MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE BRNO 2015 Bc. MICHAL ŠEVČÍK

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Hodnocení kvality pomocí nedestruktivních technologií Diplomová práce Vedoucí práce: Ing. et Ing. Petr Dostál, Ph.D. Vypracoval: Bc. Michal Ševčík Brno 2015

3

4 Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem práci: Hodnocení kvality pomocí nedestruktivních technologií vypracoval samostatně a veškeré použité prameny a informace uvádím v seznamu použité literatury. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s 47b zákona č. 111/1998 Sb.,o vysokých školách ve znění pozdějších předpisů a v souladu s platnou Směrnicí o zveřejňování vysokoškolských závěrečných prací. Jsem si vědom, že se na moji práci vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., autorský zákon, a že Mendelova univerzita v Brně má právo na uzavření licenční smlouvy a užití této práce jako školního díla podle 60 odst. 1 autorského zákona. Dále se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití díla jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko univerzity, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity, a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla, a to až do jejich skutečné výše. V Brně dne:.... podpis

5 PODĚKOVÁNÍ Tímto bych chtěl poděkovat Ing. et Ing. Petrovi Dostálovi, PhD. za jeho odborné vedení při vypracování diplomové práce, za poskytnutí cenných rad a odborných informací k práci. Poděkování patří také doktorandům z Ústavu techniky a automobilové dopravy Ing. Piyapong Sriwongrasovi, Ing. Michaelovi Šustrovi a Ing. Jaroslavovi Začalovi.

6 ABSTRAKT Diplomová práce s názvem Hodnocení kvality pomocí nedestruktivních technologií je zaměřena na posouzení degradačních vlastností materiálově různorodých svařovaných součástí. Svařené vzorky jsou pro experimentální měření vyhotoveny metodou Cold Metal Transfer (CMT) a jejich degradační vlastnosti jsou měřeny pomocí akustické emise (AE) při korozním procesu a tahovém namáhání. Teoretická část je věnována základnímu rozdělení nejčastěji používaných metod NDT, přičemž hlavní důraz se klade především na AE. Závěrečná část je zaměřena na oblast korozního inženýrství, zejména je popisována problematika galvanické koroze, která je významná právě v případě interakce různorodých materiálů. Z počátku experimentální části jsou uvedeny použité materiály vzorků pro experimenty. Poté je uveden přehled a popis metod použitých během měření. V další kapitole jsou popsány průběhy a výsledky experimentů z pozorování a měření pomocí AE. Klíčová slova: koroze, NDT, akustická emise, CMT ABSTRACT The diploma thesis titled Quality assessment by non-destructive technologies is focused at evaluation degradation qualities of welded components, which are material heterogeneous. Welded samples are made for experimental measuring by CMT method and their degradation qualities are measured by the acoustic emission during the corrosion process and tensile straining. The theoretical part is aimed at on basic division most used method NDT, the main stress is on AE. Te final part is focused on corrosion engineering, especially on problematic galvanic corrosion, which is important in case of interaction of homogenous materials. Material samples which were used are mentioned at the beginning of experimental part. Then the thesis is dedicated to summary of methods used during the measurement. The next chapter provides courses and exp. results of observations and measurements

7 using AE. Courses and exp. results of observations and measurements using AE are in the last chapter. Key word: corrosion, NDT, accustic emision, CMT

8 OBSAH 1 ÚVOD CÍL PRÁCE NDT Účel NDT Moderní nedestruktivní metody Klasifikace metod Vizuální metody (Visual Testing) Provedení VT Osvětlení při VT Rozlišitelnost detailu při VT Faktory ovlivňující provedení VT Všeobecná pravidla pro VT v normách Využití VT z hlediska korozního napadení Zhodnocení VT Kapilární metoda (Penetrant Testing) Princip metody Metody PT Charakteristiky indikací u PT Zhodnocení PT Metoda vířivých proudů (Eddy Current Testing) Princip metody Metody ET Zhodnocení ET Magnetická metoda (Magnetic Particle Testing) Princip metody Přehled způsobů magnetování... 26

9 3.5.3 Zhodnocení MT Ultrazvuková metoda (Ultrasonic Testing) Princip metody Fyzikální základy Zdroje ultrazvuku Metody UT Zhodnocení UT Prozařovací metoda (Radiographic Testing) Princip metody Rozdělení RT dle druhu detektoru Zhodnocení RT AKUSTICKÁ EMISE (ACOUSTIC EMISSION) Princip metody Základní pojmy AE Emisní událost Emisní signál Zdroj AE Kaiserův jev Měřící trasa AE Snímače AE Předzesilovače AE Kabelové trasy Měřící systém AE Vyhodnocení parametrů signálu AE Informativní úroveň Standardní úroveň Pokročilá úroveň... 40

10 4.4.4 Základní parametry spojitého signálu Základní parametry nespojitého signálu Lokalizace události AE Lineární lokalizace Plošná lokalizace Neuronové sítě Zhodnocení AE KOROZE Chemická koroze Elektrochemická koroze Elektrochemická ušlechtilost Vybrané druhy korozního napadení Rovnoměrné napadení Nerovnoměrná koroze Podpovrchová koroze Galvanická koroze Princip galvanické koroze Opatření proti galvanické korozi MATERIÁL A METODIKA Zkoušený vzorek Slitina hliníku Ocel Přídavný materiál AlSi Metoda CMT Princip metody Metoda zrychlené korozní zkoušky Solná komora... 55

11 6.4 Metoda zkoušky tahem Univerzální zkušební stroj ZDM 5/ Metoda měření AE Pen Test Měřící aparatura AE Dakel Xedo Piezoelektrický snímač IDK Předzesilovač AE Dakel MĚŘENÍ AE při měření korozní degradace Uspořádání měřící sestavy Konfigurace analyzátoru Dakel Xedo AE při tahové zkoušce Příprava měření Konfigurace analyzátoru Dakel Xedo VÝSLEDKY A DISKUZE Posouzení korozní degradace pomocí AE AE během tahové zkoušky ZÁVĚR SEZNAM LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK... 77

12 1 ÚVOD Od počátku minulého století se zkoušení, aniž by byl zkoušený předmět zničen, rozvinulo z laboratorních pokusů na nepostradatelný informační zdroj kvality výroby. Samotná vizuální zkouška již nepostačuje k určení adekvátní kvality. Nedestruktivní zkoušení (non - destrucitive testing - NDT) zahrnuje metody používané pro zkoušení určitého produktu nebo materiálu, aniž by se narušila jejich budoucí použitelnost nebo ovlivnila schopnost předpokládané funkce. NDT tvoří nedílnou součást kontroly jakosti výrobků jak v předvýrobní a výrobní etapě, tak v provozu. V češtině se pro tuto činnost využívá specifický výraz defektoskopie (tedy zobrazení defektů), případně a lépe nedestruktivní defektoskopie. V podstatě každý z nás se již s podobným typem zkoušení setkal u lékaře. Namátkou si vedle RTG vyšetření připomeňme i ultrazvukové vyšetření. Mezi nejmodernější metody NDT materiálů je v současnosti zařazována AE. Pojem akustická emise nám detekuje děj, který probíhá aktuálně uvnitř materiálu, kde vznikají napěťové vlny, které se šíří materiálem. Snímáním signálů AE je možné lokalizovat korozní degradaci materiálu namáhané konstrukce či součásti. Výsledné hodnoty ze snímání pomocí AE mohou informovat o existenci poruchy, její intenzitě a lokalizaci místa porušení materiálu. [1] 12

