobnych

ustaleń między zamawiającym a odlewnią. Obie stro-

ny są wtedy świadome oczekiwań konstruktora i moż-

liwości technologii odlewniczych. Autor zna przypadki

kiedy klient odlewni (często spoza kraju) bez uzasad-

nienia i z „ostrożności procesowej” celowo zawyża kla-

sy jakości wyszczególnione w warunkach odbioru od-

lewów. Odlewnia oczekując na uzyskanie zamówienia

rezygnuje z profesjonalnej negocjacji. Autor uczestni-

czył jako konsultant w spotkaniach renegocjacyjnych

z takimi klientami jako pełnomocnik krajowych odlew-

ni. Za każdym razem udawało się przekonać klienta do

zracjonalizowania jego wymagań.

Klasy jakości wg norm mają sprecyzowane kryteria

ilościowe (np. EN 12680 dla wskazań UT) czy pseudo-

ilościowe (porównawczo wg ASTM dla badań RT, na

zasadzie porównania obrazów, z dużą dozą dowolno-

ści w interpretacji). W [15,16] zaproponowano formal-

ną komputerową kwantyfikację procedury identyfikacji

i oceny dla metody RT.

Ewidentne błędy w sztuce odlewniczej są łatwe do

wykrycia metodami NDT [9, 10]. Sztandarowy przykład

to duże wady wewnętrzne pochodzenia skurczowego

(jamy i makroporowatości skurczowe). Te są relatyw-

nie łatwe do wyeliminowania na drodze zabiegów meta-

lurgiczno-technologicznych. Znacznie trudniej dokonać

tego w zakresie eliminacji mikroporowatości i to zależ-

nie od rodzaju odlewanego stopu. Podobnie rzecz się

ma np. ze strukturami żeliw. Struktury łatwo rozróżnial-

ne, identyfikowalne na drodze badań UT np. różniące się

struktury z grafitem płatkowym i sferoidalnym [17, 18].

Podobnie łatwe do zidentyfikowania i oceny są skupi-

ska wtrąceń niemetalicznych w odlewach żeliwnych, np.

typu „dross” [19]. Ale już znacznie trudniej, by nie powie-

dzieć wprost, że w praktyce przemysłowej niemożliwe,

jest zlokalizowania za pomocą metod UT i RT rozmiarów

stref struktury z grafitem zdegenerowanym („chunky”) w

grubościennych, ciężkich odlewach z żeliwa sferoidalne-

go [9]. A jest to stawiane jest przez niektórych klientów

odlewni jako warunek odbiorowy, trudny do uzyskania.

Pozostają wtedy do wykonania badania niszczące (np.

przez trepanację próbek ze stref grubościennych).

W [9] podjęto również istotne zagadnienie nieprawi-

dłowości w szacowaniu nieciągłości („Przykłady i anali-

za błędów w identyfikacji rodzajów nieciągłości w odle-

wach”). W opracowanej tablicy zestawiono nazewnic-

two z normy [20], z podręcznika [21] z propozycją au-

torów (propozycja uporządkowania nazewnictwa i ob-

szaru interpretacji wad odlewniczych przekazana przez

autorów do UDT Cert w lutym 2006).

W [22] umieszczony został cenny zapis dokonany

przez autora, ponieważ dotyczy on związków badań pro-

dukcyjnych i eksploatacyjnych [23]. A mianowicie (cytat):

„…Procesy technologiczne wytwarzania, ich projekto-

wanie i przebieg oraz zastosowane urządzenia produk-

cyjne i oprzyrządowanie, a także ich stan, mają istotny

wpływ na jakość wyrobów.

Istotne znaczenie ma również:

– rodzaj materiału zastosowanego do wytwarzania

określonego wyrobu,

– właściwości materiału, które pozwolą wytworzyć

z niego wyrób bez pogorszenia w istotny sposób

jego cech użytkowych.

Wykrywanie wad w wyrobach i ocena ich jakości są

możliwe tylko wtedy, gdy wykonujący badanie posiada

informację o:

– rodzaju wyrobu,

– rodzaju materiału, z którego wyrób wykonano, a co

za tym idzie o jego właściwościach,

– procesie technologicznym wytwarzania wyrobu,

– wymaganiach jakościowych wyrobu.

Znajomość tych elementów i zagrożeń dla jakości

wyrobu z nich wynikających, pozwala na zaplanowanie

odpowiednich badań w zależności od wyrobu i materia-

łu, z którego został wytworzony oraz rodzaju spodzie-

wanych wad. Dzięki temu możliwe jest wykrycie i iden-

tyfikacja wad, a w konsekwencji ustalenie przyczyn ich

powstawania. …” (koniec cytatu).

W opracowaniu „Elaboration du cahier des char-

ge” stowarzyszenia Organisation Professionnelle des

Industries de la Fonderie / Trade Organisation of the

39

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Foundry Industry (92038 Paris La Défense Cédex) po-

dano poniżej przedstawiony scenariusz, jakim powi-

nien kierować się projektant-twórca koncepcji konstruk-

cyjnej wyrobu odlewanego [24]. Powinien on wstęp-

nie wybrać stop (stopy) w funkcji kształtu i wymiarów

wyrobu odlewanego, danych mechanicznych i innych

uważanych przez niego jako ważne w eksploatacji,

w odniesieniu do ceny stopów i wskazanej technolo-

gii. To wstępne studium powinno go doprowadzić do

określenia materiałowego zarysu koncepcji, listy sto-

pów, jednej lub kilku technologii. Ostatecznie, definityw-

ny wybór sposobu formowania jest pozostawiony tech-

nologowi-odlewnikowi lub jest z nim uzgadniany (tabl.).

Jeżeli specyfikacja jakościowa nie została zdefinio-

wana przez zamawiającego precyzyjnie, odlewnia po-

winna co najmniej zapewnić zgodny z zamówieniem

gatunek stopu (właściwości określane na próbce przy-

lanej lub osobno lanej) oraz zgodność wymiarową,

a także co najmniej zachowanie najniższych klas ja-

kości wg norm na podstawie badań wizualnych. Coraz

rzadziej spotyka się takie nieprofesjonalne podejście

klientów odlewni (wykluczmy tutaj cytowane wyżej wy-

górowane oczekiwania zapisywane w warunkach od-

bioru jako „odlew bez wad” – jako przypadek odosob-

niony i szczególnie nieuprawniony).

Jak jednak utworzyć funkcjonalną specyfikację

jakości? Powinna ona zawierać:

– pełną dokumentację rysunkową i specyfikacje de-

finiujące precyzyjnie czemu ma sprostać odlew

produkcyjny w odniesieniu do istniejących norm,

a także do warunków szczególnych eksploatacji,

– zakres badań kontrolnych jakości wewnętrznej

w celu wykrycia ewentualnych wad niewykry-

walnych wizualnie; powinno być to zdefiniowane

w okresie opracowywania koncepcji konstrukcyjnej

i technologicznej odlewu.

Jest rzeczą zasadnicza, aby autor koncepcji kon-

strukcyjnej odlewu, składający zamówienie oraz techno-

log w odlewni znaleźli kompromis między ceną i użytecz-

nością w warunkach eksploatacji, z zachowaniem świa-

domie wybranych współczynników bezpieczeństwa nie

mierząc za wszelką cenę (także i tę sprzedaży) w naj-

wyższą półkę jakości i oferując kosztowna nadjakość.

Należy umieć przy tym podkreślić, że w ten sposób

zmniejszamy margines błędu odlewni i podnosimy po-

przeczkę w dotrzymywaniu stabilności produkcji w od-

lewni. Tylko dobre odlewnie potrafią temu sprostać. A

że jest to możliwe, dla przykładu za ostatnie pół roku

jedna z odlewni francuskich osiągnęła poziom braków

nienaprawialnych poniżej 1% (odlewy ciężkie). Przy

tym poziom uzysku dla ciężkich odlewów z żeliwa sfe-

roidalnego przekracza 80%.

Podsumowując, opracowane prawidłowo zapytania

ofertowe i zamówienia winny zatem zawierać [24]:

– przeznaczenie odlewu, ciężar i wymiary, specyfika-

cje wymaganej jakości (wytężenie eksploatacyjne,

strefy wytężenia i strefy jakości, poziom ponoszone-

go ryzyka, znaczenie odlewu w całości konstruowa-

nego obiektu technicznego),

– zdefiniowanie materiału (stopu) i gatunek odniesio-

ny do obowiązującej normy lub gatunku narzucone-

go przez klienta,

– ilość odlewów (długości serii, zamówienie bieżące

i ewentualność powtórzenia zamówienia w przyszłości),

– terminy i sekwencje dostaw,

– zapisy wykonawcze, w tym dotyczące kontroli

i odbioru odlewów

– warunki gwarancji i działań z zakresu assistance

służb odlewni wobec klienta (w okresie eksploatacji).

W akcie organizacji CAEF [25], którego Polska jest

członkiem, współbrzmią z powyższym, ogólne warunki

umowy (Conditions Générales Contractuelles des Fon-

deries Européennes). Zostały one przygotowane zgod-

nie z obowiązującą praktyką procedur organizacji sku-

piającej kraje członkowskie z Europy (CAEF – Comite

des Associations Europeennes de Fonderie). Jako taki,

każdy kraj członkowski uznaje atrybuty prawne CAEF

i ustawodawstwa odniesionego do profesjonalnego

jego stosowania w praktyce.

Celowe wydaje się przytoczenie brzmienia tej kon-

wencji we fragmencie dotyczącym ofert i zamówień:

– zapytaniu ofertowemu lub zamówieniu od klien-

ta powinna towarzyszyć specyfikacja techniczna

odlewu, która jednoznacznie definiuje wymagania

w każdym ich aspekcie dotyczącym zamawiane-

go odlewu, jak i warunki nadzoru, kontroli i badań

wymaganych przy ich odbiorze przez klienta; taka

kompletna dokumentacja techniczna może być

opracowana i dostarczona odlewni w postaci twar-

dej (papierowej) lub w postaci pliku,

Tablica. Wytyczne opracowania specyfikacji wyrobu (na podstawie [24])

Table. Guidelines for the development of product specification (ba-

sed on [24])

Hasło

Opis, parametr

Funkcja

eksploatacyjna

spełniana przez

odlew

Krótka definicja

Wytężenie

mechaniczne

Średnia wytrzymałość

Podwyższona lokalnie wytrzymałość

Szczególne wytężenia statyczne i/lub dyna-

miczne (udary, obciążenia zmęczeniowe, itp)

Tarcie i trybologia (na sucho, w warunkach

smarowania), erozja, ścieranie

Oddziaływania

fizyko-chemiczne

Temperatura eksploatacji (udary cieplne)

Szczelność (ciśnienie płynu podczas prób

szczelności)

Korozja (natężenia, inicjacja)

wibracje

Szczególne właściwości fizyczne (siły magne-

tyczne, oporność elektryczna, dylatacja, prze-

wodność cieplna, ...)

Wygląd (malowanie, estetyka kształtu)

Eksploatacja –

montaż/demontaż

Utrzymanie w eksploatacji, demontaż

Stan powierzchni

Szczególne

ograniczenia

Wymiary gabarytowe i ciężar

Prace spawalnicze (montażowe, naprawcze)

Obróbka mechaniczna (skrawaniem)

Uwarunkowania

ekonomiczne

Odlew jednostkowy, prototyp, seria, powta-

rzalność serii, ilość, terminy

40

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

– oferta odlewni nie powinna być uważana za osta-

teczną (nie podlegającą negocjacjom) jeżeli ona nie

jest powiązana z terminem ważności, a także w sy-

tuacjach, kiedy klient wprowadza zmiany w specyfi-

kacji lub np. kiedy odlewnia dostarczyła mu odlewy

próbne,

– odlewnia może być tylko obligowana do przestrze-

gania warunków będących odzwierciedleniem

w sposób jednoznaczny i definitywny zamówie-

nia klienta; powinien istnieć jasny i czytelny w tym

względzie zapis w postaci dokumentu.

Przedstawione wyżej ujęcia są spójne i powin-

ny być przestrzegane w układzie komunikacyjno-pro-

dukcyjnym klient (przyszły użytkownik) – odlewnia [24,

25]. W obszarze badań jakości rola badań NDT od-

lewów znajduje wystarczająco czytelne pole do dzia-

łania. Zbiory kryteriów odbiorowych odlewów są jed-

nak cały czas przedmiotem twórczego doskonalenia,

o czym świadczą przykłady opisane m.in. w [11]. Coraz

częściej mają one charakter nieformalny (poszerzają-

cy „ciasne” podejście zawarte w normach), wynikający

z synergii wiedzy i negocjacji merytorycznych.

Literatura

[1] Sobczak J.: Nowoczesne tworzywa i procesy technolo-

giczne w odlewnictwie. Materiały i monografia II Sympo-

zjum Naukowego „Innowacje w odlewnictwie”, Projekt PBZ

-KBN-114/T08/2004, pt „Nowoczesne tworzywa i procesy

technologiczne w odlewnictwie”, http://www.iod.krakow.pl.

[2] Ignaszak Z., Mikołajczak P., Popielarski P.: Specyfika i przy-

kłady metod walidacji on-line dla potrzeb systemów progno-

zujących jakość odlewów przemysłowych. Materiały III Sym-

pozjum Naukowego PBZ „Innowacje w Odlewnictwie”, In-

stytut Odlewnictwa Kraków, Kocierz, 26-29.10 2008 (tak-

że w monografii „Nowoczesne tworzywa i procesy techno-

logiczne w odlewnictwie”, cz.III . Instytut Odlewnictwa, Kra-

ków 2009).

