Czech Society for Nondestructive Testing NDE for Safety / DEFEKTOSKOPIE 2010 November 10 - 12, 2010 - Hotel Angelo, Pilsen - Czech Republic
ACOUSTIC EMISSION OF MAGNETIC IMPULSE OF MAGNETIC SPOT METHOD AKUSTICKÁ EMISE MAGNETICKÝCH IMPULSģ METODY MAGNETICKÉ SKVRNY JiĜí DvoĜák, BĜetislav Skrbek, TU v Liberci,
[email protected] Abstract Principles of contactless ultrasound EMAT, acoustic emission and magnetic poit pole method. Theory of mechanical waves induced by magnetic field in ferromagnetics by magnetization impulses of DOMENA B3 apparatus. Experimental pick-up and evaluation of mechanical waves. Direction of farther research for exploitation of effect in non-destructive structuroscopy of ferromagnetics. Key words: magnetic impulse, Acoustic emission, non-destructive structuroscopy Abstrakt: Principy bezkontaktního ultrazvuku EMAT, akustické emise a metody magnetického bodového pólu. Teorie mechanických vln vyvolané magnetickým polem ve feromagnetiku vyvolané magnetizaþními impulsy pĜístroje DOMÉNA B3. Experimentální snímání a vyhodnocení mechanických vln. SmČr dalšího výzkumu k využití jevu v nedestruktivné strukturoskopii feromagnetik. Klíþová slova: magnetický impuls, akustická emise, nedestruktivní strukturoskopie
1. Úvod Zatímco klasická defektoskopie je v dnešní dobČ již dostateþnČ prozkoumána a její metody náležitČ popsány, oblast nedestruktivní materiálové diagnostiky se neustále vyvíjí [1]. PrávČ do oblasti strukturoskopie patĜí i metoda magnetického bodového pólu (magnetické skvrny), která pracuje na základČ souvislosti mezi magnetickými vlastnostmi a strukturnČ-mechanického stavu materiálu. Nevýhodou je omezení aplikace pouze na feromagnetické materiály. Tato metoda se již v mnoha slévárnách v ýR používá, a to zejména k mČĜení tvrdosti odlitkĤ. Nebylo však ještČ zkoumáno použití této metody jako zdroje akustické emise, zda mechanické vlny vznikající magnetickými impulsy mohou dosahovat ultrazvukových frekvencí. RovnČž tak otázka, zda tato metoda mĤže být uplatnČna v ultrazvukové defektoskopii, není dosud zodpovČzena.
DEFEKTOSKOPIE 2010
29
2. EMAT – Elektromagnetický akustický mČniþ Jedná se o progresivní metodu bezkontaktního zkoušení ultrazvukem bez akustické vazby s použitím sond EMAT. Tato metoda pracuje jen ve vodivých a feromagnetických materiálech a oproti klasickým piezoelektrickým sondám umožĖuje Ĝadu aplikací, které jsou u klasických ultrazvukových metod a metody magnetického bodového pólu problematické þi velmi obtížnČ realizovatelné. Jde však o aplikace speciálního charakteru, metoda obecnČ nenahrazuje klasické ultrazvukové zkoušení. Princip mČniþe EMAT Sonda je opatĜena magnetovací cívkou, orientovanou rovnobČžnČ s povrchem vodivého vzorku, který je mČĜen. ýelo sondy se pĜiblíží k povrchu vzorku na vzdálenost nČkolik desetin mm až 2 mm, pĜiþemž tato vzdálenost musí být pĜesnČ zachována (obvykle pomocí mechanického pĜípravku s vodicími koleþky). Cívka elektromagnetu je napájena proudovými Obr. 1-Princip mČniþe EMAT. impulsy, jež v materiálu vzorku vyvolají magnetické pole o indukci B. ýasovČ promČnné magnetické pole indukuje v povrchu vzorku víĜivé proudy, které vybudí þasovČ promČnný magnetický tok, jenž pĤsobí proti proudu tekoucímu cívkou. Magnetické pole pĤsobí na sondu Lorentzovou silou, která ji pĜitahuje k povrchu materiálu. ýasovČ promČnná Lorentzova síla zpĤsobí rozkmitání atomĤ krystalové mĜížky zkoušeného materiálu a tím se vzbudí ultrazvuková vlna, která se posléze šíĜí materiálem. Typ vybuzené ultrazvukové vlny závisí pĜedevším na orientaci magnetického pole vzhledem k povrchu vzorku a na konstrukþním provedení elektromagnetu sondy EMAT. Za pĜedpokladu nulového vektoru