13 2 CÍL PRÁCE Cílem diplomové práce je zjištění zdroje koroze a rozvoje korozní degradace na vzorcích umístěných v korozním prostředí v podobě solné mlhy (atmosféra NaCl) za pomocí AE. Zkoušené vzorky byly zhotoveny ze dvou různorodých materiálů (hliník pozinkovaná konstrukční ocel) vyrobených pomocí svařovací metody CMT. V další části se pak práce zaobírá pozorováním a vyhodnocením získaných z AE při tahové zkoušce zkorodovaného a nezkorodovaného vzorku. 13

14 3 NDT Zkušební nedestruktivní metody všeobecně slouží k zjišťování necelistvosti materiálu. Využívají přiměřenou formu energie pro stanovení materiálových vlastností nebo pro indikování přítomnosti materiálových diskontinuit (plošných, skrytých nebo vnitřních vad). Za vadu materiálu nebo výrobku považujeme nesprávné chemické složení, odchylky od požadovaných mechanických a fyzikálních vlastností, necelistvosti (trhliny, praskliny), dutiny (póry, staženiny, bubliny), vměstky (kovové a nekovové vměsky, struskovitost), tvarové vady, opotřebení a koroze aj. NDT mohou být jak úplně zautomatizované, tak i ruční (předpokládá se zručnost a znalost dané problematiky). Zautomatizované NDT mají sice nepopíratelnou výhodu v umožňování kontinuálního testování přímo ve výrobě, ovšem samotné ruční testování nelze přesto úplně nahradit např. při revizi dopravních prostředků, v leteckém průmyslu apod. [2] V praxi se využívá mnoho metod NDT, ale není žádná jednotlivá metoda, která by mohla být jednoznačně využitelná k uspokojení všech požadavků za všech okolností. Ve většině případů se proto musí zkombinovat několik metod, aby byla provedena kompletní nedestruktivní zkouška předmětu [2] 3.1 Účel NDT Moderní NDT se stalo již nepostradatelným nástrojem pro správnou kontrolu a řízení jakosti v podnicích, u kterých je kladen hlavní důraz na spolehlivost výrobků, a v tom případě i dlouhotrvající spokojenost zákazníků. [1] Moderní nedestruktivní metody Zjišťují celistvost výrobků a tím zajišťují garanci spolehlivosti, Řídí výrobní procesy, Předchází selháním výrobků vlivem poruch, předchází úrazům, srážkám a chrání lidské životy, čímž ochraňuje investice a zajišťují jejich návratnost výrobci, Snižují výrobní náklady, Udržují stejnou úroveň deklarované kvality, 14

15 Zajišťují spokojenost zákazníka a udržují dobrou pověst výrobce Klasifikace metod Metodické kategorie NDT: Vizuální, Magneticko elektrické, Pronikavé záření (radiace), Mechanické vibrace, Termální, Chemick /elektrochemické. 3.2 Vizuální metody (Visual Testing) Vizuální kontrola (VT) výrobků obnáší ve své podstatě zjištění a vyhodnocení povrchových vad svarových spojů, výkovků, odlitků a dalších výrobků. Její součástí jsou také kontroly rozměrů, drsností povrchů apod. Svojí podstatou může být nejjednodušší nedestruktivní kontrolou, pokud je prováděna jako kontrola přímá (prostým okem bez jakýchkoliv pomůcek) nebo značně náročná především z hlediska nákladů, pokud se jedná o vizuální kontrolu nepřímou. Pomocí VT se rovněž ověřuje splnění předepsaných požadavků na úpravu povrchu před následnými technickými operacemi. U všech NDT metod zkoušení je hlavním znakem zjištěných vad tzv. indikace, která se vyvolává u zkoušeného předmětu určitým fyzikálním postupem. Při vizuální kontrole je zdrojem pro indikaci lidské oko. [1] Zjištění nepravidelností, popřípadě vad výrobku se provádí buď posouzením pouhým zrakem bez pomůcek nebo s jednoduchými pomůckami (lupy, etalony povrchu apod.) nebo pomocí technických zařízení (endoskopy, foto nebo video kamery apod.). V obou případech však musí být kontrolovaný povrch dostatečně osvětlen denním nebo umělým světlem. [3] Základní podmínky pro správné vyhodnocení pomocí VT jsou: Dostatečná zraková schopnost pracovníka, 15

16 Vhodná úprava povrchu zkoušeného výrobku, Správné osvětlení Provedení VT Důležitým předpokladem pro provedení správné VT je dosažení dostatečného kontrastu mezi hledanými vadami a povrchem zkoušeného objektu. Kontrast může být vyvolán: Rozdíly v jasu, Rozdíly v barvě, Vrženým stínem. U rozdílu v jasu se dvě záření, která vyvolávají vjem vidění, barevně shodují. Ve druhém případě se rozlišují svou barevností. Kontrast jasu se nejčastěji vyjadřuje rovnicí: K L L O p = L (1) p Kde: L o je jas pozorovaného objektu [cd.m -2 ] L p je jas pozadí [cd.m -2 ] Je-li hodnota K > 0,5 považuje se kontrast za vysoký, při 0,2 < K 0,5 se mluví o středním kontrastu a při K 0,2 je kontrast nízký. Například bílé pozadí a černé písmo se obvykle vykazuje hodnotu K = 0,9. Při VT místní (zjištění detailu) by měl být poměrný kontrast přibližně K = 0,3 a při všeobecné kontrole pak 0,05. [3] Osvětlení při VT Hlavní podmínkou pro provedení jakékoliv VT je dostatečné osvětlení měřeného povrchu denním nebo umělým světlem, jež poskytuje zdroj světla. Jednotkou svítivosti světelného zdroje je kandela (cd) a intenzita osvětlení plochy pak v luxech (lx). Rozsahy intenzity osvětlení jsou uvedeny jako požadavek příslušných normách. Tento rozsah se pohybuje v rozmezí od 160 luxů do minimálně 500 luxů a více v závislosti na 16