[3] Ignaszak Z., Ciesiółka J.: Wirtualne prognozowanie jakości

odlewów w aspekcie kontroli metodą ultradźwiękową. Pro-

ceedings – VII Seminarium Nieniszczące badania materia-

łów”, 14-16 marzec 2001, Zakopane, s. 8.1-8.30.

[4] Ignaszak Z., Ciesiółka J.: Wybrane aspekty powiązań pro-

blematyki jakości odlewów w inżynierii wirtualnej i w kontro-

li ultradźwiękowej. Proceedings – VIII Seminarium Badania

Nieniszczące. Zakopane 2002 , s. 99-115.

[5] Ignaszak Z., Ciesiółka J.: Walidacja modelu powstawania

wad skurczowych w odlewach za pomocą metod NDT. Pro-

ceedings – IX Seminarium Badania Nieniszczące. Zakopa-

ne 11-14.03.2003.

[6] Ignaszak Z., Ciesiółka J.: Identyfikacja wad nieciągłości w

odlewach żeliwnych w aspekcie warunków odbioru i kryte-

riów jakości. Materiały X Seminarium Nieniszczące Badania

Materiałów Zakopane, 16-19 marca 2004.

[7] Ignaszak Z., Ciesiółka J.: Problemy identyfikacji jednorod-

ności i ciągłości struktur w odlewach, za pomocą metod

NDT w aspekcie wybranych właściwości mechanicznych.

Materiały XI Seminarium Nieniszczące Badania Materiałów

Zakopane, 8-11 marca 2005.

[8] Ignaszak Z., Ciesiółka J.: Znaczenie synergii wiedzy w iden-

tyfikacji i interpretacji wybranych wad odlewniczych na przy-

kładzie odlewów z żeliwa sferoidalnego. Proceedings – XII

Seminarium Nieniszczące Badania Materiałów Zakopane,

14-17 marca 2006.

[9] Ignaszak Z., Ciesiółka J.: Przykłady i analiza błędów w iden-

tyfikacji rodzajów nieciągłości w odlewach. Proceedings –

XIII Seminarium Nieniszczące Badania Materiałów, Zakopa-

ne, 13-16 marca 2007.

[10] Ignaszak Z., Ciesiółka J.: Lokalność właściwości w odle-

wach i dopuszczalności wad nieciąglości w aspekcie obcią-

żeń użytkowych. Proceedings – XIV Seminarium Nienisz-

czące Badania Materiałów, Zakopane, 4-7 marca 2008.

[11] Ignaszak Z., Ciesiółka J.: Specyfika badan nieniszczących

i oceny dopuszczalności wad w odlewach. Proceedings

– XV Seminarium Nieniszczące Badania Materiałów, Zako-

pane, 10-13 marca 2009.

[12] Ignaszak Z., Bobrowski P., Ciesiółka J.: Phased array w od-

lewnictwie nowe możliwości identyfikacji nieciągłości. Proce-

edings – XVI Seminarium Nieniszczące Badania Materiałów,

Zakopane, 9-12 marca 2010.

[13] Ignaszak Z., Bobrowski P., Ciesiółka J., Kopeć A.: Porówna-

nie badań radiograficznych i ultradźwiękowych phased array

próbki odlewu z porowatością rozproszoną. Proceedings – 38

Krajowej Konferencji Badań Nieniszczących, „Synergia Teorii

i Praktyki w Służbie Jakości”, Poznań-Licheń, 20-22.X.2009.

[14] Ignaszak Z., Ciesiółka J., Wojas M.: Warsztaty doskonalące

w zakresie badań produkcyjnych i eksploatacyjnych UT wy-

robów odlewanych. Proceedings 38 Krajowej Konferencji Ba-

dań Nieniszczących, „Synergia Teorii i Praktyki w Służbie Ja-

kości”, Poznań-Licheń, 20-22.X.2009.

[15] Ignaszak Z., Popielarski P., Krawiec K.: Contribute to quan-

titative identification of casting defects based on computer

analysis of X-ray images. Arch.of Foundry Eng, Volume 7 Is-

sue 4/2007, s. 89-94.

[16] Ignaszak Z., Popielarski P., Krawiec K.: Zastosowanie metod

komputerowej analizy obrazu radiograficznego do ilościowej

identyfikacji wad typu shrinkage. Proceedings 38 Krajowej

Konferencji Badań Nieniszczących, „Synergia Teorii i Prakty-

ki w Służbie Jakości”, Poznań-Licheń, 20-22.X.2009.

[17] Orlowicz W., Opiekun Z.: Ultrasonic Detection of Microstruc-

ture Changes in Cast Iron, Theoretical and Appl. Fracture

Mech., Vol. 22, s. 9-16, 1995.

[18] Belan J.: Identification of cast iron type with using of NDT me-

thods. Arch.of Foundry Eng, Volume 10, Issue Special1/2010,

s.103-106.

[19] Ignaszak Z., Ciesiółka J.: Badania nieniszczące w technolo-

giach materiałowych i ich synergia w sterowaniu jakością pro-

dukcji. Sesja panelowa. 33 Krajowa Konferencja Badań Nie-

niszczących, Poznań – Licheń 26-28.10.2004.

[20] Norma PN-85/H-83105 Odlewy Podział i terminologia wad.

Wyd.Normalizacyjne, 1986.

[21] Henon G., Mascre C., Blanc G.: Recherche de la qualité des

pièces de fonderie, CIATF, Edition Technique des Industries

de la Fonderie, Paris, 1986.

[22] Wojas M.: Wady wyrobów wykrywane metodami nieniszczą-

cymi.Cz.l Wady produkcyjne, Biuro Gamma, Warszawa 2004.

[23] Wojas M.: Wady wyrobów wykrywane metodami nieniszczą-

cymi. Cz. 2 Wady eksploatacyjne, Biuro Gamma, Warszawa

2006.

[24] http://www.fondeursdefrance.org/fiches/11L_elaboration_du_

cahier_des_charges.pdf.

[25] CAEF – The European Foundry Association Steel castings

group: Conditions géné rales contractuelles.des fonderies eu-

ropéennes ©. Édition 2006.

41

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Wstęp

Opisane w części I artykułu [1] uwarunkowania

produkcyjnych badań odlewów z zastosowaniem me-

tod NDT przybliżyły wytyczne relacji klient – odlewnia

i platformę negocjacji racjonalnych warunków odbio-

ru odlewów. Wskazano na specyfikę tych relacji w ze-

stawieniu z koniecznym synergicznym podejściem obu

negocjujących stron do tych zagadnień. Jako aplikację

tych zasad odniesionych do badań NDT w [2] zosta-

ły przedstawione doświadczenia autorów w obszarze

identyfikacji nieciągłości odlewów, dotyczące jakości

odlewów z żeliwa, w odniesieniu m.in. do normy EN

583-5, dedykowanej ręcznym badaniom ultradźwięko-

wym połączeń spawanych [3, 4], zinterpretowanych i

omówionych w [5]. Porównano tam również wyniki pro-

gnozowania za pomocą Virtual prototyping (kompute-

rowa symulacja procesu odlewania [6]) z wynikami ba-

dań odlewu różnymi metodami NDT.

Specyfikę wewnętrznych nieciągłości w odle-

wach należy odnieść do trzech umownych poziomów

(wymiary i położenie), spowodowanych procesami

Zenon Ignaszak

uwarunkowania i perspektywy

badań nieniszczących odlewów

przed poddaniem ich eksploatacji, cz. ii

conditions and perspectives for non-destructive testing 
of castings before they service, part ii

Zenon Ignaszak – Politechnika Poznańska.

Streszczenie

W ostatnich kilkunastu latach postawiono na optyma-

lizowanie rozwiązań technologiczno-konstrukcyjnych,

stosując metody symulacji procesów odlewania i naprę-

żeń w eksploatacji odlewów. Wyniki badań nieniszczą-

cych służyły do walidacji modeli użytych w systemach

symulacyjnych. W niniejszym artykule porównano stan

aktualny oczekiwań wobec badań nieniszczących odle-

wów surowych i po obróbce, z trendami jakie pojawiają

się w odlewnictwie światowym i w optymalizowaniu wa-

runków odbioru, zgodnie z wymaganiami eksploatacyj-

nymi. Jako przykład dla odlewu testowego belki o wy-

miarach 160x1600x1200 mm z nieciągłościami i bez nie-

ciągłości, zasygnalizowano jak można wykorzystać wy-

niki tomografii UT-3D (phased array) do identyfikacji

rzeczywistego rozkładu nieciągłości oraz jak można to

uwzględnić podczas obliczeń symulacyjnych. Umożliwia

to precyzyjniejsze szacowanie mapy naprężeń i wskazu-

je realną drogę do efektywnego zoptymalizowania kon-

strukcji odlewu i technologii odlewania.

Abstract

During over a dozen years the technological solutions

to optimize the design using the method of casting pro-

cess and stress simulation in the casting life were reali-

zed. The NDT results were used to validate models used

in simulation systems. This article compares the current

state expectations for non-destructive testing of raw ca-

stings and after machining with the trends emerging in

the global foundry industry, and optimizing the condi-

tions for acceptance in accordance with operational requ-

irements. As example, for the test beam casting (dimen-

sions – 160x160x1200 mm), with discontinues and witho-

ut discontinues occurrence, were signalized how it can

be exploit the UT-3D tomography (phased array) results

to determine the real discontinues distribution and how it

can be consider in stress simulation during exploitation

period. It enables more accurate estimation of stresses

map and indicates real way to effective castings construc-

tion and technology optimization.

42

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

skurczowymi, powiązanymi z wydzielaniem rozpusz-

czonych w ciekłym metalu gazów, np. wodoru. Mecha-

nizmy i morfologia frontu krystalizacji decydują o pier-

wotnych strukturach odlewu, a także o strukturach stref

szwów spawalniczych, powstałych ze stanu ciekłego.

Należy wymienić:

– poziom I – rozproszone mikroporowatości między-

dendrytyczne, wyizolowane, nie tworzące łańcucha

ciągłego, o rozmiarach rzędu mikronów, spowodo-

wane istnieniem oporów względem zasilającego

przepływu kapilarnego między ramionami tego sa-

mego dendrytu (poziom ścisłości traktowany jako

akceptowalny, właściwy odlewaniu grawitacyjne-

mu, przekładający się na standardowe właściwo-

ści mechaniczne wykonywanych wyrobów odlewa-

nych za pomocą tej technologii) – odlew jest „zdro-

wy” (acceptable soundness),

– poziom II – mikroporowatości między blokami den-

drytów (ziaren), widoczne niekiedy okiem nieuzbro-

jonym, nakładające się na mikroporowatości pozio-

mu I, wynikające z dużego oporu przepływu kapilar-

nego między dendrytami, powodujące lokalny dal-

szy spadek charakterystyk mechanicznych, w od-

niesieniu do wartości normatywnych,

– poziom III – makroporowatości (ewidentne pustki

i skrajnie – jamy skurczowe), powstające w miej-

scach izolowanych tzw. węzłach cieplnych, w ska-

li makro, wynikające z odcięcia zasilania zwanego

masowym (to zasilanie istnieje do momentu osią-

gnięcia przez gęstwę strefy ciekło–krystalicznej

wartości tzw. krytycznego ułamka fazy stałej – f

S

cr

),

Powyższe sformułowania dotyczące przyczyn po-

rowatości, w których wyeksponowano zjawiska skur-

czowe, należy poszerzyć o porowatości wywołane de-

sorpcją rozpuszczonych w ciekłym metalu gazów. Zda-

rza się, że określenie zjawiska wiodącego napotyka na

trudności (odlewy Al).

W [6, 7] rozważano temat identyfikacji wad w odle-

wach żeliwnych, starając się wykazać, że pewne za-

warte w odbitym sygnale ultradźwiękowym informa-

cje, jako formie „odpowiedzi” materiału odlewu, nie są

wystarczająco eksploatowane i wykorzystane.

Podstawową normą stosowaną w praktyce odle-

wów ze stopów żelaza do definiowania kryteriów ja-

kości na podstawie wyników badań nieniszczących

UT jest EN 12680. Często odbiorca nie jest przy-

gotowany nawet na uzasadnienie tam istniejącego,

uproszczonego definiowania wymaganej jakości.

Znane są przypadki, kiedy „odkrycie” podczas obrób-

ki skrawaniem wady „dopuszczalnej” na wynegocjo-

wanym poziomie jakości pod względem kryteriów „ul-

tradźwiękowych” wg normy EN 12680, powoduje od-

mowę akceptacji odlewu i stanowi podstawę do rene-

gocjacji warunków odbioru, najczęściej ze stratą fi-

nansową dla odlewni.

Do oceny stanu wad wewnętrznych w odlewach

żeliwnych stosuje się także metodę porównawczą

RT – ASTM E802. Wygląd wad na radiogramie odlewu

rzeczywistego z żeliwa odbiega zdecydowanie od wad

na wzorcowym radiogramie ASTM E802 (inne rozłoże-

nie i intensywność nieciągłości). Fakt ten powoduje, że

odlewnie żeliwa zmuszone są do korzystania z normy

(i atlasu) wad dla odlewów staliwnych (np. ASTM E280),

i do niego odnoszą rodzaje i klasy wad. Praktycznie

wszyscy klienci odlewni żeliwa, którzy jako metodę NDT

obrali badania radiograficzne powołują się na tę normę,

przechodząc do porządku dziennego nad tym faktem.

