Nauka o materiálu. Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie



Podobné dokumenty
NEDESTRUKTIVNÍ ZKOUŠKY SVARŮ

ZKOUŠENÍ MATERIÁLU. Defektoskopie a technologické zkoušky

NAUKA O MATERIÁLU I. Přednáška č. 03: Vlastnosti materiálu II (vlastnosti mechanické a technologické, odolnost proti opotřebení)

Seznam platných norem NDT k

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

2. přednáška. Petr Konvalinka

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

Seznam platných norem z oboru DT k

Nedestruktivní zkoušení - platné ČSN normy k

Ultrazvuková defektoskopie. Vypracoval Jan Janský

CHARAKTERIZACE MATERIÁLU POMOCÍ DIFRAKČNÍ METODY DEBYEOVA-SCHERREROVA NA ZPĚTNÝ ODRAZ

Vlastnosti, které souvisí se zpracováním materiálu na výrobek. VÝBĚR VHODNÉ TECHNOLOGIE

OVMT Zkoušky bez porušení materiálu

Fyzika, maturitní okruhy (profilová část), školní rok 2014/2015 Gymnázium INTEGRA BRNO

Nauka o materiálu. Přednáška č.5 Základy lomové mechaniky

18MTY 1. Ing. Jaroslav Valach, Ph.D.

Maturitní témata fyzika

EXPERIMENTÁLNÍ MECHANIKA 2

Kontrola povrchových vad

VÍŘIVÉ PROUDY DZM

Nauka o materiálu. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

UČIVO. Termodynamická teplota. První termodynamický zákon Přenos vnitřní energie

Fyzika - Sexta, 2. ročník

Poškození strojních součástí

Profilová část maturitní zkoušky 2017/2018

- Uvedeným způsobem získáme obraz na detektoru (v konvenční radiografii na radiografickém filmu).

Jaký obraz vytvoří rovinné zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, stejně velký. Jaký obraz vytvoří vypuklé zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, zmenšený

Mechanické vlastnosti technických materiálů a jejich měření. Metody charakterizace nanomateriálů 1

RADIOGRAPHIC TESTING ÚVOD DOPORUČENÉ MATERIÁLY DEFINICE URČENÍ DÉKLA ŠKOLENÍ. Sylabus pro kurzy radiografické metody dle systému ISO / 3

Nauka o materiálu. Přednáška č.10 Difuze v tuhých látkách, fáze a fázové přeměny

Nauka o materiálu. Přednáška č.3 Pevnost krystalických materiálů

4. V jednom krychlovém metru (1 m 3 ) plynu je 2, molekul. Ve dvou krychlových milimetrech (2 mm 3 ) plynu je molekul

DOPORUČENÁ LITERATURA KE KVALIFIKAČNÍM A RECERTIFIKAČNÍM ZKOUŠKÁM:

OVMT Mechanické zkoušky

Poruchy krystalové struktury

Zápis z jednání OS v Brně

CZ.1.07/1.5.00/

OVMT Zkoušky bez porušení materiálu

Srovnání cyklických vlastností Al a Mg slitin z hlediska vybraných NDT postupů

Autor: Bc. Tomáš Zavadil Vedoucí práce: Ing. Jaroslav Pitter, Ph.D. ATG (Advanced Technology Group), s.r.o

Tabulace učebního plánu. Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : Fyzika. Ročník: I.ročník - kvinta

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.3 Pevnost krystalických materiálů

VYHODNOCOVÁNÍ RADIOGRAFICKÝCH ZKOUŠEK POMOCÍ VÝPOČETNÍ TECHNIKY

Maturitní otázky z předmětu FYZIKA

3. Vlastnosti skla za normální teploty (mechanické, tepelné, optické, chemické, elektrické).

Výzkumný a zkušební ústav Plzeň s.r.o. Zkušební laboratoř Tylova 1581/46, Plzeň

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření

DOM - ZO 13, s.r.o., školící středisko NDT. TD401-F701 Osnova kurzů NDT

LETECKÉ MATERIÁLY. Úvod do předmětu

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

P5: Optické metody I

Elektrická vodivost - testové otázky:

A U T O R : I N G. J A N N O Ž I Č K A S O Š A S O U Č E S K Á L Í P A V Y _ 3 2 _ I N O V A C E _ _ Z K O U Š K Y M A T E R I Á L U _ P W P

Nedestruktivní defektoskopie

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce

ZKOUŠENÍ KOVOVÝCH MATERIÁLŮ

Okruhy k maturitní zkoušce z fyziky

- Princip tenzometrů spočívá v měření změny vzdálenosti dvou bodů na povrchu tělesa vlivem jeho zatížení.