17 kontrolovaném povrchu. Použitý zdroj světla je závislý na hodnotě kontrastu poskytovaný povrchem měřeného objektu. [3] Rozlišitelnost detailu při VT Z důvodu schopnosti vnímat detail prostým okem nebo mít možnost zaznamenávat jej technickými prostředky, musí detail mít: Určitou minimální velikost, Minimální kontrast vzhledem k pozadí, Optimální osvětlení. Tyto podmínky je možné dodržet s ohledem na základní provedení vizuální kontroly následujícími předpoklady: Přímá vizuální kontrola: Při přímé vizuální kontrole musí být lidské oko vybaveno dobrou zrakovou schopností vidění na blízko či na dálku a dostatečnou schopností rozlišovat barvy. Kontrolovaný objekt je nutno pozorovat po určitou dobu, aby oko bylo schopno detaily posoudit a vyhnout se tzv. optickému klamu. Obvykle se jedná o kontrolu místní, která je prováděna v případě dostatečného místa ze vzdálenosti menší než 600 mm (viz obr. 1). [1] Nepřímá vizuální kontrola: Obr. 1 Přímá vizuální kontrola [1] Při nepřímé vizuální kontrole, kdy snímačem informací není lidské oko, ale zařízení jako jsou kamery, videoskopy (obr. 2) aj., předpisy vyžadují prokázání zjistitelnosti detailu pomocí srovnávacích prostředků, jimiž jsou rozlišovací 17

18 obrazce různého typu (barevné nebo černobílé), tabule s liniemi nebo s drážkami apod. [1] Obr. 2 Videoskop [4] Faktory ovlivňující provedení VT Vlastnosti materiálu (fyzické rozměry a podmínky kontrolovaného objektu hrají roli pro provedení kontroly), Stav povrchu (základním požadavkem při VT je čistota povrchu tzn. odstranění všech nečistot z pozorovaného povrchu, které mohou zakrýt případné povrchové vady); Barva světla (pro zjištění vad má významnou roli barva dopadajícího světla); Textura povrchu (textura povrchu kontrolovaného materiálu je důležitá pro množství a kvalitu odraženého světla do očí kontrolora, např. hladký povrch může nepřijatelně oslňovat, naopak značně drsný povrch může vyžadovat speciální osvětlení); Únava kontrolora. [1] 18

19 3.2.5 Všeobecná pravidla pro VT v normách Provedení VT výrobků je zpracováno v evropských normách (EN), které jsou všechny vydány v českém jazyce Českým institutem pro normalizaci (ČSN) a lze je rozdělit následujícím způsobem: [1] Normy, které se zabývají terminologií, všeobecnými zásadami a zařízeními např. ČSN EN ; Normy, které se vztahují k určitým výrobkům (svary, odlitky, povrchy apod.) např. ČSN EN ISO 17637, ČSN EN ISO Využití VT z hlediska korozního napadení VT ploch napadených korozí se obvykle provádí bez optických pomůcek, ale za dostatečného osvětlení. Zde se využívá kontrastu vyvolaným jasem barvy a vrženým stínem (stíny rozličných barev). Další podmínkou je rovněž dostatečné vyčištění kontrolované plochy, odstranění volných okují, nátěrů, rzi a cizích látek. V praxi se využívá tzv. stupeň zarezavění. Stupně jsou definovány normou ISO a specifikují čtyři stupně zarezavění (jsou doplněny slovní definicí spolu s 28 reprezentativními fotografickými vzorky). U napadených míst korozí se sleduje hloubka korozního napadení pomocí hloubkoměrů. Hloubka koroze se definuje jako vzdálenost, jež je kolmá mezi bodem na povrchu korodujícího kovu a původního kovu. Důležité je i zjištění zbytku tloušťky stěny (potrubního systému nebo nádob) neporušeného korozí. [1] Zhodnocení VT Výhody: Jednoduchost provedení, U přímé vizuální kontroly jednoduché vybavení, Poměrně vysoká účinnost. 19

20 Nevýhody: Značná subjektivita metody, podmíněná zrakovými i psychickými vlastnostmi pracovníka. 3.3 Kapilární metoda (Penetrant Testing) Jedná se o jednu z nejstarších defektoskopických metod. U této metody se využívá kapilárních vlastností některých kapalin (penetrantů), ke zjištění povrchových vad materiálu jako jsou např. trhliny, studené spoje, porezita atd. PT neleze využít pro zjišťování vnitřních vad, které nemají s povrchem žádné spojení. Metodu PT lze využít pro téměř všechny druhy běžně využívaných materiálů (oceli, slitiny Cu, Al, keramika, plasty atd.). Naopak metodu nelze využít u porézních materiálů nebo na materiálech, které byly narušeny kapilárními prostředky. [1] Princip metody Na předem připravený (očištěný, odmaštěný a vysušený) zkoušený povrch součásti se nanese penetrant. Po určitou dobu se nechá penetrant působit vniká do případných necelistvostí. Po ukončení penetračního času se přebytečný penetrant odstraní a nanese se tzv. vývojka. Tato vývojka (oxid zinečnatý, hořečnatý atd.) působí jako absorbent ( piják ), nasává penetrant, který vniká do necelistvostí a zároveň vytváří požadované kontrastní pozadí. Pro získání potřebného kontrastu vzniklé indikace případné vady má vývojka vždy bílou barvu. Při následné kontrole jsou posuzovány dvojrozměrné indikace zjištěných necelistvostí. PT umožňuje zjistit povrchové vady, které jsou pouhým zrakem neviditelné. Detekční schopnost metody začíná při šířce vady jednotek tisícin milimetru (v závislosti na drsnosti povrchu, druhu přítomných vad, použité citlivosti zkušebního procesu apod.). [5] Existuje řada normovaných technologických postupů dle použitého penetrantu, způsobu penetrace, zviditelnění defektu a odstranění penetrantu. Základní metodickou sadou u EN norem je EN EN ISO až 4. Přípustnosti pro jednotlivé druhy zkoušených součástí jsou definovány dalšími návaznými normami např. u svařování se jedná o normu ČSN EN ISO Zjednodušený postup při PT je znázorněn na obr. 3. [5] 20

21 Obr. 3 Metoda PT [5] Metody PT Rozlišení metod podle způsobu označení a hodnocení vady: Metoda barevné indikace necelistvosti se projeví vznikem barevné indikace, která kontrastuje s jejím okolím. Hodnotí se při denním nebo umělém světle. Metoda fluorescenční vada se projeví při záření ultrafialového světla. Vada fluoreskuje zeleně nebo žlutozeleně a tím kontrastuje s tmavým okolím. Metoda dvouúčelová necelistvosti lze zviditelnit barevně nebo fluorescenčně, a podle druhu použitého osvětlení (bílé nebo UV světlo) Charakteristiky indikací u PT Dle vzhledu indikace necelistvostí (viz obr. 4) rozdělujeme na : Souvislé liniové trhliny, praskliny, studené spoje, u válcovaných materiálů; Přerušované liniové nevychází na povrch v celé své délce např. u výkovků; Okrouhlé vyskytují se v odlitcích (plynové dutiny, bodliny, vměstky) a u svarů na ukončeních housenky; Tečkované porezita, bodlivost, jemné řediny (shluky bodů); Rozptýlené bez ostrého ohraničení (difuzní). [6] 21