intenzity elektrického pole je vektor Lorentzovy síly dán vztahem: F q(v u B) (1) Na základČ hustoty víĜivých proudĤ indukovaných magnetickým polem je lepší uvažovat vektor Lorentzovy síly ze vztahu F ju B. (2) Odezva ultrazvukové vlny se registruje na základČ napČtí indukovaného na snímací þásti magnetovací cívky, pĜípadnČ na samostatné snímací cívce (pokud je sonda provedena jako dvoumČniþová). Velikost napČtí pak odpovídá intenzitČ budicího magnetického pole. Generátory EMAT Vzhledem k existenci konstantní mezery mezi þelem sondy a povrchem materiálu dochází ve vzduchu k velmi výrazným rozptylĤm magnetického toku, což významnČ snižuje úþinnost zaĜízení a omezuje hloubku vniku víĜivých proudĤ do materiálu. VíĜivé proudy se indukují prakticky jen v podpovrchové vrstvČ, zasahují do hloubky
30
DEFEKTOSKOPIE 2010
kolem 60 Pm (v závislosti na velikosti magnetovacího proudu). PotĜebné parametry jsou následující: - napČtí 900 V, - doba nábČžné hrany 6 ns, - proud 30 A – 160 A, - výstupní pulsní výkon 27 kW až 150 kW, - poþet výstupních pulsĤ 1 až 20.
3. Akustická emise Fyzikální podstata a charakteristika akustické emise: Akustická emise je fyzikální jev, pĜi nČmž vznikají v pevných látkách pĜi jejich namáhání vnitĜní pružné napČĢové vlny, uvolnČné dynamickou zmČnou struktury. K akustické emisi dochází ve zdroji akustické emise pĜi uvolnČní energie pĤsobením stimulace vnitĜními nebo vnČjšími silami. Zdroje akustické emise v molekulárním mČĜítku jsou procesy pĜi vzniku a zániku šíĜení poruch, dále dislokace, fázové transformace, vnitĜní tĜení, tvorba a šíĜení trhlin, apod. Zdroji v makromolekulárním mČĜítku jsou zejména kavitaþní procesy v hydrodynamických systémech, turbulence pĜi úniku kapaliny z potrubí. Energie uvolnČná tČmito procesy se transformuje na mechanický napČĢový impuls, jenž se šíĜí materiálem jako elastická napČĢová podélná þi pĜíþná vlna. Jakmile vlna dorazí na povrch materiálu (tedy na rozhraní materiálu se vzduchem), dochází þásteþnČ k jejímu odrazu a þásteþnČ k její transformaci na jeden þi více módĤ. Vlna se pak dále šíĜí pĜevážnČ Rayleighovou, tedy povrchovou vlnou. KromČ této vlny dochází také k transformaci napĜ. na Lambovy, tedy deskové vlny. Jednotlivé typy vln se šíĜí materiálem rĤznou fázovou rychlostí.
4. Strukturoskopie Strukturoskopie se zabývá zkoumáním struktury z hlediska fázové analýzy a krystalické stavby kovĤ a jejich slitin. Zahrnuje také strukturometrii, která slouží ke zjišĢování chemického složení materiálu. Lze ji rozþlenit na následující metody: - akustické metody zkoušení - metody víĜivých proudĤ - magnetické metody. 4.1 Akustické metody zkoušení PonČvadž struktura a chemické složení materiálu má znaþný vliv na nČkteré vlastnosti ultrazvuku pĜi jeho prĤchodu danou látkou, využívá se zmČn tČchto vlastností k posuzování stavu struktury, popĜ. chemického složení. Akustické vlastnosti Akustické vlastnosti materiálu jsou popsány rychlostí šíĜení pružného pĜíþného þi podélného kmitání atomĤ kolem jejich rovnovážných poloh a dále jejich útlum. Pro rychlost podélného šíĜení zvuku platí vztah:
DEFEKTOSKOPIE 2010
31
E (1 P´) U (1 P´)(1 2 P´)
cL
[m/s]
(3)
kde:
E…je YoungĤv modul pružnosti ȡ… mČrná hmotnost µ´…Poissonova konstanta (souþinitel pĜíþné kontrakce) Prostupnost akustických vln procházejících materiálem klesá s rostoucím útlumem a zejména s množstvím a velikostí vnitĜních nespojitostí, þehož se využívá pĜi hodnocení struktury litin. U grafitických litin pĜedstavuje grafit ve struktuĜe významnou vnitĜní nespojitost se znaþnČ odlišným vlnovým odporem Zg vĤþi ocelové matrici Zm. Vlnový odpor Z lze obecnČ vyjádĜit jako souþin fázové rychlosti šíĜení a hustoty, tedy:
Z
c.U [MPa/s].