Proponowana w [8, 9] procedura polega na uści-

śleniu kwantyfikacji metody RT wg ASTM i wykorzy-

staniu programu do analizy obrazu do porównawczej

oceny stopni szarości poszczególnych miejsc na ra-

diogramach (rozłożenie na dwuwymiarowym obrazie

RT z wadami nieciągłości – porównanie zaciemnień

na radiogramie wzorca ASTM i radiogramie ocenia-

nego odlewu). Jednocześnie trzeba się zgodzić, że

jest to tylko formalna próba kwantyfikacji (por. dysku-

sja podczas 38 KKBN, [10]), która musi być poparta

wiedzą technologiczną operatora RT lub/i specjalisty

technologa.

Nowe kierunki obserwowane

w produkcyjnych badaniach

nieniszczących odlewów

Odnosząc się do metod NDT (wizualnych, ultradź-

więkowych, radiologicznych, magnetyczno-proszko-

wych, prądów wirowych, termograficznych, akustycz-

nych, ciśnieniowych prób szczelności) jakie były i po-

zostają najbardziej rozpowszechnione w odlewnic-

twie, należy zauważyć, że pod względem metodycz-

nym kierunki rozwoju wiążą się ściśle z dostępnością

do nowych rozwiązań aparaturowych. Istota i pod-

stawy fizyczne badań pozostają niezmienne. Roz-

wój idzie w kierunku nowych nośników informacji (sy-

gnałów), ich akwizycji i rejestracji, szybkości przepro-

wadzania operacji kontrolnych, rozdzielczości i czy-

telności obrazu, budowaniu baz danych o wyrobie,

skojarzonych w ramach systemów Data mining [11]).

Przykładem może być wyposażenie służące do reali-

zacji badań za pomocą aparatu Phased Array (PhA).

Metoda ta zaliczana do tomografii ultradźwiękowej

rozwinęła się w obszarze badań eksploatacyjnych

i sprawdza się m.in. w wykrywaniu pęknięć wałów tur-

bin i innych nieciągłości wynikłych z warunków eks-

ploatacji wyrobów technicznych [12, 13]. Zastosowa-

nia są widoczne także w badaniach eksploatacyjnych

tak odpowiedzialnych konstrukcjach jak obiekty w lot-

nictwie [14]. W odlewnictwie PhA daje nowe możliwo-

ści i jest symptomem nowoczesności w tej aplikacji.

Szerzej omówiono te zagadnienia w [15÷17]. Ostat-

nio otrzymane wyniki PhA określenia wymiarów prze-

strzeni nieciągłości pochodzenia skurczowego [18]

wykorzystano w badaniach zasygnalizowanych w ko-

lejnym rozdziale.

Przykładem zastosowań nowoczesnej techniki do

badań odlewów jest bezsprzecznie tomografia RT.

43

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Jest stosowana przeważnie do odlewów ze stopów

lekkich (na bazie Al, Mg), generalnie dość sporadycz-

nie (koszt aparatury, czas pełnego badania, zwłasz-

cza dla długich czasów ekspozycji na jeden obraz),

choć jej ewidentnym zaletom nie można zaprzeczyć.

W [19 i 20] można znaleźć charakterystykę zastoso-

wań w odlewnictwie i opis sposobów rozpoznawa-

nia nieciągłości. W [8, 21] opisano propozycje wyko-

rzystania takich wyników do dalszych badań korela-

cji nieciągłości dopuszczalnych i lokalności eksploata-

cyjnego wytężenia materiału.

Kierunek nowoczesności w efektywnym stosowa-

niu badań nieniszczących nie musi być związany tyl-

ko z zakupem drogiej aparatury, lecz z właściwym

podejściem do procedur wykrywania nieciągłości, in-

terpretacji nieciągłości i ich napraw. Na rysunku 1

przedstawiono przykład lokalizacji pęknięć (metoda

magnetyczno-proszkowa) i napraw spawalniczych

w ciężkich odlewach staliwnych dla przemysłu ener-

getycznego. Tego typu badania na obecność wad

typu „hot tears”, czyli rozerwania w stanie stało-cie-

kłym i ich naprawa, powinny być wykonane w od-

lewni, a nie u klienta [22, 23]. Charakter tych pęk-

nięć wynika z opisów umieszczonych na rysunku 1.

Również na tym rysunku podano przykład (z badań

własnych) naprawy bardzo głębokiego pęknięcia (po

wyżłobieniu materiału wokół tej wady), co było wy-

konane jeszcze w odlewni. Cały odlew był następ-

nie poddany pełnej obróbce cieplnej (normalizacji,

w warunkach przyspieszonego oddawania ciepła

i odpuszczaniu). Klienci zamawiający odlewy tego

typu nie dysponują najczęściej takim wyposażeniem,

aby zagwarantować właściwą strukturę po tego ro-

dzaju naprawie odlewu. Kwestia kosztu wykonania

pełnych badań jakości odlewu surowego wg wyma-

gań warunków odbiorowych wchodzi także w zakres

negocjacji odlewnia – klient.

Tolerance of damage w odlewnictwie

w aspekcie wirtualizacji

konstruowania i optymalizacji

technologii odlewania

Obecne od pewnego czasu w dziedzinie nauk

o materiałach pojęcie materiału z gradientem właści-

wości – tej lokalności nadały rangę wymogu nobilitują-

cego cechy użytkowe wyrobu. Może to prowadzić na-

wet do obniżenia kosztu wytwarzania: podniesienie ja-

kości w strefach o wysokich wymaganiach eksploata-

cyjnych, co uzyskać można na drodze celowego i do-

puszczalnego obniżenia jakości w strefach wyrobu,

gdzie wymagania ze względu na obciążenia (naprę-

żenia) i środowisko pracy wyrobu są zredukowane do

udokumentowanego minimum.

Powyższy wywód należy łączyć z zagadnieniem to-

lerance of damage (dopuszczenie wadliwości wyrobu)

co jest terminem odnoszącym się do odporności na

propagację uszkodzeń struktury (pochodzących z eta-

pu produkcji lub/i eksploatacji) podczas użytkowania

wyrobu. Termin ten wywodzi się z inżynierii kosmicz-

nej (Aerospace Engineering) i polega na akceptacji

rzeczywistej struktury odbiegającej od struktury dosko-

nałej (doskonałej – w sensie technicznych możliwo-

ści jej uzyskania). Przy prawidłowym nadzorze proce-

sów wytwórczych i eksploatacyjnych (kontrola jakości,

polityka remontowa) doprowadza się do wykrywania

i naprawy incydentalnych uszkodzeń, śladów korozji

i pęknięć zmęczeniowych, co chroni przed groźnymi

dalszymi uszkodzeniami.

tolerance of damage zwana też „fail safe”, jest sto-

sunkowo nową zasadą projektowania i wymaga, aby

konstrukcja była w stanie oprzeć się trybowi uszkodzeń

Rys. 1. Typowe pęknięcia w strefie stało-ciekłej podczas krzepnięcia

ciężkich odlewów staliwnych. I – naprawy spawalnicze surowego od-

lewu A wykonane po badaniach NDT przez klienta zamiast w odlew-

ni (www.e-energetyka.pl, 2005), II – schemat pobrania próbki i bada-

nia strefy pęknięcia – dowód na kwalifikację „hot tears”, III – przykład

naprawy przez napawanie głębokiego pęknięcia surowego odlewu B

o masie 25 ton (po usunięciu strefy wokół pęknięcia, z kontrolą MT)

Fig. 1. Typical cracks in the solid-liquid zone during solidification of he-

avy-section casting of cast steel; I – repair welding of raw casting A

made after NDT testing by client in stead of foundry (www.e-energe-

tyka.pl, 2005), II – scheme of sampling and testing of fracture zone

– the proof of the „hot tears” classification, III – an example of repa-

iring the surfacing by welding of deep cracks in the raw casting B we-

ighing 25 tons (after removal of the zone around the cracks, with the

control of MT)

44

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

z powodu zmęczenia materiału, w najbardziej prawdo-

podobnych lokalizacjach.

Ta filozofia przenosi się coraz szerzej do dobrych

europejskich odlewni, we współpracy z klientami

[24, 25] i obejmuje następujące okoliczności eksploata-

cji wyrobów (materiałów):

Rys. 2. Schemat położenia nieciągłości w przestrzeni próbki wyciętej

z grubościennego bloku o grubości 180 mm, odlanego z żeliwa sfe-

roidalnego oraz identyfikacja ilościowa za pomocą klasycznej meto-

dy RT (u góry) oraz u dołu – wizualizacja modelu wady (2D – z lewej

i 3D – z prawej) uzyskanego metodą PhA, z wyodrębnieniem dwóch

progów detekcji nieciągłości [18]

Fig. 2. Schematic location of discontinuity in the space of a sample

of heavy-walled block 180 mm thick, ductile cast iron, and the qu-

antitative identification with the use of the classical RT method (top)

and visualization of defects model (bottom: left - 2D and right) obta-

ined by PhA, with separation of the two thresholds detection of di-

scontinuity [18]

Rys. 3. Belka 160x160x1200 mm z przestrzenną porowatością od-

powiadającą wielkości nieciągłości w odlewie rzeczywistym z żeliwa

sferoidalnego (rys. 2) i zmienną lokalizacją na grubości belki (I i ta-

blica II), III – schemat obciążenia (przyjęto 118 ton/m

2

, zgodnie z wa-

runkami dla odlewu dennicy kruszarki) [26]

Fig. 3. 160x160x1200 mm beam with a three-dimensional porosi-

ty corresponding to the size of discontinuity in the casting of ductile

cast iron (fig. 2) and variable location on the thickness of the beams

(I and II), III - load diagram (118 ton/m

2

, in accordance the conditions

for casting crusher bottom) [26]

Rys. 4. Mapy naprężeń i wartości ΔK

th

(ΔK

th

– threshold stress inten-

sity factor) w analizowanej belce. Trzy przypadki sterowanej poło-

żeniem ochładzalników (chils) lokalizacji nieciągłości, odniesione do

dopuszczalnych wartości stosowanych w metodzie LOV (loss of vo-

lume) i w metodzie LEFM (linear elastic fracture mechanics). Skala

naprężeń: ±60 MPa. Dla nieciągłości przestrzennych typu porowa-

tość skurczowa metoda LEFM jest bardziej rygorystyczna niż meto-

da LOV [26]

Fig. 4. Maps of the stress and the ΔK

th

(ΔK

th

– threshold stress inten-

sity factor) in the analyzed beam. Three cases of controlled location

of chils in accordance to discontinuity location, related to limit values

used in the method of LOV (loss of volume) and the method of LEFM

(linear elastic fracture mechanics). Stress scale: ± 60 MPa. For thre-

e-dimensional discontinuity of porosity, the LEFM method is more ri-

gorous than the LOV method [26]

– odpowiednio wczesne wykrywanie nieciągłości, z

oceną granic ich dopuszczalności, począwszy od

etapu badań produkcyjnych (odbiorowych) i później

podczas całego okresu eksploatacji, aby nie dopu-

ścić do nieprzewidzianego zniszczenia obiektu,

– zdefiniowana odporność na zmęczenie przy da-

nym obciążeniu eksploatacyjnym (niekiedy z włą-

czeniem możliwości przybliżenia do zaistnienia ka-

tastroficznych przeciążeń konstrukcji),

– oszacowany wpływ poziomu naprężeń własnych po

poddaniu konstrukcji eksploatacyjnemu obciążeniu

zmęczeniowemu.

Na rysunku 2 pokazano wynik badań metodą PhA

wycinka odlewu ciężkiego z żeliwa sferoidalnego.

Oszacowano w ten sposób przestrzenne położenie

wady (nieciągłości), które następnie można wprowa-

dzić do pliku geometrii 3D odlewu (stl, iges, step) i pod-

dać badaniu symulacyjnemu pod obciążeniem jakiemu

odlew będzie podlegał podczas eksploatacji. Na rysun-

ku 3 i 4 przedstawiono wyniki takiej procedury, która

jest aktualnie rozwijana [26].

45

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Podsumowanie

W artykułach autor wykorzystał swoje wielolet-

nie doświadczenie współpracy ze znaczącymi odlew-

niami europejskimi, w których zasada synergii przy-

świeca nowoczesnym trendom w optymalizacji pro-

dukcji i doskonaleniu jakości odlewów. W zasadzie

sprowadza się to do opisanych działań wychodzących

naprzeciw zasadzie tolerance of damage i wiąże się

z uwarunkowaną technologicznie specyfiką wyrobów

odlewanych. Odnosi się do granic osiągalnych lokal-

nych właściwości mechanicznych odlewów. Wskaza-

no na nieuchronność ilościowego uwzględniania tej

Literatura

[1] Ignaszak Z.: Uwarunkowania i perspektywy badań nieniszczą-

cych wyrobów kształtowanych ze stanu ciekłego przed podda-

niem ich eksploatacji. cz.I. Artykuł przygotowany na 40 KKBN,

Warszawa, 2011.

[2] Ignaszak Z., Ciesiółka J.: Identyfikacja wad nieciągłości w od-

lewach żeliwnych w aspekcie warunków odbioru i kryteriów ja-

kości. Materiały X Seminarium Nieniszczące Badania Materia-

łów Zakopane, 16-19 marca 2004.

[3] Norma EN 583-5 „Nondestructive testing – Ultrasonic exami-

nation – Part 5: Characterization and sizing of discontinuities.

[4] Norma EN 1713 „Non destructive examination of welds – Ultra-

sonic examination – Characterization of indications in welds”.