22 Obr. 4 Vzhled indikací u PT [6] Zhodnocení PT Výhody: Principiální a aplikační jednoduchost metody, Možnost kontrolování kovových, nekovových, magnetických i nemagnetických materiálů; Vybavení pro PT je poměrně levné; Vysoká univerzálnost (tvarová složitost, rozměry, chemické složení) nehrají zásadní negativní roli jako u jiných NDT. Nevýhody: Pouze materiály s relativně neporézním povrchem, Zjištění pouze povrchových vad, Nečistoty mohou zakrýt vady, Kontrolor musí mít přímý přístup k povrchu zkoušeného výrobku. [6] 3.4 Metoda vířivých proudů (Eddy Current Testing) ET metoda úzce souvisí s objevem elektromagnetické indukce (Michaelem Faradayem). Objevem bylo zjištěno, že při změnách magnetického pole dochází ve vodičích, nacházejících se v tomto poli, k indukci elektrického napětí. Toto elektrické napětí se nemusí indukovat přímo v elektrickém vodiči, ale v jakémkoliv elektricky vodivém prostředí, jež se nachází v působnosti magnetického pole. Jde-li o kompaktní elektricky vodivé těleso, pak se obecně v rovinách kolmých na vektor magnetické indukce indikují proudy, jež nazýváme vířivé proudy. [1] 22

23 ET je využívána pro zkoušení elektricky vodivých materiálů a má různé oblasti použití. Nejčastěji využití je při kontrole hutních polotovarů, při provozních kontrolách, dále v letectví a automobilovém průmyslu. Tato metoda patří mezi tzv. povrchové metody, to znamená, že je nejčastěji používána k hledání povrchových vad. Lze však hledat také vady v hloubce pod povrchem, třídit materiály na základě chemického složení, tepelného zpracování nebo měřit tloušťku nevodivých povlaků. [7] Princip metody Principem ET je využití snímače, obvykle složeného ze dvou cívkových systémů - budícího a snímacího (obr. 5). Budící (primární) cívkou prochází proud o vysoké frekvenci (používané frekvence se pohybují v řádech khz až MHz). V okolí budící cívky je vytvořeno střídavé magnetické pole (primární), které vyvolá ve zkoušeném materiálu tok tzv. vířivých proudů. Tyto vířivé proudy způsobí vytvoření tzv. sekundárního magnetického pole, které působí proti poli primárnímu. Magnetické pole způsobené střídavým proudem v budící cívce a magnetické pole způsobené vířivými proudy působí na měřící cívkový systém, v němž se indukuje napětí. Změní-li se vlastnosti zkoušeného předmětu (změna materiálu, výskyt vady atd.), nebo se změní vzdálenost snímače od zkoušeného povrchu, změní se i napětí v měřícím cívkovém systému (změna impedance cívky). Tato změna napětí přeruší část drah vířivých proudů tak, že se změní jejich zpětný účinek na budící pole. [1] Obr. 5 Princip metody ET [1] Metody ET Metoda s průchozí cívkou: 23

24 Zkoušení tyčového materiálu (tyče různého průměru, trubky, dráty atd. cca do průměru 150 mm). Schematické znázornění této metody je vyobrazeno na obr. 6. [6] Obr. 6 Metoda s průchozí cívkou [6] Metoda s příložnou cívkou: Cívka napájená střídavým proudem se radiálně přikládá k povrchu zkoušeného tělesa. Jedná se o využívanější metodu v mobilních podmínkách (viz obr. 7). Obr. 7 Metoda s přiloženou cívkou[6] Zhodnocení ET Výhody: Citlivé na malé trhliny a další defekty, Odhalí povrchové a podpovrchové vady, Měření dává okamžité výsledky, 24

25 Umožňuje vyšetření složitých tvarů a velikostí vodivých materiálů, Možnost automatizace kontrolního procesu. Nevýhody: Nemožnost indikace vad hluboko pod povrchem, Kontrolovány pouze vodivé materiály, Potřeba nastavení podle etalonu. 3.5 Magnetická metoda (Magnetic Particle Testing) MT patří mezi nejpoužívanější metody NDT. Hlavní využití je v automobilovém a leteckém průmyslu, dále pak v energetice a dopravě. Díky své relativní jednoduchosti a nenáročnosti na provádění je jednou z nejdůležitějších metod i při servisu provozovaných zařízení. MT jsou zjišťovány povrchové a podpovrchové vady typu trhlin, pórů, prasklin, vměstků apod. feromagnetických materiálů. Pro jiné než feromagnetické materiály nelze MT použít. [8] Princip metody Principem metody je zmagnetování objektu a vyhodnocení rozptylu magnetického toku v okolí defektu. Patřičným zmagnetováním feromagnetického materiálu dojde k jeho magnetickému nasycení. Nastane-li situace, že se ve zkoušeném materiálu objeví vada, odhalíme ji díky odlišným magnetickým vlastnostem - většinou bývá nemagnetická (vzduch v trhlině, plyn v póru, struska). V oblastu vady dochází k deformaci magnetického pole, jeho siločáry vystupují nad povrch. Vzniká tzv. rozptylový magnetický tok, kterým se šíří informace o místní změně magnetických vlastností. Na povrch materiálu se aplikuje jemný feromagnetický prášek, jenž se magneticky přichytí na povrch, avšak jen v místě rozptylového toku. Tento prášek vytvoří indikaci zobrazující reliéf rozptylového toku způsobeného vadou. Indikace se hodnotí na základě vizuálního vjemu barevného nebo jasového kontrastu. Schopnost metody detekovat tyto vady začíná při jejich velikosti v jednotkách tisícin milimetru. [8] Základní podmínkou při magnetování objektu je i správná orientace indukčních čar ve směru kolmém na směr předpokládané necelistvosti. Podélné magnetování 25

26 detekuje trhliny v materiálu příčně orientované a příčné magnetování podélně orientované (viz obr. 8 a 9). [2] Obr. 8 Vady u podélného magnetování [2] Obr. 9 Vady u příčného magnetování [2] Přehled způsobů magnetování Pólové (podélná) jhem: Toto je něco odbornýho, nebo to tam být nemá? Jde o všechny způsoby magnetování, při nichž se na koncích nebo alespoň na části zkoušeného předmětu vytvářejí magnetické póly, a to buď trvale, nebo jen na určitou dobu. Využití u indikování příčných vad, případně vad s převážně příčnou složkou. Na obr. 10 znázornění pólové magnetizace. [6] Obr. 10 Magnetizace pomocí magnetizační cívky [6] 26

27 Pólové (podélná) cívkou: Zkoušený předmět (nebo jeho část) je obklopen magnetovací cívkou viz obr. 11. Cívka je napájena stejnosměrným, střídavým nebo impulsním proudem a vytváří homogenní magnetické pole se dvěma póly. Předmět je magnetován podélně (zjišťování příčné necelistvosti). [6] Obr. 11 Podélná magnetizace [6] Proudové průchodem proudu Jde o druh cirkulárního magnetování. Zkoušeným předmětem nebo jeho části prochází elektrický proud přiváděný přiloženými elektrodami, což je patrné z obr. 12. Předmět je proudem příčně magnetován, takže jsou zjišťovány podélné necelistvosti. Proud může být stejnosměrný, střídavý nebo impulsní. Jeho intenzita se pohybuje od několika stovek do několika tisíc A, napětí je obvykle od 4 do 15 V. [6] Obr. 12 Magnetování průchodem proudu[6] Impulsní proudové či pólové: Magnetické pole v předmětu se vytváří buď proudovým impulsem, nebo se předmět vkládá do cívky buzené proudovými impulsy intenzity až A. Impuls trvá od 0,1 do 0,001 s. Při takto krátké době se nestačí vytvořit opaly, 27