(4)
4.2. Metoda magnetické skvrny PatĜí mezi magnetické strukturoskopické metody, založené na využití souvislosti mezi magnetickými vlastnostmi a strukturnČ-mechanickým stavem materiálu. Existuje nČkolik zpĤsobĤ, jak tyto magnetické vlastnosti, dané nČkterou z charakteristických veliþin, mČĜit. Jedním z tČchto principĤ kontroly výrobkĤ je metoda „bodového pólu“. Jde o metodu rychlou, splĖující požadavky souþasného výrobního provozu. V souþasné dobČ se k mČĜení metodou magnetického bodového pólu používá pĜístrojĤ Ĝady DOMÉNA, které navazují na pĜedchozí sérii pĜístrojĤ REMAG. Díky stálému vývoji této metody lze pomocí pĜístrojĤ DOMÉNA mČĜit nejen tvrdost feromagnetických materiálĤ, ale i pevnost þi hloubku prokalení. V porovnání s klasickými zpĤsoby mČĜení tvrdosti je tato metoda velmi rychlá, nedestruktivní, umožĖuje mČĜení i na neopracovaném povrchu, jednoduchá na obsluhu a umožĖuje mČĜit tvrdost materiálu i pĜes povrchovou vrstvu. 4.2.1. Princip mČĜení metodou U zkoušeného objektu (napĜ. odlitku) se pomocí magnetovací cívky sondy vytvoĜí na povrchu objektu magnetická skvrna – tzv. „bodový pól“. Po zániku proudového pulsu v magnetovací cívce se citlivými snímaþi mČĜí remanentní intenzita magnetického pole v povrchové a podpovrchové vrstvČ materiálu vzorku. Snímaþe, nejþastČji Hallovy, jsou diferenciálnČ zapojeny a mČĜí gradient normálové složky remanentní intenzity. Metoda využívá pĜímé souvislosti mezi remanentní intenzitou a strukturnČ-mechanickým stavem materiálu. Se strukturnČ-mechanickým stavem materiálu lépe koresponduje koercitivní intenzita, ale její hodnoty jsou velmi nízké, proto se pĜednostnČ vyhodnocuje remanentní intenzita magnetického pole. Feromagnetické látky magneticky tvrdé si po vyjmutí z vnČjšího magnetického pole uchovávají své magnetické vlastnosti (v materiálu pĜetrvává remanentní indukce). PĜispívá k tomu též existence poruch krystalové mĜížky (dislokací) a jiných pĜekážek, napĜ. atomy uhlíku, þástice cementitu, které brání návratu domén do jejich pĤvodní orientace a do celkovČ magneticky neutrálního stavu. Souvislost mezi mechanickou a magnetickou tvrdostí materiálu je dána pĜítomností magneticky tvrdých strukturních složek (lamely perlitického cementitu, martenzit), které jsou zároveĖ i mechanicky tvrdé.
