Zalety magnetycznej metody pomiaru naprężeń w elementach stalowych

Naprężenia własne – czyli jakie?

Mianem naprężenia własne określa się wszystkie naprężenia występujące w materiale konstrukcyjnym niepoddanym działaniu sił zewnętrznych. Zgodnie z prawami mechaniki suma wektorowa naprężeń własnych w całym materiale musi się zerować. W przypadku stali (materiał polikrystaliczny) zasadne jest wyróżnienie i klasyfikowanie naprężeń własnych ze względu na zasięg ich występowania w porównaniu z wymiarami ziarna. Defekty struktury wewnątrz ziarna (dyslokacje, wydzielenia) wytwarzają naprężenia krótkozasięgowe i nieskoordynowane przestrzennie. Tego typu naprężenia można określić jako naprężenia III rodzaju (ϬIII) lub jako mikronaprężenia. Wewnątrz ziarna może występować naprężenie stałe co do poziomu w całym ziarnie i jednakowo zorientowane przestrzennie w danym ziarnie. Takie naprężenia nazywa się naprężeniami II rodzaju (ϬII). Takie naprężenie spowodowane jest akomodacją wymiarów ziaren podczas procesu krzepnięcia, a także powstawaniem materiału wielofazowego. Trzeci typ naprężeń to naprężenia zorientowane przestrzennie i występujące w obszarze znacznie większym niż rozmiar pojedynczego ziarna. Są to naprężenia I rodzaju (ϬI), zwane też makronaprężeniami. Powstają podczas właściwie wszystkich obróbek mechanicznych (szlifowanie, piaskowanie), cieplnych (hartowanie, spawanie) i cieplno-mechanicznych (deformacja plastyczna), a także obróbki chemicznej i cieplno-chemicznej warstwy wierzchniej (natryskiwanie, napylanie). W przypadku naprężeń I rodzaju należy brać pod uwagę i kierunek ich działania, i zmianę poziomu w głąb materiału (rozkład naprężeń po głębokości).

​​

Jakie metody są dostępne na rynku?

Proponowane aktualnie nieniszczące metody oceny poziomu naprężeń własnych wykorzystują w swej istocie specyficzny dla danej metody efekt zmiany wybranej wielkości fizycznej wywołany zmianą odległości między atomami. Należałoby tu zatem mówić o nich jako o metodach pomiaru odkształceń względnych. Nie są to tym samym metody, które ujawniają bezpośrednio poziom naprężeń lokalnych, a poziom naprężeń wylicza się, stosując znane związki między odkształceniem i naprężeniem z uwzględnieniem stałych sprężystości.

Oferowane aktualnie na rynku badań nieniszczących metody pomiaru naprężeń własnych można zaliczyć do trzech rodzajów: 1) metoda dyfrakcji promieniowania przenikliwego z wykorzystaniem promieni rentgenowskich (XRD); 2) metoda wykorzystującą fale ultradźwiękowe (UT); 3) metoda magnetyczna wykorzystująca efekt Barkhausena (EB). Poziom naprężeń własnych w elementach konstrukcji może być również wyznaczany, ale w sposób quasi-nieniszczący, za pomocą czwartej z kolei metody, zwanej metodą Mathara (MM) albo metodą otworkową. Przyjrzyjmy się im bliżej.

1. Metoda dyfrakcji promieni X (XRD)

Pomiar naprężeń metodą dyfrakcji promieni rentgenowskich (promienie X) bazuje na liniowym związku między położeniem piku dyfrakcyjnego w dziedzinie kąta Θ (kąt pomiędzy kierunkiem wiązki padającej promieni X i powierzchnią badaną) a stałą sieciową a (odległość między płaszczyznami atomów reemitujących promien...