28 takže je možno zkoušet i výrobky opracované na čisto. To je velkou výhodou impulsního magnetování. Kombinované současně proudově i pólově: Možnost zjištění necelistvosti libovolné orientace jediným pracovním pochodem. Podmínkou je použití současně magnetizace podélné i příčné tak, aby jimi vyvolaná magnetická pole byla vzájemně kolmá a časový průběh polí byl rozdílný. Schematické zapojení kombinovaného magnetování je zobrazeno na obr. 13. [6] Obr. 13 Kombinované magnetování [6] Zhodnocení MT Výhody: Možnost zkoušení velkého množství podobných částí (automatizace), Jednoduchá manipulace, Složité tvary mohou být testovány, Malé, jemné trhliny mohou být detekovány. Nevýhody: Využití pouze u feromagnetických materiálů, V některých případech nutná demagnetizace, Nutné zabránění popálení zkoušeného místa. [1] 28

29 3.6 Ultrazvuková metoda (Ultrasonic Testing) Metoda UT slouží ke zjišťování vnitřních necelistvostí, a to i ve velké hloubce pod povrchem zkoušeného materiálu. Umožňuje nejen zjištění přítomnosti vady, ale určuje i její polohu a velikost. Tento způsob zkoušení vznikl z potřeby zjišťovat vnitřní vady u rozměrných částí, které nebylo možné prozařovat, a u kterých tyto vady mohly vést k havárii již zhotovených výrobků. [9] Je využívána především pro zkoušení utvářených polotovarů, odlitků a svarů. Dalším významným uplatněním metody je při zkoušení různých druhů nekovových materiálů, jako jsou plasty a kompozity. Kromě vnitřních vad jako jsou trhliny, dvojitosti, dutiny apod. je možné zjišťování i vad povrchových. Výhodou metody je i její možná automatizace zejména u polotovarů různých tvarů a okamžité zobrazení výsledků zkoušky. [9] UT je pro své relativní náklady a přívětivost při sběru dat jednou z nejpoužívanějších metod NDT pro kontrolu jakosti a integritu hodnocení. Využívá se při detekci chyb, určení jejich velikostí, tvarů a umístění. Dalším využitím je měření modulu pružnosti zkoušeného materiálu. [10] Princip metody UT využívá skutečnosti, že pevné materiály (kovové i nekovové) jsou dobrými vodiči zvukových vln. Ultrazvukové vlny vyslané do materiálu se odrážejí od každého rozhraní, a tudíž i od vnitřních vad (nehomogenit). Čím vyšší je frekvence vlnění, tím menší vady je možno detekovat. Pro zkoušení se využívají frekvence od 0.5 MHz do 25 MHz. [10] Fyzikální základy Podstatou akustických metod jsou obecně akustické vlny, což jsou elastické kmity částic prostředí. Díky vlivu soudržných sil působících mezi částicemi se postupně tento pohyb přenáší z jedné částice na všechny částice v okolí. Pohyb se projevuje jako vlna (vlnění), jenž se šíří prostorem určitou rychlostí, závislou na mechanických vlastnostech prostředí. 29

30 Hlavní charakteristickou veličinou vlnění je délka vlny λ. Je to vzdálenost, kterou urazí vlna za dobu jedné periody T, patrné z rovnice 2. [1] c λ = c. T = (2) f kde: λ je vlnová délka [m] c je rychlost šíření vln [m.s -1 ] T je perioda [s] f je frekvence [Hz] Pro zkoušení materiálu ultrazvukem je podstatný akustický tlak p, který vyvolává vlnění v prostředí a je úměrný elektrickému napětí na elektrodách piezoelektrické sondy.[1] p = z. v (3) kde: p je akustický tlak [Pa] z je akustická impedance prostředí [Pa.s.m -1 ] v je rychlost kmitání částic okolo jejich rovnovážné polohy [m.s -1 ] Zdroje ultrazvuku Zdrojem umožňující vysílání ultrazvukového vlnění do zkoušeného materiálu je ultrazvuková sonda. Jedná se o elektroakustické zařízení obsahující jeden nebo více měničů, které transformují elektrickou energii na energii mechanickou (ultrazvukovou) a naopak (vysílací sonda/přijímací sonda). Pro účely zkoušení se nejčastěji využívají sondy s piezoelektrickým měničem (obr. 14) a v některých případech též sondy s magnetostrikčním měničem. [1] Obr. 14 Schematické zobrazení piezoelektrického měniče[1] 30

31 3.6.4 Metody UT Pro zjišťování vad v materiálu nebo výrobku se používají dvě základní zkušební metody: Odrazová: Vysílací sonda vyšle krátké ultrazvukové impulsy, které se odrážejí od protilehlého povrchu zkoušeného objektu a vracejí se zpět do vysílající sondy, jenž je současně i přijímačem (obr. 15). Tato metoda je vhodná pro kontrolu materiálů o tloušťce více než 10 mm (mrtvé pásmo) a pro měření tloušťky objektu. Obr. 15 Princip odrazové metody [1] Průchodová: Základem metody je měření hodnoty ultrazvukové energie, která projde zkoušeným objektem. Při měření se pracuje se dvojicí sond umístěných na ose protilehlých stran zkoušeného objektu. Jedna sonda vysílá ultrazvukové vlnění a druhá sonda přijímá jeho část prošlou materiálem (obr. 16). Metoda se používá u materiálů těžko prozvučitelných (pryže) a u materiálů s menší tloušťkou stěn. [11] 31

32 Obr. 16 Princip průchodové metody[11] a) materiál bez vady b) materiál s vadou Zhodnocení UT Výhody: Zkoušení povrchových i vnitřních vad, Možnost měření hlubších vrstev materiálu než u ostatních metod, Přesná lokalizace a odhad vad, Okamžité výsledky. Nevýhody: Problematické pro hrubé, nepravidelné, malé, příliš tenké či nehomogenní vzorky; Vysoký podíl šumu a špatný přenos signálu pro materiály s hrubozrnou strukturou; Nutné standarty pro kalibraci a charakterizaci chyb. 3.7 Prozařovací metoda (Radiographic Testing) RT umožňuje získání trvalého obrazu vnitřních vad materiálu (zejména objemových). Obvyklé oblasti využití této metody jsou: kontroly svarů, odlitků ( i tvarově velmi složitých), elektrotechnický průmysl a stavební průmysl. Díky své průkaznosti a trvalému záznamu je jednou z nejdůležitějších metod při kontrole zařízení s vysokou mírou nebezpečnosti (tlakové nádoby, letecký průmysl apod.). Podstatou radiografie je využití schopností X a gama záření, které dokáže procházet kovy i jiným materiály a také jejich možností vytvoření fotografického záznamu o přenosu této energie. [1] 32

