Autor: Bc. Tomáš Zavadil Vedoucí práce: Ing. Jaroslav Pitter, Ph.D. ATG (Advanced Technology Group), s.r.o. www.atg.cz 2011-06-02
1. Motivace 2. Cíl práce 3. Zbytková životnost 4. Nedestruktivní zkoušení 5. ET měření rozdílu vodivosti 6. UT měření rychlosti šíření ultrazvukových vln 7. Shrnutí 8. Další výzkum 2
Moderní průmyslová zařízení jsou často vystavována provozu za vysokých teplot a tlaků Vysoké teploty mohou mít vliv na změnu mikrostruktury materiálu, která může ovlivnit bezpečnost provozu zařízení Zbytková životnost posuzuje stav zařízení a pomáhá optimalizovat kontrolu a údržbu na základě podrobení vybraných vzorků nedestruktivnímu i destruktivnímu zkoušení Bylo by výhodné nalézt metodu, která by usnadnila výběr vzorků pro vyhodnocování zbytkové životnosti na zařízeních 3
Nalézt vhodnou metodu k detekci mikrostrukturních změn vyvolaných tepelným zpracováním Ověřit schopnost metody měřit dané mikrostrukturní změny s dostatečnou přesností Nalézt vhodný způsob měření tak, aby byly výsledky použitelné i pro reálné součásti průmyslových zařízení při určování zbytkové životnosti 4
Co je to RLA? Posuzování stavu a zbylé životnosti součástí průmyslových zařízení, které operují za vysokých teplot a tlaků K čemu RLA slouží? Optimalizace kontroly a plánu údržby pomáhá předcházet neplánovaným výpadkům či v krajním případě haváriím Jak RLA funguje 1. Ze znalosti historie provozu zařízení 2. Periodickou kontrolou kritických součástí zařízení 5
Jak probíhá kontrola? Kritická místa zařízení jsou většinou předem známa Znalost těchto míst vychází z dlouholeté praxe inspektorů Kritická místa jsou podrobena nedestruktivnímu zkoušení a jsou odebrány vzorky pro další destruktivnímu zkoušení Tato místa však nemusí nutně obsahovat kritický díl či součást se změněnou strukturou BYLO BY ŽÁDOUCÍ, ABY TATO KRITICKÁ MÍSTA BYLO MOŽNÉ PŘEDEM PROZKOUMAT A OVĚŘIT POTENCIÁLNÍ PŘÍTOMNOST ZMĚNY STRUKTURY 6
Co je to NDT? Skupina metod, jejichž cílem je zkoušení či inspekce části materiálu bez porušení a vlivu na její další použití Nejčastěji se využívá ke kontrole materiálu vůči defektům Mnohé metody umožňují i měření široké škály fyzikálních vlastností RT Jaké jsou výhody NDT? Nedestruktivní měření Měření přímo na místě Relativně velká rychlost měření Finanční nenáročnost Relativní bezpečnost AE LT IRT UT MT PT VT ET 7
Požadavky na výběr vhodné metody Měření přímo na místě Okamžité vyhodnocení Měření v celém průřezu i povrchových vrstev ET (metoda vířivých proudů) Měření vodivosti Měření jak povrchů vrstev, tak celého průřezu UT (ultrazvuková metoda) Měření rychlost zvuku (c L, c T ) v materiálu Měření v celém průřezu 8
Vzorky 4 typy čistě uhlíkové oceli 3 typy korozivzdorné oceli Základní stav, žíhaný a zušlechtěný materiál za různých teplot a časů Celkem 227 vzorků Elotest B300 (ET) Sitescan 250s (UT) 9
Jak je vodivost měřena metodou ET? Přiložená cívka s proměnným magnetickým polem generuje v materiálu vířivé proudy Vířivé proudy generují své vlastní magnetické pole, které působí proti poli tvořeném cívkou Vzájemné působení polí vede ke změně impedance, která je následně využita k interpretaci rozdílu vodivosti 10
-5 Ocel 12 020 kalená při TK=850 C, frekvence sondy f=10 khz -5 Ocel 12 040 kalená při T K =850 C, frekvence sondy f=10 khz -10-10 Δσ -15 Δσ -15-20 -20-25 300 400 500 600 700 800-25 300 400 500 600 700 800 T P [ C] T P [ C] 0 Ocel 12 060 kalená při TK=850 C, frekvence sondy f=4 khz 5 Ocel 19 191 kalená při T K =850 C, frekvence sondy f=10 khz -5 0-10 -5 Δσ -15 Δσ -10-20 -15-25 300 400 500 600 700 800 T P [ C] -20 300 400 500 600 700 800 T P [ C] V grafech oceli 12 020, 12 040, 12 060 a 19 191 kalené T K =850 C/1h a popouštěné na teplotu T P 11
Jak jsou rychlosti ultrazvukových vln měřeny metodou UT? Sonda generuje v materiálu podélné c L, resp. příčné c T ultrazvukové vlny piezoelektrickým prvkem Ultrazvuková vlna se šíří materiálem a odrazí se na jeho rozhraní (opačném konci) zpět k sondě Z měřeného času a známé tloušťky materiálu pak můžeme určit rychlost šíření ultrazvukových vln 12
Hodnoty c L, c T závisí na Obsahu uhlíku v oceli Mikrostruktuře materiálu vyvolané tepelným zpracováním V grafech oceli 12 020, 12 040, 12 060 a 19 191 kalené T K =850 C/1h a popouštěné na teplotu T P 13
Pro zkoušené typy ocelí bylo experimentem ověřeno, že Měření změny vodivosti metodou ET je možné provádět i u ferromagnetických materiálů Změna vodivosti závisí na změně mikrostruktury vyvolané tepelným zpracováním Rychlost podélných a příčných ultrazvukových vln je závislá na obsahu uhlíku v materiálu Rychlost podélných a příčných ultrazvukových vln je závislá na změně mikrostruktury vyvolané tepelným zpracováním Existuje monotónní závislost poměru rychlostí podélných a příčných ultrazvukových vln na teplotě tepelného zpracování 14
Ověření planosti experimentálně zjištěných výsledků na vzorcích z reálných zařízení Ověření aplikovatelnosti metody pro nalezení kritických součástí a výběr vhodných vzorků pro další zkoušení povrchovou metodou (ET) i v celém průřezu (UT) Ověření možnosti využití poměru rychlostí k nalezení kritických součástí a výběru vhodných vzorků i v místech s neznámou tloušťkou materiálu Navržení případného konkrétního postupu pro reálnou aplikaci 15
16