2121403534

10

- bazy pomiarowej, ij. lokalizacji punktu, odległości pomiaru, typu sondy pomiarowej wraz z układem pomiarowo-rcjcstrującym. ponieważ mierzone są względne zmiany natężenia pola magnetycznego, które następnie należy przeliczać.

Stawiane są coraz wyższe wymagania jakościowe w odniesieniu do wszelkiego typu urządzeń oraz konstrukcji inżynierskich. Szeroko pojęta jakość obejmuje głównie takie cechy elementów konstrukcyjnych i materiałów użytych do ich wykonania, jak: niezawodność, trwałość, stabilność struktury i właściwości stanu powierzchni, masa właściwa oraz cechy proekologiczne. W szczególności niezawodność i trwałość elementów maszyn i urządzeń eksploatowanych przez dłuższy czas, głównie pod obciążeniem mechanicznym, lecz często również cieplnym, chemicznym (korozyjnym) i radiacyjnym, zależy w znacznym stopniu od stabilności struktury warunkującej stałość właściwości cech eksploatacyjnych materiałów, z których wykonano elementy konstrukcyjne.

Struktura materiału i wykonanego z niego elementu jest pojęciem szerokim i obejmuje makrostrukturę, mikrostrukturę, substrukłurę i budowę krystaliczną lub molekularną (45].

Uwarunkowana składem chemicznym i technologią wytwarzania makrostruktura dotyczy takich cech, jak: segregacja, anizotropia, włóknistość, rozmieszczenie wad i zanieczyszczeń. Mikrostruktura odnosi się do rodzaju, wielkości, ksztahu i rozmieszczenia ziaren (krystalitów), faz występujących w materiale oraz struktury ich połączeń - granic ziaren. Pojęcie substruktury obejmuje zdefektowanie wnętrza kryształu występującego w materiale technicznym w postaci zniekształconej, tj. jako krystalit, czyli ziarno. Budowa krystaliczna określona jest przez układ krystalograficzny determinowany przez chemiczny i fazowy skład materiału (45, 64, 87J.

Zachodzące w materiale pod wpływem obciążenia eksploatacyjnego elementu konstrukcyjnego zmiany struktury, wpływające na zmiany właściwości, odnoszą się prawie wyłącznic do mikrostruktury i substruktury. Obciążenie eksploatacyjne ma najczęściej charakter obciążenia mechanicznego zmęczeniowego, co stanowi przedmiot podjętych badań. W ogólnym ujęciu materiał poddany długotrwałemu obciążeniu mechanicznemu przechodzi kolejne fazy (42, 64, 73, 150, 182, 188, 190], które obejmują odkształcenia sprężyste, odkształcenia plastyczne, umocnienie lub osłabienie oraz utratę spójności (pękanie, dekohezja).

Elementy maszyn, urządzeń i budowli są eksploatowane w zakresie występowania odkształceń sprężystych, natomiast pod działaniem długotrwałego obciążenia mechanicznego w zakresie naprężeń zmęczeniowych i prz.y ewentualnym oddziaływaniu innych typów obciążeń w materiale mogą wystąpić efekty strukturalne, charakterystyczne dla odkształcenia plastycznego oraz umocnienia lub osłabienia. Efekty te to wzrost gęstości defektów' struktury krystalicznej wakansów dyslokacji i błędów ułożenia, mikroodkształceń i mikropęknięć, przemian fazowych indukowanych naprężeniami, procesów wydzielania faz wtórnych. Występowanie tych zjawisk sygnalizuje destabilizację struktury i właściwości użytkowych materiału, z którego wykonano element konstrukcyjny. Zaznacza się to szczególnie ostro w przypadku obciążeń cyklicznych, wywołujących zmęczenie materiału (64. 81, 150], oraz w procesach pełzania (42, 45]. Zmiany wywołane lokalnym odkształceniem plastycznym lub zmęczeniowym wpływają na właściwości fizyczne i mechaniczne materiału. W zakresie właściwości mechanicznych zmienia się głównie granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie, sprężystość oraz twardość. Istotną rolę odgrywają także zmiany współczynników magnetycznych i cieplnych. Do badania przytoczonych zmian właściwości materiału wykorzystywane są metody badawcze mechaniczne, magnetyczne, akustyczne, rcnigcnogra-ficzne, optyczne; tworzone są ich odmiany w7korzystujące związki właściwości fizycznych, jak magnetyczno-akusiycznc (1. 2], lub zmieniające sposób obróbki sygnału [15. 16], Szczególnie przydatne w grupie metod badań fizycznych okazują się czułe metody badań magnetycznych. Do grupy tej między innymi można zaliczyć podstawowe badania magnetyczne z detekcją magnetycznego pola rozproszenia [32, 33. 41, 78-79, 134, 187), wiroprądowe [15, 16, 19, 33, 37, 41), wykorzystujące efekt szumu Barkhausena [74. 101, 109, 111,121, 152), pamięci magnetycznej MPM [24, 28, 29), oceny zmiany parametrów magnetycznych, jak i kształtu domen magnetycznych [30, 38, 93, 151). W zakresie efektów magnetycznych [9, 11, 12. 13, 14) (Vilariego, Joule’a. Widemanna, Mateuciego,) proces zmęczenia materiału ferromagnetycznego objawia się stopniowym zanikiem efektów [I, 61) magnctosprężystych i mechaniczno-magnetycznych. Powstają strefy odkształceń plastycznych przechodzące w pękanie materiału.