33 3.7.1 Princip metody Metoda spočívá v prozařování materiálu jedním z uvedených typů záření a v následném zviditelnění prošlého zeslabeného záření pomocí vhodného detektoru intenzity záření, který je situován za zkoušený materiál. Zeslabení intenzity záření záleží na hustotě materiálu a na jeho tloušťce. Je-li tloušťka zkoušeného materiálu zeslabena ve směru záření vadou o určité velikosti a vhodného směru, dopadne v průmětu vady na použitý detektor záření o větší intenzitě než v ostatních částech. Vznikne reliéf intenzity (reliéf kontrastu), ze kterého lze vyvodit na rozměrové charakteristiky. Podle druhu použitého detektoru záření se vada zobrazí buď jako tmavší skvrna na světlejším pozadí (při použití radiografického filmu), nebo jako světlejší bod na tmavším pozadí (při zobrazení na obrazovce monitoru). [1] Rozdělení RT dle druhu detektoru Radiografická metoda: Nejpoužívanější prozařovací metoda. Záření prošlé kontrolovaným materiálem je zachycováno na speciální radiografický film, patrné na obr. 17. Působením záření vzniká v citlivé vrstvě filmu neviditelný obraz. Díky fotochemickému zpracování je získán viditelný negativní obraz. [1] Obr. 17 Princip radiografie [1] Radioskopická metoda: Principem je zobrazení obrazu prošlého zkoušeným materiálem na fluorescenčním stínítku nebo na obrazovce monitoru (rentgenotelevizní systém) viz obr. 18. Tato metoda se využívá u sériové kontroly výrobků (odlitky, svary). [1] 33

34 Obr. 18 Rentgenotelevizní systém [1] Radiometrická metoda: Měří se lokální změny intenzity záření, které projde pouze určitou částí zkoušeného materiálu. K detekci prošlého záření se používají speciální dozimetrické přístroje, jenž jsou citlivé na změny intenzity. [1] Zhodnocení RT Výhody: Zkoušení povrchových i vnitřních vad Kontrola prakticky všech materiálů Kontrola složitých tvarů a struktury bez demontáže Nevýhody: Poměrně nákladné investice do přístrojů Potřebný přístup k oběma stranám kontrolované součásti Možné radiační nebezpečí na personál 34

35 4 AKUSTICKÁ EMISE (ACOUSTIC EMISSION) Testování s využitím AE je považováno za perspektivní metodu hodnocení stavu materiálu konstrukcí. Na rozdíl od jiných metod NDT umožňuje detekovat poruchy nebo změny v materiálu při zatížení bezprostředně v procesu jejich vzniku a rozvoje. Zkoušení pomocí AE patří mezi globální metody. Díky relativně malému počtu snímačů AE je možné kontrolovat stav celého objektu. Tato metoda dokáže v časnou dobu detekovat nahromaděné mikropoškození uvnitř materiálu během jeho provozu. [1] V nejširším pohledu představuje metoda AE širokou škálu možných aplikací, a to od základních nejjednodušších aplikací, při kterých je cílem jen zjištění, zdali probíhá, či neprobíhá AE, až po aplikace s využitím techniky digitalizace signálu a jejich vyhodnocení. Příkladem mohou být provozní kontroly konstrukcí, strojů a monitorovaní technologických procesů. Nezanedbatelný význam má AE i pro výzkum a vývoj, kam spadají také mechanické zkoušky materiálů.[2] Typické NDT metody sledují stav porušení, cílem je vhodné zviditelnění přítomnosti vad v materiálu. Přítomnost těchto vad se projeví změnou intenzity záření, změnou toku vířivých proudů, zviditelněním defektu penetrační kapalinou aj. Metoda AE zjišťuje a charakterizuje rozvoj procesu, pracuje s cílem snímání akustické aktivity (plastické deformace, iniciace a rozvoj trhlin, šíření koroze atd.). Dále lokalizuje a hodnotí aktivity vad a rozvoj procesů pouze v jejich průběhu. Měření pomocí metody AE je prováděno dle evropských norem, které přijala také ČR (ČSN EN , ČSN EN a ČSN EN 13554). [1] 4.1 Princip metody AE je fyzikální jev, při kterém dochází v určitých místech materiálu z důvodu dynamických procesů stimulovaných vnitřními, nebo vnějšími silami, k uvolňování materiálem naakumulované energie ve formě tranzitních napěťových vln. Vlny se šíří tělesem od místa zdroje vlny na volný povrch. Průchodem napěťové vlny se část uvolněné energie změní na teplo, další část vyvolá na povrch Rayleighovu vlnu a zbytek energie se vrací zpět do materiálu prostřednictvím odražené vlny. Tento jev je vyobrazen na obr. 19. Vlnění na povrchu je pak vhodným ultrazvukovým snímačem snímáno a převedeno na elektrický signál, jenž se nazývá emise. Vlny emise mají 35

36 různou frekvenci. Za typické frekvenční pásmo při měřením AE se nejčastěji uvádí 20 khz až 1 MHz. [1] 4.2 Základní pojmy AE Obr. 19 Princip jevu a citlivost AE [1] Emisní událost Jedná se o fyzikální dynamický ráz, který způsobuje vznik AE (dynamický vznik trhlin, dislokace atd.). [1] Emisní signál Detekcí rázové vlny jedné události AE vzniká v měřeném signálu jeden izolovaný hit elektrického signálu AE. Sled jednotlivých časově izolovaných hitů vytváří praskavý signál AE. Spektrum impulzů je nejčastěji typu tlumených kmitů s poměrně velkou amplitudou (obr. 20). Zdrojem nespojitého signálu AE může být měnící se trhlina v materiálu. [1] 36

37 Obr. 20 Schéma nespojitého signálu AE [9] Existují i procesy, kdy působí mnoho událostí AE ve stejnou dobu. Akustické vlny od jednotlivých událostí se časově překrývají, sčítá a vzniká tak akustický šum, tzv. spojitá AE. Spojitá AE má charakter šumu vzájemně překrývajících se vln několika událostí AE (viz obr. 21). Spojitý signál může být generován řadou fyzikálních jevů, většinou charakterizující se malou amplitudou např. plastickou deformací. Hodnoty spojitého signálu vyhodnocujeme jako střední parametry z určené časové doby. [1] Obr. 21 Schéma spojitého signálu AE [1] Zdroj AE Jde o fyzikální původ jedné či více událostí AE, např. plastická deformace doprovázené poskoky dislokací, dále pak může jít o únik média pod tlakem, proces rozvoje porušení materiálu atd. [1] 37

