2121403568

14

elementów maszyn przez połączenie symulacji magnetycznych i mechanicznych jak i weryfikacji wyników pomiarów nie mają bezpośredniego odpowiednika w literaturze krajowej 1114). W literaturze światowej z ostatnich lat opisywane są badania efektów zmęczenia wysokocyklowego stali konstrukcyjnych i związki z. natężeniem pol3 kocrcji [38, 195], dające możliwość bezpośrednich zastosowań przemysłowych.

W przedstawionym ujęciu diagnostyka magnetyczna może pełnić rolę wspomagającą dla diagnostyki wibroakustyczncj a w wielu przypadkach dotyczących elementów wykonanych z podatnych materiałów ferromagnetycznych (o odpowiednim współczynniku magne-tostrykcji i czułości magnetosprężystej) może tworzyć niezależną metodę diagnostyczną i badawczą. Ideę nowego podejścia do zagadnienia diagnostyki pokazano schematycznie na rysunku 1.1. Przedstawiono zależności pomiędzy diagnostyką wibroakustyczną a magnetyczną dla wybranych parametrów magnetycznych, które stanowią środki oceny stanu elementu charakteryzującego proces eksploatacji elementu maszyny.

Diagnostyka magnetyczna o szerokim zastosowaniu wymaga poznania reakcji magnetycznej określonych grup materiałów na oddziaływanie mechaniczne oraz wymaga przyjęcia na początku eksploatacji pomiarowego punktu odniesienia. Punkt ten może być monitorowany ciągle lub cyklicznie. Wymóg stosowania ściśle określonej bazy pomiarowej wynika z istoty magnetyzmu, a także lokalnych zmian kicrunkowości materiału wyjściowego wprowadzonej procesem obróbki. Zaproponowana w pracy metoda diagnostyki stanu powstała w wyniku badań parametrów magnetycznych stali konstrukcyjnych węglowych niskosto-powych na zestawy kołowe. Pełny zakres badań w zakresie obciążeń sprężystych i zmęczeniowych przeprowadzono dla stali na obręcze zestawów kołowych. Zakres obciążeń sprężystych badano na stanowisku badawczym z mechanicznym układem obciążającym i pomiarowym siły. W zakresie obciążeń zmęczeniowych badano stal obręczy zestawu kołowego na sterowanej elektronicznie maszynie wytrzymałościowej MTS Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN oraz na stanowisku badawczym AMSLER-a.

I DIAGNOSTYKA TECHNICZNA I

WIBROAKUSTYKA		DIAGNOSTYKA MAGNETYCZNA
Podrę sp41. element ryny		Podxrip6l. element mjtsryr.y
procesy pfccfiy resakowe 4rgAfUJt. h-ałftt. tetrperanj*		Badiae procesy • mi i aa* par *me tr 6 w tnajtnrtyt inyeh Mf
		p*r*mrtr ^J nutgnttyrzsiy ^ iKzfcacrkJi |
OCENA STANU		OCENA STANU

R}S. I. /. Zbieżność celu dla metod diagnostyki technicznej Fig. 1.1. Comergence of aim for methods of technical diagnostic

Zgromadzone doświadczenia umożliwiły opracowanie melodyki badań dającej możliwość diagnozowania materiału w całej masie, a nie tylko lokalnie [154, 157, 176, 177) w zakresie obciążeń sprężystych (176, 178, 179) i zmęczeniowych [182, 186, 148). Oceniając reakcję magnetyczną materiału na drodze pomiaru zewnętrznego pola magnetycznego można wykazać, że materiał odwzorowuje w niej stan i charakter naprężeń sprężystych, a takie zmęczeniowych (5, 13, 31,179, 180). Czułość magnetosprężysta materiału ma swoje odniesienie do wartości mierzonego pola magnetycznego przy pow ierzchni materiału. Podobne korelacje występują przy badaniu zmęczenia mechanicznego (38. 184, 186), co wykazano eksperymentalnie [184, 186).

1.4. Cel, założenia i zakres pracy

Podstawowym celem pracy jest wykazanie, że wśród metod magnetycznych możliwe jest określenie procedury badawczej dla osiągnięcia celu, jakim jest prognoza stanu elementu. Cel ten można osiągnąć poprzez modyfikację stosowanych metod magnetycznych. W pracy zaprezentowana zostanie metoda magnetyczno-pomiarowa, która polega na analizie zmian natężenia pola magnetycznego przy powierzchni materiału. Warunkiem powodzenia tej metody jest przede wszystkim przyjęcie ściśle określonej bazy pomiarowej. Trzeba dysponować wiedzą o zakresach wartości magnesującego pola magnetycznego, w których występują największe zmiany istotnych parametrów paramagnetycznych matenału (MRMM) zależnych od obciążeń sprężystych i zmęczeniowych.

Procedurę badania stanu materiału metodą magnetyczną rozpoczęto od oceny:

-    właściwości fizycznych stali pod względem podatności na badania magnetyczne,

-    właściwości materiału wyjściowego.

-    odpowiedzi magnetycznej materiału w fazie obciążeń sprężystych.

-    odpowiedzi magnetycznej matenału w fazie obciążeń zmęczeniowych,

-    użyteczności przetworników pomiarowych,

-    czynników wpływających na utratę czułości pomiarowej przetworników,

-    zakresów pomiarowych wykluczających możliwość detekcji obciążeń mechanicznych zmęczeniowych.

Zaproponowane postępowanie badawcze oparto na podstawowej tezie o możliwości zastosowania badań magnetycznych w zakresie szczególnych zakresów magnetyzacji ferro-magnetyka (natężenia pola magnesującego dla największych zmian magnetyzacji materiału (Jmrm) do diagnostyki stanu elementu wykonanego z materiału ferromagnetycznego. W zakresie odkształceń sprężystych możliwość prowadzenia badań materiału elementu, determinowana jest wartością współczynnika magnctostrykcji A*. Współczynnik ten dla stali konstrukcyjnych i maszynowych jest mały i niekorzystny z punktu widzenia pomiarów magnetycznych stanu naprężenia naprężeń (61).

Po pierwsze należało udowodnić możliwość prowadzenia pomiarów naprężeń dla materiałów ze współczynnikami A, < 1. Dowód przeprowadzono badając czułość magnetosprę-żystą stali stosowanej w produkcji kolejowych zestawów kołowych.

Po drugie należało wskazać możliwość powiązania ilościowego i jakościowego zakresu zmian parametrów magnetycznych materiału i zewnętrznego pola magnetycznego z liczbą cykli w procesie cyklicznego obciążenia mechanicznego (13. 31, 87, 112). W zakresie obciążeń zmęczeniowych osiągnięcie celu było możliwe w wyniku doświadczalnych badań laboratoryjnych.

Ostatni krok to wykazanie, żc metoda magnetyczna pozwalająca badać naprężenia i zmęczenie materiału jest równocześnie czułą metodą defektoskopową.