32
DEFEKTOSKOPIE 2010
Princip této metody spoþívá v mČĜení intenzity zbytkového magnetického pole kontrolovaného materiálu pod þelem sondy, jejíž hodnota pĜímo závisí na množství a disperzi perlitu þi martenzitu ve struktuĜe. V polovodiþi o tloušĢce d. Pro Hallovo napČtí UH na elektrodách platí vztah: IB [v] (5) U H RH d Hodnota Hr se posléze zobrazí na displeji pĜístroje. HallĤv snímaþ registrující remanentní intenzitu je polovodiþový prvek, jenž využívá vlivu magnetické indukce na vychylování nosiþĤ nábojĤ el. Proudu. 4.2.2. Charakteristika a popis pĜístroje DOMÉNA B3.b PĜístroj DOMÉNA B3.b je pĜenosný, v tomto provedení nezávislý na vnČjším napájení. V bČžném režimu je schopen na jedno nabití akumulátorĤ provést mČĜení minimálnČ 600krát. DOMÉNA B3.b je tvoĜena vlastním pĜístrojem se zdrojem magnetických impulsĤ a pĜíložnou sondou. Na þelním panelu pĜístroje zobrazuje digitální údaj namČĜené hodnoty, pĜepínaþfunkcí a indikátor stavu, což umožĖuje takové nastavení, aby digitální údaj ukazoval mČĜenou hodnotu pĜímo v jednotkách, na které je pĜístroj kalibrován. Obr.2- Schema pĜíložné sondy. Mimoto je možná kalibrace DOMÉNY podle etalonĤ uživatele, dále výpoþet statistických údajĤ ze zapamatovaných hodnot, kterých mĤže být v pamČti až sto. PĜístroj umožĖuje i komunikaci s poþítaþem. KromČ tvrdosti je možné pĜístrojem DOMÉNA B3.b mČĜit i pevnost a hloubku prokalení. Jedná se o vlastnosti, jež závisí na množství a rozložení magneticky tvrdých strukturních fází jako je perlit, cementit nebo martenzit.
Obr. 3 Ukázka mČĜení tvrdosti strukturometrem DOMÉNA B3.
DEFEKTOSKOPIE 2010
33
Kondenzátorový zdroj s jednoduchým vybíjením U tohoto zdroje se kondenzátorová jednotka, sestavená z jednotlivých kondenzátorĤ, nejprve nabíjí ze síĢového transformátoru s usmČrĖovaþem na dané napČtí. Po nabití kondenzátorové jednotky se pomocí spínacího tyristoru pĜipojí magnetizaþní okruh, pĜes který se jednotka ayb vybije. Velikost a þasový prĤbČh vybíjení proudového impulsu závisí na parametrech celého magnetizaþního okruhu, tedy na kapacitČ kondenzátorĤ zdroje a indukþnosti a rezistanci magnetovací cívky [2]. Vybíjení proudu mĤže probíhat dvČma zpĤsoby, buć aperiodicky nebo periodicky. Vybíjení aperiodické nastává pĜi podmínce R2 1 ! (6), 4 L2 LC pro nČž platí þasový prĤbČh proudu vyjádĜený vztahem: D .D (7) i (t ) C.U o 1 2 > e D1t e D 2 t @ , D1 D 2 1 R R2 2L 4 L2 LC R R2 1 2L 4 L2 LC
D1
kde
D2
(8) (9)
pĜiþemž koeficienty D1 a D2 vyjadĜují vzájemný vztah mezi elektrickými parametry magnetovacího obvodu, U0 je nabíjecí napČtí na kondenzátorech. ýasový prĤbČh urþený rovnicí (20) dosahuje v urþitém þase tmax lokálního maxima, pĜiþemž tento þas je smČrodatný pro dosažení maximální magnetické indukce v materiálu. Lze matematicky odvodit, že:
D2 D1 (10) t max D1 D 2 a následnČ maximální proudový impuls je dán rovnicí D D D D º ln ln DD ª (11) I max C.U 0 1 2 « e D D D e D D D » D1 D 2 «¬ »¼ Pro dosažení max. proudového impulsu je tĜeba, aby hodnoty U0 a C byly co nejvČtší a rezistance R co nejmenší. Tento zpĤsob vybíjení se uplatĖuje u pĜístroje DOMÉNA B3.b. R2 1 V pĜípadČ platnosti podmínky by šlo o periodický proces vybíjení, þili 2 4 L LC proud pĜi vybíjení pĜechází k nule tlumenými kmity. ýasový prĤbČh proudu je vyjádĜen vztahem: ln
1
1
i ( t ) U 0 Z . C. e kde
Z
R 2L
1
.t
2
2
1
.sin Zt ,
R
2
1
2
2
1
(12)
2
. (13) 4 L2 je úhlová frekvence tlumených kmitĤ Periodickým zpĤsobem vybíjení nelze namagnetování materiálu vlivem tlumených kmitĤ dosáhnout, je vhodný spíše pro odmagnetovávání.