[5] Deputat J.: Ocena rodzaju wad w ręcznych badaniach ultradź-

więkowych. Proceedings Konferencji Badania Nieniszczące.

Zakopane 11-14.03.2003, s. 23-36.

[6] Ignaszak Z., Ciesiółka J.: Wirtualne prognozowanie jakości

odlewów w aspekcie kontroli metodą ultradźwiękową. Proce-

edings – VII Seminarium Nieniszczące badania materiałów”,

14-16 marzec 2001, Zakopane, s. 8.1-8.30.

[7] Ignaszak Z., Ciesiółka J.: Wybrane aspekty powiązań proble-

matyki jakości odlewów w inżynierii wirtualnej i w kontroli ultra-

dźwiękowej. Proceedings – VIII Seminarium Badania Nienisz-

czące. Zakopane 2002 , s. 99-115.

[8] Ignaszak Z., Popielarski P., Krawiec K.: Contribute to quanti-

tative identification of casting defects based on computer ana-

lysis of X-ray images. Arch.of Foundry Eng, Volume 7 Issue

4/2007, s. 89-94.

[9] Ignaszak Z., Popielarski P., Krawiec K.: Zastosowanie me-

tod komputerowej analizy obrazu radiograficznego do ilościo-

wej identyfikacji wad typu shrinkage. Proceedings 38 Krajowej

Konferencji Badań Nieniszczących, „Synergia Teorii i Praktyki

w Służbie Jakości”, Poznań-Licheń, 20-22.X.2009.

[10] Mackiewicz S.: Głos w dyskusji na temat [16]. 38 KKBN, Po-

znań-Licheń, 2009.

[11] Sika R., Ignaszak Z.: Data acquisition in modeling using neu-

ral networks and decision trees. Arch.of Foundry Eng, Volume

11, Issue 2/2011, s. 113-122.

[12] Bobrowski P., Kopeć A.: Phased array – metoda na miarę po-

trzeb diagnostyki w energetyce, Energetyka, 4, 2007.

[13] Lipnicki i inni: Zaawansowane badania diagnostyczne wirni-

ków turbin energetycznych techniką phased array na przykła-

dzie badania kształtowych elementów mocowania łopatek.

Proceedings – XVII Seminarium Nieniszczące Badania Mate-

riałów, Zakopane, 8-11 marca 2011.

[14] Dragan K.: Zastosowanie głowic Phased Array w diagnosty-

ce konstrukcji lotniczych. Proceedings – XVII Seminarium Nie-

niszczące Badania Materiałów, Zakopane, 8-11 marca 2011,

[15] Ignaszak Z., Bobrowski P., Ciesiółka J.: Phased array w

odlewnictwie nowe możliwości identyfikacji nieciągłości.

Proceedings – XVI Seminarium Nieniszczące Badania Mate-

riałów, Zakopane, 9-12 marca 2010.

[16] Ignaszak Z., Bobrowski P., Ciesiółka J., Kopeć A.: Porówna-

nie badań radiograficznych i ultradźwiękowych phased array

próbki odlewu z porowatością rozproszoną. Proceedings – 38

Krajowej Konferencji Badań Nieniszczących, „Synergia Teorii

i Praktyki w Służbie Jakości”, Poznań-Licheń, 20-22.X.2009.

[17] Praca zbiorowa: Detection comparative des dicontinuites par

les methodes US: classique et phased array. Raport z badań

zrealizowanych w jednej z odlewni francuskich. 2009.

[18] Ignaszak Z., Bobrowski P., CiesiółkaJ.: Wykorzystanie danych

z badań ultradźwiękowych do realizacji przestrzennego modelu

wady. Artykuł niepublikowany. Archiwum prac Laboratorium CAD/

CAE i Zakładu Odlewnictwa, ITMat PP, styczeń-marzec 2011.

[19] Herold F.: Image Registration Combining Digital Radiography

and Computer-Tomography Image Data. 17th World Conferen-

ce on Nondestructive Testing, 25-28 Oct 2008, Shanghai, China.

[20] Navalgund M. i inni: Systematic Approach for Validation of

X-Ray Automatic Defect Recognition Systems, AIP Conferen-

ce Proceedings, Volume 894, pp. 1847-1854, March 21, 2007.

[21] Ignaszak Z.: Validation Problems of Virtual Prototyping Sys-

tems Used in Foundry for Technology Optimization of Ducti-

le Iron Castings, Advances in Integrated Design and Manufac-

turing in Mechanical Engineering, Springer IDMME 06 Proce-

edings, 2007 (rozdział w książkowym wydaniu Springera).

[22] Ignaszak Z., Popielarski P., Krawiec K.: Contribute to quanti-

tative identification of casting defects based on computer ana-

lysis of X-ray images. Arch.of Foundry Eng, Volume 7 Issue

4/2007, s. 89-94.

[23] Trzeszczyński J.: Uszkodzenia kadłubów turbin i komór zawo-

rowych wywołane przez wady odlewnicze. Energetyka 1997,

nr 9, s. 412-415.

[24] Ignaszak Z., Ciesiółka J.: Specyfika badan nieniszczących

i oceny dopuszczalności wad w odlewach. Proceedings – XV

Seminarium Nieniszczące Badania Materiałów, Zakopane,

10-13 marca 2009.

[25] IgnaszakZ.: Wybrane aspekty „tolerance of damage” w projek-

towaniu i eksploatacji wyrobów odlewanych. Proceedings 38

Krajowej Konferencji Badań Nieniszczących, „Synergia Teorii

i Praktyki w Służbie Jakości”, Poznań-Licheń, 20-22.X.2009.

[26] Piekło J., Maj M.: Ocena trwałości odlewu ze stopu Ak9 w wa-

runkach obciążeń zmiennych. Proceedings – Jubileuszowa

Konferencja 60-lecia Wydziału Odlewnictwa AGH, Kraków –

10, 11 czerwca 2011 r.

[27] Ignaszak Z., Popielarski P., Hajkowski J., Prunier J-B.: Problem

of acceptability of internal porosity in semi-finished cast product

as new trend – “tolerance of damage” present in modern design

Office. Przyjęty w Journal of Defect and Diffusion Forum Vols.

312-315 in 2011 with the title Diffusion in Solids and Liquids VI.

lokalności właściwości mechanicznych w nowocze-

snym projektowaniu. Dotyczy to struktur i ich patolo-

gii w wyrobach, które powstają bezpośrednio na dro-

dze krystalizacji z ciekłego stopu. Powinno mieć to ści-

sły związek z formułowaniem warunków odbioru od-

lewów. W artykule zasygnalizowano przykład wyko-

rzystania w tym celu wiedzy z dziedziny mechani-

ki pękania. Takie podejście inspiruje konstruktorów

i technologów do opracowań innowacyjnych i postę-

pu w uwzględnieniu gradientu właściwości w odlewie

i jego eksploatacyjnych zadań wytężeniowych.

46

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

Maciej Roskosz

wpływ naprężeń czynnych

i resztkowych na własne

pole magnetyczne ferromagnetyków

the impact of active and residual stress 
on the residual magnetic field of ferromagnetics

Maciej Roskosz – Politechnika Śląska, Gliwice.

Streszczenie

Wpływ naprężeń na zmiany namagnesowania jest

jednym z najbardziej złożonych zagadnień magnety-

zmu. W artykule analizowano wpływ naprężeń czyn-

nych i resztkowych na zmiany własnego magnetyczne-

go pola rozproszenia WMPR mierzonego na powierzch-

ni elementu oraz możliwości wykorzystania tych zmian

jako sygnału diagnostycznego pozwalającego na okre-

ślenie stanu naprężeń. Stwierdzono wpływ zarówno na-

prężeń czynnych jak i resztkowych na rozkład składo-

wych WMPR. Wykorzystanie pomiarów WMPR do oce-

ny naprężeń czynnych na obecnym etapie badań wydaje

się problematyczne. Ocena makroskopowych naprężeń

resztkowych na podstawie pomiarów WMPR jest zagad-

nieniem nad którym kontynuowane są prace badawcze.

Abstract

The impact of stress on changes in magnetisation is

one of the most complex issues of magnetism. The pa-

per presents an analysis of the impact of active and resi-

dual stress on the changes in the residual magnetic field

(RMF) measured on the surface of the component, and

of the possibility of using the changes as a diagnostic si-

gnal which allows the determination of the stress state. It

was found that both active and residual stress had an im-

pact on the distribution of the RMF components. The use

of the RMF measurements to assess active stress seems

debatable at the present stage of research development.

Research work now continues on the assessment of ma-

croscopic residual stress based on the RMF measure-

ments.

Wstęp

Wpływ naprężeń na zmiany namagnesowania jest

jednym z najbardziej złożonych zagadnień magnety-

zmu. Na skutek działania efektu magnetosprężyste-

go, naprężenia mechaniczne wpływają na anizotropię

energii domen magnetycznych, najczęściej powodując

zmiany przepuszczalności. Kierunek tej anizotropii za-

leżny jest od magnetostrykcji. Dla materiałów z dodat-

nią magnetostrykcją momenty magnetyczne dążą do

ustawienia się równolegle do kierunku naprężenia roz-

ciągającego a prostopadle do ściskającego. W mate-

riałach o ujemnej magnetostrykcji zachodzą zjawiska

przeciwne, momenty magnetyczne dążą do ustawienia

się prostopadle do kierunku naprężenia rozciągające-

go a równolegle do ściskającego [1, 2].

Wpływ jednoosiowych naprężeń na strukturę do-

menową można porównać z działaniem równoważne-

go naprężeniu pola magnetycznego o natężeniu H

σ

(1)

gdzie: σ – naprężeniem, λ – magnetostrykcja, µ

o

– przenikalnością

magnetyczną próżni, M – namagnesowaniem, φ – kątem pomiędzy

osią naprężenia a kierunkiem pola magnetycznego H

σ

, ν – współ-

czynnik Poisson’a [1÷5].

Dla opisu wpływu złożonego stanu napręże-

nia wprowadzono pojęcia naprężenia ekwiwalentne-

go, czyli fikcyjnego naprężenia jednoosiowego, które-

go amplituda doprowadzi do tej samej zmiany podat-

ności jak rzeczywiste wieloosiowe naprężenia [6÷11].

Zagadnienia wpływu złożonego stanu naprężeń na

zmiany namagnesowania są to zagadnienia, których

47

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

opis i modelowanie, ze względu na potencjalne możli-

wości zastosowań do pomiaru naprężeń, są przedmio-

tem badań [6÷11].

Celem prowadzonych badań była analiza wpływu

naprężeń czynnych i resztkowych na zmiany własnego

magnetycznego pola rozproszenia WMPR mierzonego

na powierzchni elementu oraz określenie możliwości

wykorzystania tych zmian jako sygnału diagnostyczne-

go pozwalającego na określenie stanu naprężeń.

Wyniki badań

Badano próbki z niskostopowej stali węglowej o po-

staci geometrycznej pokazanej na rysunku 1. Skład

chemiczny i właściwości wytrzymałościowe materiału

próbki zawarto w tablicy. Początkowy stan namagne-

sowania wynikał z historii ich przygotowania i nie był

jednorodny.

Obciążenia próbek zadawano na maszynie wytrzy-

małościowej Galdabini Sun 10P. Pomiarów dokony-

wano pod obciążeniem oraz po odciążeniu na próbce

znajdującej się w maszynie wytrzymałościowej.

Pomiary WMPR prowadzono z krokiem 1 mm

wzdłuż linii pomiarowej pokazanej na rysunku 1. Do

pomiarów wykorzystywano magnetometr TSC-1M-4 z

czujnikiem pomiarowym TSC-2M produkcji firmy Ener-

godiagnostika Co. Ltd Moskwa. W wyniku pomiarów

uzyskano wartości 2 składowych natężenia WPM na

powierzchni próbki (rys. 1):

– h

T,Y

– składowa styczna mierzona w kierunku rów-

noległym do działania obciążenia,

– h

n,Z

– składowa normalna.