Učební texty z fyziky 2. A OPTIKA. Obor zabývající se poznatky o a zákonitostmi světelných jevů. V posledních letech rozvoj optiky vynález a využití

FYZIKA 2016 F.. Strana 1 (celkem 6)

Houževnatost. i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie)

Výzkumný a zkušební ústav Plzeň s.r.o. Zkušební laboratoř Tylova 1581/46, Plzeň

Stavebnictví Energetika Tlaková zařízení Chemickz průmysl Dopravní prostředky

Elektrodynamika, elektrický proud v polovodičích, elektromagnetické záření, energie a její přeměny, astronomie, světelné jevy

2. Mezní stavy. MS porušení

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Hodnocení mechanických vlastností slitin na bázi Al a Mg s využitím metody AE

Výzkumný a zkušební ústav Plzeň s.r.o. Zkušební laboratoř Tylova 1581/46, Jižní Předměstí, Plzeň

TEORIE TVÁŘENÍ. Lisování

Charakteristika. Vlastnosti. Použití NÁSTROJE NA TLAKOVÉ LITÍ NÁSTROJE NA PROTLAČOVÁNÍ NÁSTROJE PRO TVÁŘENÍ ZA TEPLA VYŠŠÍ ŽIVOTNOST NÁSTROJŮ

Úvod. Povrchové vlastnosti jako jsou koroze, oxidace, tření, únava, abraze jsou často vylepšovány různými technologiemi povrchového inženýrství.

Svařování tlakem Podstata metody záleží ve vzájemném přiblížení spojovaných součástí na vzdálenost odpovídající řádově parametru krystalové mřížky.

ZKOUŠKY MECHANICKÝCH. Mechanické zkoušky statické a dynamické

Speciální metody obrábění

Maturitní otázky z předmětu FYZIKA

5.0 ZJIŠŤOVÁNÍ FÁZOVÝCH PŘEMĚN

5.5 Vzdělávací oblast - Člověk a příroda Fyzika Blok přírodovědných předmětů - Fyzika

Téma 2 Napětí a přetvoření

NAUKA O MATERIÁLU I. Zkoušky mechanické. Přednáška č. 04: Zkoušení materiálových vlastností I

Netřískové způsoby obrábění

Vlastnosti kapalin. Povrchová vrstva kapaliny

1. přednáška OCELOVÉ KONSTRUKCE VŠB. Technická univerzita Ostrava Fakulta stavební Podéš 1875, éště. Miloš Rieger

Mechanika kontinua. Mechanika elastických těles Mechanika kapalin

Jméno: St. skupina: Datum cvičení: Autor cvičení: Doc. Ing. Stanislav Věchet, CSc., Ing. Petr Liškutín, Ing. Martin Petrenec,

ZVUKOVÉ JEVY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie

12. Struktura a vlastnosti pevných látek

Nauka o materiálu. Přednáška č.2 Poruchy krystalické mřížky

Elektřina: Elektrostatika: Elektrostatika: Elektrostatika: Analogie elektřiny s mechanikou: Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou.

ČSN EN ISO 472 ČSN EN ISO

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Obrábění. Název: Téma: Fyzikální metody obrábění 2. Ing. Kubíček Miroslav. Autor:

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

Elektřina. Elektrostatika: Elektrostatika: Elektrostatika: Analogie elektřiny s mechanikou: Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou.

Základní vlastnosti stavebních materiálů

Měření ve stíněné komoře

SEZNAM TÉMAT K ÚSTNÍ PROFILOVÉ ZKOUŠCE Z TECHNOLOGIE

České vysoké učení technické v Praze Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská. Příloha formuláře C OKRUHY

Tváření. produktivní metody výroby polotovarů a hotových výrobků, které se dají dobře mechanizovat i automatizovat (velká výkonnost, minimální odpad)

DIAGNOSTICKÝ SYTÉM M PRO KONTROLU ITÍM M METODY AKUSICKÉ EMISE

Mgr. Ladislav Blahuta

OVMT Zkoušky bez porušení materiálu

Evropský sociální fond "Praha a EU: Investujeme do vaší budoucnosti"

Transkript:

Nauka o materiálu Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Příčiny vzniku zbytkových napětí V konstruktérské a výpočtářské praxi je obvykle materiál považován za homogenní izotropní kontinuum. K deformaci těles a vzniku napjatosti dochází zejména z důvodu: 1. Vzájemného silového působení těles 2. Působením teplotního pole - homogenního (napjatost vzniká, je-li zabráněno teplotní dilataci tělesa) - nehomogenního (vznik napjatosti i v případě volné teplotní dilatace tělesa) Není-li v daném případě splněna podmínka plasticity, jsou působící napětí v pružné oblasti a po odstranění příčiny svého vzniku zcela vymizí. 2 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Příčiny vzniku zbytkových napětí Jestliže dojde ke vzniku pružně plastického stavu v některém bodě tělesa, potom po odstranění příčiny vzniku napjatosti (silová, deformační či teplotní), zůstanou v tělese jistá zbytková (residuální) napětí. Výslednice vnitřních sil v daném průřezu je potom nulová!!! Př: Přitlačení silou F=90kN Po odlehčení (F=0kN) 3 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