34
LC
DEFEKTOSKOPIE 2010
Na obrázku 4 níže je uveden þasový prĤbČh vybíjení proudového impulsu pro pĜístroj DOMÉNA B3.b, prĤbČh platí pro parametry: rezistance R = 1,22 :, celková kapacita kondenzátorĤ C = 22 mF a indukþnost cívky L = 0,22 mH. Podle vztahu (23) vychází þas tmax = 0,95 ms, pĜíslušná maximální hodnota proudu þiní Imax = 12,75 A. Hodnota maximálního proudu byla zjištČna pro nejvyšší stupeĖ magnetizace.
Obr.4-PrĤbČh proudu v cívce pĜi aperiodickém vybíjení 4.3. Rozložení magnetického pole v materiálu u magnetické skvrny Jak už bylo dĜíve zmínČno, pĜíložná sonda metody magnetického bodového pólu pomocí magnetovací cívky zmagnetuje lokální oblast daného materiálu. Vzniklé magnetické pole je vzhledem k pulsnímu magnetování cívkou nestacionární. Exaktní výpoþet rozložení magnetického pole ve zmagnetované oblasti je mimoĜádnČ složitá záležitost, pĜedevším kvĤli promČnné hodnotČ pomČrné permeability, demagnetizaci vlivem stínícího faktoru a víĜivých proudĤ, vlivu anizotropie materiálu, rozptylu magn. toku na rĤzných heterogenitách v materiálu a podobnČ. PomČrná permeabilita závisí na magnetizaci a její hodnotu nelze pĜesnČ urþit, lze ji buć zmČĜit nebo pĜibližnČ odhadnout. Pro Pro úþely této práce postaþí, bude-li se uvažovat rozložení magnetické indukce a intenzity jako jednorozmČrné, ve smČru osy pĜíložné sondy. Pro opravdu pĜesné rozložení magnetického pole a víĜivých proudĤ je tĜeba simulace metodami koneþných prvkĤ, nejlépe v programu Obr. 5-Schema situace bodového pólu ANSYS. Situaci bodového pólu podle výše uvedeného vystihuje obrázek 5.
DEFEKTOSKOPIE 2010
35
Ze zákona o lomu indukþních þar na rozhraní dvou prostĜedí o rĤzných permeabilitách vyplývá, že se musí rovnat normálové a tangenciální složky intenzity, H1t = H2t tedy: H1n = H2n , 5. Experiment Cílem experimentu je pokusit se o snímání akustické emise magnetických impulsĤ metody magnetického bodového pólu pro pĜístroj typu DOMÉNA. V pĜípadČ záznamu pĜítomnosti mechanických vln v materiálu poĜídit akusticko-emisní spektrogram a nakonec zhodnotit možnosti aplikací a dalšího vývoje. 5.1 Vzorky materiálu Pro potĜebu snímání mechanických vln byly zajištČny vzorky materiálu v podobČ plochých tenkých tyþí, pĜiþemž dvČ tyþe byly litinové a jedna ocelová. Litinové tyþe jsou vyrobeny ze šedé litiny tavby A s lupínkovým grafitem, ocelová tyþ z oceli 12 050.1, normalizaþnČ žíhané. Dále byla k dispozici sada litinových destiþek taveb þ. 1, 2, 3, 4, a 5 z litiny s kuliþkovým grafitem. Destiþky byly vyĜezány z masivních blokĤ odlitých ve slévárnČ FOCAM Olomouc s r.o., chemické složení jednotlivých taveb tČchto destiþek bude uvedeno v tabulkách dále. RozmČry vzorkĤ jsou následující: litinová tyþ 160 x 43 x 3 mm ocelová tyþ 200 x 40 x 3 mm. Sada destiþek 40x40 mm o tloušĢkách v rozmezí 4-12 mm 5.2 MČĜicí pĜístroje a pomĤcky MČĜení bylo realizováno pomocí