Rys. 1. Próbka do badań

Fig. 1. Sample for testing

Tablica. Skład chemiczny (%) i właściwości wytrzymałościowe ma-

teriału próbek

Table. Chemical composition (%) and mechanical properties

of sample material

c

Si

mn

cr

V

p

S

R

e

mpa

R

m

mpa

max

0,22

0,1-

0,35

m a x

1,1

0,3

0,3

0,05

max

0,05

320

380-

520

Dyskusja

Wybrane, reprezentatywne wyniki pomiarów

WMPR wzdłuż linii pomiarowej (rys. 1) przeprowa-

dzonych na powierzchni próbek pod obciążeniem i po

odciążeniu pokazano na rysunkach 2a÷2j. Rozkłady

składowych WMPR w stanie początkowym (linie ja-

sniejsze na rys. 2a, 2b) są wynikiem historii przygoto-

wania próbek oraz wpływu geometrii na wyciek stru-

mienia magnetycznego. Zakładając że wpływ geome-

trii jest niezmienny, obserwowane zmiany namagne-

sowania są wynikiem działania odkształceń i naprę-

żeń. W początkowym zakresie odkształceń spręży-

stych obserwowane zmiany namagnesowania są nie-

wielkie (rys. 2a, b). Trudno w tym przypadku mówić

o wykorzystaniu ich jako sygnał diagnostycz-

ny. Po przekroczeniu pewnego poziomu naprężeń

(ok. 100÷120 MPa) wartości WMPR zmierzone pod

obciążeniem i po jego zdjęciu zaczynają się wyraź-

nie różnić. Zaczyna być również wyraźnie widoczny

wpływ zróżnicowanego poziomu naprężeń wynikają-

cy z różnicy przekrojów. Dodatkowo w okolicach miej-

sca zmiany przekroju pojawia się zaburzenie prze-

biegów składowych WMPR w postaci lokalnych eks-

tremów składowej H

T,Y

(rys. 2c). Wraz ze zbliżaniem

się z naprężeniami do granicy plastyczności zaburze-

nia te są coraz większe (rys. 2e) i zaczynają być wi-

doczne również na przebiegach składowej normal-

nej h

n,Z

(rys. 2f). Przekroczenie granicy plastyczności

w części próbki o mniejszym przekroju poprzecznym

widoczne jest w obrazie składowej stycznej H

T,Y

zmie-

rzonej po odciążeniu w postaci obszaru o ostrych gra-

nicach i wartościach bardzo różniących się od pozo-

stałej części próbki (rys. 2g, 2i). Z kolei w obrazie skła-

dowej normalnej H

n,Z

obszar odkształcony plastycznie

charakteryzuje się lokalnymi ekstremami na jego gra-

nicach oraz innym trendem zmian (intensywność, kie-

runek) niż pozostała część próbki (rys. 2h, 2j). Dalszy

wzrost stopnia odkształcenia plastycznego powodu-

je zwiększenie zmian składowej stycznej H

T,Y

w miej-

scu zmiany przekroju oraz zwiększenie różnicy warto-

ści składowej normalnej H

n,Z

pomiędzy lokalnymi eks-

tremami występującymi w miejscach zmian przekro-

ju. Na uwagę zasługuje fakt, że wartości składowych

WMPR po odciążeniu w stanie plastycznym osiąga-

ją wartości znacząco różniące się od wartości pod

obciążeniem. W przypadku pomiarów pod obciąże-

niem przekroczenie granicy plastyczności prowadzi

do spłaszczenia ich rozkładu.

Po przekroczeniu określonego poziomu naprę-

żeń w okolicach zmiany przekroju próbki występu-

ją nierównomierne odkształcenia plastyczne, któ-

re po odciążeniu powodują pojawienie się makro-

skopowych naprężeń resztkowych. Obszary ich wy-

stępowania pokrywają się z opisanymi powyżej ob-

szarami anomalii (lokalne ekstrema) w przebiegach

składowych WMPR. Wskazuje to na związek pomię-

dzy naprężeniami resztkowymi a rozkładami składo-

wych WMPR.

48

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

h

T,Y

h

n,Z

σ=20 MPa

σ=20 MPa

σ=140 MPa

σ=140 MPa

σ=300 MPa

σ=300 MPa

σ=320 MPa

σ=320 MPa

σ=440 MPa

σ=440 MPa

Rys. 2. Rozkłady składowych WMPR próbek pod obciążeniem i po odciążeniu dla różnych poziomów obciążenia

Fig. 2. Distributions of RMF components of samples under load and after it for different levels of loads

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

i)

j)

49

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Wykaz recenzentów artykułów naukowych

opublikowanych w miesięczniku naukowo-technicznym

Przegląd Spawalnictwa w 2011 roku

Podsumowanie

Wykorzystanie pomiarów WMPR do oceny naprę-

żeń czynnych na obecnym etapie badań wydaje się

problematyczne. Natomiast ocena naprężeń resztko-

wych jest zagadnieniem nad którym kontynuowane

są prace badawcze. Najnowsze wyniki prowadzonych

Literatura

[1] Mierczak L., Jiles D. C., IEEE TRANS G.: ON MAGN., Vol. 47,

nr. 2/2011 s. 459-65.

[2] Tomohiro Yamasaki i inni, NDT&E International, Vol. 29, No.

5/ 1996 s. 263-268.

[3] Kaminski D.A. i inni: J. of Magnetism and Magnetic Materials

104-107, 1992, 382 384

[4] Lu Li, David C. Jiles IEEE TRANS. ON MAGNETICS, Vol. 39,

nr. 5, 09 2003 3037.

[5] D. C. Jiles, J. Phys. D, Appl. Phys., vol. 28, s. 1537, 1995.

[6] K. Kashiwaya, Jpn. J. Appl. Phys., vol. 30, s. 2932, 1991.

badań nad wykorzystaniem pomiarów WMPR do oce-

ny naprężeń resztkowych pokazano w [12]. Stwierdzo-

no relacje pomiędzy naprężeniami resztkowymi I rzę-

du a gradientami składowych WMPR. Opracowano al-

gorytm oceny zredukowanych naprężeń resztkowych.

[7] C. S. Schneider, J. M. Richardson, J. Appl. Phys., vol. 53,

s. 8136, 1982.

[8] M.J. Sablik i inni Journal of Magnetism and Magnetic Mate-

rials 132 1994, s. 131-148.

[9] J. Pearson i inni IEEE TRANS. ON MAGNETICS, VOL. 36,

nr. 5, 09 2000, s. 3251-3.

[10] Laurent Daniel, Olivier Hubert IEEE TRANS. ON MAGNE-

TICS, Vol. 46, nr. 8, AUGUST 2010 s. 3089-92.

[11] Daniel Peter Bulte IEEE TRANS. ON MAGNETICS, Vol. 45,

nr. 1, 01 2009 83.

[12] M. Roskosz, M. Bieniek, NDT&E International, doi:10.1016/j.

ndteint.2011.09.007.

Prof. Andrzej Ambroziak

Dr inż. Piotr Białucki

Prof. Julian Deputat

Dr inż. Krzysztof Dragan

prof. Kazimierz granat

Dr hab. inż. Dariusz Golański

Prof. Andrzej Gruszczyk

grzegorz hottowy

Prof. Andrzej Kolasa

Dr inż. Paweł Kołodziejczak

Prof. Jerzy Łabanowski

Prof. Mirosław Łomozik

Dr Sławomir Mackiewicz

Dr Wojciech Manaj

prof. Zbigniew mirski

Dr inż. Jerzy Niagaj

Prof. Jerzy Nowacki

Dr inż. Ryszard Pakos

Dr inż. Adam Pietras

Prof. Jan Pilarczyk

Prof. Zbigniew Ranachowski

Dr inż. Adam Sajek

Prof. Jacek Senkara

Prof. Jacek Słania

Prof. Edmund Tasak

Prof. Eugeniusz Turyk

Prof. Józefa Żurek

50

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

Bober Mariusz

Kompozytowe powłoki napawane plazmowo

– charakterystyka i otrzymywanie ............................................................. 43/6

Baraniecki Tomasz, Chlebus Edward, Dziatkiewicz Marian,

Kędzia Jakub, Reiner Jacek, Wiercioch Marcin

System laserowego mikronapawania proszków metali ............................ 22/9

Bęczkowski Robert, Gucwa Marek

Statystyczna ocena wpływu parametrów napawania SSA

na geometrię napoin ................................................................................ 40/10

Białucki Piotr, Kozerski Stefan

Wpływ warunków napawania obręczy

kół zestawów kolejowych na właściwości warstw.................................... 34/10

Białucki Piotr, Derlukiewicz Wiesław

Napawanie w regeneracji kokili do odlewania ciśnieniowego aluminium ..... 44/10

Chmielewski Tomasz, Golański Dariusz, Gontarz Grzegorz

Pomiar naprężeń własnych powłok

metalicznych natryskiwanych termicznie ................................................ 59/12

Gontarz Grzegorz, Chmielewski Tomasz, Golański Dariusz

Modyfikacja natryskiwanych powłok aluminiowych

na stali skoncentrowanym źródłem ciepła .............................................. 52/12

Górka Jacek, Czupryński Artur, Kik Tomasz, Melcer Marcin

Przemysłowe aplikacje napawania plazmowego proszkowego ................ 87/9

Herrmann Jörg

Metody i procesy napawania w praktyce ................................................ 16/10

Jakubowski Jerzy, Wysocki Piotr, Senkara Jacek

Selektywne regeneracyjne napawanie plazmowe warstw

Ni-WC na tytanowe łopatki sprężarki silnika lotniczego ........................... 38/9

Kik Tomasz, Górka Jacek, Czupryński Artur, Martyniszyn Adam

Napawanie krawędzi przedmiotów metodami TIG i PTA ......................... 79/9

Klimpel Andrzej, Rzeźnikiewicz Agnieszka

Technologia naprawy uchwytów klapy dużej biernej

silnika odrzutowego RD-33........................................................................ 43/9

Kuzniecow W.D., Popowicz P.W.

Problemy regeneracyjnego napawania stali średnio- i wysokowęglowych ...... 4/10

strona / zeszyt

strona / zeszyt

R o c z n y s p i s t r e ś c i 2 0 1 1

www.pspaw.ps.pl

Baryliszyn Pawel, Janus Krzysztof, Noack Thomas, Nowacki Jerzy

Nowoczesna koncepcja regulacji parametrów

zgrzewania oporowego punktowego ...................................................... 21/11

Grześ Jarosław

Warstwy pośrednie nakładane metodą tamponową .................................. 48/6

Holzner Andreas

Spawanie wysokowytrzymałych drobnoziarnistych

stali konstrukcyjnych metodą MAG drutami proszkowymi ........................ 39/4

Koniushkov Gennadii Vladimirovich, Balakanin Aleksandr Nikolaevich,

Koniushkov Vladimir Gennadevich

Nanotechnologia łączenia metali z materiałami niemetalicznymi ............. 44/1

Bober Mariusz, Senkara Jacek

Badania porównawcze napawanych plazmowo

warstw niklowych z węglikami Ti i Cr ........................................................ 32/9

Burda Marek, Kik Tomasz, Kozioł Krzysztof, Gruszczyk Andrzej

Opracowanie metod wprowadzania nanorurek

węglowych do jeziorka ciekłego metalu ................................................... 43/12

Chmielewski Tomasz, Golański Dariusz

Napawanie brązu berylowego stellitem metodą MCAW........................... 23/10

Fydrych Dariusz, Rogalski Grzegorz, Łabanowski Jerzy

Spawalność stali o podwyższonej

wytrzymałości w warunkach podwodnych .............................................. 68/11

Górka Jacek, Czupryński Artur, Kik Tomasz, Piotrowski Michał

Modyfikacja struktury i właściwości napoin wykonanych łukiem krytym.. 28/10

Gruszczyk Andrzej

Kształtowanie struktury napoin żeliwnych przez podwyższenie

ich zdolności do grafityzacji ..................................................................... 61/10

Kalemba Izabela, Dymek Stanisław

Mikrostruktura i właściwości połączeń stopów aluminium wykonanych

metodą zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny ........... 45/7

Krajewski Sławomir, Nowacki Jerzy

Mikrostruktura i właściwości stali o wysokiej wytrzymałości AHSS .......... 22/7

Miklaszewski Andrzej, Jurczyk Mieczysława, Jurczyk Mieczysław

Modyfikacja warstwy wierzchniej biomateriałów

na przykładzie tytanu metodą stopowania plazmowego ........................ 65/12

Mirski Zbigniew, Granat Kazimierz, Stano Sebastian

Możliwości spajania węglików spiekanych ze stalą wiązką lasera ......... 15/12

Niagaj Jerzy

Wpływ niobu na właściwości warstw wierzchnich napawanych

samoosłonowymi drutami proszkowymi o stopiwie Fe-Cr-C .................. 67/10

Riabcew Igor A.

Strukturalna dziedziczność w procesach napawania .............................. 50/10

Tuz Lechosław, Kołodziejczak Paweł, Kolasa Andrzej

Struktura złączy doczołowych odlewniczych stopów magnezu ................ 51/7

Wilden Johannes

Napawanie nanostrukturalnie krystalizujących

materiałów na osnowie żelaza na podłoże aluminium .............................. 64/9

Kozak Tomasz

Spawanie łukiem krytym ze zwiększoną wydajnością ................................ 5/4

Leończyk Marek

Nowoczesne metody aplikacji past lutowniczych ....................................... 14/1

Pakos Ryszard

Ocena technologii spawania stali o podwyższonej

wytrzymałości elektrodą celulozową ......................................................... 10/4

Pietras Adam, Węglowska Aleksandra,

Rams Beata, Węglowski Marek

Nowa technologia zgrzewania tarciowego rury z pokrywą ...................... 29/11

Pilarczyk Jan, Banasik Marek, Stano Sebastian, Dworak Jerzy

Spajanie laserowe z materiałem dodatkowym

i mechanicznym układem śledzenia złącza ............................................... 9/12

Węglowski Marek, Chmielewski Tomasz, Kudła Krzysztof

Ocena wydajności spawania niskoenergetycznego

procesu SpeedRoot w pozycji PG .......................................................... 26/12

strona / zeszyt

51

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Dutka Krzysztof, Stabryła Jan

Przyczyny pękania elementów spawanych zbiornika procesowego ........ 20/5

Górka Jacek

Właściwości spoin stali obrabianych termomechanicznie

o wysokiej granicy plastyczności ................................................................. 31/12

Górka Jacek, Adamiak Marcin, Darda Ewa

Analiza struktury i składu chemicznego połączeń spawanych:

płyta trudnościeralna – stal konstrukcyjna ................................................. 31/7

Kozak Janusz, Górski Zbigniew

Model niszczenia zmęczeniowego spawanego połączenia prostopadłych płyt .... 49/4

Sikora Ryszard, Chady Tomasz, Piekarczyk Bogdan, Pietrusewicz Tomasz

Inteligentny system analizy radiogramów do oceny jakości złączy spawanych . 23/1

Siwowski Tomasz

Wytrzymałość zmęczeniowa połączeń zgrzewanych

tarciowo FSW w pomostach aluminiowych ................................................ 15/3