W pracy zaproponowano metodę magnetycznej diagnostyki stanu. Zastosowanie tej metody wymaga charakterystycznego dla każdego materiału zakresu namagnesowania w celu uzyskania największej reakcji magnetycznej materiału. Namagnesowanie to jest znacznie mniejsze od magnetyzacji nasycenia. Proponowana metoda nazwana została Metodą Reakcji Magnetycznej Materiału (MRMM) [181, 182). Podobieństwa metody co do zasad i budowy urządzeń badawczych znanych w klasycznej defektoskopii magnetycznej wynikają ze sposobów magnesowania i detekcji magnetycznego pola rozproszenia [41, 80). znanych chronologicznie na przykładzie metod i urządzeń badawczych Bcriholda i Forstera (ponad 70 publikacji). Podstawowe różnice wynikają z faktu badania zmian w namagnesowaniu materiału a nie detekcji magnetycznego pola rozproszenia powodowanego defektem ciągłości materiału. Określeniu optymalnych zakresów magnesowania charakterystycznych dla danego materiału w zakresach mechanicznych obciążeń sprężystych, a także zmęczeniowych poświęcono znaczny zakres pracy.

1.2. Defektoskopia magnetyczna

Ostatnia faza obciążenia eksploatacyjnego, w której dochodzi do utraty spójności materiału, nadała kierunek rozwoju metod defektoskopii magnetycznej. Wśród nich znaczące miejsce znalazły defektoskopia magnetyczna, ukierunkowana na badanie magnetycznego pola rozproszenia [41, 78-80, 134) oraz metoda wiroprądowa, wykorzystująca zmiany przewodności materiału [15, 41). Rozwinęły się one w oparciu o właściwości magnetyczne materiału i efekty magnetyczne w materiałach ferromagnetycznych. Niezależną drogę rozwoju przyjęły metody oparte na zjawisku szumu Barkhausena [74, 101, 152). Zaletą metod magnetycznych jest możliwość nieniszczącego diagnozowania materiału elementu a nie lokalnie na jego wycinkach jak w badaniach metalograficznych. Za pośrednictwem metod defektoskopii magnetycznej realizuje się przede wszystkim cele bezpośrednie, jak: wykrywanie, rozpoznanie, opis nieciągłości i makrostrukiury. Istnieją także cele odległe, jak ocena ryzyka uszkodzenia elementu wskutek rozwoju mikropęknięć w materiale [1, 25, 71, 74, 182). Nadal poszukuje się metod badawczych magnetycznych [1, 30, 38, 93, 182) ze względu na brak metod uniwersalnych (73). Spośród metod defektoskopii magnetycznej, umożliwiającej wykrycie zmęczenia materiału, można wymienić metody wiroprądowe, Barkhausena lub emisji magnetyczno-akustycznej. Wykrywalność faz zmęczenia materiału na poszczególnych etapach procesu obciążenia za pomocą wymienionych metod badawczych jest częściowa (73). Podobnie metoda MPM (Metoda Pamięci Magnetycznej) [24, 28), związana z magnesowaniem w naturalnym polu ziemskim, nie daje zadowalających rezultatów ze względu na trudność w interpretacji zmian pomierzonego pola i korelacji ze stanem technicznym [87, 182).

Badania magnetyczne stanu elementów wykonanych ze stali konstrukcyjnej można kierunkować na potrzeby przemysłowe, dla określonej grupy stali o zidentyfikowanych właściwościach magnetycznych skorelowanych z charakterem obciążeń oddziałujących na element. Ważne jest zróżnicowanie wpływu na parametry magnetyczne materiału obciążeń