magnetického strukturometru DOMÉNA B3.b, jenž sloužil jako zdroj magnetovacích impulsĤ a následnČ ke generování mechanických vln. Vlastní akustická emise byla snímána pomocí tČchto zaĜízení: Piezoelektrický snímaþ: miniaturní PZT (prĤmČr 3 mm) citlivý na všechny typy vln frekvenþní rozsah 30 kHz-1,2 MHz PĜedzesilovaþ: frekvenþní rozsah 0-2 MHz Zobrazovaþ: DSO LeCroy Waverunner 2350 MHz, 8 bits, 1 GS/s. Použité zesílení pĜi snímání akustické emise bylo v rozsahu 60 až 80 dB. 5.3 Postup mČĜení Po zapnutí magnetického strukturometru Doména B3.b byla nastavena úroveĖ magnetizace na nejvyšší stupeĖ, tedy na M8. Následovalo nastavení režimu dlouhé magnetizace, pĜi nČmž je do pĜíslušného materiálu vysíláno pČt po sobČ jdoucích proudových impulsĤ. Jednotlivé impulsy jsou od sebe oddČleny þasovým intervalem pĜibližnČ jedna sekunda. Tímto byl pĜístroj pĜipraven k magnetování. Poté byl k povrchu mČĜeného vzorku pĜilepen snímaþ akustické emise, pĜiþemž akustická vazba mezi þelem snímaþe a povrchem materiálu byla zajištČna vazelínou. Vzájemné rozmístČní pĜíložné sondy strukturometru a snímaþe AE pĜi mČĜení dlouhých tyþí ukazuje obr. 6. Nakonec bylo nutné vzájemnČ propojit snímaþ AE s pĜedzesilovaþem a zobrazovaþem ve finální soustavu ke snímání akustické emise. NáslednČ bylo provedeno snímání všech vzorkĤ.
36
DEFEKTOSKOPIE 2010
Obr. 6-Poloha pĜíložné sondy a snímaþe AE 5.4 Akusticko-emisní spektrogramy Ze souborĤ namČĜených hodnot poĜízených piezoelektrickým snímaþem AE byly pomocí programu Matlab vyhotoveny akusticko-emisní spektrogramy, jež zachycují prĤbČhy emisních událostí. – pĜíklad na obr.7. U´ [V]
t [s] Obr. 7-Spektrogram dlouhé litinové tyþe 6.0 Vyhodnocení a závČr. Hodnocení parametrĤ namČĜených emisních událostí. Celková doba trvání emisní události þiní u všech mČĜených vzorkĤ 20 ms, což pĜesnČ odpovídá periodČ kondenzátorovČ vybíjeného proudového impulsu. Intenzitu emisních událostí je vhodné vyjadĜovat formou elektrického napČtí, ponČvadž energie mechanických vln se v piezoelektrickém snímaþi AE transformuje na elektrické napČtí. Maximální amplituda emisních událostí þiní u všech vzorkĤ 2 mV, pĜiþemž amplituda okolního nízkofrekvenþního šumu se pohybuje kolem 0,3 mV. Maximální amplitudy by mČlo být teoreticky dosaženo v dobČ, kdy proud impulsu nabývá max. hodnoty, protože max. proud má smČrodatný vliv na maximum Lorentzovy síly. Zajímavé je, že amplituda dosahuje maxima v þase podstatnČ delším. U litinové tyþe je tato doba 7 ms, zatímco u ocelové tyþe 5 ms. Tato skuteþnost mĤže souviset s možným rychlejším zmagnetováním oceli oproti litinČ v dĤsledku vyšší konduktivity, ovšem toto tvrzení není jisté. V pĜípadČ destiþek z tvárné litiny s feritickou matricí þiní doba do dosažení max. amplitudy 5 ms, u litiny s perlitickou matricí 7 ms. Ferit je magneticky mČkþí než perlit, mĤže docházet k rychlejšímu zmagnetování.