V konstrukčních materiálech existuje v důsledku jejich technologie výroby téměř vždy jistá zbytková napjatost. Zbytková napětí mohou být: 1. Užitečná např. kuličkováním se vnesou tlaková napětí v povrchové vrstvě, která vedou k prodloužení životnosti součásti. 2. Škodlivá vznik trhlin, napěťová koroze, snížení meze únavy či křehkolomové odolnosti (negativní vliv zejména u tahových zbytkových napětí). Důsledky zbytkové napjatosti Vysoká tahová napětí, vyvolaná například v okolí svarů chladnutím a fázovými transformacemi, mohou způsobit vznik trhliny i bez dodatečného působení vnějších sil. Vyšetřování zbytkových napětí je tedy v tech. praxi důležité. 4 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Klasifikace zbytkových napětí Dle velikosti objemů, v nichž se zbytková napětí nemění co se týče velikosti a směru působení, lze kategorizovat dle Macheraucha a Tietze: 1. Zbytková napětí I. druhu (makroskopická) jsou přibližně homogenní v makroskopické oblasti (v mnoha zrnech) materiálu. 2. Zbytková napětí II. druhu (mikroskopická) jsou přibližně homogenní v oblastech srovnatelných s velikostí jednotlivých zrn. 3. Zbytková napětí III. Druhu (submikroskopická) - jsou nehomogenní i v oblastech srovnatelných s meziatomovými vzdálenostmi. 5 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Klasifikace zbytkových napětí Zbytková napětí I. druhu jsou podle tohoto obr. střední hodnotou zbytkových napětí působících v mnoha zrnech. Zbytkové napětí II. druhu představuje rozdíly mezi zbytkovým napětím I. druhu a středními hodnotami zbytkových napětí v jednotlivých zrnech. Zbytková napětí III. druhu odpovídají změnám skutečných místních zbytkových napětí kolem zbytkových napětí II. druhu. 6 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Příčiny zbytkových napětí dle klasifikace Zbytková napětí I. druhu mohou být způsobena například: - výrobní technologií (obrábění, spojování, lití, tváření, tepelné zpracování, povrchové úpravy povrchu) - montážním, dopravním, provozním, zkušebním či jiným zatížením různého charakteru Zbytkové napětí II. druhu vznikají: - při tepelných procesech v materiálu s fázemi majícími rozdílné hodnoty teplotních součinitelů délkové roztažnosti - při deformaci materiálu skládajícího se buď z jedné fáze (jejíž zrna jsou však různě orientovány k silovému toku a jejichž mez kluzu je anizotropní) nebo z více fází s různými mech. vlastnostmi Zbytková napětí III. druhu: - jsou důsledkem strukturních poruch (bodových, čárových, ) 7 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Experimentální metody stanovení zbytkových napětí Podle míry narušení celistvosti vyšetřovaného tělesa: 1. Destruktivní úplné znehodnocení tělesa, 2. Polodestruktivní pouze částečné znehodnocení tělesa, nemající vliv na jeho funkci a spolehlivost, příp. znehodnocení odstranit 3. Nedestruktivní Podle principu: 1. Mechanické - např. metoda odvrtání otvoru 2. Fyzikální - difrakční, ultrazvukové, magnetické 3. Chemické - využívají změn vyvolaných chemickými procesy 8 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Vybrané experimentální metody METODA DĚLÍCÍ ODVRTÁVACÍ RENTGENOGRAFICKÁ ULTRAZVUKOVÁ Základní předpoklad Kategorie zbytk.napětí Měřený parametr Min.velikost vyšetř. oblasti prostorová napjatost rovinná napjatost izotropní homogenní materiál, polykrystalický, jemnozrnný izotropní homogenní materiál, homogenní napjatost I.druhu I.druhu I. a II. nebo III druhu I.+II.+III.druhu povrchové přetvoření nebo deformace povrchové přetvoření nebo deformace změna meziatomových vzdáleností polykryst.mater. změna rychlosti ultrazvukových vln 100mm 2 0,5mm 2 0,5mm 2 obvykle 30mm 2 Min. analyz.hloubka Problémy s hrubozrnností 1-2mm 20mm několik mm 15-300 mm ne ne ano ano 9 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Numerické metody stanovení zbytkových napětí Zpět k příkladu vyhodnocení v řezu diskem: Numerické stanovení zbytkových napětí je možné, ale stěžejní je použití robustního materiálového modelu, který umožní zachytit komplikované napěťově deformační chování materiálu. 