Skorupa Andrzej, Krawczyk Stanisław, Góral Tomasz

Wpływ nacisku na właściwości tribologiczne napoin wielowarstwowych

z brązu CuSn6 nakładanych na podłoże stalowe metodą MIG ...................41/2

Rogalski Grzegorz, Łabanowski Jerzy

Wpływ parametrów spawania pod wodą metodą lokalnej komory suchej

na strukturę i właściwości złączy .............................................................. 18/4

Pakos Ryszard

Właściwości złączy spawanych wykonanych

elekrodami zasadowymi i celulozowymi ..................................................... 7/5

Tuz Lechosław, Kolasa Andrzej, Pfeifer Tomasz

Struktura i właściwości mechaniczne złączy doczołowych

ze stopów magnezu spawanych metodą MIG ......................................... 36/12

Augustyniak Bolesław, Piotrowski Leszek, Chmielewski Marek

Ocena stanu trójnika rurociągu pary świeżej ze stali 13hmf

metodą emisji magnetoakustycznej ......................................................... 13/13

Dragan Krzysztof, Kornas Łukasz, Pałka Norbert

Problematyka diagnozowania kompozytowych konstrukcji lotniczych ... 22/13

Ignaszak Zenon, Joanna Ciesiółka

Uwarunkowania i perspektywy badań nieniszczących odlewów

przed poddaniem ich eksploatacji, cz. I ................................................... 36/13

Ignaszak Zenon

Uwarunkowania i perspektywy badań nieniszczących odlewów

przed poddaniem ich eksploatacji, cz. II .................................................. 41/13

Karczewski Radosław, Płowiec Jan, Spychalski Wojciech, Zagórski Andrzej

Charakterystyki sygnałów akustycznych generowanych podczas obciążania wybranych

stali konstrukcyjnych wykorzystywanych do budowy urządzeń ciśnieniowych ........ 3/13

Nowacki Jerzy, Wypych Artur

Napawanie w regeneracji głowic cylindrowych silników okrętowych ....... 56/10

Słoma Jacek, Szczygieł Ireneusz, Sachajdak Andrzej

Modelowanie zjawisk cieplnych w procesie napawania ............................. 4/7

Smoleńska Hanna, Kończewicz Włodzimierz, Łabanowski Jerzy

Regeneracja zaworów silników okrętowych

metodą napawania laserowego ................................................................ 27/9

Smoleńska Hanna, Kończewicz Włodzimierz, Łabanowski Jerzy

Regeneracja zaworów silników okrętowych metodą napawania plazmowego.... 73/9

Wilden Johannes

napawanie laserowe ................................................................................ 10/9

Wypych Artur

Mikrostruktura i właściwości eksploatacyjne Inconelu 625

w postaci warstw natryskiwanych cieplnie............................................... 56/12

strona / zeszyt

strona / zeszyt

Bernard Wichtowski

Obliczenia złączy spawanych poddanych obciążeniom statycznym

i zmęczeniowym według Eurokodu 3 ........................................................ 15/1

Biliszczuk Jan, Onysyk Jerzy, Sadowski Krzysztof,

Barcik Wojciech, Prabucki Przemysław

Nowy Wschodni Most Warszawski we Wrocławiu ..................................... 10/3

Gluza Władysław, Jamiński Stanisław, Walkowiak Roman

Iglica Stadionu narodowego w Warszawie ............................................. 59/11

Kiełczyński Maciej, Skarpetowski Mateusz, Jastrzębski Ryszard,

Przytuła Jarosław, Santor Ryszard

Kontrola odkształceń w konstrukcjach spawanych .................................... 49/3

Łagoda Marek, Śledziewski Krzysztof

Wpływ zarysowania betonu na właściwości

belki zespolonej ciągłej stal – beton ............................................................. 31/3

Słania Jacek

Dlaczego plany spawania? ......................................................................... 2/2

Słania Jacek

Istota planów spawania ................................................................................ 3/2

Słania Jacek, Skóra Jacek

Plan spawania wymiennika ciepła chłodzonego powietrzem .................... 16/2

Słania Jacek

Plan spawania napraw bieżących kotłów parowych, wodnych

i stałych zbiorników ciśnieniowych ............................................................ 22/2

Słania Jacek, Wodecki Dominik

Plan spawania belki poprzecznej dźwigu ................................................... 30/2

Słania Jacek

Plan spawania carg płaszcza pieca obrotowego ....................................... 36/2

Walkowiak Ryszard

Aspekty spawania konstrukcji zadaszenia Stadionu Miejskiego w Poznaniu ....... 56/11

strona / zeszyt

strona / zeszyt

Banasik Marek, Stano Sebastian

Lasery dyskowe – źródło ciepła dla procesów spawalniczych .................. 17/7

Cegielski Paweł, Kolasa Andrzej, Sarnowski Tadeusz

Dostosowanie robotów do spawania elementów o obniżonej dokładności ... 25/6

Jastrzębski Ryszard

Sterowanie spawarek MIG/MAG .............................................................. 41/1

Kozak Janusz, Niklas Karol

Określanie rozkładu odkształceń i naprężeń

w spoinach stalowych paneli typu sandwicz metodą MES ....................... 33/4

Lewandowski Marcin, Klimonda Ziemowit

Obrazowanie ultradźwiękowe wad za pomocą metod syntetycznej apertury 29/13

Michnowski Władysław, Mierzwa Jarosław, Machała Piotr, Uchroński Patryk

Badanie kolejowych osi drążonych ......................................................... 33/13

Poch Karolina, Wojtas Piotr

Błędy w pomiarach wielkości fizycznych na przykładzie

wybranych metod badań nieniszczących złączy spawanych ................... 53/8

Roskosz Maciej

Wpływ naprężeń czynnych i resztkowych na własne pole magnetyczne

ferromagnetyków ................................................................................................ 46/13

Żurek Zbigniew Hilary, Sieradzki Stefan, Adamek Jan

Ocena stanu technicznego kołpaków generatorów na podstawie

pomiarów magnetycznych niestabilności austenitu dla stali g18h18 ........ 8/13

Ranachowski Zbigniew

Badanie mikrostruktury betonów przy zastosowaniu metody indentacji wielokrotnej ..17/13

52

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

strona / zeszyt

strona / zeszyt

Absolwenci Zakładu Inżynierii Spajania

Politechniki Warszawskiej (2001-2011) ................................................... 9/6

Bobrowski Sławomir

polski spawalnik w Kalifornii ..................................................................... 16/6

Dobrowolski Bogdan, Tuz Lechosław

Wojskowy Dozór Techniczny – historia i dzień dzisiejszy ............................ 8/1

Dorobiński Maciej

Transportowy Dozór Techniczny ............................................................... 12/1

Dorobińska Ewa

100 lat polskiego dozoru technicznego ...................................................... 5/1

Grzebalski Jan

moje spawalnictwo .................................................................................... 12/6

Grzegorczyk Dorota, Sorczyński Jarosław

Jubileusz 10-lecia MATGAS – joint venture Air Products

......................... 38/7

Molo Robert, Lewicki Jerzy, Barycki Maciej

W POL-AQUA S.A. spawalnicy trzymają się mocno ................................ 20/6

Chmielewski Tomasz, Golański Dariusz

Znaczenie spawalnictwa w procesie remanufacturingu ........................... 29/6

Dobosiewicz Jerzy, Brunné Wojciech

Przyczyny nieszczelności rurociągu wody amoniakalnej

w obszarze połączeń spawanych ............................................................... 14/7

Frankowski Piotr

Analiza rynku stoczniowego po kryzysie .................................................... 2/4

Gucwa Marek, Bęczkowski Robert

Odporność na erozyjne zużycie strumieniowe napoin wykonanych drutem

proszkowym samoosłonowym przy kącie padania ścierniwa 60° .......... 77/10

Jastrzębski Ryszard, Mikula Janusz, Skarpetowski Mateusz, Żurek Joanna

Porównanie techniki spawania elektrodami otulonymi

z drutami proszkowymi rutylowymi i zasadowymi .................................... 45/5

Łabanowski Jerzy, Głowacka Maria

Wysokotemperaturowa trwałość stali i złączy spawanych

w środowisku spalin .................................................................................... 2/5

Mucha Tomasz, Bartkowiak Konrad

Zastosowanie napawanych płyt trudnościeralnych

w naprawach maszyn podstawowych górnictwa odkrywkowego ........... 73/10

Skoracki Jacek

Produkcja wież wiatrowych w Stoczni Gdańsk ........................................... 6/5

Stabryła Jan, Dutka Krzysztof

Jakość złączy spawanych a bezpieczeństwo eksploatacji

obiektów ciśnieniowych ............................................................................... 13/5

Selling Sven, Steusloff Ronald

Wpływ podgrzewania wstępnego acetylenem, propanem i metanem

na właściwości stali drobnoziarnistych ..................................................... 42/5

Turyk Eugeniusz, Senczenkow Igor K., Czerwinko Olga P.

Przebiegi chwilowych zmian pola temperatury, struktur oraz stanu

naprężeń spawalniczych napawanej rolki linii ciągłego odlewania stali ......... 8/10

Urzynicok Michał, Słania Jacek

Analiza kosztów spawania kotłowych konstrukcji spawanych ................... 10/2

strona / zeszyt

strona / zeszyt

Jamrozik Wojciech, Fidali Marek, Bzymek Anna, Timofiejczuk Anna

Zastosowanie fuzji obrazów wizyjnych i termowizyjnych

do monitorowania i diagnozowania procesu spawania ............................. 27/1

Ślązak Benedykt

Analiza wartości chwilowych parametrów napięciowo-prądowych

w ocenie stabilności procesu spawania elektrodą otuloną .......................... 9/7

Borgosz Wiesław

Robotyzacja spawania w produkcji wagonów

towarowych robotami firmy Cloos ............................................................. 23/8

Cegielski Paweł, Kolasa Andrzej, Sarnowski Tadeusz,

Oneksiak Arkadiusz

Wdrożenia przemysłowe projektów badawczo-rozwojowych

w zakresie mechanizacji i automatyzacji procesów spawalniczych .......... 53/6

Nieroba Andrzej

Krokodyl 814 w produkcji wież wiatrowych................................................ 19/8

Paul Christian, Höfner Lars

Sensory w robotyzacji spawania .............................................................. 28/8

Gawrysiuk Wojciech, Siennicki Marcin

Robotyzacja procesu spawania hybrydowego – przykład aplikacji ................ 32/8

Nowak Mirosław, Wiśniewski Daniel, Thomas Alexander

TAWERS – nowa generacja robotów spawalniczych firmy Panasonic .....46/11

Pfeifer Tomasz

Rozwój rynku robotów przemysłowych w Polsce i na świecie .................... 9/8

Sarnowski Tadeusz, Cegielski Paweł, Kolasa Andrzej

Stanowisko do automatycznego napawania płyt stalowych ......................... 12/10

Siennicki Andrzej

Perspektywy rozwoju robotyzacji spawania łukowego w osłonie gazowej ......... 3/8

Turek Bogdan

Od 2 kilogramów do 20 ton – zrobotyzowane aplikacje

spawalnicze do spawania podzespołów ............................................................... 14/8

Wilden Johannes, Bergmann Jean Pierre

Automatyzacja regeneracji dużych narzędzi do głębokiego tłoczenia ...... 58/9

Wojtowicz Leszek

Nowoczesne rozwiązanie spawania łukowego i zgrzewania punktowego:

pierwsze na świecie 7–osiowe roboty spawające i zgrzewające ............. 42/11

Krajewski Arkadiusz

Drgania mechaniczne w procesach spawalniczych .................................. 37/6

Nowak Mirosław, Nowicki Mariusz

Kierunki rozwoju technik i technologii zgrzewania

na przykładach rozwiązań firmy Tecna ..................................................... 37/11

Skrzyniecki Krzysztof, Kolasa Andrzej, Cegielski Paweł

Badanie charakterystyk statycznych i dynamicznych

układu źródło zasilania – łuk........................................................................... 33/6

strona / zeszyt

Blacha Łukasz, Karolczuk Aleksander

Porównanie energetycznego modelu wyznaczania trwałości

zmęczeniowej złączy spawanych z zaleceniami międzynarodowymi ...... 39/7

Kropacz Marian, Calik Mariusz

Harmonizacja przepisów prawa w procesie wytwarzania

konstrukcji stalowych i aluminiowych ...................................................... 64/11

Pakos Ryszard

Nadzór i badania stalowych konstrukcji spawanych wg PN-EN 1090-2:2009.... 44/3

Wojas Marta

Kompetencje osób związanych z wykonywaniem połączeń nierozłącznych ......... 37/1

Wichtowski Bernard, Wichtowski Marek

Wytrzymałość zmęczeniowa spoin czołowych z nakładkami wg Eurokodu 3 .......... 36/3

53

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

ABB

Spawalnia – idealne miejsce pracy dla robotów przemysłowych .............. 26/3

ABB

Przemysł metalowy – jeden z głównych rynków dla robotów przemysłowych .. 28/4

ABB

Uniwersalne rozwiązania spawania zrobotyzowanego ............................ 10/6

ABB

Urządzenia dodatkowe i uzupełniające w zrobotyzowanych

celach spawalniczych. Na co zwrócić uwagę przy wyborze

rozwiązania i dostawcy systemu? ............................................................. 42/8

ABB

Urządzenia dodatkowe i uzupełniające w zrobotyzowanych

celach spawalniczych. Na co zwrócić uwagę

przy wyborze rozwiązania i dostawcy systemu? część II ......................... 54/9