DEFEKTOSKOPIE 2010
37
Podle frekvenþního spektra pĜísluší proudovému impulsu rozsah frekvencí 0-2 450 Hz, pĜiþemž pĜevážnČ významný je do 550 Hz. Okolní nízkofrekvenþní šum vykazuje frekvence kolem 100 Hz. Tomuto rozsahu pak odpovídá spektrum frekvencí emisních událostí. Jedná se tedy o emisi v pásmu slyšitelného zvuku. Jelikož emisní události nevykazují ultrazvukové frekvence, nesplĖují proto kriterium standardní akustické emise. Z tohoto dĤvodu není možné oddČlit emisní události od nepĜíznivých, rušivých jevĤ. Vzhledem k rozsahu významných frekvencí emisních událostí se vlnové délky mechanických vln pohybují ĜádovČ v metrech, tudíž velmi vysoce pĜesahují velikost útvarĤ grafitu v litinových vzorcích. Z toho vyplývá, že útlum vln není významný. Útlum vln závisí krom frekvence na tvaru a rozložení grafitu v matrici, na obsahu neþistot, vmČskĤ a celkovČ na heterogenitČ litiny. V prĤbČhu snímání AE se ukázalo, že velmi nežádoucí vliv na prĤbČh emisních spektrogramĤ mají vibrace zpĤsobené stiskem tlaþítka na sondČ a ruþním pĜidržováním sondy na povrchu materiálu. Tyto vibrace se projevovaly vnášením nežádoucích mechanických kmitĤ do emisních událostí. Podle obr. 36 a 37 odpovídá emisním událostem pátý až devátý výkmit zleva, ostatní výkmity jsou od vibrací. Amplitudy jsou mírnČ promČnné, což je opČt zpĤsobeno vnesenými vibracemi. Z tohoto dĤvodu není snímání pĜíliš objektivní. Pro opravdu pĜesné snímání je tĜeba strukturometr vybavit dálkovým ovládáním a polohu sondy na materiálu pevnČ zajistit mechanickým pĜípravkem. MČĜení též prokázalo, že magnetizace Domény B3.b je pĜíliš slabá pro generování ultrazvuku. Bylo by tĜeba dosáhnout základní frekvence vln 80-100 kHz, þemuž odpovídají periody proudového impulsu 10 až 12,5 Ps. Horní hranici frekvencí je vhodné omezit na 2 MHz, aby nedocházelo k pĜíliš velkému útlumu vln. Pro buzení ultrazvuku na základČ magnetostrikce je nutné, aby cívkou procházel co nejvČtší proud, pĜiþemž není podstatný zpĤsob, jak se toho dosáhne. Pro dosažení proudu nČkolika desítek A je tĜeba zvýšit nabíjecí napČtí na kondenzátoru, z 16 na 600 V a snížit odpor magnetovacího obvodu na ĜádovČ desetiny ohmu. ZmČna odporu je však silnČ omezena impedancí magnetovací cívky. Periodu proudového impulsu lze snadno mČnit zmČnou kapacity kondenzátoru. ýím nižší kapacita, tím kratší perioda pulsu a rychlejší vybití. Z výše uvedených skuteþností vyplývá, že metoda kondenzátorového vybíjení je pružná, levná, spolehlivá a tedy vhodná k magnetování materiálu za úþelem generování mechanických vln. Pro dosažení ultrazvuku by bylo tĜeba snížit indukþnost cívky ĜádovČ na PH, což bohužel není prakticky realizovatelné. Metoda bodového pólu se zatím u nás používá k nedestruktivnímu mČĜení tvrdosti u odlitkĤ, v Rusku slouží ke kontrole ocelových plechĤ. UmožĖuje mČĜit také pevnost þi hloubku prokalení. Pokud by se podaĜilo po úpravách dosáhnout emise ultrazvuku, mohla by sloužit v oblasti ultrazvukové defektoskopie. Tuto otázku a dále optimalizaci obvodu strukturoskopu je však nutno podrobit rozsáhlému výzkumu ve spolupráci s odborníky elektrotechnického a magnetického zamČĜení. PĜíspČvek byl vytvoĜen za podpory výzkumného zámČru MSM 4674788501. Literatura: [1] DVOěÁK, J. Akustická emise magnetických impulzĤ metody magnetického bodového pólu. Diplomová práce KMT-M-240, TU v Liberci, 2009. [2] TOMýÍK, P. Možnosti ovlivnČní mechanických vlastností strojních souþástí magnetickým pulzním zpracováním. In Workshop 2004 Fakulty strojní. Ostrava : VŠB-Technická univerzita Ostrava, 2004, s. 285-288. ISBN 80-248-0521-9.
38
DEFEKTOSKOPIE 2010