38 4.2.4 Kaiserův jev Tento jev je charakterizován nevratností procesů, které jsou zdroji AE. Při namáhání struktury dochází nejdříve k elastické deformaci. Až při následném překročení meze kluzu vznikají plastické deformace a tím i vlny nutné pro zjištění AE. Při opakovaném namáhaní nebudou detekovány vlny do doby překročení předchozího zatížení (viz obr. 22) [1] 4.3 Měřící trasa AE Obr. 22 Kaiserův jev [1] Schematické znázornění přenosu signálu od zdroje AE přes základní články měřící soupravy k jeho výslednému vyhodnocení je zobrazeno na obr. 23. Obr. 23 Schéma přenosové trasy AE od zdroje k vyhodnocení [1] 38

39 4.3.1 Snímače AE Nejčastěji využívanými snímači ke zjištění AE vln jsou ty s piezoelektrickými elementy (viz obr. 24). Tento snímač funguje tak, že při jeho deformaci při průchodu vlny vzniká v elektrodách vysunutí náboje, a tím napětí. Odtud je napětí přenášeno na vstup předzesilovačů. [1] Obr. 24 Schéma piezoelektrického snímače [12] Mezi další typy snímačů používaných pro měření AE patří snímače kapacitní, elektromagneto akustické a optické Předzesilovače AE Jejich účelem v přenosové trase AE je zesílení primárního signálu ze snímače, jenž je slabý jak co do napětí, tak co do indukovaného náboje. Zesílení předzesilovačů se může pohybovat v rozmezí od 10 do 60 db. Další funkcí předzesilovačů je frekvenční filtrace. [1] Kabelové trasy Prostředky přenosu zesíleného signálu od předzesilovačů k měřícímu systému, a to až na vzdálenost několika set metrů. Krátké kabely (v řádech desítek metrů) mají ztráty signálu minimální, u kabelů dlouhých stovky metrů dochází od vyšších frekvencí k většímu útlumu signálu (útlum roste s frekvencí). [1] 39

40 4.3.4 Měřící systém AE V systému probíhá závěrečná úprava analogového signálu před vyhodnocením (tj. digitalizace a následné zpracování signálním procesorem). Jedná se především o konečnou frekvenční filtraci signálu a zesílení nebo utlumení. [1] 4.4 Vyhodnocení parametrů signálu AE Informativní úroveň Při této úrovni je hodnocena samotná přítomnost, aktivita AE, resp. intenzita detekovaného signálu. Dále pak začátek a konec aktivity AE, resp. základní trendy aktivity a intenzity, a to převážně v souvislosti s významnými vnějšími faktory souvisejícími s monitorovaným procesem zdroje AE. [1] Standardní úroveň Vyhodnocuje typické, základní, obvyklé parametry výsledného elektrického signálu AE. Standardní vyhodnocení je možné přibližně sloučit s hodnocením parametru AE v časové vyjádření. Vychází ze signálů rezonančního snímače a jsou při ní hodnoceny obálkové parametry amplitud kmitů signálu (resp. RMS). [1] Pokročilá úroveň Představuje moderní vyhodnocení zcela digitalizovaných signálů AE. Pokročilé vyhodnocení je využíváno především na signálu frekvenčně širokopásmovém na základě úplné digitalizace signálu AE. [1] Základní parametry spojitého signálu V případě spojitého signálu AE jsou vyhodnocovány střední parametry ze zvoleného časového úseku. Většinou se jedná o tyto základní charakteristiky: [1] RMS efektivní hodnota, jenž charakterizuje energii nebo výkon signálu, je měřena v mv, Frekvenční spektrum signálu vypočtené zcela z digitalizovaného signálu se stává nejrozšířenějším způsobem, 40

41 Počet překmitů přes NC nad danou prahovou úroveň - jedná se o množství překmitů (countů) signálu přes danou prahovou úroveň za daný čas Základní parametry nespojitého signálu Hity nespojitého (praskavého) signálu se vybírají a vyhodnocují samostatně. Základní parametry hitů AE jsou znázorněny na obr. 25.[1] Obr. 25 Základní parametry nespojitého signálu AE [1] TI - čas počátku kmitu čas prvotního překročení prahu signálu, TE - čas konce hitu čas posledního poklesu signálu pod práh AE, TM - čas maxima čas dosažení maximální amplitudy hitu, AM maximální amplituda hitu, TH práh detekce hitu. Z hodnot TI, TM A TE lze určit: RST - doba náběhu hitu, DRT doba trvání náběhu hitu, RDT doba odeznění hitu. 4.5 Lokalizace události AE Při měření AE je obvykle používáno více snímačů a vícekanálové měřící systémy AE. Snímače AE umístěné na konstrukci tvoří měřící síť, která umožňuje lokalizaci místa původu emisní aktivity. Lokalizace je založena na časovém rozdílu příchodu elastických vln dané emisní události do různých snímačů sítě. [1] 41

42 4.5.1 Lineární lokalizace K určení místa vzniku emisní události je využíváno příchodu elastických vln do dvou snímačů. Využívá se k lokalizaci zdroje nacházejícího se na spojnici těchto snímačů. Od zdroje se šíří vlny AE ke snímačům umístěných na různých místech. Při dané rychlosti šíření vln dorazí signál do prvního snímače s jistým zpožděním t oproti druhému snímači. Díky známé rychlosti, při které se vlny šíří měřeným objektem, lze dopočítat lineární polohu zdroje události. [1] Plošná lokalizace Tato lokalizace vyžaduje příchod elastických vln do minimálně tří snímačů. Známe-li časové rozdíly příchodu těchto vln do různých snímačů a rychlost šíření akustických vln, lze určit místo vzniku emisní události. [1] Neuronové sítě Lokalizace zdrojů akustické emise (AE) procedurami využívajícími umělé neuronové sítě (ANN) je vysoce efektivní alternativou ke klasickým triangulačním algoritmům. Mezi hlavní problémy patří především sběr dostatečného množství reprezentativních tréninkových dat a nepřenositelnost konkrétní naučené sítě na jiné úlohy. Jako řešení obou problémů se v poslední době osvědčila metoda na bázi ANN, využívající tzv. časové profily. Tento způsob charakterizace časů příchodů signálů k jednotlivým snímačům umožňuje učení ANN na numerických modelech s následnou aplikací na reálné konstrukce různých měřítek a materiálů. Jedná se o nejmodernější metodu pro lokalizaci pomocí AE. [1] 4.6 Zhodnocení AE Výhody: Indikuje pouze ty defekty, které jsou při daném namáhání aktivní (nejnebezpečnější); AE je metoda integrální. Objekt je měřen všude v doslechu senzorů. Defekty jsou lokalizovány, odděleny od naměřených dat a zpracovány pro sledování 42

43 jejich dynamiky v čase k predikci životnosti nebo úpravy servisního intervalu sledovaného objektu. Metoda umožňuje určit, zda je vada aktivní. Konvenční metody vady naleznou, ale nesledují jejich dynamiku a vývoj. Tato výhoda akustické emise umožňuje získat okamžitý (on-line) náhled na stav sledovaného objektu. Nevýhody: Metoda AE poukazuje na porušení pouze během jeho průběhu, nedetekuje statické, neaktivní defekty; Pomocí metody AE nejsme schopni zjistit bližší informace o druhu trhliny Zkouška AE není opakovatelná (aktivita defektů je jev nevratný); Při šíření akustické vlny od zdroje dochází k celé řadě ovlivnění (tvarem součásti, homogenitou materiálu, způsob přichycení snímače atd.). 43