10 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Nedestruktivní zkoušení Defektoskopie slouží ke zjišťování skrytých (obvykle vnitřních) vad v materiálu jedná se o dutiny, trhliny, rozměrné nekovové vměstky v kovovém materiálu, apod. Při studiu metod nedestruktivního zkoušení materiálu je nutné zvládnout zejména fyzikální podstatu každé metody a z ní vyplývající omezení použití (vhodnost použití pro nalezení konkrétního typu vady). Rozdělení metod nedestruktivního zkoušení materiálu: 1. Rentgenovým zářením 2. Zářením gama 3. Ultrazvukem 4. Vířivými proudy 5. Kapilárními metodami 11 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Zkoušení rentgenovým zářením Rentgenové záření je elektromagnetické vlnění s vlnovou délkou 10-12 až 10-8 m. Vzniká v diodě, jež je evakuovanou nádobou, na jejž elektrody je přiváděn stejnosměrný proud o napětí několika set kilovolt. Elektrony, emitované katodou, se dopadem na anodu zbrzdí jejich kinetická energie se z 99% přemění na teplo a z cca 1% na rentgenové záření. C- katoda A anoda W in, W out vstup a výstup chladící kapaliny http://en.wikipedia.org/wiki/file:watercooledxraytube.svg 12 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Zkoušení rentgenovým zářením Princip metody spočívá v zeslabení intenzity rentgenového záření při průchodu zkoušeným materiálem. RTG Vada Film Různá intenzita Zčernání filmu Rentgenograficky se běžně kontrolují svary, odlitky z těžkých i lehkých kovů. 13 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Zkoušení zářením gama Gama záření je podobně jako rentgenové záření elektromagnetické vlnění s velmi malými vlnovými délkami a vzniká rozpadem některých radioaktivních prvků. Využívá se nejčastěji radioaktivní izotop kobaltu 60, cesia 137 nebo iridia 192. Tyto izotopy se ve tvaru válečků průměru 2 až 10 mm vkládají do pouzder z lehkých slitin (a ochranných krytů), které se pak ovládají dálkově. Zobrazování se děje na rentgenový film. Užívá se tam, kde není možné použít rtg záření, např. z prostorových důvodů. 14 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Zkoušení ultrazvukem Ultrazvukem nazýváme zvukové kmity o frekvenci větší než 20 khz a vlnové délky 1,6 až 0,3 x 10-6 m. V defektoskopii frekvence od 1 do 25MHz. Podle směru šíření rozeznáváme ultrazvukové vlny: podélné příčné povrchové deskové Rychlost podélných vln ve vybraných prostředích: Hliník Al 6300 m/s Oceli 5900 m/s Olovo Pb 2160 m/s Voda 1483 m/s Vzduch 330 m/s 15 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Zkoušení ultrazvukem princip metody Mezi rychlostí šíření ultrazvukových vln v, jejich vlnovou délkou l a frekvencí f platí vztah l Při přechodu z jednoho prostředí do druhého nastává na jejich rozhraní odraz a lom. Poměr intenzity odražené vlny I k intenzitě vlny dopadající na rozhraní I 0 je tzv. součinitel odrazu R I I kde m= r 1 v 1 / r 2 v 2 je poměr akustických vlnových odporů obou prostředí (r je hustota prostředí). v f m 0 m 1 1 16 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Zkoušení ultrazvukem princip metody Impulzní odrazová metoda 1 zkoušený předmět 2 ultrazvuková sonda Ep počáteční echo Ev poruchové echo Ek koncové echo l vzdálenost vady od povrchu Průchozí ultrazvuková metoda a) materiál bez vady b) zachycení počátku vady c) materiál s vadou 1- vysílací sonda, 2 přijímací sonda 3- ručkový měřící přístroj 4- zkoušený předmět, 5 vnitřní vada 17 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Kapilární metody Zjišťují se jimi povrchové vady. Detekční tekutina vnikne do otevřených vad, které s povrchem souvisejí (2). Po opláchnutí (3) vystoupí detekční tekutina vzlínavostí za pomocí vývojky k povrchu a indikuje vadu (4). Vývojka oxid hořečnatý rozptýlený v lihu či acetonu. Detekční tekutina petrolej obarvený anilinovým barvivem http://en.wikipedia.org/wiki/file:ressuage_principe_2.svg 18 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie

Další zdroje informací 1) Silbernagel, A.: Nauka o materiálu I, skripta FS VŠB TU Ostrava, 2000, 150 s. 2) Vlk a kol.: Experimentální mechanika. Kapitola 6.1 Úvod do problematiky experimentálního určování zbytkových napětí. VUT Brno, s.119-123. <http://www.umtold.fme.vutbr.cz/_studium_/opory/experimentalni_mechanika.pdf> 3) Pluhař, J. a kol.: Nauka o materiálech, SNTL, Praha, 1989, 552 s. 19 Přednáška č.8 Zbytková napětí a defektoskopie