ABB

Robotyzacja w zasięgu ręki czyli stanowiska spawalnicze

FlexArc w nowej odsłonie ................................................................................. 52/11

ABICOR BINZEL

Łatwiejsze i wygodniejsze spawanie dzięki

innowacyjnym rozwiązaniom firmy ABICOR BINZEL ............................. 24/12

ABICOR BINZEL

NOWOŚCI oferowane przez ABICOR BINZEL ........................................ 38/5

Astor

Roboty przemysłowe Kawasaki – spawacze XXI wieku ........................... 14/6

ECKERT

Polska firma światowym liderem – zastosowanie technologii

światłowodowej w przecinarkach laserowych ........................................... 34/5

FANUC Robotics

ServoTorch – nowy, innowacyjny system podawania drutu

firmy FANUC Robotics .............................................................................. 46/8

Figel

Niezawodne cięcie plazmowe urządzeniami hybrydowymi

Optymalne rozwiązania dla przemysłu ..................................................... 40/5

Lincoln Electric Polska

Lincoln Electric Polska – największe centrum produkcyjne

materiałów i urządzeń spawalniczych w Polsce! ...................................... 50/9

Technika Spawalnicza Poznań

TAWERS AWP Active wire process – innowacyjna metoda

spawania MAG cienkich elementów stalowych ........................................ 36/5

Instytut Spawalnictwa

nowe propozycje Ośrodka Kształcenia

i nadzoru Spawalniczego Instytutu Spawalnictwa ......................................... 28/7

SAP Spawalnictwo Automatyka Pomiary

Podzespoły OTC-Daihen do integracji zrobotyzowanych

stanowisk spawalniczych .......................................................................... 38/8

Technika Spawalnicza Poznań

TAWERS – nowa generacja robotów spawalniczych firmy panasonic ..... 44/8

strona / zeszyt

Nowacki Jerzy

85-lecie działalności Stowarzyszenia Inżynierów

i Techników Mechaników Polskich .............................................................. 2/7

Pocica Anna

Spawanie w budowie mostów (z teki Jacka Lassocińskiego) ...................... 2/3

Pocica Anna

Produkcja broni w czasie okupacji ............................................................ 60/8

Przybył Lesław

Być inspektorem nadzoru spawalniczego Bureau Veritas… .................... 18/6

Tomasz Szulc

Początki napawania utwardzającego .......................................................... 5/9

Politechnika Poznańska ....................................................................... 71/12

Kemppi

Kemppi wprowadza nowe rozwiązania dla spawalnictwa ........................ 30/4

RYWAL-RHC

Technologia produkcji drutów spawalniczych

w fabryce RYWAL-RHC w Łącku ............................................................. 31/5

ZASO

Innowacyjne urządzenie opracowane w ZASO

objęte projektem celowym nr ROW-II-410/2008 ....................................... 28/5

1. Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna ......... 1, 3, 4, 8÷10

40. Krajowa Konferencja Badań Nieniszczących ..................................... 9

XVIII Konferencja Spawalnicza „Spawanie w energetyce” .......... 9, 11, 12

53. Krajowa Naukowo-Techniczna Konferencja Spawalnicza . 3÷6, 8, 10÷12

Ambroziak Andrzej

Napawanie – postęp i zastosowania .......................................................... 3/9

Krajewski Sławomir

X Szczecińskie Seminarium Spawalnicze w Szczecinie ........................... 36/8

Krawczak Dorota

czerwiec z akcentem na innowacje ......................................................... 6/12

Nowacki Jerzy

Znów w Poznaniu (53. KNTKS) ................................................................. 3/11

Nowak Mirosław

Nowe kierunki w procesach spajania i cięcia metali ................................... 4/11

Pilarczyk Jan

Powitanie uczestników 53. KNTKS ............................................................ 2/11

Redlicka Dominika

Poznań stolicą światowych innowacji ....................................................... 36/7

Seminarium Zakładu Inżynierii Spajania Politechniki Warszawskiej .... 12/5

Tasak Edmund, Michta Grzegorz

XLVIII Studencka Sesja Naukowa w Akademii Górniczo-Hutniczej

im. Stanisława Staszica w Krakowie

........................................................ 48/8

Tuz Lechosław

XXIV Kongres Techników Polskich Technika – społeczeństwu wiedzy ....... 46/2

Tuz Lechosław

60 lat spawalnictwa w Politechnice Warszawskiej

Jubileuszowe Seminarium Zakładu Inżynierii Spajania .............................. 3/7

Wietrzyska Monika, Redlicka Dominika

Liderzy na targach ITM Polska .................................................................... 30/3

Wnioski NOT Konferencja Naukowo-Techniczna „Szkolnictwo

zawodowe w Polsce – organizatorzy i beneficjenci” ......................... 81/10

Cloos Polska – 20 lat na rynku ............................................................. 51/12

Dorobińska Ewa

Jubileusz polskiego Dozoru Technicznego .............................................. 13/1

Grzegorczyk Dorota, Soroczyński Jarosław

Paliwo i technologia wodorowa zieloną alternatywą

w transporcie publicznym i wojsku ................................................................ 47/2

Grzegorczyk Dorota, Soroczyński Jarosław

Zakład Air Products w Siewierzu otrzymał prestiżową europejską

złotą nagrodę stowarzyszenia EIGA w dziedzinie bezpieczeństwa ............. 49/9

Soroczyński Jarosław

Air Products inwestuje w Warszawie w nowoczesną napełnialnię butli . 42/12

strona / zeszyt

strona / zeszyt

54

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

4metal ................................................................................................. 6, 8÷12

AWAST 2011 .............................................................................................. 8, 9

cloos polska ................................................................................ 2, 4, 6, 8, 12

Draco ......................................................................................................... 4, 5

Energodiagnostyka ....................................................................................... 9

Ekod .............................................................................................................. 4

Esab .......................................................................................................... 1, 5

Euromat .................................................................................................... 9, 10

ferometal ..................................................................................................... 11

H. Cegielski – Poznań S.A. ......................................................................... 11

Idol UXXX ...................................................................................................... 4

Instytut Łączenia Metali ............................................................................. 1, 5

Instytut Spawalnictwa ................................................................ 2, 4, 6, 10, 12

ITM .............................................................................................................. 12

KEMPPI ................................................................................................... 1÷13

Kobax ............................................................................................................ 3

Linde Gaz Polska ..................................................................................... 4, 5

Lincoln Electric Bester ............................................................................3, 7, 9

Meralweld .................................................................................................... 12

mmS profesia ............................................................................................. 12

pEgO ............................................................................................................ 5

politechnika warszawska ............................................................................ 23

pBg .............................................................................................................. 11

pres-com ...................................................................................................... 2

promotech ............................................................................................... 9, 10

SAP Spawalnictwo Automatyka Pomiary ..................................................... 2

Tech-Mix ........................................................................................................ 4

Technika Spawalnicza Poznań ................................................................ 2, 12

TUV Rheinland .............................................................................................. 7

RAPZ ..................................................................................................... 4, 6, 8

Resus ............................................................................................................ 9

Urząd Dozoru Technicznego ....................................................... 1, 2, 5, 9, 11

Urząd Dozoru Technicznego, Akademia UDT ............................................... 5

VelTech .......................................................................................................... 4

Zakład Elementów Sprężystych i Lotniczych ................................................. 6

Zaso ............................................................................................................... 5

Dr hab. Zbigniew Szefner (1951-2011) ..................................................... 48/4

Mgr inż. Bogdan Piechota (1937-2011) ................................................... 70/12

zeszyt

strona / zeszyt

strona / zeszyt

Prace doktorskie i habilitacyjne w Zakładzie Inżynierii Spajania

Politechniki Warszawskiej (2001-2011) .................................................... 8/6

strona / zeszyt

strona / zeszyt

Ambroziak Andrzej

Recenzja rocznika 2010 Przeglądu Spawalnictwa ................................... 55/4

Frąckowiak Krzysztof

60 lat Oddziału SIMP w Wałbrzychu ......................................................... 35/8

Janicki Piotr

Archiwum Historii Techniki Oddziału SIMP w Poznaniu ........................... 2/12

Nowakowski Stanisław

55 lat Sekcji Spawalniczej Oddziału SIMP w Poznaniu

Historia i działalność w latach 1956-2011 ...................................................6/11

Kwiryn Wojsyk, Plewniak Jan

Zebranie Zarządu Głównego Sekcji Spawalniczej SIMP

............................. 9/3

Tuz Lechosław

Posiedzenie Rady Programowej Przegląd Spawalnictwa ........................ 54/4

Walczak Włodzimierz Jacek

Gdańskie koło spawalników SIMP ............................................................. 17/4

80 lat profesjonalnego kształcenia w ZDZ ......................................... 5/12

Jackiewicz-Sikorska Janina

Specjalistyczne kursy językowe dla spawaczy w ZDZ ...............................8/3

Figlarz Małgorzata

programy szkolenia spawaczy

w Zakładach Doskonalenia Zawodowego .................................................. 31/4

Frąckiewicz Jan

Krajowe Centrum Szkolenia Spawaczy w Wojewódzkim Zakładzie

Doskonalenia Zawodowego w Szczecinie ............................................... 37/7

Grabkowski Jerzy, Kornek Jerzy

Szkolenie spawaczy w Zakładzie Doskonalenia

Zawodowego w Poznaniu .......................................................................... 15/11

Mizerski Jerzy

Nowa generacja podręczników dla kursów spawalniczych ..................... 24/6

Zawodny Krzysztof

Kształcenie spawaczy w 85 letniej tradycji edukacyjnej

Zakładu Doskonalenia Zawodowego w Katowicach ................................ 52/9

strona / zeszyt

Nowacki Jerzy

Technologie laserowe w spawalnictwie ..................................................... 29/3

Nowacki Jerzy

Zgrzewanie tarciowe materiałów o różnych właściwościach ............ 21/9, 34/8

Nowacki Jerzy

Spajanie węglików spiekanych ze stalą ................................................................ 39/10

Tuz Lechosław

Elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna w inżynierii materiałowej ......35/2

strona / zeszyt

FARO wprowadza najbardziej innowacyjne na świecie

ramię pomiarowe: FARO Edge ........................................................... 66/10

Gołębiewski Tomasz

Okulary ochronne od 3M – moda na bezpieczeństwo ............................. 72/9

Słodownik Magdalena, Gołębiewski Tomasz

Systemy ochronne Versaflo™ od 3M – złap w pracy głębszy oddech .......... 15/10

Tuz Lechosław

Mikrospawarka StarWeld Tool Integral .................................................... 22/1

Nowacki Jerzy

O przeszłości i przyszłości

Zakładu Inżynierii Spajania Politechniki Warszawskiej .............................. 2/6

Nowacki Jerzy

Stulecie Polskiego Dozoru Technicznego

– rozmowa z mgr. inż. Markiem Walczakiem, Prezesem UDT .................... 2/1

Krawczak Dorota

Jesteśmy przygotowani do śmiałych zmian...