44 5 KOROZE Při styku s okolním prostředím podléhají téměř všechny materiály, které jsou člověkem využívány k výrobě svých potřeb, více či méně rychlému rozrušování. Toto rozrušování je způsobeno jak chemickým vlivem prostředí na materiál, tak fyzikálními nebo biologickými vlivy Korozi lze definovat jako samovolné, postupné rozrušení kovových či nekovových, organických i anorganických materiálů (např. plasty či přírodní materiály) vlivem chemické nebo elektrochemické reakce s okolním prostředím za určité teploty a tlaku. Jednotlivá prostředí se odlišují svými korozními účinky na materiály, a to jak korozním mechanismem, tak intenzitou jejich degradace. Nejčastějšími důsledky koroze jsou úbytek materiálu vznikem korozních zplodin na povrchu součásti, proděravění materiálu při zjištění koroze na malou plochu a vznik strukturní koroze. [nnn] Správné určení a popis korozního napadení jsou nezbytné podmínky pro přesnou analýzu příčin jeho vzniku. V zásadě lze korozi třídit z několika pohledů: podle vzhledu, místa vzniku, korozního prostředí, fyzikálních podmínek vzniku, korozních produktů, rozsahu poškození, druhu chemické reakce a podle hlavního poškozovacího děje. [13] 5.1 Chemická koroze Chemická koroze kovů je samovolná vzájemná interakce kovu s korozním prostředím, při které oxidace kovu a redukce oxidující složky prostředí probíhají současně. K chemické korozi patří koroze v plynných prostředích za normálních a zvýšených teplot a v elektricky nevodivých kapalných prostředích. Produkty chemické koroze zpravidla vytvářejí vrstvy přímo na těch místech, kde k reakci došlo. Chemickou korozi zapříčiňují plyny oxidačního nebo redukčního charakteru. Oxidační nebo redukční účinek plynů závisí na chemických a termodynamických vlastnostech reagujících látek, na rovnovážné konstantě reakce a na reakčních podmínkách [14]. 44

45 Zvláštnost chemické koroze je v tom, že produkty korozní reakce tvoří vrstvu korozních zplodin přímo na těch místech, kde k reakci došlo. Na její jakosti a možnosti průniku korozních činitelů vrstvou závisí její další růst, a tím i rychlost koroze [13]. 5.2 Elektrochemická koroze Elektrochemická koroze kovů je samovolný proces vzájemné interakce kovu s okolním elektricky vodivým prostředím (elektrolytu), při kterém ionizace atomu kovu a redukce oxidační složky korozního prostředí probíhají současně a jejich rychlosti závisejí na hodnotě elektrodového potenciálu [13]. Elektrochemická korozní reakce v sobě vždy zahrnuje dvě dílčí reakce anodovou a katodovou. Obě reakce jsou na sobě závislé a nemohou probíhat samostatně, pokud korodujícím kovem neprochází žádný vnější proud, což je dáno požadavkem elektroneutrality. Anodická reakce odpovídá oxidaci kovu a tedy vlastní korozi. Katodická reakce odpovídá současné redukci některé oxidující složky obsažené v roztoku. Jestliže anodická reakce je zdrojem elektronů, pak katodická reakce musí právě stejné množství elektronů spotřebovat, jinak by docházelo ke hromadění elektrického náboje. Tento náboj by posunul ihned potenciál elektrody v tom smyslu, že by se rychleji probíhající reakce opět přibrzdila. Základní reakce každého elektrochemického korozního děje je charakterizována přechodem kovu do roztoku v podobě kladně nabitých iontů, přičemž elektrony zůstávají v kovu a nabíjejí ho záporně (patrné na obr. 26). [13] Obr. 26 Průběh elektrochemické koroze oceli [15] 45

46 Vznikne-li při korozním ději na povrchu ochranná vrstva (většinou velmi stabilních oxidů), jedná se o pasivitu. Pasivita umožňuje vznik poměrně vysoké korozní odolnosti materiálu způsobený zbrzděním anodového děje ionizací kovu v dané potenciální oblasti, ve které kov nekoroduje. Některé kovy jsou pasivovány poměrně snadno, a to zejména chrom, který proto tvoří základní složku korozivzdorných ocelí. Příznivý vliv na korozní vlastnosti korozivzdorných ocelí má také Cu, Mo, Si, Ni Ti, Al atd. [15] Elektrochemická ušlechtilost Elektrochemická ušlechtilost kovů charakterizuje tzv. standardní elektrodový potenciál, tj. snaha kovů přecházet do iontového (oxidovaného) stavu a uvolňovat elektrony. Ušlechtilejší kovy mají tuto snahu menší, než kovy méně ušlechtilé. Sestavení kovů dle jejich elektrochemické ušlechtilosti je patrné na obr. 27. [15] Obr. 27 Elektrochemická ušlechtilost kovů [15] 5.3 Vybrané druhy korozního napadení Největší vliv určitých faktorů při různých podmínkách interakce kovu s prostředím se projevuje nejen různou rychlostí koroze, ale i rozdílnými druhy korozního napadení. Degradace materiálů korozí je projevována změnou jeho vzhledu, úbytkem hmotnosti, tvorbou korozních produktů, úplným rozpadem materiálu, nebo jeho změnami, které nejsou sice tak zjevné (např. ztráta pevnosti, tažnosti, vznik mikrotrhlin), ale projeví se za delší dobu. [13] 46

47 5.3.1 Rovnoměrné napadení Jedná se o korozi probíhající téměř stejnou rychlostí na celém povrchu, který je ve styku s korozním prostředím, viz obr. 28. Projevuje se hmotnostním úbytkem korodujícího kovu ms, který se vztahuje na jednotku plochy [g m -2 ]: mo mk m = s (4) S kde: m o je hmotnost kovu před korozní interakcí [g] m k je hmotnost kovu po ukončení korozní interakce a bez korozních produktů [g] S je plocha povrchu korodujícího kovu [m 2 ] Obr. 28 Rovnoměrná koroze [13] Nerovnoměrná koroze Soustředěná zejména na jednotlivých oddělených místech kovového povrchu, který je vystaven koroznímu prostředí (viz obr. 29). Do kategorie nerovnoměrné koroze spadá několik druhů korozního napadení, pro příklad bylo pár z nich popsáno níže. Obr. 29 Nerovnoměrná koroze [13] Bodová a důlková koroze: Příčinou vzniku je lokální zvýšení korozní aktivity kovového povrchu tvořící epicentra korozního procesu. Napadána je pouze malá část povrchu, ale proniká do větší hloubky. Konečným výsledkem je proděravění materiálu. Důlková koroze (d > L) je zvláštním druhem bodové koroze (d < L) viz obr