rozmowa z dr. Andrzejem Byrtem, Prezesem Zarządu MTP .................. 7/12

strona / zeszyt

55

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

zeszyt

zeszyt

zeszyt

Adamiak Marcin .................................................. 7

Ambroziak Andrzej .......................................... 4, 9

Balakanin Aleksandr Nikolaevich ........................ 1

Banasik marek .............................................. 7, 12

Baraniecki Tomasz ............................................. 9

Barcik wojciech .................................................. 3

Bartkowiak Konrad ........................................... 10

Barycki maciej .................................................... 6

Baryliszyn Paweł .............................................. 11

Bergmann Jean Pierre ........................................ 9

Bęczkowski Robert ........................................... 10

Białucki Piotr ..................................................... 10

Biliszczuk Jan ..................................................... 3

Blacha Łukasz .................................................... 7

Bober Mariusz ................................................ 6, 9

Bobrowski Sławomir ........................................... 6

Borgosz Wiesław ................................................ 8

Brunné Wojciech ................................................ 7

Burda Marek ..................................................... 12

Bzymek Anna ...................................................... 1

Calik Mariusz .................................................... 11

Cegielski Paweł ............................................ 6, 10

Chady Tomasz .................................................... 1

Chlebus Edward ................................................. 9

Chmielewski Tomasz .............................. 6, 10, 12

Czeladziński Łukasz ........................................... 5

czerwinko Olga p. ............................................ 10

Czuchryj Janusz ................................................. 7

Czupryński Artur ........................................... 9, 10

Darda Ewa .......................................................... 7

Derlukiewicz Wiesław ....................................... 10

Dobosiewicz Jerzy .............................................. 7

Dobrowolski Bogdan ........................................... 1

Dorobińska Ewa ................................................. 1

Dorobiński Michał ............................................... 1

Dutka Krzysztof .................................................. 5

Dworak Jerzy .................................................... 12

Dymek Stanisław ................................................ 7

Dziatkiewicz Marian ............................................ 9

Fąckiewicz Jan ................................................... 7

Fidali Marek ........................................................ 1

Figlarz Małgorzata .............................................. 4

frankowski piotr ................................................. 4

Frąckowiak Krzysztof .......................................... 8

Fydrych Dariusz ................................................ 11

Gawrysiuk Wojciech ........................................... 8

Gluza Władysław .............................................. 11

Głowacka Maria .................................................. 5

Golański Dariusz .................................... 6, 10, 12

Gołębiewski Tomasz ..................................... 9, 10

gontarz grzegorz ............................................. 12

Góral Tomasz ..................................................... 2

Górka Jacek ....................................... 7, 9, 10, 12

Górski Zbigniew .................................................. 4

Grabkowski Jerzy ............................................. 11

granat Kazimierz .............................................. 12

Gruszczyk Andrzej ...................................... 10, 12

Grzebalski Jan .................................................... 6

Grzegorczyk Dorota ........................................ 7, 9

Grześ Jarosław ................................................... 6

Gucwa Marek ................................................... 10

Herrmann Jörg .................................................. 10

Höfner Lars ......................................................... 8

Holzner Andreas ................................................. 4

Jackiewicz-Sikorska Janina ................................ 3

Jakubowski Jerzy ............................................... 9

Jamiński Stanisław ........................................... 11

Jamrozik Wojciech .............................................. 1

Janicki Piotr ...................................................... 12

Janus Krzysztof ................................................ 11

Jaskulski Krzysztof ............................................. 8

Jastrzębski Ryszard ................................... 1, 3, 5

Jurczyk Mieczysław .......................................... 12

Kalemba Izabela ................................................. 7

Karolczuk Aleksander ......................................... 7

Kędzia Jakub ...................................................... 9

Kiełczyński Maciej .............................................. 3

Kik Tomasz ............................................. 9, 10, 12

Klimpel Andrzej ................................................... 9

Kolasa Andrzej .................................... 6, 7, 10, 12

Kołodziejczak Paweł ........................................... 7

Koniushkov Gennadii Vladimirovich ................... 1

Koniushkov Vladimir Gennadevich ..................... 1

Kończewicz Włodzimierz .................................... 9

Kornek Jerzy ..................................................... 11

Kozak Janusz ..................................................... 4

Kozak Tomasz .................................................... 4

Kozerski Stefan ................................................ 10

Kozioł Krzysztof ................................................ 12

Krajewski Arkadiusz ............................................ 6

Krajewski Sławomir ........................................ 7, 8

Krawczyk Stanisław ............................................ 2

Kropacz marian ................................................ 11

Kruczyński Marcin ........................................ 6, 11

Kudła Krzysztof ................................................. 12

Kuzniecow W.D., .............................................. 10

popowicz p.w. .................................................. 10

Leończyk Marek ................................................. 1

Lewicki Jerzy ...................................................... 6

Łabanowski Jerzy ................................. 4, 5, 9, 11

Łagoda Marek ..................................................... 3

Malik Stanisław ................................................... 8

Martyniszyn Adam .............................................. 9

melcer marcin ..................................................... 9

michta grzegorz ................................................. 8

Miklaszewski Andrzej ........................................ 12

Mikula Janusz ..................................................... 5

mirski Zbigniew ................................................. 12

Mizerski Jerzy ..................................................... 6

Molo Robert ........................................................ 6

Mucha Tomasz ................................................. 10

Niagaj Jerzy ...................................................... 10

Nieroba Andrzej .................................................. 8

niklas Karol ........................................................ 4

Noack Thomas ................................................. 11

Nowacki Jerzy ...................................... 1, 3, 6÷11

Nowak Mirosław ..................................5, 8, 11, 12

Nowakowski Stanisław ................................. 6, 12

Nowicki Mariusz ................................................ 11

Ochmański Michał .......................................... 8, 9

Oneksiak Arkadiusz ............................................ 6

Onysyk Jerzy ...................................................... 3

Pakos Ryszard ........................................... 3, 4, 5

Paul Christian ..................................................... 8

Pfeifer Tomasz ............................................... 8,12

Piekarczyk Bogdan ............................................. 1

Pietras Adam .................................................... 11

Pietrusewicz Tomasz .......................................... 1

Pilarczyk Jan .......................................... 3, 11, 12

Piotrowski Michał .............................................. 10

poch Karolina ..................................................... 8

Pocica Anna .................................................... 3, 8

Prabucki Przemysław ......................................... 3

Przybył Lesław .................................................... 6

Przytuła Jarosław ............................................... 3

Rams Beata ...................................................... 11

Redlicka Dominika .............................................. 7

Redlicki Dominik ................................................. 3

Reiner Jacek ....................................................... 9

Riabcew Igor A. ................................................ 10

Rogalski Grzegorz ........................................ 4, 11

Rzeźnikiewicz Agnieszka .................................... 9

Sachajdak Andrzej .............................................. 7

Sadowski Krzysztof ............................................ 3

Sajek Adam ........................................................ 8

Santor Ryszard ................................................... 3

Sarnowski Tadeusz ....................................... 6, 10

Selling Sven ........................................................ 5

Senczenkow Igor K. .......................................... 10

Senkara Jacek .................................................... 9

Sędek Anna ........................................................ 7

Siennicki Andrzej ................................................ 8

Siennicki marcin .................................................. 8

Sikora Ryszard ................................................... 1

Siwowski Tomasz ............................................... 3

Skarpetowski Mateusz .................................... 3, 5

Skoracki Jacek ................................................... 5

Skorupa Andrzej .................................................. 2

Skóra Jacek ........................................................ 2

Skrzyniecki Krzysztof .......................................... 6

Słania Jacek ....................................................... 2

Słodownik Magdalena ...................................... 10

Słoma Jacek ....................................................... 7

Smoleńska Hanna .............................................. 9

Soroczyński Jarosław ............................... 7, 9, 12

Stabryła Jan ........................................................ 5

Stano Sebastian ........................................... 7, 12

Steusloff Ronald ................................................. 5

Stępiński Piotr ..................................................... 5

Szczygieł Ireneusz .............................................. 7

Ślązak Benedykt ................................................. 7

Śledziewski Krzysztof ......................................... 3

Tasak Edmund .................................................... 8

Thomas Alexander ............................................ 11

Timofiejczuk Anna .............................................. 1

Szulc Tomasz ...................................................... 9

Turek Bogdan ..................................................... 8

Turyk Eugeniusz ............................................... 10

Tuz Lechosław .................................. 1÷4, 7, 8, 12

Urzynicok Michał ................................................ 2

Walczak Włodzimierz Jacek ............................... 4

Walkowiak Roman ............................................ 11

Walkowiak Ryszard .......................................... 11

Węglowska Aleksandra .....................................11

Węglowski Marek ....................................... 11, 12

Wichtowski Bernard ......................................... 1, 3

wichtowski marek ............................................... 3

wietrzyska monika ............................................. 3

wiercioch marcin ................................................ 9

Wilden Johannes ................................................ 9

Wińcza Michał .................................................... 5

Wiśniewski Daniel ..................................... 5, 8, 11

Wodecki Dominik ................................................ 2

wojas marta ....................................................... 1

wojsyk Kwiryn .................................................... 3

wojtas piotr ........................................................ 8

wojtowicz Leszek ............................................. 11

Wypych Artur .............................................. 10, 12

wysocki piotr ...................................................... 9

Zawodowy Krzysztof ........................................... 9

Zgorzelski Przemysław ....................................... 4

Żurek Joanna ...................................................... 5

56

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

Imię i nazwisko

Kontakt do osoby zamawiającej:

Adres

NIP

zamawiam czasopismo w Redakcji Przegląd spawalnictwa

Cena prenumeraty

Cena 1 egzemplarza Przeglądu Spawalnictwa

17 zł (w tym 5% VAT)

Prenumeratę można zamówić

za pośrednictwem:

GARMOND PRESS

ul. Sienna 5, 31-041 Kraków, tel./fax: [phone]

KOLPORTER

ul. Zagnańska 61, 25-528 Kielce,

tel.: [phone], fax: [phone]

RUCH

Infolinia: 804 200 600, www.ruch.com.pl

REDAKCJA – Przegląd Spawalnictwa AW SIMP

ul. Świętokrzyska 14a, 00-050 Warszawa

tel./fax: [phone]

e-mail: [e-mail]

Bank BPH S.A. Oddział w Warszawie

nr:

45 1060 0076 0000 3200 0043 1836

Podpis

Oświadczam, że jestem podatnikiem Vat i upoważniam firmę do wystawienia faktury bez podpisu

półroczna

 

102 zł

roczna

 

 

 

204 zł

od numeru

 

do numeru

liczba zamawianych

  

kompletów 

Informacje wydawcy

firma

Profil czasopisma

wydanie czasopisma jest wspierane finansowo przez Ministerstwo nauki i szkolnictwa wyższego. 

Odbiorcami  Przeglądu  spawalnictwa,  czasopisma  o  ponad  osiemdziesięcioletniej  tradycji,  są  wszystkie  ośrodki  naukowe,  dydaktyczne  

i organizacje przemysłowe w Polsce zainteresowane problematyką spajania. czasopismo jest wysyłane do ważnych ośrodków zagranicznych 

zainteresowanych tą tematyką. w czasopiśmie Przegląd spawalnictwa są publikowane recenzowane, oryginalne artykuły dotyczące: tech-

niki  spajania,  cięcia,  powłok  spawalniczych;  metalurgii,  metaloznawstwa  i  modelowania  procesów  spawalniczych;  metod  badań  struktury  

i właściwości złączy; charakterystyki urządzeń, sprzętu i materiałów; automatyzacji i robotyzacji; technik klejenia tworzyw konstrukcyjnych  

i spawania tworzyw polimerowych; szkolenia, przepisów i normalizacji; praktyki spawalniczej i poradnictwa technologicznego; wydarzeń, pre-
zentacji karier spawalników i ich doświadczeń zawodowych. wybrane artykuły opublikowane w Przeglądzie spawalnictwa są tłumaczone na 
język angielski i zamieszczane w czasopiśmie welding international wydawanym przez woodhead Publishing ltd. w wielkiej Brytanii na mocy 
porozumienia o współpracy. w czasopiśmie mogą być publikowane artykuły w języku angielskim lub niemieckim.

redakcja nie odpowiada za treść ogło szeń, nie zwraca materiałów nie zamówionych, zastrzega sobie prawo do skracania i adiustacji tek-

stów oraz zmiany ich tytułów. czasopismo wydawane w wersji drukowanej.

Wskazówki dla autorów

Objętość artykułu maks. 10

÷

15 stron (ewentualnie 20 po uzgodnieniu z redakcją), a komunikatu 1

÷

4 stron maszynopisu na arkuszu for-

matu a4 bez tabulatorów i wcięć, czcionka times new roman 12, marginesy: górny, dolny, lewy i prawy – 2,5 cm. rysunki i tablice z ich tytuła-
mi należy umieścić w tekście. rysunki, wykresy i fotografie należy nazywać rysunkami (np. rys. 1) i numerować cyframi arabskimi, a tablice – cy-
frami rzymskimi (np. tabl. iV). należy przewidzieć możliwość zmniejszenia rysunku do 30%. rysunki dostarczyć w oddzielnych plikach gra-
ficznych: rastrowa w formacie *.tiff, *.JPeg 300 dPi; wektorowa w plikach *.cdr, *.ai (czcionka zamieniona na krzywe). Jednostki – układ 
si. artykuł powinien zawierać: informacje o autorach 

–

 stopnie naukowe lub zawodowe, imię i nazwisko; tytuł artykułu, streszczenie (do 

1/3

 

strony), tekst główny, podzielony na odpowiednio zatytułowane rozdziały, wnioski końcowe, literaturę; pozycje literatury numerowane cyfra-
mi arabskimi w kwadratowych nawiasach i w kolejności cytowania w tekście. tytuł, streszczenie oraz podpisy pod rysunkami i tabelami prze-
tłumaczone na język angielski. artykuły prosimy nadsyłać na cd lub e-mailem z pismem przewodnim zawierającym: zgodę na publikację ar-
tykułu w czasopiśmie; dane teleadresowe i miejsce pracy autorów do wiadomości redakcji. autorzy otrzymują bezpłatnie egzemplarz czaso-
pisma ze swoją publikacją.

Ogłoszenia i artykuły promocyjne

Ogłoszenia i artykuły promocyjne w Przeglądzie spawalnictwa – czasopiśmie ogólnopolskim o szerokim zasięgu – są skuteczną i tanią for-

mą reklamy docierającej do wszystkich zainteresowanych problematyką spajania. czasopismo zamieszcza kolorowe i czarno-białe: ogłoszenia 
reklamowe na okładkach lub wewnątrz numeru oraz wrzutki (inserts) dostarczane przez zleceniodawcę; artykuły techniczno-informacyjne; in-
formacje o branżowych imprezach naukowo-technicznych. redakcja przyjmuje zamówienia na publikacje ogłoszeń reklamowych i artykułów 
techniczno-informacyjnych. cennik ogłoszeń i artykułów promocyjnych znajduje się na stronie www.pspaw.ps.pl

P R E N U M E R A T A

57

Przegląd  sPawalnictwa 13/2011

Wybór rozwiązania Wise

to większa wydajność

Zarządzanie własnościami spawalniczymi,

wydajnością i jakością

Produkty Kemppi Wise to specjalne programy spawalnicze,
umożliwiające osiągnięcie wyników, niedostępnych w przypadku
tradycyjnego spawania metodą MIG/MAG. Użyj produktów WISE, aby
skuteczniej wypełnić spoinę graniową, dostarczać stałą moc do jeziorka,
utrzymać optymalną długość łuku oraz precyzyjniej spawać cienkie
blachy. Zgodne z urządzeniami FastMig Synergic oraz urządzeniami
KempArc do zastosowań zautomatyzowanych. Zamów wersję
demonstracyjną i zobacz różnicę.

www.kemppi.com

58

Przegląd  sPawalnictwa  13/2011

41. Krajowa Konferencja Badań Nieniszczących

Toruń, 23-25 października 2012 r.